畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-氣壓式蜂窩煤成型機(jī)設(shè)計(jì)（全套圖紙）.pdf

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說明書說明書 題目名稱：氣壓式蜂窩煤成型機(jī)的設(shè)計(jì) 院系名稱：機(jī)電學(xué)院 班 級：機(jī)自 072 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2011 年 5 月 中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 I 摘 要 在我國的能源構(gòu)成中，煤炭占十分重要地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國能源生產(chǎn)和消費(fèi) 中，煤炭約占總質(zhì)量的百分之七十五左右。目前市長銷售蜂窩煤的質(zhì)量仍較普遍存 在強(qiáng)度低、灰分高、固硫率低及不防水等缺點(diǎn)。這樣不僅降低了散煤的燃燒率，造 成了資源浪費(fèi)，并且造成了嚴(yán)重的污染了環(huán)境。 因此，蜂窩煤成型機(jī)設(shè)備是型煤生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，他的發(fā)展對我國經(jīng)濟(jì)有著 深遠(yuǎn)的意義。 本設(shè)計(jì)的是一種新型的蜂窩煤成型機(jī),即氣壓式蜂窩煤成型機(jī)，改用氣缸帶動(dòng)沖 頭往復(fù)上下運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)整體機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，不揚(yáng)塵，噪聲低，并具有高 效、節(jié)能、噪音低、性能穩(wěn)、震動(dòng)小、壽命長、溫升幅度大、結(jié)構(gòu)先進(jìn)、等優(yōu)點(diǎn)。 最重要的是，大幅度的提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：蜂窩煤成型機(jī)，氣壓式，工作原理 中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 II Abstract Energy mixing in China, the coal is in very important position. According to statistics in Chinas energy consumption and production , coal accounts for about 75%of all. However, but sold honeycomb coal has many defect such as lower compressive strength, high ash, lower sulfur retention and non- waterproof. So it not only reduced the coal combustion rate, the waste of resources,but also cause a great deal of damage to the environment.thenefore. Therefore, molding machine equipment is the key tocoal production, so the development of molding machine equipment has the practical meaning for national economy. The utility model relates to a new honeycomb briquet moulding machine，It use cylinder driving the punch reciprocating motion, The whole screen has the advantages of compact structure, steady and smooth running, no dust flying, low noise, as well as easy operation and maintenance,And has high efficiency, low noise, stable performance, small vibration, long life, , advanced structuree and so on. Most of all,it enhances assembly effectiveness and products quality. 中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 III Key words: Honeycomb briquette molding machine, Cylinder Working principle 中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 IV 目 錄 1 引言 . 1 2 分析 . 2 2.1 氣壓式蜂窩煤成型機(jī)的功能 . 2 2.2 設(shè)計(jì)基本要求 . 2 2.3 工作原理和工藝動(dòng)作分解 . 2 3 初定傳動(dòng)裝置方案 . 4 3.1 初選電動(dòng)機(jī) . 4 3.2 初定傳動(dòng)方案 . 4 3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) . 4 3.3.1 氣缸的種類選擇 . 4 3.3.2 氣缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 5 4 傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì) . 8 4.1 選擇電動(dòng)機(jī) . 8 4.2 計(jì)算總傳動(dòng)比并分配傳動(dòng)比 . 8 4.3 計(jì)算各軸的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù) . 9 5.傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 10 5.1 皮帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 10 5.1.1 確定計(jì)算功率 . 10 5.1.2 選擇 V 帶帶型 . 10 5.1.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速 . 10 5.1.4 確定帶輪的中心距a和皮帶的基準(zhǔn)長度 . 10 5.1.5 計(jì)算 V 帶根數(shù) z . 10 5.1.6 確定帶輪的中心距a和皮帶的基準(zhǔn)長度 . 12 5.2 直齒圓柱輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) . 13 5.2.1 選定齒輪類型、精度、材料及齒數(shù) . 13 5.2.2 按齒面和齒根接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) . 14 5.2.3 幾何尺寸計(jì)算 . 17 5.3 直齒錐齒輪的設(shè)計(jì) . 18 6 轉(zhuǎn)盤槽輪和掃屑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) . 19 6.1 槽輪機(jī)構(gòu)計(jì)算 . 19 6.2 掃屑凸輪機(jī)構(gòu)計(jì)算 . 20 6.2 工作盤設(shè)計(jì)與計(jì)算 . 21 7 軸的設(shè)計(jì) . 22 中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 V 7.1 軸（皮帶輪軸）的設(shè)計(jì) . 22 7.2 軸（大齒輪軸）的設(shè)計(jì) . 26 8 軸承選擇校核與計(jì)算 . 33 8.1 軸承的選用 . 33 8.2 軸承的校核 . 34 9 工作頭橫梁與掃屑刷橫梁的連接處的設(shè)計(jì) . 36 10 箱體的設(shè)計(jì) . 37 結(jié) 論 . 38 參考文獻(xiàn) . 39 致 謝 . 40 中原工學(xué)院畢業(yè)論文 - 1 - 1.引 言 在目前國內(nèi)生產(chǎn)蜂窩煤成型機(jī)的廠家不少，但是現(xiàn)有的蜂窩煤成型機(jī)的沖壓成 型，均有連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)在橫梁的彈簧式?jīng)_頭沖壓成型，由于沖孔后抜沖針的需要在 沖頭上裝有圓柱彈簧，彈簧在間歇往復(fù)應(yīng)力作用下高速工作，極易產(chǎn)生疲勞，彈簧 較弱，影響拔針，出現(xiàn)夾煤重沖故障，同時(shí)由于彈簧配件制造質(zhì)量很不穩(wěn)定，常常 斷裂，從而增加生產(chǎn)成本：另外，彈簧式?jīng)_頭總高度包括了彈簧高度，隨著沖頭高 度的增大，工作時(shí)沖頭擺差、與模筒碰撞機(jī)會(huì)均增大，配件損耗和工作噪聲均為較 大。以往的許多制造煤塊的機(jī)構(gòu)存在著許多避之不及的缺陷，即有些機(jī)構(gòu)制造出的 煤塊不夠敦實(shí)，放干后有一些裂紋；有些機(jī)構(gòu)造出的煤塊經(jīng)常出現(xiàn)孔內(nèi)坍塌現(xiàn)象； 有些機(jī)構(gòu)在工作是會(huì)出現(xiàn)許多不能及時(shí)清理的煤屑，造成工作環(huán)境的相對惡劣， 本設(shè)計(jì)的誕生不僅克服了許多造煤塊機(jī)構(gòu)難以克服的缺陷，用氣缸帶動(dòng)沖頭成 型有緩沖作用，壓力平衡，煤品質(zhì)量穩(wěn)定，表面光潔，強(qiáng)度好。根據(jù)各種運(yùn)輸工具 對煤品濕度的濕強(qiáng)度要求而該變相應(yīng)的濕強(qiáng)度。 此外 還在機(jī)械傳動(dòng)的能耗以及電動(dòng) 機(jī)選擇上做了優(yōu)化，很大程度上做到了美化環(huán)境及節(jié)約有限能源。 ：一是機(jī)構(gòu)擁有了 帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)平穩(wěn)、具有過載保護(hù)作用，槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠等 特性，二是有氣缸帶動(dòng)沖頭和脫模盤做往復(fù)運(yùn)動(dòng)本實(shí)它采用氣壓沖頭機(jī)構(gòu)完成蜂窩 煤的成型脫模，使用維修方便，生產(chǎn)的煤品質(zhì)量好，成本低，能一機(jī)多用。 本設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)安全、實(shí)用的思想設(shè)計(jì)而出，適用范圍比較廣泛，既可以用于大中 型公司或企業(yè)批量生產(chǎn)，又可用于小型部門的連續(xù)生產(chǎn)，大幅度降能耗及解決型煤 質(zhì)量不穩(wěn)定的問題。 中原工學(xué)院畢業(yè)論文 - 2 - 2、分析 2.1 氣壓式蜂窩煤成型機(jī)的功能 蜂窩煤成型機(jī)是我國城鎮(zhèn)蜂窩煤（通常又稱煤餅，在圓柱形餅狀煤中沖出若干通 孔）生產(chǎn)廠的主要生產(chǎn)設(shè)備，它將煤粉加入轉(zhuǎn)盤上的模筒內(nèi)，經(jīng)沖頭氣壓成蜂窩 煤。 為了實(shí)現(xiàn)蜂窩煤氣壓成型，氣壓式蜂窩煤成型機(jī)必須完成以下幾個(gè)動(dòng)作： 1) 煤粉加料； 2) 氣缸帶動(dòng)沖頭將蜂窩煤壓制成型； 3) 氣缸帶動(dòng)掃屑刷清除沖頭和出煤盤的積屑的掃屑運(yùn)動(dòng)； 4) 將在模筒內(nèi)的氣壓后的蜂窩煤脫模； 5) 將氣壓成型的蜂窩煤輸送裝箱。 2.2設(shè)計(jì)基本要求 1) 設(shè)計(jì)蜂窩煤成型機(jī)構(gòu)，型煤尺寸為mmmmh75100= 2) 生產(chǎn)率為每分鐘 65 個(gè)； 3) 沖壓成型時(shí)的生產(chǎn)阻力達(dá)到 50000N； 4) 為改善蜂窩煤成型機(jī)的質(zhì)量，希望在沖壓后有一短暫的保壓時(shí)間； 5) 由于沖頭要產(chǎn)生較大壓力，希望沖壓機(jī)構(gòu)具有增力功能，以增大有效力作用， 減小氣缸的功率。 2.3 工作原理和工藝動(dòng)作分解 根據(jù)上述分析，氣壓式蜂窩煤成型機(jī)要求完成的工藝動(dòng)作有以下六個(gè)動(dòng)作： 1) 加料：這一動(dòng)作可利用煤粉的重力打開料斗自動(dòng)加料； 2) 沖壓成型：要求在氣缸帶動(dòng)沖頭上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在沖頭行程的二分之一進(jìn)行 氣壓成型； 3) 脫模：要求脫模盤上下往復(fù)移動(dòng)，將已氣壓成型的煤餅壓下去而脫離模筒。 一般可以將它與沖頭固結(jié)在有氣缸帶動(dòng)上下往復(fù)移動(dòng)的連桿上； 4) 掃屑：要求在沖頭、脫模盤向上移動(dòng)過程中用掃屑刷將煤粉掃除； 5) 模筒轉(zhuǎn)模間歇運(yùn)動(dòng)：以完成氣壓、脫模和加料三個(gè)工位的轉(zhuǎn)換； 中原工學(xué)院畢業(yè)論文 - 3 - 6) 輸送：將成型的煤餅脫模后落在輸送帶上送出成品，以便裝箱待用。 以上六個(gè)動(dòng)作，加料和輸送的動(dòng)作比較簡單，暫時(shí)不予考慮，脫模和氣壓可以 用一個(gè)機(jī)構(gòu)完成。由氣壓缸帶動(dòng)橫梁帶動(dòng)三個(gè)裝置運(yùn)動(dòng) 因此， 氣壓式蜂窩煤成型機(jī)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮氣壓和脫模機(jī)構(gòu)、 掃屑機(jī)構(gòu) 和模筒轉(zhuǎn)盤間歇轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)這三個(gè)機(jī)構(gòu)的選型和設(shè)計(jì)問題。 中原工學(xué)院畢業(yè)論文 - 4 - 3.初定傳動(dòng)裝置方案 3.1 初選電動(dòng)機(jī) 初定 Y 系列 三相異步電動(dòng)機(jī) 3.2 初定傳動(dòng)方案 初步確定采用皮帶輪和齒輪進(jìn)行兩次減速，選用轉(zhuǎn)速較小的電機(jī)，經(jīng)過兩次減 速后，轉(zhuǎn)速滿足要求。沖頭和脫模盤由氣缸帶動(dòng)其上下運(yùn)動(dòng)按已選定的三個(gè)執(zhí)行機(jī) 構(gòu)的型式及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)， 畫出沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)示意圖。其中三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分也可以稱 為機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案示意簡圖 3-1。所示，其中包括了機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的 組合。 圖 3- 1 機(jī)構(gòu)傳動(dòng)示意圖 3.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) .3.3.1 氣缸的種類選擇 氣缸的作用是實(shí)現(xiàn)沖頭和脫模盤縱向運(yùn)動(dòng)。對氣缸結(jié)構(gòu)的要求一是重量盡量輕， 以達(dá)到動(dòng)作靈活、運(yùn)動(dòng)速度高、節(jié)約材料和動(dòng)力，同時(shí)減少運(yùn)動(dòng)的沖擊，二是要有 中原工學(xué)院畢業(yè)論文 - 5 - 足夠的剛度以保證運(yùn)動(dòng)精度和定位精度 氣缸按供氣方向分，可分為單作用缸和雙作用缸。單作用缸只是往缸的一側(cè)輸 入高壓油，靠其它外力使活塞反向回程。雙作用缸則分別向缸的兩側(cè)輸入壓縮空氣， 活塞的正反向運(yùn)動(dòng)均靠氣壓力完成。由于單作用氣壓缸僅向單向運(yùn)動(dòng)，有外力使活 塞反向運(yùn)動(dòng)，而雙作用單活塞氣缸在壓縮空氣的驅(qū)動(dòng)下可以像兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)但兩個(gè) 方向的輸出力不同，所以該方案采用雙作用單活塞缸 3.3.2 氣缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 由設(shè)計(jì)要求可以知道，要驅(qū)動(dòng)的負(fù)載大小位 5000N，考慮到氣缸未加載時(shí)實(shí)際所 能輸出的力，受氣缸活塞和缸筒之間的摩擦、活塞桿與前氣缸之間的摩擦力的影響， 并考慮沖頭，脫模盤的質(zhì)量。在研究氣缸性能和確定氣缸缸徑時(shí)，常用到負(fù)載率 0 F F =（F 氣缸實(shí)際負(fù)載， 0 F 氣缸理論輸出負(fù)載） 考慮到料煤高度與型煤高度之比（壓縮比）為 2:1，工作盤高2150Hhmm= 65 300 325 60 vmm s = 由表 11-1，查的 =0.45 氣缸實(shí)際負(fù)載為2250FN= 6 2250 1.271.2777.62 0.6 10 F D P = F氣缸的輸出拉力 N；P 氣缸的工作壓力 Pa 按照 GB/T2348-1993 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整，取 D=80 mm 由 d=0.3D 估取活塞桿直徑 d=25 mm 缸筒長度 S=L+B+30 L 為活塞行程；B 為活塞厚度 活塞厚度(0.6 1)0.7 8056Bdmm= 由于氣缸的行程 L=300mm ,所以 S=L+B+30=396 mm 導(dǎo)向套滑動(dòng)面長度 A: 一般導(dǎo)向套滑動(dòng)面長度 A，在 D80mm 時(shí), 可取 A=(0.6-1.0)d。 中原工學(xué)院畢業(yè)論文 - 6 - 所以 A=25mm 最小導(dǎo)向長度 H： 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)氣缸的最大行程為 L，缸筒直徑為 D，最小導(dǎo)向長度為： 代入數(shù)據(jù) 即最小導(dǎo)向長度 H 30080 55 2020 Hmm=+= 活塞桿的長度 l=L+B+A+80=300+50+55+40=455 mm 由液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊可查氣缸筒的壁厚可根據(jù)薄避筒計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算： . 2 p d = 缸筒壁厚()mm ；D缸筒內(nèi)徑()mm P缸筒承受的最大工作壓力（MPa） ； 缸筒材料的許用應(yīng)力（MPa） 實(shí)際缸筒壁厚的取值：對于一般用途氣缸約取計(jì)算值的 7 倍；重型氣缸約取計(jì) 算值的 20 倍，再圓整到標(biāo)準(zhǔn)管材尺碼。 參考液壓與氣壓傳動(dòng)缸筒壁厚強(qiáng)度計(jì)算及校核 缸體的材料選擇 45 鋼， b =600 MPa， 600 120 5 MPa = n 為安全系數(shù) 一般取 n=5； b 缸筒材料的抗拉強(qiáng)度(Pa) P缸筒承受的最大工作壓力（MPa） 。當(dāng)工作壓力 p16 MPa 時(shí)，P=1.5p；當(dāng)工 作壓力 p16 MPa 時(shí)，P=1.25p 由此可知工作壓力 0.6 MPa 小于 16 MPa， 中原工學(xué)院畢業(yè)論文 - 7 - P=1.5p=1.50.6=0.9 MPa .0.9 80 0.3 22 120 P D mm = 由表查的 氣缸筒的壁厚圓整取 = 7 mm v空氣流經(jīng)進(jìn)排氣口的速度，可取 v=10-15 選取 v = 12 m/s 由公式 0 Q d v = 代入數(shù)據(jù)得 0 d = 14.014 mm 所以取氣缸進(jìn)排氣口直徑為 15 mm 中原工學(xué)院畢業(yè)論文 - 8 - 4 傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì) 4.1 選擇電動(dòng)機(jī)選擇電動(dòng)機(jī) 8 9.69 0.826 w d Pkw Pkw = d P 電動(dòng)機(jī)工作及功率 d P 電動(dòng)機(jī)工作及功率 機(jī)械傳動(dòng)總效率 1 0.992 =聯(lián)軸器效率 2 0.99 =滾動(dòng)軸承效率 3 0.98 =圓柱直齒輪傳動(dòng)效率 4 0.92 =開式齒輪傳動(dòng)效率 5 V=0.96帶傳動(dòng)效率 0.826= 預(yù)取齒輪減速傳動(dòng)比為 5，皮帶輪減速傳動(dòng)比為 4，總傳動(dòng)比為 20 則min10002050riannm= 所以選擇 Y160M- 4 三相異步電動(dòng)機(jī) 同步轉(zhuǎn)速為 1460r/min；額定功率 11kw；中心高 160mm 外形尺寸：如表 4-1 表 4-1 H A B C L HD 180L 132 254 210 108 670 430 見機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)P237 表 21- 3 4.2 計(jì)算總傳動(dòng)比并分配傳動(dòng)比 傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比 4 . 22 65 1460 = w m n n i m n 電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速 w n 工作機(jī)轉(zhuǎn)速 其中齒輪傳動(dòng)比取 5， 則 V 帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比48 . 4 5 4 . 22 =i 中原工學(xué)院畢業(yè)論文 - 9 - 4.3 計(jì)算各軸的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù) (1) 計(jì)算各軸的輸入功率（kw） 125 21 32 11 11 0.99 0.9610.35 =0.992 0.9910.06 =0.99 0.98=9.57 d d Pkw PP PPkw P Pkw = = = 電動(dòng)機(jī)軸 軸（皮帶輪軸） 軸（小齒輪軸） 軸（大齒輪軸） (2) 計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)速（r/min） 1 1460 / min 1460 350 / min 4.172 = =350 / min 350 70 / min 5 m nr nr n nr nr = = = 電動(dòng)機(jī)軸 軸（皮帶輪軸） 軸（小齒輪軸） 軸（大齒輪軸） (3) 計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)矩（Nmm） 66 d 11 9.55 109.55 1071952 1460 71952 0.99 0.965.35 =0.992 0.9968383.5 =0.99 0.98=64862.3 m P TNmm n TNmm T TNmm T TNmm = = = 電動(dòng)機(jī) 軸（皮帶輪軸） 軸（小齒輪軸） 軸（大齒輪軸） (4) 列出各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)（見表 4-2） 表 4-2 軸號 輸入功率(kw) 轉(zhuǎn)速（r/min） 轉(zhuǎn)矩（Nmm） 電動(dòng)機(jī)軸 11 730 143904 軸 10.35 175 171952 軸 10.06 175 68383.5 軸 9.57 35 128983.3 中原工學(xué)院畢業(yè)論文 - 10 - 5.傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算 。 5.1 皮帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 取該機(jī)械每天工作 10 小時(shí),一年工作 300 天 5.1.1 確定計(jì)算功率 由表 8- 7 可查的工作情況系數(shù)1.3 A K = 1.3 1114.3 caA PK Pkwkw= 5.1. 2 選擇 V 帶帶型 根據(jù)計(jì)算功率 ca P 和軸轉(zhuǎn)速 1 n ，由表 8- 11 可查的選用 C 型 V 帶 5.1.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速 v (1) 初選小帶輪基準(zhǔn)直徑 由表 8- 6 和表 8- 8 可查得小帶輪基準(zhǔn)直徑 1 200 d dmm= (2) 驗(yàn)算帶速 v 按公式（8- 13）驗(yàn)算帶速 1 200 1460 15.28/ 60 100060 1000 d d n vm s = 因?yàn)?/30/m svm s 中原工學(xué)院畢業(yè)論文 - 12 - 由公式()() 0 min min 2sin 2 p FZ F =可得壓軸力的最小值為 ()() 0 min min 132.58 2sin2 4 455.86 sin 22 p FZ F = o 3339.06N= 5.1.6 皮帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由表 8-10 可查得 C 型帶 19.0 d bmm= min 4.80 a hmm= min 14.3 f hmm= 25.50.5emm= 34 = o (1) 小帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 因?yàn)?00 d dmm=， min 4.8 a hmm= 則 min 2 ada ddh=+ 2002 4.8209.6mm=+ = min 23108.5Bfemm=+= 0 d 由電機(jī)參數(shù)可得 0 48dmm= 15mm = () 0 1.5 3.080Ldmm= 圖 5-1 小帶輪結(jié)構(gòu)圖 中原工學(xué)院畢業(yè)論文 - 13 - 大帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 因?yàn)?00 d dmm=， min 4.8 a hmm=則 min 28002 4.8809.6 ada ddhmm=+=+ = min 23108.5Bfemm=+= 0 d 由軸可知 0 110dmm=15mm =130Lmm= 圖 5- 2 大帶輪結(jié)構(gòu)圖 5.2 直齒圓柱輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 5.2.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) (1) 采用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。 (2) 蜂窩煤成型機(jī)為一般工作機(jī)器，轉(zhuǎn)速不高，故選用 7 級精度（GB 1009588） 。 (3) 材料選擇。由表 10- 1 選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280HBS，大齒輪 材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。 (4) 選小齒輪齒數(shù) 1 30z =，大齒輪齒數(shù) 2 30 5150z = 。 (5) 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)，然后校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，最后作齒輪的結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)。 中原工學(xué)院畢業(yè)論文 - 14 - 5.2.2 按齒面和齒根接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由強(qiáng)度計(jì)算公式總表查得設(shè)計(jì)公式為 3 2 1 1 1 2.32 E t dH KTZu d u （1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 試選 Kt1.3 Tt的計(jì)算 圖 5-3 齒輪受力圖 根據(jù)大齒輪圖 5-3 齒輪受力圖可以求得大齒輪所受的最大轉(zhuǎn)矩 Tt 根據(jù)幾何分析可以知道 90= o sin=50/150=1/3 可以求得 =19.4712 l=（1502- 502）1/2=141.4 sin=l/L=141.4/955.41=0.148 可以求得=8.511 則 Tt=FRSin=FRSin(+) =131Nm 中原工學(xué)院畢業(yè)論文 - 15 - 選取d=1（兩支撐相對于小齒輪做非對稱布置） 查得材料的彈性影響系數(shù)為 ZE=189.8MPa 1 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為 lim1=600MPa , lim2=550 MPa 查得接觸疲勞強(qiáng)度 KHN1=0.90 KHN2=0.95 計(jì)算接觸疲勞應(yīng)力 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1 1 lim1 1 0.90 600540 HN H K MPa S = 2 lim2 2 0.95 600570 HN H K MPa S = （2)計(jì)算 1)計(jì)算小齒輪分度圓直徑 d1t 代入中較小的值 3 3 2 2 5 1 1 11.5 1.34 108.6189.8 2.32 0.57.6540 E t dH KTZu d u = 69.57mm= 2）計(jì)算圓周速度 11 60 1000 t d n = 100060 7307214. 3 =2.65m/s 3）計(jì)算齒寬 b 及模數(shù) m 1 0.6 136.0777.442 dt bdmm= 模數(shù) 1 1 67.81 2.18 30 t t d m z = h=2.25mt=2.252.8126=6.34 4)計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h b/h=69.57/6.34=10.97 5）計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) v=2.75m/s,7 級精度，由1P194 圖 10-8 查得動(dòng)載荷系數(shù) 1.05 V K =； 中原工學(xué)院畢業(yè)論文 - 16 - 斜齒輪，由1P195 表 10-3 查得 KHa1=KFa2=1 由1P193 表 10-2 查得使用系數(shù) KA=1.5 由1P196 表 10-4 查得 7 級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時(shí) 用插值法差得 KHB=1.3124 由 b/h=10.97, KHB =1.3124 ,查圖 10-13 得 KFB=1.3 故載荷系數(shù) 1 1.05 1 1.3121.37802 AVHH KK K KK = = 6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 3 3 11 1.3802 69.5770.93 1.5 t t K ddmm K = 計(jì)算模數(shù) 1 1 70.93 2.955 24 d mmm z = 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由1P216 式 10-17 得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 1 3 2 1 2 FaSa dF Y YKT m z 確定計(jì)算參數(shù) 1）由1P208 圖 10-20 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 1 500 FE MPa= 大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 2 380 FE MPa=； 2）由圖 10-18 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 1 0.85 FN K=， 2 0.88 FN K=； 3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4,由式 10-12 得 11 1 0.85 500 303.57 1.4 FNFE F K MPaMPa S = 22 2 0.88 380 238.86 1.4 FNFE F K MPaMPa S = 4）計(jì)算載荷系數(shù) K 1.5 0.8 1 1.2121.44 AVFF KK K KK = = 中原工學(xué)院畢業(yè)論文 - 17 - 5）查取齒形系數(shù) 由1P200 表 10-5 可查得 1 2.8 Fa Y=； 2 2.18 Fa Y=。 8）查取應(yīng)力校正系數(shù) 由1P200 表 10-5 知 1 1.55 Sa Y=； 2 1.79 Sa Y= 9)計(jì)算大小齒輪的 FaSa F Y Y 并加以比較。 11 1 2.8 1.55 0.0143 303.57 FaSa F YY = 22 2 2.18 1.79 0.0163 238.86 FaSa F YY = 大齒輪的數(shù)值較大 （2）設(shè)計(jì)計(jì)算 5 3 2 2 1.44 1.343 10 0.01632.12 1 34 mmm = 對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì) 算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而 由齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取彎曲疲勞強(qiáng) 度模數(shù) 2.24，并近似圓整為標(biāo)準(zhǔn) m=3。 按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 d1=72mm,d2=360mm 5.2.3 幾何尺寸計(jì)算 計(jì)算中心距 a=（d1+d2）/2=216mm 計(jì)算齒輪寬度 1d bd=172=72mm 取 B1=B2=72mm (1) 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1) 小齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于200 a dmm，所以小齒輪采用實(shí)心式 中原工學(xué)院畢業(yè)論文 - 18 - 136dmm= 21362 4144 a ddm=+=+ = 2.51362.5 4126 f ddmmm= 85Bmm= 由軸參數(shù)可知 0 55dmm= 2) 大齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 668dmm= 0 77dmm= 26682 4676 a ddmmm=+=+ = 10 1.61.6 77123.2ddmm= 80Bmm= ()() 0 2.5 42.5 4416mmm = 2.56682.5 4658 f ddmmm= 10 26582 16626 f Ddmm= = ()() 011 0.50.5626 123.2375DDdmm=+=+= 0.30.3 8024CBmm= ()() 211 0.250.25626 123.2125.5dDdmm= 5.3軸到軸直齒錐齒輪的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)中，直齒錐齒輪的主要作用就是進(jìn)行運(yùn)動(dòng)方向的變換，將水平軸向的旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為豎直方向軸向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其帶動(dòng)的主要負(fù)載就是攪拌煤粉時(shí)產(chǎn)生的 阻力，以及該傳動(dòng)鏈中的摩擦力。 由于攪拌軸下面有推力球軸承的支承，所產(chǎn)生的阻力較小，而各機(jī)構(gòu)的摩擦力 相對于工作阻力來說更小，因此，本設(shè)計(jì)中的直錐齒輪主要不傳動(dòng)力，其強(qiáng)度能滿 足工作的需求。 由于上訴原因，不再對錐齒輪進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，只確定其幾個(gè)比較主要的尺寸， 其他尺寸可根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 根據(jù)各機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)以及尺寸，選定直錐齒輪的平均模數(shù)為3 m mmm=，當(dāng)量齒數(shù) 50 V z =，則平均分度圓直徑150 Vm V dm zmm= 中原工學(xué)院畢業(yè)論文 - 19 - 6.轉(zhuǎn)盤槽輪和掃屑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 6.1 槽輪機(jī)構(gòu)計(jì)算 1）槽數(shù)z的選擇 根據(jù)工位要求，工作臺(tái)必須至少具備 3 個(gè)工位（一個(gè)工位為沖壓頭的沖壓， 一個(gè)為托模工作，另一個(gè)為加料工作的工位） 。因此，可選定槽輪機(jī)構(gòu)的槽數(shù)為 4 2）中心距a 根據(jù)工作臺(tái)的直徑，以及整個(gè)系統(tǒng)的尺寸考慮，選定中心距為 a=200mm。 3）圓銷半徑r 根據(jù)中心距以及大概結(jié)構(gòu)尺寸選定 r=20mm。 4）槽輪每次轉(zhuǎn)位時(shí)主動(dòng)件的轉(zhuǎn)角 2 的計(jì)算 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（新版） 表 13.6-5 計(jì)算 2 oo 90) 2 1 (1802= z 5）槽間角2 的計(jì)算 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（新版） 表 13.6-5 計(jì)算2 o o 90 360 2= z 6）主動(dòng)件圓銷中心半徑的計(jì)算 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（新版） 表 13.6-5 計(jì)算 1 R mmaR100sin 1 = 7） 1 R 與a的比值 707. 0sin 1 = a R 8）槽輪外圓半徑 2 R 的計(jì)算 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（新版） 表 13.6-5 計(jì)算 2 R 中原工學(xué)院畢業(yè)論文 - 20 - mmraR142)cos( 22 2 =+= 9）槽輪槽深 h 的計(jì)算 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（新版） 表 13.6-5 計(jì)算 h mmrah8 .100) 1cos(=+ 對槽深h進(jìn)行取整，取102hmm= 10）槽輪厚度的設(shè)計(jì) 根據(jù)槽輪的半徑以及整體尺寸，選定槽輪主動(dòng)輪以及從動(dòng)輪的厚度均為 20mm 11）運(yùn)動(dòng)系數(shù)k的計(jì)算 4 1 2 2 = = z z k 6.2 掃屑凸輪機(jī)構(gòu)計(jì)算 由于掃屑凸輪對尺寸要求不太高，故掃屑凸輪應(yīng)在最后根據(jù)其他已經(jīng)確定的尺 寸進(jìn)行靈活的變動(dòng)。但有一點(diǎn)，必須要保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的連貫性。因此，固定凸 輪采用斜面形狀，要求固定凸輪的上下方向的長度應(yīng)大于滑梁的行程 s，即凸輪的 上下方向的高度應(yīng)大于 300mm，其左右方向的高度應(yīng)能使掃屑刷滿足掃除粉煤的活 動(dòng)范圍。具體按結(jié)構(gòu)情況來設(shè)計(jì)。 用作圖法對此機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖 1-10： minmax HH、應(yīng)該滿足關(guān)系式： maxmin 75mmHH= 煤 凸輪的轉(zhuǎn)速應(yīng)該與主體機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)周期相配合，由主體機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)比22.4i =， 原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為 1440r/min，可計(jì)算出： 1460 65r/min 22.4 n n i = 電 齒輪 Hmin Hmax 圖 6- 2 掃屑機(jī)構(gòu) 中原工學(xué)院畢業(yè)論文 - 21 - 6.3 工作盤設(shè)計(jì)與計(jì)算 在此設(shè)計(jì)中， 工作盤的轉(zhuǎn)位采用不完全齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)。 不完全齒輪的設(shè)計(jì)可參閱 機(jī) 械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) （由張永安主編、高等教育出版社出版）的 148 頁表11。先 將工作盤的靜止位置按比例繪出，如圖圖所示。 因主體機(jī)構(gòu)采用對心的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，則曲柄要通過、工位的?？字行?，因此 不完全齒輪機(jī)構(gòu)的主動(dòng)齒輪的回轉(zhuǎn)中心 1 O 也應(yīng)在曲柄的軸線上。 由于工作 動(dòng)1/5 周，則從動(dòng)齒輪的齒數(shù)應(yīng)該是 2 z 的五倍，取 2 z =16, 。則： 2 z =16.模數(shù)選取要保證從動(dòng)齒輪齒根圓大于工作盤外徑，本題取 m=5 中原工學(xué)院畢業(yè)論文 - 22 - 7. 軸的設(shè)計(jì) 7.1軸（皮帶輪軸）的設(shè)計(jì) (1) 選擇軸的材料 選取 45 鋼調(diào)質(zhì)， 硬度 230HBS， 強(qiáng)度極限640 B MPa=， 屈服極限355 S MPa =， 彎曲疲勞極限 1 275MPa=，剪切疲勞極限 1 155MPa=，對稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí) 的許用應(yīng)力 1 60MPa=。 (2) 初步估算軸的最小直徑 取 0 203A =，則：軸的最小軸頸 ()() 1 33 min 44 1 10.35 11011048.79 11751 0.5 P dmm n = 其中 1 =0.5 2 d d = 內(nèi)徑 外徑 考慮到 A- B 軸段鍵槽對軸的強(qiáng)度影響，需將軸頸增加 5%，即 ()1 5%43.79 1.0549.68dmm+= 取整后 min 45dmm= (3) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖 8-1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖所示。該軸的各段直徑和長度的確定如下： 1) 軸的各段直徑的確定： 自左向右第一段軸：50 A B dmm =；第二段軸：60 B C dmm =（取定位軸肩高 度5hmm=，軸承型號取 7011AC） ；第三段軸：70 C D dmm =（取定位軸肩高 度5hmm=） ；第四段軸：60 D E dmm =（取軸肩高度5hmm=） ；第五段軸： 50 E F dmm =； （取軸肩高度5hmm=，軸承型號取 7014AC） ； 軸的各段長度的確定： 自左向右第一段軸：第一段軸） ：203 A B lmm =第二段軸：100 B C lmm =；第 三段軸：72 C D lmm =；第四段軸：82 D E lmm =；第五段軸：84 E F lmm =； 中原工學(xué)院畢業(yè)論文 - 23 - 2) 軸上零件的周向定位： 帶輪與軸的周向定位采用平鍵連接。按45 A B dmm =由表 15- 20 查得：選用普 通平鍵()14 100109679CGB，鍵的截面尺寸為14 9bh=，鍵槽用鍵槽銑 刀加工，長為100mm。 。 (4) 先對軸的最小軸徑進(jìn)行校核 由前面可以知道，大齒輪所受到的最大扭矩為 T=131Nm 根據(jù)1P370 公式（15-1）可以求得軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為 T=T/WT 其中，WT 為軸的抗扭截面系數(shù) WT=0.2d3=0.2(5010-3)3=0.000025mm3 則T=T/WT=131000/0.000025=5.24MPa 由1P370 表 15-3，可以查得 45#鋼的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 25-45MPa TT 故軸的軸徑滿足使用的抗扭要求。 (5) 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 1) 繪出軸的計(jì)算簡圖 軸的計(jì)算簡圖如圖 5-8 a) 2) 計(jì)算作用支反力 如圖 5-8 b) P F （方向未定）力在支點(diǎn)產(chǎn)生的支反力： 2 0 F M= () 2112 0 PNF F LFLL+= 2 1 12 3339.06 209.2 1679.79 232.47209.2 P NF F L FN LL = + 1 0 F M= () 2121 0 NFP FLLF L+= 1 2 12 3339.06 161.8 1637.67 161.8209.2 P NF F L FN LL = + 帶輪壓軸力 P F 的作用方向與帶傳動(dòng)的布置有關(guān)，在具體位置尚未確定前，可 按最不利的情況考慮。 3) 作彎矩圖 P F 力產(chǎn)生的彎矩，如圖 5-8 c) () 112FNF MFLL=+ ()1679.79161.8209.8551732.26Nmm=+= 4) 作轉(zhuǎn)矩圖，如圖 5-8 d) 132.8TNm= 5) 作計(jì)算彎矩圖，如圖 5-8 e) 中原工學(xué)院畢業(yè)論文 - 24 - 單向運(yùn)轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取系數(shù)0.6 = 1 0.6 132.880.28 ca MTNm= 2 0.6 132.880.28 ca MTNm= ()() 22 22 3 592.90.6 132.8606 caF MMTNm=+=+= 6) 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 由計(jì)算彎矩圖可見，皮帶輪處計(jì)算彎矩最大，該處的計(jì)算應(yīng)力為： 3 3 3 606 10 16.8 0.1 77 ca ca M MPa W = 小于許用應(yīng)力 1 60MPa=，故安全。 圖 8-2 軸載荷分析圖 (6) 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 1) 判斷危險(xiǎn)截面 截面 B 只受扭矩作用