機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)蜂窩煤成型機(jī)

《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》題目：沖壓式蜂窩煤成型機(jī)機(jī)構(gòu)學(xué)校：濟(jì)南大學(xué)系別:機(jī)械工程及自動化班級：機(jī)自0809設(shè)計(jì)者：劉騫（組長）指導(dǎo)教師：常遇春2010-06課程設(shè)計(jì)評語機(jī)械工程及自動化設(shè)計(jì)任務(wù)計(jì)劃書課程名稱：機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：沖壓式蜂窩煤成型機(jī)改進(jìn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求與原始數(shù)據(jù)：設(shè)計(jì)小組成員：指導(dǎo)教師評語：?指導(dǎo)教師：張旦聞年月日目錄1、產(chǎn)品簡介...........................................42、工作原理.............................................43、機(jī)器的運(yùn)動方案的分析與選擇、設(shè)計(jì)基本要求........................................5、原動機(jī)的選擇.........................................5、主傳動運(yùn)動方案分析..................................6、掃屑機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案分析................................84、機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動尺寸設(shè)計(jì)、傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸設(shè)計(jì)..............................9、主體機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸設(shè)計(jì)..............................12、掃煤機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸設(shè)計(jì)..............................12、工作盤轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸設(shè)計(jì).......................135、主體機(jī)構(gòu)運(yùn)動線圖....................................136、機(jī)器運(yùn)動簡圖........................................147、自我感想............................................168、參考書目............................................161、產(chǎn)品簡介機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)課程是培養(yǎng)學(xué)生具有機(jī)械基礎(chǔ)知識及機(jī)械創(chuàng)新能力的技術(shù)基礎(chǔ)課。在機(jī)械類各專業(yè)中教學(xué)計(jì)劃是主干課程。在培養(yǎng)合格機(jī)械工程設(shè)計(jì)人才方面起著極其重要的作用，是學(xué)習(xí)專業(yè)課程和從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的必備準(zhǔn)備。 本設(shè)計(jì)題目是蜂窩煤成型機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)的最初想法來源于自己以往的親身經(jīng)歷。以往的許多制造煤塊的機(jī)構(gòu)存在著許多避之不及的缺陷，即有些機(jī)構(gòu)制造出的煤塊不夠敦實(shí)，放干后有一些裂紋；有些機(jī)構(gòu)造出的煤塊經(jīng)常出現(xiàn)孔內(nèi)坍塌現(xiàn)象；有些機(jī)構(gòu)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(shè)計(jì)的誕生不僅克服了許多造煤塊機(jī)構(gòu)難以克服的缺陷，還在機(jī)械傳動的能耗以及電動機(jī)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(shè)計(jì)考慮到各組成機(jī)構(gòu)的可行性與合理性，選擇了兩種運(yùn)動方案：一是機(jī)構(gòu)擁有了帶傳動結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、具有過載保護(hù)作用，槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠等特性，二是有了齒輪傳動結(jié)構(gòu)緊密，壽命長，效率高等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)的許多地方牽涉到了機(jī)械傳動以及齒輪傳動的知識，進(jìn)一步驗(yàn)證和細(xì)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(rèn)識。另外，本機(jī)構(gòu)安全、實(shí)用的思想設(shè)計(jì)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(chǎn)，又可用于小型部門的連續(xù)生產(chǎn)，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(fù)運(yùn)動，將位于工作盤2?？字械幕旌狭蠅簩?shí)成型。沖針6剛性固結(jié)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(chǎn)生的彈簧力將型煤壓實(shí)。為了提高生產(chǎn)率，將機(jī)器作成多工位的，把上料、成型、卸煤等工序集中在一臺機(jī)器上連續(xù)完成。圖1-1 機(jī)器執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動圖 機(jī)器執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動圖如圖1-1所示。滑塊1上裝有沖孔壓實(shí)壓頭4和卸煤推桿5，作往復(fù)直線運(yùn)動（A1）;工作盤2上有五個模孔，I為上料工位，Ⅲ為成型工位，Ⅳ為卸料工位，做間歇回轉(zhuǎn)運(yùn)動（A2）；上料器3作連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動（A3）；將型煤運(yùn)出的傳送帶做勻速直線運(yùn)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(yùn)動（A5）。圖1-1 機(jī)器執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動圖A1的運(yùn)動參數(shù)取決于生產(chǎn)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(zhuǎn)位速度不致太高，取壓頭在工作盤內(nèi)和工作盤外的位移相等，即沖頭的行程為。 A2運(yùn)動應(yīng)與A1協(xié)調(diào)配合，工作盤轉(zhuǎn)位時，壓頭必須在工作盤外，其運(yùn)動參數(shù)其運(yùn)動系數(shù)τ應(yīng)小于。綜合考慮各運(yùn)動的關(guān)系,暫取工作盤轉(zhuǎn)位時的運(yùn)動系數(shù)τ=160/360＝。 A3的運(yùn)動參數(shù)參考現(xiàn)有機(jī)器取n3=120r/min。 A4運(yùn)動的傳送帶速度要保證前一塊煤運(yùn)走后，后一塊煤才能卸落在傳送帶上。設(shè)煤塊的間距為2ф=0.2m，則傳送帶速度為圖1-2生產(chǎn)阻力曲線圖1-1機(jī)器執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動圖A5運(yùn)動為平面復(fù)雜運(yùn)動，要保證沖頭往復(fù)運(yùn)動一次，掃煤桿在沖頭下往復(fù)掃過一次，且不與其他構(gòu)件相碰(具體要求見主體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)部分)。由于型煤是利用彈簧壓實(shí)，故生產(chǎn)阻力Fr與彈簧壓縮量成正比，生產(chǎn)阻力曲線見圖圖1-2生產(chǎn)阻力曲線圖1-1機(jī)器執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動圖３、機(jī)器的運(yùn)動方案分析及選擇3、1 設(shè)計(jì)基本要求設(shè)計(jì)蜂窩煤成型機(jī)構(gòu)，型煤尺寸為生產(chǎn)率為每分鐘72個；沖壓成型時的生產(chǎn)阻力達(dá)到50000N；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間；由于沖頭要產(chǎn)生較大壓力，希望沖壓機(jī)構(gòu)具有增力功能，以增大有效力作用，減小原動機(jī)的功率。3、2原動機(jī)的選擇原動機(jī)做勻速轉(zhuǎn)動，驅(qū)動各執(zhí)行構(gòu)件動作，其中掃煤運(yùn)動可考慮直接用滑塊做主運(yùn)動，以保證運(yùn)動協(xié)調(diào)配合。由于采用集中驅(qū)動，有電動機(jī)到A1原動件的主傳動鏈總傳動比為:再考慮到同類機(jī)器的參數(shù)，在此選用異步電動機(jī)集中驅(qū)動，取:3、3主傳動運(yùn)動方案分析及選擇 執(zhí)行構(gòu)件作往復(fù)直線運(yùn)動，所以主傳動鏈中，需要兩級減速，運(yùn)動分支和將連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動變換為往復(fù)直線運(yùn)動的功能，即可畫出主運(yùn)動鏈的功能框圖1-3。 然后再根據(jù)其他執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動形式和運(yùn)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(xué)矩陣帶傳動機(jī)構(gòu)鏈傳動機(jī)構(gòu)齒輪傳動機(jī)構(gòu)帶傳動機(jī)構(gòu)鏈傳動機(jī)構(gòu)齒輪傳動機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)移動從動件凸輪機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)不完全齒輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)帶傳動機(jī)構(gòu)齒輪齒條機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)綜合以上分析，結(jié)合主要的運(yùn)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(xì)的分析：方案I：主傳動采用帶傳動和鏈傳動，主題機(jī)構(gòu)采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，輔助轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)采用槽輪機(jī)構(gòu)，傳送裝置采用傳送帶。裝配簡圖如圖1-4所示，列出了機(jī)構(gòu)的主要構(gòu)件。圖1-4方案Ⅰ圖1-4方案Ⅰ方案Ⅱ：主傳動采用兩級齒輪機(jī)構(gòu)減速，主體機(jī)構(gòu)雖然可以采用其它機(jī)構(gòu)，但在動力傳動中曲柄滑塊機(jī)構(gòu)較其他機(jī)構(gòu)簡單、合理，所以本方案主體機(jī)構(gòu)仍采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，輔助轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)采用不完全齒輪機(jī)構(gòu)，其他同方案I，各機(jī)構(gòu)的裝配簡圖如圖1-5。圖1-5方案Ⅱ圖1-5方案Ⅱ1）、繪制傳動方案簡圖 結(jié)合功能框圖的傳動路線，考慮到機(jī)構(gòu)和軸線的配置以及一些其他功能，即可繪出機(jī)器的兩種運(yùn)動方案圖。2）、方案Ⅰ、方案Ⅱ的分析比較這兩種方案區(qū)別在于主傳動機(jī)構(gòu)和輔助轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)不同。由《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》（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(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，具有過載保護(hù)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(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)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Ⅱ采用齒輪傳動，結(jié)構(gòu)緊湊，壽命長，效率高，可采用標(biāo)準(zhǔn)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(jī)構(gòu)嚙入嚙出時沖擊較大，設(shè)計(jì)計(jì)算較復(fù)雜，但動停比不受結(jié)構(gòu)限制，尺寸較緊湊，便于布置。根據(jù)以上簡單分析，初步?jīng)Q定采用方案Ⅱ作為機(jī)器的運(yùn)動方案。3）、掃屑機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案分析方案Ⅰ：沖壓機(jī)構(gòu)為偏置曲柄滑塊機(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)。方案Ⅱ：沖壓機(jī)構(gòu)為對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、模筒轉(zhuǎn)盤為槽輪機(jī)構(gòu)、掃屑機(jī)構(gòu)為固定凸輪移動從動件機(jī)構(gòu)。方案Ⅱ方案方案Ⅱ方案Ⅰ兩個方案我們可以用模糊綜合評價(jià)方法來進(jìn)行評估優(yōu)選，最后定方案Ⅱ?yàn)闆_壓式蜂窩煤成型機(jī)的掃屑機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方案。4、機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的尺寸設(shè)計(jì)MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\hSEQMTChap\r1\h、傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸設(shè)計(jì)：圖1-6主體機(jī)構(gòu)的傳動簡圖主傳動機(jī)構(gòu)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=i1×i2=4×5,則z1可取19，，取22，.如下圖1-6所示：圖1-6主體機(jī)構(gòu)的傳動簡圖圖1-7一級減速機(jī)構(gòu)其中：Z1圖1-7一級減速機(jī)構(gòu)其中：Z1=19Z2=76Z3=22Z4=110如圖1-7所示，由上料器的轉(zhuǎn)速可知：則電動機(jī)至上料機(jī)的總傳動比：因此可?。簣D1-7二級減速機(jī)構(gòu)其中：Z圖1-7二級減速機(jī)構(gòu)其中：Z5=21Z6=63Z7=22Z8=110A3，n1=72r/mm由于沖頭和工作盤的運(yùn)動平面相互垂直，主體機(jī)構(gòu)的主動件（曲柄）和輔助轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)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-圖1-8主傳動機(jī)構(gòu)考慮到主體機(jī)構(gòu)與輔助機(jī)構(gòu)應(yīng)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(zhuǎn)速：運(yùn)動有曲柄軸通過齒輪機(jī)構(gòu)傳來，則：即取、主體機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸設(shè)計(jì)由于滑塊沒有行程速比系數(shù)要求，為使機(jī)構(gòu)受力較好，采用對心的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為主體機(jī)構(gòu)，則曲柄長度：為了使機(jī)構(gòu)力學(xué)性能較好，使滑塊運(yùn)動速度波動較小，又考慮到機(jī)器的整體高度，一般?。簞t兩桿長度：考慮到機(jī)器的整體高度，取，如圖1-9所示為傳動角最小時的機(jī)構(gòu)位置簡圖，由此校核最小傳動角，所以：圖1-9主體機(jī)構(gòu)簡圖滿足傳力性能要求。圖1-9主體機(jī)構(gòu)簡圖、掃煤機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸設(shè)計(jì)為了清掃壓頭和推桿下面的煤屑，在此設(shè)計(jì)一掃煤機(jī)構(gòu)，使壓頭離開工作臺時，掃煤桿在壓頭下面往復(fù)掃過，又不能與其它構(gòu)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(yīng)大于滑梁的行程s，其左右方向的高度應(yīng)能使掃屑刷滿足掃除粉煤的活動范圍。用作圖法對此機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖1-10：應(yīng)該滿足關(guān)系式：凸輪的轉(zhuǎn)速應(yīng)該與主體機(jī)構(gòu)的運(yùn)動周期相配合，由主體機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動比，原動機(jī)的轉(zhuǎn)速為1440r/min，可計(jì)算出：圖1-10圖1-10、工作盤轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸的設(shè)計(jì)在此設(shè)計(jì)中，工作盤的轉(zhuǎn)位采用不完全齒輪機(jī)構(gòu)傳動。不完全齒輪的設(shè)計(jì)可參閱《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》（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(jī)構(gòu)采用對心的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，則曲柄要通過Ⅲ、Ⅳ工位的?？字行?，因此不完全齒輪機(jī)構(gòu)的主動齒輪的回轉(zhuǎn)中心也應(yīng)在曲柄的軸線上。由于工作盤每次轉(zhuǎn)動MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\h1/5周，則從動齒輪的齒數(shù)應(yīng)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(jī)構(gòu)運(yùn)動線圖設(shè)計(jì)與分析如圖所示為型煤機(jī)主體機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖，由封閉矢量圖 可得適量方程為： 寫出復(fù)數(shù)形式為 展開后得 求得： 將式子（）對時間求導(dǎo)，求得： 將式子（）對時間求導(dǎo)，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(diǎn)的速度、加速度、位移的值，通過描點(diǎn)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(jī)主體機(jī)構(gòu)運(yùn)動線圖所示。圖1-12型煤機(jī)主體機(jī)構(gòu)運(yùn)動線圖6、機(jī)器運(yùn)動簡圖 根據(jù)以上設(shè)計(jì)分析及有關(guān)的數(shù)值計(jì)算，得到圖1-13所示的機(jī)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(jī)構(gòu)簡圖。圖1-13主體機(jī)構(gòu)簡圖7、感想通過這一星期的機(jī)械課程設(shè)計(jì)，我們感觸良多，這次課程設(shè)計(jì)讓我看到了自己的不足之處，也讓我體會到了課程設(shè)計(jì)的樂趣