機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)-蜂窩煤成型機(jī)

《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》題 目:沖壓式蜂窩煤成型機(jī)機(jī)構(gòu)學(xué) 校:濟(jì)南大學(xué)系 別：機(jī)械工程及自動(dòng)化班 級(jí):機(jī)自0809設(shè)計(jì)者：劉騫（組長(zhǎng)）指導(dǎo)教師：常遇春2010-06-20星期日課程設(shè)計(jì)評(píng)語(yǔ)機(jī)械工程及自動(dòng)化1/18設(shè)計(jì)任務(wù)計(jì)劃書課程名稱：機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：沖壓式蜂窩煤成型機(jī)改進(jìn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求與原始數(shù)據(jù)：設(shè)計(jì)小組成員：_指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：指導(dǎo)教師：張旦聞年月日三三目TOC\o"1-5"\h\zk. 5\o"CurrentDocument"1、產(chǎn)品簡(jiǎn)介 42、工作原理 43、機(jī)器的運(yùn)動(dòng)方案的分析與選擇\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)基本要求 5\o"CurrentDocument"原動(dòng)機(jī)的選擇 5\o"CurrentDocument"主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)方案分析 6\o"CurrentDocument"掃屑機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案分析 84、機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì)\o"CurrentDocument"傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì) 9\o"CurrentDocument"主體機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì) 12\o"CurrentDocument"掃煤機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì) 12\o"CurrentDocument"工作盤轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì) 135、主體機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)線圖 13\o"CurrentDocument"6、機(jī)器運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 147、自我感想 16\o"CurrentDocument"8、參考書目 161、產(chǎn)品簡(jiǎn)介機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)課程是培養(yǎng)學(xué)生具有機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)及機(jī)械創(chuàng)新能力的技術(shù)基礎(chǔ)課。在機(jī)械類各專業(yè)中教學(xué)計(jì)劃是主干課程。在培養(yǎng)合格機(jī)械工程設(shè)計(jì)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(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的必備準(zhǔn)備。本設(shè)計(jì)題目是蜂窩煤成型機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)的最初想法來(lái)源于自己以往的親身經(jīng)歷。以往的許多制造煤塊的機(jī)構(gòu)存在著許多避之不及的缺陷，即有些機(jī)構(gòu)制造出的煤塊不夠敦實(shí)，放干后有一些裂紋；有些機(jī)構(gòu)造出的煤塊經(jīng)常出現(xiàn)孔內(nèi)坍塌現(xiàn)象；有些機(jī)構(gòu)在工作是會(huì)出現(xiàn)許多不能及時(shí)清理的煤屑，造成工作環(huán)境的相對(duì)惡劣，等等。本設(shè)計(jì)的誕生不僅克服了許多造煤塊機(jī)構(gòu)難以克服的缺陷，還在機(jī)械傳動(dòng)的能耗以及電動(dòng)機(jī)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(jì)考慮到各組成機(jī)構(gòu)的可行性與合理性，選擇了兩種運(yùn)動(dòng)方案：一是機(jī)構(gòu)擁有了帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、具有過(guò)載保護(hù)作用，槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠等特性，二是有了齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊密，壽命長(zhǎng)，效率高等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)的許多地方牽涉到了機(jī)械傳動(dòng)以及齒輪傳動(dòng)的知識(shí)，進(jìn)一步驗(yàn)證和細(xì)化了專業(yè)理論知識(shí)，是我們對(duì)本專業(yè)的發(fā)展方向有了更清楚的認(rèn)識(shí)。另外，本機(jī)構(gòu)安全、實(shí)用的思想設(shè)計(jì)而出，市場(chǎng)前景廣闊，適用范圍比較廣泛，既可以用于大中型公司或企業(yè)批量生產(chǎn)，又可用于小型部門的連續(xù)生產(chǎn)，造出的煤塊很大程度上的得到了市場(chǎng)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(yùn)動(dòng)，將位于工作盤2模孔中的混合料壓實(shí)成型。沖針6剛性固結(jié)于沖頭，用以穿孔。壓板8以彈簧7與滑塊1相連，通過(guò)彈簧壓縮時(shí)所產(chǎn)生的彈簧力將型煤壓實(shí)。為了提高生產(chǎn)率，將機(jī)器作成多工位的，把上料、成型、卸煤等工序集中在一臺(tái)機(jī)器上連續(xù)完成。機(jī)器執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)圖如圖1-1所示。滑塊1上裝有沖孔壓實(shí)壓頭4和卸煤推桿5，圖1-1 機(jī)器執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)圖

作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)（Al）;工作盤2上有五個(gè)?？?，1為上料工位，III為成型工位，W為卸料工位，做間歇回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（A2）；上料器3作連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（A3）；將型煤運(yùn)出的傳送帶做勻速直線運(yùn)動(dòng)（A4）；沖頭每次退出工作盤后，掃煤桿在沖頭下面掃過(guò)，作清除煤屑的掃煤運(yùn)動(dòng)（A5）。A1的運(yùn)動(dòng)參數(shù)取決于生產(chǎn)率，取n1=72r/min。考慮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。A2運(yùn)動(dòng)應(yīng)與A1協(xié)調(diào)配合，工作盤轉(zhuǎn)位時(shí)，壓頭必須在工作盤外，其運(yùn)動(dòng)參數(shù)n-n-72r/min其運(yùn)動(dòng)系數(shù)T應(yīng)小于0.5。綜合考慮各運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,暫取工作盤轉(zhuǎn)位時(shí)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)t=160/360=0.444。A3的運(yùn)動(dòng)參數(shù)參考現(xiàn)有機(jī)器取n3=120r/min。A運(yùn)動(dòng)的傳送帶速度要保證前一塊煤運(yùn)走后，后4一塊煤才能卸落在傳送帶上。設(shè)煤塊的間距為28=0.2m,則傳送帶速度為nx0.216072x0.260nx0.216072x0.260-0.24m/s圖1-2生產(chǎn)阻力曲線3、機(jī)器的運(yùn)動(dòng)方案分析及選擇圖1-2生產(chǎn)阻力曲線3、1設(shè)計(jì)基本要求設(shè)計(jì)蜂窩煤成型機(jī)構(gòu)，型煤尺寸為。xh=100（mm）x75（mm）生產(chǎn)率為每分鐘72個(gè)；沖壓成型時(shí)的生產(chǎn)阻力達(dá)到50000N；為改善蜂窩煤成型機(jī)的質(zhì)量，希望在沖壓后有一短暫的保壓時(shí)間；由于沖頭要產(chǎn)生較大壓力，希望沖壓機(jī)構(gòu)具有增力功能，以增大有效力作用，減小原動(dòng)機(jī)的功率。3、2原動(dòng)機(jī)的選擇原動(dòng)機(jī)做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)各執(zhí)行構(gòu)件動(dòng)作，其中掃煤運(yùn)動(dòng)A5可考慮直接用滑塊做主運(yùn)動(dòng)，以保證運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)配合。由于采用集中驅(qū)動(dòng)，有電動(dòng)機(jī)到A1原動(dòng)件的主傳動(dòng)鏈總傳動(dòng)比為:=20n 1440=20i=申,=總n72再考慮到同類機(jī)器的參數(shù)，在此選用異步電動(dòng)機(jī)集中驅(qū)動(dòng)，取:n電=1440r/min3、3主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)方案分析及選擇執(zhí)行構(gòu)件作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，所以主傳動(dòng)鏈中，需要兩級(jí)減速，運(yùn)動(dòng)分支和將連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的功能，即可畫出主運(yùn)動(dòng)鏈的功能框圖1-3。然后再根據(jù)其他執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)形式和運(yùn)動(dòng)參數(shù)的大小。確定所需的功能元，畫出輔助傳動(dòng)鏈的功能框圖1-3。圖1-3傳動(dòng)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：表1型煤及形態(tài)學(xué)矩陣]帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)u>帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)移動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)不完全齒輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪齒條機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)綜合以上分析，結(jié)合主要的運(yùn)動(dòng)類型，我們制定了兩種方案，下面就讓我們對(duì)兩種方案作一詳細(xì)的分析：方案I:主傳動(dòng)采用帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)，主題機(jī)構(gòu)采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，輔助轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)采用槽輪機(jī)構(gòu)，傳送裝置采用傳送帶。裝配簡(jiǎn)圖如圖1-4所示，列出了機(jī)構(gòu)的主要構(gòu)件。圖1-4方案I方案H：主傳動(dòng)采用兩級(jí)齒輪機(jī)構(gòu)減速，主體機(jī)構(gòu)雖然可以采用其它機(jī)構(gòu)，但在動(dòng)力傳動(dòng)中曲柄滑塊機(jī)構(gòu)較其他機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理，所以本方案主體機(jī)構(gòu)仍采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，輔助轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)采用不完全齒輪機(jī)構(gòu)，其他同方案I，各機(jī)構(gòu)的裝配簡(jiǎn)圖如圖1-5。圖1-5方案n1）、繪制傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖結(jié)合功能框圖的傳動(dòng)路線，考慮到機(jī)構(gòu)和軸線的配置以及一些其他功能，即可繪出機(jī)器的兩種運(yùn)動(dòng)方案圖。2）、方案I、方案n的分析比較這兩種方案區(qū)別在于主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和輔助轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)不同。由《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)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(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，具有過(guò)載保護(hù)作用.鏈傳動(dòng)傳遞功率較大，但是它們的外廓尺寸大，在振動(dòng)沖擊載荷作用下，鏈傳動(dòng)壽命較短。槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)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n采用齒輪傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，壽命長(zhǎng)，效率高，可采用標(biāo)準(zhǔn)減速器、大齒輪即為曲柄，便于平衡，且可起飛輪作用，但制造成本較高。不完全齒輪機(jī)構(gòu)嚙入嚙出時(shí)沖擊較大，設(shè)計(jì)計(jì)算較復(fù)雜，但動(dòng)停比不受結(jié)構(gòu)限制，尺寸較緊湊，便于布置。根據(jù)以上簡(jiǎn)單分析，初步?jīng)Q定采用方案II作為機(jī)器的運(yùn)動(dòng)方案。3）、掃屑機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案分析方案I:沖壓機(jī)構(gòu)為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、模筒轉(zhuǎn)盤為不完全齒輪機(jī)構(gòu)、掃屑機(jī)構(gòu)為附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu)。方案I:沖壓機(jī)構(gòu)為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、模筒轉(zhuǎn)盤為槽輪機(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)。兩個(gè)方案我們可以用模糊綜合評(píng)價(jià)方法來(lái)進(jìn)行評(píng)估優(yōu)選，最后定方案I為沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的掃屑機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方案。4、機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的尺寸設(shè)計(jì)4.1、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì):主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比i總=20,采用兩級(jí)減速，根據(jù)傳動(dòng)比分配“前小后大”的原則，iji1Xi2=4X5，則21可取19,工2=iixq=4q,z8取22,z4=i2xz3=5X22=110.如下圖1-6所示：其中：Z=19如圖1-7所示，由上料器的轉(zhuǎn)速可知：則電動(dòng)機(jī)至上料機(jī)的總傳動(dòng)比：動(dòng)比：因此可?。篿'=電=12=ixi總n i33z6=i3xz5=3x21=63其中Z=215Z=636Z4Z=22Z=227Z=1108n1=72r/mmZ2Z3Z1圖1-7二級(jí)減速機(jī)構(gòu)由于沖頭和工作盤的運(yùn)動(dòng)平面相互垂直，主體機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件（曲柄）和輔助轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件（不完全齒輪）的軸線相互垂直，因此，配置了圓錐齒輪傳動(dòng)Z9、Z10，如圖1-8所示。

考慮到主體機(jī)構(gòu)與輔助機(jī)構(gòu)應(yīng)同步，固取Z9=Z10=20。傳送皮帶需從工作臺(tái)下通過(guò)，寸寸受限制，取主動(dòng)帶輪直徑D=200mm,則帶輪轉(zhuǎn)速：TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"vX60 0.24X60 ,n=口 = =23r/mm\o"CurrentDocument"4兀D 0.2兀運(yùn)動(dòng)有曲柄軸通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)傳來(lái)，則：i='==4 n4 z11即取z11=23z12=72

4.2、主體機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì)由于滑塊沒(méi)有行程速比系數(shù)要求，為使機(jī)構(gòu)受力較好，采用對(duì)心的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為主體機(jī)構(gòu)，則曲柄長(zhǎng)度：r=1=150mm2為了使機(jī)構(gòu)力學(xué)性能較好，使滑塊運(yùn)動(dòng)速度波動(dòng)較小，又考慮到機(jī)器的整體高度，一般?。簉11

r=—=—~——l46則兩桿長(zhǎng)度：l=（4~6）r=（4~6）x150=600~900（mm）考慮到機(jī)器的整體高度，取1=800mm,如圖1-9所示為傳動(dòng)角最小時(shí)的機(jī)構(gòu)位置簡(jiǎn)圖，由此校核最小傳動(dòng)角，所以：rr=cos-i_=79.3?！?0。~50。minl圖1-9主體機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖1-9主體機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖4.3、掃煤機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì)為了清掃壓頭和推桿下面的煤屑，在此設(shè)計(jì)一掃煤機(jī)構(gòu)，使壓頭離開工作臺(tái)時(shí)，掃煤桿在壓頭下面往復(fù)掃過(guò)，又不能與其它構(gòu)件相碰撞。掃煤桿的長(zhǎng)度要保證能在壓頭下面掃過(guò)，由總體高度來(lái)考慮，固定凸輪采用斜面形狀，其上下方向的長(zhǎng)度應(yīng)大于滑梁的行程$,其左右方向的高度應(yīng)能使掃屑刷滿足掃除粉煤的活動(dòng)范圍。用作圖法對(duì)此機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖1-10：Hmin、Hmax應(yīng)該滿足關(guān)系式：H-H26=75mm凸輪的轉(zhuǎn)速應(yīng)該與主體機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)周期相配合，由主體機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)比%?二20，原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為1440r/min，可計(jì)算出：n =n電=1440=72r/min齒輪i20圖1-10展開后得圖1-10展開后得求得：將式子（2.2）將式子（2.4）工作盤轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸的設(shè)計(jì)在此設(shè)計(jì)中，工作盤的轉(zhuǎn)位采用不完全齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)。不完全齒輪的設(shè)計(jì)可參閱《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》（由張永安主編、高等教育出版社出版）的148頁(yè)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(jī)構(gòu)采用對(duì)心的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，則曲柄要通過(guò)ni、w工位的模孔中心，因此不完全齒輪機(jī)構(gòu)的主動(dòng)齒輪的回轉(zhuǎn)中心°】也應(yīng)在曲柄的軸線上。由于工作盤每次轉(zhuǎn)動(dòng)1/5周，則從動(dòng)齒輪的齒數(shù)應(yīng)該是Z2的五倍，取Z2=16，則：z=16.模數(shù)選取要保證從動(dòng)齒輪齒根圓大于工作盤外徑，本題取m=5。 25、主體機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)線圖設(shè)計(jì)與分析如圖所示為型煤機(jī)主體機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，由封閉矢量圖。‘^^可得適量方程為：l+l=xTOC\o"1-5"\h\z1 2o寫出復(fù)數(shù)形式為leie1+le%=xlcos。+lcos。=xV1 1 2 2olsin。+lsin。=01 12 2x=lcos。+lcos。o1 12 2對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，求得：l0sin（。一。）vo=__1_1 1 2—cos。2對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，求得：\o"CurrentDocument"l02cos（。一。）+l02a——J__1 1 2 2__2-o cos。2由以上式子可求出各個(gè)位置的速度、加速度及o的位移的值，根據(jù)各個(gè)點(diǎn)的速度、加速度、位移的值，通過(guò)描點(diǎn)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(jī)器運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖根據(jù)以上設(shè)計(jì)分析及有關(guān)的數(shù)值計(jì)算，得到圖1-13所示的機(jī)器簡(jiǎn)圖：由于傳送裝置位于視野之外，在此并未畫出其簡(jiǎn)圖，僅僅作出了沖壓式蜂窩煤的主體機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。飛輪原動(dòng)機(jī)圖1-13主體機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖7、感想通過(guò)這一星期的機(jī)械課程設(shè)計(jì)，我們感觸良多，這次課程設(shè)計(jì)讓我看到了自己的不足之處，也讓我體會(huì)到了課程設(shè)計(jì)的樂(lè)趣和意義。理論聯(lián)系實(shí)際這一重要思想，在這里體現(xiàn)得淋漓盡致。我們現(xiàn)在最缺乏的就是實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，而理論聯(lián)系實(shí)踐并不像我們想象的那么簡(jiǎn)單，他需要堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)