樹枝粉碎成型機成型裝置設計

樹枝粉碎成型機成型裝置設計,樹枝粉碎成型機成型裝置設計,樹枝,粉碎,成型,裝置,設計 XX大學XX學院 畢業(yè)設計說明書 題 目：樹枝粉碎成型機成型裝置設計 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學 號： XX63233 姓 名： XX 指導教師： XX 教授 完成日期： 2012年5月21日  目錄 摘要 1 ABSTRACT 2 第一章.緒論 3 1.1課題的目的和意義 3 1.2國內外發(fā)展情況 3 第二章.壓縮成型方式的選擇及相關參數(shù)的計算 7 2.1壓縮成型方式的分類 7 2.2成型方式選擇 9 2.3顆粒參數(shù)的選擇 10 2.4相關數(shù)值的選擇 11 2.5電動機的選擇 14 第三章.傳動系統(tǒng)設計 17 3.1傳動系統(tǒng)的類型及系統(tǒng)分析 17 3.1.1傳動系統(tǒng)的類型 17 3.1.2傳動系統(tǒng)的布置方式 17 3.1.3傳動級數(shù)和各級傳動比的分配 18 3.2帶輪傳動設計 18 3.3 齒輪傳動的設計 20 3.4軸的設計 22 3.4.1軸的概述 22 3.5曲柄滑塊機構 25 3.6曲柄軸的設計計算 27 3.7滑動軸承座的選擇 28 第四章.機身的設計 30 結束語 31 參考文獻 32 致謝 33 附錄1：生物質燃料研究 34 附錄2：生物質燃料英文翻譯 40 摘要 成型機是樹枝剪碎成型機的成型部分，作為樹枝剪碎成型機的最終輸出部分，成型機參數(shù)的選擇對整個機械的功耗，成型效果等，起著決定性的作用。影響成型機效果的主要因素有：成型顆粒的含水率，成型顆粒大小，成型壓力大小等。通過查閱相關文獻，選定成型方式為機械往復式活塞沖壓成型機。確定適當?shù)某尚蛪毫?，含水率，顆粒大小等。再在實際需求的基礎上，確定成型直徑的大小，在此基礎上，建立適當?shù)哪Ｐ?，設計出成型筒的具體參數(shù)，再進行缸體，軸等的校核，從而最終確定相關參數(shù)。 本方案選擇的曲柄壓力成型機是通過曲柄滑塊機構將電動機的旋轉運動轉換為滑塊的直線往復運動，對坯料進行加工的機械。曲柄壓力機動作平穩(wěn)，結構簡單，操作方便，性能可靠。 關鍵詞：成型機，曲柄機構，機械制造 ABSTRACT Molding machine branches to cut it into pieces forming part of the molding machine, was cut to the final output part of the molding machine, molding machine parameter selection on the power consumption of the whole machinery, molding effect plays a decisive role as branches. The main factors affecting the effect of molding machines: the moisture of the forming particles, forming particle size, forming pressure and size. Through the relevant literature, selected molding methods for mechanical reciprocating piston stamping molding machine. To determine the appropriate molding pressure, moisture content, particle size. And then determine the size of the diameter of the molding on the basis of actual demand, and on this basis, the establishment of an appropriate model to design the specific parameters of the forming tube, cylinder, axis, etc. check, which ultimately determine the relevant parameters. Crank pressure machine is pass crank a slippery piece organization to revolve electric motor conversion for slippery piece of straight line back and forth sport ,Carries the formed processing to the compression materials the forging and stamping machinery The crank press is steady ,the work is reliable ,Its structure is simple ,the ease of operation ,the performance is reliable ,the coupling uses the rigidity to trans the key type coupling, the use service is convenient Keyword：molding machine；crank organization； machine manufacturing 第一章.緒論 1.1課題的目的和意義 隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對城市居住壞境提出了更高的要求，需要經(jīng)常對綠化樹等進行園藝修剪。而修剪下的枝塊較大不易于搬運，儲存等。而且一般的處理方式為丟棄或者焚燒，容易造成環(huán)境污染，也是對資源的一種浪費。樹枝剪碎成型機通過對細小樹枝的打碎，成型。能解決樹枝的運輸，儲存問題。減輕園藝工人負擔。生產(chǎn)出來的生物質固化成型燃料，作為一種高效率燃料，能廣泛應用于生產(chǎn)生活各個方面。 同時，樹枝剪碎成型機還可以用來生產(chǎn)生物能源。 我國生物質能資源非常豐富，但是作為一種散拋型、低容重的能源存在形式，生物質能源具有資源分散、能量密度低、容重小、儲運不方便等缺點，嚴重制約了生物質能的大規(guī)模應用，相當大量的生物質未得以有效、充分的利用，所以生物質高品位轉換技術的研究便成為人們開發(fā)利用生物質能的重點。如能將這些寶貴的生物質能資源轉化為方便、清潔的能源形式，則其經(jīng)濟、社會效益將是十分顯著的。開發(fā)利用生物質能對解決能源危機、減輕環(huán)境污染、保護生態(tài)環(huán)境顯得日趨重要。因此，作為生物質能轉化途徑之一的固化成型技術已引起人們的興趣和政府的關注。生物質固化成型燃料密度大、便于貯存和運輸、燃燒性能好熱效率高、污染少，不僅可以直接作為農(nóng)村炊事爐具、工業(yè)鍋爐等的良好燃料，更是取暖的優(yōu)質燃料，其推廣和應用符合新農(nóng)村建設和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的要求。 通過本課題的研究，研制出一種樹枝剪碎壓縮成型機，使其具有結構簡單、造價低、效率高、系統(tǒng)性能穩(wěn)定、工況良好等優(yōu)點，適用于園藝修剪等領域，并在常規(guī)能源相對缺乏、生物質原料充足、經(jīng)濟條件相對較落后的農(nóng)村進行推廣時具有顯著的經(jīng)濟效益和廣闊的發(fā)展空間，為國內豐富的生物資源得到合理的能源利用提供一個更為有效的途徑。 1.2國內外發(fā)展情況 國外發(fā)達國家對秸稈等生物質致密成型技術都普遍重視，并投入了大量的資金和技術力量研究和開發(fā)致密成型技術。目前，國外生物質成型的主要方式有4種，即顆粒成型機、螺旋連續(xù)擠壓成型機、機械馭動活塞式成型機和液壓馭動活塞式成型機。螺旋擠壓式成型機是最早研制生產(chǎn)的生物質熱壓成型機，這類成型機，具有運行平穩(wěn)、生產(chǎn)連續(xù)、所產(chǎn)成型棒易燃(由于其空心結構以及表而的炭化層)等優(yōu)良特點；活塞擠壓式成型機改變了成型部件與原料的作用方式，在大幅度提高成型部件使用壽命的同時，也顯著降低了單位產(chǎn)品能耗，根據(jù)馭動力來源的不同，該類成型機可分為機械活塞式和液壓活塞式兩種。 美國于1976年開發(fā)成功了生物質顆粒成型機及其燃燒設備；日本在1983年從美國引進顆粒成型燃料生產(chǎn)技術，在此之前早在20世紀30年代就開始了應用機械活塞式成型技術處理農(nóng)林廢棄物，并于1954年研制出棒狀燃料成型機及相關的燃燒設備；亞洲一些國家（泰國印度等）20世紀80年代已興建了不少生物質固化、碳化專業(yè)生產(chǎn)廠，并研制出相關的燃燒設備，在成型機市場中，亞洲國家也是占據(jù)著主導地位。西歐一些國家（荷蘭、比利時、瑞典、芬蘭、丹麥等）從20世紀70年代開始重視生物質成型技術的研究，已研制成功活塞式成型機、顆粒成型機及配套的燃燒設備等多種不同規(guī)格的生物質成型機。當前，日本、美國及歐洲一些國家生物質成型燃料燃燒設備己經(jīng)定型，并且形成了產(chǎn)業(yè)化，在加熱、供暖、干燥、發(fā)電等領域已得到普遍推廣應用。 我國的生物質固化技術開始于“七五”期間，現(xiàn)已達到工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模（王宏立、梁春英，2004）。目前已研制成功的成型設備主要有螺旋擠壓式成型機、活塞沖壓式成型機和壓輥式顆粒成型機。很多研究者仍然在對現(xiàn)有的成型設備進行改進和創(chuàng)新，以實現(xiàn)產(chǎn)率高、能耗低的目的。另外，我國從國外引進了很多成型技術和設備，由于各國國情不同，發(fā)達國家的許多技術、設備并不適合在我國推廣，因此我國學者采納國外先進技術，針對我國現(xiàn)有狀況，正在研制和改進適合我國使用的成型技術和設備，以使生物質致密成型技術得到進一步的推廣和商業(yè)化。 在進行了大量理論研究的基礎上，我國的成型設備開發(fā)利用取得了代表性成果。 1）活塞沖壓式成型機 中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院研制了 CYJ－35 型沖壓式成型機，河南農(nóng)業(yè)大學研制了 PB-I 型沖壓式成型機等（劉慶權、聶春宵，2000）。河南農(nóng)業(yè)大學 1999 年對 HPB－I 型生物質成型機進行了應用研究，所設計的往復式活塞雙向擠壓成型機構具有創(chuàng)新性。生產(chǎn)試驗和分析結果表明：該成型機可顯著提高易損件的使用壽命，降低單位產(chǎn)品能耗，工作平穩(wěn)，成型可靠，成本低，投入回收期短，經(jīng)濟效益和環(huán)保效益明顯，生產(chǎn)以秸稈為主的生物質原料，推廣前景廣闊(楊德川、虞國忠，2002)。 2） 螺旋擠壓式成型機 嚴永林通過對生物質固化成型技術的成型原理和工藝過程的分析，在實驗的基礎上對現(xiàn)有螺旋擠壓式成型設備的關鍵零件進行了分析，提出了改進方案。針對螺旋軸的卡死現(xiàn)象，提出在飛輪和螺旋軸之間增加齒輪減速機構可以在相同功率條件下增大螺旋軸的扭矩，以增大擠壓力避免卡死（嚴永林，2001）。 湯輝、高宇明等針對螺旋擠壓機存在的問題，對螺旋擠壓機進行了重新設計，從結構上考慮檢修方便、更換容易，對磨損嚴重的地方選擇合適的耐高溫、耐磨材質。例如：螺旋軸及葉片采用沉淀硬化不銹鋼（湯輝、高宇明，2000）。 相關學者對生物質燃料成型機套筒的壽命問題進行了探討，按照硬質合金制作工藝的要求，把原設計的小襯套改為兩個，一個是耐磨硬質合金小襯套；另一個是用于工藝裝配的普通鋼套（雷群，1997）。這樣既滿足了磨損部位和磨損長度的要求，又滿足了制作硬質合金襯套的工藝要求。 欒明奕、王文、李清泉（2001）提出了對生物質燃料擠壓成型機進行遠紅外加熱，并采用雙螺桿進行擠壓成型，通過試驗，該機的各項技術指標均達到了設計要求，并在國內首創(chuàng)領先。 中國林業(yè)科學研究院林產(chǎn)化學工業(yè)研究所（江蘇，南京）研制成功了螺旋擠壓式棒狀燃料成型機，主要由加熱裝置、雙螺旋擠壓裝置和控制裝置組成。其成型原理是：將生物質原料加熱，待木質素加熱到軟化狀態(tài)產(chǎn)生一定的膠粘作用時，對其進行擠壓成型。西北農(nóng)林科技大學研制出了 JX7.5、JX11 和 SZJ80A 三種植物燃料成型機。 3）壓輥式顆粒成型機 黑龍江省畜牧機械化研究所于曉波等對 9KL－380 型秸稈飼料壓塊機進行了試驗研究，就壓塊機的試驗情況進行了分析，采用了 3 種壓輥直徑，通過電磁調速電機作為試驗動力，以驗證不同壓輥直徑對成型塊質量及生產(chǎn)率的影響，進而確定設備的最佳結構參數(shù)。另外，對物料的最佳成型水分含量進行了系統(tǒng)的試驗，確定了物料水分范圍及操作程序。 內蒙古農(nóng)機研究所的楊浩生針對飼草料壓塊機械存在發(fā)熱、模孔堵塞、環(huán)模更換與維修繁瑣和制造工藝復雜等問題進行了設備改進，提高了設備的生產(chǎn)率、降低了故障率（楊浩生，1997）。 1998 年中國林業(yè)科學研究院林產(chǎn)化學工業(yè)研究所與江蘇正昌糧機集團公司合作，開發(fā)了內壓滾筒式顆粒成型機，生產(chǎn)能力為每小時 50～300 公斤，生產(chǎn)的顆粒成型燃料適用于家庭或暖房取暖使用。 北京老萬生物質能科技有限公司從 2000 年就開始研發(fā)農(nóng)作物秸稈類生物質顆粒燃料，其致密成型技術主要從瑞典引進。 由于生物質顆粒燃料加熱成型過程中，加熱的能耗較大（郭康權、楊中平，1995）。為了降低顆粒燃料成型的能耗，河南省科學院能源研究所研制了一種在常溫下生產(chǎn)顆粒燃料的成型機。該機由一臺 17kW 的主電機驅動環(huán)模和壓輥執(zhí)行顆粒成型的擠壓，一臺 1.7～2.2kW 的變頻電機驅動螺旋供料裝置為擠壓裝置供料，通過調整供電的頻率而實現(xiàn)供料量的調整。顆粒燃料的生產(chǎn)效率可達到 300～500kg/h，但仍有 30％的原料沒有形成顆粒狀，需要篩選后再送入供料斗（馬孝琴、楊世關，1997）。 2004 年，清華大學清潔能源研究與教育中心以車戰(zhàn)斌為主的研究小組，通過對具有纖維結構生物質原料的研究和分析，研制出了常溫成型顆粒燃料生產(chǎn)設備。原料在自然干燥含水率狀態(tài)下被粉碎成細小顆粒或纖維狀，然后放入機器中便可制成顆粒燃料。成型機的裝機功率為 55kW，生產(chǎn)率可達到 600kg/h，能耗低于國外同類設備，顆粒成型燃料產(chǎn)品的強度、熱值均大于國外同類產(chǎn)品。該項技術目前正在推廣之中，擬在北京的懷柔建立試驗和推廣基地。 除上述以外，遼寧省能源研究所、西北農(nóng)業(yè)大學、陜西武功機械廠、江蘇東?？h糧食機械廠等 10 余家單位研究和開發(fā)了生物質成型燃料設備。 第二章.壓縮成型方式的選擇及相關參數(shù)的計算 2.1壓縮成型方式的分類 按工作原理分類有：分成活塞沖壓式成型機，螺旋擠壓式成型機和昆模擠壓成型機三類。按成型工藝分類有：熱壓成型機和冷壓成型機成型方式選擇。按工作原理分類有：分成活塞沖壓式成型機，螺旋擠壓式成型機和昆模擠壓成型機三類。按成型工藝分類有：熱壓成型機和冷壓成型機兩大類。 1.螺旋擠壓式成型機 圖2-1 螺旋式擠壓成結構簡圖如圖1.1所示，其原理是利用螺桿輸送推進和擠壓生物質。一般用電熱元件加熱成型套筒，成型溫度為 150℃~300℃使木質素、纖維素等軟化，擠壓成生物質塊。為避免成型過程中原料中水分的快速汽化造成成型塊的開裂和“放炮”現(xiàn)象發(fā)生，一般將原料的含水率控制在8%~12%之間，成型燃料形狀通常為直徑50mm~60mm 的空心燃料棒。 目前，制約螺旋式成型機商業(yè)化利用的主要技術問題一個是成型部件，尤其是螺桿磨損嚴重，使用壽命短；另一個問題是單位產(chǎn)品能耗高，并且單位生產(chǎn)率相對較低，成型過程對物料含水率，顆粒大小等有嚴格要求，因此成型工藝不好掌握。 2.活塞沖壓式成型機 圖2-2 此類成型機按驅動動力不同可分為兩類:一類是用發(fā)動機或電動機通過機械傳動來驅動成型機的，即機械驅動活塞式成型機，通過曲柄連桿機構帶動左右沖桿做高速往返運動，產(chǎn)生沖壓力將生物質壓縮成型；另一類是用液壓機械驅動的，即液壓驅動活塞式成型機。這類成型機通常不利用電加熱，成型物密度稍低，容易松散。有關研究表明:與螺旋擠壓式成型機相比，活塞沖壓式成型機明顯改善了成型部件磨損嚴重的現(xiàn)象，其使用壽命在 200h 以上，而且單位產(chǎn)品能耗大幅度下降，但機械驅動活塞式成型機由于存在較大的振動負荷，所以一方面造成機器運行穩(wěn)定性差，另一方面導致噪音較大，另外還存在潤滑油污染較嚴重等問題。液壓驅動活塞式成型機的研制成功解決了上述問題，由于采用液壓驅動，機器的運行穩(wěn)定性得到極大的改善，而且產(chǎn)生的噪音也非常小，明顯改善了操作環(huán)境，但由于活塞的運動速度較機械驅動時低很多，所以其產(chǎn)量受到一定程度的影響。 活塞沖壓式成型機通常用于生產(chǎn)實心燃料棒或燃料塊，其密度介于 0.81~1g/cm3之間，其中液壓沖壓式成型機對原料的含水率要求不高，允許加工的原料含水率高達20%左右。設備的成型模具部分為“閉式”壓縮，所謂“閉式”壓縮，指的是用柱塞對裝入一端封閉的壓模內的原料進行壓縮，致密成型后再取出樣品，此設備的成型腔是完全封閉的。 3.壓輥式成型機 圖2-3 壓輥式成型機主要用于生產(chǎn)顆粒狀成型燃料，成型機的基本工作部件由壓輥和壓模組成，其中壓輥可以繞自己的軸轉動，壓輥的外周加工有齒或槽，用于壓緊原料而不致打滑。根據(jù)壓模形狀的不同，壓輥式成型機可分為環(huán)模成型機和平模成型機兩種， 其中環(huán)模成型機又可分為臥式和立式兩種。臥式環(huán)模成型機是現(xiàn)有顆粒成型機中的主流機型，這種機型具有構造簡單、結構緊湊、使用方便等特點。用壓輥式成型機生產(chǎn)顆粒成型燃料，一般不需要外部加熱，可根據(jù)原料狀況添加少量粘結劑，對原料的含水率要求較寬，一般在 10%~40%均能很好成型。另外，壓輥式成型機存在噪聲大、振動大的問題，而且生產(chǎn)的顆粒燃料需要配合專用的燃燒鍋爐。 2.2成型方式選擇 根據(jù)題目相關要求選擇活塞沖壓式成型機。 活塞沖壓式成型機利用沖桿或活塞高速運動，產(chǎn)生的沖壓力將生物質壓縮成型，工作時不需要外加熱，但成型密度較低，容易松散。與螺旋擠壓式成型機相比，活塞沖壓式明顯改善了成型部件磨損嚴重的現(xiàn)象，使其壽命有了很大的提高，而且單位產(chǎn)品能耗也有了很大的下降。但存在較大的振動負荷，造成機器運行穩(wěn)定性差，噪音較大及潤滑油污染較為嚴重等問題。液壓驅動式成型機采用液壓缸驅動活塞代替曲柄連桿機構帶動沖桿，其運行穩(wěn)定性有了極大的改善，產(chǎn)生噪音相應降低了很多，但是由于液壓活塞運動速度較低，其產(chǎn)量受到了一定的限制。 綜上所述，選擇活塞沖壓式成型機。 2.3顆粒參數(shù)的選擇 影響成型過程的因素 生物質壓縮成型過程中受到了諸多因素的影響，它們對生產(chǎn)出的成型塊的密度，以及整個過程所需要的壓力具有重要影響，是在研究成型過程中必須考慮，下面是對一些主要影響因素進行的闡述。 1.原料的粒度 原料粒度的大小也是影響壓縮成型的重要因素。對于某一確定的成型裝備或成型條件，原料的粒度大小應有其特殊的尺寸要求。一般情況下，粒度小的原料容易壓縮，粒度大的原料較難于壓縮。但對有些成型方式，如沖壓成型時，要求原料有較大的尺寸或較大的纖維，原料粒度小反而容易產(chǎn)生脫落。原料的粒徑越小，在相同的壓力及其它工作條件下，其粒子的延伸率或變形率較大，這種傾向在要求原料粒度較小的成型方式條件下較為明顯。原料的粒度同樣影響成型機的效率及成型塊的質量。粒度不合理將對成型機的工作效率、產(chǎn)量和能耗產(chǎn)生不良影響；而對于成型塊的質量的影響更為明顯，例如，原料粒度不均勻，特別是形態(tài)差異較大時，成型塊表面將產(chǎn)生裂紋，密度、強度降低等。 2.原料的含水率 原料的含水率是生物質壓塊成型過程中需要控制的一個重要因素。原料的含水率過高或過低都不能很好地成型。含水率過高，相同成型溫度下，會降低生物質的傳熱速度。一部分熱量消耗在蒸發(fā)多余水分上，影響熱量的傳遞。蒸發(fā)出的水分在成型套筒內汽化后易形成高壓蒸汽。當蒸汽產(chǎn)生的壓強大于成型套筒壁與生物質間的摩擦力時，就會使成型套筒內已連續(xù)擠壓成型的生物質棒爆裂為數(shù)段，從成型套筒中崩出，即發(fā)生“放炮”現(xiàn)象，不能正常成型。含水率過低，不僅需要較高的成型壓強，也增加了生物質烘干過程中的能量消耗，這是因為微量元素對木質素的軟化、塑化有促進作用。 3.成型壓力 成型壓力與模具(成型套筒)的形狀尺寸有密切關系。成型壓力是材料壓縮成型最基本的條件，只有施加足夠的壓力，原材料才能被壓縮成型，這是因為大多數(shù)成型機采用的都是擠壓成型方式，即原料從成型模具的一端連續(xù)壓入，又從另一端連續(xù)擠出，且出料端直徑小于進料端直徑。這時原料擠壓所需要的成型壓力與容器內壁面的摩擦力相平衡，即機器只能產(chǎn)生和摩擦力相同大小的成型壓力。而摩擦力的大小與模具的形狀尺寸有直接關系。 4.模具尺寸 模具的關鍵尺寸是成型套筒的錐角和錐長。由于生物質中木質素的含量差異較大(14%~32%)，不同種類的生物質所需的成型壓強也不相同，必然要求有與之配套的成型錐角和錐長。成型錐角和錐長的大小又影響每次喂入生物質前后的體積之比、成型壓強及成型塊的密度。當成型套筒的錐角一定，增加成型套筒的錐長時，或者當成型套筒的錐長一定，增加成型套筒的錐角時，成型后所得成型塊的密度都隨之增大，所需的成型壓強高、能量消耗大。對于含木質素較高的生物質（如鋸末類），成型套筒的錐角或錐長可以適當小一些；對含木質素較低的生物質（如玉米秸、麥秸等），成型套筒的錐角或錐長可以適當大一些。成型機是通過更換不同錐角和錐長的成型套筒與調整夾緊套的夾緊度來達到各類生物質成型要求的。 2.4相關數(shù)值的選擇 1.原料參數(shù)選擇 查閱相關資料得知：一般要求成型塊密度介于0.8-1.1t/m3之間。沖壓式成型機在顆粒度為8~20um時能有良好的效果，要求含水率低于20％。成型壓力在15MP—30MP時能滿足成型塊密度要求，此時選取成型壓力為25MP。 2.模具尺寸選擇 在研究顆粒成型過程中的受力問題時，我們假設顆粒處于均勻狀態(tài)進入成型腔，并且認為顆粒主要受到成型腔內壁的摩擦力作用，以及內壁對其的有一定的正壓力作用，成型機便是借助成型顆粒與成型腔內壁之間的摩擦力和錐形壓模形成的擠壓阻力實現(xiàn)顆粒的壓縮成型。 顆粒原料擠壓成型所需要的成型壓力與擠壓模具內壁的摩擦力和錐形腔正壓力在水平方向上的合力相平衡，此時成型過程所需的壓力也是最小的，而合力的大小與模具的形狀尺寸有直接關系。受力分析情況如下圖所示。 圖2-4 受力分析如下 根據(jù)平衡條件有： 式中，P—為沖頭對顆粒的擠壓力； —為擠壓筒內壁對顆粒的壓力； —為顆粒與錐形腔內壁摩擦力； —為顆粒與保型筒內壁的摩擦力； 按照摩擦力計算公式將上式變化為： 式中，為擠壓頭對顆粒的單位擠壓力； —為擠壓頭對原料的單位擠壓力； —為錐形腔內壁對顆粒的單位擠壓力； —為錐形腔內表面積； —錐形腔大端面積； —錐形腔小端面積； —側壓系數(shù)； —摩擦系數(shù)； 設錐形腔大端半徑為R，小端半徑為r，保型筒長度為L， 整理得： 由上式可以看出，影響成型壓強所需壓力的因素主要有： 1.顆粒自身性能參數(shù)。 2.錐形模具的結構尺寸。 3.成型模具參數(shù)確定 (1) 成型腔大端內徑 R 和小端內徑 r 錐形成型腔的大小端徑向尺寸決定了秸稈成型前后的體積之比，影響著成型壓強及成型棒的密度，根據(jù)設計要求，本設計中對于不同機型的成型機錐形腔大端直徑120mm，小端直徑為60mm 。 (2)錐形腔的錐角θ和錐長D 當成型筒和保型筒內徑尺寸確定后，即錐形腔的大小端的直徑隨之確定，此時錐角和錐長的大小確定其中之一，另一項自然也就確定，根據(jù)前文計算分析它們直接影響著成型壓力的大小，本文選用錐角為6°。 (3) 保型筒長度 L 根據(jù)前幾章對成型過程的模擬分析和試驗分析，保型筒長度不但影響成型壓力，而且對成型質量有很大影響。如果保型筒的長度過短，當成型塊擠出時會發(fā)生劇烈的彈性膨脹，不僅會引起橫向裂紋，而且擠出的壓塊容易彎曲。反之，如果保型筒過長，成型塊與保型筒內壁摩擦力過大，從而使擠壓塊剪應力和密度差過大導致縱向裂紋。此外，保型筒長度直接影響保型時間的長短。所以對保型筒長度的選擇也是設計試驗過程中重要一環(huán)，本設計中保型筒長度為100mm。 2.5電動機的選擇 選擇電動機的類型 感應電動機又稱異步電動機，具有結構簡單、堅固、運用方便、可靠、容易控制與維護、價格便宜等優(yōu)點。因此在工作中得到廣泛應用。目前，曲柄滑塊壓縮機常采用三相鼠籠轉子異步電動機。 傳動系統(tǒng)由二級減速齒輪、軸和軸承等組成。 選擇電動機的功率 工作機所需要的電動機輸出功率為 所以 由電動機到工作機之間的總效率為 其中分別為聯(lián)軸器、齒輪、軸承的效率。取值分別為0.97、0.95、0.97。所以，總效率為 所以 ==70 而傳動系統(tǒng)中齒輪相當于飛輪的作用。 一般來說，采用飛輪裝置后，飛輪的慣性拖動占總扭矩的85％以上，所以需要的電動機的輸出功率為： 確定電動機的轉速 曲柄的工作轉速為60r/min，按推薦的合理傳動比范圍，單級齒輪的傳動比為3~5，所以總傳動比為9~25，故電動機的轉速可選范圍為 綜合考慮電動機及傳動裝置的尺寸、重量及帶傳動和壓力機的傳動比，選擇電動機型號為Y160L-6，額定功率為11KW，額定轉速為970r/min。 計算和分配傳動比 總傳動比 V帶的傳動比為，齒輪傳動的傳動比為。 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) （1）各軸轉速 I軸 ==970 r/min II軸 = /= 970/3.23= 300r/min 曲軸 = / =300/5= 60r/min （2） 各軸的輸入功率 I軸 II軸 曲軸 (3)各軸的輸入轉矩 計算電動機軸的輸出轉矩 =9550Pr/ =9550×11÷970=108.30 N·m I軸 T1=9550P1/n2=9550×10.67÷970=105.50N·m II軸T2=9550P2/n3=9550×9.93÷300=316.11N·m 曲軸=9550Pt/=9550×9.15÷60=1456.38N·m 運動和動力參數(shù)的計算結果如下表 表2-1 參 數(shù) 軸 名 電動機軸 I軸 II軸 曲軸 轉 速 970 970 300 60 功 率 11 10.67 9.93 9.15 轉 矩 108.30 105.50 316.11 1456.38 第三章.傳動系統(tǒng)設計 3.1傳動系統(tǒng)的類型及系統(tǒng)分析 3.1.1傳動系統(tǒng)的類型 開式曲柄壓力機的傳動系統(tǒng)由皮帶傳動、齒輪傳動、軸和軸承等組成。 按傳動級數(shù)，傳動系統(tǒng)可分為一級傳動、二級傳動、三級傳動和四級傳動。四級傳動很少采用。 按曲軸的布置形式，傳動系統(tǒng)乂可以分為垂直于壓力機正面布置和平行于壓 力機正面布置。 3.1.2傳動系統(tǒng)的布置方式 曲柄壓力機傳動系統(tǒng)的布置，灰使機器便于制造、安裝和維修，同時結構緊 湊，外形美觀。 開式曲柄壓力機傳動系統(tǒng)布置主要包括以卜四方面： 1.傳動系統(tǒng)的位置開式曲柄FR力機大多釆用上傳到，很少釆用下傳動。 上傳動壓力機與下傳動壓力機相比，優(yōu)點是： （1）重量較輕，成本低。 （2）安裝和維修較方便。 （3）地基較簡單。 上傳動的缺點是壓力機地面高度較大，運行不夠平穩(wěn)?，F(xiàn)在通用壓力機多為上傳動。 2、曲軸的布置方式曲軸分為橫放和縱放兩種布置方式。 采用曲拐軸的開式曲柄壓力機，曲拐軸是縱放的，傳動零件如飛輪、齒輪等置于壓力機背面。 釆用曲軸時，曲軸橫放的形式灰用很普遍。這種形式的傳動系統(tǒng)，傳動零件分置于壓力機兩側，制造、安裝和維修都比較方便。近年來，曲軸縱放的形式得到灰用。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是，曲軸可以縮短，剛度有所提高，全部傳動零件封閉在機身內部，潤滑良好，外形美觀。但制造、維修不及前者方便。 3、最后一級齒輪傳動的形式最后一級齒輪傳動可采用單邊驅動或雙邊驅動。單邊驅動制造和安裝都較方便，但齒輪模數(shù)和外形尺祚較大。雙邊驅動可以縮小齒輪的尺寸，但制造和安裝較閑難。 4、齒輪的開式安放和閉式安放齒輪有安放于機身之外和機身之內兩種情況，齒輪放于機身之外稱為開式安放，齒輪放于機身之內稱為閉式安放。閉式安放的齒輪工作條件較好，外形較美觀；如果齒輪安放在油池之內，則可大大降低 齒輪傳動的噪音，但安裝的維修不方便。大型壓力機多采用閉式安放。開式安放的齒輪工作條件惡劣，傳動噪音大，污染環(huán)境。 3.1.3傳動級數(shù)和各級傳動比的分配 傳動級數(shù)的選取主要與以下三方面有關： 1、滑塊每分鐘行程次數(shù)每分鐘行程次數(shù)高，總傳動比小，傳動級數(shù)少；每分鐘行程次數(shù)低，總傳動比大，傳動級數(shù)多。 2、壓力機做工的能力一級傳動的曲柄壓力機，飛輪裝置在曲軸上，轉速與滑塊每分鐘行程次數(shù)相同，而飛輪結構尺寸乂不可能太大，飛輪所能釋放的能 量岡此受到限制。所以，在公稱壓力下，一級傳動的曲柄壓力機做工的能力, 要比二級和二級以上傳動的曲柄壓力機低。 3、對機器結構緊湊性的耍求當傳動級數(shù)較少，每級傳動比較大時，由于小皮帶輪和小齒輪結構尺十不能過小，致使大皮帶輪和大齒輪外形龐大，結構不夠緊湊，所以設計中，用增加傳動級數(shù)或采用雙邊齒輪傳動的方法，來縮小傳動系統(tǒng)的結構尺寸。 各級傳動比分配成恰當，使傳動系統(tǒng)得到合理布置，安裝維修方便，而且結構緊湊美觀。一般，三角皮帶傳動的傳動比不超過6?8，齒輪傳動比不超過7?9.分配傳動比時，還;、V:使飛輪有適當轉速。飛輪轉速過低，外形尺寸增大； 過高，飛輪軸上的離合器和軸承工作條件惡化。開式曲柄壓力機飛輪的轉速通常在240?470轉/分之間。 3.2帶輪傳動設計 上述計算得成型機的電動機的功率為11KW，轉速為970r/min。三角皮帶的傳動比為3.23。 1、 確定計算功率 由機查得的工作情況系數(shù)為 其中P為電動機額定功率，為11KW 選擇V帶型號 常用的三角皮帶有O、A、B和C四種。 由=13.KW，轉速為970r/min。確定選用B型普通V帶。 2、 確定帶的基準直徑 （1）按設計要求，查表得，B型帶輪的最小直徑為125mm，在參照對應標準之后，選擇小帶輪直徑為200mm。 （2）驗算帶速v m/s 在之間，滿足帶速要求， （3）計算從動帶輪的基準直徑 ， 628.08 根據(jù)帶輪的基準直徑系列取 實際傳動比 傳動比誤差相對值＜5％（允許誤差），所選大帶輪可用。 3、 確定中心距和帶的基準長度 ， 選取帶的基準長度為 取 帶長3790mm 根據(jù)相關標準選擇帶的基準長度為 計算實際中心距a 1305mm 4、 核算小帶輪包角 158.67°＞120°，滿足要求。 5、確定V帶根數(shù) 帶入數(shù)據(jù)求得z=2.52 取z=4 6、確定帶輪的結構尺寸 帶輪結構依據(jù)標準設計，采用B型帶輪設計。 3.3 齒輪傳動的設計 3.3.1直齒圓柱齒輪的幾何計算 由以上計算得出曲柄機構齒輪傳動的主動軸的轉速為300r/min，從動軸的轉速為60r/min，輸入功率為9.6KW，每天工作8小時，壽命為10年。 選擇齒輪材料、熱處理、齒輪精度等級和齒數(shù)。 選擇小齒輪材料鋼，調制處理，硬度,,,大齒輪材料ZG35鑄鋼，調質處理，硬度,,,硬度精度8級。 3.3.2齒輪彎曲疲勞強度設計 小齒輪的轉矩為316.11。 為了提高開式齒輪的耐磨性，要求有較高的模數(shù)，因而齒數(shù)相對應小一點，一般取為17至25。 取齒數(shù)為23，傳動比為5， 根據(jù)相關要求，選擇為112。 由《機械設計》查表得，硬齒齒面，懸臂布置，取齒寬系數(shù)，使用系數(shù)，試取動載系數(shù)，按齒輪懸臂布置，取,，由《機械設計》查得，齒輪表面硬化，8級精度,,取。 由《機械設計》查得，小齒輪齒形系數(shù)，大齒輪的齒輪系數(shù)為。 由《機械設計》查得，小齒輪的應力修正系數(shù)，大齒輪的應力修正系數(shù)。 由《機械設計》查表得，,,代入,,得，。 所以， 按《機械設計手冊》，查得齒輪材料彎曲疲勞極限應力, 計算彎曲疲勞強度計算的壽命系數(shù) 由《機械設計手冊》查取尺寸系數(shù)，,彎曲疲勞強度系數(shù)取值為1.60 按大齒輪計算齒輪疲勞強度 取m=4 中心距 分度圓直徑 齒頂圓直徑 由上公式計算得 小齒輪：分度圓直徑95.41 齒頂圓直徑134.1 大齒輪：分度圓直徑462.59 齒頂圓直徑474.59 齒頂高5.0 齒根高4.0 3.4軸的設計 3.4.1軸的概述 軸是組成機器的重要零件之一，其功用是主耍是支承回轉零件及傳遞運動和動力，因此大多數(shù)軸都要承受轉矩和彎矩的作用。 1、軸的分類 按照承受彎、扭載荷的不同，軸可分為轉軸、心軸和傳動軸三類。工作中既受彎矩又受扭矩的軸稱為轉軸，這類軸在機器中最為常見。只承受彎矩而不傳遞轉矩的軸稱為心軸，心軸又分為轉動的心軸和不轉動的心軸兩種。只承受轉矩而不承受彎矩或彎矩很小的軸稱為傳動軸。 2、 軸的材料 軸的材料主要采用碳素鋼和合金鋼。碳素鋼比合金鋼價廉，對應力集中的敏感性小，又可通過熱處理提高其耐磨性及疲勞強度，故成用較為廣泛，其中最常用的是45號優(yōu)質碳素鋼。為保證力學性能，一般灰進行調質或正火處理。 合金鋼具有更高的力學性能和更好的淬火性能，可以在傳遞大功率并要求減小尺寸與質量和提高軸頸耐磨性時采用。 必須注意：在一般工作溫度下，各種碳素鋼和合金鋼的彈性模量相差不多，熱處理對它的影響也很小。因此，如選用合金鋼，只能提高軸的 強度和耐磨性，而對軸的剛度影響很小。 軸的毛坯可用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。 形狀復雜的軸，也可采用鑄鋼、合金鑄鐵或球墨鑄鐵。經(jīng)過鑄造成型，可得到更合理的形狀。鑄鐵具有價廉、&好的吸振性和耐磨性、對應力集中的敏感性 較低等優(yōu)點，但品質不易控制，故可靠性不如鋼軸。 3.4.2曲柄成型機的傳動軸設計 1、材料選擇 根據(jù)上述分析選擇軸的材料為45鋼，調質處理。 查《機械設計》表2—6和表2—5得：許用扭轉力30?40MPa,抗拉強度=640MPa屈服強度355MPa，彎曲疲勞極限275MPa， 剪切疲勞極限155MPa，與軸材料有關的系數(shù)C = 118?106。 2、 初步計算 由上述計算的轉軸傳遞的轉矩T =316.11N.M，輸入的功率為9.36KW, 按許用切應力計算，實心軸的條件為 其中C為與軸有關的系數(shù)，取118~106，P為軸傳遞的功率，n為轉速。 代入得37.1 由于存在鍵，需增大10％~15％。所以圓整為40mm。 3、按彎扭聯(lián)合作用核算強度。 齒輪的法向作用力為： 其中切于分度圓的圓周力7118.17N 分度圓壓力角=20°，則cos=0.94 所以求得 =7646.99N 皮帶作用力比齒輪作用力小得多，所以忽略不計。 根據(jù)和扭矩繪出轉矩的受力圖。 圖3-1 下面核算危險截面強度。 由彎矩產(chǎn)生的彎曲應力為： 69.0MPa 由扭矩產(chǎn)的剪應力為：=12.96MPa 當量彎曲應力為： =72.56MPa 軸的材料是45鋼（調質），253.57MPa ，符合要求。 4.核算疲勞強度 由于存在臺階，應力集中現(xiàn)象比較嚴重，且直徑最小的位置，彎矩較大，扭矩和其他截面相同，因此核算此截面的疲勞強度。 由《開式壓力機設計》查表得，，，，,,。 1.75 所以，疲勞強度也滿足要求。 3.5曲柄滑塊機構 在設計、使用和研究曲柄壓力機時，往往需要確定滑塊位移和曲柄轉角之間的關系，驗算滑塊的工作速度是否小于加工件塑性變形所允許的合理速度。在計算曲柄滑塊受力情況時，由于目前常用的曲柄壓力機每分鐘的行程數(shù)不高，慣性力在全部作用力所占的百分比很小，可以忽略不計。同樣，曲柄滑塊機構的重量只占公稱壓力的百分之幾，也可以忽略不計。 如圖所示，L為連桿長度；R為曲柄半徑；S為滑塊全行程；為滑塊的位移，由滑塊的下死點算起：為曲柄轉角，由曲柄頸最低位置沿曲柄旋轉的反方向算起。 圖3-2 從圖中的幾個關系可以得出滑塊的位移計算公式： 將上式對時間t微分，可以求滑塊的速度： 式中為連桿系數(shù) 為曲柄的角速度 在曲柄滑塊機構的受力計算中，連桿作用通常近似的取等于滑塊作用力P，即 ≈P 滑塊導軌的反作用力為： 式中為摩擦系數(shù)，=0.0.4~0.06； 為連桿上下支承的半徑。 曲柄所傳遞的扭矩可以看成由兩部分組成：無摩擦機構所需扭矩和由于摩擦所引起的附加扭矩，即 式中為理想當量臂 曲柄壓力機所允許傳遞的最大扭矩為： 3.6曲柄軸的設計計算 曲軸的結構示意圖 圖3-3 曲柄軸強度設計計算 曲柄軸尺寸經(jīng)驗數(shù)據(jù) 支承頸直徑 式中為壓力機公稱壓力，單位（KN），由前面計算可知 取。 由此可以計算出其他各部分尺寸 表3-1 曲軸各部分尺寸名稱 代號 經(jīng)驗數(shù)據(jù) 實際尺寸 曲柄頸直徑 （1.1~1.4） 50 支承頸長度 （1.5~2.2） 70 曲柄兩臂外側面間長度 （2.5~3.0） 100 曲柄頸長度 （1.3~1.7） 60 圓角半徑 r （0.08~0.10） 4 曲柄臂寬度 a （1.3~1.8） 60 3.7滑動軸承座的選擇 根據(jù)軸承中摩擦性質的不同，可把軸承分為滑動軸承（簡稱滑動軸承）和滾動軸承（簡稱滾動軸承）兩大類。 由于滾動軸承的摩擦系數(shù)低，起動阻力小，而且它已標準化，對設計、使用、潤滑、維護都很方便，因此在一般機器中應用較廣。但由于滑動軸承本身具有一些獨特的優(yōu)點，使得它在某些場合仍占有重要地位。目前滑動軸承主要應用于以下幾種情況： 工作轉速特高的軸承。 要求對軸的支承位置特別精確的軸承。 特重型的軸承。 承受巨大的沖擊和振動載荷的軸承。 根據(jù)裝配要求必須做成剖分式的軸承（如曲軸的軸承）。 在特殊的工作條件下（如在水中或腐蝕性的介質中）工作的軸承。 在安裝軸承的徑向空間尺寸受到限制時，也常采用滑動軸承。 因此,滑動軸承在航空發(fā)動機附件、儀表、金屬切削機床、內燃機、鐵路機車及車輛、軋鋼機、雷達、衛(wèi)星通信地面站及天文望遠鏡等方面應用仍很廣泛。 綜上所述，在存在曲柄機構的時候，應該選用滑動軸承座。同時因為 因為粉碎機的的主要工作對象時樹木修剪后的樹枝，含水比較多，所以在粉碎的時候，機殼內的含水比較高，且風機轉速較快，所以在傳動裝置軸承座的選擇上，也是選取滑動軸承座。選取SN500系列內徑為D=30mm。通過校核得到曲軸的最小半徑，選取曲軸的滑動軸承半徑為60mm。 滑動軸承的結構示意圖如下所示： 圖3-4 第四章.機身的設計 機身是壓力機的一個最基本部件。所有零部件都裝在它上而，工作時要承受全部工作變形力（某些下傳動壓力機除外）。因此，機身的合理設計對減輕壓 力機重量，提高壓力機精度，以及減少制造工時，都具有直接的影響。 開式壓力機的機身有鑄造結構和焊接結構兩種。鑄造結構多用灰鑄鐵制造，也有球墨鑄鐵制造。焊接結構多用Q235鋼板制造。鑄造結構的材料比較容易供H，消震性能較好。但重量較重，剛度較差。目前，較適合于成批生產(chǎn)。焊接結構與上相反，適于單件小批生產(chǎn)，重量較輕，剛度較好，外形比較美觀，但消震性能較差。因此選用焊接機身，材料為Q235-A鋼板。 焊接結構設計的一般原則: （1）盡量設計成具有對稱的截面和對稱的焊縫位置，以減少焊接變形，特別是扭曲變形； （2）要合理布置筋板，數(shù)量不鉍過多； （3）焊縫應盡量遠離應力集中區(qū)域，盡量避免用焊縫直接承受主耍工作載 （4）焊縫避免交義與聚集； （5）為工人創(chuàng)造良好的工作條件。 開式壓力機的主要優(yōu)點是操作方便。而主要問題是剛度較差，特別是有角變形存在，影響工件精度和模具壽命。因此提高壓力機和機身剛度就成為機身設計 的重耍問題。提高機身剛度的途徑有三： （1）合理設計截面。為了提高機身剛度，減少角變形，例如盡量加大截面 高度，加大喉U壁厚等。 （2）采用高彈性模數(shù)材料。如孕育鑄鐵球墨鑄鐵、鋼板焊接等。 （3）改進機身結構形式。喉口內側加拉桿的開式機身可以大大減小角度。 結束語 畢業(yè)設計是對我們知識的全面檢查，是對我們所學基本知識、基本理論和基本技能掌握程度的一次總測試，這是畢業(yè)設計的第一個目的。在學習期間，已經(jīng)按照教學計劃規(guī)定，學完了公共課、基礎課、專業(yè)課以及選修課。學習期間的考核是單科進行，主要是考察我們對本門課程所學知識的記憶程度和理解程度，但畢業(yè)設計不是單一地對學生進行某一學科已學知識的考核，而是從總體的高度著重考查我們運用所學知識對某一問題進行探討和研究的能力。做一次好的畢業(yè)設計，既要系統(tǒng)地掌握和運用專業(yè)知識，還要有較寬的知識面并有一定的邏輯思維能力和寫作功底。這就要求學生既要具 備良好的專業(yè)素質，又要有良好的表達能力。通過畢業(yè)設計，使我們發(fā)現(xiàn)自己的長處和短處，以便在今后的工作中有針對性地克服缺點，也便于學校和畢業(yè)生錄用單位全而地了解和考察每個學生的業(yè)務水平和丁作態(tài)度，便于發(fā)現(xiàn)人才，同時還可以使學校全面考察了解教學質量，總結經(jīng)驗改進工作。 畢業(yè)設計的另一目的是培養(yǎng)我們的科學研究能力，使我們初步掌握進行科學研究的基本程序和方法。畢業(yè)后，不論從事任何工作，都必須和具有一定的研究和寫作能力。要學會收集和整理材料，能提出問題、分析問題和解決問題，并將其結果以文字的形式表達出來。至于將來從事教學和科研工作的人，他們的一項重要任務就是科學研究。大學是高層次的教育，其培養(yǎng)的人才具有開拓精神，既有較扎實的基礎知識和專業(yè)知識，又能發(fā)揮無限的創(chuàng)造力，不斷解決實際中出現(xiàn)的問題；技能運用已有知識熟練的從事一般性的專業(yè)工作，能對人類的未知領域進行大膽探索，不斷向科學的高峰攀登。 畢業(yè)設計的過程是訓練我們獨立進行科學研究的過程。通過畢業(yè)設計，可以使我們了解科學研究的過程，掌握如何收集、整理和利用資料；如何觀察、如何調查；如何利用圖書館，檢索文獻資料等方法。畢業(yè)設計是學習如何進行科學研究的一個極好的機會，因為他不僅有教師的指導和傳授，可以減少摸索中一些失誤，少走彎路，而其直接參加和親身體驗了科學研究工作的全過程及其各個環(huán)節(jié)， 是一次傳統(tǒng)、全而地學習實踐機會。 這次畢業(yè)設計是檢查我們在學校學習成果的重要措施，也是提高教學質量的重要環(huán)節(jié)。可以這么說，畢業(yè)設計時我們結朿大學生活走社會的一個中介和橋梁。畢業(yè)設計時我們大學生才華的第一次顯露，是向祖國和人民所交的一份答卷。 參考文獻 [1] 邱宣懷．機械設計[M]．北京：高等教育出版社，2006 [2] 孫恒．機械原理[M]．北京：高等教育出版社，2000 [3] 成大先．機械設計手冊[M]．北京：北京科學出版社，2003 [4] 何德譽．曲柄壓力機[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1981 [5] 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感謝機械三班各位同學的無私支持和幫助，他們幫助我解決了很多的困惑，通過多次的交流、討論，使我對此次畢業(yè)設計有了更深入的了解，也解決了我很多疑惑。在此一并感謝。 最后，我要感謝四年的大學生活，感謝我的家人和那些永遠也不能忘記的朋友，感謝那些在我四年大學學習中，教導我們的老師，沒有你們的細心教導，循循善誘，不厭其煩的講解，今天的畢業(yè)設計業(yè)不可能完成。你們不僅僅是我學習上的老師，更是我人生的導師。 32