機(jī)械原理課程設(shè)計沖壓式蜂窩煤成型機(jī)范例沐風(fēng)書苑

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1、 機(jī)械原理課程設(shè)計（范例） 題目：沖壓式蜂窩煤成型機(jī) 一、 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的功能和設(shè)計要求 1.功能 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)是中國城鎮(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)盤的模筒內(nèi)，經(jīng)沖頭沖壓成蜂窩煤。 為了實現(xiàn)將蜂窩煤壓制成型，沖壓式蜂窩煤成型機(jī)必須完成五個動作： （1）粉煤加料； （2）沖頭將蜂窩煤壓制成型； （3）清除沖頭和出煤盤積屑的掃屑運(yùn)動； （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)計要求和原始數(shù)據(jù) （1）

2、蜂窩煤成型機(jī)的生產(chǎn)能力：30次/min。 （2）如圖1所示，沖頭、脫模盤、掃屑刷、模筒轉(zhuǎn)盤的相互位置關(guān)系。實際上沖頭與脫模盤都與上、下移動的滑梁連成一體，當(dāng)滑梁下沖時沖頭將粉煤沖壓成蜂窩煤，脫煤盤將已壓成的蜂窩煤脫模。在滑梁上升過程中掃屑刷將刷除沖頭和脫模盤上粘著的粉煤。模筒轉(zhuǎn)盤上均布了煤筒，轉(zhuǎn)盤的間歇運(yùn)動使加料后的模筒進(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間。 （4）沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的滑梁行程，連桿系數(shù)。 （5）驅(qū)動電機(jī)目前采用Y180L-8型，其功率N＝11kW，轉(zhuǎn)速n＝730 r/min

3、。 （6）機(jī)械運(yùn)動方案應(yīng)力求簡單。 1.模筒轉(zhuǎn)盤; 2.滑梁; 3.沖頭; 4.掃屑刷; 5.脫模盤 圖1 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)各部分位置示意 3.設(shè)計任務(wù) （1）按工藝動作要求擬定運(yùn)動循環(huán)圖。 （2）進(jìn)行沖壓脫模機(jī)構(gòu)、掃屑機(jī)構(gòu)、模筒轉(zhuǎn)盤間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)的選型。 （3）機(jī)械運(yùn)動方案的評定和選擇。 （4）按選定的電動機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動參數(shù)擬定機(jī)械傳動方案。 （5）畫出機(jī)械運(yùn)動方案示意圖。 （6）選取其中兩個傳動機(jī)構(gòu)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸計算。 二、工作原理和工藝動作分解 根據(jù)上述分析，沖壓式蜂窩煤成型機(jī)要求完成的工藝動作有以下六個動作。 （1）加料：這一動作可利用粉煤重

4、力打開料斗自動加料。 （2）沖壓成型：要求沖頭上、下往復(fù)移動，在沖頭行程的后1/2進(jìn)行沖壓成型。 （3）脫模：要求脫模盤上、下往復(fù)移動，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)移動的滑梁上。 （4）掃屑：要求在沖頭、脫模盤向上移動過程中用掃屑刷將粉煤掃除。 （5）模筒轉(zhuǎn)模間歇運(yùn)動：以完成沖壓、脫模、加料三個工位的轉(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。 以上六個動作，加料和輸送的動作比較簡單，暫時不予考慮，沖壓和脫模可用一個機(jī)構(gòu)來完成。因此，沖壓式蜂窩煤成型機(jī)運(yùn)動方案設(shè)計重點考慮沖壓和脫模機(jī)構(gòu)、掃屑機(jī)構(gòu)和模筒轉(zhuǎn)盤的間

5、歇轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)這三個機(jī)構(gòu)的選型和設(shè)計問題。 三、根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動循環(huán)圖 對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、掃屑刷、模筒轉(zhuǎn)盤三個執(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、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)，以它的主動件的零位角為橫坐標(biāo)的起點，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)三個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動循環(huán)圖。 表1沖壓式蜂窩煤成型機(jī)運(yùn)動循環(huán)圖 主動件轉(zhuǎn)角分配 0～180 180～360 沖頭和脫模盤機(jī)構(gòu) 工作行程 回程 模筒轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu) 工作行程 停止 工作行程 掃屑刷機(jī)構(gòu) 掃屑運(yùn)

6、動 回程 掃屑運(yùn)動 主動件轉(zhuǎn)角分配 0～90 90～270 270～360 沖頭和脫模盤都由工作行程和回程兩部分組成。模筒轉(zhuǎn)盤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作。 四、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型 根據(jù)沖頭和脫模盤、模筒轉(zhuǎn)盤、掃屑刷這三個執(zhí)行構(gòu)件動作要求和結(jié)構(gòu)特點，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) 固定凸輪移動從動機(jī)

7、構(gòu) 模筒轉(zhuǎn)盤間歇運(yùn)動機(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、下移動使搖桿OB上的掃屑刷擺動掃除沖頭和脫模盤底上的粉煤屑。 圖2 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動形式1 圖3表示固定移動凸輪利用滑梁上、下移動使帶有掃屑刷的移動從動件頂出而掃除沖頭和脫模盤底的粉煤屑。 圖3 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動形式2 五、機(jī)械運(yùn)動方案的選擇和評定 根據(jù)表2的三個執(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)動方案數(shù)為 N＝323＝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)簡單等要求來選擇方案。在此可選定兩

8、個結(jié)構(gòu)比較簡單的方案，如下所述。 方案一：沖壓機(jī)構(gòu)為對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，模筒轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)為槽輪機(jī)構(gòu)，掃屑機(jī)構(gòu)為固定凸輪移動從動件機(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)。 兩個方案可用模糊綜合評價方法來進(jìn)行評估優(yōu)選，也可以按設(shè)計需求直接比較方案的優(yōu)劣。例如，由于沒有急回要求，沖壓機(jī)構(gòu)可以選為對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；模筒轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)可以選為槽輪機(jī)構(gòu)，因為槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，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從動件機(jī)構(gòu)，設(shè)計加工簡單方便。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)動方案。 六、機(jī)

9、械傳動系統(tǒng)的速比和變速機(jī)構(gòu) 根據(jù)選定的驅(qū)動電機(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)械傳動系統(tǒng)的總傳動比為 機(jī)械傳動系統(tǒng)的第一級采用帶傳動，其速比為4.866；第二級采用直齒圓柱齒輪傳動，其傳動比為5。 七、畫出機(jī)械運(yùn)動方案示意圖 按已選定的三個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形式及機(jī)械傳動系統(tǒng)，畫出沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的機(jī)械運(yùn)動示意圖，其中三個執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分也可以稱為機(jī)械運(yùn)動方案簡圖。如圖4所示，包括了機(jī)械傳動系統(tǒng)、三個執(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機(jī)器的機(jī)械運(yùn)動方案示意圖。 圖4 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)運(yùn)動方案示意 有了機(jī)械運(yùn)動方案示意圖，就可以進(jìn)行機(jī)

10、構(gòu)的尺寸設(shè)計計算以及機(jī)器的總體設(shè)計。 八、對機(jī)械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸計算 為了實現(xiàn)具體的運(yùn)動要求，必須對帶傳動、齒輪傳動、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（沖壓機(jī)構(gòu)）、槽輪機(jī)構(gòu)（模筒轉(zhuǎn)盤間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)）和掃屑凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸計算，必要時還要進(jìn)行運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)計算。 1.帶傳動計算 （1）確定計算功率 取，則 （2）選擇帶的型號。由及主動輪轉(zhuǎn)速，由有關(guān)線圖選擇V帶型號為C型V帶。 （3）確定帶輪節(jié)圓直徑和。取，則 （4）確定中心距 即。 （5）確定V帶根數(shù) 2.齒輪傳動計算 取齒輪的壓力角, ，，按鋼制齒輪進(jìn)行強(qiáng)度計算，其模數(shù)。 則分度圓直徑分別為

11、 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 齒輪厚度按實際情況選取，其余尺寸按有關(guān)公式計算出。 3．曲柄滑塊機(jī)構(gòu)計算 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，曲柄逆時針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)角為45時，按比例精確作曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖，如圖5所示。 圖5 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 因為桿1（曲柄）的轉(zhuǎn)速為30 r/min，且方向為逆時針旋轉(zhuǎn)，故桿1的角速度為 ，方向為逆時

12、針旋轉(zhuǎn)。 B點的速度為 ，方向為垂直于桿1且指向向上。 B點的加速度為 ，方向由B指向A。 下面求C點的速度及加速度。 對于桿2， 方向 C→A ⊥AB↑ ⊥BC 大小 ？ 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 ，方向為順時針方向。 ，方向由C指向B。 對于桿2， 方向 C→A B→A C→B ⊥BC↑

13、 大小 ？ 1.479 0.121 ？ 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，滑塊3的速度為0.37m/s，加速度為1.05m/s2。 4．槽輪機(jī)構(gòu)計算 （1）槽數(shù)。按工位數(shù)要求選定為6。 （2）中心距。按結(jié)構(gòu)情況確定。 （3）圓銷半徑。按結(jié)構(gòu)情況確定。 （4）槽輪每次轉(zhuǎn)位時主動件的轉(zhuǎn)角。 （5）槽間角。 （6）主動件圓銷中心半徑。 （7）與的比值。 （8）槽輪外圓半徑。 （9）槽輪槽深 （10）運(yùn)動系數(shù)。 5．掃屑凸輪機(jī)構(gòu)計算 固定凸輪采用斜面形狀，其上、下方向的長度應(yīng)大于滑梁的行程，其左右方向的高度應(yīng)能使掃屑刷活動范圍掃除粉煤。具體按結(jié)構(gòu)情況來設(shè)計，在此不再詳細(xì)設(shè)計。 13 教學(xué)f