蜂窩煤成型機(jī)設(shè)計(jì)

中國礦業(yè)大學(xué)（北京）20XX屆機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)機(jī)械學(xué)院機(jī)械課程設(shè)計(jì)題目：蜂窩煤成型機(jī)設(shè)計(jì)姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)：年級(jí)：指導(dǎo)教師：完成日期：

一設(shè)計(jì)題目1.1設(shè)計(jì)目的…………11.2設(shè)計(jì)題目…………11.3設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)要求……………2二執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)2.1功能分解與工藝動(dòng)作分解………32.2方案選擇與分析…………………32.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形成…………………152.4機(jī)構(gòu)組合方案的確定……………172.5執(zhí)行機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)………………182.6運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖………232.7機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)簡圖……25三傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3.1傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)……………………263.2電動(dòng)機(jī)的選擇……………………273.3傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和各級(jí)傳動(dòng)比分配………283.4傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算………………29一緒論1.1設(shè)計(jì)目的本設(shè)計(jì)題目是蜂窩煤成型機(jī)構(gòu)，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(huì)出現(xiàn)許多不能及時(shí)清理的煤屑，造成工作環(huán)境的相對(duì)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(dòng)的能耗以及電動(dòng)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)的許多地方牽涉到了機(jī)械傳動(dòng)以及齒輪傳動(dòng)的知識(shí)，因此本課題設(shè)計(jì)的另一目的在于，進(jìn)一步鞏固并靈活運(yùn)用所學(xué)相關(guān)知識(shí)；培養(yǎng)應(yīng)用所學(xué)過的知識(shí)，獨(dú)立解決工程實(shí)際問題的能力，使對(duì)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)(機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖設(shè)計(jì))有一個(gè)完整的概念，并培養(yǎng)具有初步的機(jī)構(gòu)選型、組合和確定運(yùn)動(dòng)方案的能力，提高我們進(jìn)行創(chuàng)造性設(shè)計(jì)、運(yùn)算、繪圖、表達(dá)、運(yùn)用計(jì)算機(jī)和技術(shù)資料諸方面的能力，以及利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法解決工程問題的能力，以得到一次較完整的設(shè)計(jì)方法的基本訓(xùn)練。1.2工作原理本課題設(shè)計(jì)了蜂窩煤成型機(jī)沖壓和脫模機(jī)構(gòu)、工作盤的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及掃屑機(jī)構(gòu)。該成型機(jī)工作如圖所示：圖1蜂窩煤成型機(jī)設(shè)計(jì)原理示意圖沖頭與脫模盤都與上下移動(dòng)的滑梁連成一體，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)盤上均布了模筒，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。1.3設(shè)計(jì)參數(shù)二、執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1功能分解與工藝動(dòng)作分解1)功能分解為了實(shí)現(xiàn)蜂窩煤成型機(jī)的總功能，將功能分解為：加料功能、沖壓成型功能、脫模功能、掃屑功能、工作盤簡間歇轉(zhuǎn)動(dòng)功能、輸送功能。2)工藝動(dòng)作過程根據(jù)上述分析，工藝動(dòng)作有以下六個(gè)動(dòng)作：（1）加料：這一動(dòng)作可利用煤粉的重力打開料斗自動(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)過程中用掃屑刷將煤粉掃除；（5）工作盤間歇轉(zhuǎn)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。2.2方案選擇與分析一、沖壓和脫模機(jī)構(gòu)(上下移動(dòng))方案1方案2方案3方案4方案5方案6方案7方案8方案9方案10方案11方案12方案13方案14方案15方案16方案17方案18方案19方案20方案1至9為連桿機(jī)構(gòu)；方案10至12為凸輪機(jī)構(gòu)；方案13至16為齒輪齒條機(jī)構(gòu)；方案17至20為組合機(jī)構(gòu)。表1沖壓機(jī)構(gòu)部分運(yùn)動(dòng)方案定性分析形形態(tài)性能特點(diǎn)連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)齒輪齒條機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度高較高高行程大小取決于曲柄尺寸小可任意可調(diào)程度可調(diào)調(diào)節(jié)困難可調(diào)動(dòng)力性能平衡困難取決于凸輪形狀好簡單性不太簡單簡單簡單，但一般齒輪須擺動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)齒條往復(fù)移動(dòng)機(jī)械效率一般一般較高承載能力高較低較高其他特性有急回特性可實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動(dòng)規(guī)律傳動(dòng)平穩(wěn)結(jié)合表1可知，方案1為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，易加工且具增力作用；方案6至9為六桿機(jī)構(gòu)行程??；凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，但易磨損且傳力?。积X輪齒條機(jī)構(gòu)傳動(dòng)準(zhǔn)確、效率高、壽命長，但加工裝配難；組合機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。綜上所述，初選方案1，方案9，方案17。二、工作盤間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案1槽輪機(jī)構(gòu)方案2外嚙合棘輪機(jī)構(gòu)方案3摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)方案4外嚙合不完全齒輪機(jī)構(gòu)方案5不完全齒輪齒條機(jī)構(gòu)方案6圓柱凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案1結(jié)構(gòu)簡單，效率高，但轉(zhuǎn)角不可太小，有沖擊；方案2、3制造方便，轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確，但易引起沖擊磨損；方案4、5從動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)角范圍大但加工復(fù)雜，會(huì)引起剛性沖擊。方案6結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，但精度要求高，加工復(fù)雜，安裝調(diào)整困難。綜合考慮，初選方案1，方案4，方案6。三、掃屑機(jī)構(gòu)方案1附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu)方案2固定凸輪移動(dòng)滾子從動(dòng)件機(jī)構(gòu)方案3固定凸輪移動(dòng)滑塊從動(dòng)件機(jī)構(gòu)方案1工作平穩(wěn)，但尺寸較大；方案2運(yùn)動(dòng)性能較差，且易磨損；方案3各方面性能較好。掃屑機(jī)構(gòu)以上三方案性能相差不大，均可待選。2.3執(zhí)行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的形成方案I:沖壓機(jī)構(gòu)為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)模筒轉(zhuǎn)盤為槽輪機(jī)構(gòu)掃屑機(jī)構(gòu)為導(dǎo)桿-滑塊機(jī)構(gòu)適當(dāng)選擇沖壓機(jī)構(gòu)中A點(diǎn)軌跡和確定機(jī)構(gòu)尺寸，可保證構(gòu)件具有急回，運(yùn)動(dòng)和工作段近于勻速的特性，并可使機(jī)構(gòu)工作段壓力角盡可能小。根據(jù)工位要求確定槽輪相關(guān)參數(shù)，可滿足工作盤間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。導(dǎo)桿-滑塊機(jī)構(gòu)上下方向長度應(yīng)大于滑梁行程，其左右高度應(yīng)能使掃屑刷滿足掃除粉煤活動(dòng)范圍。方案II:沖壓機(jī)構(gòu)為六桿機(jī)構(gòu)模筒轉(zhuǎn)盤為不完全齒輪機(jī)構(gòu)掃屑機(jī)構(gòu)為固附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu)六桿機(jī)構(gòu)雖具有增力作用，但行程較小，需調(diào)整各桿尺寸才能滿足滑梁行程要求。不完全齒輪機(jī)構(gòu)是由普通齒輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化而成的一種間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。它與普通齒輪的不同之處是輪齒不布滿整個(gè)圓周。不完全齒輪機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輪上只有一個(gè)或幾個(gè)輪齒，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)時(shí)間與停歇時(shí)間的要求，在從動(dòng)輪上有與主動(dòng)輪輪齒相嚙合的齒間。兩輪輪緣上各有鎖止弧(見方案4圖)，在從動(dòng)輪停歇期間，用來防止從動(dòng)輪游動(dòng)，并起定位作用。附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu)，滿足運(yùn)動(dòng)變化條件，且工作平穩(wěn)，效率較高，成本較低但運(yùn)動(dòng)尺寸較大。方案III:沖壓機(jī)構(gòu)為凸輪-連桿機(jī)構(gòu)模筒轉(zhuǎn)盤為圓柱凸輪間歇運(yùn)動(dòng)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)凸輪-連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)與前兩個(gè)方案相比較為復(fù)雜，且凸輪部分磨損較大，連桿部分為多桿，為滿足行程要求需占較大尺寸。圓柱凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)精度要求高，安裝調(diào)整均有較大難度。固定凸輪移動(dòng)從動(dòng)件機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)架的要求較高，工作平穩(wěn)性較差。且滾子磨損較大，壽命短。2.4機(jī)構(gòu)組合方案的確定經(jīng)過前述方案評(píng)價(jià)可知，方案I結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，成本低廉，經(jīng)久耐用，維護(hù)容易，操作方便。所以確定該方案是上述三個(gè)方案中最為合理的方案。2.5執(zhí)行機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)（1）偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)計(jì)算已知滑梁行程S=300mm,行程速比系數(shù)k=1.5(θ=180°×(k-1)/(k+1)=180°×(1.5-1)/(1.5+1)=36°)。過C1N⊥C1C2。再過C2作∠C1C2M=90°-θ=54°,C1N和C2M交于P。最后以C2P為直徑作圓，則此圓周上任意一點(diǎn)與C1、C2連線夾角均為θ=36°。在圓周上任取曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)中心A，由圖可知，曲柄與連桿重疊共線和拉直共線的2個(gè)位置AC1和AC2。則:AC1=B1C1-AB1AC2=AB2+B2C2解得：AB=（AC2-AC1）/2=C2E/2（線段C2E可由以A為圓心，AC1為半徑作弧與AC2交點(diǎn)E求得）。經(jīng)測量得：AB=125mmBC=295mme=140mm已知生產(chǎn)率為18塊/min。因?yàn)榍D(zhuǎn)一周，滑塊完成一個(gè)沖壓運(yùn)動(dòng)周期，生產(chǎn)1塊蜂窩煤。所以曲柄轉(zhuǎn)速為18r/min，即曲柄角速度為1.884rad/s。以上軟件分析表明，所設(shè)計(jì)的偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角為26°（而為了保證良好的傳力性能，通常應(yīng)使最小傳動(dòng)角不小于40°），即壓力角過大，又蜂窩煤成型機(jī)沖壓機(jī)構(gòu)對(duì)急回特性并無特殊要求，所以決定將該機(jī)構(gòu)改為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。改（1）對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)計(jì)算因?yàn)镾=300mm，所以，曲柄長AB=S/2=150mm。取最小傳動(dòng)角為75°，即最大壓力角為15°.圖解法如下：在水平線MN上任取一點(diǎn)A。以A為圓心，150mm為半徑作圓，交MN于B1、B2兩點(diǎn)。過A作AB⊥MN交圓A于B點(diǎn)。作∠ABC=75°，交MN于C點(diǎn)。測得BC=580mm,即為連桿長。在MN上截取B1C1=B2C2=BC,得滑塊兩極限位置C1、C2。以下為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及動(dòng)態(tài)仿真圖：（2）槽輪機(jī)構(gòu)計(jì)算槽數(shù)z按工位要求本應(yīng)選為5，但z增大，k也隨之增大，運(yùn)動(dòng)時(shí)間tf增加，不利于工作。所以為提高工作效率，希望減小k,即減小z(工位數(shù)不夠，可在傳動(dòng)鏈中加入與間歇轉(zhuǎn)動(dòng)部分所需工位數(shù)相適應(yīng)的減速齒輪來達(dá)到)，最終選定z=4（減速齒輪傳動(dòng)必i=4/5）。槽輪每次轉(zhuǎn)位時(shí)主動(dòng)件轉(zhuǎn)角

2α=180°×（z-2）/z=180°×（4-2）/4=90°槽間角2β=360°/z=360°/4=90°動(dòng)停比k=td/tt=(z-2)/(z+2)=(4-2)/(4+2)=1/3圓銷數(shù)n=1由結(jié)構(gòu)情況確定中心距a=300mm圓銷半徑r=30mm所以，主動(dòng)件圓銷中心半徑R1=asinβ=300×sin45°≈212mmR1與a的比值λ=R1/a=212/300≈0.7槽輪外圓半徑R2=[(acosβ)2+r2]1/2=[(300cos45°)2+302]1/2≈214mm槽輪槽深h≥a(λ+cosβ-1)+r=300×(0.7+cos45°-1)+30≈152.1mm取h=153mm(3)導(dǎo)桿-滑塊機(jī)構(gòu)計(jì)算依據(jù)滑塊的行程要求以及沖壓機(jī)構(gòu)的尺寸限制，選取掃屑機(jī)構(gòu)尺寸如下：導(dǎo)桿鉛垂方向高度H=375mm，傾角arctg(500/150)≈73°掃屑刷桿長L=550mm2.6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)（即橫坐標(biāo)表示各執(zhí)行構(gòu)件位置），縱坐標(biāo)表示各執(zhí)行構(gòu)件的位移起止位置。表2和圖2均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)過程。沖壓過程分為沖程和回程。帶有?？椎霓D(zhuǎn)盤工作行程在沖頭程后半段和沖程前半段完成，使間歇轉(zhuǎn)動(dòng)在沖壓之前完成。掃屑運(yùn)動(dòng)在沖頭回程后半段和沖程前半段完成。表2沖壓式蜂窩煤成型機(jī)運(yùn)動(dòng)循環(huán)表主動(dòng)件轉(zhuǎn)角分配0°－180°180°－360°沖頭和脫模盤機(jī)構(gòu)工作行程回程主動(dòng)件轉(zhuǎn)角分配0°－90°90°－270°270°－360°模筒轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)工作行程停止工作行程掃屑刷機(jī)構(gòu)掃屑運(yùn)動(dòng)回程掃屑運(yùn)動(dòng)圖2蜂窩煤成型機(jī)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖2.7機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)簡圖電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶輪機(jī)構(gòu)，帶輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)，齒輪機(jī)構(gòu)分別驅(qū)動(dòng)沖壓曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和分度槽輪機(jī)構(gòu)，沖壓機(jī)構(gòu)的沖頭驅(qū)動(dòng)掃屑機(jī)構(gòu)。三、傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3.1傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)位于原動(dòng)機(jī)和執(zhí)行系統(tǒng)之間，將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)。除進(jìn)行功率傳遞，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)能克服阻力做功外，它還起著如下重要作用：實(shí)現(xiàn)增速、減速或變速傳動(dòng)；變換運(yùn)動(dòng)形式；進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的合成和分解；實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng)和較遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)是機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的重要組成部分。當(dāng)完成了執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和原動(dòng)機(jī)的預(yù)選型后，即可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需要的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力條件及原動(dòng)機(jī)的類型和性能參數(shù)，進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。在保證實(shí)現(xiàn)機(jī)器的預(yù)期功能的條件下，傳動(dòng)環(huán)節(jié)應(yīng)盡量簡短，這樣可使機(jī)構(gòu)和零件數(shù)目少，滿足結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，降低制造和裝配費(fèi)用，提高機(jī)器的效率和傳動(dòng)精度。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書中所規(guī)定的功能要求，執(zhí)行系統(tǒng)對(duì)動(dòng)力、傳動(dòng)比或速度變化的要求以及原動(dòng)機(jī)的工作特性，選擇合適的傳動(dòng)裝置類型。根據(jù)空間位置、運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞路線及所選傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)特點(diǎn)和適用條件，合理擬定傳動(dòng)路線，安排各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的先后順序，完成從原動(dòng)機(jī)到各執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的傳動(dòng)系統(tǒng)的總體布置方案。機(jī)械系統(tǒng)的組成為：原動(dòng)機(jī)→傳動(dòng)系統(tǒng)(裝置)→工作機(jī)（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）原動(dòng)機(jī)：Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)；傳動(dòng)系統(tǒng)(機(jī)構(gòu))：常用的減速機(jī)構(gòu)有齒輪傳動(dòng)、行星齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、皮帶傳動(dòng)、鏈輪傳動(dòng)等，根據(jù)運(yùn)動(dòng)簡圖的整體布置和各類減速裝置的傳動(dòng)特點(diǎn)，選用二級(jí)減速。第一級(jí)采用皮帶減速，皮帶傳動(dòng)為柔性傳動(dòng)，具有過載保護(hù)、噪音低、且適用于