機械原理課程設(shè)計-蜂窩煤成型機

1、濟南大學(xué)2010年機械原理課程設(shè)計機械原理課程設(shè)計題 目：沖壓式蜂窩煤成型機機構(gòu)學(xué) 校：濟南大學(xué)系 別：機械工程及自動化班 級:機自0809設(shè)計者：劉騫（組長）指導(dǎo)教師：常遇春2010-06-20 星期日課 程 設(shè) 計 評 語機械工程及自動化設(shè)計任務(wù)計劃書課程名稱：機械原理課程設(shè)計設(shè)計題目：沖壓式蜂窩煤成型機改進機構(gòu)設(shè)計要求與原始數(shù)據(jù)：設(shè)計小組成員：_指導(dǎo)教師評語：指導(dǎo)教師：張旦聞年 月 日第3頁 共16頁yr乙目錄二1、 產(chǎn)品簡介 42、 工作原理43、機器的運動方案的分析與選擇3.1、 設(shè)計基本要求53.2、 原動機的選擇53.3、 主傳動運動方案分析 63.4、掃屑機構(gòu)運動方案分析84、

2、機構(gòu)系統(tǒng)的運動尺寸設(shè)計4.1、傳動機構(gòu)的運動尺寸設(shè)計 94.2、主體機構(gòu)的運動尺寸設(shè)計 124.3、掃煤機構(gòu)的運動尺寸設(shè)計 124.4、 工作盤轉(zhuǎn)動機構(gòu)的運動尺寸設(shè)計 135、 主體機構(gòu)運動線圖 136、 機器運動簡圖147、 自我感想168、 參考書目16濟南大學(xué)2010年機械原理課程設(shè)計1、產(chǎn)品簡介機械原理、機械設(shè)計課程是培養(yǎng)學(xué)生具有機械基礎(chǔ)知識及機械創(chuàng)新能力的技術(shù)基礎(chǔ) 課。在機械類各專業(yè)中教學(xué)計劃是主干課程。 在培養(yǎng)合格機械工程設(shè)計人才方面起著極 其重要的作用，是學(xué)習(xí)專業(yè)課程和從事機械產(chǎn)品設(shè)計的必備準(zhǔn)備。本設(shè)計題目是蜂窩煤成型機構(gòu)，設(shè)計的最初想法來源丁自己以往的親身經(jīng)歷。以往 的許多制造

3、煤塊的機構(gòu)存在著許多避之不及的缺陷，即有些機構(gòu)制造出的煤塊不夠敦 實，放干后有一些裂紋；有些機構(gòu)造出的煤塊經(jīng)常出現(xiàn)孔內(nèi)坍塌現(xiàn)象；有些機構(gòu)在工作 是會出現(xiàn)許多不能及時活理的煤屑， 造成工作環(huán)境的相對惡劣，等等。本設(shè)計的誕生不 僅克服了許多造煤塊機構(gòu)難以克服的缺陷， 還在機械傳動的能耗以及電動機選擇上做了 優(yōu)化，很大程度上做到了美化環(huán)境及節(jié)約有限能源。 本設(shè)計考慮到各組成機構(gòu)的可行性 與合理性，選擇了兩種運動方案：一是機構(gòu)擁有了帶傳動結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、具有過 載保護作用，槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠等特性，二是有了齒輪傳動結(jié)構(gòu)緊密，壽命 長，效率高等優(yōu)點。本設(shè)計的許多地方牽涉到了機械傳動以及齒輪傳

4、動的知識，進一步 驗證和細(xì)化了專業(yè)理論知識，是我們對本專業(yè)的發(fā)展方向有了更活楚的認(rèn)識。另外，本機構(gòu)安全、實用的思想設(shè)計而出，市場前景廣闊，適用范圍比較廣泛，既 可以用丁大中型公司或企業(yè)批量生產(chǎn)，乂可用丁小型部門的連續(xù)生產(chǎn)，造出的煤塊很大 程度上的得到了市場和廣大用戶的肯定。2、工作原理利用帶沖針6的沖頭4往復(fù)運動，將位丁工作盤2?？字械幕旌狭蠅簩嵆尚汀_針 6剛性固結(jié)丁沖頭，用以穿孔。壓板 8以彈簧7與滑塊1相連，通過彈簧壓縮時所產(chǎn)生 的彈簧力將型煤壓實。為了提高生產(chǎn)率，將機器作成多工位的，把上料、成型、卸煤等 工序集中在一臺機器上連續(xù)完成。機器執(zhí)行構(gòu)件的運動圖如圖1-1所示?；瑝K1上裝有沖孔

5、壓實壓頭4和卸煤推桿5,濟南大學(xué)2010年機械原理課程設(shè)計作往復(fù)直線運動（A1）;工作盤2上有五個模孔，I為上料工位，m為成型工位，IV為 卸料工位，做間歇回轉(zhuǎn)運動（AQ；上料器3作連續(xù)回轉(zhuǎn)運動（A3）；將型煤運出的傳送 帶做勻速直線運動（A4）；沖頭每次退出工作盤后，掃煤桿在沖頭下面掃過，作活除煤 屑的掃煤運動（A3。Ai的運動參數(shù)取決丁生產(chǎn)率，取 n = 72r / min?？紤]到料煤高度與型煤高度之比 （壓縮比）為2:1 ,工作盤高H =2h = 150mm。為使工作盤轉(zhuǎn)位速度不致太高，取 壓頭在工作盤內(nèi)和工作盤外的位移相等，即沖頭的行程為H1 = 2h = 300mm。A運動應(yīng)與A協(xié)調(diào)

6、配合，工作盤轉(zhuǎn)位時，壓頭必須在工作盤外，其運動參數(shù)n2 =叫=72r / min其運動系數(shù)i應(yīng)小丁 0.5。綜合考慮各運動的關(guān)系，暫取工作盤轉(zhuǎn)位時的運動系數(shù) r =160/360 = 0.444。A3的運動參數(shù)參考現(xiàn)有機器取 n3=120r/min。圖1-2 生產(chǎn)阻力曲線A運動的傳送帶速度要保證前一塊煤運走 后，后一塊煤才能卸落在傳送帶上。設(shè)煤塊的 間距為2巾=0.2m ,則傳送帶速度為n 0.272 0.2，Va = = 0.24m/s6060A運動為平面復(fù)雜運動，要保證沖頭往復(fù) 運動一次，掃煤桿在沖頭下往復(fù)掃過一次，且 不與其他構(gòu)件相碰（具體要求見主體機構(gòu)設(shè)計 部分）。由丁型煤是利用彈簧壓

7、實，故生產(chǎn)阻力 Fr與彈簧壓縮量成正比，生產(chǎn)阻力曲線見圖 1-2 , Frmax=5000N3、機器的運動方案分析及選擇3、1 設(shè)計基本要求1）設(shè)計蜂窩煤成型機構(gòu)，型煤尺寸為*沖=100（mm） x 75（mm）生產(chǎn)率為每 分鐘72個；2）沖壓成型時的生產(chǎn)阻力達(dá)到 50000N3）為改善蜂窩煤成型機的質(zhì)量，希望在沖壓后有一短暫的保壓時間；4）由丁沖頭要產(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。3、2原動機的選擇原動機做勻速轉(zhuǎn)動，驅(qū)動各執(zhí)行構(gòu)件動作，其中掃煤運動 A可考慮直接用滑塊做 主運動，以保證運動協(xié)調(diào)配合。由丁采用集中驅(qū)動，有電動機到 A1原動件的主傳動

8、鏈 總傳動比為：n 電 1440 n" 72=20再考慮到同類機器的參數(shù)，在此選用異步電動機集中驅(qū)動，取n 電=1440r/mIn3、3主傳動運動方案分析及選擇執(zhí)行構(gòu)件作往復(fù)直線運動，所以主傳動鏈中，需要兩級減速，運動分支和將連續(xù)回 轉(zhuǎn)運動變換為往復(fù)直線運動的功能，即可畫出主運動鏈的功能框圖1-3。然后再根據(jù)其他執(zhí)行構(gòu)件的運動形式和運動參數(shù)的大小。確定所需的功能元，畫出 輔助傳動鏈的功能框圖1-3。圖1-3傳動鏈的功能框這樣取出功能框圖中幾種主要功能元，然后選擇功能載體，即可得到表1所示:綜合以上分析，結(jié)合主要的運動類型，我們制定了兩種方案，下面就讓我們對兩種 方案作一詳細(xì)的分析：方

9、案I :主傳動采用帶傳動和鏈傳動，主題機構(gòu)采用曲柄滑塊機構(gòu)，輔助轉(zhuǎn)位機構(gòu) 采用槽輪機構(gòu)，傳送裝置采用傳送帶。裝配簡圖如圖1-4所示，列出了機構(gòu)的主要構(gòu)件.rvF xJ W圖1-4 方案I方案U：主傳動采用兩級齒輪機構(gòu)減速，主體機構(gòu)雖然可以采用其它機構(gòu)，但在動 力傳動中曲柄滑塊機構(gòu)較其他機構(gòu)簡單、 合理，所以本方案主體機構(gòu)仍采用曲柄滑塊機構(gòu)，輔助轉(zhuǎn)位機構(gòu)采用不完全齒輪機構(gòu)，其他同方案I ,各機構(gòu)的裝配簡圖如圖1-5圖1-5 方案n1）、繪制傳動方案簡圖結(jié)合功能框圖的傳動路線，考慮到機構(gòu)和軸線的配置以及一些其他功能，即可繪出 機器的兩種運動方案圖。2）、方案I、方案II的分析比較這兩種方案區(qū)別在丁

10、主傳動機構(gòu)和輔助轉(zhuǎn)位機構(gòu)不同。由機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)（張永安主編、高等教育出版社出版）的第一章的表1-2、表1-3可知，方案I帶傳動結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，具有過載保護作用.鏈傳動傳遞功率較大，但是它們的外廓尺寸 大，在振動沖擊載荷作用下，鏈傳動壽命較短。槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)比較簡單，工作可靠，嚙 入嚙出比較平穩(wěn)，有柔性沖擊，但槽輪在工作盤上不大好布置，所以空間較大。方案皿采用齒輪傳動，結(jié)構(gòu)緊湊，壽命長，效率高，可采用標(biāo)準(zhǔn)減速器、大齒輪即 為曲柄，便丁平衡，且可起飛輪作用，但制造成本較高。不完全齒輪機構(gòu)嚙入嚙出時沖 擊較大，設(shè)計計算較復(fù)雜，但動停比不受結(jié)構(gòu)限制，尺寸較緊湊，便丁布置。根據(jù)以上 簡單分析，初

11、步?jīng)Q定采用方案II作為機器的運動方案。3）、掃屑機構(gòu)運動方案分析方案I :沖壓機構(gòu)為偏置曲柄滑塊機構(gòu)、模筒轉(zhuǎn)盤為不完全齒輪機構(gòu)、掃屑機構(gòu)為 附加滑塊搖桿機構(gòu)。方案皿：沖壓機構(gòu)為對心曲柄滑塊機構(gòu)、模筒轉(zhuǎn)盤為槽輪機構(gòu)、掃屑機構(gòu)為固定凸 輪移動從動件機構(gòu)。兩個方案我們可以用模糊綜合評價方法來進行評估優(yōu)選，最后定方案n為沖壓式蜂 窩煤成型機的掃屑機構(gòu)的運動方案。4、機構(gòu)系統(tǒng)的尺寸設(shè)計4.1、傳動機構(gòu)的運動尺寸設(shè)計：主傳動機構(gòu)的總傳動比i總=20,采用兩級減速，根據(jù)傳動比分配“前小后大”的 原則，i 總ex i 2=4X 5,則 zi可取 19, z i Z1 = 4z8 , Z8取 22, Z4 =i

12、2XZ3=5x22 =110.如下圖 1-6 所示：動比：因此可取:如圖1-7所示，由上料器的轉(zhuǎn)速n3 = 120r/min可知：則電動機至上料機的總傳' n 電 “-.-E、= = 12 = ii x i3% = i3 z/3 21 = 63LZ3Z4其中：Z5=21Z6=63Z7=22Z8 = 110A3 ,n 1=72r/mmZ2圖1-7 二級減速機構(gòu)Z1由丁沖頭和工作盤的運動平面相互垂直，主體機構(gòu)的主動件（曲柄）和輔助轉(zhuǎn)位機構(gòu)的主動件（不完全齒輪）的軸線相互垂直，因此，配置了圓錐齒輪傳動Z9、Z10 ,如 圖1-8所示圖1-8 主傳動機構(gòu)考慮到主體機構(gòu)與輔助機構(gòu)應(yīng)同步，固取Z9

13、 = Z10 =20。傳送皮帶需從工作臺下通過,寸寸受限制，取主動帶輪直徑D=200mm則帶輪轉(zhuǎn)速：V4 60-D0.24 600.2-=23r/mm運動有曲柄軸通過齒輪機構(gòu)傳來，貝U：niZ1214 =一n 4 Z11即取礦23Z12 = 724.2、主體機構(gòu)的運動尺寸設(shè)計由丁滑塊沒有行程速比系數(shù)要求，為使機構(gòu)受力較好，采用對心的曲柄滑塊機構(gòu) 作為主體機構(gòu)，則曲柄長度：Hi r =150mm 2為了使機構(gòu)力學(xué)性能較好，使滑塊運動速度波動較小，乂考慮到機器的整體高度，一般?。簉 11r =l 4 6則兩桿長度：l =（46）r =（46產(chǎn)150= 600900 mm考慮到機器的整體高度，取l

14、= 800mm ,如圖1-9所示為傳動角最小時的機構(gòu)位置簡圖，由此校核最小傳動角，所以：r 一一 一 一伽=cos'j = 79.340 50滿足傳力性能要求。4.3、掃煤機構(gòu)的運動尺寸設(shè)計圖1-9主體機構(gòu)簡圖為了活掃壓頭和推桿下面的煤屑，在此設(shè)計一掃煤機構(gòu)，使壓頭離開工作臺時，掃 煤桿在壓頭下面往復(fù)掃過，乂不能與其它構(gòu)件相碰撞。掃煤桿的長度要保證能在壓頭下 面掃過，由總體高度來考慮，固定凸輪采用斜面形狀，其上下方向的長度應(yīng)大丁滑梁的行程s,其左右方向的高度應(yīng)能使掃屑刷滿足掃除粉煤的活動范圍。用作圖法對此機構(gòu)進行設(shè)計，如圖1-10 : Hmin、Hmax應(yīng)該滿足關(guān)系式：Hmax Hm/

15、M某= 75mm144020=72r/min凸輪的轉(zhuǎn)速應(yīng)該與主體機構(gòu)的運動周期相配合，由主體機構(gòu)的轉(zhuǎn)動比 i = 20,原動 機的轉(zhuǎn)速為1440r/min ,可計算出：4.4、工作盤轉(zhuǎn)位機構(gòu)的運動尺寸的設(shè)計在此設(shè)計中，工作盤的轉(zhuǎn)位采用不完全齒輪機構(gòu)傳動。不完全齒輪的設(shè)計可參閱機 械原理課程設(shè)計指導(dǎo)（由張永安主編、高等教育出版社出版）的 148頁表11。先將 工作盤的靜止位置按比例繪出，如圖1-11 （見后附圖2）所示。因主體機構(gòu)采用對心的曲柄滑塊機構(gòu)，則曲柄要通過m、IV工位的?？字行?，因此 不完全齒輪機構(gòu)的主動齒輪的回轉(zhuǎn)中心 O1也應(yīng)在曲柄的軸線上。由丁工作盤每次轉(zhuǎn)動 1/5周，則從動齒輪的

16、齒數(shù)應(yīng)該是 Z2的五倍，取Z2=16,則：Z2=16.模數(shù)選取要保證 從動齒輪齒根圓大丁工作盤外徑，本題取 m=5o Ao可得適量方程為:5、主體機構(gòu)運動線圖設(shè)計與分析如圖所示為型煤機主體機構(gòu)的運動簡圖，由封閉欠量圖（2.1）"12 = Xo寫出復(fù)數(shù)形式為.舊1 + I R（2.2）le"= Xo展開后得fucose 1 + l2cos。2 = xo（2.3）ksinS + l2sin。2 = 0求得：（2.4）Xo T1 cos。1 l2 cos。2將式子（2.2）對時間求導(dǎo)，求得：1q 1sin（0 10 2）(2.5)vo 二 一 _!將式子（2.4）對時間求導(dǎo)，求得

17、：頃2 cos©1 _ 02） + l23 2ao 12cosO 2cosO2由以上式子可求出各個位置的速度、加速度及 。的位移的值，根據(jù)各個點的速度、 加速度、位移的值，通過描點法即可作出滑塊的速度、加速度、位移的線圖，如圖 1-12所示。6、機器運動簡圖根據(jù)以上設(shè)計分析及有關(guān)的數(shù)值計算，得到圖 1-13所示的機器簡圖：由丁傳送裝 置位丁視野之外，在此并未畫出其簡圖，僅僅作出了沖壓式蜂窩煤的主體機構(gòu)簡圖。第17頁 共16頁圖1-13 主體機構(gòu)簡圖7、感想通過這一星期的機械課程設(shè)計，我們感觸良多，這次課程設(shè)計讓我看到了自己的 不足之處，也讓我體會到了課程設(shè)計的樂趣和意義。理論聯(lián)系實際

18、這一重要思想，在這里體現(xiàn)得淋漓盡致。我們現(xiàn)在最缺乏的就是實 際工作經(jīng)驗，而理論聯(lián)系實踐并不像我們想象的那么簡單， 他需要堅實的理論基礎(chǔ)和實 際工作經(jīng)驗。堅實的理論基礎(chǔ)決定了我必須堅持學(xué)習(xí)新的知識新的理論，完善了自己的知識結(jié)構(gòu)，才能在以后的實際中輕松面對，才能設(shè)計出更好的更有益丁人們生活與工作 的機械，才能跟上時代的步伐，不被淘汰。嚴(yán)謹(jǐn)和細(xì)心是做機械設(shè)計的必要態(tài)度，要想做好一件事，就必須一絲不茍、態(tài)度 認(rèn)真。俗話說：“失之毫厘，謬之千里?！痹跈C械設(shè)計上尤其應(yīng)該注意。在以后的工作中， 你的很小的一個疏忽將會造成一個公司很大的損失，甚至給用戶帶去生命危險，而自己也會為自己的不負(fù)責(zé)任行為付出代價。當(dāng)然要順利的完成一項設(shè)計，團隊合作是必不可少的，大家相互交流意見，分工 合作，取長補短，共同努力。在這次課程設(shè)計中，困難不可避免，但我們團結(jié)合作，永不言棄，始終相信辦法 總比困難多。困難是我們前