蜂窝煤机设计

学号06080213成绩课程设计说明书系别机电工程系专业机械设计制造及其自动化方向数控课程名称《机械设计（二）课程设计》学号06080213姓名许招辉指导教师刘渭博题目名称冲压式蜂窝煤成型机设计时间2010年10-12月2010年11月22日目录（一）冲压式蜂窝煤成型机的功能和设计要求.............................................1（二）工作原理和工艺动作分解…………………………………………...1（三）机构选用……………………………………………………………….2（四）机械运动方案的选定和评价………………………………………….3（五）根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图…………………….4（六）传动方案设计………………………………………………………….5（七）运动协调设计………………………………………………………….8（八）示意图………………………………………………………………….8（九）方案特点详解…………………………………………………………..11（十）感想…………………………………………………………………….11（十一）参考资料…………………………………………………………….121（一）冲压式蜂窝煤成型机的功能和设计要求（1）功能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）原始数据及设计要求1、蜂窝煤成型机的生产能力：30次/min；2、驱动电机：Y180L－8、功率N＝11kW、转速n＝730r/min；3、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；4、为改善蜂窝煤成型机的质量，希望在冲压后有一短暂的保压时间；5、由于同时冲两只煤饼时的冲头压力较大，最大可达50000N，其压力变化近似认为在冲程的一半进入冲压，压力呈线性变化，由零值至最大值。因此，希望冲压机构具有增力功能，以减小机器的速度波动和减小原动机的功率。6、机械运动方案应力求简单。（二）工作原理和工艺动作分解根据上述分析，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；图12（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。（三）机构选用（1）冲压和脱模机构题目要求用一台电动机作为原动机，冲压机构应考虑如何将原动机的转动转化为冲头和脱模盘的直线运动。可采用曲柄滑块机构、凸轮机构机构或者它们的变形机构。如可采用对心曲柄滑块机构、偏置曲柄滑块机构、六杆冲压机构（如图2）或其它串并联机构（如图3）。（2）扫屑机构扫屑是要求在冲头、脱模盘向上移动过程中用扫屑刷将煤粉扫除。考虑到一个动力输出，因此在设计扫屑机构时将其运动与冲头的运动并联起来。可采用附加滑块摇杆机构、固定移动凸轮－移动从动件机构。（如图4-ab）.⑶转盘间歇转动机构模筒转模间歇运动用以完成冲压、脱模和加料三个工位的转换。可采用槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构。（如图5）图2图33图4图5下表列举了完成各个工艺动作的简单机构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表1（四）机械运动方案的选定和评价根据表1所示的三个执行机构形态学矩阵，可以求出冲压式蜂窝煤成型机的机械运动方案数为：N=3×2×3＝18根据给定条件、各机构的相容性和尽量使机构简单等等要求来选择方案。由此可选定三种结构比较简单的方案。方案一：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。方案二：冲压机构为六杆冲压机构、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。方案三：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。方案评估方案一方案二方案三完成实现功能的目标情况666工作原理的先进程度566工作效率的高低767运转精度的高低7874方案的复杂程度656方案的实用性788方案的可靠性767方案的新颖性666方案的经济性767方案的绿色性777总分656467表2根据评估优选，最后选择方案3为冲压式蜂窝煤成型机的机械运动方案。整体结构方案如左图所示（五）根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图冲压式蜂窝煤成型机运动循环图主要是确定冲压和脱模盘、扫屑刷、模筒转盘三个执行构件的先后顺序、相位，以利对各执行机构的设计、装配和调试。冲压式蜂窝煤成型机的冲压机构为主机构，以它的主动件的零位角为横坐标的起点，纵坐标表示各执行构件的位移起止位置。图4表示冲压式蜂窝煤成型机三个执行机构的运动循环图。冲头和脱模盘都由工作行程和回程两部分组成。模筒转盘的工作行程在冲头的回程后半段和工作行程的前半段完成，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的前半段完成扫屑运动。图65冲压式蜂窝煤成型机运动循环图主动件转角分配1800360180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90027090360270表3（六）传动方案设计根据选定的驱动电机转速和冲压式蜂窝煤成型机的生产能力。它们的机械传动系统的总传动比为：33.2430730主轴电机总nni机械传动系统的第一级采用带传动，传动比选为4.866，第二级采用齿轮传动，传动比选为5。（1）带传动计算1、确定计算功率dP取1.1AK则KWPKPAd1.12111.12、选择带的型号由dP及主动轮转速n选择B型V带3、选择带轮1D、2D取1D=180mm则2D=180×4.866=875.88mm取2D=900mm4、确定中心距0a0.7（1D+2D）≤0a≤2（1D－2D）即756≤0a≤2160初选0a=1500mm带长47884)()(220212210aDDDDaLdmm查表取Ld=5000mm中心距mmLdLdaa160620a的调整范围mma1531minmma1756max5、确定V带根数90.3K)(a00LdKPPPz其中取KWP61.206KWP22.0097.0aK18.1LK所以取z=4（2）齿轮传动计算齿轮传动取Z1=22，Z2＝i×22＝5×22＝110。按钢制齿轮计算，取模数m=5mm.。d1＝Z1m＝110mm.d2＝Z2m＝550mm.齿轮传动的主要参数直齿圆柱齿轮直齿锥齿轮齿数221z1102z齿数221z1102z模数m=5模数m=5传动比i=5传动比i=5分度圆直径mmd1101mmd5502分度圆直径mmd1101mmd5502齿宽中点分度圆直径mmdm25.861mmdm25.4812齿顶圆直径1ad=120mm2ad=560mm齿顶圆直径1ad=119.81mm2ad=551.96mm齿根圆直径1fd=96.5mm2fd=536.5mm齿根圆直径1fd=98.23mm2fd=547.65mm中心距a=330mm锥距RR=280.45压力角20a压力角20a（3）曲柄滑块机构计算冲压式蜂窝煤成型机的滑梁行程s=300mm，曲柄与连杆长度比，即连杆系数为λ＝0.175，则曲柄半径为：mmsR15021连杆长度为：mmRL41.955（4）槽轮机构计算1、槽数z按工位要求选定为4。2、中心距a按结构情况确定mma300。3、圆销半径r按结构情况确定mmr30。4、槽轮每次转位时主动件的转角290)21(1802z75、槽间角2903602z6、主动件圆销中心半径1RmmzaR13.212sin17、1R与a的比值707.0sin1aR8、槽轮外圆半径2RmmraR214)cos(2229、槽轮槽深hmmrah2.154)1cos(取h=155mm10、运动系数4122zzn（为圆销数nn,1）（5）扫屑凸轮机构计算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活动范围扫除煤粉（6）飞轮的设计飞轮设计对于冲压式机械——三相交流电动机组成的机组可以采用精确算法，为了简便可以采用飞轮的近似算法，其公式为2mMWAJ如图所示表示冲压式蜂窝煤机冲压力近似变化规律，假定驱动力为常数，则可求出NPd6250最大盈亏功[A]mNA.9.450915.028762505000021同时去15.0，飞轮安装在大齿轮轴上，则)60230(mW，因此22.41.30496023015.09.4509mKgJM，加了飞轮之后，由于飞轮能储存能量，可是冲压式蜂窝煤机所需电动机功率减小电动机功率kwvPNds945.2603015.0262508（七）运动协调设计（1）机械运动方案图绘制根据已选定的执行机构型式及传动系统的类型，绘制冲压式蜂窝煤成型机机械运动示意图，然后绘制机构运动循环图，有关参数计算完毕后，选取适当的比例用UG绘制机械运动方案三维图。（2）机构运动仿真用UG运动仿真学对运动机构进行运动分析，绘制从动件位移、速度、加速度曲线图。（八）示意图机器示意图9冲压机构位移曲线图10冲压机构速度曲线图冲压机构加速度曲线图11间歇机构速度曲线图（九）方案特点详解动力输入机构用V带传动：传动平稳曲柄选用齿轮传动带动：传动精确刷子用移动凸轮：运动可靠，精确，可调性高间歇运动用槽轮：结构简单、制造容易、工作可靠、机械效率高，能平稳地、间歇地进行转位。不足：冲压机构不具备急回特性，间歇传动用槽轮，转动冲击大，机器磨损快。且转速不宜过高。（十）感想经过这次的机械原理课程设计任务，使我全面地、综合性地复习了机械原理课程、、UG建模、运动分析等相关知识，进一步提高了我的设计能力，培养了我独立分析问题、解决问题的能力，同时也为我对CAE/CAM的学习，及其它课程设计和毕业设计打下了坚实的基础。课程设计的学习是一个将实践与理论结合在起来过程，把过去所学的理论知识在具体的动手中得到进一步的深化与理解，从而灵活的运用于操作中。围绕既定的学习任务，从实际操作入手，可以提炼相关的经验、技巧，在操作实践中学会了观察、分析。从而提高了我的分析问题、解决问题的能力。.通过对机构的分析设计，了解了简单机器的设计原理，掌握12了部件的设计、分析等的基本方法与步骤，锻炼了动手能力，对往后的工作有很大的帮助。课程设计是一门工作量很大的课程，它需要一个团体共同合作来完成，培养了我们的相互