冲压式蜂窝煤成型机.

目录一产品简介1二、 工作原理和工艺动作分解5三、 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图 5四、执行机构的选型 6五、机械运动方案的选择和评定 7六、 机械传动系统的速比和变速机构 .10七、画出机械运出方案简图 10八、对机械传动系统和执行机构进行尺寸计算 .111. 带传动计算 .112. 齿轮传动计算 123 曲柄滑块机构计算 .134 槽轮机构计算 .155 扫屑凸轮机构计算.16九、参考资料16机械原理课程设计题目：冲压式蜂窝煤成型机、 冲压式蜂窝煤成型机的功能和设计要求1. 功能蜂窝煤成型机曾经主要用于家庭生火、取暖，用无烟煤制成的蜂窝状的圆柱形煤 球。以前人们把煤粉加工成略大于乒乓球的球体，后来人们把煤粉加工成圆柱体，并 在圆柱体内打上一些孔，因为这样可以增大煤的表面积，使煤能够充分燃烧，减少资 源的浪费。 现已发明环保节能型蜂窝煤，燃烧无毒、无味、无黑烟。所以市 场上对蜂窝煤的需求量很大。 质量高的蜂窝煤有抗压性强、 外观平整光滑、 厚薄一致、孔距分布合理、燃烧良好的特点，这就对蜂窝煤成型机提出了 要求。冲压式蜂窝煤成型机是中国城镇蜂窝煤生产厂的主要生产设备，这种 设备具有结构合理、成型性能好、经久耐用、维修方便等优点而被广泛采 用。冲压式蜂窝煤成型机的功能是将煤粉加入转盘的模筒内，经冲头冲压 成蜂窝煤。为了实现将蜂窝煤压制成型，冲压式蜂窝煤成型机必须完成五个动作：（1）粉煤加料；（2）冲头将蜂窝煤压制成型；（3）清除冲头和出煤盘积屑的扫屑运动；（4）将在模筒内冲压后的蜂窝煤脱煤；（5）将冲压成型的蜂窝煤输出。设计要求和原始数据第 3 页 共 15 页(1) 蜂窝煤成型机的生产能力：15次/min。(2) 如图1所示，冲头、脱模盘、扫屑刷、模筒转盘的相互位置关系。实际上冲头与脱模盘都通过曲柄滑块机构与滑梁连成一体。当滑梁旋转前半周期冲头将粉煤冲压成蜂窝煤，脱煤盘将已压成的蜂窝煤脱模； 在滑梁旋转后半周期中扫屑刷将刷除冲头和脱模盘上粘着的粉煤。模筒转盘上均布3了煤筒，转盘的间歇运动使加料后的模筒进入冲压位 置，成型后的模筒进入脱模位置，空的模筒进入加料位置。(3) 为了改善蜂窝煤冲压成型的质量，希望冲压机构在冲压后有一保压时 间。(4) 冲压式蜂窝煤成型机的滑梁行程 s =300mm ,连杆系数 = 0.157。(5) 驱动电机目前采用 丫180L-8型，其功率N = 11kW，转速n = 730 r/min。(6) 机械运动方案应力求简单1模筒转盘；2.滑梁；3冲头；4扫屑刷；5.脱模盘图1冲压式蜂窝煤成型机各部分位置示意(修改)2. 设计任务(1) 按工艺动作要求拟定运动循环图。进行冲压脱模机构、扫屑机构、模筒转盘间歇运动机构的选型第4页共15页（ 3）机械运动方案的评定和选择。（ 4）按选定的电动机和执行机构运动参数拟定机械传动方案。（ 5）画出机械运动方案示意图。（ 6）选取其中两个传动机构或执行机构进行尺寸计算 为更好的了解冲压式蜂窝煤成型机的工作原理以及机构组成， 我们查 找了许多相关资料， 从中对蜂窝煤成型有了个大概的了解， 并萌发出 一些自己的想法，为接下来的设计与建模做好了准备。、工作原理和工艺动作分解根据上述分析， 冲压式蜂窝煤成型机要求完成的工艺动作有以下六个动作。（1）加料：这一动作可利用粉煤重力打开料斗自动加料。（ 2）冲压成型：要求冲头上、下往复移动，在冲头行程的后1/2 进行冲压成型。（3）脱模：要求脱模盘上、下往复移动，将已冲压成型的煤饼压下去而脱 离模筒。（4）扫屑：要求在冲头、脱模盘向上移动过程中用扫屑刷将粉煤扫除。（5）模筒转模间歇运动：以完成冲压、脱模、加料三个工位的转换。（6）输送：将成型的煤饼脱模后落在输送带上送出成品，以便装箱待用。 以上六个动作，加料和输送的动作比较简单，暂时不予考虑，冲压和 脱模可用一个机构来完成。因此，冲压式蜂窝煤成型机运动方案设计 重点考虑冲压和脱模机构、 扫屑机构和模筒转盘的间歇转动机构这三 个机构的选型和设计问题。三、根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图 对于冲压式蜂窝煤成型机构运出循环图主要是确定冲压和脱模盘、 扫屑刷、 模筒转盘三个执行构件的先后顺序、 相位，以利于各执行机构的设计、 装配和调 试。冲压式蜂窝煤成型机的主机构为冲压机构，以它的主动件的零位角为横坐 标的起点，纵坐标表示各执行机构的位移起止位置。 表 1 表示冲压式蜂窝煤成型 机构三个执行机构的运出循环图。表 1 冲压式蜂窝煤成型机运动循环图第 4 页 共 15 页主动件转角分配0 180 180360冲头和脱模盘机构工作行程回程模筒转盘机构工作行程停止工作行程扫屑刷机构扫屑运动回程扫屑运动主动件转角分配0 90 90270270360冲头和脱模盘都由工作行程和回程两部分组成。模筒转盘的工作行程在冲头的回程后半段和工作行程的前半段完成，使间歇转动在冲压以前完成。扫屑刷 要求在冲头回程后半段至工作行程前半段完成扫屑动作。四、执行机构的选型根据冲头和脱模盘、模筒转盘、扫屑刷这三个执行构件动作要求和结构特 点，可以选择表2所列的常用机构，这一表格又可称为执行机构的形态学矩阵 表2蜂窝煤成型机的机构选型冲头和脱模机构对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构六杆冲压机构扫屑刷机构附加滑块摇杆机构固定凸轮移动从动机构模筒转盘间歇运动机构槽轮机构不完全齿轮机构凸轮式间歇运动机构图2表示附加滑块摇杆机构，利用滑块的上、下移动使摇杆0B上的扫屑刷摆动扫除冲头和脱模盘底上的粉煤屑。图2附加滑块摇杆机构图3表示固定移动凸轮利用滑梁上、下移动使带有扫屑刷的移动从动件顶出而扫除冲头和脱模盘底的粉煤屑1图3移动凸轮机构五、机械运动方案的选择和评定根据表2的三个执行机构形态学矩阵，可以求出冲压式蜂窝煤成型机的机械运动方案数为N = 3X 2X 3= 18现在可以按给定条件、各机构的相容性和尽量使机构简单等要求来选择方案。在此可选定三个结构比较简单的方案，如下所述。方案一：冲压机构为对心曲柄滑块机构，模筒转盘机构为槽轮机构，扫屑 机构为固定凸轮移动从动件机构。方案二：如图所示，该机械系统的输入为电动机连续转动，冲头、起模盘与传动轴主轴连成一体。当传动主轴连续回转的前半个周期，冲头将粉煤冲压成 蜂窝煤，脱模盘将已压成的蜂窝煤脱模。后半个周期扫屑刷将冲头和脱模盘上粘 着的粉煤刷除。工作台上均布六个模筒，由槽轮机构实现间歇转动。在同一时刻, 加料模进入冲压模位置，成型模进入脱模位置，空模筒进入加料位置。方案三：该设计方案的特点是偏置曲柄滑块机构执行粉煤冲压成型动作， 由另一曲柄滑块机构的演变机构将成品顶出。 由凸轮机构把送入煤粉和输 出成品合并为一个动作，在把成品推出工作台的同时将下一工作循环的粉 煤送至模筒。方案四：该方案的特点 是由双轴伸发动机带动两侧蜗杆涡轮传动，通过两组凸轮 配合将粉煤挤压成蜂窝煤。在煤饼上模，左右模脱开的时候，平行四边形两曲柄 上接的两推板运行到工作台表面，同时分别将成型煤饼和煤料送到位。三个方案可以按设计需求直接比较方案的优劣。由于没有急回要求，冲压 机构可以选为对心曲柄滑块机构； 模筒转盘机构可以选为槽轮机构，这样工作效 率高、定位精确且加工方便；扫屑机构可选为固定凸轮移动从动件机构，设计加 工简单方便。最后，选取方案一为冲压式蜂窝煤成型机构的机械运动方案。六、机械传动系统的速比和变速机构73030二 24.333根据选定的驱动电机的转速和冲压式蜂窝煤成型机的生产能力，可知其机 械传动系统的总传动比为.n电机i总二n执行主轴采用二级减速机构。机械传动系统的第一级采用带传动，第二级采用直齿 圆柱齿轮传动。按传动比分配原则，为使传动构件获得较小尺寸，结构紧凑，可 采用传动比“先小后大”原则。因此选i仁4.866, i2=5，则总传动比为i1*i2=24.33.七、画出机械运出方案简图按已选定的三个执行机构的形式及机械传动系统，画出冲压式蜂窝煤成型 机的机械运动示意图，其中三个执行机构部分也可以称为机械运动方案简图。如图4所示，包括了机械传动系统、三个执行机构的组合。如果再加上加料机构和 输送机构，就可以完整地表示整台机器的机械运动方案图。图4冲压式蜂窝煤成型机运动方案示意有了机械运动方案示意图，就可以进行机构的尺寸设计计算以及机器的总 体设计。八、对机械传动系统和执行机构进行尺寸计算为了实现具体的运动要求，必须对带传动、齿轮传动、曲柄滑块机构（冲 压机构）、槽轮机构（模筒转盘间歇运动机构）和凸轮扫屑机构进行尺寸计算, 必要时还要进行运动学、动力学计算。1带传动计算（1）确定计算功率巳Pc 二 KaP取 Ka =1.4，则FC =1.4 11 =15.4(kW)(2) 选择带的型号。由FC及主动轮转速n1,由有关线图选择V带型号为C 型V带。(3) 确定带轮节圆直径d1和d2。取dj = 200mm，贝Ud2 =6.952 dj = 1390.4mm(4) 确定中心距a00.7(d1 d2) _ a0 _ 2(d1 d2)即 821.24mm _ a0 _ 2348.4mm。(5) 确定V带根数zz第12页共15页第#页共15页2齿轮传动计算取齿轮的压力角=20,=22, Z2 =i 22 =7 22 =154，按钢制齿轮进行强度计算，其模数m =5mm则分度圆直径分别为=z2m = 770mm齿顶高为ha1二 ha2 二 ham =1 5 二 5mm齿根高为hf = hf2 = (ha c )m = (1 0.25) 5 二 6.25mm齿全高h 二 h2 =(2h； c*)m =(2 0.25) 5 = 11.25mm齿顶圆直径分别为da1 = (Zr 2ha )m = (222 1) 5 = 120mmda2 =(z2 2ha)m =(154 2 1) 5 = 780mm齿根圆直径分别为df1 =(Z| -2ha-2c )m = (22-2-2 0.25) 5 = 97.5mmdf2 =(Z2 2h； 2c*)m =(154-2- 2 0.25)757.5mm齿厚为s -二m/2 =3.14 5/2 =7.85mm齿槽宽为e -二m/2 =3.14 5/2 二 7.85mm标准中心距为a = m(z1 z2) / 5 (22 154)/2 = 440mm齿轮厚度按实际情况选取，其余尺寸按有关公式计算出。3 曲柄滑块机构计算R已知冲压式蜂窝煤成型机的滑梁行程300mm，连杆系数 =0.157 ,L则曲柄半径R = 0.5s 二 150mm连杆长度为RL 955.41mm扎下面采用作图法求出曲柄滑块机构中滑梁(滑块)的速度和加速度。取=10mm/mm，曲柄逆时针旋转，当转角为 45时，按比例精确作曲柄滑块机构的运动简图，如图5所示。图5曲柄滑块机构运动简图因为杆1 (曲柄)的转速为30 r/min,且方向为逆时针旋转，故杆1的角速度为25/60 =2 3.14 30/60 =3.14rad/s，方向为逆时针旋转。B点的速度为Vb“Iab=3.14 0.15 = 0.471m/s，方向为垂直于杆1且指向向上B点的加速度为aB =讶 Tab =3.142 0.15 =1.479m/s2，方向由 B 指向 AF面求C点的速度及加速度对于杆2,方向CA丄ABT丄BC大小？0.471?取弋=0.01(m/s)/mm,按比例精确作速度图，如图6所示。图6速度图量取得VC =37 0.01 =0.37m/s。Vcb = 34 0.01 = 0.34m/ s。因此，杆2的加速度为naCB话心皿，方向为顺时针方向2BC-0.3562 0.955 =0.121m/s2，方向由 C 指向 B。对于杆2,方向CABACB大小?1.4790.121a ca Bna C B丄BCT?第15页共15页第#页共15页取叮=001(m/s2)/mm ,按比例精确作速度图，如图7所示第#页共15页第#页共15页量取得2aC =105 0.01 = 1.05m/s。因此，当曲柄转角为45时，滑块3的速度为0.37m/s,加速度为1.05m/s24 槽轮机构计算(1) 槽数z。按工位数要求选定为4。(2) 中心距a。按结构情况确定a = 300mm。(3) 圆销半径r。按结构情况确定r =30mm。(4) 槽轮每次转位时主动件的转角 2=180 (1 -2) =90z槽间角 2 - =75 。第16页共15页（6）主动件圆销中心半径 R =as ini = 212mm(7) R 与 a 的比值in 2=0.7。a(8) 槽轮外圆半径 R2 =,(acos J2 r2 =214mm(9) 槽轮槽深hh 丄 a(；，： cos ： -1) r =152.1取 h=153mmz 21（10）运动系数右亍弘为圆销数）5 扫屑凸轮机构计算固定凸轮采用斜面形状，其上、右方向的高度应能使扫屑刷活动范围扫除粉煤 不再详细设计。九参考资料机械原理邹慧君，张春林，李杞仪.机械原理课程设计手册.邹慧君机械原理课程设计指导书裘建新主编 机械原理（第六版）孙恒、陈作模主编 机械原理课程设计手册邹慧君主编机构设计的组合及变异方法 洪允楣主编 间歇运动机构设计殷鸿梁 朱邦贤主编 凸轮设计赵韩 主编S,其左具体按结构情况来设计，在此F方向的长度应大于滑梁的行程北京高等教育出版社2006北京高等教育出版社1998北京高等教育出版社2005北京高等教育出版社2001北京高等教育出版社1998北京机械工业出版社1982上海上海科学技术出版社1995北京 高等教育出版社1993第18页共15页