冲压式蜂窝煤成型机.doc
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xx大学
课程设计说明书
题目：
冲压式蜂窝煤成型机
院系：
班级：
学号：
姓名：
指导教师：
完成时间：
2013-6-27
前言
进入二十一世纪以来，市场愈加需要各种各样性能优良、质量可靠、价格低廉、效率高、低能耗的机械产品，而决定产品性能、质量、水平、市场竞争力和经济效益的重要环节是产品设计。
而机械产品设计中，首要任务就是进行机械运方案的设计与构思，各种传动机构和执行机构的选用和创新设计。
蜂窝煤长期以来在我国城镇乡村广泛使用，现已发明环保节能型蜂窝煤，燃烧无毒、无味、无黑烟。
所以市场上对蜂窝煤的需求量很大。
质量高的蜂窝煤有抗压性强、外观平整光滑、厚薄一致、孔距分布合理、燃烧良好的特点，这就对蜂窝煤成型机提出了更高的要求。
目录
前言……………………………………………………2
1．任务书………………………………………………4
2．摘要………………………………………………12
3．设计方案选择………………………………………14
3.1设计方案一…………………………………………16
3.2设计方案二…………………………………………17
3.3设计方案三…………………………………………17
3.4最终选定方案………………………………………18
4.所选方案具体设计……………………………………21
4.1尺寸计算……………………………………………22
4.2工作循环图…………………………………………23
4.3各机构速度、加速度曲线分析……………………24
5.所选方案机构运动简图………………………………28
6.爆炸视图………………………………………………29
7.设计总结………………………………………………30
8．参考文献………………………………………………32
机械原理课程设计任务书
一、设计题目：
冲压式蜂窝煤成型机设计
1、工作原理及工艺动作过程
冲压式蜂窝煤成型机是我国城镇蜂窝煤（通常又称煤饼）生产厂的主要生产设备，这种设备由于具有结构合理、质量可靠、成型性能好、经久耐用、维修方便等优点而被广泛采用。
冲压式蜂窝煤成型机的功能是将粉煤加入转盘的模筒内，经冲头冲压成蜂窝煤。
为了实现蜂窝煤冲压成型，冲压式蜂窝煤成型机必须完成五个动作:
（1）粉煤加料；
（2）冲头将蜂窝煤压制成型；
（3）请出冲头和出煤盘积屑的扫屑运动；
（4）将在模筒内冲压后的蜂窝煤脱模；
（5）将冲压成型的蜂窝煤输出。
2、设计要求
蜂窝煤成型机的设计要求如下：
（1）蜂窝煤成型机的生产能力为30次/min。
（2）图1表示冲头、脱模盘、扫屑刷、模筒转盘的相互位置情况。
实际上冲头与脱模盘都与上下移动的滑梁连城一片，当滑梁下冲时，冲头将粉煤冲压成蜂窝煤、脱模盘将已压成的蜂窝煤脱模。
在滑梁上升的过程中，扫屑刷将扫除冲头和脱模盘上粘着的粉煤。
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冲压位置，成型后模筒进入脱模位置，空的模筒进入加料位置。
图1冲头、脱模盘、扫屑刷、模筒转盘位置示意图
1-模筒转盘；2-滑梁；3-冲头；4-扫屑刷；5-脱模盘
（3）为了改善蜂窝煤冲压成型的质量，希望冲压机构在冲压后有一定保压时间。
（4）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、减小原动机的功率。
（5）驱动电动机可采用Y180L-8，其功率P=11KW，转速n=730r/min
（6）机械运动方案应力求简单。
3.设计内容及工作量
（1）根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图
（2）机械传动系统的方案设计
（3）三个执行机构的方案设计
（4）机械传动系统及执行机构的尺度设计及动力学计算
（5）绘制机械运动方案示意图、零件图
（6）编制设计说明书
摘要
机械原理、机械设计课程是培养学生具有机械基础知识及机械创新能力的技术基础课。
在机械类各专业中教学计划是主干课程。
在培养合格机械工程设计人才方面起着极其重要的作用，是学习专业课程和从事机械产品设计的必备准备。
本设计题目是蜂窝煤成型机构，设计的最初想法来源于自己以往的亲身经历。
以往的许多制造煤块的机构存在着许多避之不及的缺陷，即有些机构制造出的煤块不够敦实，放干后有一些裂纹；有些机构造出的煤块经常出现孔内坍塌现象；有些机构在工作是会出现许多不能及时清理的煤屑，造成工作环境的相对恶劣，等等。
本设计的诞生不仅克服了许多造煤块机构难以克服的缺陷，还在机械传动的能耗以及电动机选择上做了优化，很大程度上做到了美化环境及节约有限能源。
本设计考虑到各组成机构的可行性与合理性，选择了两种运动方案：
一是机构拥有了带传动结构简单、传动平稳、具有过载保护作用，槽轮机构结构简单，工作可靠等特性，二是有了齿轮传动结构紧密，寿命长，效率高等优点。
本设计的许多地方牵涉到了机械传动以及齿轮传动的知识，进一步验证和细化了专业理论知识，是我们对本专业的发展方向有了更清楚的认识。
另外，本机构安全、实用的思想设计而出，市场前景广阔，适用范围比较广泛，既可以用于大中型公司或企业批量生产，又可用于小型部门的连续生产，造出的煤块很大程度上的得到了市场和广大用户的肯定。
冲压式蜂窝煤成型机设计
1、工作原理、工艺动作分析
为了实现蜂窝煤冲压成型，冲压式蜂窝煤成型机必须完成六个动作:
（1）加料；这一动作可利用粉煤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，在冲头行程的后1/2进行冲压成型。
（3）脱模；要求脱模盘上、下往复运动，将已经冲压成型的煤饼压下去而脱离摸筒。
一般可以将它与冲头一起固结在上、下往复运动的滑梁上。
（4）扫屑；要求在冲头、脱模盘向上移动过程中用扫屑刷将粉煤扫除。
（5）摸筒转摸间歇运动：
已完成冲压、脱模、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，暂时不予以考虑，冲压和脱模可以用一个机构来完成。
因此，冲压式蜂窝煤成型机运动方案设计重点考虑冲压和脱模、扫屑机构和模筒转盘的间歇转动机构这三个机构的选型和设计的问题。
2.设计方案选择
一、原理方案设计
（a）功能分解
蜂窝煤成型
清除粉煤
输出成品
输入粉煤
粉煤成型
型煤起模
1）输入粉煤：
这一动作可利用煤粉的重力打开料斗自动加料；
2）粉煤成型：
要求冲头上下往复运动，在冲头行程进行中冲压成型；
3）型煤起模：
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）清除粉煤：
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）输出成品：
将成型的煤饼脱模后落在输送带上送出成品，以便装箱待用。
以上六个动作，加料和输送的动作比较简单，暂时不予考虑，脱模和冲压是考虑的重点。
因此，冲压式蜂窝煤成型机运动方案设计重点考虑冲压和脱模机构、扫屑机构和模筒转盘间歇转动机构这四个机构的选型和设计问题。
（b）功能原理的工艺动作分解
总功能基本功能执行件基本运动
冲压成型冲压机构作直线反复运动
机械起模起模机构作直线反复运动
蜂窝煤成型机械清屑左右方向的反复运动。
工位转换间歇转动。
成品输出将起模后的型煤落在输送带上输出
（c）寻求原理解
蜂窝煤成型机的技术原理方案
功能
原理方案一
原理方案二
原理方案三
输入粉煤
物理方法
机械加入
人工加入
粉煤成型
冲压成型
冲压成型
挤压成型
清除煤屑
机械清屑
人工清屑
风力清屑
型煤起模
机械起模
机械起模
重力起模
输出成品
传送带运煤
人工搬运
人工搬运
（d）确定原理方案
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，原理方案二、三需要人工操作与搬运，没有减轻操作者的劳动量，增加了成煤的成本，且需更多的机械动力来完成。
原理方案一机械化水平比较高，减少了人力劳动，提高了生产率，故优先选用原理方案一。
重力自动加料冲压成型机械清屑机械起模传送带输送型煤
2.1设计方案一
如图所示，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成一体。
当传动主轴连续回转的前半个周期，冲头将粉煤冲压成蜂窝煤，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扫屑刷上粘着的粉煤刷除。
工作台上均布六个模筒，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。
典型蜂窝煤成型机机构运动简图
创新点：
[1]一次冲压两个蜂窝煤，提高生产效益和效率。
[2]采用蜗杆涡轮取代带轮传动，减速效果明显。
[3]将滑梁替换成连续回转的传动主轴，舍去曲柄
带动滑梁这一机构。
[4]扫屑刷由滑梁驱动转变为随工作台转动的曲
柄滑块机构，取代了机架上的盘形凸轮机构，节省
了空间，使结构更紧凑。
[5]冲头与脱模盘的运动相互独立。
2.2设计方案二
该设计方案的特点是偏置曲柄滑块机构执行粉煤冲压成型动作，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工作循环的粉煤送至模筒。
该方案巧妙的地方在于将粉煤加料与输出成煤合并为一个动作，不足在于无工作台转换，生产效率低，不便于扫屑，且加压时间无法保证，增压效果一般。
2.3设计方案三
该方案的特点是由双轴伸发动机带动两侧涡轮蜗杆传动，一边与涡轮同轴的配有一对圆锥齿轮和一组带轮，达到传动转向的目的，圆锥齿轮传动水平转向180°，带轮使传动竖直转向90°。
在转向后圆锥齿轮一轴上带动一个滚子推杆凸轮，推杆的行程垂直工作台，推杆的下端为煤饼的上表面冲模；转向后的下端带轮上带动一个滚子推杆凸轮，推杆的行程为平行工作台，水平推杆的一头是一个半圆柱体煤饼的侧模。
另一个涡轮上的结构和上述基本相同，不同的是圆锥齿轮带动的是一组平行四边形四杆机构。
在煤饼上模，左右模脱开的时候，平行四边形两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。
该方案极具创新意识，虽所需构件较多，所需电机要求较高，但如果加以改进，也将会成为一个比较合理的方案。
2.4最终选定方案—方案一
结构方案设计
内容：
运动方案：
执行构件数目和运动规律
选择或创新执行动作的机构形式
原则：
1.结构简单、运动链短
2.加工制造简单、易保证较高配合精度
3.良好的机械效益和机械效率
蜂窝煤成型机的机构类型
功能
执行构件
工艺动作
执行机构
冲压成型
冲头
直线上下反复运动
凸轮机构
曲柄滑块机构
凸轮机构
机械起模
起模盘
直线上下反复运动
六杆机构
曲柄滑块机构
四杆机构
机械扫屑
刷帚
直线左右反复运动
连杆机构
移动凸轮机构
四杆机构
工位转换
工作台
停歇分度转动
槽轮机构
---------
－
---------
筛选机构：
冲压与起模反复运动执行机构有凸轮机构、曲柄滑块机构、六杆增压机构。
曲柄滑块机构：
加压时间较短，其他指标较好，但用于冲压效果不理想。
六杆增压机构：
加压时间可较长，增力较强，但计算复杂。
凸轮机构：
调整方便，可获得任意运动规律，可精确控制，但受力特性较差。
保压时间明显，并可有急回特性。
刷帚扫屑执行机构有：
连杆机构、移动凸轮机构、齿轮机构
连杆机构：
工作行程中有快进、慢进阶段，回程中的运动性质也很难确定。
设计要求中给予的运动尺寸要求很高，很难保证较高的运动精度。
计算连杆相当的复杂；连杆机构的机械效率也较低。
移动凸轮机构：
调整方便，可获得任意运动规律，但传动效率较低。
齿轮机构：
广泛应用于各种传动系统，结构简单，成本低，传动效率高，易于实现较长的运动行程。
工作台停歇分度执行机构有：
槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮停歇机构
槽轮机构：
结构比较简单，工作可靠啮入和啮出比较的平稳，有柔性冲击；多用于转动运动，每次槽轮转角不小于45度。
机构应用的也比较的广泛。
不完全齿轮机构：
结构简单，制造容易，从动件可实现较大范围的单向间歇传动，但啮合开始和终止时有冲击，传动不平稳。
凸轮停歇机构：
结构较简单，传动平稳，动载荷较小，从动件可实现任何预期的单向间歇传动，但凸轮制造困难。
筛选结果：
冲压成型采用凸轮机构，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。
因此采用以下机构
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，拟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转动。
经过以上三个方案中机构的比较，我们可以看到设计方案一式最为理想的方案。
评价：
为考虑冲压成型的质量，冲压后应有保压时间。
方案一中应用凸轮机构的远休特性来实现，为增大冲头压力，减小原动机的功率，凸轮采用修正正弦曲线来实现冲压动作，且使冲头接触到粉煤时有一定的冲量，快速的将粉煤冲压成型，使用凸轮还可以较为简易的实现冲头的急回特性。
脱模盘采用六杆增压机构，同样具有急回特性，考虑成煤冲压好后经受不起冲击，所以将成煤压出时，脱模盘速度较慢且增压效果明显。
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。
提高生产效率，充分利用动力资源。
3.所选方案的具体设计
3.1尺寸计算
我们查阅了资料，一般蜂窝煤的成品尺寸为Φ120mm×75mm,孔径为12mm。
1）计算机械运动循环周期
生产蜂窝煤能力要求30次/分，即每分钟完成30次送料，冲压以及脱模。
则机械运动循环的周期为T=60/30=2s，
2）确定传动比
工作台每两秒钟转过90°，以保证设计要求，利用槽轮机构以实现间歇运动，选用槽轮槽数z=4，设分配轴对应转360°,则槽轮主动件转速应为0.5r/s。
动电机n=730转/分即每秒钟12.16转，转速无法直接使用，需要转换成工作转速。
传比
首先使用一对齿数比为73:
72的圆柱齿轮配合将转速转换成12转/秒，然后再依靠一个蜗杆涡轮配合将转速减至0.5转/秒，即工作转速。
涡轮齿数为24.
1冲头机构尺寸计算
根据蜂窝煤高度h=75mm以及冲头厚度、冲头离开工作台的最高位置，确
定冲压式蜂窝煤成型机的冲头行程s=120mm
使用凸轮机构以实现这一要求（凸轮偏置e=50mm）
0°～90°近休80mm
90°～180°修正正弦
180°～240°远休191mm保压作用
240°～360°等加速曲线
2脱模盘六杆增压机构
此机构尺寸经过不断调整
具体按结构情况来设计。
3、槽轮机构（工作转换机构）计算
1）槽数按工位要求选定为4。
2）中心距按结构情况确定。
3）圆销半径按结构情况确定。
4）槽轮每次转位时主动件的转角
5）槽间角
6）主动件圆销中心半径
7）与的比值
8）槽轮外圆半径
9）槽轮槽深
取。
10）运动系数（）
4、齿轮传动计算
取Z1=22，Z2＝i×22＝5×22＝110。
按钢制齿轮计算，取模数m=5mm.。
则
d1＝Z1m＝110mm.
d2＝Z2m＝550mm.
其余尺寸，按齿轮机构相关计算表格求出。
5、曲柄滑块机构计算
已知冲压式蜂窝煤成型机的滑梁行程s=300mm，曲柄与连杆长度比，即连杆系数为λ＝0.175，则曲柄半径为：
连杆长度为：
因此，不难求出曲柄滑块机构中滑梁（滑块）的速度和加速度变化。
3.2工作循环图
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、模筒转盘四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。
图中表示冲压式蜂窝煤成型机三个执行机构的运动循环图。
脱模盘的运动规律与冲头相似，在此没有表示出。
循环图由工作行程、回程和休止三部分组成。
3.3各机构速度、加速度曲线分析
Solidworks的功能能够进行机构的速度、加速度曲线分析。
所以我们借助这一功能对各机构进行了详细的分析。
鉴于本学期我们还学习了ADAMS机械系统动力学自动分析软件，ADAMS软件有形象直观、功能强大、求解迅速、输出自动的特点。
所以我们将完成的部分机构转换到ADAMS软件平台上来分析各机构的速度以及加速度。
蜂窝煤冲头位移仿真分析
蜂窝煤冲头速度仿真分析
蜂窝煤脱模盘位移仿真分析
蜂窝煤脱模盘速度仿真分析
蜂窝煤脱模盘加速度仿真分析
槽轮角速度仿真分析
槽轮角加速度仿真分析
4.所选方案机构运动简图
5.爆炸视图
6.设计总结
机械原理课程设计让我们较全面、系统掌握和深化机械原理课程的基本原理和方法的重要环节，培养机械运动方案设计、创新设计以及应用计算机对工程师集中各机构进行分析和设计能力。
通过机械原理课程设计,使我们初步了解到机械设计的全过程，受到根据功能需要拟定机械运动方案的训练，具备了初步的机构选用、组合和确定运动方案的能力。
以机械系统方案设计为结合点，把机械原理课程各章节的理论和方法融会贯通起来，进一步巩固加深了我们所学的理论知识。
我们掌握了运动方案的设计的内容、方法、步骤，并对动力分析与设计有一个较完整的概念。
进一步提高了我们的运算、绘图以及运用计算机和技术资料的能力。
通过编写说明书，加强了表达、归纳、总结的能力。
综合运用所学的知识，理论联系实际，独立思考与分析问题的能力和创新能力
通过这一周的机械原理课程设计使我们对以前所学的知识有了一个在应用上的了解。
不再局限于以前的书面上的东西，而是把所学的内容举一反三并且不断扩展。
在刚着手这个课题时，我们感到有些无法下手，根本不能把它与平时的知识联系起来，在有了一定的想法以后，渐渐的可以把他们联系起来了，并在我的查书过程中，也获得了一些启事，在与平时学过的某些基本的机构联系起来之后，一个个问题也就迎刃而解了，剩下的就是具体的计算，虽然有些困难，但在不断的细考中这些问题也就不再是问题了，虽然有些数据很难算，并且有时算半天还是错的，这也就锻炼我们的耐性和细心，再一次又一次的计算中最后得出的结果，心理是十分兴奋的。
在这次课设中我们懂得了有些问题是能靠课本的知识来解决，虽仍会有些问题和某些缺陷，但它使我感到了一丝成就感，我相信这种方法还可以运用到以后的实际工作当中去，是解决问题的一个方法，并在老师的指导会变得更加完善！
总之，在这周的课程设计中，我巩固了以前的知识，掌握了以前涉及但未研究的新知识，更增强了团队合作的意识。
由于设计经验不足，时间较为仓促，错误及不足之处敬请指导老师指正。
7．参考文献
1、李瑞琴主编.机械原理.北京：
国防工业出版社，2008
2、邹慧君.机械原理课程设计手册.北京：
高等教育出版社，1998
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