《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(chǎn)廠的主要生產(chǎn)設備，這種設備具有結(jié)構(gòu)合理、成型性能好、經(jīng)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(zhuǎn)盤的模筒內(nèi)，經(jīng)沖頭沖壓成蜂窩煤。為了實現(xiàn)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(nèi)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(shù)據(jù)(1)蜂窩煤成型機的生產(chǎn)能力：30次/min。(2)如圖1所示，沖頭、脫模盤

2、、掃屑刷、模筒轉(zhuǎn)盤的相互位置關(guān)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(zhuǎn)盤上均布了煤筒，轉(zhuǎn)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(zhì)量，希望沖壓機構(gòu)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s300mm，連桿系數(shù)R0.157。L(5)驅(qū)動電機目前采用Y180L-8型，其功率N=11kW轉(zhuǎn)速n=730r/min。(6)機械運動方案應力求簡單。1.模筒轉(zhuǎn)盤；2.滑梁；3.沖頭

3、;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(gòu)、掃屑機構(gòu)、模筒轉(zhuǎn)盤間歇運動機構(gòu)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(gòu)運動參數(shù)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(gòu)或執(zhí)行機構(gòu)進行尺寸計算。二、工作原理和工藝動作分解根據(jù)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

4、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(zhuǎn)模間歇運動：以完成沖壓、脫模、加料三個工位的轉(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。以上六個動作，加料和輸送的動作比較簡單，暫時不予考慮，沖壓和脫模可用一個機構(gòu)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(gòu)、掃屑機構(gòu)和模筒轉(zhuǎn)盤的間歇轉(zhuǎn)動機構(gòu)這三個機構(gòu)的選型和設計問題。三、根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖對于沖壓式蜂窩煤成型機構(gòu)運出循環(huán)圖主要是確定沖壓和脫模盤、掃屑刷、模筒轉(zhuǎn)盤三個執(zhí)

5、行構(gòu)件的先后順序、相位，以利于各執(zhí)行機構(gòu)的設計、裝配和調(diào)試。沖壓式蜂窩煤成型機的沖壓機構(gòu)為主機構(gòu)，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(gòu)的位移起止位置。表1表示沖壓式蜂窩煤成型機構(gòu)三個執(zhí)行機構(gòu)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(zhuǎn)角分配0°180°180°360°沖頭和脫模盤機工作行程回程構(gòu)模筒轉(zhuǎn)盤機構(gòu)工作行程停止工作行程掃屑刷機構(gòu)掃屑運動回程掃屑運動主動件轉(zhuǎn)角分配0°90°90°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(zhuǎn)盤的工作行

6、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(gòu)的選型根據(jù)沖頭和脫模盤、模筒轉(zhuǎn)盤、掃屑刷這三個執(zhí)行構(gòu)件動作要求和結(jié)構(gòu)特點，可以選擇表2所列的常用機構(gòu)，這一表格又可稱為執(zhí)行機構(gòu)的形態(tài)學矩陣。表2執(zhí)行機構(gòu)的形態(tài)學矩陣沖頭和脫模機構(gòu)對心曲柄滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)六桿沖壓機構(gòu)掃屑刷機構(gòu)附加滑塊搖桿機構(gòu)固定凸輪移動從動機構(gòu)模筒轉(zhuǎn)盤間歇運動機構(gòu)槽輪機構(gòu)不完全齒輪機構(gòu)凸輪式間歇運動機構(gòu)圖2表示附加滑塊搖桿機構(gòu)，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(gòu)運動

7、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(gòu)運動形式2五、機械運動方案的選擇和評定根據(jù)表2的三個執(zhí)行機構(gòu)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(shù)為N= 3X2X3=18現(xiàn)在可以按給定條件、各機構(gòu)的相容性和盡量使機構(gòu)簡單等要求來選擇方案。在此可選定兩個結(jié)構(gòu)比較簡單的方案，如下所述。方案一：沖壓機構(gòu)為對心曲柄滑塊機構(gòu)，模筒轉(zhuǎn)盤機構(gòu)為槽輪機構(gòu)，掃屑機構(gòu)為固定凸輪移動從動件機構(gòu)。方案二：沖壓機構(gòu)為偏置曲柄滑塊機構(gòu)，模筒轉(zhuǎn)盤機構(gòu)為不完全齒輪機構(gòu)，掃屑機構(gòu)為附加滑塊搖桿機構(gòu)。兩個方案可用模糊綜合評價方法來

8、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(gòu)可以選為對心曲柄滑塊機構(gòu)；模筒轉(zhuǎn)盤機構(gòu)可以選為槽輪機構(gòu)，因為槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)位；掃屑機構(gòu)可選為固定凸輪移動從動件機構(gòu)，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(gòu)的機械運動方案。六、機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構(gòu)根據(jù)選定的驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速和沖壓式蜂窩煤成型機的生產(chǎn)能力，可知其機械傳動系統(tǒng)的總傳動比為機械傳動系統(tǒng)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(gòu)的形式及機械傳動

9、系統(tǒng)，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(gòu)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(tǒng)、三個執(zhí)行機構(gòu)的組合。如果再加上加料機構(gòu)和輸送機構(gòu)，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(gòu)的尺寸設計計算以及機器的總體設計。八、對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)進行尺寸計算為了實現(xiàn)具體的運動要求，必須對帶傳動、齒輪傳動、曲柄滑塊機構(gòu)（沖壓機構(gòu)）、槽輪機構(gòu)（模筒轉(zhuǎn)盤間歇運動機構(gòu)）和掃屑凸輪機構(gòu)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Ka1.4,則(2)選擇帶的

10、型號。由Pc及主動輪轉(zhuǎn)速ni,由有關(guān)線圖選擇V帶型號為C型V帶。(3)確定帶輪節(jié)圓直徑di和d2。取di200mm,則(4)確定中心距a0即821.24mma02348.4mm。(5)確定V帶根數(shù)z2 .齒輪傳動計算取齒輪的壓力角20o,zi22,Z2i22522110,按鋼制齒輪進行強度計算，其模數(shù)m5mmo則分度圓直徑分別為齒頂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(guān)公式計算出。3 .曲柄滑塊機構(gòu)計算已知沖壓式蜂窩煤成型機的滑梁行程s300mm,連桿系數(shù)-0.157,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

11、構(gòu)中滑梁(滑塊)的速度和加速度。取i10mm/mm,曲柄逆時針旋轉(zhuǎn)，當轉(zhuǎn)角為45°時，按比例精確作曲柄滑塊機構(gòu)的運動簡圖，如圖5所示圖5曲柄滑塊機構(gòu)運動簡圖因為桿1（曲柄）的轉(zhuǎn)速為30r/min,且方向為逆時針旋轉(zhuǎn)，故桿1的角速度為i2ni/6023.1430/603.14rad/s,方向為逆時針旋轉(zhuǎn)。B點的速度為VbiIab3.140.150.471m/s,方向為垂直于桿1且指向向上。B點的加速度為aB12Iab3.1420.151.479m/s2,方向由B指向A。下面求C點的速度及加速度。對于桿2,VCVBVCB方向C一A±ABt±BC大小?0.471?取V0

12、.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/soVCB340.010.34m/s。因此，桿2的角速度和法向加速度分別為Vcb0.342Ibc 0.9550.356rad/s,方向為順時針方向。aCB2lBC0.35620.9550.121m/s2,方向由C指向B。對于桿2,a C a B a CBa CB方向C-AB-AC-B±BCt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2aC1050.011.05m/s。因此，當曲柄轉(zhuǎn)角為45°時，滑塊3的速度為0.37m/s,加速度為1.05m/s2。4 .槽輪機構(gòu)計算(1)槽數(shù)z。按工位數(shù)要求選定為6。(2)中心距a。按結(jié)構(gòu)情況確定a300mm。(3)圓銷半徑r。按結(jié)構(gòu)情況確定r30mmo2(4)槽輪每次轉(zhuǎn)位時主動件的轉(zhuǎn)角2180(12)120。z(5)