機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)蜂窩煤成型機(jī)

1、<p><b>　　一、設(shè)計(jì)題目</b></p><p><b>　　蜂窩煤成型機(jī)</b></p><p>　　1、工作原理及工藝過(guò)程</p><p>　　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于通孔）生產(chǎn)廠的主要生產(chǎn)設(shè)備。它將粉煤加人轉(zhuǎn)盤上的模筒內(nèi)，經(jīng)沖頭沖壓成蜂窩煤。<

2、/p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)蜂窩煤沖壓成型，沖壓式蜂窩煤成型機(jī)必須完成五個(gè)動(dòng)作：</p><p><b>　　1）粉煤加料；</b></p><p>　　2）沖頭將蜂窩煤壓制成型；</p><p>　　3）清除沖頭和出煤盤上積屑的掃屑運(yùn)動(dòng)；</p><p>　　4）將在模簡(jiǎn)內(nèi)的沖壓后的蜂窩煤脫模；<

3、;/p><p>　　5）將沖壓成型的蜂窩煤輸送裝箱。</p><p>　　2、原始設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)要求</p><p>　　1）蜂窩煤成型機(jī)的生產(chǎn)能力：30次／min。</p><p>　　2）驅(qū)動(dòng)電機(jī)：Y180L—8、功率 N=11 kW、轉(zhuǎn)速 n＝710 r／min。</p><p>　　3）沖壓成型時(shí)的生產(chǎn)阻力達(dá)到 105

4、N；</p><p>　　4）為了改善蜂窩煤沖壓成型的質(zhì)量，希望在沖壓后有一短暫的保壓時(shí)間。</p><p>　　5）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(dòng)機(jī)的功率。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)題目的分析</b></p><p><b>　　1、功能分析</

5、b></p><p>　　沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的功能是將粉煤加人轉(zhuǎn)盤上的模筒內(nèi)，經(jīng)沖頭沖壓成蜂窩煤。</p><p>　　設(shè)計(jì)一沖壓式蜂窩煤成型機(jī)沖壓和脫模機(jī)構(gòu)、工作盤的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及掃屑刷機(jī)構(gòu)。</p><p>　　如圖所示，沖頭與脫模盤都與上下移動(dòng)的滑梁連成一體。當(dāng)滑梁上下沖時(shí)，沖頭將粉煤沖壓成蜂窩煤，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

6、沖頭和脫模盤上粘著的粉煤刷掉。模筒轉(zhuǎn)盤上均布了模筒，轉(zhuǎn)盤的間歇運(yùn)動(dòng)時(shí)使加料的模筒進(jìn)入沖壓位置，成型的模筒進(jìn)入脫模位置，空模筒進(jìn)入加料位置。</p><p>　　為改善沖壓質(zhì)量，沖壓后應(yīng)有一段保壓時(shí)間。</p><p>　　為增大沖頭壓力，減小原動(dòng)機(jī)功率，沖壓機(jī)應(yīng)具有增壓功能。</p><p>　　機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案應(yīng)力求簡(jiǎn)單。</p><p>　　

7、蜂窩煤成型機(jī)設(shè)計(jì)原理示意圖</p><p><b>　　2、功能分解</b></p><p>　　設(shè)計(jì)蜂窩煤成型機(jī)，其總功能可分解成以下幾個(gè)工藝動(dòng)作：</p><p>　　1）加料：該動(dòng)作可利用煤粉自重打開料斗的自動(dòng)加料；</p><p>　　2）沖壓成型：要求沖頭上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在沖頭行程的后二分之一進(jìn)行沖壓成型；<

8、;/p><p>　　3）脫模：要求脫模臺(tái)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，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(jié)在上下往復(fù)移動(dòng)的滑梁上；</p><p>　　4）掃屑：要求在沖頭、脫模盤上向上移動(dòng)過(guò)程中用掃屑刷將煤粉掃除；</p><p>　　5）模筒轉(zhuǎn)模間歇轉(zhuǎn)動(dòng)：以完成沖壓、脫模、加料三個(gè)工位的轉(zhuǎn)換；</p><p>　　6）輸送：將成型的煤

9、餅脫落后落在運(yùn)輸帶上送出成品，以便裝箱待用。</p><p>　　得出如下所示的功能圖：</p><p>　　該機(jī)主要由四個(gè)機(jī)構(gòu)組成：沖壓、脫模往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、掃屑機(jī)構(gòu)、模筒轉(zhuǎn)模間歇轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 </p><p><b>　　3、運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖</b></p><p>　　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、

10、掃屑刷、模筒轉(zhuǎn)盤三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的先后順序、相位，以利于對(duì)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、裝配和調(diào)試。</p><p>　　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)表示執(zhí)行構(gòu)件的位移起迄位置。</p><p>　　如右圖所示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

11、成，使間歇傳動(dòng)在沖壓以前完成。要求掃屑刷在沖頭回程后半段至工作行程前半段完成掃屑動(dòng)作。</p><p><b>　　4、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型</b></p><p>　　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)，可以選擇如下表格的常用機(jī)構(gòu)，此表格又稱之為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形態(tài)學(xué)矩陣。</p><p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形態(tài)學(xué)矩陣<

12、/p><p>　　1)導(dǎo)桿-滑塊機(jī)構(gòu) 2)附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu) 3)固定凸輪移動(dòng)滾子從動(dòng)件機(jī)構(gòu)</p><p>　　5、機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案確定</p><p>　　由小組的三套個(gè)人設(shè)計(jì)方案，我們按給定條件、各機(jī)構(gòu)的相容性和盡量使機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單等要求來(lái)確定最佳方案。</p><p><b>　　確定最終方案

13、為：</b></p><p>　　沖壓機(jī)構(gòu)為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、模筒轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)為不完全齒輪機(jī)構(gòu)、掃屑機(jī)構(gòu)為導(dǎo)桿-滑塊機(jī)構(gòu)。</p><p><b>　　6、尺寸的計(jì)算</b></p><p>　　電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n電=710r/min,蜂窩煤成型機(jī)的生產(chǎn)能力是30次/min, 型煤的尺寸Φ × h = 100(mm)×7

14、5(mm)。沖頭的運(yùn)動(dòng)參數(shù)取決于生產(chǎn)能力，故取n沖=30次/min?？紤]到?jīng)_壓前后料煤的高度與型煤的高度之比大約為2:1，工作轉(zhuǎn)盤H=2h=150mm為使模筒轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)位速度不致太高，設(shè)沖頭在模筒轉(zhuǎn)盤內(nèi)和轉(zhuǎn)盤外的位移相等，及沖頭的行程為H沖=300mm.</p><p>　　沖頭的運(yùn)動(dòng)與模筒轉(zhuǎn)盤的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)配合，模筒轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，沖頭必須在模筒轉(zhuǎn)盤外，其運(yùn)動(dòng)參數(shù)n盤=30r/min。</p><p&g

15、t;　　原動(dòng)機(jī)作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)各執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)，其中掃屑刷的運(yùn)動(dòng)直接利用滑塊作主動(dòng)件，以保證運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)配合。。</p><p>　　由電動(dòng)機(jī)到曲柄的主傳動(dòng)鏈總傳動(dòng)比i總=n電/n沖=71/3=23.67，執(zhí)行構(gòu)件滑塊(沖頭)作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　1)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì)</p><p>　　電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高，需經(jīng)過(guò)降速后傳動(dòng)至主軸，則在電動(dòng)機(jī)與主軸之間安

16、裝一變速器使主軸的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)?0r/min。</p><p>　　沖頭和模筒轉(zhuǎn)盤的運(yùn)動(dòng)平面相互垂直，沖壓機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件曲柄和輔助轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件不完全齒輪的軸線相互垂直，因而設(shè)置了圓錐齒輪傳動(dòng)，主體機(jī)構(gòu)與輔助機(jī)構(gòu)同步運(yùn)行，故圓錐齒輪的齒數(shù)均相等，以保證轉(zhuǎn)速。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的相關(guān)運(yùn)動(dòng)尺寸見總體機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。</p><p>　　2）沖壓機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì)</p><p>

17、;　　由于滑塊沒(méi)有行程速比系數(shù)要求，為使機(jī)構(gòu)受力較好、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，采用了對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為主體機(jī)構(gòu)，則曲柄長(zhǎng)度r=H沖/2=300/2=150mm。考慮機(jī)構(gòu)的傳力性能，使滑塊運(yùn)動(dòng)速度波動(dòng)較小，連桿系數(shù)λ的范圍應(yīng)在到之間，故取λ==0.1875，得曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的連桿長(zhǎng)度為L(zhǎng)=800mm。交合最小傳動(dòng)角γ=λ=0.1875=79.19°。與沖壓機(jī)構(gòu)的相關(guān)運(yùn)動(dòng)尺寸見總體機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖與設(shè)計(jì)圖Ⅰ。</p><p>

18、;　　3）模筒轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì)</p><p>　　模筒轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用不完全齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)。模筒轉(zhuǎn)盤整體機(jī)構(gòu)的相關(guān)運(yùn)動(dòng)尺寸見總體機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及設(shè)計(jì)圖Ⅱ。</p><p>　　4）掃屑機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì)</p><p>　　為了清掃沖頭和脫模盤下面的煤屑，需要設(shè)計(jì)掃屑機(jī)構(gòu)，使沖頭離開模筒轉(zhuǎn)盤后，掃屑桿在沖頭下面往復(fù)掃過(guò)，又不與其它擊鼓相接觸碰撞。掃屑桿的

19、長(zhǎng)度要保證其能在沖頭下面掃過(guò)。方案中選用了導(dǎo)桿-滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)掃屑機(jī)構(gòu)。</p><p>　　依據(jù)滑塊的行程要求及沖壓機(jī)構(gòu)的尺寸限制，即為了清掃沖頭和脫模盤下面的煤屑， 掃屑桿的長(zhǎng)度要保證掃屑刷能在掃屑刷下面掃過(guò)，且導(dǎo)桿所采用的斜面形狀在鉛垂方向上的高度應(yīng)不小于滑梁的行程。確定斜面形狀在鉛垂方向上的高度Hθ=360mm>H沖=300mm</p><p>　　由圖示，要使掃屑機(jī)構(gòu)正常運(yùn)行

20、：</p><p><b>　　≥=2.133</b></p><p><b>　　θ==64.885</b></p><p><b>　　則取θ=65°</b></p><p>　　l=50+270+150=420mm</p><p><

21、;b>　　令e=20mm</b></p><p>　　L=l+e=440mm</p><p>　　另外掃屑刷的長(zhǎng)度直接選定為500mm。</p><p>　　與掃屑機(jī)構(gòu)相關(guān)的運(yùn)動(dòng)尺寸亦見于總機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。</p><p>　　5）送料機(jī)構(gòu)及輸送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　送料機(jī)構(gòu)的成果設(shè)計(jì)見于設(shè)計(jì)

22、圖Ⅳ。</p><p>　　輸送機(jī)構(gòu)安置在變向齒輪的主軸上，在脫?？卓诘恼路诫S曲柄軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速n帶=30r/min。</p><p>　　7、蜂窩煤成型機(jī)的飛輪設(shè)計(jì)</p><p>　　已知飛輪的近似計(jì)算公式：</p><p><b>　　JF==2 </b></p><p>　　下圖表示

23、沖壓阻力的近似變化規(guī)律。驅(qū)動(dòng)力應(yīng)為定值。</p><p><b>　　則可求出驅(qū)動(dòng)力為：</b></p><p>　　Fd=[(2πR-πR)×105]/2ΠR=12500 N</p><p><b>　　最大盈虧功ΔW：</b></p><p>　　ΔW=×(105-12500

24、)×πR=×(105-12500)×π×150×10-3=9015.23 N·m</p><p>　　同時(shí)，取[δ]=0.15,飛輪安裝在曲柄的軸上，有n=30r/min。</p><p><b>　　則有：</b></p><p>　　JF= = 2 = 900×9015.

25、23/[0.15×(30π)2]</p><p>　　=6095.7 kg·m2</p><p>　　增加飛輪之后，由于飛輪能儲(chǔ)存和釋放能量，可使蜂窩煤成型機(jī)所需電動(dòng)機(jī)功率減小，其電動(dòng)機(jī)功率約為：</p><p>　　P=Fd·? = 12500× =5887.5 W ≈5.9 Kw</p><p>　

26、　而采用的電機(jī)的功率為11kW，沒(méi)有考慮附加飛輪，只是從克服短時(shí)沖壓力較大的需要設(shè)想。</p><p>　　三、蜂窩煤成型機(jī)各部件名稱以及動(dòng)作說(shuō)明</p><p>　　蜂窩煤成型機(jī)各部件名稱、尺寸以及動(dòng)作說(shuō)明見于蜂窩煤成型機(jī)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。</p><p><b>　　四、參考書目</b></p><p>　　鄒慧君主編，《

27、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》，高等教育出版社，1998.6</p><p>　　孫恒、陳作模、葛文杰主編，《機(jī)械原理》，高等教育出版社，2006.5</p><p>　　張永安主編，《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》，高等教育出版社，1995</p><p>　　楊黎明、楊志勤主編，《機(jī)構(gòu)選型與運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)》，國(guó)防工業(yè)出版社，2007.6</p><p>　?。?/p>

28、孟憲源、姜琪主編.機(jī)構(gòu)構(gòu)型與應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社，2004</p><p><b>　　五、個(gè)人心得體會(huì)</b></p><p>　　在這學(xué)期最后為期兩周的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)課程中，是我們本學(xué)期最為漫長(zhǎng)卻又最為短暫的兩周。</p><p>　　說(shuō)它漫長(zhǎng)是因?yàn)閺睦蠋煱言O(shè)計(jì)題目給我們到我們自行設(shè)計(jì)并最終完成它是一個(gè)相對(duì)漫長(zhǎng)的過(guò)程。其間遇到太多不解和難

29、題，還要考慮周全，充分發(fā)揮發(fā)散思維、創(chuàng)新思維，以及組員的不同分工和相互配合，同時(shí)在考驗(yàn)我們的團(tuán)隊(duì)精神，所以說(shuō)在這一個(gè)相對(duì)比較漫長(zhǎng)的過(guò)程中，不僅需要我們的綜合素質(zhì)良好，更加培養(yǎng)和鍛煉了我們?cè)趧?chuàng)新設(shè)計(jì)方面的綜合素質(zhì)。</p><p>　　再者，說(shuō)它短暫，是因?yàn)樵趦H僅兩周的時(shí)間設(shè)計(jì)一個(gè)比較完善和性能優(yōu)良的機(jī)器出來(lái)是比較困難的，畢竟所學(xué)所知的有限限制了設(shè)計(jì)的機(jī)器的性能。雖然是生活中的一些運(yùn)用實(shí)例，但由于初次接觸與設(shè)計(jì)相關(guān)

30、的內(nèi)容，難免會(huì)舉棋不定、不知所措，缺乏常識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有比較系統(tǒng)和完善的設(shè)計(jì)方案。所以在匆忙之中更顯兩周時(shí)間的短暫。</p><p>　　不論時(shí)間是短暫還是漫長(zhǎng)，在這兩周的設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅讓我們把自己所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到了實(shí)際生活中，充分利用了所學(xué)的機(jī)械原理的相關(guān)知識(shí)，也讓我深刻體會(huì)到團(tuán)體分工與合作的重要性，因?yàn)樵诮窈蟮膶W(xué)習(xí)和工作中，但靠我們自己個(gè)人的力量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須積聚大家的智慧，才能創(chuàng)造出優(yōu)秀的令大眾滿意的好