《機械原理》課程設計_沖壓式蜂窩煤成型機范例)

1、機械原理課程設計范例)題目：沖壓式蜂窩煤成型機、沖壓式蜂窩煤成型機的功能和設計要求1. 功能沖壓式蜂窩煤成型機是中國城鎮(zhèn)蜂窩煤生產廠的主要生產設備，這種設備 具有結構合理、成型性能好、經久耐用、維修方便等優(yōu)點而被廣泛采用。沖壓式蜂窩煤成型機的功能是將粉煤加入轉盤的模筒內，經沖頭沖壓成蜂 窩煤。為了實現(xiàn)將蜂窩煤壓制成型，沖壓式蜂窩煤成型機必須完成五個動作：1)粉煤加料；2)沖頭將蜂窩煤壓制成型；3)清除沖頭和出煤盤積屑的掃屑運動；4)將在模筒內沖壓后的蜂窩煤脫煤；5)將沖壓成型的蜂窩煤輸出。2. 設計要求和原始數據(1)蜂窩煤成型機的生產能力：30次/min 。2) 如圖 1 所示，沖頭、脫模盤

2、、掃屑刷、模筒轉盤的相互位置關系。實際上沖頭與脫模盤都與上、 下移動的滑梁連成一體， 當滑梁下沖時沖頭將粉煤沖 壓成蜂窩煤， 脫煤盤將已壓成的蜂窩煤脫模。 在滑梁上升過程中掃屑刷將刷除沖 頭和脫模盤上粘著的粉煤。 模筒轉盤上均布了煤筒， 轉盤的間歇運動使加料后的模筒進入沖壓位置，成型后的模筒進入脫模位置，空的模筒進入加料位置。(3)為了改善蜂窩煤沖壓成型的質量，希望沖壓機構在沖壓后有一保壓時間。(4)沖壓式蜂窩煤成型機的滑梁行程 S = 300mm，連桿系數a = f = 0.157。(5)驅動電機目前采用 丫180L-8型，其功率N = 11kW,轉速n= 730 r/min。(6)機械運動

3、方案應力求簡單。1模筒轉盤；2滑梁；3沖頭；4.掃屑刷；5脫模盤圖1沖壓式蜂窩煤成型機各部分位置示意3. 設計任務(1)按工藝動作要求擬定運動循環(huán)圖。(2)進行沖壓脫模機構、掃屑機構、模筒轉盤間歇運動機構的選型。(3)機械運動方案的評定和選擇。(4)按選定的電動機和執(zhí)行機構運動參數擬定機械傳動方案。5）畫出機械運動方案示意圖。6）選取其中兩個傳動機構或執(zhí)行機構進行尺寸計算。二、工作原理和工藝動作分解根據上述分析， 沖壓式蜂窩煤成型機要求完成的工藝動作有以下六個動作。1）加料：這一動作可利用粉煤重力打開料斗自動加料。2）沖壓成型：要求沖頭上、下往復移動，在沖頭行程的后1/2 進行沖壓成型。3）脫

4、模：要求脫模盤上、下往復移動，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在上、下往復移動的滑梁上。4）掃屑：要求在沖頭、脫模盤向上移動過程中用掃屑刷將粉煤掃除。5）模筒轉模間歇運動：以完成沖壓、脫模、加料三個工位的轉換。6）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。以上六個動作，加料和輸送的動作比較簡單，暫時不予考慮，沖壓和脫模 可用一個機構來完成。 因此，沖壓式蜂窩煤成型機運動方案設計重點考慮沖壓和 脫模機構、掃屑機構和模筒轉盤的間歇轉動機構這三個機構的選型和設計問題。三、根據工藝動作順序和協(xié)調要求擬定運動循環(huán)圖對于沖壓式蜂窩煤成型機構運出循環(huán)圖主要是確定

5、沖壓和脫模盤、 掃屑刷、 模筒轉盤三個執(zhí)行構件的先后順序、 相位，以利于各執(zhí)行機構的設計、 裝配和調 試。沖壓式蜂窩煤成型機的沖壓機構為主機構，以它的主動件的零位角為橫坐標的起點，縱坐標表示各執(zhí)行機構的位移起止位置。 表1表示沖壓式蜂窩煤成型 機構三個執(zhí)行機構的運動循環(huán)圖。表1沖壓式蜂窩煤成型機運動循環(huán)圖主動件轉角分配0° 180 °180°360°沖頭和脫模盤機構工作行程回程模筒轉盤機構工作行程停止工作行程掃屑刷機構掃屑運動回程掃屑運動主動件轉角分配0°90°90° 270 °270° 360 

6、6;沖頭和脫模盤都由工作行程和回程兩部分組成。模筒轉盤的工作行程在沖 頭的回程后半段和工作行程的前半段完成，使間歇轉動在沖壓以前完成。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作。四、執(zhí)行機構的選型根據沖頭和脫模盤、模筒轉盤、掃屑刷這三個執(zhí)行構件動作要求和結構特點，可以選擇表2所列的常用機構，這一表格又可稱為執(zhí)行機構的形態(tài)學矩陣。表2執(zhí)行機構的形態(tài)學矩陣沖頭和脫模機構對心曲柄滑塊機構偏置曲柄滑塊機構六桿沖壓機構掃屑刷機構附加滑塊搖桿機構固定凸輪移動從動機構模筒轉盤間歇運動機構槽輪機構不完全齒輪機構凸輪式間歇運動機構圖2表示附加滑塊搖桿機構，利用滑梁的上、下移動使搖桿0B上的掃屑刷擺

7、動掃除沖頭和脫模盤底上的粉煤屑。z2、圖2沖壓式蜂窩煤成型機執(zhí)行機構運動形式1圖3表示固定移動凸輪利用滑梁上、下移動使帶有掃屑刷的移動從動件頂 出而掃除沖頭和脫模盤底的粉煤屑。圖3沖壓式蜂窩煤成型機執(zhí)行機構運動形式2五、機械運動方案的選擇和評定根據表2的三個執(zhí)行機構形態(tài)學矩陣，可以求出沖壓式蜂窩煤成型機的機 械運動方案數為N = 3X 2X 3= 18現(xiàn)在可以按給定條件、各機構的相容性和盡量使機構簡單等要求來選擇方案。在此可選定兩個結構比較簡單的方案，如下所述。方案一：沖壓機構為對心曲柄滑塊機構，模筒轉盤機構為槽輪機構，掃屑 機構為固定凸輪移動從動件機構。方案二：沖壓機構為偏置曲柄滑塊機構，模

8、筒轉盤機構為不完全齒輪機構, 掃屑機構為附加滑塊搖桿機構。兩個方案可用模糊綜合評價方法來進行評估優(yōu)選，也可以按設計需求直接 比較方案的優(yōu)劣。例如，由于沒有急回要求，沖壓機構可以選為對心曲柄滑塊機 構；模筒轉盤機構可以選為槽輪機構，因為槽輪機構結構簡單，外形尺寸小，機 械效率高，并能夠較平穩(wěn)、間歇地進行轉位；掃屑機構可選為固定凸輪移動從動 件機構，設計加工簡單方便。最后，選取方案一為沖壓式蜂窩煤成型機構的機械 運動方案。六、機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構根據選定的驅動電機的轉速和沖壓式蜂窩煤成型機的生產能力，可知其機 械傳動系統(tǒng)的總傳動比為總=亠二空=24.333n執(zhí)行主軸30機械傳動系統(tǒng)的第一級

9、采用帶傳動，其速比為4.866;第二級采用直齒圓柱齒輪傳動，其傳動比為5。七、畫出機械運動方案示意圖按已選定的三個執(zhí)行機構的形式及機械傳動系統(tǒng)，畫出沖壓式蜂窩煤成型 機的機械運動示意圖，其中三個執(zhí)行機構部分也可以稱為機械運動方案簡圖。如圖4所示，包括了機械傳動系統(tǒng)、三個執(zhí)行機構的組合。如果再加上加料機構和 輸送機構，就可以完整地表示整臺機器的機械運動方案示意圖。圖4沖壓式蜂窩煤成型機運動方案示意夕有了機械運動方案示意圖，就可以進行機構的尺寸設計計算以及機器的總 體設計。八、對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構進行尺寸計算為了實現(xiàn)具體的運動要求，必須對帶傳動、齒輪傳動、曲柄滑塊機構（沖 壓機構）、槽輪機構（

10、模筒轉盤間歇運動機構）和掃屑凸輪機構進行尺寸計算, 必要時還要進行運動學、動力學計算。1. 帶傳動計算(1)確定計算功率巴Pc =KaP取 Ka =1.4，貝U(2)Pc =1.4x11 =15.4(kW)選擇帶的型號。由FC及主動輪轉速n1,由有關線圖選擇V帶型號為C型V帶。(3)確定帶輪節(jié)圓直徑d1和d2。取d 200m m，則d2 =4.866x6 =973.2mm(4)確定中心距a00.7(d<d2 a 2(d1 +d2)即 821.24mm < a0 < 2348.4mm。(5)確定V帶根數zz，2. 齒輪傳動計算取齒輪的壓力角a =20°, Z1=22，

11、Z2 =iX22 =5咒22 =110，按鋼制齒輪進行強度計算，其模數m=5mm。則分度圓直徑分別為g = ZE =110mm d2 = z2 = 550mm齒頂高為hat =ha2 =ham=1x5=5mm齒根高為hfi =hf2 =(爪 +c )m = 0 +0.25) X 5 = 6.25mm齒全高h = h? = (2ha + C*) m = (2 + 0.25) X 5 = 11.25mm齒頂圓直徑分別為dar =(Z1 +2ha)m = (22 + 2x 1)x 5 = 120mmda(z2 +2ha)m =(110+2x1)x5 = 560mm齒根圓直徑分別為dfi =(召一2h

12、a -2c*)m = (22-2-2%0.25)%5 = 97.5mmdf2 =(Z2 2ha 2c )m =(110-2-2x0.25)x5 = 537.5mm齒厚為S "m/2 =3.14咒5/2 = 7.85mm齒槽寬為e"m/2 =3.14x5/2 = 7.85mm標準中心距為a =口(乙 + z2 )/2 =5X(22 +110)/2 = 330mm齒輪厚度按實際情況選取，其余尺寸按有關公式計算出。3. 曲柄滑塊機構計算R已知沖壓式蜂窩煤成型機的滑梁行程s=300mm，連桿系數幾=0.157,則曲柄半徑R = 0.5s = 150mm連桿長度為RL = 一 = 9

13、55.41mmF面采用作圖法求出曲柄滑塊機構中滑梁（滑塊）的速度和加速度。取片=iomm/mm,曲柄逆時針旋轉，當轉角為45°時，按比例精確作曲柄滑塊機構的運動簡圖，如圖5所示。圖5曲柄滑塊機構運動簡圖度為因為桿1 （曲柄）的轉速為30 r/min，且方向為逆時針旋轉，故桿1的角速創(chuàng)=2（60 =2x3.14x30/60 =3.14rad/S，方向為逆時針旋轉。B點的速度為Vb =創(chuàng)*Iab =3.14X0.15 =0.471m/s，方向為垂直于桿 1且指向向上。B點的加速度為方向由B指向A。2 2m|ab =3.14 咒 0.15 =1.479m/s，C點的速度及加速度。對于桿2,

14、V CB方向CA丄 ABT丄BC大小?0.471取出=0.01（m/s）/mm，按比例精確作速度圖，如圖6所示。pCa)量取得Vc =37咒0.01 =0.37m/s。VcB =34x0.01 = 0.34m/s。因此，桿2的角速度和法向加速度分別為 二汁廠需"356'"，方向為順時針方向。方向由C指向B。sCb "2，Ibc =0.3562 X0.955 =0.121m/s2 ,對于桿2,a CB +aCB方向BA丄BCT大小1.4790.1217所示。取 叮=0.01(m/s2)/mm，按比例精確作速度圖，如圖圖7加速度圖量取得2aC =105x0.0

15、1 =1.05m/s 。因此，當曲柄轉角為45°時，滑塊3的速度為0.37m/s,加速度為1.05m/s2。4. 槽輪機構計算(1)槽數z。按工位數要求選定為6。(2)中心距a。按結構情況確定a = 300mm。(3)圓銷半徑r。按結構情況確定r=30mm。(4)2槽輪每次轉位時主動件的轉角 2。=180°(1 -) = 120°。z(5)槽間角2P =360。= 60°。(6)主動件圓銷中心半徑 R1 =asin P = 150mm。(7)R與a的比值(8)槽輪外圓半徑& = J(acosP)2 + r2 = 262mm。(9)槽輪槽深hh*，

16、co41)+r(h=80mm)ih > 79.8mm(10)運動系數kZ"2 =(n =1,n為圓銷數)。22z5. 掃屑凸輪機構計算固定凸輪采用斜面形狀,其上、下方向的長度應大于滑梁的行程s，其左右方向的高度應能使掃屑刷活動范圍掃除粉煤。具體按結構情況來設計，在此不 再詳細設計。常見運動特性及其對應機構實現(xiàn)的運動戴功能機構形式勻速定傳動比平行四邊形機構，齒輪機構，輪系，諧波傳動機構，按線tt輪機構帯傳動機構， 鏈傳動機構，取萬向聯(lián)«節(jié)機構等轉動變傳動比軸向滑移圓柱齒倫機構，混合輪系變速機構，摩擦輪無級變速機構，撓性無級 變速機構等非勻速轉動雙曲衲機構，轉動導桿機構,

17、非圓齒輪機構沖萬向聯(lián)軸節(jié)機構爭往復往復移動曲柄滑塊機構移動導桿機構，正弦機構,移動從動件凸輪機構齒輪齒條機 構螺機構氣動斥機構等運動往復擺動曲柄搖桿機構，擺動導桿機構，雙搖桿機構，曲惦搖塊機構，擺動從動件凸輪機 構氣動、液斥機構等河歇 運動間歇轉動棘輪機構，槽輪機構，不究全齒輪機構，凸輪間戦運動機構警間耿擺動待殊形找的連桿機構探動從動件凸輪機構等間戟移動棘齒條機構,摩擦輪機構等預定直線軌跡連桿近似宜線機構，連桿精確直線機構，組合機構等軌跡曲線軌跡多桿機枸行星輪系機構組合機構等增力及夾持斜面杠桿機構，肘桿機構等翅越摩擦式輔輪機構等行程可!1練輪調節(jié)機構«心調節(jié)機構,»旋調節(jié)機構,揺桿調節(jié)機構，可調式導桿機構 等急回待性曲柄桿機構，啊置式曲柄滑塊機構，雙曲柄機構導桿機構，組合機構尊過載保護帶傳動機構摩擦傳動機構等常見的機械傳動類型及特點傳動類型傳動特點圓柱齒輪傳動傳動比恒定、效率高、壽命長,適用的功率和速度范圈廣。要求制造安裝精度 高，不能緩沖，無過載保護