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1、第三节 电瓷帽坯件制作机执行机构与传动系统设计一电瓷帽坯件机的用途及设计要求（一） 用途电瓷帽是变配电设备的一个重要零件，属系列产品，是易损件之一，其外形尺寸如图518 所示。它由瓷土做成圆柱形状，并在上端挖有凹孔成“帽”；坯件晾干后再烧成瓷器。使用时将电瓷帽翻盖在金属导杆的顶（尾）端，将起到绝缘和安全保护作用。电瓷帽坯件机是制造电瓷帽坯件的一种专用机械设备。 图 518 电瓷帽坯件（二） 设计要求 电瓷帽坯件机除要求按图 518 的尺寸制出电瓷帽坯件外，还要求： 1）每小时生产电瓷帽坯件约 3000 只，每天运转时数不少于 8 小时；2）结构简单，体积小，维护方便，成本低； 3）更换模套和冲
2、头可生产小尺寸系列产品电瓷帽坯件，设备利用率高；4）使用期限约 45 年，68 个月检修一次。二 总体方案设计（一） 工艺分析手工制“帽”的主要步骤如下：1）将瓷土适当加水拌匀（含水率约 18%22%，凭经验鉴别，能用手握成团，落地就散即可）；2）将拌好的瓷土放入模中（图 519a）；3）用冲头将瓷土冲压紧，冲头下部有一凸头，以便形成电瓷帽的凹孔 （图 519b）；4）再将模子托起，推出电瓷帽坯件（519c）；图 519 手工制造电瓷帽坯件的工艺流程这种制“帽”方法劳动强度大，效率低，“帽”的质量也难保证。如采用机器制“帽”，不仅工效高，质量和尺寸都能得到可靠保证，而且能够减轻或节省人工劳动。
3、电瓷帽坯件机的工艺原理是冲压成型，其工艺流程框图见图 520 所示：（二） 对执行构件的运动要求（1）拌料、喂料、刮除余料 将瓷土在搅拌箱内充分拌匀，填入模孔后刮平。搅拌箱内的搅拌叉可同时起填料推杆和刮平板的作用，它在搅拌箱内做连续回转运动。（2）物料输送和各工序转移 转盘上的模孔数至少应有四个，其工艺只能分别为待料、填料、成型和冲出。转盘与模孔做间歇回转运动，由控制系统控制回转速度的快慢和停顿，实现物料输送和各工序之间的转移。图 520 电瓷帽坯件机的工艺流程框图（3）电瓷帽坯件的成型和冲出 两冲头做直线往复运动，在模孔中将瓷土挤压成型和冲出电瓷帽坯件，成型冲头比冲出冲头的工作行程要长，其差
4、值取决于电瓷帽坯件的尺寸、瓷土的土质和湿度，以及所选曲柄滑块机构的杆长关系等。 （4）协调配合关系 两冲头在模孔中运动时，转盘应静止；当两冲头脱离模孔后，转盘才可带动物料做工序转移，并且转盘的转速与搅拌转速要协调，以便填料。（三） 机构选型与传动方案设计1拟定机器运动原理图运动和动力由电动机经带传动传入，分两条传动路线传到执行机构，一路经齿轮机构、曲柄连杆机构传到滑杆，使滑杆做上下往复运动，以实现冲压和冲出电瓷帽坯件的动作；另一路通过其他齿轮传动，将运动传给转盘，以实现模孔的转位动作，同时搅拌和供给瓷土。电瓷帽坯件机的运动原理图如图 521 所示。2拟定传动方案及绘出机构运动简图拟定电瓷帽坯件
5、机传动方案的关键在于如何使模 图 521 电瓷帽坯件机的运动原理图孔的转位、定位与冲头上下移动的动作彼此协调配合。下面有两种方案可供选择：方案 I 的传动系统图如图 522 所示：图 522 电瓷帽坯件机传动方案 11电动机 2小带轮 3带 4大带轮 5齿轮 z5 6曲柄 7锥齿轮 z7 8锥齿轮 z8 9搅拌叉 10搅拌箱 11齿轮 z11 12、13连杆 14滑杆 15锥齿轮 z15 16锥齿轮 z16 17定位销 18齿轮 z18 19牙嵌式离合器 20从动件滚子 21弹簧 22端面凸轮 23模孔转盘及转盘齿轮 z23 24冲出冲头25压紧冲头 方案 I 的传动路线如下： 图中端面凸轮
6、22 与轴 V 用导向键联接，牙嵌式离合器 19 的上部分 a 与凸轮固定联接，下部分 b 与齿轮 18 固定联接，并空套在轴 V 上。当端面凸轮在静止着的从动件滚子 20 的强制下，向上抬起，压缩弹簧 21，则离合器 a、b 两部分处于脱开状态，齿轮 18 不转动；当凸轮继续转到凹面与滚子接触时，凸轮在弹簧作用下往下移动，使离合器 a、b 两部分啮合，这时齿轮 18 带动转盘 23 转动。当转盘转到另一工位时，凸轮的凸面又与滚子接触，此时离合器再次脱开，齿轮 18 又停止转动，转盘被定位销 17 锁住。在转盘停顿的时间内，压紧冲头 25 和冲出冲头进入模孔中，完成压紧和冲出一个电瓷帽坯件动作
7、。如此反复运动，转盘旋转一周，制成 6 个电瓷帽坯件。方案 II 的传动系统图如图 523 所示。图 523 电瓷帽坯件机传动方案 II1电动机 2小带轮 3带 4大带轮 5齿轮 z5 6齿轮 z6 7锥齿轮 z7 8锥齿轮 z8 9齿轮 z9 10搅拌叉 11搅拌箱 12模孔转盘及转盘齿轮 z12 13曲柄 14连杆 15扭簧 16冲头座 17调整螺钉座 18调整螺钉 19冲头方案 II 的传动路线如下：图中两个冲头固定在冲头座 16 上，冲头座空套在滑轴 V 上。曲柄 13 经连杆 14 带动冲头上下运动，完成压紧和冲出动作。当冲头进入模孔后，随转盘 12 一起转动；当冲头退出模孔后，由于
8、扭力弹簧 15 的作用，冲头又迅速返回到原来的位置。调整螺钉座 17 固定在轴V 上，调节螺钉座上的螺钉 18，就可调整冲头角位移的起始位置，以便使冲头准确地进入模孔。方案 I 的机构比较复杂，转盘的间歇运动直接影响工效的提高。方案 II 的冲头座部分结构稍复杂，转盘与轴之间的磨损也较快，但其他方面都优于方案 I。因压制电瓷帽坯件的压力较小，压紧和冲出机构可以设计得简单些，所以选用第 II 种方案作为设计方案。（四）总体布局如图 524 所示，电瓷帽坯件机总体布局的特点为：1. 搅拌箱处于整机的最高位置，便于直接将瓷土在填料推杆作用下，通过箱体底部的缺口自动填入下部转盘的模孔中。图 524 电
9、瓷帽坯件机总体布局图1电动机 2小带轮 3V 带 4电动机支架 5大带轮 6电动机支架拉杆 7搅拌箱 8扭力弹簧 9冲头座 10冲出冲头及冲出杆 11模孔转盘及转盘齿轮 z12 12滑动轴 13连杆 14偏心轮 15轴 16锥齿轮 z8 17锥齿轮 z7 18轴 19大齿轮 z6 20轴 21小齿轮 z5 22机架 23轴 24小齿轮 z9 25搅拌叉 26压紧冲头及压紧杆2. 两冲头同一个曲柄滑块机构带动，并且带动两冲头的滑轴 V（即曲柄滑块机构中的滑块）与转盘的回转轴合二为一，搅拌器的转轴与小齿轮 z12 的转轴共用轴 IV，结构因此得到简化，传动紧凑，提高了传动精度。3. 搅拌箱下面的支
10、撑体采用“双八字”型铸件，电动机处于机体的最低位置，有利于降低重心，稳定机身。4. 带轮和高速齿轮置于支撑体左侧，滑轴、冲头及转盘置于支撑体右侧，一方面高速传动部分便于集中安装防护罩，另一方面有利于整机的平衡，此外也有利于装配、检修及润滑。绘制工作循环图由于搅拌机构的运动是连续进行的，故主要考虑冲头和模孔转盘之间的运动关系。搅拌机构的转速不能太快，搅拌叉和小齿轮 z9 共轴，因而限制了转盘的角速度。为此，特将转盘上的模孔数定为六个。转盘转动 600，则主执行机构完成一个运动循环，图 5-25 是电瓷帽坯件机直线型运动循环图，图 5-26 为圆环型工作循环图。 图 525 电瓷帽坯件机直线型运动
11、循环和圆环工作循环图 图 526 圆环工作循环图三技术设计（一）运动设计与动力计算1电动机功率的选择电瓷帽坯件机功率消耗主要有三部分：1）压制和冲出时做工，但主要消耗在第一工位。模孔转盘上均匀分布着 6 个模孔，据每小时生产定额，模孔转盘的转速为转盘每转一圈，冲头做上下 6 次往复运动。则曲柄的转速为设偏心轮偏心距（曲柄长）为 80mm，则冲头最大位移速度为估计压紧冲头工作时所受平均压力 F 压紧 =1000N。由运动循环图得知，冲头速度曲线上的点 a 对应于压紧冲头向下开始压紧瓷土的速度，该时曲柄相应的角位移为 120，则有从而得到压紧冲头所耗功率为考虑冲出过程所耗功率，以及两冲头随模孔转盘
12、一起转动时与模孔内壁间的上下摩擦所耗功率，取 P 冲出 + P 摩擦 =0.1kW，所以P 冲 =P 压紧 +P 冲出 +P 摩擦 =（0.366+0.1）kW=0.46 kW2）模孔转盘转动时要克服滑轴与转盘间的滑动摩擦，以及带动两冲头转动时克服的扭转弹簧力，估计所耗功率为：P 转盘 =0.15kW3）因搅拌器转速较低，估计功率消耗为P 搅 =0.27kW总功率为P 总 =P 冲 +P 转盘 +P 搅 =（0.46+0.15+0.27）kW=0.88 kW估计传动系统总机械效率 总 为 0.85，则电动机的功率至少为选出 Y 系列小型三相异步电动机，据标准 JB3074-82Y 系列（IP4
13、4）三相异步电动机技术条件，选用 Y90S-4 型，P 电 =1.1 Kw，其主要技术数据、外形和安装尺寸见表 5-2。表 5-2 电动机主要技术参数、外形和安装尺寸表型号 额定功率/kw 满载转速/rpm 最大转矩额定转矩 重量 /kgY90S-4 1.1 1400 2.2 22外形尺寸L AB中心高/mmH安装尺寸/mmAB轴伸尺寸/mmmmDE平键尺寸/mmmmFG310245190 90 140100 2450 8202确定各传动机构的传动比电瓷帽坯件机的传动路线分外传动路线和内传动路线两条（图 5-23）：1）外传动路线由电动机、经带传动、直齿圆柱齿轮 5 和 6、到曲柄滑块（滑轴
14、V）机构组成。因 n 电 =1400r/min, n 偏 =50r/min,则外传动总传动比为：考虑带传动比不宜太大，故传动比分配为 ， 。2）内传动路线由曲柄、圆锥齿轮 7 和 8、直齿圆柱齿轮 9 及转盘齿轮 12 组成。当曲柄转 6 圈的同时，要求经内传动路线后使得转盘转 1 圈，其总传动比应为若取 ， ，即小齿轮的转速和曲柄的速度一样。对于搅拌器兼刮板的转速没有严格要求，为简化机构，定为与小齿轮 的转速相同，装在同一根轴上。3计算各轴的转速和功率（1）各轴的转速（2）各轴的功率查机械设计手册，效率取 ，则 1）转盘所需功率（前面已经确定）2）轴 IV 所需功率3）轴 III 所需功率（
15、设曲柄滑块机构效率 ）4）轴 II 所需功率5）轴 I 所需功率（二）结构设计与强度校核1模孔转盘的结构和尺寸转盘上有六个均匀分布的模空，据电瓷帽坯件的规格，现确定模孔的高度 H=100mm，孔径 d=60mm ,转盘的材料为铸铁 HT250，由于强度低，孔与外缘之间的壁厚不易太薄，取10mm，孔与孔之间的壁厚取 15mm，转盘的结构和尺寸见图 527。2转盘齿轮的结构和尺寸图 527 模孔转盘零件图（1）选择材料、热处理、精度等级及齿数 电瓷帽坯件机为一般机械，可选用常用材料及热处理。带动转盘的齿轮 12 与转盘做成一体，材料都是 HT250，硬度值为170241HBS，取硬度值为 220HBS；而与其啮合的小齿轮 9 采用 45 号钢，调质，硬度值为 229286HBS，取硬度值为 245HBS。两齿轮工作齿面硬度差为（ 245-220）=25，合适。选齿轮精度为 8 级精度（GB10095-88 ）。n
