1、破碎机简介
随着我国经济的持续发展，我国的钢铁工业和矿业得到了快速的发展，各种金属、非金属、化工矿物等物料的社会需求量和生产规模的日益扩大，需要破碎的物料量迅速增加，因此，破碎机的需求也越来越大。破碎机的产生与发展与钢铁和矿业的发展息息相关，最开始只为处理些轻薄料，随着认识的加深，以及破碎钢的优越性的显现，各种规格的破碎机得到不断开发，使用范围也越来越广。常用的破碎机有：颚式破碎机、锤式破碎机和反击式破碎机等。
2、破碎机三维参数化设计系统
破碎机三维参数化设计系统是在PDM系统和三维设计软件Solidworks系统支持下的设计平台，设计人员在这个平台的支持下，能快速敏捷的进行设计工作，平台主要包括感念设计模块、数字化设计、虚拟样机和虚拟实验分析、数字化工艺规划与设计、基于WEB的设计资料快速查询系统以及图档管理系统等子系统，破碎机的设计流程图如图1所小。
破碎机三维参数化设计系统采用了Solirlworks三维设计软件，该软件是基于特征的参数化三维设计软件系统。利用Solidworks软件设计有两种方法：一种是自下而上( down-top)设计方法，这种方法比较传统，即先设计好零件，然后将零件插入装配体，根据设计要求配合零件，其优点是零部件独立设计，零部件之间的相互关系和重建行为比较简单。另一种方法是自上而下( top-down)设计，设计从装配体开始，在装配体环境下进行零部件设计，设计时使用一个零件的几何体来帮助定义另一个零件，一个零件的形状和尺寸发生变化时，与其相关的零部件也会随之改变。自下而上( down-top)设计有利于不同的设计人员共同设计、修改与交流，从而提高了设计效率．
3、破碎机三维建模和装配
以PE1200x1500颚式破碎机[2](以下简称破碎机)为例，分析破碎机整体结构，可知破碎机主要由机架、转子、颚板和电机等部件构成。
根据设计要求对破碎机进行三维建模和装配。其中机架基本上都是由焊接的钢板组成，特征繁多，造型比较复杂。使用Solidworks建立三维模型时，如果直接将这些焊接件在零件环境下建立成单一的零件，其工作量太大，容易出错，不便于修改。因此，先将简单的钢板建模，然后将焊接件装配成装配体形式，这样层次分明便于操作。
3.1破碎机零件三维建模
破碎机零件三维建模是一个复杂的设计过程，既要合理地设计结构，又要利用Solidworks的特性充分表现设计意图，二者必须协调进行。
1)零件的三维建模一般先创建基体，然后在基体上建立其余的特征。基于这点，先将所有的零件分类，破碎机零件主要分为板类零件、筒类零件和其他类。其中机架中的焊接钢板、颚板都是由板类零件组成；转子主要由筒类零件组成。大部分情况下，板类零件的基体采用拉伸特征创建，筒类零件的基体采用旋转或拉伸特征创建。当然，这不是千篇一律的，结合具体情况，零件的基体也可以使用扫描，放样等特征来创建。例如，弹簧、圆钢是使用扫描特征来创建基体的。零件基体的创建对于整个零件的模型有着决定性作用，它决定着其他特征的建立顺序，直接影响设计效率和质量以及后续工作中对零件的修改，创建好零件的基体可以使建模和后续工作事半功倍。
2) SolidWorks是以草图为基础、基于特征的三维设计软件。所以草图的质量决定着零件模型的质量。草图包括几何图形、尺寸和几何约束等信息。破碎机零件的草图不仅几何图形完全正确，而且使用合理的尺寸和几何约束将草图完全定义，并保持设计意图。
3)破碎机的整体结构基本是对称的，所以，合理解决对称的特征和零件，可以提高设计效率，并且对于破碎机整体的装配和分析也有着至关重要的作用。结构对称的零件可以直接创建对称的草图实现，也可以创建一半模型，再利用镜向特征实现。如果是两个关于某基准面对称的零件，则只需先创建一个零件，然后选择对称的基准面，选择“插入”一“镜向零件”即可得到对称的零件。而且，这样创建的对称零件和源零件有着关联参考关系，修改源零件时，对称零件会随之改变。
总之，在破碎机零件的三维建模过程中，不但要确保正确无误，更重要的是要体现设计意图。
3.2破碎机的部件和总体装配
建立好零件的三维模型后，就开始进行部件和总装的设计。由于破碎机零件繁多，一般都是由几百甚至上千个零件构成，所以在装配破碎机之前，先分析清楚破碎机的层次结构、零部件的约束、自由度和相对运动关系，作出总体的规划，以便可以做出一个高效的总装配体。在装配时零件之间可以添加重合、同轴心、平行、垂直、平行距离、角度、限制配合等配合来满足要求。不同的组合可以达到相同的效果，这就需要注意，配合实质上是给零件之间添加约束来满足一定机构需要，所以，添加的配合也需要满足设计意图，而且配合要合理，合理的配合决定着装配体的设计效率和质量。
1)焊接件作为部件处理破碎机的机架、颚板都是由焊接钢板组成，建模时，将焊接件作为部件，可以提高设计效率，便于修改。将建立好的零件三维模型，在SolidWorks装配体环境下进行装配。其中焊缝可以使用SolidWorks中命令“焊缝”来实现，快捷方便，而且与装配体有关联参考关系。
2)转子的装配PE1200x1500型颚式破碎机的转子是一个偏心结构，一定要将轴承座设置为“固定”，而不是把偏心轴设置为“固定”，这样才符合机构的要求。转子上有很多的标准件，其中螺钉、螺母的装配，合理的运用阵列命令可减少操作的重复性和模型的数据量。
3)破碎机的总装将设计好的破碎机零件和部件（在总装中成为子装配体）装配。SolidWorks总装中的子装配体有固定和灵活两种状态。在破碎机总装中，机架、转子、颚板、电机等都是子装配体。其中颚板、机架子装配体内部没有相对运动，则状态设置为固定，而转子和电机子装配体内部有相对运动，则状态设置为灵活。
图2～图7为使用SolidWorks建立的破碎机零部件和总装的三维模型。
4、破碎机的参数化设计、强度刚度校核、干涉检查和运动仿真
使用SolidWorks建立三维破碎机总装配体，不仅具有直观性，而且设计人员可以对其进行参数化设计、强度刚度校核、干涉检查和运动仿真，以检验设计的正确性、合理性。
4.1参数化设计
在设计好的破碎机的基础上，设计人员可能随时需要对其进行改良和改型，这就需要进行参数化设计来实现产品的系列化，从而避免了设计的重复性。由于使用SolidWorks建立的三维模型和装配体，草图是变量化的，草图尺寸、特征尺寸和装配尺寸都是参数化驱动的，实现参数化非常方便。在SolidWorks环境下对破碎机实现参数化设计有以下方法：
◇直接修改尺寸、压缩或添加特征，然后另存为新的零件或装配体，包括修改三维特征的尺寸和二维草图的尺寸；
◇使用SolidWorks提供的系列零件设计表：对特征预先定义一个系列的尺寸，然后生成系列零件设计表，从而生成零件或装配体的多种配置；
◇SolidWorks提供了良好的API，设计人员可以进行二次开发，实现破碎机的参数化c4]。
4.2 强度刚度校核
使用SolidWorks建立的破碎机三维模型可以设置材质，具有一定的物理属性，可以校核破碎机零件和装配体的强度和刚度。SolidWorks提供的插件COSMOSWorks可以对破碎机的零部件进行静态、动态的有限元应力分析，可以方便地得到应力、变形、安全系数等数据与图片，数据非常准确，并且可以保存成动画或网页的形式。
4.3干涉碰撞检查
SolidWorks提供对装配体进行静态干涉检查和动态碰撞检查，以保证任意两个零件在空间上不得有相互重叠，并且可以动态模拟破碎机中运动零件的运动效果（如转子的转动情况），形象逼真，而且可以便于从中发现问题及时修改。
4.4运动仿真
破碎机机构运动仿真是通过在已有破碎机三维模型上定义零部件间的运动自由度和参数来实现的，并采用动画方式创建。利用SolidWorks中COSMOSMotion插件可以看到实时的运动轨迹；Animator插件将设置好路径的运动仿真录制成avi格式的动画，便于设计人员之间的交流。
5、结语
本文提出了破碎机三维设计的一般思路，建模、装配、分析等都是在SolidWorks中实现的，实践证明是有效可行的。而且，破碎机的三维模型还可以为CAM、CAPP、PDM等提供良好可靠的数据。
相关矿山机械设备：
1、圆锥破碎机
2、雷蒙磨粉机
3、颚式破碎机
