《機械原理》課程設計沖壓式蜂窩煤成型機范例

1、機械原理課程設計（范例）題目：沖壓式蜂窩煤成型機一、沖壓式蜂窩煤成型機的功能和設計要求1. 功能沖壓式蜂窩煤成型機是中國城鎮(zhèn)蜂窩煤生產廠的主要生產設備，這種設備具有結構合理、成型性能好、經久耐用、維修方便等優(yōu)點而被廣泛采用。沖壓式蜂窩煤成型機的功能是將粉煤加入轉盤的模筒內，經沖頭沖壓成蜂窩煤。為了實現將蜂窩煤壓制成型，沖壓式蜂窩煤成型機必須完成五個動作：（ 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動；（ 4）將在模筒內沖壓后的蜂窩煤脫煤；（ 5）將沖壓成型的蜂窩煤輸出。2. 設計要求和原始數據（ 1）蜂窩煤成型機的生產能力： 30 次/min 。（ 2）

2、如圖 1 所示，沖頭、脫模盤、掃屑刷、模筒轉盤的相互位置關系。實際上沖頭與脫模盤都與上、下移動的滑梁連成一體，當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。模筒轉盤上均布了煤筒，轉盤的間歇運動使加料后的模筒進入沖壓位置，成型后的模筒進入脫模位置，空的模筒進入加料位置。（ 3）為了改善蜂窩煤沖壓成型的質量，希望沖壓機構在沖壓后有一保壓時間。（ 4）沖壓式蜂窩煤成型機的滑梁行程s 300mm ，連桿系數R0.157 。L（ 5）驅動電機目前采用 Y180L-8 型，其功率 N11kW，轉速 n730 r/min 。（ 6）機械

3、運動方案應力求簡單。1. 模筒轉盤 ; 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各部分位置示意3. 設計任務（ 1）按工藝動作要求擬定運動循環(huán)圖。（ 2）進行沖壓脫模機構、掃屑機構、模筒轉盤間歇運動機構的選型。（ 3）機械運動方案的評定和選擇。（ 4）按選定的電動機和執(zhí)行機構運動參數擬定機械傳動方案。（ 5）畫出機械運動方案示意圖。（ 6）選取其中兩個傳動機構或執(zhí)行機構進行尺寸計算。二、工作原理和工藝動作分解根據上述分析，沖壓式蜂窩煤成型機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

4、求沖頭上、下往復移動，在沖頭行程的后1/2 進行沖壓成型。（ 3）脫模：要求脫模盤上、 下往復移動，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在上、下往復移動的滑梁上。（ 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）模筒轉模間歇運動：以完成沖壓、脫模、加料三個工位的轉換。（ 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?？捎靡粋€機構來完成。因此，沖壓式蜂窩煤成型機運動方案設計重點考慮沖壓和脫模機構、掃屑機構和模筒轉盤的間歇轉動機構這三個機構的選型和設計問題。三、根據工藝

5、動作順序和協調要求擬定運動循環(huán)圖對于沖壓式蜂窩煤成型機構運出循環(huán)圖主要是確定沖壓和脫模盤、掃屑刷、模筒轉盤三個執(zhí)行構件的先后順序、相位，以利于各執(zhí)行機構的設計、裝配和調試。沖壓式蜂窩煤成型機的沖壓機構為主機構，以它的主動件的零位角為橫坐標的起點，縱坐標表示各執(zhí)行機構的位移起止位置。表 1 表示沖壓式蜂窩煤成型機構三個執(zhí)行機構的運動循環(huán)圖。表 1 沖壓式蜂窩煤成型機運動循環(huán)圖主動件轉角分配0° 180°180° 360°沖頭和脫模盤機工作行程回程構模筒轉盤機構工作行程停止工作行程掃屑刷機構掃屑運動回程掃屑運動主動件轉角分配0° 90°9

6、0° 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)行機構的選型根據沖頭和脫模盤、模筒轉盤、掃屑刷這三個執(zhí)行構件動作要求和結構特點，可以選擇表 2 所列的常用機構，這一表格又可稱為執(zhí)行機構的形態(tài)學矩陣。表 2 執(zhí)行機構的形態(tài)學矩陣沖頭和脫模機構對心曲柄滑塊偏置曲柄滑塊機六桿沖壓機構機構構掃屑刷機構附加滑塊搖桿機構固定凸輪移動從動機構模筒轉盤間歇運動槽輪機構不完全齒輪機凸輪式間歇運動機構構

7、機構圖 2 表示附加滑塊搖桿機構， 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執(zhí)行機構運動形式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執(zhí)行機構運動形式2五、機械運動方案的選擇和評定根據表 2 的三個執(zhí)行機構形態(tài)學矩陣，可以求出沖壓式蜂窩煤成型機的機械運動方案數為N3×2×318現在可以按給定條件、各機構的相容性和盡量使機構簡單等要求來選擇方案。在此可選定兩個結構比較簡單的方案，如下所述。方案一：沖壓機構為對心曲柄滑塊機構，模筒

8、轉盤機構為槽輪機構，掃屑機構為固定凸輪移動從動件機構。方案二：沖壓機構為偏置曲柄滑塊機構，模筒轉盤機構為不完全齒輪機構，掃屑機構為附加滑塊搖桿機構。兩個方案可用模糊綜合評價方法來進行評估優(yōu)選，也可以按設計需求直接比較方案的優(yōu)劣。例如，由于沒有急回要求，沖壓機構可以選為對心曲柄滑塊機構；模筒轉盤機構可以選為槽輪機構，因為槽輪機構結構簡單，外形尺寸小，機械效率高，并能夠較平穩(wěn)、間歇地進行轉位；掃屑機構可選為固定凸輪移動從動件機構，設計加工簡單方便。最后，選取方案一為沖壓式蜂窩煤成型機構的機械運動方案。六、機械傳動系統的速比和變速機構根據選定的驅動電機的轉速和沖壓式蜂窩煤成型機的生產能力，可知其機械

9、傳動系統的總傳動比為機械傳動系統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、畫出機械運動方案示意圖按已選定的三個執(zhí)行機構的形式及機械傳動系統，畫出沖壓式蜂窩煤成型機的機械運動示意圖，其中三個執(zhí)行機構部分也可以稱為機械運動方案簡圖。如圖 4 所示，包括了機械傳動系統、三個執(zhí)行機構的組合。如果再加上加料機構和輸送機構，就可以完整地表示整臺機器的機械運動方案示意圖。圖 4 沖壓式蜂窩煤成型機運動方案示意有了機械運動方案示意圖， 就可以進行機構的尺寸設計計算以及機器的總體設計。八、對機械傳動系統和執(zhí)行機構進行尺寸計算為了實現具體的運動要求， 必須對帶傳動

10、、 齒輪傳動、曲柄滑塊機構（沖壓機構）、槽輪機構（模筒轉盤間歇運動機構）和掃屑凸輪機構進行尺寸計算，必要時還要進行運動學、動力學計算。1. 帶傳動計算（ 1）確定計算功率 PC取 K A 1.4，則（ 2）選擇帶的型號。由 PC 及主動輪轉速 n1 ，由有關線圖選擇V帶型號為 C型 V帶。（ 3）確定帶輪節(jié)圓直徑 d1 和 d2 。取 d1200mm ，則（ 4）確定中心距 a0即 821.24mma02348.4mm 。（ 5）確定 V 帶根數 z2. 齒輪傳動計算取齒輪的壓力角20o ,z122 ， z2i22522110 ，按鋼制齒輪進行強度計算，其模數 m5mm。則分度圓直徑分別為齒頂

11、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準中心距為齒輪厚度按實際情況選取，其余尺寸按有關公式計算出。3曲柄滑塊機構計算已知沖壓式蜂窩煤成型機的滑梁行程s 300mm ，連桿系數R0.157 , 則曲柄L半徑連桿長度為下面采用作圖法求出曲柄滑塊機構中滑梁（滑塊）的速度和加速度。取l10mm / mm ，曲柄逆時針旋轉，當轉角為45°時，按比例精確作曲柄滑塊機構的運動簡圖，如圖5 所示。圖 5 曲柄滑塊機構運動簡圖因為桿 1（曲柄）的轉速為30 r/min ，且方向為逆時針旋轉，故桿1 的角速度為12 n1 / 6023.1430 / 603.14rad / s

12、 ，方向為逆時針旋轉。B 點的速度為VB1l AB3.140.150.471m / s ，方向為垂直于桿1 且指向向上。B 點的加速度為2l AB3.1422，方向由 B 指向 A。aB10.15 1.479m / s下面求 C 點的速度及加速度。對于桿2，VCVBVCB方向CAABBC大?。?.471?取V0.01(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VC370.010.37m / s 。VCB340.010.34m / s 。因此，桿 2 的角速度和法向加速度分別為VCB0.342l BC0.356rad / s ，方向為順時針方向。0.955aCBn

13、22 l BC 0.35620.9550.121m / s2 ，方向由 C 指向 B。對于桿 2，a Ca Ba CBna CB方向 C A BA CBBC大小？1.4790.121？取 a0.01(m / s2 ) / mm ，按比例精確作速度圖，如圖7 所示。圖7加速度圖量取得aC1050.011.05m / s2 。因此，當曲柄轉角為45°時，滑塊3 的速度為0.37m/s ，加速度為1.05m/s 2 。4槽輪機構計算（ 1）槽數 z 。按工位數要求選定為 6。（ 2）中心距 a 。按結構情況確定 a 300mm 。（ 3）圓銷半徑 r 。按結構情況確定 r 30mm。（ 4）槽輪每次轉位時主動件的轉角2180 (12) 120 。z（ 5）槽間角 236060 。z（ 6）主動