机械原理优秀课程设计冲压式蜂窝煤成型机范例.doc

机械原理课程设计（范例）

题目：冲压式蜂窝煤成型机

一、 冲压式蜂窝煤成型机功效和设计要求
1.功效
冲压式蜂窝煤成型机是中国城镇蜂窝煤生产厂关键生产设备，这种设备含有结构合理、成型性能好、经久耐用、维修方便等优点而被广泛采取。
冲压式蜂窝煤成型机功效是将粉煤加入转盘模筒内，经冲头冲压成蜂窝煤。
为了实现将蜂窝煤压制成型，冲压式蜂窝煤成型机必需完成五个动作：
（1）粉煤加料；
（2）冲头将蜂窝煤压制成型；
（3）清除冲头和出煤盘积屑扫屑运动；
（4）将在模筒内冲压后蜂窝煤脱煤；
（5）将冲压成型蜂窝煤输出。

2.设计要求和原始数据
（1）蜂窝煤成型机生产能力：30次/min。
（2）图1所表示，冲头、脱模盘、扫屑刷、模筒转盘相互位置关系。实际上冲头和脱模盘全部和上、下移动滑梁连成一体，当滑梁下冲时冲头将粉煤冲压成蜂窝煤，脱煤盘将已压成蜂窝煤脱模。在滑梁上升过程中扫屑刷将刷除冲头和脱模盘上粘着粉煤。模筒转盘上均布了煤筒，转盘间歇运动使加料后模筒进入冲压位置，成型后模筒进入脱模位置，空模筒进入加料位置。
（3）为了改善蜂窝煤冲压成型质量，期望冲压机构在冲压后有一保压时间。
（4）冲压式蜂窝煤成型机滑梁行程，连杆系数。
（5）驱动电机现在采取Y180L-8型，其功率N＝11kW，转速n＝730 r/min。
（6）机械运动方案应努力争取简单。

1.模筒转盘; 2.滑梁; 3.冲头; 4.扫屑刷; 5.脱模盘
图1 冲压式蜂窝煤成型机各部分位置示意

3.设计任务
（1）按工艺动作要求确定运动循环图。
（2）进行冲压脱模机构、扫屑机构、模筒转盘间歇运动机构选型。
（3）机械运动方案评定和选择。
（4）按选定电动机和实施机构运动参数确定机械传动方案。
（5）画出机械运动方案示意图。
（6）选择其中两个传动机构或实施机构进行尺寸计算。

二、工作原理和工艺动作分解
依据上述分析，冲压式蜂窝煤成型机要求完成工艺动作有以下六个动作。
（1）加料：这一动作可利用粉煤重力打开料斗自动加料。
（2）冲压成型：要求冲头上、下往复移动，在冲头行程后1/2进行冲压成型。
（3）脱模：要求脱模盘上、下往复移动，将已冲压成型煤饼压下去而脱离模筒。通常可将它和冲头一起固结在上、下往复移动滑梁上。
（4）扫屑：要求在冲头、脱模盘向上移动过程中用扫屑刷将粉煤扫除。
（5）模筒转模间歇运动：以完成冲压、脱模、加料三个工位转换。
（6）输送：将成型煤饼脱模后落在输送带上送出成品，方便装箱待用。
以上六个动作，加料和输送动作比较简单，临时不予考虑，冲压和脱模可用一个机构来完成。所以，冲压式蜂窝煤成型机运动方案设计关键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选型和设计问题。

三、依据工艺动作次序和协调要求确定运动循环图
对于冲压式蜂窝煤成型机构运出循环图关键是确定冲压和脱模盘、扫屑刷、模筒转盘三个实施构件前后次序、相位，以利于各实施机构设计、装配和调试。
冲压式蜂窝煤成型机冲压机构为主机构，以它主动件零位角为横坐标起点，纵坐标表示各实施机构位移起止位置。表1表示冲压式蜂窝煤成型机构三个实施机构运动循环图。
表1冲压式蜂窝煤成型机运动循环图
主动件转角分配
0°～180°
180°～360°
冲头和脱模盘机构
工作行程
回程
模筒转盘机构
工作行程
停止
工作行程
扫屑刷机构
扫屑运动
回程
扫屑运动
主动件转角分配
0°～90°
90°～270°
270°～360°

冲头和脱模盘全部由工作行程和回程两部分组成。模筒转盘工作行程在冲头回程后半段和工作行程前半段完成，使间歇转动在冲压以前完成。扫屑刷要求在冲头回程后半段至工作行程前半段完成扫屑动作。

四、实施机构选型
依据冲头和脱模盘、模筒转盘、扫屑刷这三个实施构件动作要求和结构特点，能够选择表2所列常见机构，这一表格又可称为实施机构形态学矩阵。
表2实施机构形态学矩阵
冲头和脱模机构
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
固定凸轮移动从动机构
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
图2表示附加滑块摇杆机构，利用滑梁上、下移动使摇杆OB上扫屑刷摆动扫除冲头和脱模盘底上粉煤屑。

图2 冲压式蜂窝煤成型机实施机构运动形式1
图3表示固定移动凸轮利用滑梁上、下移动使带有扫屑刷移动从动件顶出而扫除冲头和脱模盘底粉煤屑。

图3 冲压式蜂窝煤成型机实施机构运动形式2
五、机械运动方案选择和评定
依据表2三个实施机构形态学矩阵，能够求出冲压式蜂窝煤成型机机械运动方案数为
N＝3×2×3＝18
现在能够按给定条件、各机构相容性和尽可能使机构简单等要求来选择方案。在此可选定两个结构比较简单方案，以下所述。
方案一：冲压机构为对心曲柄滑块机构，模筒转盘机构为槽轮机构，扫屑机构为固定凸轮移动从动件机构。
方案二：冲压机构为偏置曲柄滑块机构，模筒转盘机构为不完全齿轮机构，扫屑机构为附加滑块摇杆机构。
两个方案可用模糊综合评价方法来进行评定优选，也能够按设计需求直接比较方案优劣。比如，因为没有急回要求，冲压机构能够选为对心曲柄滑块机构；模筒转盘机构能够选为槽轮机构，因为槽轮机构结构简单，外形尺寸小，机械效率高，并能够较平稳、间歇地进行转位；扫屑机构可选为固定凸轮移动从动件机构，设计加工简单方便。最终，选择方案一为冲压式蜂窝煤成型机构机械运动方案。

六、机械传动系统速比和变速机构
依据选定驱动电机转速和冲压式蜂窝煤成型机生产能力，可知其机械传动系统总传动比为

机械传动系统第一级采取带传动，其速比为4.866；第二级采取直齿圆柱齿轮传动，其传动比为5。

七、画出机械运动方案示意图
按已选定三个实施机构形式及机械传动系统，画出冲压式蜂窝煤成型机机械运动示意图，其中三个实施机构部分也能够称为机械运动方案简图。图4所表示，包含了机械传动系统、三个实施机构组合。假如再加上加料机构和输送机构，就能够完整地表示整台机器机械运动方案示意图。

图4 冲压式蜂窝煤成型机运动方案示意
有了机械运动方案示意图，就能够进行机构尺寸设计计算和机器总体设计。

八、对机械传动系统和实施机构进行尺寸计算
为了实现具体运动要求，必需对带传动、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尺寸计算，必需时还要进行运动学、动力学计算。

1.带传动计算
（1）确定计算功率

取，则

（2）选择带型号。由及主动轮转速，由相关线图选择V带型号为C型V带。
（3）确定带轮节圆直径和。取，则

（4）确定中心距

即。
（5）确定V带根数

2.齿轮传动计算
取齿轮压力角, ，，按钢制齿轮进行强度计算，其模数。
则分度圆直径分别为

齿顶高为

齿根高为

齿全高

齿顶圆直径分别为

齿根圆直径分别为

齿厚为

齿槽宽为

标准中心距为

齿轮厚度按实际情况选择，其它尺寸按相关公式计算出。

3．曲柄滑块机构计算
已知冲压式蜂窝煤成型机滑梁行程，连杆系数,则曲柄半径

连杆长度为

下面采取作图法求出曲柄滑块机构中滑梁（滑块）速度和加速度。
取，曲柄逆时针旋转，当转角为45°时，按百分比正确作曲柄滑块机构运动简图，图5所表示。

图5 曲柄滑块机构运动简图
因为杆1（曲柄）转速为30 r/min，且方向为逆时针旋转，故杆1角速度为
，方向为逆时针旋转。
B点速度为
，方向为垂直于杆1且指向向上。
B点加速度为
，方向由B指向A。
下面求C点速度及加速度。
对于杆2，
方向 C→A ⊥AB↑ ⊥BC
大小 ？ 0.471 ?
取，按百分比正确作速度图，图6所表示。

图6 速度图
量取得
。
。
所以，杆2角速度和法向加速度分别为
，方向为顺时针方向。
，方向由C指向B。
对于杆2，
方向 C→A B→A C→B ⊥BC↑
大小 ？ 1.479 0.121 ？
取，按百分比正确作速度图，图7所表示。

图7 加速度图
量取得
。
所以，当曲柄转角为45°时，滑块3速度为0.37m/s，加速度为1.05m/s2。

4．槽轮机构计算
（1）槽数。按工位数要求选定为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转角。
（5）槽间角。
（6）主动件圆销中心半径。
（7）和比值。
（8）槽轮外圆半径。
（9）槽轮槽深

（10）运动系数。

5．扫屑凸轮机构计算
固定凸轮采取斜面形状，其上、下方向长度应大于滑梁行程，其左右方向高度应能使扫屑刷活动范围扫除粉煤。具体按结构情况来设计，在此不再具体设计。