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1、机械原理课程设计(范例)题目：冲压式蜂窝煤成型机、冲压式蜂窝煤成型机的功能和设计要求1. 功能冲压式蜂窝煤成型机是中国城镇蜂窝煤生产厂的主要生产设备，这种设备 具有构造合理、成型性能好、经久耐用、修理便利等优点而被广泛承受。冲压式蜂窝煤成型机的功能是将粉煤参加转盘的模筒内，经冲头冲压成蜂 窝煤。为了实现将蜂窝煤压制成型，冲压式蜂窝煤成型机必需完成五个动作:粉煤加料；冲头将蜂窝煤压制成型;(3) 去除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煤；(5) 将冲压成型的蜂窝煤输出。2. 设计要求和原始数据(1) 蜂窝煤成型机的生产力量：30 次/min。(2) 如图 1 所示，冲
2、头、脱模盘、扫屑刷、模筒转盘的相互位置关系。实际上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。模筒转盘上均布了煤筒，转盘的间歇运动使加料后的模筒进入冲压位置，成型后的模筒进入脱模位置，空的模筒进入加料位置。(3) 为了改善蜂窝煤冲压成型的质量，期望冲压机构在冲压后有一保压时间。(4)压式蜂窝煤成型机的滑梁行程 s 300mm，连杆系数冲 0.157。R(5) 驱动电机目前承受 丫 180L-8 型，其功率 N = 11kW，转速 n = 730 r/min。(6) 机械运动
3、方案应力求简洁。1 模筒转盘；2.滑梁；3.冲头；4.扫屑刷；5.脱模盘图 1 冲压式蜂窝煤成型机各局部位置示意3. 设计任务按工艺动作要求拟定运动循环图。进展冲压脱模机构、扫屑机构、模筒转盘间歇运动机构的选型。机械运动方案的评定和选择。按选定的电动机和执行机构运动参数拟定机械传动方案。(5) 画出机械运动方案示意图。(6) 选取其中两个传动机构或执行机构进展尺寸计算。、工作原理和工艺动作分解依据上述分析，冲压式蜂窝煤成型机要求完成的工艺动作有以下六个动作。(1)加料：这一动作可利用粉煤重力翻开料斗自动加料。(2)冲头上、下往复移动，在冲头行程的后冲压成型：要求1/2 进展冲压成型。(3) 脱
4、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。一般可将它与冲头一起固结在上、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粉煤扫除。(5) 模筒转模间歇运动：以完成冲压、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洁，临时不予考虑，冲压和脱模 可用一个机构来完成。因此，冲压式蜂窝煤成型机运动方案设计重点考虑冲压和 脱模机构、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问题。三、依据工艺动作挨次和协调要求拟定运动循环图对于冲压式蜂窝煤成型机构运出循环图
5、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挨次、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位移起止位置。 表 1 表示冲压式蜂窝煤成型 机构三个执行机构的运动循环图。表 1 冲压式蜂窝煤成型机运动循环图主动件转角安排0180 180 360冲头和脱模盘机构模筒转盘机构工作行程工作行程停顿回程工作行程扫屑刷机构扫屑运动回程扫屑运动主动件转角安排0 90 90 270270 360冲头和脱模盘都由工作行程和回程两局部组成。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
6、，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前半段完成扫屑动作。四、执行机构的选型依据冲头和脱模盘、模筒转盘、扫屑刷这三个执行构件动作要求和构造特点，可以选择表 2 所列的常用机构，这一表格又可称为执行机构的形态学矩阵。表 2 执行机构的形态学矩阵冲头和脱模机构对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构六杆冲压机构扫屑刷机构附加滑块摇杆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 2 表示附加滑块摇杆机构，利用滑梁的上、下移动使摇杆0B 上的扫屑刷摇摆扫除冲头和脱模盘底上的粉煤屑。图 2 冲压式蜂窝煤成型机执行机构运动形式1图 3 表示固定
7、移动凸轮利用滑梁上、下移动使带有扫屑刷的移动从动件顶出而扫除冲头和脱模盘底的粉煤屑。2五、机械运动方案的选择和评定依据表 2 的三个执行机构形态学矩阵，可以求出冲压式蜂窝煤成型机的机 械运动方案数为N = 3X 2X 3= 18现在可以按给定条件、各机构的相容性和尽量使机构简洁等要求来选择方 案。在此可选定两个构造比较简洁的方案，如下所述。方案一：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 机构为固定凸轮移动从动件机构。方案二：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, 扫屑机构为附加滑块摇杆机构。两个方案可用模糊综合评价方法来进展评估优选，也可以按设计需求直接
8、比较方案的优劣。例如，由于没有急回要求，冲压机构可以选为对心曲柄滑块机 构；模筒转盘机构可以选为槽轮机构，由于槽轮机构构造简洁，外形尺寸小，机 械效率高，并能够较平稳、间歇地进展转位；扫屑机构可选为固定凸轮移动从动 件机构，设计加工简洁便利。最终，选取方案一为冲压式蜂窝煤成型机构的机械 运动方案。六、机械传动系统的速比和变速机构依据选定的驱动电机的转速和冲压式蜂窝煤成型机的生产力量，可知其机 械传动系统的总传动比为4电机n73024.333、 电机 匸丫n30执行主轴机械传动系统的第一级承受带传动，其速比为齿轮传动，其传动比为 5。4.866;其次级承受直齿圆柱七、画出机械运动方案示意图按已选
9、定的三个执行机构的形式及机械传动系统，画出冲压式蜂窝煤成型 机的机械运动示意图，其中三个执行机构局部也可以称为机械运动方案简图。如 图 4 所示，包括了机械传动系统、三个执行机构的组合。假设再加上加料机构和输送机构，就可以完整地表示整台机器的机械运动方案示意图。有了机械运动方案示意图，就可以进展机构的尺寸设计计算以及机器的总体设计。/八、对机械传动系统和执行机构进展尺寸计算为了实现具体的运动要求，必需对带传动、齿轮传动、曲柄滑块机构冲压机构、槽轮机构模筒转盘间歇运动机构和扫屑凸轮机构进展尺寸计算, 必要时还要进展运动学、动力学计算。1. 带传动计算C1确定计算功率 PPCKAP图 4 冲压式蜂
10、窝煤成型机运动方案示意取 KA 1.4，则型 V 带。PC 1.4 11选择带的型号。由 PC 及主动轮转速 ni,15.4(kW)由有关线图选择 V 带型号为 C(3) 确定带轮节圆直径 d1 和 d2。取 d1d24.866d1200mm，则973.2mm0(4) 确定中心距；即 821.24mm;00.7(d1d2) ；2348.4mm。02(d1d2)(5) 确定 V 带根数 ZPC空 4P3.8。2. 齿轮传动计算取齿轮的压力角行强度计算，其模数 m则分度圆直径分别为20o, Z122，Z2i 225 22110，按钢制齿轮进5mm。dwm110mm1d2z2m550mm齿顶高为h；
11、1h；2h；m1 5 5mm齿根高为齿全高hhf2(h； c )m (1 0.25) 5 6.25mm1f1hh2(2h； c* )m (20.25) 511.25mm齿顶圆直径分别为a1a1d(z2h )m (22 da2 (Z2 2h；)m (110 2 1) 52 1) 5 120mm560mm齿根圆直径分别为d(乙af1d(Zf222h 2c )m (22 2 2 0.25) 5 97.5mm2h； 2c*)m (110 2 2 0.25) 5 537.5mm齿厚为m/2 3.14 5/27.85mm齿槽宽为m/2 3.14 5/27.85mm标准中心距为12m(zZ )/25 (22
12、110)/2330mm齿轮厚度按实际状况选取，其余尺寸按有关公式计算出。3. 曲柄滑块机构计算R冲压式蜂窝煤成型机的滑梁行程 s 300mm，连杆系数 -0.157, 则曲柄半径R 0.5s 150mm连杆长度为L口R 955.41mmF 面承受作图法求出曲柄滑块机构中滑梁滑块的速度和加速度。取 l 10mm/m m,曲柄逆时针旋转，当转角为 45时，按比例准确作曲柄滑块机构的运动简图，如图 5 所示。图 5 曲柄滑块机构运动简图由于杆 1 (曲柄)的转速为 30 r/min,且方向为逆时针旋转，故杆 1 的角速度为1 2n1/602 3.14 30/603.14rad/s，方向为逆时针旋转。
13、B 点的速度为B 1 ABVI3.14 0.150.471m/s，方向为垂直于杆 1 且指向向上。B 点的加速度为aB1 lAB3.142 0.15 1.479m/s2，方向由 B 指向 A。C 点的速度及加速度。对于杆 2,V CB方向CA大小?丄 ABT丄 BC0.4710.01(m/s)/m m,按比例准确作速度图，如图 6 所示。图 6 速度图量取得VC37 0.010.37m/s。VcB340.010.34m/s。因此，杆 2 的角速度和法向加速度分别为V0 34I2CB0.350.356rad/s，方向为顺时针方向。2 2BCIBCa n2CB20.3560.9550.121m/s
14、，方向由 C 指向 B。aCaBanCBaCB方向CABACB丄BCT大小?1.4790.121?对于杆 2,pAo J取 a 0.01(m/s2)/mm，按比例准确作速度图，如图7 所示。量取得aC 105 0.011.05m/s2。因此，当曲柄转角为45时，滑块3 的速度为 0.37m/s,加速度为 1.05m/s2。4. 槽轮机构计算槽数 z。按工位数要求选定为中心距 a。按构造状况确定 a6。300mm(3)圆销半径 r。按构造状况确定槽轮每次转位时主动件的转角。30mm。180(1 2) 120。z(5)槽间角 2360z60。(6) 主动件圆销中心半径 R a sin150mm。(
15、7) R 与 a 的比值槽轮外圆半径 R2(9) 槽轮槽深 h區 sin 0.5。aJ(acos )2r2。262mmh a( con 1) rh 79.8mm)( h 8。口呵(10) 运动系数 k 口 -(n 1,n 为圆销数) 。2z 25. 扫屑凸轮机构计算固定凸轮承受斜面外形，其上、下方向的长度应大于滑梁的行程右方向的高度应能使扫屑刷活动范围扫除粉煤。具体按构造状况来设计，在此不再具体设计。s，其左常見运动特性及其对应机构实现的运动或功能定传动比匀速 转动空传动比非匀連转或往复移动律复运劝它复扭动机构務式平行 W 边制机构母轮机沟轮紊谐浊传动机构摆线针轮机构帝传动机构链传动机构,取万
16、向联轴节 tt 旳等轴向滑 II 圆柱齿轮机构，混合轮系变連机梅，摩擦轮无级变連机构，挠性无级 变速机恂等双曲衲机枸转M 导针机恂,非岡齿轮机构冲力冋联轴节机构寿曲脚滑快机构移功导仟机掏 ,正弦机构，移功从M 件凸轮机购，齿轮齿条机构诞机构气动用机构等曲脚摇杆机构摇摆导杆机构，女摇杆机絢，衲摇块机构崔动从渤件凸轮机构问1:摇摆代及液压机杓零鼎伦机构，槽轮机构，不立全齿轮机构，凸轮剛血或机构爭特别形忒的连杆机构摇摆从动件凸轮机均尊运动间燃移动轉占条机构，摩轮机构等预定直线紈迹连杆 ifi 幅 S 线机构，连杆糟确伍线机构，组合机构等轨迹曲线紈迹多杆机构，行星轮系机恂组合机构等増力及夬持ett行
17、e 可祠1斜 nHi 杆机构肘杆机枸幫式轮机构等强林节机构偏心调整机构，集1 徒鞫节札构,杆測节机构 ,可调式护杆机构 等急回恃性过载保 4曲柄掲杆机构 S 式曲柄滑块机曲，双曲辆机构，彳杯机掏，组合机构等带怜动址构 *传功机构等常见的机械传动类型及特点传动类型 圆柱 S 轮传动圆惟齿轮传动绍杆蛹轮传动旋机构丝枉传动传动挠性啮 合传动带传动传动寄点传动比 10 定、效率高、寿命长,适用的功率和速度范園广。要求制造安装精度商，不能缓冲，无过载保护作用主要用来传递两个交轴之间的运动，锥 fi 轮 w 造较困难，裝配精度难以保证外廓尺寸小，构造紧凑，传动比大而准確。传动平稳无噪声，可具有白锁性 .但效率低中、高速传动时需用价格较贵能材料将冋转运动转变为直线运动构造简洁传动平稳、无噪声，可获得较大减速比,但工作速度一般较低中心距变化范围大，平均传动比较准筛能适应恶劣环境.瞬时传动比不稳定中心距变化范 H 大，构造简洁，传动平稳,能緩冲，有过载保护功能，安装要求不离传动比不能严格保证，寿命较短 ”传递功那较小，連度范围小-