蜂窩煤成型機(jī)設(shè)計(jì)

1、目錄一、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 2二、 設(shè)計(jì)方案 3三、 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 7四、 機(jī)器的工作原理 8五、 有關(guān)參數(shù)計(jì)算 9六、 結(jié)論與討論 13一 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1. 設(shè)計(jì)任務(wù)圖1所示，進(jìn)行進(jìn)行蜂窩煤成型機(jī)的成型和送料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。具體任務(wù)是：（1）按工藝動(dòng)作要求擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖；（2）進(jìn)行沖壓脫模機(jī)構(gòu)，掃屑機(jī)構(gòu)，模筒轉(zhuǎn)盤間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選型。圖1 蜂窩煤成型機(jī)機(jī)構(gòu)2.原始數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)要求工作原理及工藝動(dòng)作過程：沖壓式蜂窩煤成型機(jī)是我國(guó)城鎮(zhèn)蜂窩煤（通常又稱煤餅，在圓柱形餅狀煤中沖出若干通孔）生產(chǎn)廠的主要生產(chǎn)設(shè)備，它將煤粉加入轉(zhuǎn)盤上的模筒內(nèi)，經(jīng)沖頭沖壓成蜂窩煤。為了實(shí)現(xiàn)蜂窩煤沖壓成型，沖壓式蜂窩煤成型機(jī)必須完成

2、以下幾個(gè)動(dòng)作：煤粉加料；沖頭將蜂窩煤壓制成型；清除沖頭和出煤盤的積屑的掃屑運(yùn)動(dòng)； 將在模筒內(nèi)的沖壓后的蜂窩煤脫模；將沖壓成型的蜂窩煤輸送裝箱。原始數(shù)據(jù): 生產(chǎn)效率30次 分鐘，為改善沖壓質(zhì)量，沖壓后應(yīng)有一段保壓時(shí)間。為增大沖頭壓力，減小原動(dòng)機(jī)功率，沖壓機(jī)應(yīng)具有增壓功能。二 設(shè)計(jì)方案11.功能分解與工藝動(dòng)作分解1)功能分解為了實(shí)現(xiàn)蜂窩煤成型機(jī)的總功能，將功能分解為：加料功能、沖壓成型功能、脫模功能、掃屑功能、工作盤簡(jiǎn)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)功能、輸送功能。2)工藝動(dòng)作過程根據(jù)上述分析，工藝動(dòng)作有以下六個(gè)動(dòng)作：（1）加料：這一動(dòng)作可利用煤粉的重力打開料斗自動(dòng)加料；（2）沖壓成型：要求沖頭上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在沖頭行程的

3、二分之一進(jìn)行沖壓成型；（3）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。一般可以將它與沖頭固結(jié)在上下往復(fù)移動(dòng)的滑梁上；（4）掃屑：要求在沖頭、脫模盤向上移動(dòng)過程中用掃屑刷將煤粉掃除；（5）工作盤間歇轉(zhuǎn)動(dòng)：以完成沖壓、脫模和加料三個(gè)工位的轉(zhuǎn)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。2機(jī)構(gòu)的選擇（1）加料機(jī)構(gòu)利用煤粉的重力打開料斗自動(dòng)加料，加料的過程需要設(shè)計(jì)料斗的開關(guān)控制機(jī)構(gòu)，以控制加料的量。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，當(dāng)下面的間歇機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，需要停止加料，而在沖壓過程中，需打開開關(guān)進(jìn)行送料。經(jīng)過考慮，我選用凸輪機(jī)構(gòu)來完成這一動(dòng)作。凸輪運(yùn)作到遠(yuǎn)休止的時(shí)候，隔

4、板擋住送料口，停止下料；遠(yuǎn)休止結(jié)束時(shí)，沖壓過程開圖2 凸輪機(jī)構(gòu) 始，下料口也同時(shí)開始下料。由于凸輪機(jī)構(gòu)在這需要水平放置，當(dāng)桿件運(yùn)動(dòng)到最遠(yuǎn)端時(shí)，無法利用重力讓其自動(dòng)下落，回到初始狀態(tài)，所以我選用盤型槽凸輪機(jī)構(gòu)，如圖2所示。（2）沖壓成型、脫模機(jī)構(gòu)2沖壓機(jī)構(gòu)有對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，平面六桿機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)。對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)如圖3所示和偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)如圖4所示相比，偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)具有急回特性，這樣可以縮短空回程的時(shí)間，以提高生產(chǎn)效率。并且曲柄長(zhǎng)度或距增大時(shí)，急回特性越顯著?；瑝K通過慣性具有增壓的功能。平面六桿機(jī)構(gòu)如圖5所示中用作變速運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件的慣性力及慣性力矩難以完全平衡，

5、并且該機(jī)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)任意的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)方法及計(jì)算都比較復(fù)雜。運(yùn)動(dòng)的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)死點(diǎn)現(xiàn)象，需要加上飛輪等結(jié)構(gòu)來沖過死點(diǎn)。凸輪機(jī)構(gòu)如圖6所示結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，但易磨損且傳力小，不易當(dāng)做沖壓的 3機(jī)構(gòu)。并且可調(diào)程度困難，不易加工。齒輪機(jī)構(gòu)齒輪齒條機(jī)構(gòu)如圖7所示傳動(dòng)準(zhǔn)確、效率高、壽命長(zhǎng)，但加工裝配難；組合機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。由于原始數(shù)據(jù)中生產(chǎn)效率為30次 分鐘，屬于低速范圍，為改善沖壓質(zhì)量，沖壓后應(yīng)有一段保壓時(shí)間，即沖的時(shí)候速度較慢，但沒沖回程的時(shí)候速度要較快。為增大沖頭壓力，減小原動(dòng)機(jī)功率，沖壓機(jī)應(yīng)具有增壓功能。綜上所述，我選擇偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。（3）掃屑機(jī)構(gòu)圖8表示固定凸輪移動(dòng)滾子機(jī)構(gòu)利用滑梁上下移動(dòng)使帶有

6、掃屑刷的移動(dòng)從從動(dòng)件頂出而掃除沖頭和脫模盤底的粉煤屑，并且通過彈簧使?jié)L子回到初始狀態(tài)。圖9表示附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu)，利用滑梁的上下移動(dòng)使搖桿的掃屑刷擺動(dòng)掃除沖頭和脫模盤底上的粉煤屑。該機(jī)構(gòu)工作平穩(wěn)，但尺寸較大，且容易出現(xiàn)死點(diǎn)位置，這樣就比較危險(xiǎn)。圖10表示固定凸輪移動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu)，與圖8的原理相似，但是滑動(dòng)沒有滾動(dòng)靈活。因此，我選擇固定凸輪移動(dòng)滾子機(jī)構(gòu)。（4）工作盤間歇轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有棘輪、槽輪、不完全齒輪和凸輪式間歇齒輪。棘輪可實(shí)現(xiàn)單向間歇運(yùn)動(dòng)、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、運(yùn)動(dòng)可靠、棘輪轉(zhuǎn)角可調(diào)；但沖擊和噪聲大、運(yùn)動(dòng)精度低，適用于低速輕載的場(chǎng)合，但我們工作盤不要太大沖擊，并且精度要求較高，否則，會(huì)造成

7、沖不到孔。所以排除。槽輪機(jī)構(gòu)（如圖11所示）可將主動(dòng)撥盤的等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)椴圯啎r(shí)動(dòng)時(shí) 4停的間歇運(yùn)動(dòng)，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外形尺寸小、 機(jī)械效率高，以及能較平穩(wěn)的、間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位等優(yōu)點(diǎn)，但存在柔性沖擊的缺點(diǎn)，故常用于速度不太高的場(chǎng)合。剛好我們速度要求不高。不完全齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，工作可靠，動(dòng)停時(shí)間比可在較大范圍內(nèi)變化，但在從動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)始末有剛性沖擊，適合于低速、輕載的場(chǎng)合。不完全齒輪多用于多工位自動(dòng)機(jī)和半自動(dòng)及工作臺(tái)的間歇轉(zhuǎn)位、計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)。凸輪式間歇齒輪動(dòng)載荷小，無剛性和柔性沖擊，適合高速運(yùn)轉(zhuǎn)，無需定位裝置，定位精度高，結(jié)構(gòu)緊湊；但加工成本高，裝配與調(diào)整的要求。根據(jù)我們所作的沖壓式蜂窩煤

8、成型機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度較慢，30次分鐘、三工位轉(zhuǎn)盤可知，其轉(zhuǎn)速很低大概10轉(zhuǎn)分鐘，所以對(duì)凸輪式間歇齒輪就顯得大材小用了，同時(shí)凸輪式間歇齒輪機(jī)構(gòu)要求凸輪的加工精度很高，在一定程度上也提高了成本，所以將其排除。槽輪機(jī)構(gòu)和不完全齒輪相比，兩者的結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單，而且工作可靠。雖然不完全齒輪的從動(dòng)輪停歇的次數(shù)和每次停歇的時(shí)間，以及每次轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)角等的選擇范圍相對(duì)槽輪來說比較大；而槽輪在設(shè)計(jì)合理的前提下，拔銷進(jìn)入和退出嚙合時(shí)，運(yùn)動(dòng)較為平穩(wěn)。綜上所述，我選擇槽輪機(jī)構(gòu)作為間歇機(jī)構(gòu)。（5）輸送機(jī)構(gòu)利用脫模盤在沖壓時(shí)，吧蜂窩煤從模筒中壓出，并通過斜槽滑到傳送帶上。為達(dá)到這一要求，把模筒轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)為兩層。上層為三工位模筒轉(zhuǎn)盤，

9、下層為上層同大小的托盤，并不隨間歇機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)。并且在脫模工位上有一個(gè)與模筒大小一樣的圓孔，便于蜂窩煤從孔中落到斜槽上。5三 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖根據(jù)以上分析及方案的選擇繪制出蜂窩煤成型機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖12所示。構(gòu)件9和12都是滾子，滾子9在盤型槽凸輪機(jī)構(gòu)的槽中滾動(dòng)，構(gòu)件4上有個(gè)飛輪。下面先算皮帶輪的自由度，將皮帶3等效為摩擦輪，則動(dòng)力通過構(gòu)件1傳到內(nèi)摩擦輪3，再傳到外摩擦輪2則自由度F=33-23-2=1蜂窩煤成型機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中的局部自由度F=2(都由滾子引起)，則自由度F=312-214-15-2=1自由度數(shù)等于原動(dòng)件數(shù)，所以蜂窩煤成型機(jī)機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)。四 機(jī)器的工作原理61.工作原理電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)

10、摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過皮帶將動(dòng)力傳到構(gòu)件4，再通過減速箱減速，通過齒輪嚙合將動(dòng)力傳到構(gòu)件5，通過桿件6將一部分動(dòng)力傳到構(gòu)件13，使完成偏置雙曲柄滑塊的沖壓及脫模的過程，并同時(shí)通過構(gòu)件11完成掃屑的功能，另一部分動(dòng)力通過桿件7，首先經(jīng)過槽輪機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的間歇運(yùn)動(dòng)，然后通過盤型槽凸輪機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)料的間歇運(yùn)動(dòng)，最后通過皮帶傳輸將脫模的煤塊輸送出來。2. 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖蜂窩煤成型機(jī)的沖壓機(jī)構(gòu)為主機(jī)構(gòu)，以它的主動(dòng)件的零位角為橫坐標(biāo)的起點(diǎn)（即橫坐標(biāo)表示各執(zhí)行構(gòu)件位置），縱坐標(biāo)表示各執(zhí)行構(gòu)件的位移起止位置。表1和圖14均表示沖壓式蜂窩煤成型機(jī)三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)過程。 沖壓過程分為沖程和回程。帶有?？椎霓D(zhuǎn)盤工作

11、行程在沖頭程后半段和沖程前半段完成，使間歇轉(zhuǎn)動(dòng)在沖壓之前完成。掃屑運(yùn)動(dòng)在沖頭回程后半段和沖程前半段完成。表1 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)運(yùn)動(dòng)循環(huán)表7圖14 蜂窩煤成型機(jī)循環(huán)圖五 有關(guān)參數(shù)計(jì)算1.偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)計(jì)算蜂窩煤成型機(jī)的生產(chǎn)能力：30次/min，既周期T=2S，令滑梁行程S=300mm ,偏置距離e=180mm,行程速比系數(shù)k=1.67。則=180(k-1)/(k+1)= 180(1.5-1)/ (1.5+1)=45過C1NC1C2。再過C2作C1C2M=90-=45,C1N和C2M交于P。最后以C2P為直徑作圓，則此圓周上任意一點(diǎn)與C1、C2連線夾角均為 =45。 作C1C2的垂線使e=15

12、0mm,再作平行于C1C2的直線，交圓周于一點(diǎn)A，由圖可知，曲柄與連桿重疊共線和拉直共線的2個(gè)位置AC1和AC2，以A為圓心，AC1為半徑作弧與AC2交點(diǎn)E。則:AC1=B1C1-AB1AC2=AB2+B2C2解得：AB=（AC2-AC1）/2=C2E/28經(jīng)測(cè)量得：AB=105mmBC=295mm已知生產(chǎn)率為30次/min。因?yàn)榍D(zhuǎn)一周，滑塊完成一個(gè)沖壓運(yùn)動(dòng)周期，因?yàn)楣ぷ鞅P為6孔，3工位，即沖一沖生產(chǎn)2塊蜂窩煤。所以曲柄轉(zhuǎn)速為10r/min，即曲柄角速度為1.047rad/s。2.槽輪機(jī)構(gòu)計(jì)算由設(shè)計(jì)要求可知，式轉(zhuǎn)盤為三工位式，但為了避免槽輪在開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)發(fā)生沖擊，應(yīng)使撥盤上的圓銷在進(jìn)槽和出

13、槽時(shí)的瞬時(shí)速度方向沿著槽輪徑向槽的方向，槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將有較大的振動(dòng)和沖擊。所以一般取Z=48，所以我選擇Z=6。運(yùn)動(dòng)系數(shù)ktd /t 2 /(2）= (2 )/(2）(2/z)/(2)1/21/z =1/3由于設(shè)計(jì)要求蜂窩煤成型機(jī)的生產(chǎn)能力：30次/min，所以主動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)周期T=2s，撥盤的角速度w1=2/2=3.14rad/s,進(jìn)而得知槽輪在一周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1=k*T=21/3=0.667s，停歇時(shí)間t2=T-t1=1.333s。取中心距a=300mm，圓銷半徑9r=30mm。根據(jù)結(jié)構(gòu)可知槽間角2=60，則主動(dòng)件轉(zhuǎn)角2=180-2=120。 得圓銷中心的回轉(zhuǎn)半徑R=a*sin=150mm

14、槽頂高A= a*cos=259.8mmR1與a的比值=R1/a=sin=0.5槽輪的外圓半徑R2=（a*cos）+r=262mm 22槽輪的槽深hha(+cos-1)+r帶人得 h139.8mm 取整h=140mm根據(jù)w2/w1=(cos-)(1-2cos+2),其中為撥盤與中心距的夾角槽輪的角速度w2=-1.96+5.50cos-3.14cos23.凸輪機(jī)構(gòu)計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)要求，凸輪運(yùn)動(dòng)要求滑塊在間歇運(yùn)動(dòng)的時(shí)候停止運(yùn)動(dòng)，并堵住下料口，停止下料；間歇轉(zhuǎn)盤停止時(shí)，打開下料口。因?yàn)檗D(zhuǎn)盤運(yùn)動(dòng)時(shí)間占整個(gè)時(shí)間的1/3，所以凸輪遠(yuǎn)端休止角為120。設(shè)進(jìn)程運(yùn)動(dòng)角d0=120回程運(yùn)動(dòng)角 10d0=120，凸輪的行

15、程h=100mm，偏心距e=0，滾子半徑r=25mm,進(jìn)程回程的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為等加速等減速運(yùn)動(dòng)。根據(jù)下圖a畫出圖b，得出凸輪的外輪廓如圖b所示。因?yàn)橥馆啓C(jī)構(gòu)與槽輪機(jī)構(gòu)的撥盤固連，所以角速度w=3.14rad/s。4 圓錐齒輪設(shè)計(jì)1）傳動(dòng)比及當(dāng)量齒數(shù)的計(jì)算由于機(jī)構(gòu)中與撥盤固連的圓錐齒輪的角速度w1=3.14rad/s,與曲柄固連的圓錐齒輪的角速度w2=1.047 rad/s。所以錐齒輪傳動(dòng)比i=3.14/1.047=3Z2且i=Z1=cotd1=tand2故有d2=arctani=arctan3=71.56 d1=90-d2=18.44由于錐齒輪的的當(dāng)量齒輪是圓柱齒輪，所以錐齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)

16、要小于直齒圓柱齒輪的最少齒數(shù)，即Zmin=ZvmincosdZ小min=17cosd1=16.13Z大min=17cosd2=5.34因此取Z1=25 Z2=Z1i=25 2.81=70.25 選Z2=70，故：Zv1=Z1/cosd1=25/cos18.44=26.35Zv2=Z2/cosd2=70/cos71.56=221.302）齒輪幾何尺寸計(jì)算取模數(shù)m=6則分度圓直徑dd1=mZ1=625=150mm d2=mZ2=670=420mm齒輪寬度bm622Z1+Z2252+702錐距R=2=2=222.99mm11R222.99所以：b3=3=74.33mm 取整b=60mm六 結(jié)論與討論

17、1結(jié)論本設(shè)計(jì)在參考較多的的文獻(xiàn)文檔基礎(chǔ)之上，結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)要求，主要完成了：（1）總體機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)圖的設(shè)計(jì)（2）沖壓曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；（3）分度槽輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；（4）凸輪下料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；（5）圓錐齒輪的設(shè)計(jì)。本方案基本能滿足設(shè)計(jì)的要求，但由于知識(shí)及時(shí)間限制，對(duì)于一些問題并未作出分析計(jì)算，比如電動(dòng)機(jī)的選擇，皮帶的選擇和飛輪的選擇。2. 討論沖壓曲柄滑塊機(jī)構(gòu)還可以改為六桿增壓機(jī)構(gòu)，其具有急回特性與增壓效果，壓時(shí)間可較長(zhǎng)，增力較強(qiáng)，具有很好的成型效果。但結(jié)構(gòu)、計(jì)算較為復(fù)雜，所以我沒采用。固定凸輪移動(dòng)滾子掃屑機(jī)構(gòu)工作時(shí)的速度主要是由沖壓曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中滑塊的沖壓速度和滑臺(tái)的角度決定，但因?yàn)榛瑝K是變速運(yùn)動(dòng)，所以計(jì)算較為復(fù)雜，其角度必須通過實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)實(shí)踐得到比較好的角度。關(guān)于皮帶輪及鏈輪自由度的計(jì)算，機(jī)械原理課程自由度公式前提條件是：所有構(gòu)件都是剛體，但皮帶及鏈輪都不是剛體，是否能用機(jī)械原理課程自由度公式？在文獻(xiàn)中我看到這樣的觀點(diǎn)：將皮帶視為特殊的剛體，根據(jù)圖13，可以把皮帶引入的約束用內(nèi)磨擦