擠壓成型打填機設計

摘 要 老式擠壓成型打填機由蜂窩煤成型機改進得來，體積龐大，結構復雜，成本高，效率低。本設計從老式擠壓成型打填機出發(fā)，在傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構上都做了很大的改進。本機每小時能生產(chǎn) 4000 個缽體，可廣泛應用于玉米、蔬菜、瓜果等秧苗的制缽。該機采用單相電動機做動力源，可在廣大的農(nóng)村使用，不用擔心需要較高的動力電壓的問題。文中較詳細的設計了擠壓成型打填機的傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構，對各個零件做了具體的結構尺寸設計，并對受載荷較大的零件進行了精確的校核。包括齒輪、帶輪、軸和軸承等零部件的校核。該機的設計大量運用標準件，大 大縮短了設計工作量和降低了生產(chǎn)制造周期及成本。主要設計內(nèi)容有：方案的確定；電機的選擇；各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩計算；帶、齒輪、及錐齒輪的設計與計算；軸的最小直徑；帶、齒輪、及錐齒輪的尺寸計算以及方案圖、裝配圖和零件圖的繪制。 關鍵詞 ：擠壓成型打填機 ； 缽體 ； 傳動系統(tǒng) ；執(zhí)行機構 Abstract The old system of seedlings from the legacy of improvement in the briquettes machine, the size, structure complex, high cost and low efficiency. The design of the legacy from the old system of starting seedlings in the transmission system and executing agencies have done on a lot of improvement. The machine can produce per hour legacy of 4000, can be widely applied to corn, vegetables, fruits and other seedlings of the legacy system. The aircraft uses a single-phase motors to power source, can be used in the vast rural areas, need not worry about a higher power voltage problem. In a more detailed design of the system for the seedlings Bowl drive system and implementing agencies, the various parts to do a specific size of the structure design, and in the larger load of spare parts for the precise calibration. Including gear, pulley, and axle bearings and other parts of the check. The extensive use of the aircraft design standard parts, greatly reducing the workload of the design and lower manufacturing costs and manufacturing cycle. Main design elements include: the determination of the project, choice of Motor and the speed of every axial, the calculation of power and torque, the design and calculation of the belt or gear and the Bevel gear, the smallest diameter of axis, calculation to the size of belt wheel and gears and Bevel gear and protracting the drawing of the project and the assemblage and the part. Key words: the legacy of the legacy of seedlings； Bowl transmission system Implementing agencies 目 錄 摘 要 . I Abstract . II 目 錄 . III 1 緒 論 . 1 1.1 選題的目的和意義 . 1 1.2 本課題在國內(nèi)外的研究狀況 . 1 1.3 課題研究的內(nèi)容及擬采取的技術、方法 . 2 2 育秧缽機的用途和設計要求 . 3 2.1 用途 . 3 2.2 設計要求 . 3 3 方案確定 . 5 3.1 工藝分析 . 5 3.1.1 最早的手工制秧缽的方法 . 5 3.1.2 運動機構 . 6 3.1.3 對各運動機構的要求 . 7 3.2 擬定機器的工作原理圖和運動循環(huán)圖 . 8 3.3 方案確定 . 10 3.3.1 ?？邹D(zhuǎn)盤方案的討論 .11 4 運動設計與動力計算 . 12 4.1 電動機的選擇 . 12 4.1.1 電動機的功率確定 . 12 4.1.2 選擇電動機 . 13 4.2 確定各傳動機構的傳動比 . 13 4.3 計算各軸的轉(zhuǎn)速和功率 . 14 5 章結構設計 . 16 5.1 ?？邹D(zhuǎn)盤的結構和尺寸 . 16 5.2 轉(zhuǎn)盤齒輪的結構和尺寸 . 16 5.3 曲柄（偏心輪）滑塊（滑桿）機構的結構尺寸 . 17 5.4 錐齒輪的結構尺寸 . 21 5.5 直齒圓柱齒輪的結構和尺寸 . 24 5.6 帶輪的結構和尺寸 . 25 5.7 軸的結構 設計 . 26 5.8 繪制總裝配圖 . 28 6 主要零件的強度校核 . 30 6.1 轉(zhuǎn)盤齒輪對（齒輪 5、齒輪 6） . 30 7 結論與 展望 . 31 7.1 結論 . 31 7.2 展望 . 31 致謝 . 32 參考文獻 . 33 1 緒 論 1.1 選題的目的和意義 擠壓成型打填機是一種自動生產(chǎn)秧苗缽體的機械設備?？捎糜谥谱鲌A柱形帶種籽孔的棉花、玉米、瓜果、 花卉以及中草藥等多種蔬菜農(nóng)作物育苗用營養(yǎng)缽。秧苗用缽體培育后移栽，能保證秧苗質(zhì)量，達到早育、早熟、早上市、穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的目的，還可節(jié)省勞力、種子肥料、農(nóng)藥。同時，該設備生產(chǎn)效率高，結構簡單，穩(wěn)固可靠，容易操作。是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必不可少的工具。中國是世界最大的蔬菜生產(chǎn)國，蔬菜產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的 60%左右。我國蔬菜栽 植機械的發(fā)展較慢，秧苗栽植幾乎全部由人工完成，不僅勞動強度大、生產(chǎn)效率低，而且栽植質(zhì)量差、生產(chǎn)成本高。顯而易見，實現(xiàn)蔬菜農(nóng)作物栽植機械化已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迫切需要。 選擠壓成型打填機作為畢業(yè)設計的內(nèi)容，一方面，可全面的總結大學四年來所學的專業(yè)知識，并將本專業(yè)各方面的知識的運用結合起來，鍛煉了自己的機械綜合運用專業(yè)素質(zhì)；另一方面，初步嘗試了從事系統(tǒng)的科學研究，通過本次設計，深入認識了一般成型機的設計方法和思路，對畢業(yè)以后的工作學習有很大的幫助。此外，擠壓成型打填機的設計內(nèi)容、工作量適合，作為畢業(yè)設計的內(nèi)容是 完全符合要求的。 1.2 本課題在國內(nèi)外的研究狀況 1.國內(nèi)的發(fā)展概況 我國對機械制缽機研究始于 20 世紀 70 年代，至今已研制了多種型號的制缽機。在 “ 七五 ” 期間，北京引進國外機械化育苗生產(chǎn)線，主要以生產(chǎn)蔬菜苗缽為主，可以實現(xiàn)缽土制備、缽體成形、打坑、精密播種及覆土等工藝的機械化。在 “ 八五 ” 期間，經(jīng)農(nóng)業(yè)部立項，進行了 “ 盤苗設備及配套技術研究 ” ，研制出 “ 精密播種生、產(chǎn)線設備 ” ，主要用來制造以蔬菜、甜菜為主的苗缽。 “ 機械化制缽機的研制 ” 課題被國家科委列入“ 九五 ” 攻關項目，已研制出 2ZBJ-50 型機械化制缽機， 能實現(xiàn)制缽過程機械化操作，制造出來的營養(yǎng)缽能夠滿足玉米、棉花等經(jīng)濟作物的移栽要求。總體來講，我國制缽機的研制與開發(fā)有了較大發(fā)展。目前，我國在這方面的研究也很多，并且有越來越多的適應性更廣的機型正在研究中或已研制出來，將能更好的為國民生產(chǎn)發(fā)展作貢獻。 2.國外發(fā)展概況 20 世紀初期，歐洲一些國家開始大量種植蔬菜和經(jīng)濟作物，出現(xiàn)了早期的近代秧苗栽植機具。這些機具仍為手動栽植，只是減輕了栽秧者肢體反復屈伸的繁重勞動；到 20世紀 30 年代后期，出現(xiàn)了栽植機構或栽秧器代替人工直接栽秧，使送秧入溝過程實現(xiàn)了機械化；自 20 世紀 50 年代開始，歐洲國家開展作物壓縮土缽育苗及移栽的生產(chǎn)技術研究，研制出多種不同結構型式的半自動移栽機和制缽機；至 20 世紀 70 年代，前蘇聯(lián)蔬菜栽植機械化水平為 58%，國營農(nóng)場已達 67%；到 20 世紀 80 年代，半自動移栽機已在西方國家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用，制缽；育苗和移栽已形成完整的機械作業(yè)系統(tǒng)，實現(xiàn)了各種機見配套使用。到目前為止，作物壓縮土缽成型、缽上單粒精密播種和相應的自動化移栽設備在技術上基本達到了完善，亦廣泛應用于實際生產(chǎn)。歐洲的幾個主要國家 (如法國、德國、荷蘭、西班牙、丹麥等 )大部分的蔬菜生產(chǎn)和幾 乎全部的大地花卉生產(chǎn)都采用育苗移栽生產(chǎn)工藝。 1.3 課題研究的內(nèi)容及擬采取的技術、方法 本課題是對擠壓成型打填機的成型機的設計。設計主要針對執(zhí)行機構的運動展開。為了達到要求的運動精度和生產(chǎn)率，必須要求傳動系統(tǒng)具有一定的傳動精度并且各傳動元件之間應滿足一定的關系，以實現(xiàn)各零部件的協(xié)調(diào)動作。該設計均采用新國標，運用模塊化設計，設計內(nèi)容包括動力源的選擇設計，傳動件的設計，執(zhí)行機構的設計及設備零部件等的設計。 2 育秧缽機的用途和設計要求 2.1 用途 擠壓成型打填機是一種 制作培育秧苗缽體土胚的機器，該機可替代人工自動制作秧缽，具有生產(chǎn)效率高，結構簡單，穩(wěn)固可靠，容易操作等特點。 育秧缽是一種培育秧苗用的土胚，它能使秧苗在育秧期有足夠的養(yǎng)料及秧苗成長后能方便的移植到田間栽種。育秧缽由配有各種肥料的土壤做成圓柱形狀并在上端挖一個凹孔使之成缽狀。使用時將種子播在凹孔中，用土覆蓋，待秧苗成長后連育秧缽一起移到田間栽種即可。 2.2 設計要求 1.秧缽的結構尺寸（見圖 2.1） 圖 2.1 育秧缽 2.生產(chǎn)率 3000 個 /小時。 3.設備名稱 ZB60 型育秧缽機。 4.特點 結構簡單，體積小，維護方便，成本低。 5.使用期限 810 年， 67 個月檢修一次。 圖 2.2 育秧缽制缽機 3 方案確定 3.1 工藝分析 3.1.1 最早的手工制秧缽的方法 步驟：（ 1）將肥料和土 壤拌均勻，用篩子篩細。 （ 2）將上述土壤放入一個模子，見圖 3.1 a 。 （ 3）用一沖頭將土壤沖緊，沖頭下部有一凸頭，見圖 3.1 b 。 （ 4）再將模子托起，育秧缽被沖出，見圖 3.1 c 。 a) b) c) 圖 3.1 手工制作育秧缽 由手工制造方法可知，制造缽體需要三個工藝流程，即填料 沖壓成型 沖出成品 進入下一個循環(huán)。 2. 老式制缽機 這種制作方法很像制作蜂窩煤，如圖 3.2 所示。它的動作過程是這樣的：電動機 經(jīng)帶傳動、齒輪傳動將動力和運動傳給齒輪 7。齒輪 7 一方面通過偏心銷使運動經(jīng)由連桿 8 傳動滑動支架作上下移動，另方面齒輪 7 又由一對錐齒輪將運動傳到端面凸輪離合器 11（它和軸用導向鍵聯(lián)接，不僅能隨陬轉(zhuǎn)動，而且還能在軸上移動）。若端面凸輪在旁邊固定著的從動滾子 10 的強制下，向上抬起并壓縮彈簧，離合器 11 就處在脫開狀態(tài)，在其下面的齒輪 9（和軸空套）就不會轉(zhuǎn)動。當端面凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)到凸輪凹 面與從動滾子10 接觸時，端面凸輪就會在彈簧力的作用下向下推移。是離合器嚙合，運動就經(jīng)過齒輪9 帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動。當轉(zhuǎn)到一定位置時，凸輪會再次轉(zhuǎn)到凸輪面與滑輪接觸，此時凸輪又會在滑輪的強制下使離合器再次脫開，齒輪 9 就會停止轉(zhuǎn)動。這一過程恰好轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過60 ，而被定位銷 20 銷住，也就是在轉(zhuǎn)盤停頓的時間里，滑動支架正好帶著固定在它上面的壓緊沖頭和沖出沖頭在?？字凶饕淮紊舷峦鶑瓦\動，以完成壓緊和沖出一只育秧缽的過程。 這種制缽機有如下的缺點： （ 1） 結構復雜、零件較多； （ 2） 容易損壞、不易維修； （ 3） 造價較 高。 3.新方案的形成 在設計新的制缽機時有下面幾點值得改進： （ 1）擠壓成型打填機的壓制壓力較小，用手制造時估計沖擊壓力約為 100 公斤左右，故壓緊機構可以設計得簡單一些； （ 2） 老式制缽機的轉(zhuǎn)盤是間歇運動，是靠端面凸輪離合器實現(xiàn)的。凸輪沒轉(zhuǎn)動 60 就停頓一次，機構比較復雜，凸輪不易制作，且容易失效，造價也高。如果有辦法在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的同時進行壓緊和沖出動作，就可以取消定位裝置和端面凸輪離合器專職，這樣，動作和機構都比較簡單、也不容易失效； （ 3） 攪拌叉 19 可以直接裝在齒輪 9 的軸上、省掉一對 錐齒輪； （ 4） 用轉(zhuǎn)盤的方法將模孔轉(zhuǎn)位，此方法比較見大，應該保留； （ 5） 傳動機構比較簡單，如有可能當然還可以設計得更簡單一些。 這樣，在參考老式制缽機的基礎上加以改進，就形成了一個新的設計方法，見圖 3.3 所示。 3.1.2 運動機構 在確定上述方案之后就可以進行機構設計，整個機器由以下機構組成： 1.工作機構 :工作機構要求完成： （ 1） 將沒有攪拌均勻的配有肥料的土壤再次攪拌均勻，然后撥入模孔直至充滿再次將多余的土壤刮掉 圖 3.2 老式育秧機 （ 2） ?？字兴缮⒌耐寥澜?jīng)第一道工位壓緊后，再經(jīng)第二道工位壓緊成型的育秧缽從?？字袥_出； （ 3） 將沒有經(jīng)過壓緊和沖出過程的?？滓频綁壕o和沖出沖頭下面，進行壓緊個沖出。 針對工作機構的要求，并參考老式制缽機的工作機構，改進后的新方案有如下的一 些特點： 1) 攪拌的結構不變； 2) 模孔轉(zhuǎn)盤的結構不變，只是將間歇轉(zhuǎn)動改變?yōu)檫B續(xù)轉(zhuǎn)動，取消了端面凸輪離合器，簡化了機構； 3) 因為轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動是連續(xù)的，無停頓時間，所以要求沖頭在壓緊和沖出過程中，也要跟隨轉(zhuǎn)盤一起轉(zhuǎn)動。而在回程中當脫離 轉(zhuǎn)盤后，又要回到原來的位置，進行下一次壓緊和沖出動作。為此，就設想出圖 3.3 的機構。圖中兩個沖頭固定在沖頭座上，而沖頭座空套在軸上，由偏心輪經(jīng)過來年感帶動來年感個沖頭一起上下運動，完成壓緊和沖出動作。當沖頭進入?？缀?，就隨轉(zhuǎn)盤一起轉(zhuǎn)動。而當沖頭腿粗原來的位置和準確的進入?？讜r，由于扭力彈簧的作用，沖頭就回到原來的位置。為了使沖頭準確地回到原來的位置和準確地進入?？祝仨氃O計定位了調(diào)整裝置。調(diào)整螺釘固定在軸上，用調(diào)整螺釘調(diào)整沖頭的平面位置，以使沖頭準確地進入模孔。 圖 3.3 轉(zhuǎn)盤沖頭機構 3.1.3 對各運動機構的要求 1.攪拌原料、填料、刮除余料 為了能更好的使各種原料混合均勻，土壤原料可在送入攪拌器前人工進行加工均勻混合，將土壤在攪拌箱內(nèi)充分攪拌均勻，然后靠攪拌器推動及自身的重力和流動性填入?？缀蠊纹健嚢杵饕孕D(zhuǎn)的方式運動，以實現(xiàn)連續(xù)循環(huán)工作。 2.物料的輸送和各工藝的轉(zhuǎn)接 為了實現(xiàn)指定的生產(chǎn)，要求轉(zhuǎn)盤上的模數(shù)孔不得少于 4 個，即待料模孔、填料?？住⒊尚湍？?、沖出?？?。?？字谱髟谵D(zhuǎn)盤上，一起作回轉(zhuǎn)運動，在各個傳動件的協(xié)調(diào)動作下，使其具有一定的速度和位移 ，完成缽體的制作工藝。 圖 3.4 制作育秧缽的工藝流程圖 3.成型和沖出的實現(xiàn) 為了提高生產(chǎn)率和簡化結構，將成型和沖出分兩個沖頭同時實現(xiàn)，沖頭作上下直線往復運動，由于成型和沖出要求的行程不同，故兩沖頭的長度有差別，其尺寸長度與缽體和轉(zhuǎn)盤的尺寸有關。由于兩沖頭的運動規(guī)律相同，可用同一個機構來帶動，因行程較長，這里選用曲柄滑塊機構來帶動兩沖頭動作。 4.各機構之間的協(xié)調(diào)關系 為了使該機實現(xiàn)規(guī)定的動作，要求各機構（包括傳動機構、執(zhí)行機構和其它輔助機構）必須滿足一定的關系，不能發(fā)生干涉。因該機的轉(zhuǎn)盤 是連續(xù)旋轉(zhuǎn)的，所以要求沖頭在沖壓和沖出過程中能與轉(zhuǎn)盤一起轉(zhuǎn)動，而在沖壓或沖出完成后，能立即回到初始位置，繼續(xù)下一個循環(huán)動作。同時，沖頭在沖壓前（即空行程結束時）要能與轉(zhuǎn)盤的?？缀芎玫呐浜仙?，這就要求帶動沖頭的曲柄滑塊機構和帶動轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)位機構的速比一定和滿足一定的傳動精度。 5.各傳動機構的速度控制和實現(xiàn) 為了實現(xiàn)已經(jīng)擬定的生產(chǎn)率，考慮到原動機（這里用電動機）的轉(zhuǎn)速過高的問題，需用減速裝置將原動機的速度降到所需的速度。在各種的傳動系統(tǒng)中，齒輪傳動以其傳動效率精度高，結構緊湊，傳動平穩(wěn)，壽命長的優(yōu)點而得到廣泛 的應用，所以這里主要選用齒輪作各執(zhí)行機構的傳動裝置。 3.2 擬定機器的工作原理圖和運動循環(huán)圖 1 工作原理圖 該機的動力由電動機經(jīng)減速裝置減速后，分兩條傳動路線傳動到執(zhí)行機 圖 3.5 育秧缽工作原理圖 構，一路經(jīng)齒輪機構、曲柄連桿機構傳到滑桿，滑桿帶動沖頭作上下的直線往復運動；另一路通過其它齒輪傳動，將動力提供給轉(zhuǎn)盤和攪拌器，使其實現(xiàn)物料的攪拌和?？邹D(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)位動作。 2.繪制兩沖頭工作循環(huán)圖 由于沖頭每作一次循環(huán)運動，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動 60 ，這里按轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)動 60 （偏心輪轉(zhuǎn)動 360 ）為一周期進行繪制循環(huán) 圖。沖頭的行程位移公式（以沖頭運動到最低點為位置零點）為： （ 3.1） 其中 e 為偏心輪的半徑； 為偏心輪的轉(zhuǎn)角； 1s 連桿長度； 2s 導桿的長度。 畫出沖頭的運動循環(huán)圖如下： 圖 3.6 育秧缽機直線型運動循環(huán)圖 3.3 方案確定 本次設計由老 式制缽機改進得來，通過對老式制缽機的結構功能分析，并針對各個機構分別進行討論，得出新的制缽機方案。其老式制缽機的結構簡圖如下： 圖 3.7 老式制缽機的工作原理圖 3.3.1 ?？邹D(zhuǎn)盤方案的討論 1.連續(xù)式 特點：直接用齒輪傳遞功率和動力，轉(zhuǎn)盤工作過程中不停歇。實現(xiàn)簡單、可靠，沒有沖擊、振動，運動平穩(wěn)。但對沖頭工作中的定位和運動精度的要求相對較高。 2.停歇式（間歇式） 對本機來說，