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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流机械创新作业 (20).精品文档.机械创新设计结课论文 课 程 名 称 机械创新设计 院（系、部、中心） 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 流体（卓越）111 姓 名 汤韦 学 号 201110626 题 目新型冲压式蜂窝煤成型机设计起 止 日 期 2014-4-182014-6-6 任 课 教 师 王育荣 新型冲压式蜂窝煤成型机设计作者：汤韦（南京工程学院机械工程学院，南京211167）摘要：冲压式蜂窝煤成型机是我国城镇蜂窝煤生产厂的主要生产设备之一，这种设备因具有结构合理、成型性能好、维修方便等优点而被广泛采用。它将粉
2、煤加入转盘的模筒内，经冲头冲压成蜂窝煤。为了实现将蜂窝煤压制成形，冲压式蜂窝煤成型机必须完成五个动作：粉煤加料；冲头将蜂窝煤压制成形；将在模筒内冲压后的蜂窝煤脱模；将冲压成形的蜂窝煤输送装箱；清除冲头和脱煤盘的积屑。关键词：蜂窝煤；冲压式；机构设计。1 引言使用虚拟样机技术验证机械运动方案和机械传动系统的合理性，是现代设计方案在机械综合设计应用中的重要体现。冲压式蜂窝煤成型机结构简单，包含常见的连杆机构、间歇运动机构、凸轮机构、齿轮机构和带传动等，通过选型搭配完成蜂窝煤从加料到成型煤输出的各项功能。2 国内外研究概况中国有9亿农民，在农村广阔的天地和城镇很多经济不太宽裕的人都在使用蜂窝煤，几乎
3、每个乡镇都有蜂窝煤厂，有的乡镇还有几个厂。究其原因是蜂窝煤造价低、生产容易、比散煤使用方便，因而多年畅销不衰。 实践证明，在城镇、农村推广蜂窝煤（通常又称煤饼，在圆柱形饼状煤中冲出若干通孔）、煤球，尤其是效益较高的上点火蜂窝煤，可使热能利用率由原来的10左右提高到30至50，一氧化碳减少70至80，二氧化硫减少40（加固硫剂），烟尘和三、四苯并芘（a）等有害物成分减少90，是节约能源、改善环境的有效措施之一。但近年以来，煤炭价格高涨，蜂窝煤成本售价相应提高，很多老百姓感到难以承受。如何降低蜂窝煤的成本，成为当务之急。目前，转让高效节能蜂窝煤技术的人很多，鱼目混珠，真伪难辩。技术费从几百元到一万
4、元。也有很多人否定该技术，特别是一些技术不成熟的公司或个人，查了专利网上的信息或者买来一个配方，到处转让，扰乱市场，使很多人上当受骗。其实，节能蜂窝煤并不神秘。但是，没有经过长期实践的人，是无法转让技术的。因为各地煤的发热量、含硫量、挥发分、结焦性、灰熔点、密度、耐火性等都不一样，不长期实践，用一个或者两个配方很难有理想的效果。因此，盲目从配方上面降低蜂窝煤的成本难度很大；但是，对目前我国城镇蜂窝煤生产厂的主要生产设备-蜂窝煤成型机的结构分析中，我们找到了捷径。3 创新特色 基于现有冲头蜂窝煤成型机的缺点，对其机构进行分析创新，设计出一款新型冲压式蜂窝煤成型机，以提高生产效率减少生产成本，响应
5、节能减排号召。（1）对机构在冲压过程中运动分析得到机构运行时各部件所承受的扭矩和功率，并最终根据整体机构所需要的总功率，选择液压马达作为驱动元件。（2）蜂窝煤尺寸为*h=100mm*75mm，生产率为每分钟60个。（3）机构应具有较好的传力性能，工作段的传动角应大于或等于40。（4）由于冲头工作压力较大，希望冲压机具有增力功能，以增大有效作用，减少原动机的功率损耗。（5）该机正常工作下，寿命可达64528小时，产量可达64800块每天。4 工作原理和工艺动作分解图1.冲压式蜂窝煤成形各部分位置示意图1为冲压式蜂窝煤成型机冲头3、脱模盘5、扫屑盘4、磨筒转盘1的相互位置关系。冲头与脱模盘都与上、
6、下移动的滑梁2连成一体，当滑梁下冲时冲头将粉煤冲压成蜂窝煤，脱煤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着的粉煤。磨筒转盘上均布5个磨筒，磨筒转盘的简谐运动使加料后磨筒进入冲压位置，成形后的磨筒进入脱模位置，空的磨筒进入加料位置。根据上述分析，冲压式蜂窝煤成形机要求完成的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；（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
7、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，以便装箱待用。 5 运动循环图图2.冲压式蜂窝煤成形机运动循环图图2主要是确定冲头和脱模盘、扫屑盘、模筒转盘三个执行构建的先后顺序、相位，以利于各执行机构的设计、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，纵坐标表示各执行机构的唯一起止位置。下图为冲压式蜂窝煤成形机的机构中三个执行机构的运动循环图。冲头和脱模盘由工作行程和回程两部分组成。磨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
8、压以前完成。扫屑刷要求在冲头回程后半段至工作行程前半段完成扫屑动作。6 执行机构的选型根据冲头和脱模盘、模筒转盘、扫屑刷这三个执行机构的动作要求和结构特点，可以选择采用下表中所列的常用机构：表1.冲压式蜂窝煤常用的执行机构冲头和脱模盘机构对心去柄滑块机构偏置曲柄滑块机构六杆冲压机构扫屑刷机构摇杆滑块机构固定凸轮移动从动机构模筒转盘间歇运动机构槽轮机构不完全齿轮机构凸轮式间歇运动机构图3（a）所示为固定移动凸轮利用滑梁1的上下移动使带有扫屑刷的移动从动件被顶出而扫出冲头和脱模盘2底的粉煤屑。图3（b）所示为摇杆滑块机构，利用滑梁1的上下移动使连杆上的扫屑刷摆动而扫除冲头和脱煤盘2底上的粉煤屑。图
9、3.两种机构运动形式7 机械运动方案的选择和评定冲压式蜂窝煤的成形机的机械运动方案数为N=3*2*3=18。现在可以根据给定条件、各机构的相容性和尽量使机构简单等要求来选择运动方案。在此可选定两个结构比较简单的方案，如下所述：方案：冲压机构为对心曲柄滑块机构，模筒转盘机构为槽轮机构，扫屑机构为摇杆滑块机构。方案：冲压机构为偏置曲柄滑块机构，模筒转盘机构为不完全齿轮机构，扫屑机构为固定凸轮移动从动件机构。两个方案可用模糊综合评定方法来进行评估优选，也可以按设计需求直接比较方案的优劣。由于没有急回要求，冲压机构可以选为槽轮机构，这样效率高、定位精确且加工方便；扫屑机构可选为摇杆滑块四杆机构，设计加
10、工简单方便。最后，选取方案为冲压式蜂窝煤成形机构的机械运动方案。方案传动系统如图4：图4.冲压式蜂窝煤成型机方案方案传动路线如下:8 总体布局图5.蜂窝煤成形机总体布局图（1）槽轮机构布置在轴的下方，可以有效避免蜂窝煤从模筒脱落时产生的干涉；同时拨盘（锥齿轮Z8）安装在轴靠右侧，使得蜂窝煤输送带轮有充分的空间装在轴上，简化了机构。（2）齿轮Z1布置在齿轮Z2的左上方，抬高大带轮轴，有效降低煤料盘的高度，便于煤料的添加，也降低了整机高度。（3）蜂窝煤输送装置与大带轮和高速齿轮布置在支撑体两侧。（4）电动机单项运转。9 技术设计9.1确定各传动机构的传动比冲压式蜂窝煤成形机的传动路线分为外传动路线
11、和内传动路线。外传动路线由电动机，经带传动、直齿圆柱齿轮Z5和Z6，到曲柄（偏心轮）滑块（滑梁）机构组成。根据选定的驱动电动机的转速n电机=800r/min和冲压式蜂窝煤成型机的生产能力n偏=40r/min，其传动比为n电机/n偏=800/40=20.第一级采用带传动，其传动比为i带=4；第二级采用直齿圆柱齿轮传动，其传动比为i56=5.内传动路线由偏心轮、锥齿轮Z8和Z9、槽轮机构和模筒转盘组成。模筒转盘的间歇运动应与冲头的往复运动协调配合。模筒转盘上的均匀分布着5个模筒，冲头每做一次往复运动，模筒转盘转1/5圈，其运动参数n=40r/min，取齿轮8和9的传动比Z9/Z8=1。蜂窝煤输送带
12、论语偏心轮装在同一根轴上。蜂窝煤输出运动的传送带速度要能保证前一块蜂窝煤运走后，后一块蜂窝煤才能落到传送带上。设蜂窝煤的间距为l2=0.2m，则传送带速度vnl/60=40*0.2/600.133m/s即可。传送带需从工作台下方通过，尺寸受限制，取主动带轮直径D=200mm，则传送带速度v=Dn/(60*1000)=*200*40/（60*1000）m/s=0.42m/s，满足要求。对于煤料搅拌器的转速没有严格要求，取没料搅拌器的转速n=100r/min，路线由电动机，经带传动，锥齿轮Z10和Z11，至煤料搅拌器组成。则电动机至煤料搅拌器的总传动比n电机/n=800/100=8，带传动传动比是
13、4，因此取锥齿轮传动比i1011=Z11/Z10=2。9.2结构尺寸设计齿轮Z5、Z6:传动功率P=15*0.98KW=14.6KW n1=200r/min i=5 普通减速器，速度不高选择8及精度传动无特殊要求选软齿面齿轮小齿轮选用45钢调质，硬度范围为229286HBS大齿轮选用45钢正火，硬度范围为162217HBS小齿轮齿数取Z1=22，Z2=22*5=110传动比i无需验算T1=9.55*10P/n=9.55*1014.7/200 Nm=701.925 Nm查表KA=1，KV=?,K=?,K=?假设Kt=1.5选齿宽系数=1材料的弹性影响系数ZE=189.8 MPa重合度=1.88-
14、3.2*（1/Z1+1/Z2） =1.88-3.2*(1/22+1/110) =1.705 Z=(4-)/3 =0.875是标准齿轮ZH=2.5查图的疲劳极限Hlim1=600MPa，Hlim2=400MPa安全系数SH=1应力循环系数：N1=60njLn =60*200*1*（10*16*250） =4.8*10 8 N2=N1/i =9.6*10 7寿命系数ZN1=1.25，ZN2=1.31许用应力H1=ZN1*Hlim1/SH =600*1.25/1 MPa =750 MPa H2=ZN2*Hlim2/SH =400*1.31/1 MPa =524 MPad12KT1（i+1）/(i)
15、*(ZE*ZZH/ H) （1/3） =3*6/0.5/2*(0.875*2.5*189.8) *10 (-6) (1/3) =146.94mmd1取147mmV=d1n/60000=15.3 m/sb=d*d=147mmKA=1，KV=1.32，K=1.03，K=1.1K=1.49556Kt 不用修正m=d1/Z1=147/22=6.68m取7主要尺寸：d1=mZ1=22*7 mm=154 mm d2=mZ2=110*7 mm=770 mm da1=d1+2ha=154+6 mm=160 mm da2=d2+2ha=770+6 mm=776 mm a=1/2*(Z1+Z2)=462 mm b
16、=d=154 mm查表：YF1=2.75，YS1=1.57 YF2=2.16，YS2=1.80 Y=0.25+(0.75/)=0.6899查表：Flim1=420 MPa，Flim2=160 MPa许用弯曲应力：b1=YN1*Hlim1/SF =0.9*400/1.3 MPa =290.8 MPa b2=YN2*Hlim2/SF =0.95*160/1.3 =116.9 MPa验算： b1=2KT1YFYSY =2*1.49556*701952*2.75*1.57*0.6899/77/7 /22 =75.34 MPab1 b2=2KT2YFYSY/bm Z2 =2*1.49556*701952
17、*2.16*1.8*0.6899/（77*49*110）MPa =13.57 MPab2齿根弯曲强度合格。轴I图6.轴I的受力分析轴采用45钢正火，-1=55 MPan2=200r/min, 带=0.98P2=P电机*带=15*0.98 KW=14.7 KWT2=9.55*10 *P2/n2=9.55*10 *14.7/200=702 NmG=500NG0=G1=G2=80N在竖直方向建立平衡方程：对A取距GA+GB=740 GA=806N500*290-80*390+GB*780+80*50-80*830=0 GB=-66N在水平方向建立平衡方程：对A点取距FrA+FrB=3590 FrA=
18、4924.7N290*3590=780FrB FrB=-1334.7NM合=（1041.1 +149 ）=1052 N mMca=（T）+M =1072.59 N mdMca/0.1-1=58 mmd取60 mm验算：ca=(T) +M /W =(0.3*702) +1052 /(*0.06 /32) =49.6 Mpa55 Mpa d取60 mm合适10 应用前景 现在社会能源不断在减少，全世界都在呼吁要节约、合理利用能源。新一代节能高效的蜂窝煤成型机较传统的蜂窝煤机有以下几大优点：1.省点；2.安装方便，可流动作业；3.生产的蜂窝煤成本低、利润高。 新一代蜂窝煤成型机可生产方煤、圆煤、多孔煤、梅花型煤等，一机多用，生产不同型号的煤，可做新型点火煤，机械性能远远超过同类产品，生产的产品外观平稳光滑、燃烧良好，深受广大用户好评是煤加工厂、个体专业户理想的煤加工工具。 参考文献1. 徐锦康. 机械设计M. 北京:高等教育出版社.20042. 朱理.机械原理M.北京:高等教育出版社.20103. Neil Sclater(美)机械设计实用机构与装置图册.北京:机械工业出版社.20074. 朱玉机械综合设计课程设计北京:机械工业出版社.20115.王文博.图解电动自行车结构与维修100例M.北京：化学工业出版社,2008.1 附录