蜂窩煤成型機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、蜂窩煤成型機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1?第一章前言 一、 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的功能和設(shè)計(jì)要求 1、功能 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)是我國(guó)城鎮(zhèn)蜂窩煤(通 常又稱煤餅,在圓柱形餅狀煤中沖出若干通孔) 生產(chǎn)廠的主要生產(chǎn)設(shè)備,它將煤粉加入轉(zhuǎn)盤上的 模筒內(nèi),經(jīng)沖頭沖壓成蜂窩煤。 為了實(shí)現(xiàn)蜂窩煤沖壓成型,沖壓式蜂窩煤成型機(jī) 必須完成以下幾個(gè)動(dòng)作: 1) 煤粉加料; 2) 沖頭將蜂窩煤壓制成型; 3) 清除沖頭和出煤盤的積屑的掃屑運(yùn) 動(dòng); 4) 將在模筒內(nèi)的沖壓后的蜂窩煤脫模; 5) 將沖壓成型的蜂窩煤輸送裝箱。 2、原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求 1)蜂窩煤成型機(jī)的生產(chǎn)能力:30次/min; 2)驅(qū)動(dòng)電機(jī):Y180L-8、功率 N=11

2、kW、 轉(zhuǎn)速 n=730 r/min; 3) 如圖 1所示位沖頭 3、 脫模盤 5、 掃屑刷 4、 模筒轉(zhuǎn)盤 1的相互位置情況。 實(shí)際上沖頭與脫模盤都與上下移動(dòng)的滑梁 2連成一體, 當(dāng)滑梁下沖時(shí)沖頭將煤粉 壓成蜂窩煤,脫模盤將已壓成的蜂窩煤脫模。在滑梁上升過(guò)程中掃屑刷將刷除沖 頭和脫模盤上粘附的煤粉。模筒轉(zhuǎn)盤均布了模筒,轉(zhuǎn)盤的間歇運(yùn)動(dòng)使加料后的模 筒進(jìn)入加壓位置、成型后的模筒進(jìn)入脫模位置、空的模筒進(jìn)入加料位置; 4)為改善蜂窩煤成型機(jī)的質(zhì)量,希望在沖壓后有一短暫的保壓時(shí)間; 5)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案應(yīng)力求簡(jiǎn)單。 二、 工作原理和工藝動(dòng)作分解 根據(jù)上述分析,沖壓式蜂窩煤成型機(jī)要求完成的工藝動(dòng)作有以下六個(gè)

3、動(dòng)作: 1)加料:這一動(dòng)作可利用煤粉的重力打開(kāi)料斗自動(dòng)加料; 2)沖壓成型:要求沖頭上下往復(fù)運(yùn)動(dòng),在沖頭行程的二分之一進(jìn)行沖壓成 型; 3)脫模:要求脫模盤上下往復(fù)移動(dòng),將已沖壓成型的煤餅壓下去而脫離模 筒。一般可以將它與沖頭固結(jié)在上下往復(fù)移動(dòng)的滑梁上; 4)掃屑:要求在沖頭、脫模盤向上移動(dòng)過(guò)程中用掃屑刷將煤粉掃除; 5)模筒轉(zhuǎn)模間歇運(yùn)動(dòng):以完成沖壓、脫模和加料三個(gè)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(gè)動(dòng)作,加料和輸送的動(dòng)作比較簡(jiǎn)單,暫時(shí)不予考慮,脫模和沖壓可以用 一個(gè)機(jī)構(gòu)完成。 因此,沖壓式蜂窩煤成型機(jī)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮沖壓和脫模機(jī)構(gòu)、掃屑

4、機(jī) 構(gòu)和模筒轉(zhuǎn)盤間歇轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)這三個(gè)機(jī)構(gòu)的選型和設(shè)計(jì)問(wèn)題。 圖? 12?三、 根據(jù)工藝動(dòng)作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 對(duì)于沖壓式蜂窩煤成型機(jī)運(yùn)動(dòng)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(gè) 執(zhí)行構(gòu)件的先后順序、相位,以利對(duì)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)的沖壓機(jī)構(gòu)為主機(jī)構(gòu), 以它的主動(dòng)件的零位角為橫坐標(biāo)的起點(diǎn),縱坐 標(biāo)表示各執(zhí)行構(gòu)件的位移起止位置。 圖 2 表示沖壓式蜂窩煤成型機(jī)三個(gè)執(zhí)行機(jī) 構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。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(dòng)在沖壓以前完成。掃屑刷要求在沖頭 回程后半段

5、至工作行程的前半段完成掃屑運(yùn)動(dòng)。 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(gè)執(zhí)行構(gòu)件動(dòng)作要求和結(jié)構(gòu)特點(diǎn), 可以選擇表 1的常用機(jī)構(gòu),這一表格又稱為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形態(tài)學(xué)矩陣。 表 1 三執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形態(tài)學(xué)矩陣 沖頭和脫模盤機(jī)構(gòu) 對(duì)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) 固定移動(dòng)凸輪移動(dòng)從動(dòng)件機(jī) 構(gòu) 模筒轉(zhuǎn)盤間歇運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī) 構(gòu) 圖 3(a)表示附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu)。 利用滑梁的上下移動(dòng)使搖桿OB上的掃屑 刷掃除沖頭和脫模盤底上的粉煤屑。 圖 3 (b)表示固定移動(dòng)凸輪利用滑梁上下移 動(dòng)使帶有掃屑刷的

6、移動(dòng)從動(dòng)件頂出而掃 除沖頭和脫模盤底上的粉煤屑。 五、 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的選定和評(píng)價(jià) 根據(jù)表 1 所示的三個(gè)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)械運(yùn)動(dòng)方案數(shù)為: N323=18 現(xiàn)在,我們可以給定條件、各機(jī)構(gòu)的相容性和盡量使機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單等等要求來(lái)選擇方 案。由此可選定兩個(gè)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的方案。 方案:沖壓機(jī)構(gòu)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、模筒轉(zhuǎn)盤為槽輪機(jī)構(gòu)、掃屑機(jī)構(gòu)為固定 凸輪移動(dòng)從動(dòng)件機(jī)構(gòu)。 方案:沖壓機(jī)構(gòu)為六桿沖壓機(jī)構(gòu)、模筒轉(zhuǎn)盤為不完全齒輪機(jī)構(gòu)、掃屑機(jī)構(gòu) 為附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu)。 兩個(gè)方案的主要區(qū)別在于: 方案中采取的是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為沖壓機(jī)構(gòu), 該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 易于制造以及裝配。 但稍

7、有不足的是其增力效果不太明顯, 而且保壓時(shí)間不夠長(zhǎng)。 圖?2?圖? 33?方案中采用的是六桿增力機(jī)構(gòu),該機(jī)構(gòu)的顯著特點(diǎn)便是有很好的增力效果,有 較長(zhǎng)的保壓時(shí)間,而且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不易于設(shè)計(jì)與裝配。 方案的模筒轉(zhuǎn)盤為槽輪機(jī)構(gòu), 其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 但轉(zhuǎn)動(dòng)速度不是勻速的。 而方案的模筒轉(zhuǎn)盤為不完全齒輪結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)便是運(yùn)動(dòng)相對(duì)平穩(wěn),速度 均勻。但模筒轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)工作頭并不工作,基本處于回程狀態(tài),此時(shí)對(duì)模筒轉(zhuǎn)盤 的轉(zhuǎn)動(dòng)速度沒(méi)有什么要求,故用槽輪機(jī)構(gòu)便能滿足需要。 方案中的掃屑機(jī)構(gòu)是固定凸輪移動(dòng)從動(dòng)件機(jī)構(gòu), 該機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)非常 簡(jiǎn)單,易于設(shè)計(jì)。而方案中采用的是附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)相

8、對(duì)于固定凸 輪移動(dòng)從動(dòng)件結(jié)構(gòu)而言,運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。但結(jié)構(gòu)相對(duì)鉸復(fù)雜,況且掃屑機(jī)構(gòu)對(duì)運(yùn)動(dòng)的 要求不是太高,故用凸輪移動(dòng)從動(dòng)件機(jī)構(gòu)便能滿足要求。 綜上分析,為了使機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)趨于簡(jiǎn)單化,易于設(shè)計(jì)制造化,況且本設(shè)計(jì)中 的成型機(jī)為簡(jiǎn)易的成型機(jī)設(shè)計(jì),故可選擇簡(jiǎn)單的構(gòu)建。故選擇方案,即沖壓機(jī) 構(gòu)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu),模筒轉(zhuǎn)盤為槽輪機(jī)構(gòu),掃屑機(jī)構(gòu)為凸輪移動(dòng)從動(dòng)件機(jī)構(gòu)。 六、 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比和變速機(jī)構(gòu) 根據(jù)選定的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速和沖壓式 蜂窩煤成型機(jī)的生產(chǎn)能力。 它們的機(jī)械傳動(dòng) 系 統(tǒng) 的 總 傳 動(dòng) 比 為 :?33324?30?730?= = = 執(zhí)行主軸 電機(jī) 總? n?n?i?機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的第一級(jí)采用帶傳動(dòng), 其

9、傳動(dòng) 比為 4.866,第二級(jí)采用齒輪傳動(dòng),其傳動(dòng) 比為 5。 七、 畫出機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖 按已選定的三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式及機(jī) 械傳動(dòng)系統(tǒng), 畫出沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的機(jī) 械運(yùn)動(dòng)示意圖。 其中三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分也可 以稱為機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案示意簡(jiǎn)圖。 如圖 4所示, 其中包括了機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、 三個(gè)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),那 就可以完整地表示整臺(tái)機(jī)器的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方 案圖。有了機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案圖, 就可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算和機(jī)器的總體設(shè) 計(jì)。 第二章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與校核 圖? 44?本設(shè)計(jì)中的沖壓式蜂窩煤成型機(jī)是一種簡(jiǎn)易的低功率的工作機(jī)器, 其工作時(shí) 工作頭所受的工作壓力可以根據(jù)平

10、時(shí)的手動(dòng)的沖壓式蜂窩煤成型機(jī)器參考確定。 平時(shí)的手動(dòng)的沖壓式蜂窩煤成型機(jī)器由單人操作, 其工作力為人力所能達(dá)到 的, 一般人的體重為 60Kg, 而加在成型機(jī)上的力應(yīng)和人的體重相當(dāng), 大約為 50Kg, 即 500N。所以本設(shè)計(jì)中的沖壓式成型機(jī)工作時(shí)所受到的工作阻力應(yīng)比 500N 大, 本設(shè)計(jì)中取為 100Kg,即 1000N。 一、 帶傳動(dòng)計(jì)算 1)確定計(jì)算功率 Pca 由1P156 表 8-7 查得工作情況系數(shù) KA1.2,故 PcaKAP1.21113.2KW 2)選擇帶的型號(hào) 由 Pca 及主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速 n1,由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(新版)圖 14.1-2,圖 14.1-3 以及圖 14.1-4

11、 選擇 V 帶型號(hào)為 B型 V 帶。 3)確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 dd 并驗(yàn)算帶速 v。 1由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(新版)表 14.1-18 以及表 14.1-19,取小帶輪的基 準(zhǔn)直徑 d1160mm 2驗(yàn)算帶速 v。 V?1000?60?1?1?n?d?d? ?1000?60?730?160? 6.11m/s 因?yàn)?5m/sv30m/s,故帶速合適。 計(jì)算大帶輪的直徑 d2id14.866160778.56 4)確定中心距 a和基準(zhǔn)長(zhǎng)度 Ld 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(新版)表 14.1-11 中的公式,有 0.7d1+d2azd1+d2 即 656.992mma1877.12mm 初取中心距 a0800mm

12、 Ld2a0+?2? d1+d2+ ?0?2?1?2?4a?d?d - 3193.11mm 由1P146 表 8-2 選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 Ld3150mm 5)驗(yàn)算小帶輪上的包角1 1180-(d2-d1)57.3/a135.6990 6)確定 V帶根數(shù) z 計(jì)算單根 V帶的額定功率 Pr 由 d1160mm 和 n1730r/min,查1P152 表 8-4a 經(jīng)過(guò)插值得 Pr2.159 則,V帶的根數(shù) ZPca/Pr13.2/2.1596.115?取 V帶根數(shù)為 6 二、 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算校核 1)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中要求沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的工作沖頭的形成為 300mm。因此,

13、曲柄滑塊的曲柄的回轉(zhuǎn)半徑應(yīng)為 R300/2150mm 由于本設(shè)計(jì)中要求具有增力機(jī)構(gòu),所以要把連桿的長(zhǎng)度取得盡量長(zhǎng),也 及曲柄滑塊的連桿系數(shù) R/L(L 為連桿長(zhǎng)度)要盡量小點(diǎn)。初取 0.175, 這樣就能保證成型機(jī)工作時(shí)曲柄已較小的轉(zhuǎn)矩就能獲得較大的工作壓力,同時(shí), 這樣也能形成一定的保壓時(shí)間,從而達(dá)到保壓的目的。 因此,連桿的長(zhǎng)度為 LR/L150/0.175955.41mm 取連桿的長(zhǎng)度為 955.41mm 根據(jù)成型機(jī)的整體大概尺寸,初選定連桿的截面為半徑為 15mm 的圓形 截面。2)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的校核 連桿的受力校核 根據(jù)要求選擇連桿的材料為 45#鋼,其強(qiáng)度極限為 650MPa。 對(duì)

14、連桿作受力分析,其受到拉力是工作頭工作的時(shí)候,及工作行程的后 半段,其收受到的拉力 F大約為工作阻力,及 F1000N。 s b F/S SR 2 3.141510 -3 2 0.0007065m 2 則 s b F/S 1000/0.0007065 1.41Mpa 故連桿的強(qiáng)度滿足工作要求。 三、 齒輪的設(shè)計(jì)與校核6?1. 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) (1)傳動(dòng)方案可選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。 (2)此沖壓式蜂窩煤成型機(jī)是簡(jiǎn)易的輕載機(jī)器,速度不高,齒輪用 7級(jí)精 度即可。 (3)所設(shè)計(jì)的齒輪可選用便于制造且價(jià)格便宜的材料 由1P191 機(jī)械設(shè)計(jì)表 10?1選取:小齒輪材料為 40Cr,?

15、 1?HB? 280; 大齒輪材料為 45號(hào)鋼,? 2?HB? =240。? 1?HB? 2?HB? =40,合適。 (4)選取小齒輪齒數(shù) z1=25;大齒輪齒數(shù) z2=uz1120 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計(jì),然后校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度,最后作齒輪 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 2.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由強(qiáng)度計(jì)算公式總表查得設(shè)計(jì)公式為 ?3?2?H?E?d?1?t?1t? ?Z?u?1?u?T?2K?d a e (1確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 試選 Kt=1.3 Tt 的計(jì)算7?根據(jù)大齒輪上固定的曲柄可以求得大齒輪所受的最大轉(zhuǎn)矩 Tt 根據(jù)幾何分析可以知道 90- sin50/1501/3 可以求得19.47

16、12 l(150 2 -50 2 ) 1/2 141.4 sinl/L141.4/955.410.148 可以求得8.511 則 TtF?R?SinF?R?Sin+ 131N?m 由1P205 表 10?7選取f d1(兩支撐相對(duì)于小齒輪做非對(duì)稱布置) 由1P201 表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù)為 ZE189.8MPa 由1P209 圖 10-21 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為s lim1600MPa , s lim2550 MPa。 圖 10-19 查得接觸疲勞強(qiáng)度 KHN10.90 KHN20.95 計(jì)算接觸疲勞應(yīng)力8?取失效概率為 1%,安全系數(shù) S1 ?1?H s

17、KHN1?s lim1/S0.9600/1540 MPa. ?2?H s KHN2s lim2/S 0.95 550522.5 MPa ?H? ?2?2?1? H?H s s + ?2?5522?540 + 531.25 MPa (2計(jì)算 1計(jì)算小齒輪分度圓直徑 d1t 代入中較小的值 ?3?2?H?H?E?d?1?t?1t? ?Z?Z?u?1?u?T?2K?d a e ?3?2?5?25531?189.8?5?6?1?10?1.31?1.3 69.57mm 2)計(jì)算圓周速度?1 1?60 1000?t?d n p u ? 1000?60?730?72?1432.65m/s 3)計(jì)算齒寬 b及

18、模數(shù) mt?1?d?b d f 169.57mm69.57mm mt?1?1t?z?cos?d b ?24?14?cos?5769 2.8126mm h2.25mt2.252.81266.34 4計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h b/h69.57/6.3410.97 5)計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) v2.75m/s,7 級(jí)精度,由1P194 圖 10-8 查得動(dòng)載荷系數(shù) Kv1.05。 斜齒輪,由1P195 表 10-3 查得 KHa1KFa21 由1P193 表 10-2 查得使用系數(shù) KA1 由1P196 表 10-4 查得 7級(jí)精度,小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí) 用插值法差得 KHB1.3124 由 b

19、/h10.97, KHB 1.3124 ,查圖 10-13 得 KFB1.3 故載荷系數(shù)9?KKAKvKHaKHB11.0511.31241.37802 6)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑?1?d? ? 1t?d? K/Kt 1/3 69.571.37802/1.3 1/3 70.93 7計(jì)算模數(shù) m?1?1?z?d?24?9370?2.955mm 3.按齒根彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì) 由1P216 式 10-17 得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 mn ?3?F?21?2?1?z?cos?2KT s e b a b? Sa?Fa?d?Y?Y?Y ? F (1 確定計(jì)算參數(shù) 1)由1P208 圖 10-20

20、 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限s FE1500Mpa 大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限s FE2380MPa 2)由1P206 圖 10-18 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN10.85 KFN20.88 3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S1.4,由式 10-12 得 ?1?F s KFN1s FE1/S303.57MPa ?2?F s KFN2s FE2/S238.86 MPa 4)計(jì)算載荷系數(shù) K KKAKvKFaKFB11.1211.351.512 5)查取齒形系數(shù) 由1P200 表 10-5 可查得 YFa12.72,YFa22.21 8)查取應(yīng)力校正系數(shù) 由1P200 表 10-5

21、 知 YSa11.58,YSa21.764 9計(jì)算大小齒輪的 YFaYSa/s F,并加以比較。 YFa1YSa1/ ?1?F s 0.0137910?YFa2YSa2/ ?2?F s 0.01636 大齒輪的數(shù)值較大 (2)設(shè)計(jì)計(jì)算 mn?3? 2?5?016360?24?1?10?311?1.512?22.24mm 對(duì)比計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) mn 大于由齒根彎曲疲 勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù), 由于齒輪模數(shù) m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承 載能力,而由齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力,僅與齒輪直徑有關(guān),可 取彎曲疲勞強(qiáng)度模數(shù) 2.24,并近似圓整為標(biāo)準(zhǔn) m3。 按接觸強(qiáng)度算得

22、的分度圓直徑 d172mm,d2360mm 4. 幾何尺寸計(jì)算 (1)計(jì)算中心距 a(d1+d2)/2216mm (2)計(jì)算齒輪寬度? 1?d?b d f 17272mm 取 B1B272mm 四、 直錐齒輪的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)中,直錐齒輪的主要作用就是進(jìn)行運(yùn)動(dòng)方向的變換,將水平軸向的旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為豎直方向軸向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng), 其帶動(dòng)的主要負(fù)載就是槽輪運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生 的工作阻力,以及該傳動(dòng)鏈中的摩擦力 由于槽輪運(yùn)動(dòng)是帶動(dòng)工作臺(tái)的間歇轉(zhuǎn)動(dòng),工作臺(tái)下面有推力球軸承的支承, 所產(chǎn)生的阻力較小,而各機(jī)構(gòu)的摩擦力相對(duì)于工作阻力來(lái)說(shuō)更小,因此,本設(shè)計(jì) 中的直錐齒輪主要不傳動(dòng)力,其強(qiáng)度能滿足工作的需求。 由于上訴原因,

23、不再對(duì)錐齒輪進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì),只確定其幾個(gè)比較主要的尺 寸,其他尺寸可根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 根據(jù)各機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)以及尺寸,選定直錐齒輪的平均模數(shù)為 mm3mm,當(dāng)量齒數(shù) Zv40,則平均分度圓直徑 dvmmZv120mm 把直錐齒輪與軸做稱齒輪軸,其他尺寸可根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。11?五、 槽輪機(jī)構(gòu)計(jì)算 1)槽數(shù) z的選擇 根據(jù)工位要求,工作臺(tái)必須至少具備 3個(gè)工位(一個(gè)工位為沖壓頭的沖 壓,一個(gè)為托模工作,另一個(gè)為加料工作的工位)。因此,可選定槽輪機(jī)構(gòu)的槽 數(shù)為 4 2)中心距a?根據(jù)工作臺(tái)的直徑, 以及整個(gè)系統(tǒng)的尺寸考慮, 選定中心距為 a200mm。 3)圓銷半徑 r?根據(jù)中心距以及大概

24、結(jié)構(gòu)尺寸選定 r20mm。 4)槽輪每次轉(zhuǎn)位時(shí)主動(dòng)件的轉(zhuǎn)角 a?2? 的計(jì)算 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(新版)表 13.6-5 計(jì)算 a?2?o o? 90?2?1?180?2 - ?z a 5)槽間角 b?2? 的計(jì)算 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(新版)表 13.6-5 計(jì)算 b?2?o o?90?360?2 ?z b 6)主動(dòng)件圓銷中心半徑? 1?R?的計(jì)算 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(新版)表 13.6-5 計(jì)算? 1?R?mm?a?R? 100?sin?1 b 7)? 1?R?與a的比值l?7070?sin?1 b l?a?R?8)槽輪外圓半徑? 2?R?的計(jì)算 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(新版)表 13.6-5 計(jì)算?

25、2?R?mm?r?a?R? 142?cos? 2?2?2 + b 9)槽輪槽深h的計(jì)算 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(新版)表 13.6-5 計(jì)算h?mm?r?a?h? 8100?1?cos? + - +b l 對(duì)槽深h進(jìn)行取整,取? mm?h? 102 。12?10)槽輪厚度的設(shè)計(jì) 根據(jù)槽輪的半徑以及整體尺寸, 選定槽輪主動(dòng)輪以及從動(dòng)輪的厚度均為 20mm 11)運(yùn)動(dòng)系數(shù) k的計(jì)算?4?1?2?2 - ?z?z?k? ( 為圓銷數(shù)?n?n? ,?1 ) 六、 掃屑凸輪機(jī)構(gòu)計(jì)算 由于掃屑凸輪對(duì)尺寸要求不太高, 故掃屑凸輪應(yīng)在最后根據(jù)其他已經(jīng)確定的尺寸進(jìn)行靈 活的變動(dòng)。但有一點(diǎn),必須要保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的連貫

26、性。因此,固定凸輪采用斜面形狀, 要求固定凸輪的上下方向的長(zhǎng)度應(yīng)大于滑梁的行程? s,即凸輪的上下方向的高度應(yīng)大于?300mm,其左右方向的高度應(yīng)能使掃屑刷滿足掃除粉煤的活動(dòng)范圍。具體按結(jié)構(gòu)情況來(lái)設(shè) 計(jì)。 七、 軸的校核 本設(shè)計(jì)中主要受力的軸為大齒輪上的軸,固應(yīng)對(duì)此軸進(jìn)行強(qiáng)度的校核。軸的 材料為 45#調(diào)質(zhì)鋼,軸的尺寸如下圖: 先對(duì)軸的最小軸徑進(jìn)行校核 由前面可以知道,大齒輪所受到的最大扭矩為 T131N?m 根據(jù)1P370 公式(15-1)可以求得軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為 TT/WT 其中,WT 為軸的抗扭截面系數(shù) WT0.2d 3 0.25010 -3 3 0.000025mm 3 則TT/WT

27、131000/0.0000255.24MPa13?由1P370 表 15-3,可以查得 45#鋼的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 25-45MPa TT 故軸的軸徑滿足使用的抗扭要求。 軸的彎扭合成強(qiáng)度的校核 首先應(yīng)對(duì)軸進(jìn)行受力分析,由于軸左端齒輪上連接曲柄,右端通過(guò)錐齒 輪與槽輪相連,在工作頭行程的前半段,可看成是空載,這時(shí)槽輪機(jī)構(gòu)傳遞過(guò)來(lái) 的阻力很小可以忽略不計(jì)。 而當(dāng)工作頭與煤接觸的時(shí)候開(kāi)始,工作頭將受到工作阻力,此時(shí)力通過(guò)連桿 傳遞到曲柄,及齒輪上,當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)到最下方時(shí),齒輪受到最大的向上的拉力,而 此時(shí),軸不受到扭矩(錐齒輪傳遞過(guò)來(lái)的扭矩不考慮)。 現(xiàn)對(duì)其受力時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行粗略分析,假定當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)到最下

28、方時(shí),同時(shí)受到最 大的拉力以及最大的扭矩。此時(shí)軸只在豎直平面內(nèi)受力。 FyFN+FNV2-FNV1 M60FNV1-460FNV2 聯(lián)立以上兩式,其中 FN1000N 解得: FNV11150N FNV2150N 現(xiàn)將計(jì)算出的數(shù)據(jù)列入下表: 載荷 水平方向 豎直方向 支反力 無(wú) FNV11150N FNV2150N 彎矩 無(wú) MV60000 N?mm 總彎矩 M60000 N?mm 扭矩 T131000 N?mm 根據(jù)上表做出該軸的載荷分析圖,如下圖:1415?然后根據(jù)1P373 式(15-5)計(jì)算軸的應(yīng)力: ca?W?T?M? 2?2?1? ? + 由于軸為單向旋轉(zhuǎn),扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)

29、力,取0.6 則上式?3?2?2?50?10?131000?60?60 + 39.112MPa 前已經(jīng)選定軸的材料為 45#鋼,調(diào)質(zhì)處理,由1P362 表 15-1 查得 -160MPa。因此ca -1,故安全。 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 由分析知,大齒輪右側(cè)截面為危險(xiǎn)截面,令其為截面 I。 抗彎截面系數(shù) W0.1d 3 12500mm 3 抗扭截面系數(shù) W0.2d 3 25000mm 3 截面左側(cè)彎矩 M為:M60000N?mm 截面上的扭矩 T為:T131000 N?mm 截面上彎曲應(yīng)力 s bM/W2.4MPa 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 t TT/WT10.48 軸的材料為 45鋼,調(diào)質(zhì)處理,由表

30、 15-1 查得s B640MPa s -1275 MPa t -1 155MPa 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) s a 及 t a 按表 3-2 查取, 因 r/d0.25,D/d1.5, 經(jīng)插值后可查得 s a 2.0 t a 1.31 又由附圖 3-1 可得軸的材料敏性系數(shù)為 q s 0.82? q t 0.85 故有效應(yīng)力集中系數(shù)按式(附 3-4)為?1 1?k q s s s a + - 1.82?1 1?k q t t t a + - 1.26 由附圖 3-2 得尺寸系數(shù)?0.6716?附圖 3-3 得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) t e 0.82 軸按磨削加工,由附圖 3-4 的表面質(zhì)

31、量系數(shù) s b t b 0.92 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理,即q0.1,則按式(3-12)及(3-12a)得綜合系 數(shù)值為?1?1?k?k s s s s e b + - 2.80?1?1?k?k t t t t e b + - 1.26 又碳素鋼特性系數(shù) s y 0.1 t y 0.05 于是計(jì)算安全系數(shù)值 S?1?a m?S?K s s s s s y s - + 40.92?1?a m?S?K t t t t t y t - + 17.71?2 2?ca?S S?S?S S s t s t + 16.25S1.5 (8)截面的右側(cè) 抗彎截面系數(shù) W0.1d 3 34300mm 3 抗扭截面系數(shù)

32、 WT0.2d 3 68600mm 3 截面左側(cè)彎矩 M為:M60000N?mm 截面上的扭矩 T為:T131000 N?mm 截面上彎曲應(yīng)力 s bM/W1.75MPa 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 t TT/WT1.91MPa 過(guò)盈配合處的? /?k s s e 值, 由附表 3-8 用插入法求得, 并取? /?k t t e 0.8? /?k s s e , 于是得17?/?k s s e 3.16? /?k t t e 2.53 軸按磨削加工,由附圖 3-4 的表面質(zhì)量系數(shù) a t b b 0.92 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理,即 q0.1,則按式(3-12)及(3-12a)得綜合系 數(shù)值為?1?1?k

33、?k s s s s e b + - 3.25?1?1?k?k t t t t e b + - 2.62 于是計(jì)算安全系數(shù)值 S得?1?a m?S?K s s s s s y s - + 48.35?1?a m?S?K t t t t t y t - + 58.05?2 2?ca?S S?S?S S s t s t + 37.15S1.5 故該軸在該截面處的強(qiáng)度也是足夠的。本設(shè)計(jì)中因無(wú)大的瞬時(shí)過(guò)載及嚴(yán)重 的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性,故可略去靜強(qiáng)度校核。 第三章 其他部件的設(shè)計(jì)與選型 一、 軸承的選型 軸承的選型應(yīng)根據(jù)軸的直徑進(jìn)行選擇, 由先前的設(shè)計(jì)可以知道各個(gè)軸的尺寸: 根據(jù)前面的設(shè)計(jì)可以知道帶輪與小

34、齒輪連接的軸的軸直徑為50,差相關(guān) 標(biāo)準(zhǔn)可以確定該軸應(yīng)該用深溝球軸承 6210,由于考慮到該軸兩端都懸空(左端 為大帶輪,右端為小齒輪),故選用 2個(gè)深溝球軸承 6210。 大齒輪軸的直徑由前面設(shè)計(jì)為50,所以也應(yīng)該選用深溝球軸承 6210。由 于該軸右端懸臂過(guò)長(zhǎng),故應(yīng)該在右端靠近直錐齒輪處再加一個(gè)支承點(diǎn)進(jìn)行固定。 同時(shí)該軸為整個(gè)系統(tǒng)中的主要的工作軸(執(zhí)行主軸)。所以應(yīng)該保證其的使用的18?可靠性,故在該軸的兩個(gè)支承點(diǎn)的位置分別安裝 2個(gè)深溝球軸承 6210。 工作臺(tái)下的支承軸的軸徑為70,同時(shí)該軸為豎直方向安裝,故該軸應(yīng)采 用推力球軸承,以保證支承重力。根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)軸徑選擇該軸承為推力

35、球 軸承 5110。由于工作臺(tái)下方有基座跟箱體支承,所以受力不算太大,故選用一 個(gè)推力球軸承 5110。 槽輪主動(dòng)輪的軸的直徑為70,同上應(yīng)選擇推力球軸承 5110。由于該軸的 下方有一長(zhǎng)的懸臂結(jié)構(gòu), 所以應(yīng)該在該軸的下方靠近直錐齒輪處再加一個(gè)支承位 置。所以該軸應(yīng)該在上下個(gè)安裝一個(gè)推力球軸承 5110。 與彈簧連接處的滑塊機(jī)構(gòu),以及工作頭上方與箱體連接的滑塊機(jī)構(gòu),由于這 兩個(gè)軸不轉(zhuǎn)動(dòng),只做徑向的來(lái)回運(yùn)動(dòng),故應(yīng)該在這兩處加上滑動(dòng)軸承,滑動(dòng)軸承 的尺寸應(yīng)根據(jù)軸的直徑從相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中選出。 連桿的連接由于連桿做的是來(lái)回的擺動(dòng), 故連桿與軸的連接處應(yīng)選用滾動(dòng)軸 承, 此處選擇深溝球軸承。 連桿的上端與工

36、作頭的橫梁連接橫梁的直徑為30, 根據(jù)這個(gè)尺寸從相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中選擇軸承為深溝球軸承 6006。然后根據(jù)橫梁的尺 寸以及連桿本身的軸徑,應(yīng)選用 2個(gè)深溝球軸承 6006。連桿的下端與大齒輪上 的伸出軸連接。伸出軸的軸徑為30,同樣應(yīng)選用深溝球軸承 6006,考慮到整 體的尺寸,選用 2個(gè)深溝球軸承 6006。由于該伸出軸的左端為懸空,故應(yīng)添加 軸向定位裝置。為使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,本設(shè)計(jì)在兩軸承中的套筒上通過(guò)銷釘與該伸出軸 固定,以免連桿脫落。 二、 工作頭橫梁與掃屑刷橫梁的連接處的設(shè)計(jì) 由于掃屑刷的運(yùn)動(dòng)是通過(guò)工作頭橫梁的上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)掃屑刷橫梁的上下運(yùn) 動(dòng),從而通過(guò)固定凸輪移動(dòng)結(jié)構(gòu)使掃屑刷能水平方向運(yùn)動(dòng),所

37、以這連個(gè)橫梁應(yīng)該 固定。同時(shí)由于工作頭橫梁上要安裝滾動(dòng)軸承,為了使軸承能順利的安裝上去, 應(yīng)該使兩橫梁應(yīng)該能脫開(kāi)。所以在兩橫梁連接處采用了螺釘連接。如下圖: 根據(jù)工作頭橫梁的直徑選擇螺釘為 M16。長(zhǎng)度為 40mm。19?三、 箱體的設(shè)計(jì) 箱體的設(shè)計(jì)的主要目的是保證主要的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及零件被包含在箱體內(nèi), 以 免受到外界雜物的污染和以免發(fā)生安全事故。 故箱體應(yīng)該是這個(gè)系統(tǒng)的絕大部分的部件都包含在箱體內(nèi)。 工作臺(tái)應(yīng)露出箱 體,這樣便于檢查以及人的控制。同時(shí)由于大帶輪的直徑過(guò)大以及大小帶輪的中 心距過(guò)長(zhǎng),如果把這部分包含到箱體內(nèi)的話會(huì)造成箱體的結(jié)構(gòu)尺寸過(guò)大,結(jié)構(gòu)不 緊湊。故應(yīng)將大小帶輪以及電動(dòng)機(jī)安置在箱體的外面。 箱體的內(nèi)部設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)位置來(lái)確定, 應(yīng)適當(dāng)增加內(nèi)板等來(lái)對(duì)較長(zhǎng) 的軸進(jìn)行支承,同時(shí)應(yīng)考慮到軸以及軸承的可安裝性,應(yīng)該適當(dāng)增加可拆卸的箱 體或箱板。 箱體的壁厚的確定應(yīng)根據(jù)整個(gè)箱體的尺寸來(lái)確定, 綜合整個(gè)箱體的尺寸以及 力求系統(tǒng)運(yùn)行的安全性以