蜂窩煤成型機課程設計說明書

1、計算機仿真技術課程設計設計計算手冊設計題目：煤蜂窩成型機設計目錄一個設計主題1.1 設計目的 11.2 設計主題 11.3 設計條件及設計要求 2兩個執(zhí)行器運動方案設計2.1 功能分解和過程動作分解 22.2 方案選擇與分析32.3 執(zhí)行機構的組成 162.4 機構組合項目的確定182.5 執(zhí)行機構尺寸設計182.6 運動循環(huán)圖242.7 機械系統(tǒng)方案設計動作示意圖25三驅系統(tǒng)方案設計3.1 傳輸方案設計263.2 電機選型273.3 傳動裝置總傳動比及各級傳動比分布293.4 變速器運動學和動力學參數(shù)計算 30四 設計總結315 參考文獻 33一個設計主題1.1 設計目的計算機仿真技術課程設

2、計是我校第一個綜合性計算機仿真初步培訓，是重要的實踐教學環(huán)節(jié)。設計的目的是進一步鞏固和靈活運用所學的相關知識；培養(yǎng)應用所學知識和獨立解決實際工程問題的能力，通過機械系統(tǒng)運動方案設計（機構運動圖設計）有一個完整的概念，培養(yǎng)初步機構選擇、組合和確定運動方案的能力，進而提高我們創(chuàng)造性地設計、計算、繪圖、表達、使用計算機和技術數(shù)據(jù)，以及利用計算機模擬解決工程問題的能力。為了得到更完整的設計方法的基礎訓練。1.2 設計課題：煤蜂窩成型機設計了型煤成型機沖切脫模機構、工作板間歇旋轉機構和排屑機構。成型機的工藝動作如圖所示：圖1 蜂窩成型機設計原理示意圖沖頭和脫模板與上下移動的滑梁相連。滑梁向下沖壓時，沖頭

3、將煤粉壓成型煤，脫模板將壓制的型煤脫模。在滑梁上升過程中，除塵刷會刷掉附著在沖頭和頂板上的煤粉。模鼓均勻分布在模鼓轉盤上，轉盤的間歇運動使送料的模桶進入加壓位置，成型的模桶進入脫模位置，空的模桶進入加料位置。盡量按上述要求設計可移動的沖壓脫模機構、工作板間歇轉動機構和排屑機構。1.3 設計條件和設計要求工作機輸入功率：4.3kw生產率：55 塊/分鐘型煤尺寸：h= 100mm75mm煤粉高度與型煤高度之比（壓縮比）：2：1，即工作盤高度H=2h=150mm工況：輕微沖擊負荷，一班倒使用期限：十年，大修期限為三年生產批次：小批量生產（十臺以下）速度公差：5%執(zhí)行器運動方案設計2.1 功能分解和過

4、程動作分解1）功能分解為了實現(xiàn)煤蜂窩成型機的整體功能，將功能分解為：進料功能、沖壓成型功能、脫模功能、排屑功能、工作板的簡單間歇旋轉功能、輸送功能。2）過程動作過程根據(jù)以上分析，流程動作有以下六個動作：( 1)上料：該動作可利用煤粉的重力打開料斗自動上料；（ 2）沖壓成型：要求沖頭上下往復運動，沖壓在沖頭行程的二分之一處進行；( 3)脫模：要求脫模板上下往復運動，將沖好的型煤壓下，形成模具。一般可以用沖頭固定在上下往復運動的滑梁上；（ 4）掃屑：在沖頭和頂板向上運動過程中，需要用掃刷對煤粉進行掃掃；（ 5）工作板間歇轉動：完成沖壓、脫模、送料三工位的轉換；（ 6）輸送：成型的煤球脫模后，落在輸

5、送帶上，將成品送出，包裝好備用。對于以上六個動作，進料和輸送的動作都比較簡單，暫時不考慮。脫模和沖壓可以由一個機構完成。2.2 方案選擇與分析1、沖壓脫模機構（上下移動）計劃一方案 2方案 3方案 4情景 5選項 6選項 7情景 8情景 9情景 10情景 11情景 12情景 13情景 14情景 15情景 16選項 17方案 18情景 19情景 20方案1到9是鏈接機制；方案 10 至 12 是凸輪機構；方案 13 至 16 是齒輪齒條機構；方案 17 至 20 是組合機制。表1 沖壓機構部分運動方案定性分析形形態(tài)性能特點連鎖凸輪機構齒輪齒條機構移動速度高的更高高的行程大小取決于曲柄尺寸小的可以

6、是任意的可調度可調節(jié)的調整難度可調節(jié)的動態(tài)性能難以平衡取決于凸輪形狀這很好簡單沒那么簡單簡單的簡單，但一般必須通過齒輪擺動才能實現(xiàn)齒條的往復運動機械效率一般來說一般來說更高承載能力高的降低更高其它功能具有快速退貨功能可以實現(xiàn)任何運動規(guī)律平穩(wěn)傳輸結合表1可知，方案1為曲柄滑塊機構，加工簡單，具有增力作用；方案69為小行程六連桿機構；凸輪機構結構簡單緊湊，但易磨損，傳力??；齒條小齒輪機構傳動準確、效率高、使用壽命長，但加工組裝困難；組合機構的結構復雜。綜上所述，首要選擇的是選項 1、選項 9 和選項 17。2、工作板間歇運動機構選項 1 滑輪機構方案2 外嚙合棘輪機構選項 3 摩擦棘輪機構方案4

7、外嚙合不完全齒輪機構方案5 不完整的齒輪齒條機構方案6 圓柱凸輪間歇運動機構方案1結構簡單，效率高，但旋轉角度不宜過小而造成沖擊；方案2、3易于制造，旋轉角度準確，但易造成沖擊磨損；方案4和方案5的從動輪運動角較大，但加工復雜，會引起剛性沖擊。方案6結構簡單，運行可靠，但精度要求高，加工復雜，安裝調整困難。綜合考慮，主要選擇方案一、方案四、方案六。3、掃地機制選項 1 附加滑塊搖桿機構選項 2 固定凸輪移動滾子從動機構選項 3 固定凸輪移動滑塊從動機構方案1運行流暢，但體積較大；方案2運動性能差，易磨損；方案3在各方面都有較好的表現(xiàn)。上述三種清掃機制方案的性能差別不大，都可以選擇。2.3 執(zhí)行

8、運動學的形成方案一：沖孔機構為偏置曲柄滑塊機構模缸轉盤是一種滑輪機構排屑機構為導桿-滑塊機構在沖壓機理中正確選擇點A的軌跡，并確定機制的大小可以確保組件具有快速回報的特征，運動和工作部分接近均勻，并且工作壓力角機構的截面可以做得盡可能小。根據(jù)工位要求確定滑輪的相關參數(shù)，能滿足工作盤的間歇轉動。導桿滑塊機構上下方向長度應大于滑梁行程，導桿滑塊機構左右高度應使掃刷與煤粉移動接觸外殼。方案二：沖孔機構為六桿機構模缸轉盤是不完全齒輪機構排屑機構是一個堅固的附加滑塊搖桿機構六連桿機構雖然有增力作用，但行程小，需要調整每根連桿的大小，以滿足滑梁的行程要求。不完整齒輪機構是由普通齒輪機構改造而成的間歇運動機

9、構。它與普通齒輪的不同之處在于齒不覆蓋整個圓周。不完全齒輪機構的主動輪上只有一個或幾個輪齒，根據(jù)運動時間和休息時間的要求，從動輪上有與主動輪齒嚙合的齒。兩個輪子的輪輞上都有鎖定圓?。ㄒ妶D4），用來防止從動輪游動，在從動輪停止時起到定位作用。附加滑塊搖桿機構可滿足運動變化條件，工作穩(wěn)定，效率高，成本低，但運動量大。方案三：沖壓機構為凸輪連桿機構模缸轉盤是一種圓柱凸輪間歇運動機構排屑機構為固定凸輪移動從動機構與前兩種方案相比，凸輪連桿機構結構較復雜，凸輪部分磨損較多，連桿部分為多桿，需要占用較大尺寸才能滿足行程要求.圓柱凸輪的間歇運動機構要求精度高，安裝調整困難。定凸輪動從動機構對機架要求較高，工

10、作穩(wěn)定性較差。且托輥磨損大，壽命短。2.4 機構組合計劃的確定從上述方案評價可以看出，方案一結構簡單、性能可靠、成本低、經(jīng)久耐用、易維護、操作方便。因此，確定該方案是上述三種方案中最合理的方案。2.5 執(zhí)行器尺寸設計(1) 偏置曲柄滑塊機構的計算已知滑梁行程S= 300mm，行程速比系數(shù)k=1.5(=180(k-1)/(k+1)= 180(1.5-1)/(1.5+1)=36) .超過 C1NC2 1C。在C2之后，令C 1C2M=90-=54，C1N和C2M在P最后以C2P為直徑做一個圓，則該圓上任意一點與C1和C2連線的夾角為=36。在圓上任意取曲柄旋轉中心A，從圖中可以看出曲柄和連桿在兩個

11、位置AC1和AC2重疊并在一條直線上并拉直。但：AC1=B1 1C-AB1AC2=AB2+ 2CB2解決方案必須：AB1=(AC2-AC1)/2=C2E/2（以A為圓心，AC1為半徑，圓弧與AC2的交點E可得到線段C2E）。測量：AB1=125mmAC1=295mme=140mm已知的生產率是 55 塊/分鐘。由于曲柄轉動一次，滑塊完成一個沖壓運動循環(huán)，生產1塊煤球。所以曲軸轉速為55r/min，即曲軸角速度為5.7600rad/s。軟件分析表明，所設計的偏置曲柄滑塊機構的最小傳遞角為26（為保證良好的傳力性能，最小傳遞角通常不小于40 ） ，即壓力角過大，蜂窩煤成型機的沖壓機構對快速返回特性

12、沒有特殊要求，因此決定將機構改為定心曲柄滑塊機構。變更（1）定心曲柄滑塊機構的計算因為 S= 300mm,因此，曲柄長度 AB=S/2= 150mm。取最小傳遞角為75，即最大壓力角為15示意圖如下：取水平線 MN 上的任意一點 A。以 A 為圓心，150mm半徑為圓，做一個圓，在 B1 和 B2 兩點與 MN 相交。使 ABMN 過 A，在 B 點與圓 A 相交。令ABC=75，在C點與MN相遇。測量的 BC= 580mm，即連桿長度。1=B 2=BC2C在MN上得到1C滑塊的兩個極限位置C1和C2。下圖為定心曲柄滑塊機構的運動分析及動態(tài)仿真圖：(2) 滑輪機構的計算時隙z的個數(shù)應根據(jù)站位的

13、要求選擇為5，但隨著z的增大，k也隨之增大，移動時間tf增大，不利于工作。因此，為了提高工作效率，希望降低k，即降低z（工位數(shù)不夠，可以通過增加適合間歇所需工位數(shù)量的減速機來實現(xiàn)）傳動鏈中的轉動部分），最后選擇z=4（減速齒輪傳動必須為i=4/5）。2=180 (z-2)/z = 180 (4-2)/4=90，當滑輪每次轉位時槽角 2= 360 /z= 360 / 4=90停電比 k=td/tt=(z-2)/(z+2)= (4-2)/(4+2)=1/3圓針數(shù)n=1根據(jù)結構確定中心距a=300mm圓銷半徑 r=30mm因此，驅動部分R1的圓形銷的中心半徑= a sin = 300 sin 452

14、12mmR1 到a = R1/ a=212/3000.7外半徑R2= (acos ) 2 +r 2 1/2 = (300cos45) 2 +30 2 1/2 214mm輪槽深度ha( +cos -1)+r=300(0.7+cos45-1)+30152.1mm取 h=153mm(3) 導桿-滑塊機構計算根據(jù)滑塊的行程要求和沖孔機構的尺寸限制，排屑機構的尺寸選擇如下：導桿在垂直方向的高度H= 375mm，傾角arctg(500/150) 73清掃刷桿長度L=550mm2.6根據(jù)過程動作順序和配合要求繪制運動循環(huán)圖沖壓型煤成型機的運動周期圖，主要是確定沖壓脫模盤、掃毛刷和模缸轉盤三個執(zhí)行部件的順序和

15、相位，以便于設計、裝配和每個執(zhí)行器的調試。沖壓型煤成型機的沖孔機構為主要機構，其驅動部分的零角為橫坐標的起點（即橫坐標代表各個執(zhí)行機構的位置） ，縱坐標代表位移起點和每個執(zhí)行器的最終位置。表 2 和 圖 2 都 顯示 了 沖壓 型煤 成型 機 的 三個 作動器 的 運動 循環(huán) 過程.沖壓過程分為行程和返回。帶?？椎霓D盤的工作行程在沖床行程的后半程和前半程完成，從而在沖床前完成間歇轉動。排屑動作在沖頭回程的后半程和前半程完成。表2 壓塊成型機運動循環(huán)表活動件角分布0180180360沖頭和頂出板機構工作計劃回程活動件角分布09090270270360模缸轉盤機構工作計劃停止工作計劃掃刷機構橫掃運

16、動回程橫掃運動圖2 煤蜂窩成型機運動循環(huán)圖2.7 機械系統(tǒng)方案設計動作示意圖電機驅動皮帶輪機構，皮帶輪機構驅動齒輪機構，齒輪機構分別驅動沖壓曲柄滑塊機構和分度滑輪機構，沖壓機構的沖頭驅動排屑機構。3、傳輸系統(tǒng)方案設計3.1傳輸方案設計傳動系統(tǒng)位于原動機和執(zhí)行系統(tǒng)之間，將原動機的運動和動力傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)。除了動力傳遞，使執(zhí)行器克服阻力做功外，它還起到以下重要作用：實現(xiàn)加速、減速或變速傳動；改變運動的形式；合成和分解運動；傳播。傳動系統(tǒng)方案設計是機械系統(tǒng)方案設計的重要組成部分。在完成執(zhí)行系統(tǒng)的方案設計和原動機的預選后，可根據(jù)執(zhí)行機構所需的運動和動力條件以及原動機的類型和性能參數(shù)進行傳動系統(tǒng)的方案設

17、計。搬運工。在保證機器預期功能的情況下，傳動環(huán)節(jié)應盡可能短，這樣可以減少機構和零件的數(shù)量，結構簡單，尺寸緊湊，制造和裝配成本低減少，提高機器的效率和傳動精度。根據(jù)設計任務書規(guī)定的功能要求，將執(zhí)行系統(tǒng)的功率、傳動比或變速要求與原動機的工作特性相匹配，選擇合適的傳動類型。根據(jù)空間位置、運動和動力傳動路線以及所選傳動裝置的傳動特點和適用條件，合理制定傳動路線，安排各傳動機構的順序，從頭到尾完成傳動系統(tǒng)的總體布置。動子到每個執(zhí)行器。程序。機械系統(tǒng)的組成為：原動機傳動系統(tǒng)（裝置） 工作機（執(zhí)行器）原動機：Y系列三相異步電動機；傳動系統(tǒng)（機構） ：常用的減速機構有齒輪傳動、行星齒輪傳動、蝸桿傳動、皮帶傳動

18、、鏈輪傳動等。根據(jù)運動圖的整體布局和各種減速裝置的傳動特性，二次減速是選擇。第一級采用皮帶減速，皮帶傳動為柔性傳動，具有過載保護，噪音低，適用于中心距較大的場合；第二級采用齒輪減速，因為斜齒輪比直齒輪傳動更平穩(wěn)，承載能力更高。由于其高優(yōu)勢，減速機采用斜齒輪傳動。根據(jù)運動圖的整體布置確定皮帶和齒輪傳動的中心距，然后根據(jù)中心距和計算機模擬技術的相關知識確定皮帶輪的直徑和齒輪的齒數(shù)和計算機模擬。因此，傳動系統(tǒng)由“V帶傳動+二級圓柱斜齒輪減速器”組成。原始數(shù)據(jù)：根據(jù)設計要求，已知工作機（執(zhí)行器原動機）主軸：工作機輸出功率：P w =4.3(Kw)轉速：n w = 55 (r/min)3.2 電機的選擇

19、選擇電機類型根據(jù)已知的工作要求和工況，選用Y系列通用全封閉自扇冷籠式三相異步電動機。選擇電機容量所需電機功率：P d = P W /aa-從電機到工作軸的總傳動效率a = 皮帶 軸承3 齒輪2 聯(lián)軸器查表得到：對于V型皮帶傳動： 皮帶=0.968級精度的通用齒輪傳動：齒輪=0.97對于一對滾動軸承： 軸承 = 0.99對于彈性聯(lián)軸器： 聯(lián)軸器 = 0.99但a = 皮帶 軸承3 齒輪2 聯(lián)軸器=0.960.99 3 0.97 2 0.99= 0.868 P d = P W /a=4.3/0.868=4.9539 KW值得檢查的是各種變速器的合理傳動比：V帶傳動常用傳動比為i -belt =24

20、，單級圓柱齒輪傳動比為i-tooth=35，則電機轉速可選擇為nd= i皮帶i 齒2 n W=(24)( 35) 2 n W=(18100) nW=(18100)55=9905500r/min滿足此轉速范圍的同步轉速有1000 r/min、1500 r/min、3000 r/min。根據(jù)容量和轉速，在相關手冊中找到了四種適用的電機型號，因此有三種傳動比方案。表3程序電機型號額定功率/ kw電機轉速/r/min電機質量/kg傳動比同步完全讀取總傳動比V帶傳動比齒輪傳動1Y132S1-25.5300029006496.6332.22Y132S5.51500144068483163是32M2-65.

21、5100096084322.512.8對于電機而言，在相同額定功率下，額定轉速越高，電機體積越小，重量越低，價格越低，也就是高速電機更經(jīng)濟。如果原動機的轉速選擇過高，必然會導致傳動系統(tǒng)的傳動比增大，導致傳動系統(tǒng)結構復雜。從表3的三種方案中，綜合考慮電機和傳動裝置的尺寸、結構以及皮帶傳動和減速機的傳動比，認為方案1的傳動比較合適，所以模型所選電機為 Y132S。Y132S電機數(shù)據(jù)如下：額定功率：5.5 K w滿載轉速：n full = 1440 r/min同步轉速：1500 r/min3.3傳動裝置總傳動比及各級傳動比分布1.變速器總傳動比itotal = n full / n W = 1440

22、 / 55 = 26.22.分配齒輪比根據(jù)計算機仿真課程設計表2.2，對于V帶傳動，為避免大帶輪直徑過大，取i 12 =2.8 ；那么減速機的總傳動比為i減= i總/2.8=26.2/2.8=9.36對于兩級圓柱斜齒輪減速機，傳動比按浸油深度相近的兩個大齒輪分配， i g = 1.3 i di減= i g i d = 1.3 i d 2 = 9.36i 2 d =9.36/ 1.3 =7.2i d =2.683i g = 1.3 i d = 1.32.683= 3.488注： i g高速齒輪比；i d低速檔的傳動比；3.4傳動運動和動態(tài)參數(shù)計算計算各軸的轉速：電機軸：n電=1440 r/min

23、軸n i =n電/i帶=1440/2.8=514.29 r/min軸n = n / ig = 514.29/3.488=147.44 r /min軸n = n /id= 147.44/ 2.683 =55 r/min計算各軸的輸入輸出功率：I軸：輸入功率P Ii = P d 波段=4.95390.96=4.756 kw輸出功率 P Io = 4.756軸承= 4.756 0.99 = 4.708 kw軸：輸入功率Pi =4.708齒輪=4.7080.97=4.567kw輸出功率Po =4.567軸承=4.5670.99=4.521 kw軸輸入功率Pi =4.521齒輪=4.5210.97=4.

24、386 kw輸出功率Po =4.386軸承=4.3860.99=4.342kw計算每個軸的輸入和輸出扭矩：電機輸出轉矩T d =9.5510 6 P d /n電=9.5510 6 4.9539/1440=32.710 3 NmmI軸：輸入扭矩T Ii =9.5510 6 P Ii / n I =9.5510 6 4.756/514.29=88.310 3 Nmm輸出扭矩 T Io =9.5510 6 P Io / n I =9.5510 6 4.708/514.29=87.410 3 Nmm軸：輸入扭矩Ti =9.5510 6 Pi / n =9.5510 6 4.567/147.44=295

25、.810 3 Nmm輸出扭矩To =9.5510 6 P o / n =9.5510 6 4.521 /147.44=292.810 3 Nmm軸輸入扭矩Ti =9.5510 6 Pi / n =9.5510 6 4.386/55=761.610 3 Nmm輸出扭矩To =9.5510 6 Po / n =9.55 10 6 4.342/55=753.910 3 Nmm運動和動態(tài)參數(shù)的計算結果整理并列于表 4中：軸名稱功率p/kw扭矩 T (N mm)轉速/rmin -1傳動比 i進入輸出進入輸出電機軸4.953932.710 314402.8我軸4.7564.70888.310 387.41

26、0 3514.293.488軸4.5674.521295.810 3292.810 3147.442.683軸4.3864.342761.610 3753.910 3554.設計總結計算機仿真技術課程設計是各專業(yè)學生學習計算機仿真技術課程后的重要實踐教學環(huán)節(jié)。在本次課程設計中，我得到的題目是煤球成型機的設計。拿到設計任務書，明確設計內容和要求后，對原始數(shù)據(jù)和工況進行分析；然后我借了相關資料和手冊；熟悉了相關機構的設計方法，并擬定了設計步驟。本課程設計是培養(yǎng)我們進行機械系統(tǒng)運動方案創(chuàng)新設計的能力和應用計算機仿真解決工程實際問題的能力，是提高我們本科生在機械設計中解決工程實際問題的能力。實際上，它

27、需要我們利用我們在計算機仿真技術課上所學的各種機械機構的運動學和動力學原理來分析和解決運動學和動力學的各種問題。通過本次計算機模擬技術課程設計，也就是型煤成型機的設計，我知道在實踐中自己設計和模擬并不容易，要做好更是難上加難。由此，我也覺得自己的見識其實很狹隘。 ，在課堂上學到的知識更多是理論性的。完成課程設計的理論與實際應用相結合，讓我深刻體會到實踐學習的重要性。理論知識貫穿實際問題的能力，可以拓展人的思維，提高解決問題的速度。本次課程設計讓我收獲頗豐，鍛煉了我解決實際問題的能力，學會了如何勇于創(chuàng)新和拓展思維的解決問題，加深了我對本學期所學的計算機仿真技術知識的理解，實踐了Pro -E 在

28、3D 實體建模技術課程中學到的繪圖技巧。總之，既提高了他們的設計能力，又鞏固了課本知識。總之，在大學學習中，要不斷鍛煉自己，讓自己在解決問題的時候全面思考問題，通過查閱資料不斷豐富自己各方面的知識，這樣才能在以后的工作中更好的發(fā)展。5. 參考文獻1 建江，馮等。主編輯。計算機模擬技術。機械工業(yè), 20092 沉永生.計算機仿真技術教程：清華大學。 19993 鄒惠軍等。編譯。凸輪機構的現(xiàn)代設計。：交通大學，19914 王玉新，主編。制度創(chuàng)新設計方法論。：大學，19965 孟憲元，主編?，F(xiàn)代組織手冊：機械工業(yè)，19946 華大年，華志宏，呂景平。連桿機構設計：科學技術，19957 鄭坤.間歇運動組織。：理工大學，19918鄒慧君，尹洪亮主編。間歇運動機構設計與應用創(chuàng)新：機械工業(yè)，2008.109 主編王樹仁計算機仿真技術課程設計?？茖W，200610 鄒惠軍制度系統(tǒng)設計：科學與技術，199611 王三民計算機仿真技術與設計課程設計：機械工業(yè)。 2004年至時光荏苒，大學的學習生活很快就過去了。在這四年的學習和生活中，我收獲了很多，而這些成就的取得，與一直以來關心和幫助過我的人們是分不開的。首先，讓我印象深刻的是，學校開設了這個學科，