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1、目錄 一產(chǎn)品簡介 1 二、 工作原理和工藝動作分解 5 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 5 四、 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型 6 五、 機(jī)械運(yùn)動方案的選擇和評定 7 六、 機(jī)械傳動系統(tǒng)的速比和變速機(jī)構(gòu) ....10 七、 畫出機(jī)械運(yùn)出方案簡圖 10 八、 對機(jī)械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸計(jì)算 .11 1. 帶傳動計(jì)算 .11 2. 齒輪傳動計(jì)算 12 3 ?曲柄滑塊機(jī)構(gòu)計(jì)算 .13 4 ?槽輪機(jī)構(gòu)計(jì)算 .....15 5 ?掃屑凸輪機(jī)構(gòu)計(jì)算 .16 九、參考資料 16 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 題目：沖壓式蜂窩煤成型機(jī)

2、、 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的功能和設(shè)計(jì)要求 1. 功能 蜂窩煤成型機(jī)曾經(jīng)主要用于家庭生火、取暖，用無煙煤制成的蜂窩狀的圓柱形煤 球。以前人們把煤粉加工成略大于乒乓球的球體，后來人們把煤粉加工成圓柱體，并 在圓柱體內(nèi)打上一些孔，因?yàn)檫@樣可以增大煤的表面積，使煤能夠充分燃燒，減少資 源的浪費(fèi)。 現(xiàn)已發(fā)明環(huán)保節(jié)能型蜂窩煤，燃燒無毒、無味、無黑煙。所以市 場上對蜂窩煤的需求量很大。 質(zhì)量高的蜂窩煤有抗壓性強(qiáng)、 外觀平整光滑、 厚薄一致、孔距分布合理、燃燒良好的特點(diǎn)，這就對蜂窩煤成型機(jī)提出了 要求。 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、

3、維修方便等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采 用。沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的功能是將煤粉加入轉(zhuǎn)盤的模筒內(nèi)，經(jīng)沖頭沖壓 成蜂窩煤。 為了實(shí)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。 設(shè)計(jì)要求和原始數(shù)據(jù) 第 3 頁 共 15 頁 (1) 蜂窩煤成型機(jī)的生產(chǎn)能力：15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(shí) 際上沖頭與脫模盤都通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)與滑梁連成一體。 當(dāng)滑梁旋轉(zhuǎn) 前半周期沖頭將

4、粉煤沖壓成蜂窩煤，脫煤盤將已壓成的蜂窩煤脫模； 在滑梁旋轉(zhuǎn)后半周期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3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(shí) 間。 (4) 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的滑梁行程 s =300mm ,連桿系數(shù)■ =^= 0.157。 (5) 驅(qū)動電機(jī)目前采用 丫180L-8型，其功率N = 11kW，轉(zhuǎn)速n = 730 r/min。 (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

5、模盤 圖1沖壓式蜂窩煤成型機(jī)各部分位置示意(修改) 2. 設(shè)計(jì)任務(wù) (1) 按工藝動作要求擬定運(yùn)動循環(huán)圖。 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 第4頁共15頁 （ 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(jì)算 為更好的了解沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的工作原理以及機(jī)構(gòu)組成， 我們查 找了許多相關(guān)資料， 從中對蜂窩煤成型有了個大概的了解， 并萌發(fā)出 一些自己的想法，為接下來的設(shè)計(jì)與建模做好了準(zhǔn)備。 、工作原理和工藝動作分解 根據(jù)上

6、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。 （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(shí)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

7、機(jī)運(yùn)動方案設(shè)計(jì) 重點(diǎn)考慮沖壓和脫模機(jī)構(gòu)、 掃屑機(jī)構(gòu)和模筒轉(zhuǎn)盤的間歇轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)這三 個機(jī)構(gòu)的選型和設(shè)計(jì)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(jì)、 裝配和調(diào) 試。 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的主機(jī)構(gòu)為沖壓機(jī)構(gòu)，以它的主動件的零位角為橫坐 標(biāo)的起點(diǎn)，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)出循環(huán)圖。 表 1 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)運(yùn)動循環(huán)圖 第 4 頁 共 15 頁 主動件轉(zhuǎn)角分配 0° ?180 ° 1

8、80°?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)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(diǎn)，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蜂窩煤

9、成型機(jī)的機(jī)構(gòu)選型 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)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)，利用滑塊的上、下移動使搖桿 0B上的掃屑 刷擺動掃除沖頭和脫模盤底上的粉煤屑。 圖2附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu)  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 1 圖3移動凸輪機(jī)構(gòu) 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)

10、 械運(yùn)動方案數(shù)為 N = 3X 2X 3= 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。在此可選定三個結(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：如圖所示，該機(jī)械系統(tǒng)的輸入為電動機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動，沖頭、起模盤 與傳動軸主軸連成一體。當(dāng)傳動主軸連續(xù)回轉(zhuǎn)的前半個周期，沖頭將粉煤沖壓成 蜂窩煤，脫模盤將已壓成的蜂窩煤脫模。后半個周期掃屑刷將沖頭和脫模盤上粘 著的粉煤刷除。工作臺上均布六個模筒，由槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)間歇轉(zhuǎn)動。在同一時(shí)刻, 加料模進(jìn)入沖壓模位置，成型模進(jìn)入脫模位

11、置，空模筒進(jìn)入加料位置。 方案三：該設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)是偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)執(zhí)行粉煤沖壓成型動作， 由另一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演變機(jī)構(gòu)將成品頂出。 由凸輪機(jī)構(gòu)把送入煤粉和輸 出成品合并為一個動作，在把成品推出工作臺的同時(shí)將下一工作循環(huán)的粉 煤送至模筒。 方案四：該方案的特點(diǎn) 是由雙軸伸發(fā)動機(jī)帶動兩側(cè)蝸桿渦輪傳動，通過兩組凸輪 配合將粉煤擠壓成蜂窩煤。在煤餅上模，左右模脫開的時(shí)候，平行四邊形兩曲柄 上接的兩推板運(yùn)行到工作臺表面，同時(shí)分別將成型煤餅和煤料送到位。 三個方案可以按設(shè)計(jì)需求直接比較方案的優(yōu)劣。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

12、槽輪機(jī)構(gòu)，這樣工作效 率高、定位精確且加工方便；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(jì)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)械傳動系統(tǒng)的速比和變速機(jī)構(gòu) 730 30 二 24.333 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 . n電機(jī) i總二 n執(zhí)行主軸 采用二級減速機(jī)構(gòu)。機(jī)械傳動系統(tǒng)的第一級采用帶傳動，第二級采用直齒 圓柱齒輪傳動。按傳動比分配原則，為使傳動構(gòu)件獲得較小尺寸，結(jié)構(gòu)緊湊，可 采用傳動比“先小后大”原則。因此選i仁4.866, i2=5，則總傳動比為i1*i2=24.3

13、3. 七、畫出機(jī)械運(yùn)出方案簡圖 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)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算以及機(jī)器的總 體設(shè)計(jì)。 八、對機(jī)械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸計(jì)算 為了實(shí)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)）和凸輪掃屑機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸

14、計(jì)算, 必要時(shí)還要進(jìn)行運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)計(jì)算。 1?帶傳動計(jì)算 （1）確定計(jì)算功率巳 Pc 二 KaP 取 Ka =1.4，則 FC =1.4 11 =15.4(kW) (2) 選擇帶的型號。由FC及主動輪轉(zhuǎn)速n1,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d1和d2。取dj = 200mm，貝U d2 =6.952 dj = 1390.4mm (4) 確定中心距a0 0.7(d1 d2) _ a0 _ 2(d1 d2) 即 821.24mm _ a0 _ 2348.4mm。 (5) 確定V帶根數(shù)z z 第12頁共15頁

15、 第#頁共15頁 2?齒輪傳動計(jì)算 取齒輪的壓力角〉=20°, =22, Z2 =i 22 =7 22 =154，按鋼制齒輪進(jìn) 行強(qiáng)度計(jì)算，其模數(shù)m =5mm 則分度圓直徑分別為 =z2m = 770mm 齒頂高為 ha1 二 ha2 二 ham =1 5 二 5mm 齒根高為 hf = hf2 = (ha c )m = (1 0.25) 5 二 6.25mm 齒全高 h 二 h2 =(2h； c*)m =(2 0.25) 5 = 11.25mm 齒頂圓直徑分別為 da1 = (Zr 2ha )m = (22 2 1) 5 = 120mm da2

16、 =(z2 2ha)m =(154 2 1) 5 = 780mm 齒根圓直徑分別為 df1 =(Z| -2ha-2c )m = (22-2-2 0.25) 5 = 97.5mm df2 =(Z2 —2h； —2c*)m =(154-2- 2 0.25) 757.5mm 齒厚為 s -二m/2 =3.14 5/2 =7.85mm 齒槽寬為 e -二m/2 =3.14 5/2 二 7.85mm 標(biāo)準(zhǔn)中心距為 a = m(z1 z2) /^ 5 (22 154)/2 = 440mm 齒輪厚度按實(shí)際情況選取，其余尺寸按有關(guān)公式計(jì)算出。 3 ?曲柄滑塊機(jī)構(gòu)計(jì)算 R 已知沖壓式蜂

17、窩煤成型機(jī)的滑梁行程 300mm，連桿系數(shù)■ = =0.157 , L 則曲柄半徑 R = 0.5s 二 150mm 連桿長度為 R L 955.41mm 扎 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=10mm/mm，曲柄逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)角為 45°時(shí)，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?yàn)闂U1 (曲柄)的轉(zhuǎn)速為30 r/min,且方向?yàn)槟鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)，故桿1的角速 度為 「25/60 =2 3.14 30/60 =3.14rad/s，方向?yàn)槟鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)。 B點(diǎn)的速度為 Vb“「Iab=3.14

18、 0.15 = 0.471m/s，方向?yàn)榇怪庇跅U1且指向向上 B點(diǎn)的加速度為 aB =訝 Tab =3.142 0.15 =1.479m/s2，方向由 B 指向 A F面求C點(diǎn)的速度及加速度 對于桿2, 方向 C—A 丄ABT 丄BC 大小 ？ 0.471 ? 取弋=0.01(m/s)/mm,按比例精確作速度圖，如圖6所示。 圖6速度圖 量取得 VC =37 0.01 =0.37m/s。 Vcb = 34 0.01 = 0.34m/ s。 因此，桿2的加速度為 n aCB 話心皿，方向?yàn)轫槙r(shí)針方向 2 BC -0.3562 0.955 =0.121m/

19、s2，方向由 C 指向 B。 對于桿2, 方向 C—A B—A C—B 大小 ? 1.479 0.121 a c a B n a C B 丄BCT ? 第15頁共15頁 第#頁共15頁 取叮=0?01(m/s2)/mm ,按比例精確作速度圖，如圖7所示 第#頁共15頁 第#頁共15頁 量取得 2 aC =105 0.01 = 1.05m/s。 因此，當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)角為45°時(shí)，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(jì)算 (1) 槽數(shù)z。按工位數(shù)要求選定為4。 (2) 中心

20、距a。按結(jié)構(gòu)情況確定a = 300mm。 (3) 圓銷半徑r。按結(jié)構(gòu)情況確定r =30mm。 (4) 槽輪每次轉(zhuǎn)位時(shí)主動件的轉(zhuǎn)角 2〉=180 (1 -2) =90 z 槽間角 2 - = =75 。 第16頁共15頁 （6）主動件圓銷中心半徑 R =as ini = 212mm (7) R 與 a 的比值in 2=0.7。 a (8) 槽輪外圓半徑 R2 =,(acos J2 ? r2 =214mm (9) 槽輪槽深h h 丄 a(；，：：? cos ： -1) r =152.1 取 h=153mm z — 2 1 （10）運(yùn)動系數(shù)"右亍弘為圓銷數(shù)） 5

21、?掃屑凸輪機(jī)構(gòu)計(jì)算 固定凸輪采用斜面形狀，其上、 右方向的高度應(yīng)能使掃屑刷活動范圍掃除粉煤 不再詳細(xì)設(shè)計(jì)。 九參考資料 《機(jī)械原理》?鄒慧君，張春林，李杞儀 《.機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊》.鄒慧君 《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》裘建新主編 《機(jī)械原理》（第六版）孫恒、陳作模主編 《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊》 鄒慧君主編 《機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的組合及變異方法》 洪允楣主編 《間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)殷鴻梁》 朱邦賢主編 《凸輪設(shè)計(jì)》 趙韓 主編 S,其左 具體按結(jié)構(gòu)情況來設(shè)計(jì)，在此 F方向的長度應(yīng)大于滑梁的行程 北京高等教育出版社 2006 北京高等教育出版社 1998 北京高等教育出版社 2005 北京高等教育出版社 2001 北京高等教育出版社 1998 北京機(jī)械工業(yè)出版社 1982 上海上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1995 北京 高等教育出版社 1993 第18頁共15頁