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1、机械原理课程设计 -冲压式蜂窝煤成型机(范例)机械原理课程设计范例题目：冲压式蜂窝煤成型机一、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：（1） 粉煤加料；（2） 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
2、型机的生产力量：30 次/min。（2） 如图 1 所示，冲头、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。R（4） 冲压式蜂窝煤成型机的滑梁行程 s = 300mm ，连杆系数l = L = 0.157 。成型。（3） 脱模：要求脱模盘上、下往复移动，
3、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主要是确定冲压和脱模盘、扫
4、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冲头和脱模盘机构模筒转盘0180工作行程180360回程机构 扫屑刷机工作行程停顿扫屑运动回程工作行程扫屑运动构 主动件转角安排09090270270360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，使间歇转动在冲压以前完成。扫屑刷要求在冲
5、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 扫屑刷机构对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构六杆冲压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 OB 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 表示固定移动凸轮利用滑梁上、下移动使带有扫屑刷
6、的移动从动件顶出而扫除冲头和脱模盘底的粉煤屑。图 3 冲压式蜂窝煤成型机执行机构运动形式 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N32318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比较方案的优劣。
7、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nni=电机总730= 30= 24.333执行主轴机械传动系统的第一级承受带传动，其速比为 4.866；其次级承受直齿圆柱齿轮传动，其传动比为 5。七、画出机械运动方案示意图按已选定的三个执行机构的形式
8、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。图 4 冲压式蜂窝煤成型机运动方案示意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（1） 确定计算功率 PC取 K=
9、 1.4 ，则AP= K PCAP= 1.4 11 = 15.4(kW )C（2） 选择带的型号。由 PC及主动轮转速 n1，由有关线图选择 V 带型号为C 型 V 带。（3） 确定带轮节圆直径 d 和d12。取d1= 200mm ，则（4） 确定中心距 a0d= 4.866 d21= 973.2mm0.7(d1+ d ) a20 2(d1+ d )2即821.24mm a0 2348.4mm 。（5） 确定 V 带根数 zP15.4z C = 4P3.802. 齿轮传动计算取齿轮的压力角a = 20o,z1行强度计算，其模数 m = 5mm 。则分度圆直径分别为= 22 ， z2= i 22
10、 = 5 22 = 110 ，按钢制齿轮进d= z11d= zm = 110mmm = 550mm齿顶高为齿根高为2h= ha1a 22= h*m = 1 5 = 5mma齿全高h= hf 1f 2= (h* + c* )m = (1 + 0.25) 5 = 6.25mmah = h12= (2h*a+ c* )m = (2 + 0.25) 5 = 11.25mm齿顶圆直径分别为d= (za11d= (z+ 2h* )m = (22 + 2 1) 5 = 120mma+ 2h* )m = (110 + 2 1) 5 = 560mma 22a齿根圆直径分别为d= (zf 11- 2h* - 2c
11、*)m = (22 - 2 - 2 0.25) 5 = 97.5mma齿厚为齿槽宽为d= (zf 22- 2h* - 2c*)m = (110 - 2 - 2 0.25) 5 = 537.5mmas = pm / 2 = 3.14 5 / 2 = 7.85mm e = pm / 2 = 3.14 5 / 2 = 7.85mm标准中心距为a = m(z1+ z ) / 2 = 5 (22 + 110) / 2 = 330mm2齿轮厚度按实际状况选取，其余尺寸按有关公式计算出。3. 曲柄滑块机构计算冲压式蜂窝煤成型机的滑梁行程 s = 300mm ，连杆系数 l =则曲柄半径R = 0.157 ,
12、L连杆长度为R = 0.5s = 150mmL = Rl= 955.41mm下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m l = 10mm / mm ，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w = 2pn11/ 60 = 2 3.14 30 / 60 = 3.14rad / s ，方向为逆时针旋转。B 点的速度为V= w* l= 3.14 0.15 = 0.471m / s ，方向为垂直于杆 1 且指向向上。B1ABB 点的
13、加速度为a= w 2 * lB1AB= 3.142 0.15 = 1.479m / s2 ，方向由 B 指向 A。下面求 C 点的速度及加速度。对于杆 2，V=V+VCBCB方向CAABBC 大小？0.471?取m= 0.01(m / s) / mm ，按比例准确作速度图，如图 6 所示。V图 6 速度图量取得V= 37 0.01 = 0.37m / s 。CV= 34 0.01 = 0.34m / s 。CB因此，杆 2 的角速度和法向加速度分别为Vw=CB2l= 0.34 = 0.356rad / s ，方向为顺时针方向。0.955BCan= w 2 lCB2BC= 0.3562 0.95
14、5 = 0.121m / s 2 ，方向由 C 指向 B。对于杆 2，aC=a+a n BCB+ a tCB方向CABACBBC 大小？1.4790.121？取m= 0.01(m / s 2 ) / mm ，按比例准确作速度图，如图 7 所示。a图 7 加速度图量取得a= 105 0.01 = 1.05m / s2 。C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（1） 槽数 z 。按工位数要求选定为 6。（2） 中心距a 。按构造状况确定 a = 300mm 。（3） 圆销半径r 。按构造状况确定 r = 30mm 。（4）
15、槽轮每次转位时主动件的转角 2a = 180(1 -2) = 120 。z（5） 槽间角2b =360 = 60 。z（6） 主动件圆销中心半径 R1= a sin b = 150mm 。（7） RRl与a 的比值 =11a= sin b = 0.5 。(a cos b )2 + r 2（8） 槽轮外圆半径 R=2= 262mm 。（9） 槽轮槽深hh a(l + conb -1) + rh 79.8mm(h = 80mm)（10） 运动系数k =z - 2 =1 (n = 1, n为圆销数) 。2z25. 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 s ，其左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。