《機(jī)械原理》課程設(shè)計(jì)-沖壓式蜂窩煤成型機(jī)(范例)

可編輯版7/7機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)〔范例題目：沖壓式蜂窩煤成型機(jī)沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的功能和設(shè)計(jì)要求1.功能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)的功能是將粉煤加入轉(zhuǎn)盤(pán)的模筒內(nèi),經(jīng)沖頭沖壓成蜂窩煤。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：〔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(pán)積屑的掃屑運(yùn)動(dòng)；〔4將在模筒內(nèi)沖壓后的蜂窩煤脫煤；〔5將沖壓成型的蜂窩煤輸出。2.設(shè)計(jì)要求和原始數(shù)據(jù)〔1蜂窩煤成型機(jī)的生產(chǎn)能力：30次/min?！?如圖1所示,沖頭、脫模盤(pán)、掃屑刷、模筒轉(zhuǎn)盤(pán)的相互位置關(guān)系。實(shí)際上沖頭與脫模盤(pán)都與上、下移動(dòng)的滑梁連成一體,當(dāng)滑梁下沖時(shí)沖頭將粉煤沖壓成蜂窩煤,脫煤盤(pán)將已壓成的蜂窩煤脫模。在滑梁上升過(guò)程中掃屑刷將刷除沖頭和脫模盤(pán)上粘著的粉煤。模筒轉(zhuǎn)盤(pán)上均布了煤筒,轉(zhuǎn)盤(pán)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。〔3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?！?沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的滑梁行程,連桿系數(shù)?！?驅(qū)動(dòng)電機(jī)目前采用Y180L-8型,其功率N＝11kW,轉(zhuǎn)速n＝730r/min?！?機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案應(yīng)力求簡(jiǎn)單。1.模筒轉(zhuǎn)盤(pán);2.滑梁;3.沖頭;4.掃屑刷;5.脫模盤(pán)圖1沖壓式蜂窩煤成型機(jī)各部分位置示意3.設(shè)計(jì)任務(wù)〔1按工藝動(dòng)作要求擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖?！?進(jìn)行沖壓脫模機(jī)構(gòu)、掃屑機(jī)構(gòu)、模筒轉(zhuǎn)盤(pán)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選型。〔3機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的評(píng)定和選擇。〔4按選定的電動(dòng)機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)擬定機(jī)械傳動(dòng)方案?！?畫(huà)出機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案示意圖?！?選取其中兩個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸計(jì)算。二、工作原理和工藝動(dòng)作分解根據(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。〔1加料：這一動(dòng)作可利用粉煤重力打開(kāi)料斗自動(dòng)加料?！?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?！?脫模：要求脫模盤(pán)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。一般可將它與沖頭一起固結(jié)在上、下往復(fù)移動(dòng)的滑梁上?！?掃屑：要求在沖頭、脫模盤(pán)向上移動(dòng)過(guò)程中用掃屑刷將粉煤掃除?！?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。〔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(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(lái)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(pán)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(wèn)題。三、根據(jù)工藝動(dòng)作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖對(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(pán)、掃屑刷、模筒轉(zhuǎn)盤(pán)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。沖壓式蜂窩煤成型機(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),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)動(dòng)循環(huán)圖。表1沖壓式蜂窩煤成型機(jī)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖主動(dòng)件轉(zhuǎn)角分配0°～180°180°～360°沖頭和脫模盤(pán)機(jī)構(gòu)工作行程回程模筒轉(zhuǎn)盤(pán)機(jī)構(gòu)工作行程停止工作行程掃屑刷機(jī)構(gòu)掃屑運(yùn)動(dòng)回程掃屑運(yùn)動(dòng)主動(dòng)件轉(zhuǎn)角分配0°～90°90°～270°270°～360°沖頭和脫模盤(pán)都由工作行程和回程兩部分組成。模筒轉(zhuǎn)盤(pán)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。四、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型根據(jù)沖頭和脫模盤(pán)、模筒轉(zhuǎn)盤(pán)、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。表2執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形態(tài)學(xué)矩陣沖頭和脫模機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)六桿沖壓機(jī)構(gòu)掃屑刷機(jī)構(gòu)附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu)固定凸輪移動(dòng)從動(dòng)機(jī)構(gòu)模筒轉(zhuǎn)盤(pán)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)不完全齒輪機(jī)構(gòu)凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)圖2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OB上的掃屑刷擺動(dòng)掃除沖頭和脫模盤(pán)底上的粉煤屑。圖2沖壓式蜂窩煤成型機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)形式1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(pán)底的粉煤屑。圖3沖壓式蜂窩煤成型機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)形式2五、機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的選擇和評(píng)定根據(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N＝3×2×3＝18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(lái)選擇方案。在此可選定兩個(gè)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的方案,如下所述。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(pán)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)。方案二：沖壓機(jī)構(gòu)為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu),模筒轉(zhuǎn)盤(pán)機(jī)構(gòu)為不完全齒輪機(jī)構(gòu),掃屑機(jī)構(gòu)為附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu)。兩個(gè)方案可用模糊綜合評(píng)價(jià)方法來(lái)進(jìn)行評(píng)估優(yōu)選,也可以按設(shè)計(jì)需求直接比較方案的優(yōu)劣。例如,由于沒(méi)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(pán)機(jī)構(gòu)可以選為槽輪機(jī)構(gòu),因?yàn)椴圯啓C(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,外形尺寸小,機(jī)械效率高,并能夠較平穩(wěn)、間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位；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。六、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的速比和變速機(jī)構(gòu)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)比為機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的第一級(jí)采用帶傳動(dòng),其速比為4.866；第二級(jí)采用直齒圓柱齒輪傳動(dòng),其傳動(dòng)比為5。七、畫(huà)出機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案示意圖按已選定的三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形式及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng),畫(huà)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)方案示意圖。圖4沖壓式蜂窩煤成型機(jī)運(yùn)動(dòng)方案示意有了機(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)。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(pán)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和掃屑凸輪機(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。1.帶傳動(dòng)計(jì)算〔1確定計(jì)算功率取,則〔2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?！?確定帶輪節(jié)圓直徑和。取,則〔4確定中心距即?！?確定V帶根數(shù)2.齒輪傳動(dòng)計(jì)算取齒輪的壓力角,,,按鋼制齒輪進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算,其模數(shù)。則分度圓直徑分別為齒頂高為齒根高為齒全高齒頂圓直徑分別為齒根圓直徑分別為齒厚為齒槽寬為標(biāo)準(zhǔn)中心距為齒輪厚度按實(shí)際情況選取,其余尺寸按有關(guān)公式計(jì)算出。3．曲柄滑塊機(jī)構(gòu)計(jì)算已知沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的滑梁行程,連桿系數(shù),則曲柄半徑連桿長(zhǎng)度為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。取,曲柄逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),當(dāng)轉(zhuǎn)角為45°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。圖5曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖因?yàn)闂U1〔曲柄的轉(zhuǎn)速為30r/min,且方向?yàn)槟鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn),故桿1的角速度為,方向?yàn)槟鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)。B點(diǎn)的速度為,方向?yàn)榇怪庇跅U1且指向向上。B點(diǎn)的加速度為,方向由B指向A。下面求C點(diǎn)的速度及加速度。對(duì)于桿2,方向C→A⊥AB↑⊥BC大??？0.471?取,按比例精確作速度圖,如圖6所示。圖6速度圖量取得。。因此,桿2的角速度和法向加速度分別為,方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颉?方向由C指向B。對(duì)于桿2,方向C→AB→AC→B⊥BC↑大?。?.4790.121？取,按比例精確作速度圖,如圖7所示。圖7加速度圖量取得。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。4．槽輪機(jī)構(gòu)計(jì)算〔1槽數(shù)。按工位數(shù)要求選定為6