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1、中国地质大学江城学院机械原理课程设计说明书蜂窝煤成形机姓 名 班 级 学 号 指导教师 2013 年 6 月 28 日目录一、设计题目二、执行机构运动方案设计三、传动系统方案设计四、小组设计部分五、设计小结一设计题目1.1 设计目的机械原理课程设计是我们第一次较全面的机械设计的初步训练，是一个重要的实践性教学环节。设计的目的在于，进一步巩固并灵活运用所学相关知识；培养应用所学过的知识，独立解决工程实际问题的能力，使对机械系统运动方案设计(机构运动简图设计)有一个完整的概念，并培养具有初步的机构选型、组合和确定运动方案的能力，提高我们进行创造性设计、运算、绘图、表达、运用计算机和技术资料诸方面的
2、能力，以及利用现代设计方法解决工程问题的能力，以得到一次较完整的设计方法的基本训练。1.2 设计题目：蜂窝煤成型机设计一蜂窝煤成型机冲压和脱模机构、工作盘的间歇转动机构、扫屑机构以及动力机构。该成型机工艺动作如图所示：图 1 蜂窝煤成型机设计原理示意图冲头与脱模盘都与上下移动的滑梁连成一体，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。试设计能按上述要求运动的冲压和脱模机构、工作盘间歇转动机构以及扫屑机构。1.3
3、设计条件及设计要求工作机输入功率:2.8kw生产率:30 块/min型煤尺寸：h=100mm75mm粉煤高度与型煤高度之比（压缩比）：2:1，即工作盘高度 H=2h=150mm工作条件：载荷有轻微冲击。转速允许误差：5%二、执行机构运动方案设计2.1 功能分解与工艺动作分解1)功能分解为了实现蜂窝煤成型机的总功能，将功能分解为：加料功能、冲压成型功能、脱模功能、扫屑功能、工作盘简间歇转动功能、输送功能。2)工艺动作过程根据上述分析，工艺动作有以下六个动作：（1）加料：这一动作可利用煤粉的重力打开料斗自动加料；（2）冲压成型：要求冲头上下往复运动，在冲头行程的二分之一进行冲压成型；连杆机构 凸轮
4、机构 齿轮齿条机构运动速度 高 较高 高行程大小 取决于曲柄尺寸 小 可任意可调程度 可调 调节困难 可调动力性能 平衡困难 取决于凸轮形状 好简单性 不太简单 简单简单，但一般齿轮须摆动才能实现齿条往复移动机械效率 一般 一般 较高承载能力 高 较低 较高其他特性 有急回特性 可实现任意运动 传动平稳（3）脱模：要求脱模盘上下往复移动，将已冲压成型的煤饼压下去而脱离模筒。一般可以将它与冲头固结在上下往复移动的滑梁上；（4）扫屑：要求在冲头、脱模盘向上移动过程中用扫屑刷将煤粉扫除；（5）工作盘间歇转动：以完成冲压、脱模和加料三个工位的转换；（6）输送：将成型的煤饼脱模后落在输送带上送出成品，以
5、便装箱待用。以上六个动作，加料和输送的动作比较简单，暂时不予考虑，脱模和冲压可以用一个机构完成。2.2 方案选择与分析一、冲压和脱模机构(上下移动)表 1 冲压机构部分运动方案定性分析结合表 1 可知，方案 1 为曲柄滑块机构，易加工且具增力作用；方案 6 至 9 为六杆机构行程小；凸轮机构结构简单、紧凑，但易磨损且传力小；齿轮齿条机构传动准确、效率高、寿命长，但加工装配难；组合机构结构复杂。综上所述，初选方案 1，方案 9，方案 17，在这里为了研究方便，我们只选择方案一。二、工作盘间歇运动机构规律方案 1 结构简单，效率高，但转角不可太小，有冲击；方案 2、3 制造方便，转角准确，但易引起
6、冲击磨损；方案 4、5 从动轮运动转角范围大但加工复杂，会引起刚性冲击。方案 6结构简单，运转可靠，但精度要求高，加工复杂，安装调整困难。综合考虑，初选方案 1，方案 4，方案 6，在这里为了研究方便，我们只选择方案一。三、扫屑机构（王磊 张清贵）方案 1 工作平稳，但尺寸较大；方案 2 与方案 3 各方面相似，运动性能性能较好，但是相比方案 2，方案 3 的磨损较大。扫屑机构以上三方案性能相差不大，均可待选，在这里为了研究方便，经济实用，我们只选择方案 2。2.3 执行运动机构的形成冲压机构为偏置曲柄滑块机构模筒转盘为槽轮机构扫屑机构为导杆-滑块机构方案 III:冲压机构为凸轮-连杆机构模筒
7、转盘为圆柱凸轮间歇运动机构扫屑机构为固定凸轮移动从动件机构凸轮-连杆机构结构与前两个方案相比较为复杂，且凸轮部分磨损较大，连杆部分为多杆，为满足行程要求需占较大尺寸。圆柱凸轮间歇运动机构精度要求高，安装调整均有较大难度。固定凸轮移动从动件机构对机架的要求较高，工作平稳性较差。且滚子磨损较大，寿命短。2.4 机构组合方案的确定经过前述方案评价可知，方案 I 结构简单，性能可靠，成本低廉，经久耐用，维护容易，操作方便。所以确定该方案是上述三个方案中最为合理的方案。2.5 执行机构尺寸设计（1）偏置曲柄滑块机构计算已知滑梁行程 S=300mm,行程速比系数 k=1.5(=180(k-1)/(k+1)
8、=180(1.5-1)/ (1.5+1)=36)。过 C1NC1C2。再过 C2 作C1C2M=90-=54,C1N 和 C2M 交于 P。最后以 C2P 为直径作圆，则此圆周上任意一点与 C1、C2 连线夹角均为 =36。在圆周上任取曲柄转动中心 A，由图可知，曲柄与连杆重叠共线和拉直共线的2 个位置 AC1 和 AC2。则:AC1=B1C1-AB1AC2=AB2+B2C2解得：AB1=（AC2-AC1）/2=C2E/2（线段 C2E 可由以 A 为圆心，AC1 为半径作弧与 AC2 交点 E 求得）。经测量得：AB1=125mmAC1=295mme=140mm已知生产率为 30 块/min
9、。因为曲柄旋转一周，滑块完成一个冲压运动周期，生产 1 块蜂窝煤。所以曲柄转速为 30r/min，即曲柄角速度为 3.14rad/s。以上软件分析表明，所设计的偏置曲柄滑块机构最小传动角为 26（而为了保证良好的传力性能，通常应使最小传动角不小于 40），即压力角过大，又蜂窝煤成型机冲压机构对急回特性并无特殊要求，所以决定将该机构改为对心曲柄滑块机构。改（1）对心曲柄滑块机构计算因为 S=300mm，所以，曲柄长 AB=S/2=150mm。取最小传动角为 75，即最大压力角为 15图解法如下：在水平线 MN 上任取一点 A。以 A 为圆心，150mm 为半径作圆，交 MN 于 B1、B2 两点
10、。过 A 作 ABMN 交圆 A 于 B 点。作ABC=75，交 MN 于 C 点。测得 BC=580mm,即为连杆长。在 MN 上截取 B1C1=B2C2=BC,得滑块两极限位置 C1、C2。（2）槽轮机构计算槽数 z 按工位要求本应选为 5，但 z 增大，k 也随之增大，运动时间 tf 增加，不利于工作。所以为提高工作效率，希望减小 k,即减小 z(工位数不够，可在传动链中加入与间歇转动部分所需工位数相适应的减速齿轮来达到)，最终选定z=4（减速齿轮传动必 i=4/5）。槽轮每次转位时主动件转角 2=180（z-2）/z=180（4-2）/4=90槽间角 2=360/z= 360/4=90
11、动停比 k=td/tt=(z-2)/(z+2)=(4-2)/(4+2)=1/3圆销数 n=1由结构情况确定中心距 a=300mm圆销半径 r=30mm所以，主动件圆销中心半径 R1=asin=300sin45212mmR1 与 a 的比值 =R1/a=212/3000.7槽轮外圆半径 R2=(acos) 2+r21/2=(300cos45)2+3021/2214mm槽轮槽深 ha(+cos-1)+r=300(0.7+cos45-1)+30152.1mm 取h=153mm(3)导杆-滑块机构计算依据滑块的行程要求以及冲压机构的尺寸限制，选取扫屑机构尺寸如下：导杆铅垂方向高度 H=375mm，倾角
12、 arctg(500/150)73扫屑刷杆长 L=550mm2.6 根据工艺动作顺序和协调要求拟定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（即横坐标表示各执行构件位置），纵坐标表示各执行构件的位移起止位置。表 2 和图 2 均表示冲压式蜂窝煤成型机三个执行机构的运动循环过程。冲压过程分为冲程和回程。带有模孔的转盘工作行程在冲头程后半段和冲程前半段完成，使间歇转动在冲压之前完成。扫屑运动在冲头回程后半段和冲程前半段完成
13、。表 2 冲压式蜂窝煤成型机运动循环表主动件转角分配 0180 180360冲头和脱模盘机构 工作行程 回程主动件转角分配 090 90270 270360模筒转盘机构 工作行程 停止 工作行程扫屑刷机构 扫屑运动 回程 扫屑运动图 2 蜂窝煤成型机运动循环图三、传动系统方案设计3.1 传动方案设计机械系统的组成为：原动机传动系统(装置)工作机（执行机构）原动机：Y 系列三相异步电动机；传动系统(机构)：常用的减速机构有齿轮传动、行星齿轮传动、蜗杆传动、皮带传动、链轮传动等，根据运动简图的整体布置和各类减速装置的传动特点，选用二级减速。第一级采用皮带减速，皮带传动为柔性传动，具有过载保护、噪音
14、低、且适用于中心距较大的场合；第二级采用齿轮减速，因斜齿轮较之直齿轮具有传动平稳，承载能力高等优点，故在减速器中采用斜齿轮传动。根据运动简图的整体布置确定皮带和齿轮传动的中心距，再根据中心距及机械原理和机械设计的有关知识确定皮带轮的直径和齿轮的齿数。故传动系统由“V 带传动+二级圆柱斜齿轮减速器”组成。原始数据：根据设计要求，已知工作机（执行机构原动件）主轴：工作机输出功率：Pw=2.8(Kw)转速：nw=30（r/min）3.2 电动机的选择1. 选择电动机类型按已知工作要求和条件选用 Y 系列一般用途的全封闭自扇冷式笼型三相异步电动。2. 选择电动机容量表 3电动机转速/ r/min 传动
15、装置的传动比方案电动机型号额定功率ped/kw 同步 满载电动机质量/kg总传动比 V 带传动比 齿轮传动1 Y112M-3 4 2400 2400 43 48 3 162 Y132M1-6 4 1000 960 73 32 2.5 12.83 Y160M1-8 4 750 720 118 24 2.5 9.6所以选定电动机的型号为 Y112M-4。Y112M-3 电动机数据如下: 额定功率：4Kw满载转速：n 满=2400r/min同步转速：1500r/min功率 p/kw 转矩 T ( Nmm)轴名输入 输出 输入 输出转速n/rmin-1传动比 i电机轴 3.226 12.4810324002.8轴 3.097 3.06634.5110334.16103857.146.0944轴 2.974 2.944210.95103199.91103140.64轴 2.856 2.827899.93103899.93103304.688四、小组设计部分一、机构结构简图1 和 5 为轴二、工作盘间歇运动机构五、设计小结
