机械原理课程设计---蜂窝煤成型机.doc

机 械 原 理
设计说明书

蜂窝煤成型机

目录

第一章 设计任务 1
1、设计题目 1
2、设计要求 1
第二章 工艺动作分解和工作原理 2
第三章机械运动方案的设计及分析决策................. 3
1、执行机构的选型 3
2、主传动运动方案分析及选择 3
3、扫屑机构运动方案分析 6
第四章 机构尺度综合 8
1、主体机构的运动尺寸设计 8
2、扫煤机构的运动尺寸设计 8
3、齿轮传动计算 9
4、槽轮机构计算 9
5、凸轮基本尺寸的确定 10
6、作凸轮轮廓曲线 10
第五章 机构运动线图设计与分析 12
第六章 机器运动简图 13
设计小结.......................................... 14
参考书目.......................................... 15
第一章 设计任务
1、设计题目
冲压式蜂窝煤成型机是我国城镇蜂窝煤（通常又称煤饼，在圆柱形饼状煤中冲出若干通孔）生产厂的主要生产设备，它将煤粉加入转盘上的模筒内，经冲头冲压成蜂窝煤。
为了实现蜂窝煤冲压成型，冲压式蜂窝煤成型机必须完成以下几个动作：
· 煤粉加料；
· 冲头将蜂窝煤压制成型；
· 清除冲头和出煤盘的积屑的扫屑运动；　
· 将在模筒内的冲压后的蜂窝煤脱模；
· 将冲压成型的蜂窝煤输送装箱。
2、设计要求
1、基本参数
表1-1 基本参数
生产能力（次/min）
25 30 35
生产阻力（N）
0.9 1 1.1
2、驱动动机： Y180L—8、功率N=111kW、转速n=710r/min；
3、为了改善蜂窝煤冲压成型的质量，希望在冲压后有一短暂的保压时间；
4、由于冲头要产生较大压力，希望冲压机构具有增大有效力作用，减小原动机的功率。
5、机械运动方案应力求简单

第二章 工艺动作分解和工作原理
根据上述分析，冲压式蜂窝煤成型机要求完成的工艺动作有以下六个动作：
1）加料：这一动作可利用煤粉的重力打开料斗自动加料；
2）冲压成型：要求冲头上下往复运动，在冲头行程的二分之一进行冲压成型；
3）脱模：要求脱模盘上下往复移动，将已冲压成型的煤饼压下去而脱离模筒。一般可以将它与冲头固结在上下往复移动的滑梁上；
4）扫屑：要求在冲头、脱模盘向上移动过程中用扫屑刷将煤粉扫除；
5）模筒转模间歇运动：以完成冲压、脱模和加料三个工位的转换；
6）输送：将成型的煤饼脱模后落在输送带上送出成品，以便装箱待用。
以上六个动作，加料和输送的动作比较简单，暂时不予考虑，脱模和冲压可以用一个机构完成。因此，冲压式蜂窝煤成型机运动方案设计重点考虑冲压和脱模机构、扫屑机构和模筒转盘间歇转动机构这三个机构的选型和设计问题。
如图1所示位冲头3、脱模盘5、扫屑刷4、模筒转盘1的相互位置情况。实际上冲头与脱模盘都与上下移动的滑梁2连成一体，当滑梁下冲时冲头将煤粉压成蜂窝煤，脱模盘将已压成的蜂窝煤脱模。在滑梁上升过程中扫屑刷将刷除冲头和脱模盘上粘附的煤粉。模筒转盘上均布了模筒，转盘的间歇运动使加料后的模筒进入加压位置、成型后的模筒进入脱模位置、空的模筒进入加料位置；
图1

第三章 机械运动方案的设计及分析决策
1、执行机构的选型
根据冲头和脱模盘、模筒转盘、扫屑刷这三个执行构件动作要求和结构特点，可以选择表1的常用机构，这一表格又称为执行机构的形态学矩阵。

表3-1 执行机构的形态学矩阵
冲头和脱模盘机构
对心曲柄滑块机构
偏置曲柄滑块机构
六杆冲压机构
扫屑刷机构
附加滑块摇杆机构
固定移动凸轮移动从动件机构
模筒转盘间歇运动机构
槽轮机构
不完全齿轮机构
凸轮式间歇运动机构

2、主传动运动方案分析及选择
执行构件作往复直线运动，所以主传动链中，需要两级减速，运动分支和将连续回转运动变换为往复直线运动的功能，即可画出主运动链的功能框图1-3。
然后再根据其他执行构件的运动形式和运动参数的大小。确定所需的功能元，画出辅助传动链的功能框图3-1

图3-1传动链的功能框

这样取出功能框图中几种主要功能元，然后选择功能载体，即可得到表2所示：

表3-2 型煤及形态学矩阵

带传动机构
链传动机构
齿轮传动机构

带传动机构
链传动机构
齿轮传动机构

曲柄滑块机构
移动从动件凸轮机构
四杆机构

槽轮机构
不完全齿轮机构
棘轮机构

带传动机构
齿轮齿条机构
螺旋机构

综合以上分析，结合主要的运动类型，我们制定了两种方案，下面就让我们对两种方案作一详细的分析：
方案I：主传动采用带传动和链传动，主题机构采用曲柄滑块机构，辅助转位机构采用槽轮机构，传送装置采用传送带。装配简图如图3-2所示，列出了机构主要构件。
图3-2 方案Ⅰ

方案Ⅱ：主传动采用两级齿轮机构减速，主体机构虽然可以采用其它机构，但在动力传动中曲柄滑块机构较其他机构简单、合理，所以本方案主体机构仍采用曲柄滑块机构，辅助转位机构采用不完全齿轮机构，其他同方案I，各机构的装配简图如图3-3。
图3-3 方案Ⅱ
方案Ⅰ、方案Ⅱ的分析比较

这两种方案区别在于主传动机构和辅助转位机构不同。由《机械原理课程设计指导》（张永安主编、高等教育出版社出版）的第二章的表1、表2可知，方案I带传动结构简单，传动平稳，具有过载保护作用.链传动传递功率较大，但是它们的外廓尺寸大，在振动冲击载荷作用下，链传动寿命较短。槽轮机构结构比较简单，工作可靠，啮入啮出比较平稳，有柔性冲击，但槽轮在工作盘上不大好布置，所以空间较大。
方案Ⅱ采用齿轮传动，结构紧凑，寿命长，效率高，可采用标准减速器、大齿轮即为曲柄，便于平衡，且可起飞轮作用，但制造成本较高。不完全齿轮机构啮入啮出时冲击较大，设计计算较复杂，但动停比不受结构限制，尺寸较紧凑，便于布置。根据以上简单分析，初步决定采用方案Ⅱ作为机器的运动方案。

3、扫屑机构运动方案分析
方案Ⅰ：冲压机构为偏置曲柄滑块机构、模筒转盘为不完全齿轮机构、扫屑机构为附加滑块摇杆机构。
方案Ⅱ：冲压机构为对心曲柄滑块机构、模筒转盘为槽轮机构、扫屑机构为固定凸轮移动从动件机构。
图3 冲压机构
（b）
（a）
方案Ⅱ
方案Ⅰ
图3（a）表示附加滑块摇杆机构。利用滑梁的上下移动使摇杆AB上的扫屑刷扫除冲头和脱模盘底上的粉煤屑。图3（b）表示固定移动凸轮利用滑梁上下移动使带有扫屑刷的移动从动件顶出而扫除冲头和脱模盘底上的粉煤屑。
两个方案我们可以用模糊综合评价方法来进行评估优选，最后定方案Ⅱ为冲压式蜂窝煤成型机的扫屑机构的运动方案。

第四章 机构尺度综合
为了实现具体的移动要求，必须对带传动、齿轮传动、曲柄滑块机构（冲压机构）、槽轮机构（模筒转盘间歇运动机构）和扫屑凸轮机构进行运动学计算，必要时还要进行动力学计算。

1、主体机构的运动尺寸设计
由于滑块没有行程速比系数要求，为使机构受力较好，采用对心的曲柄滑块机构作为主体机构，则曲柄长度：

为了使机构力学性能较好，使滑块运动速度波动
较小，又考虑到机器的整体高度，一般
取：

则两杆长度：

考虑到机器的整体高度，取，
如图1-9所示为传动角最小时的机构位置简
图，由此校核最小传动角，所以：

图4-1 主体机构简图
满足传力性能要求。

2、扫煤机构的运动尺寸设计
为了清扫压头和推杆下面的煤屑，在此设计一扫煤机构，使压头离开工作台时，扫煤杆在压头下面往复扫过，又不能与其它构件相碰撞。扫煤杆的长度要保证能在压头下面扫过，由总体高度来考虑，固定凸轮采用斜面形状，其上下方向的长度应大于滑梁的行程s，其左右方向的高度应能使扫屑刷满足扫除粉煤的活动范围。
用作图法对此机构进行设计，如图1-10：应该满足关系式：

凸轮的转速应该与主体机构的运动周期相配合，由主体机构的转动比，原动机的转速为1440r/min，可计算出：

图4-2

3、齿轮传动计算
取Z1=22，Z2＝i×22＝5×22＝110。按钢制齿轮计算，取模数m=5mm.。则
d1＝Z1m＝110 mm.
d2＝Z2m＝550 mm.

4、槽轮机构计算
1）槽数 按工位要求选定为6。
2）中心距 按结构情况确定。
3）圆销半径 按结构情况确定。
4）槽轮每次转位时主动件的转角
5）槽间角
6）主动件圆销中心半径
7）与的比值
8）槽轮外圆半径
9）槽轮槽深
取。
10）运动系数 （）

5、凸轮基本尺寸的确定
图4-3 凸轮机构
如图4-3所示，由于扫屑刷要在冲头开始回程之后到行程之前完成扫屑动作，所以取凸轮的远休止角为，安装时确保凸轮开始转动时从动件滚子在它的转动中心最远位置。取=,=,=.由于冲头宽100mm，故取凸轮的行程h=105mm。又因为推程直动件的许用压力[α]=，取α=,查文献得=0.6，得=175mm.滚子半径=（0.1～0.15），取=26 mm

6、作凸轮轮廓曲线
凸轮轮廓曲线如图4-4
图4-4 凸轮的轮廓曲线

第五章 机构运动线图设计与分析
如图所示为型煤机主体机构的运动简图，由封闭矢量图 可得适量方程为：
(0.1)
写出复数形式为
(0.2)
展开后得
(0.3)
求得：
(0.4)
将式子（2.2）对时间求导，求得：
(0.5)
将式子（2.4）对时间求导，求得：

由以上式子可求出各个位置的速度、加速度及o的位移的值，根据各个点的速度、加速度、位移的值，通过描点法即可作出滑块的速度、加速度、位移的线图，如图5-1图1-12 型煤机主体机构运动线图

所示。
图5-1 型煤机主体机构运动线图

第六章 机器运动简图
根据以上设计分析及有关的数值计算，得到图6-1所示的机器简图：由于传送装置位于视野之外，在此并未画出其简图，仅仅作出了冲压式蜂窝煤的主体机构简图。

图6-1 主体机构简图

设计小结
通过近两星期的机械课程设计，我们感触良多，这次课程设计让我看到了自己的不足之处，也让我体会到了课程设计的乐趣和意义。
理论联系实际这一重要思想，在这里体现得淋漓尽致。我们现在最缺乏的就是实际工作经验，而理论联系实践并不像我们想象的那么简单，他需要坚实的理论基础和实际工作经验。坚实的理论基础决定了我必须坚持学习新的知识新的理论，完善了自己的知识结构，才能在以后的实际中轻松面对，才能设计出更好的更有益于人们生活与工作的机械，才能跟上时代的步伐，不被淘汰。
严谨和细心是做机械设计的必要态度，要想做好一件事，就必须一丝不苟、态度认真。俗话说：“失之毫厘，谬之千里。”在机械设计上尤其应该注意。在以后的工作中，你的很小的一个疏忽将会造成一个公司很大的损失，甚至给用户带去生命危险，而自己也会为自己的不负责任行为付出代价。
当然要顺利的完成一项设计，团队合作是必不可少的，大家相互交流意见，分工合作，取长补短，共同努力。
在这次课程设计中，困难不可避免，但我们团结合作，永不言弃，始终相信办法总比困难多。困难是我们前进的动力，不经历风雨，怎能见彩虹。困难并不可怕，只要我们拥有解决困难的信心，一切困难都会被我们踩在脚下。
学无止境，我们决不能仅仅满足现有的成绩，人生就像爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着我们去攀登、去征服。挫折是一份财富，经历是一份拥有。
本次课程设计已接近尾声，大家半个多月的努力终于见分晓了。回首这十多天，我们设计组成员都十分努力，大家都挤出时间来忙设计。一个又一个忙碌而充实的晚上，我们共同在电脑前讨论，计算，思考……直到深夜。大家都很累，但眼看着摆在我们面前的疑难问题一个一个地被解决，大家累的充实，累的高兴。
想当初刚拿到课题时，我们觉得比较简单，前几天没抓紧设计而只简单地列了个基本方案，直到开始着手设计和计算时，才发现原来设计中有如此多的问题，特别是有很多细节问题亟待解决。
半个月设计下来，我们知道了课程设计的意义：并不只是机械原理的一个作业，而是要在这次课程设计中，初步接触机械设计，在设计能完成简单要求的机械中培养对新的机械运动方案构思和设计的能力，对机构系统种各机构分析和设计能力的培养。并且逐步树立工程设计的观点，培养自己的创新设计能力和实用机构设计能力。

参考书目

[1] 穆塔里夫 .机械原理课程设计指导书[M].新疆大学.
[2] 付则绍 . 机械原理[M].2版. 北京：石油工业出版社，1998.
[3] 孙桓,陈作模.机械原理[M].6版. 北京：高等教育出版社，1996.
[4] 汤可桢，程光温.机械设计基础[M].4版. 北京：高等教育出版社，2002.
[5] 郑文纬,吴克坚.机械原理[M] .7版. 北京：高等教育出版社，1997.
[6] 罗恭添. 机械原理课程设计指导书[M]. 北京：高等教育出版社，1986.
[7] 李方伟,孙怀安,李团结.机械原理辅导[M]. 西安：西安电子科技.大学出版社，2001.
[8] 彭国勋,肖正扬.自动机械的凸轮机构设计[M]. 北京：机械工业出版社，1990.
[9] 阮宝湘 . 工业设计机械基础[M] .上海理工大学.
[10] 孔庆华.机械设计基础[M]. 上海同济大学.
[11] 邹慧君.机械系统设计[M]. 上海科技大学.