課程設(shè)計(jì) 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)

1、<p><b>　　機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) </b></p><p>　　題目：沖壓式蜂窩煤成型機(jī)</p><p>　　沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的功能和設(shè)計(jì)要求</p><p><b>　　功能</b></p><p>　　蜂窩煤長(zhǎng)期以來在我國(guó)城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村廣泛使用，現(xiàn)已發(fā)明環(huán)保節(jié)能型蜂窩煤，燃燒無毒、無味

2、、無黑煙。所以市場(chǎng)上對(duì)蜂窩煤的需求量很大。 質(zhì)量高的蜂窩煤有抗壓性強(qiáng)、外觀平整光滑、厚薄一致、孔距分布合理、燃燒良好的特點(diǎn)，這就對(duì)蜂窩煤成型機(jī)提出了要求。</p><p>　　沖壓式蜂窩煤成型機(jī)是中國(guó)城鎮(zhèn)蜂窩煤生產(chǎn)廠的主要生產(chǎn)設(shè)備，這種設(shè)備具有結(jié)構(gòu)合理、成型性能好、經(jīng)久耐用、維修方便等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的功能是將煤粉加入轉(zhuǎn)盤的模筒內(nèi)，經(jīng)沖頭沖壓成蜂窩煤。</p>

3、<p>　　為了實(shí)現(xiàn)將蜂窩煤壓制成型，沖壓式蜂窩煤成型機(jī)必須完成五個(gè)動(dòng)作：</p><p><b>　　（1）粉煤加料；</b></p><p>　?。?）沖頭將蜂窩煤壓制成型；</p><p>　?。?）清除沖頭和出煤盤積屑的掃屑運(yùn)動(dòng)；</p><p>　?。?）將在模筒內(nèi)沖壓后的蜂窩煤脫煤；</p&

4、gt;<p>　?。?）將沖壓成型的蜂窩煤輸出。</p><p>　　2.設(shè)計(jì)要求和原始數(shù)據(jù)</p><p>　?。?）蜂窩煤成型機(jī)的生產(chǎn)能力：30次/min。</p><p>　?。?）如圖1所示，沖頭、脫模盤、掃屑刷、模筒轉(zhuǎn)盤的相互位置關(guān)系。實(shí)際上沖頭與脫模盤都通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)與滑梁連成一體。當(dāng)滑梁旋轉(zhuǎn)前半周期沖頭將粉煤沖壓成蜂窩煤，脫煤盤將已壓成

5、的蜂窩煤脫模；在滑梁旋轉(zhuǎn)后半周期中掃屑刷將刷除沖頭和脫模盤上粘著的粉煤。模筒轉(zhuǎn)盤上均布3了煤筒，轉(zhuǎn)盤的間歇運(yùn)動(dòng)使加料后的模筒進(jìn)入沖壓位置，成型后的模筒進(jìn)入脫模位置，空的模筒進(jìn)入加料位置。</p><p>　?。?）為了改善蜂窩煤沖壓成型的質(zhì)量，希望沖壓機(jī)構(gòu)在沖壓后有一保壓時(shí)間。</p><p>　?。?）沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的滑梁行程，連桿系數(shù)。</p><p>　　

6、（5）驅(qū)動(dòng)電機(jī)目前采用Y180L-8型，其功率N＝11kW，轉(zhuǎn)速n＝730 r/min。</p><p>　　（6）機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案應(yīng)力求簡(jiǎn)單。</p><p>　　1.模筒轉(zhuǎn)盤; 2.滑梁; 3.沖頭; 4.掃屑刷; 5.脫模盤</p><p>　　圖1 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)各部分位置示意（修改）</p><p>　　為更好的了解沖壓式蜂窩煤成型

7、機(jī)的工作原理以及機(jī)構(gòu)組成，我們查找了許多相關(guān)資料，從中對(duì)蜂窩煤成型有了個(gè)大概的了解，并萌發(fā)出一些自己的想法，為接下來的設(shè)計(jì)與建模做好了準(zhǔn)備。</p><p>　　二、工作原理和工藝動(dòng)作分解</p><p>　　根據(jù)上述分析，沖壓式蜂窩煤成型機(jī)要求完成的工藝動(dòng)作有以下六個(gè)動(dòng)作。</p><p>　?。?）加料：這一動(dòng)作可利用粉煤重力打開料斗自動(dòng)加料。</p>

8、;<p>　?。?）沖壓成型：要求沖頭上、下往復(fù)移動(dòng)，在沖頭行程的后1/2進(jìn)行沖壓成型。</p><p>　?。?）脫模：要求脫模盤上、下往復(fù)移動(dòng)，將已沖壓成型的煤餅壓下去而脫離模筒。</p><p>　?。?）掃屑：要求在沖頭、脫模盤向上移動(dòng)過程中用掃屑刷將粉煤掃除。</p><p>　?。?）模筒轉(zhuǎn)模間歇運(yùn)動(dòng)：以完成沖壓、脫模、加料三個(gè)工位的轉(zhuǎn)換。

9、</p><p>　?。?）輸送：將成型的煤餅脫模后落在輸送帶上送出成品，以便裝箱待用。</p><p>　　以上六個(gè)動(dòng)作，加料和輸送的動(dòng)作比較簡(jiǎn)單，暫時(shí)不予考慮，沖壓和脫?？捎靡粋€(gè)機(jī)構(gòu)來完成。因此，沖壓式蜂窩煤成型機(jī)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮沖壓和脫模機(jī)構(gòu)、掃屑機(jī)構(gòu)和模筒轉(zhuǎn)盤的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)這三個(gè)機(jī)構(gòu)的選型和設(shè)計(jì)問題。</p><p>　　三、根據(jù)工藝動(dòng)作順序和協(xié)調(diào)要求擬

10、定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖</p><p>　　對(duì)于沖壓式蜂窩煤成型機(jī)構(gòu)運(yùn)出循環(huán)圖主要是確定沖壓和脫模盤、掃屑刷、模筒轉(zhuǎn)盤三個(gè)執(zhí)行構(gòu)件的先后順序、相位，以利于各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、裝配和調(diào)試。</p><p>　　沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的主機(jī)構(gòu)為沖壓機(jī)構(gòu)，以它的主動(dòng)件的零位角為橫坐標(biāo)的起點(diǎn)，縱坐標(biāo)表示各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移起止位置。表1表示沖壓式蜂窩煤成型機(jī)構(gòu)三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)出循環(huán)圖。</p><

11、p>　　表1沖壓式蜂窩煤成型機(jī)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖</p><p>　　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成，使間歇轉(zhuǎn)動(dòng)在沖壓以前完成。掃屑刷要求在沖頭回程后半段至工作行程前半段完成掃屑動(dòng)作。</p><p><b>　　四、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型</b></p><p>　　根據(jù)沖頭和脫模盤

12、、模筒轉(zhuǎn)盤、掃屑刷這三個(gè)執(zhí)行構(gòu)件動(dòng)作要求和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以選擇表2所列的常用機(jī)構(gòu)，這一表格又可稱為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形態(tài)學(xué)矩陣。</p><p>　　表2蜂窩煤成型機(jī)的機(jī)構(gòu)選型</p><p>　　圖2表示附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu)，利用滑塊的上、下移動(dòng)使搖桿OB上的掃屑刷擺動(dòng)掃除沖頭和脫模盤底上的粉煤屑。</p><p>　　圖2 附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu)</p><p&

13、gt;　　圖3表示固定移動(dòng)凸輪利用滑梁上、下移動(dòng)使帶有掃屑刷的移動(dòng)從動(dòng)件頂出而掃除沖頭和脫模盤底的粉煤屑。</p><p><b>　　圖3 移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　五、機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的選擇和評(píng)定</p><p>　　根據(jù)表2的三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)形態(tài)學(xué)矩陣，可以求出沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案數(shù)為</p><p

14、>　　N＝3×2×3＝18</p><p>　　現(xiàn)在可以按給定條件、各機(jī)構(gòu)的相容性和盡量使機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單等要求來選擇方案。在此可選定三個(gè)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的方案，如下所述。</p><p>　　方案一：沖壓機(jī)構(gòu)為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，模筒轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)為槽輪機(jī)構(gòu)，掃屑機(jī)構(gòu)為固定凸輪移動(dòng)從動(dòng)件機(jī)構(gòu)。</p><p>　　方案二：如圖所示，該機(jī)械系統(tǒng)的輸入為電動(dòng)機(jī)連

15、續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，沖頭、起模盤與傳動(dòng)軸主軸連成一體。當(dāng)傳動(dòng)主軸連續(xù)回轉(zhuǎn)的前半個(gè)周期，沖頭將粉煤沖壓成蜂窩煤，脫模盤將已壓成的蜂窩煤脫模。后半個(gè)周期掃屑刷將沖頭和脫模盤上粘著的粉煤刷除。工作臺(tái)上均布六個(gè)模筒，由槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。在同一時(shí)刻，加料模進(jìn)入沖壓模位置，成型模進(jìn)入脫模位置，空模筒進(jìn)入加料位置。</p><p>　　方案三：該設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)是偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)執(zhí)行粉煤沖壓成型動(dòng)作，由另一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演變機(jī)構(gòu)將成品頂

16、出。由凸輪機(jī)構(gòu)把送入煤粉和輸出成品合并為一個(gè)動(dòng)作，在把成品推出工作臺(tái)的同時(shí)將下一工作循環(huán)的粉煤送至模筒。</p><p>　　方案四：該方案的特點(diǎn)是由雙軸伸發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)兩側(cè)蝸桿渦輪傳動(dòng)，通過兩組凸輪配合將粉煤擠壓成蜂窩煤。在煤餅上模，左右模脫開的時(shí)候，平行四邊形兩曲柄上接的兩推板運(yùn)行到工作臺(tái)表面，同時(shí)分別將成型煤餅和煤料送到位。 </p><p>　　三個(gè)方案可以按設(shè)計(jì)需求直接比較方案的優(yōu)劣

17、。由于沒有急回要求，沖壓機(jī)構(gòu)可以選為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；模筒轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)可以選為槽輪機(jī)構(gòu)，這樣工作效率高、定位精確且加工方便；掃屑機(jī)構(gòu)可選為固定凸輪移動(dòng)從動(dòng)件機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)加工簡(jiǎn)單方便。最后，選取方案一為沖壓式蜂窩煤成型機(jī)構(gòu)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案。</p><p>　　六、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的速比和變速機(jī)構(gòu)</p><p>　　根據(jù)選定的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的生產(chǎn)能力，可知其機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比為

18、</p><p>　　采用二級(jí)減速機(jī)構(gòu)。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的第一級(jí)采用帶傳動(dòng)，第二級(jí)采用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。按傳動(dòng)比分配原則，為使傳動(dòng)構(gòu)件獲得較小尺寸，結(jié)構(gòu)緊湊，可采用傳動(dòng)比“先小后大”原則。因此選i1=4.866，i2=5，則總傳動(dòng)比為i1*i2=24.33.</p><p>　　七、畫出機(jī)械運(yùn)出方案簡(jiǎn)圖</p><p>　　按已選定的三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形式及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，畫

19、出沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)示意圖，其中三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分也可以稱為機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖。如圖4所示，包括了機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組合。如果再加上加料機(jī)構(gòu)和輸送機(jī)構(gòu)，就可以完整地表示整臺(tái)機(jī)器的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案圖。</p><p>　　圖4 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)運(yùn)動(dòng)方案示意</p><p>　　有了機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案示意圖，就可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算以及機(jī)器的總體設(shè)計(jì)。</p><

20、;p>　　八、對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸計(jì)算</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)具體的運(yùn)動(dòng)要求，必須對(duì)帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（沖壓機(jī)構(gòu)）、槽輪機(jī)構(gòu)（模筒轉(zhuǎn)盤間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)）和凸輪掃屑機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸計(jì)算，必要時(shí)還要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)計(jì)算。</p><p><b>　　1.帶傳動(dòng)計(jì)算</b></p><p><b>　?。?）確

21、定計(jì)算功率</b></p><p><b>　　取，則</b></p><p>　?。?）選擇帶的型號(hào)。由及主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速，由有關(guān)線圖選擇V帶型號(hào)為C型V帶。</p><p>　?。?）確定帶輪節(jié)圓直徑和。取，則</p><p><b>　?。?）確定中心距</b></p>&

22、lt;p><b>　　即。</b></p><p><b>　?。?）確定V帶根數(shù)</b></p><p><b>　　2.齒輪傳動(dòng)計(jì)算</b></p><p>　　取齒輪的壓力角, ，，按鋼制齒輪進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，其模數(shù)。</p><p><b>　　則分度圓直徑

23、分別為</b></p><p><b>　　齒頂高為</b></p><p><b>　　齒根高為</b></p><p><b>　　齒全高</b></p><p><b>　　齒頂圓直徑分別為</b></p><p>

24、;<b>　　齒根圓直徑分別為</b></p><p><b>　　齒厚為</b></p><p><b>　　齒槽寬為</b></p><p><b>　　標(biāo)準(zhǔn)中心距為</b></p><p>　　齒輪厚度按實(shí)際情況選取，其余尺寸按有關(guān)公式計(jì)算出。<

25、;/p><p>　　3．曲柄滑塊機(jī)構(gòu)計(jì)算</p><p>　　已知沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的滑梁行程，連桿系數(shù),則曲柄半徑</p><p><b>　　連桿長(zhǎng)度為</b></p><p>　　下面采用作圖法求出曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中滑梁（滑塊）的速度和加速度。</p><p>　　取，曲柄逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)角為45&

26、#176;時(shí)，按比例精確作曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，如圖5所示。</p><p>　　圖5 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖</p><p>　　因?yàn)闂U1（曲柄）的轉(zhuǎn)速為30 r/min，且方向?yàn)槟鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)，故桿1的角速度為</p><p>　　，方向?yàn)槟鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　B點(diǎn)的速度為</b></p>

27、<p>　　，方向?yàn)榇怪庇跅U1且指向向上。</p><p><b>　　B點(diǎn)的加速度為</b></p><p><b>　　，方向由B指向A。</b></p><p>　　下面求C點(diǎn)的速度及加速度。</p><p>　　對(duì)于桿2， </p><p&

28、gt;　　方向 C→A ⊥AB↑ ⊥BC</p><p>　　大小 ？ 0.471 ?</p><p>　　取，按比例精確作速度圖，如圖6所示。</p><p><b>　　圖6 速度圖</b></p><p><b>　　量取得</b></p>

29、<p><b>　　。</b></p><p><b>　　。</b></p><p>　　因此，桿2的加速度為</p><p>　　，方向?yàn)轫槙r(shí)針方向。</p><p><b>　　，方向由C指向B。</b></p><p>　　對(duì)于桿2，

30、 </p><p>　　方向 C→A B→A C→B ⊥BC↑</p><p>　　大小 ？ 1.479 0.121 ？</p><p>　　取，按比例精確作速度圖，如圖7所示。</p><p><b>　　圖7 加速度圖</b></

31、p><p><b>　　量取得</b></p><p><b>　　。</b></p><p>　　因此，當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)角為45°時(shí)，滑塊3的速度為0.37m/s，加速度為1.05m/s2。</p><p><b>　　4．槽輪機(jī)構(gòu)計(jì)算</b></p><p

32、>　　（1）槽數(shù)。按工位數(shù)要求選定為6。</p><p>　?。?）中心距。按結(jié)構(gòu)情況確定。</p><p>　?。?）圓銷半徑。按結(jié)構(gòu)情況確定。</p><p>　?。?）槽輪每次轉(zhuǎn)位時(shí)主動(dòng)件的轉(zhuǎn)角。</p><p><b>　?。?）槽間角。</b></p><p>　　（6）主動(dòng)件圓銷

33、中心半徑。</p><p><b>　　（7）與的比值。</b></p><p>　　（8）槽輪外圓半徑。</p><p><b>　?。?）槽輪槽深</b></p><p><b>　?。?0）運(yùn)動(dòng)系數(shù)。</b></p><p>　　5．掃屑凸輪機(jī)構(gòu)計(jì)

34、算</p><p>　　固定凸輪采用斜面形狀，其上、下方向的長(zhǎng)度應(yīng)大于滑梁的行程，其左右方向的高度應(yīng)能使掃屑刷活動(dòng)范圍掃除粉煤。具體按結(jié)構(gòu)情況來設(shè)計(jì)，在此不再詳細(xì)設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　　裘建新 主編 《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》 北京 高等教育出版社 2005孫恒、陳作模 主編

35、 機(jī)械原理（第六版） 北京 高等教育出版社 2001 </p><p>　　鄒慧君 主編 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊(cè) 北京 高等教育出版社 1998</p><p>　　洪允楣 主編 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的組合及變異方法 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1982</p><p>　　殷鴻梁 朱邦賢 主編 間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 上海