機械原理課程設計-沖壓式蜂窩煤成型機機構.doc

洛陽理工學院機械原理課程設計機械原理課程設計 題 目 ：沖壓式蜂窩煤成型機機構 學 校 ：洛陽理工學院系 別 : 機電工程系 專 業(yè) ：計算機輔助設計與制造 班 級 ：Z080314設計者 ：范迎飛（組長）指導教師 ：張旦聞 2009-12-20 星期日課程設計評語機電工程系計算機輔助設計與制造專業(yè)課程名稱：機械原理課程設計設計題目：沖壓式蜂窩煤成型機改進機構設計小組成員： 范迎飛（Z08031424） 蘆小冬（Z08031435） 劉振亞（Z08031422） 指導教師評語： 指導教師：張旦聞 年 月 日 目 錄1、產品簡介 .42、工作原理.43、機器的運動方案的分析與選擇 3.1、設計基本要求.5 3.2、原動機的選擇.5 3.3、主傳動運動方案分析.6 3.4、掃屑機構運動方案分析.84、機構系統(tǒng)的運動尺寸設計 4.1、傳動機構的運動尺寸設計.9 4.2、主體機構的運動尺寸設計.12 4.3、掃煤機構的運動尺寸設計.12 4.4、工作盤轉動機構的運動尺寸設計.135、主體機構運動線圖.136、機器運動簡圖.147、自我感想.168、參考書目.161、產品簡介機械原理、機械設計課程是培養(yǎng)學生具有機械基礎知識及機械創(chuàng)新能力的技術基礎課。在機械類各專業(yè)中教學計劃是主干課程。在培養(yǎng)合格機械工程設計人才方面起著極其重要的作用，是學習專業(yè)課程和從事機械產品設計的必備準備。本設計題目是蜂窩煤成型機構，設計的最初想法來源于自己以往的親身經歷。以往的許多制造煤塊的機構存在著許多避之不及的缺陷，即有些機構制造出的煤塊不夠敦實，放干后有一些裂紋；有些機構造出的煤塊經常出現(xiàn)孔內坍塌現(xiàn)象；有些機構在工作是會出現(xiàn)許多不能及時清理的煤屑，造成工作環(huán)境的相對惡劣，等等。本設計的誕生不僅克服了許多造煤塊機構難以克服的缺陷，還在機械傳動的能耗以及電動機選擇上做了優(yōu)化，很大程度上做到了美化環(huán)境及節(jié)約有限能源。本設計考慮到各組成機構的可行性與合理性，選擇了兩種運動方案：一是機構擁有了帶傳動結構簡單、傳動平穩(wěn)、具有過載保護作用，槽輪機構結構簡單，工作可靠等特性，二是有了齒輪傳動結構緊密，壽命長，效率高等優(yōu)點。本設計的許多地方牽涉到了機械傳動以及齒輪傳動的知識，進一步驗證和細化了專業(yè)理論知識，是我們對本專業(yè)的發(fā)展方向有了更清楚的認識。另外，本機構安全、實用的思想設計而出，市場前景廣闊，適用范圍比較廣泛，既可以用于大中型公司或企業(yè)批量生產，又可用于小型部門的連續(xù)生產，造出的煤塊很大程度上的得到了市場和廣大用戶的肯定。2、工作原理利用帶沖針6的沖頭4往復運動，將位于工作盤2?？字械幕旌狭蠅簩嵆尚?。沖針6剛性固結于沖頭，用以穿孔。壓板8以彈簧7與滑塊1相連，通過彈簧壓縮時所產生的彈簧力將型煤壓實。為了提高生產率，將機器作成多工位的，把上料、成型、卸煤等工序集中在一臺機器上連續(xù)完成。圖1-1 機器執(zhí)行構件的運動圖機器執(zhí)行構件的運動圖如圖1-1所示。滑塊1上裝有沖孔壓實壓頭4和卸煤推桿5，作往復直線運動（A1）;工作盤2上有五個?？?，I為上料工位，為成型工位，為卸料工位，做間歇回轉運動（A2）；上料器3作連續(xù)回轉運動（A3）；將型煤運出的傳送帶做勻速直線運動（A4）；沖頭每次退出工作盤后，掃煤桿在沖頭下面掃過，作清除煤屑的掃煤運動（A5）。A1的運動參數(shù)取決于生產率，取?？紤]到料煤高度與型煤高度之比（壓縮比）為2:1，工作盤高 。為使工作盤轉位速度不致太高，取壓頭在工作盤內和工作盤外的位移相等，即沖頭的行程為。A2運動應與A1協(xié)調配合，工作盤轉位時，壓頭必須在工作盤外，其運動參數(shù)其運動系數(shù)應小于0.5。綜合考慮各運動的關系,暫取工作盤轉位時的運動系數(shù)=160/3600.444。A3的運動參數(shù)參考現(xiàn)有機器取n3=120r/min。A4運動的傳送帶速度要保證前一塊煤運走后，后一塊煤才能卸落在傳送帶上。設煤塊的間距為2=0.2m，則傳送帶速度為 圖1-2 生產阻力曲線圖1-1 機器執(zhí)行構件的運動圖A5運動為平面復雜運動，要保證沖頭往復運動一次，掃煤桿在沖頭下往復掃過一次，且不與其他構件相碰(具體要求見主體機構設計部分)。由于型煤是利用彈簧壓實，故生產阻力Fr與彈簧壓縮量成正比，生產阻力曲線見圖1-2，F(xiàn)rmax=5000N。、機器的運動方案分析及選擇 3、1設計基本要求1） 設計蜂窩煤成型機構，型煤尺寸為生產率為每分鐘72個；2） 沖壓成型時的生產阻力達到50000N；3） 為改善蜂窩煤成型機的質量，希望在沖壓后有一短暫的保壓時間；4） 由于沖頭要產生較大壓力，希望沖壓機構具有增力功能，以增大有效力作用，減小原動機的功率。3、2原動機的選擇 原動機做勻速轉動，驅動各執(zhí)行構件動作，其中掃煤運動可考慮直接用滑塊做主運動，以保證運動協(xié)調配合。由于采用集中驅動，有電動機到A1原動件的主傳動鏈總傳動比為:再考慮到同類機器的參數(shù)，在此選用異步電動機集中驅動，取:3、3主傳動運動方案分析及選擇執(zhí)行構件作往復直線運動，所以主傳動鏈中，需要兩級減速，運動分支和將連續(xù)回轉運動變換為往復直線運動的功能，即可畫出主運動鏈的功能框圖1-3。然后再根據(jù)其他執(zhí)行構件的運動形式和運動參數(shù)的大小。確定所需的功能元，畫出輔助傳動鏈的功能框圖1-3。圖1-3 傳動鏈的功能框這樣取出功能框圖中幾種主要功能元，然后選擇功能載體，即可得到表1所示：表1 型煤及形態(tài)學矩陣帶傳動機構鏈傳動機構齒輪傳動機構帶傳動機構鏈傳動機構齒輪傳動機構曲柄滑塊機構移動從動件凸輪機構四桿機構槽輪機構不完全齒輪機構棘輪機構帶傳動機構齒輪齒條機構螺旋機構綜合以上分析，結合主要的運動類型，我們制定了兩種方案，下面就讓我們對兩種方案作一詳細的分析： 方案I：主傳動采用帶傳動和鏈傳動，主題機構采用曲柄滑塊機構，輔助轉位機構采用槽輪機構，傳送裝置采用傳送帶。裝配簡圖如圖1-4所示，列出了機構的主要構件。圖1-4 方案方案：主傳動采用兩級齒輪機構減速，主體機構雖然可以采用其它機構，但在動力傳動中曲柄滑塊機構較其他機構簡單、合理，所以本方案主體機構仍采用曲柄滑塊機構，輔助轉位機構采用不完全齒輪機構，其他同方案I，各機構的裝配簡圖如圖1-5。圖1-5 方案 1）、繪制傳動方案簡圖結合功能框圖的傳動路線，考慮到機構和軸線的配置以及一些其他功能，即可繪出機器的兩種運動方案圖。2）、方案、方案的分析比較這兩種方案區(qū)別在于主傳動機構和輔助轉位機構不同。由機械原理課程設計指導（張永安主編、高等教育出版社出版）的第一章的表1-2、表1-3可知，方案I帶傳動結構簡單，傳動平穩(wěn)，具有過載保護作用.鏈傳動傳遞功率較大，但是它們的外廓尺寸大，在振動沖擊載荷作用下，鏈傳動壽命較短。槽輪機構結構比較簡單，工作可靠，嚙入嚙出比較平穩(wěn)，有柔性沖擊，但槽輪在工作盤上不大好布置，所以空間較大。方案采用齒輪傳動，結構緊湊，壽命長，效率高，可采用標準減速器、大齒輪即為曲柄，便于平衡，且可起飛輪作用，但制造成本較高。不完全齒輪機構嚙入嚙出時沖擊較大，設計計算較復雜，但動停比不受結構限制，尺寸較緊湊，便于布置。根據(jù)以上簡單分析，初步決定采用方案作為機器的運動方案。3）、掃屑機構運動方案分析方案：沖壓機構為偏置曲柄滑塊機構、模筒轉盤為不完全齒輪機構、掃屑機構為附加滑塊搖桿機構。方案：沖壓機構為對心曲柄滑塊機構、模筒轉盤為槽輪機構、掃屑機構為固定凸輪移動從動件機構。方案方案兩個方案我們可以用模糊綜合評價方法來進行評估優(yōu)選，最后定方案為沖壓式蜂窩煤成型機的掃屑機構的運動方案。4、機構系統(tǒng)的尺寸設計4.1、傳動機構的運動尺寸設計：圖1-6 主體機構的傳動簡圖 主傳動機構的總傳動比i總=20，采用兩級減速，根據(jù)傳動比分配“前小后大”的原則，i總=i1i2=45,則z1可取19，取22，.如下圖1-6所示：圖1-7 一級減速機構其中：Z1=19 Z2=76 Z3=22 Z4=110 如圖1-7所示，由上料器的轉速可知：則電動機至上料機的總傳動比：因此可取：圖1-7 二級減速機構其中：Z5=21 Z6=63 Z7=22 Z8=110 A3 ， n1=72r/mm由于沖頭和工作盤的運動平面相互垂直，主體機構的主動件（曲柄）和輔助轉位機構的主動件（不完全齒輪）的軸線相互垂直，因此，配置了圓錐齒輪傳動、,如圖1-8所示。圖1-8 主傳動機構考慮到主體機構與輔助機構應同步，固取=20。傳送皮帶需從工作臺下通過，寸寸受限制，取主動帶輪直徑D=200mm，則帶輪轉速：運動有曲柄軸通過齒輪機構傳來，則：即取 4.2、主體機構的運動尺寸設計 由于滑塊沒有行程速比系數(shù)要求，為使機構受力較好，采用對心的曲柄滑塊機構作為主體機構，則曲柄長度：為了使機構力學性能較好，使滑塊運動速度波動較小，又考慮到機器的整體高度，一般?。簞t兩桿長度： 考慮到機器的整體高度，取，如圖1-9所示為傳動角最小時的機構位置簡圖，由此校核最小傳動角，所以：圖1-9 主體機構簡圖滿足傳力性能要求。4.3、掃煤機構的運動尺寸設計為了清掃壓頭和推桿下面的煤屑，在此設計一掃煤機構，使壓頭離開工作臺時，掃煤桿在壓頭下面往復掃過，又不能與其它構件相碰撞。掃煤桿的長度要保證能在壓頭下面掃過，由總體高度來考慮，固定凸輪采用斜面形狀，其上下方向的長度應大于滑梁的行程s，其左右方向的高度應能使掃屑刷滿足掃除粉煤的活動范圍。用作圖法對此機構進行設計，如圖1-10：應該滿足關系式：凸輪的轉速應該與主體機構的運動周期相配合，由主體機構的轉動比，原動機的轉速為1440r/min，可計算出：圖1-104.4、工作盤轉位機構的運動尺寸的設計在此設計中，工作盤的轉位采用不完全齒輪機構傳動。不完全齒輪的設計可參閱機械原理課程設計指導（由張永安主編、高等教育出版社出版）的148頁表11。先將工作盤的靜止位置按比例繪出，如圖1-11（見后附圖2）所示。因主體機構采用對心的曲柄滑塊機構，則曲柄要通過、工位的模孔中心，因此不完全齒輪機構的主動齒輪的回轉中心也應在曲柄的軸線上。由于工作盤每次轉動1/5周，則從動齒輪的齒數(shù)應該是的五倍，取=16,則：=16.模數(shù)選取要保證從動齒輪齒根圓大于工作盤外徑，本題取m=5。5、主體機構運動線圖設計與分析如圖所示為型煤機主體機構的運動簡圖，由封閉矢量圖可得適量方程為：寫出復數(shù)形式為展開后得求得：將式子（2.2）對時間求導，求得：將式子（2.4）對時間求導，求得：由以上式子可求出各個位置的速度、加速度及o的位移的值，根據(jù)各個點的速度、加速度、位移的值，通過描點法即可作出滑塊的速度、加速度、位移的線圖，如圖1-12圖1-12 型煤機主體機構運動線圖所示。 6、機器運動簡圖 根據(jù)以上設計分析及有關的數(shù)值計算，得到圖1-13所示的機器簡圖：由于傳送裝置位于視野之外，在此并未畫出其簡圖，僅僅作出了沖壓式蜂窩煤的主體機構簡圖。圖1-13 主體機構簡圖 7、感想 通過這一星期的機械課程設計，我們感觸良多，這次課程設計讓我看到了自己的不足之處，也讓我體會到了課程設計的樂趣和意義。 理論聯(lián)系實際這一重要思想，在這里體現(xiàn)得淋漓盡致。我們現(xiàn)在最缺乏的就是實際工作經驗，而理論聯(lián)系實踐并不像我們想象的那么簡單，他需要堅實的理論基礎和實際工作經驗。堅實的理論基礎決定了我必須堅持學習新的知識新的理論，完善了自己的知識結構，才能在以后的實際中輕松面對，才能設計出更好的更有益于人們生活與工作的機械，才能跟上時代的步伐，不被淘汰。 嚴謹和細心是做機械設計的必要態(tài)度，要想做好一件事，就必須一絲不茍、態(tài)度認真。俗話說：“失之毫厘，謬之千里?！痹跈C械設計上尤其應該注意。在以后的工作中，你的很小的一個疏忽將會造成一個公司很大的損失，甚至給用戶帶去生命危險，而自己也會為自己的不負責任行為付出代價。 當然要順利的完成一項設計，團隊合作是必不可少的，大家相互交流意見，分工合作，取長補短，共同努力。 在這次課程設計中，困難不可避免，但我們團結合作，永不言棄，始終相信辦法總比困難多。困難是我們前進的動力，不經歷風雨，怎能見彩虹。困難并不可怕，只要我們擁有解決困難的信心