機械原理課程設計蜂窩煤成型機

1、<p><b>　　一、設計題目</b></p><p><b>　　蜂窩煤成型機</b></p><p>　　1、工作原理及工藝過程</p><p>　　沖壓式蜂窩煤成型機是我國城鎮(zhèn)蜂窩煤（通常又稱煤餅，在圓柱形餅狀煤中沖出若于通孔）生產(chǎn)廠的主要生產(chǎn)設備。它將粉煤加人轉(zhuǎn)盤上的模筒內(nèi)，經(jīng)沖頭沖壓成蜂窩煤。<

2、/p><p>　　為了實現(xiàn)蜂窩煤沖壓成型，沖壓式蜂窩煤成型機必須完成五個動作：</p><p><b>　　1）粉煤加料；</b></p><p>　　2）沖頭將蜂窩煤壓制成型；</p><p>　　3）清除沖頭和出煤盤上積屑的掃屑運動；</p><p>　　4）將在模簡內(nèi)的沖壓后的蜂窩煤脫模；<

3、;/p><p>　　5）將沖壓成型的蜂窩煤輸送裝箱。</p><p>　　2、原始設計及數(shù)據(jù)要求</p><p>　　1）蜂窩煤成型機的生產(chǎn)能力：30次／min。</p><p>　　2）驅(qū)動電機：Y180L—8、功率 N=11 kW、轉(zhuǎn)速 n＝710 r／min。</p><p>　　3）沖壓成型時的生產(chǎn)阻力達到 105

4、N；</p><p>　　4）為了改善蜂窩煤沖壓成型的質(zhì)量，希望在沖壓后有一短暫的保壓時間。</p><p>　　5）由于沖頭要產(chǎn)生較大壓力，希望沖壓機構(gòu)具有增力功能，以增大有效力作用，減小原動機的功率。</p><p><b>　　二、設計題目的分析</b></p><p><b>　　1、功能分析</

5、b></p><p>　　沖壓式蜂窩煤成型機的功能是將粉煤加人轉(zhuǎn)盤上的模筒內(nèi)，經(jīng)沖頭沖壓成蜂窩煤。</p><p>　　設計一沖壓式蜂窩煤成型機沖壓和脫模機構(gòu)、工作盤的間歇轉(zhuǎn)動機構(gòu)以及掃屑刷機構(gòu)。</p><p>　　如圖所示，沖頭與脫模盤都與上下移動的滑梁連成一體。當滑梁上下沖時，沖頭將粉煤沖壓成蜂窩煤，脫模盤將已壓成的蜂窩煤脫模。在滑梁上升過程中，掃屑刷將

6、沖頭和脫模盤上粘著的粉煤刷掉。模筒轉(zhuǎn)盤上均布了模筒，轉(zhuǎn)盤的間歇運動時使加料的模筒進入沖壓位置，成型的模筒進入脫模位置，空模筒進入加料位置。</p><p>　　為改善沖壓質(zhì)量，沖壓后應有一段保壓時間。</p><p>　　為增大沖頭壓力，減小原動機功率，沖壓機應具有增壓功能。</p><p>　　機械運動方案應力求簡單。</p><p>　　

7、蜂窩煤成型機設計原理示意圖</p><p><b>　　2、功能分解</b></p><p>　　設計蜂窩煤成型機，其總功能可分解成以下幾個工藝動作：</p><p>　　1）加料：該動作可利用煤粉自重打開料斗的自動加料；</p><p>　　2）沖壓成型：要求沖頭上下往復運動，在沖頭行程的后二分之一進行沖壓成型；<

8、;/p><p>　　3）脫模：要求脫模臺上下往復運動，將已沖壓成型的煤餅壓下去而脫離模筒。一般可將它與沖頭一起固結(jié)在上下往復移動的滑梁上；</p><p>　　4）掃屑：要求在沖頭、脫模盤上向上移動過程中用掃屑刷將煤粉掃除；</p><p>　　5）模筒轉(zhuǎn)模間歇轉(zhuǎn)動：以完成沖壓、脫模、加料三個工位的轉(zhuǎn)換；</p><p>　　6）輸送：將成型的煤

9、餅脫落后落在運輸帶上送出成品，以便裝箱待用。</p><p>　　得出如下所示的功能圖：</p><p>　　該機主要由四個機構(gòu)組成：沖壓、脫模往復運動機構(gòu)、掃屑機構(gòu)、模筒轉(zhuǎn)模間歇轉(zhuǎn)動機構(gòu)。 </p><p><b>　　3、運動循環(huán)圖</b></p><p>　　對于沖壓式蜂窩煤成型機運動循環(huán)圖主要是確定沖壓和脫模盤、

10、掃屑刷、模筒轉(zhuǎn)盤三個執(zhí)行機構(gòu)的先后順序、相位，以利于對各執(zhí)行機構(gòu)的設計、裝配和調(diào)試。</p><p>　　沖壓式蜂窩煤成型機的沖壓機構(gòu)為主機構(gòu)，以它的主動件的零位角為橫坐標的起點，縱坐標表示執(zhí)行構(gòu)件的位移起迄位置。</p><p>　　如右圖所示表示沖壓式蜂窩煤成型機三個執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)圖。沖頭和脫模盤都由工作行程和回程兩部分組成。模筒轉(zhuǎn)盤的工作行程在沖頭的回程后半段和工作行程的前半段完

11、成，使間歇傳動在沖壓以前完成。要求掃屑刷在沖頭回程后半段至工作行程前半段完成掃屑動作。</p><p><b>　　4、執(zhí)行機構(gòu)的選型</b></p><p>　　根據(jù)沖頭和脫模盤、模筒轉(zhuǎn)盤、掃屑刷這三個執(zhí)行構(gòu)件動作要求和結(jié)構(gòu)特點，可以選擇如下表格的常用機構(gòu)，此表格又稱之為執(zhí)行機構(gòu)的形態(tài)學矩陣。</p><p>　　執(zhí)行機構(gòu)的形態(tài)學矩陣<

12、/p><p>　　1)導桿-滑塊機構(gòu) 2)附加滑塊搖桿機構(gòu) 3)固定凸輪移動滾子從動件機構(gòu)</p><p>　　5、機械運動方案確定</p><p>　　由小組的三套個人設計方案，我們按給定條件、各機構(gòu)的相容性和盡量使機構(gòu)簡單等要求來確定最佳方案。</p><p><b>　　確定最終方案

13、為：</b></p><p>　　沖壓機構(gòu)為對心曲柄滑塊機構(gòu)、模筒轉(zhuǎn)盤機構(gòu)為不完全齒輪機構(gòu)、掃屑機構(gòu)為導桿-滑塊機構(gòu)。</p><p><b>　　6、尺寸的計算</b></p><p>　　電動機的轉(zhuǎn)速n電=710r/min,蜂窩煤成型機的生產(chǎn)能力是30次/min, 型煤的尺寸Φ × h = 100(mm)×7

14、5(mm)。沖頭的運動參數(shù)取決于生產(chǎn)能力，故取n沖=30次/min。考慮到?jīng)_壓前后料煤的高度與型煤的高度之比大約為2:1，工作轉(zhuǎn)盤H=2h=150mm為使模筒轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)位速度不致太高，設沖頭在模筒轉(zhuǎn)盤內(nèi)和轉(zhuǎn)盤外的位移相等，及沖頭的行程為H沖=300mm.</p><p>　　沖頭的運動與模筒轉(zhuǎn)盤的運動協(xié)調(diào)配合，模筒轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時，沖頭必須在模筒轉(zhuǎn)盤外，其運動參數(shù)n盤=30r/min。</p><p&g

15、t;　　原動機作勻速轉(zhuǎn)動，驅(qū)動各執(zhí)行構(gòu)件運動，其中掃屑刷的運動直接利用滑塊作主動件，以保證運動協(xié)調(diào)配合。。</p><p>　　由電動機到曲柄的主傳動鏈總傳動比i總=n電/n沖=71/3=23.67，執(zhí)行構(gòu)件滑塊(沖頭)作往復直線運動。</p><p>　　1)傳動機構(gòu)的運動尺寸設計</p><p>　　電動機轉(zhuǎn)速過高，需經(jīng)過降速后傳動至主軸，則在電動機與主軸之間安

16、裝一變速器使主軸的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)?0r/min。</p><p>　　沖頭和模筒轉(zhuǎn)盤的運動平面相互垂直，沖壓機構(gòu)的主動件曲柄和輔助轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的機構(gòu)的主動件不完全齒輪的軸線相互垂直，因而設置了圓錐齒輪傳動，主體機構(gòu)與輔助機構(gòu)同步運行，故圓錐齒輪的齒數(shù)均相等，以保證轉(zhuǎn)速。傳動機構(gòu)的相關運動尺寸見總體機構(gòu)運動簡圖。</p><p>　　2）沖壓機構(gòu)的運動尺寸設計</p><p>

17、;　　由于滑塊沒有行程速比系數(shù)要求，為使機構(gòu)受力較好、設計簡單，采用了對心曲柄滑塊機構(gòu)作為主體機構(gòu)，則曲柄長度r=H沖/2=300/2=150mm?？紤]機構(gòu)的傳力性能，使滑塊運動速度波動較小，連桿系數(shù)λ的范圍應在到之間，故取λ==0.1875，得曲柄滑塊機構(gòu)的連桿長度為L=800mm。交合最小傳動角γ=λ=0.1875=79.19°。與沖壓機構(gòu)的相關運動尺寸見總體機構(gòu)運動簡圖與設計圖Ⅰ。</p><p>

18、;　　3）模筒轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)位機構(gòu)的運動尺寸設計</p><p>　　模筒轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動機構(gòu)采用不完全齒輪機構(gòu)傳動。模筒轉(zhuǎn)盤整體機構(gòu)的相關運動尺寸見總體機構(gòu)運動簡圖及設計圖Ⅱ。</p><p>　　4）掃屑機構(gòu)的運動尺寸設計</p><p>　　為了清掃沖頭和脫模盤下面的煤屑，需要設計掃屑機構(gòu)，使沖頭離開模筒轉(zhuǎn)盤后，掃屑桿在沖頭下面往復掃過，又不與其它擊鼓相接觸碰撞。掃屑桿的

19、長度要保證其能在沖頭下面掃過。方案中選用了導桿-滑塊機構(gòu)設計掃屑機構(gòu)。</p><p>　　依據(jù)滑塊的行程要求及沖壓機構(gòu)的尺寸限制，即為了清掃沖頭和脫模盤下面的煤屑， 掃屑桿的長度要保證掃屑刷能在掃屑刷下面掃過，且導桿所采用的斜面形狀在鉛垂方向上的高度應不小于滑梁的行程。確定斜面形狀在鉛垂方向上的高度Hθ=360mm>H沖=300mm</p><p>　　由圖示，要使掃屑機構(gòu)正常運行

20、：</p><p><b>　　≥=2.133</b></p><p><b>　　θ==64.885</b></p><p><b>　　則取θ=65°</b></p><p>　　l=50+270+150=420mm</p><p><

21、;b>　　令e=20mm</b></p><p>　　L=l+e=440mm</p><p>　　另外掃屑刷的長度直接選定為500mm。</p><p>　　與掃屑機構(gòu)相關的運動尺寸亦見于總機構(gòu)運動簡圖。</p><p>　　5）送料機構(gòu)及輸送機構(gòu)的設計</p><p>　　送料機構(gòu)的成果設計見于設計

22、圖Ⅳ。</p><p>　　輸送機構(gòu)安置在變向齒輪的主軸上，在脫?？卓诘恼路诫S曲柄軸轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)速n帶=30r/min。</p><p>　　7、蜂窩煤成型機的飛輪設計</p><p>　　已知飛輪的近似計算公式：</p><p><b>　　JF==2 </b></p><p>　　下圖表示

23、沖壓阻力的近似變化規(guī)律。驅(qū)動力應為定值。</p><p><b>　　則可求出驅(qū)動力為：</b></p><p>　　Fd=[(2πR-πR)×105]/2ΠR=12500 N</p><p><b>　　最大盈虧功ΔW：</b></p><p>　　ΔW=×(105-12500

24、)×πR=×(105-12500)×π×150×10-3=9015.23 N·m</p><p>　　同時，取[δ]=0.15,飛輪安裝在曲柄的軸上，有n=30r/min。</p><p><b>　　則有：</b></p><p>　　JF= = 2 = 900×9015.

25、23/[0.15×(30π)2]</p><p>　　=6095.7 kg·m2</p><p>　　增加飛輪之后，由于飛輪能儲存和釋放能量，可使蜂窩煤成型機所需電動機功率減小，其電動機功率約為：</p><p>　　P=Fd·? = 12500× =5887.5 W ≈5.9 Kw</p><p>　

26、　而采用的電機的功率為11kW，沒有考慮附加飛輪，只是從克服短時沖壓力較大的需要設想。</p><p>　　三、蜂窩煤成型機各部件名稱以及動作說明</p><p>　　蜂窩煤成型機各部件名稱、尺寸以及動作說明見于蜂窩煤成型機的運動簡圖。</p><p><b>　　四、參考書目</b></p><p>　　鄒慧君主編，《

27、機械原理課程設計手冊》，高等教育出版社，1998.6</p><p>　　孫恒、陳作模、葛文杰主編，《機械原理》，高等教育出版社，2006.5</p><p>　　張永安主編，《機械原理課程設計指導》，高等教育出版社，1995</p><p>　　楊黎明、楊志勤主編，《機構(gòu)選型與運動設計》，國防工業(yè)出版社，2007.6</p><p>　?。?/p>

28、孟憲源、姜琪主編.機構(gòu)構(gòu)型與應用.機械工業(yè)出版社，2004</p><p><b>　　五、個人心得體會</b></p><p>　　在這學期最后為期兩周的機械原理課程設計課程中，是我們本學期最為漫長卻又最為短暫的兩周。</p><p>　　說它漫長是因為從老師把設計題目給我們到我們自行設計并最終完成它是一個相對漫長的過程。其間遇到太多不解和難

29、題，還要考慮周全，充分發(fā)揮發(fā)散思維、創(chuàng)新思維，以及組員的不同分工和相互配合，同時在考驗我們的團隊精神，所以說在這一個相對比較漫長的過程中，不僅需要我們的綜合素質(zhì)良好，更加培養(yǎng)和鍛煉了我們在創(chuàng)新設計方面的綜合素質(zhì)。</p><p>　　再者，說它短暫，是因為在僅僅兩周的時間設計一個比較完善和性能優(yōu)良的機器出來是比較困難的，畢竟所學所知的有限限制了設計的機器的性能。雖然是生活中的一些運用實例，但由于初次接觸與設計相關

30、的內(nèi)容，難免會舉棋不定、不知所措，缺乏常識和經(jīng)驗，沒有比較系統(tǒng)和完善的設計方案。所以在匆忙之中更顯兩周時間的短暫。</p><p>　　不論時間是短暫還是漫長，在這兩周的設計過程中，不僅讓我們把自己所學的知識運用到了實際生活中，充分利用了所學的機械原理的相關知識，也讓我深刻體會到團體分工與合作的重要性，因為在今后的學習和工作中，但靠我們自己個人的力量是遠遠不夠的，必須積聚大家的智慧，才能創(chuàng)造出優(yōu)秀的令大眾滿意的好