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1、11.前言蜂窝煤在我国城镇广泛使用。蜂窝煤长期以来在我国城镇乡村中广泛使用，现虽然基本上人家都在用电了，但是还是有很多人家离不开烧煤！而现在已发明环保节能型蜂窝煤，燃烧无毒、无味、无黑烟。所以市场上对这种既环保又节能的蜂窝煤的需求量日趋加大很大。质量高的蜂窝煤有抗压性强、外观平整光滑、薄厚一致、孔距分布合理、燃烧充分良好的特点，这就对蜂窝煤成型机提出了要求。由于现今社会中人们对能源的利用还很有限，而且现今人民的环保意识也有所加强；但浪费能源的现象却仍然很普遍，而煤炭又属不可再生资源，故加强对煤炭资源的充分利用已迫在眉睫。故本文着重改进蜂窝煤成型机的冲压成型和工位转换，务求以高效、方便为中心来进
2、行。2.蜂窝煤成型机设计要求和功能分析2.1. 蜂窝煤成型机设计要求和设计参数（1）蜂窝煤成型机的生产能力：30 次/min；（2）驱动电机：Y180L8、功率 N=11 kw、转速 n730 r/min；（3）如图 2-1 所示位冲头 3、脱模盘 5、扫屑刷 4、模筒转盘 1 的相互位置情况。实际上冲头与脱模盘都与上下移动的滑梁 2 连成一体，当滑梁下冲时冲头将煤粉压成蜂窝煤，脱模盘将已压成的蜂窝煤脱模。在滑梁上升过程中扫屑刷将刷除冲头和脱模盘上粘附的煤粉。模筒转盘上均布了模筒，转盘的间歇运动使加料后的模筒进入加压位置、成型后的模筒进入脱模位置、空的模筒进入加料位置；（4）为改善蜂窝煤成型机
3、的质量，希望在冲压后有一短暂的保压时间；（5）由于同时冲两只煤饼时的冲头压力较大，最大可达 50000N，其压力变化近似认为在冲程的一半进入冲压，压力呈线性变化，由零值至最大值。因此，希望冲压机构具有增力功能，以减小机器的速度波动和减小原动机的功率；（6）机械运动方案应力求简单。图 2-1 运动简图22.2蜂窝煤成型机功能分解为实现蜂窝煤成形，该机应具有下列功能：输入煤粉、煤粉成形、清除煤屑、型煤起模、输出成品。首先进行原理方案设计，蜂窝煤成型机的技术原理见如下图 2-2； 功能 原理方案 1 原理方案 2 原理方案 3输入煤粉 物理方法 机械加入 人工加入煤粉成形 冲压成形 挤出成形 清除煤
4、屑 机械清屑 风力清屑 人工清屑型煤起模 机械起模 人工起模 输出成品 传送带运煤 人工搬运 图 2-2 蜂窝煤成型机技术原理选择 由于该机主要在城镇农村使用，应力求结构简单、操作方便、成本低廉，为了提高工作效率，故采用原理方案 1：利用重力自动加料冲压成形机械清屑机械起模传送带输送型煤。由此进一步确定煤粉成型机实现的工艺动作为：（1）冲压成形 冲压机构作直线往复运动。（2）机械起模 起模机构做直线往复运动，可考虑将它与冲压机构固连在一起运动。（3）机械清屑 在冲头、起模盘上下移动的过程中，清屑机构完成左右方向的往复运动。（4）工位转换 为了提高工作效率，拟采用多工位工作方式，将加料、冲压、起
5、模三个工步同时在转盘工作台上实现。由此需要实现工作台的停歇转动。（5）成品输送 将起模后的型煤落在输送带上输出。由于成形和起模可用同一个机构完成，因此该机主要由三个机构组成：冲压和起模往复运动机构、刷帚扫屑机构、模筒转盘停歇分度机构。3.蜂窝煤成型机运动循环图对于冲压式蜂窝煤成型机运动循环图主要是确定冲压和脱模盘、扫屑刷、模筒转盘三个执行构件的先后顺序、相位，以利对各执行机构的设计、装配和调试。冲压式蜂窝煤成型机的冲压机构为主机构，以它的主动件的零位角为横坐标的起点，纵坐标表示各执行构件的位移起止位置。图 3-1 表示冲压式蜂窝煤成型机三个执行机构的运动循环图。冲头和脱模盘都由工作行程和回程两
6、部分组成。模筒转盘的工作行程在冲头的回程后半段和工作行程的前半段完成，使间歇转动在冲压以前完成。扫屑刷要求在冲头回程后半段至工作行程的前半段完成扫屑运动。3图 3-1 运动循环图 4.蜂窝煤成型机机构的选用。根据设计目录进行机构选型，见下图 4-1；功能 执行构件 工艺动作 执行机构冲压成形 冲头 直线上下往复运动 曲柄滑块机构 六杆增压机构 凸轮机构机械起模 起模盘 直线上下往复运动曲柄滑块机构（与冲压成形机构同体） 凸轮机构机械清屑 刷帚 直线左右往复运动 曲柄摇杆机构 固定移动凸轮机构 齿轮机构工位转换 工作台 间歇分度转动 槽轮机构 不完全齿轮机构 凸轮停歇机构图 4-1 机构选型图仅
7、对表的基本机构进行组合，就可以得到 3233=54 种运动方案。初步筛选出机构简单又较为可行的方案为：冲压成形采用凸轮机构，脱模采用六杆增压机构，清屑采用曲柄摇杆机构，工位转换采用槽轮机构，如图 4-2其中，图示（b）为固定移动凸轮利用滑架 1 的上下移动，使带有刷帚的移动从动件顶出，扫除冲头 2 和起模盘的粉煤屑。图示(c)所示为附加滑块摇杆机构利用滑架 1 的上下移动，使摇杆 OB 上的刷帚摆动，扫除冲头 2 和起模盘的粉煤屑。4（a）曲柄滑块机构 （b）固定移动凸轮机构（c）附加滑块摇杆机构 （d）槽轮机构图 4-2 蜂窝煤成形机的机构组合5.传动方案设计设计方案(一)：如下图 5-1
8、所示 该机械系统的输入为电动机连续转动，冲头、起模盘与传动轴主轴连为一体。当传动主轴连续回转的前半个周期，冲头将煤屑冲压成蜂窝煤，脱模盘将已压成的蜂窝煤脱模；后半个周期扫屑刷将冲头和脱模盘上粘着的煤粉扫除。工作台上均布的六个膜筒由槽轮机构实现间歇转动，在同一时刻，加料模进入冲压模位置，成型模进入脱模位置，空模筒进入加料位置。5图 5-1 设计方案(一) 设计方案（二）：如图 5-2 所示 该设计方案的特点是偏置曲柄滑块机构执行煤粉冲压成型动作，由另一曲柄滑块机构的演变机构将成品顶出。由凸轮机构把送入的煤粉和输出成品合并为一个动作，在把成品推出工作台的同时将下一个工作循环的煤粉送至模筒。图 5-
9、2 设计方案（二） 6设计方案（三）：如图 5-3 所示 该方案的特点是由双轴伸发发动机带动两侧蜗杆涡轮传动，通过两组凸轮配合将煤粉挤压成蜂窝煤。在煤饼上模，左右模脱开的时候，平行四边形曲柄上接的两推板运行到工作台表面，同时分别将成型煤饼和煤料送到位。图 5-3 设计方案（三） 在上述冲压式蜂窝煤成型机三个设计方案中，由于该机主要在城镇农村使用，应力求结构简单、操作方便、成本低廉，为了提高工作效率，即采用多工位工作方式，使加料、冲压、起模三个工步同时在转盘工作台上实现，由此需要实现工作台的间歇运动。再经过三个方案比较：方案一采用同级圆柱齿轮机构和蜗轮蜗杆机构组合，作为一级减速装置，并且结构简单
10、，传动紧凑，而且方案（一）采用凸轮机构有以下优点：1）在满足执行机构的工艺动作和运动要求的前提下，凸轮机构的传动链短，结构简单。2）具有更好的可调性。3）使用安全性更好，并且操作简单。4）用凸轮远休轮廓来实现保压时间。为考虑冲压成型的质量，冲压后应有保压时间。5）冲压机构采用有增压功能的六杆增压连杆机构，可以增大冲头压力，减小原动机的功率。对于方案（二） 、 （三） ，它的三个执行机构与方案一都不一样，并且：1）机构复杂，操作性不佳。2）传动较繁杂。3）造价较高，经济性不好。4) 一些传动要求不能达到。综上所述：方案（一）在三个方案中最佳，则最后选择方案（一）为冲压式蜂窝煤成型机的机械运动方案
11、。7方案（一）的具体运动循环图如下图 5-4：图 5-4 方案（一）运动循环图方案（一）的运动简图：图 5-5 方案（一）运动简图8图 5-5-1 方案（一）三维立体图方案（一）的执行系统仿真分析图：图 5-6 冲头机构运动位移仿真分析图9图 5-7 冲头速度真分析图 5-8 脱模盘加速度仿真分析10图 5-9 槽轮速度仿真分析图 5-10 槽轮加速度仿真分析6.确定机械传动系统的传动比根据选定的驱动电机转速和冲压式蜂窝煤成型机的生产能力。它们的机械传动系统的总传动比为： 24307 执 行 主 轴电 机总 ni机械传动系统采用圆柱齿轮和蜗轮蜗杆组合起来进行减速传动，第一级圆柱齿轮传动其传动比
12、为1，第二级蜗轮蜗杆传动其传动比为 8，第三级圆锥齿轮传动其传动比为 1，第四级槽轮传动其传动比为 37.机械传动系统的执行机构设计为了实现具体的移动要求，必须对圆柱齿轮传动机构、蜗轮蜗杆传动机构、清屑曲柄摇杆机构、槽轮机构、凸轮机构、脱模六杆增压机构及直齿圆锥齿轮进行设计计算，必要时还要进行动力学计算7.1直齿圆柱齿轮设计11电机与小齿轮在同一轴上，而电机 P=11kw，n=730r/min，故齿轮(主动轮)的转速为 n=730r/min。由于传递的功率不大，转速不高，对结构无特殊要求，故采用软齿面齿轮传动，按齿面接触疲劳强度设计，再校核弯曲疲劳强度。(1)选择材料，确定许用应力。按软齿面定
13、义，查机械设计基础表 7-4，小轮选用 45 钢，调质，硬度为 217HBS，大轮选用45 钢，正火，硬度为 190HBS。由机械设计基础表 7-9 分别查得：许用接触应力： H11=380+ 0.7HBS1=380+0.7217=531.9MPa H12=380+0.7HBS2=380+0.7190=513Mpa由机械设计基础表 7-9 分别查得：许用弯曲应力： F11=140+0.2HBS1=140+0.2217=183.4Mpa F12=140+0.2HBS2=140+0.2190=178Mpa(2)按齿面接触强度设计。小轮转距为Nmm56161 104.7305.905.9n查表 7-
14、7 取齿宽系数为 d=0.4, 由于原动机为电动机，中等冲击，支承不对称布置，故选 8 级精度。由机械设计基础查表 7-6 选 K=1.5。将以上数据代入到公式 中得到32151amm 3.9724.013513522 a取中心距 m0(3)确定基本参数，计算主要尺寸。1)选择齿数。取 Z1=40，则因为取同级啮合所以 Z2=402)确定模数。由公式 可得出：m=2.52)(1m由机械设计基础表 7-1 查得标准模数，取 m=2.53)确定实际中心距 mZ102)4(5.2)(1 4)计算齿宽。 .0ab为补偿两轮轴向尺寸误差，取 b1=45mm,b2=40mm5)计算齿轮几何尺寸。齿距 mm
15、85.714.3521 12齿厚 mmS925.314.21 槽宽 e.321齿顶高 mhaa 5.21*21齿根高 chaff 7.021全齿高 mhfa 25.521 分度圆直径 104.2121齿顶圆直径 mhaa 52.121 齿根圆直径 dfff .947.0121 基圆直径 mb 0.8.cos121 中心距 zma102)4(5.2)(1 (4)校核齿根弯曲疲劳强度。按 Z1=Z2=40 由机械设计基础表 7-10 查得 YFS1=YFS2=4.04。所以得出： F136.1520345.41.51 bmKTFSF F2MPaYFSF .6.122查机械设计课程设计手册表 1-79所得精度为 7 级的圆柱齿轮传动的效率为 0.99故轴的输入功率为 KWPd89.0.113由此可见，此齿轮满足设计要求。轴的转速为 min/73011rnm7.2 蜗轮蜗杆的设计由于蜗杆与齿轮在同轴上，故蜗杆输入的传递功率为 ，转速为 ，KWP89.10min/730r传动比为 8。(
