蜂窩煤成型機(jī)課程設(shè)計(jì)

1、機(jī)械設(shè)計(jì)綜合課程設(shè)計(jì)說明書I第1章 設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1任務(wù)題目如圖1所示，蜂窩煤成型機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)?，F(xiàn)要求設(shè)計(jì)蜂窩煤成型機(jī)，將具有一定濕度的煤粉定量送入模腔成形，生產(chǎn)出煤餅。蜂窩煤形狀為圓柱體，機(jī)器具有下列功能：輸入煤粉、煤粉成形、清除煤屑、型煤起模、輸出成品1。 1-滑架 2-沖頭 3-起模盤 4-清屑移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu) 5-刷帚 6-工作臺(tái) 7-槽輪機(jī)構(gòu)圖1 蜂窩煤成型機(jī)簡(jiǎn)圖1.2 原始數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)任務(wù)1.原始數(shù)據(jù)成品尺寸（直徑×高度，mm）：Ø 180×100；生產(chǎn)能力（塊/分鐘）：36；電機(jī)功率（Kw）：11；電機(jī)轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分鐘）：1460。2.設(shè)計(jì)任務(wù)（1）方案設(shè)計(jì)1

2、)進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)；2)確定各機(jī)構(gòu)的選型或者構(gòu)型；3)繪制執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖（時(shí)序圖）；4)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì)；5)確定傳動(dòng)方案：選擇原動(dòng)機(jī)，確定總傳動(dòng)比，分配各級(jí)傳動(dòng)比，計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率。（2）傳動(dòng)裝置減速器設(shè)計(jì)1)對(duì)各零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)；2)選擇鍵、軸承、聯(lián)軸器等，并進(jìn)行相應(yīng)的校核計(jì)算；3)繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，編寫說明書。273第2章 執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)2.1 工藝動(dòng)作分解和工作原理的確定 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)要求完成的工藝動(dòng)作有以下六個(gè)動(dòng)作。 加料：可以利用煤粉的重力打開料斗自動(dòng)加料。 沖壓成型：要求沖頭上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在沖頭行程的三分之一進(jìn)行沖壓成型。 脫模：要求脫模

3、盤上下往復(fù)移動(dòng)，將已沖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)在上下往復(fù)移動(dòng)的滑梁上。 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。 模筒轉(zhuǎn)模間歇運(yùn)動(dòng)：已完成沖壓、脫模和加料三個(gè)工位的轉(zhuǎn)換。 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(jiǎn)單，可以略去不考慮，因此主要的執(zhí)行結(jié)構(gòu)有，沖壓成型機(jī)構(gòu)、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)。2.2 方案選擇與分析 一、沖壓和脫模機(jī)構(gòu)(上下移動(dòng))方案1方案2方案3方案4方案5方案6方案7方案8方案9方案10方案11方案12方案13方案14方案15方案16方案17方案18方案19

4、方案20方案1至9為連桿機(jī)構(gòu)；方案10至12為凸輪機(jī)構(gòu)；方案13至16為齒輪齒條機(jī)構(gòu)；方案17至20為組合機(jī)構(gòu)。表1 沖壓機(jī)構(gòu)部分運(yùn)動(dòng)方案定性分析形態(tài)性能特點(diǎn)連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)齒輪齒條機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度高較高高行程大小取決于曲柄尺寸小可任意可調(diào)程度可調(diào)調(diào)節(jié)困難可調(diào)動(dòng)力性能平衡困難取決于凸輪形狀好簡(jiǎn)單性不太簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單，但一般齒輪須擺動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)齒條往復(fù)移動(dòng)機(jī)械效率一般一般較高承載能力高較低較高其他特性有急回特性可實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動(dòng)規(guī)律傳動(dòng)平穩(wěn)結(jié)合表1可知，方案1為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，易加工且具增力作用；方案6至9為六桿機(jī)構(gòu)行程小；凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，但易磨損且傳力小；齒輪齒條機(jī)構(gòu)傳動(dòng)準(zhǔn)確、效率高、壽命長(zhǎng)，但加工

5、裝配難；組合機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。綜上所述，初選方案1，方案8，方案20。二、工作盤間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 方案1 槽輪機(jī)構(gòu)方案2 外嚙合棘輪機(jī)構(gòu)方案3 摩擦式棘輪機(jī)構(gòu) 方案4 外嚙合不完全齒輪機(jī)構(gòu)方案5 不完全齒輪齒條機(jī)構(gòu)方案6 圓柱凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案1結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高，但轉(zhuǎn)角不可太小，有沖擊；方案2、3制造方便，轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確，但易引起沖擊磨損；方案4、5從動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)角范圍大但加工復(fù)雜，會(huì)引起剛性沖擊。方案6結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，但精度要求高，加工復(fù)雜，安裝調(diào)整困難。綜合考慮，初選方案1，方案4，方案6。三、掃屑機(jī)構(gòu)方案1 附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu)方案2 固定凸輪移動(dòng)滾子從動(dòng)件機(jī)構(gòu)方案3 固定凸輪移動(dòng)滑塊從動(dòng)件機(jī)構(gòu)方案1

6、工作平穩(wěn)，但尺寸較大；方案2運(yùn)動(dòng)性能較差，且易磨損；方案3各方面性能較好。掃屑機(jī)構(gòu)以上三方案性能相差不大，在考慮加工和安裝條件上，排除尺寸較大的方案1和加工較為復(fù)雜的方案3，最終選擇方案2作為掃屑機(jī)構(gòu)。2.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型與構(gòu)型 方案I: 沖壓機(jī)構(gòu)為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 模筒轉(zhuǎn)盤為槽輪機(jī)構(gòu) 掃屑機(jī)構(gòu)為導(dǎo)桿-滑塊機(jī)構(gòu) 適當(dāng)選擇沖壓機(jī)構(gòu)中A點(diǎn)軌跡和確定機(jī)構(gòu)尺寸，可保證構(gòu)件具有急回，運(yùn)動(dòng)和工作段近于勻速的特性，并可使機(jī)構(gòu)工作段壓力角盡可能小。根據(jù)工位要求確定槽輪相關(guān)參數(shù)，可滿足工作盤間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。導(dǎo)桿-滑塊機(jī)構(gòu)上下方向長(zhǎng)度應(yīng)大于滑梁行程，其左右高度應(yīng)能使掃屑刷滿足掃除粉煤活動(dòng)范圍。 方案II: 沖壓機(jī)構(gòu)為六

7、桿機(jī)構(gòu) 模筒轉(zhuǎn)盤為不完全齒輪機(jī)構(gòu) 掃屑機(jī)構(gòu)為固附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu) 六桿機(jī)構(gòu)雖具有增力作用，但行程較小，需調(diào)整各桿尺寸才能滿足滑梁行程要求。不完全齒輪機(jī)構(gòu)是由普通齒輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化而成的一種間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。它與普通齒輪的不同之處是輪齒不布滿整個(gè)圓周。不完全齒輪機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輪上只有一個(gè)或幾個(gè)輪齒，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)時(shí)間與停歇時(shí)間的要求，在從動(dòng)輪上有與主動(dòng)輪輪齒相嚙合的齒間。兩輪輪緣上各有鎖止弧(見方案4圖)，在從動(dòng)輪停歇期間，用來防止從動(dòng)輪游動(dòng)，并起定位作用。附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu)，滿足運(yùn)動(dòng)變化條件，且工作平穩(wěn)，效率較高，成本較低但運(yùn)動(dòng)尺寸較大。 方案III: 沖壓機(jī)構(gòu)為凸輪-連桿機(jī)構(gòu) 模筒轉(zhuǎn)盤為圓柱凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 掃屑

8、機(jī)構(gòu)為固定凸輪移動(dòng)從動(dòng)件機(jī)構(gòu) 凸輪-連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)與前兩個(gè)方案相比較為復(fù)雜，且凸輪部分磨損較大，連桿部分為多桿，為滿足行程要求需占較大尺寸。圓柱凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)精度要求高，安裝調(diào)整均有較大難度。固定凸輪移動(dòng)從動(dòng)件機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)架的要求較高，工作平穩(wěn)性較差。且滾子磨損較大，壽命短。經(jīng)過前述方案評(píng)價(jià)可知，方案I結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，成本低廉，經(jīng)久耐用，維護(hù)容易，操作方便。所以確定該方案是上述三個(gè)方案中最為合理的方案。2.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì) (一)沖壓機(jī)構(gòu)為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 已知滑梁行程三分之一為沖壓行程，成品尺寸高度為100，所以滑梁行程S=300mm 。 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)計(jì)算，因?yàn)镾=300mm，所

9、以曲柄長(zhǎng)AB=S/2=150mm。當(dāng)AB與基準(zhǔn)面垂直時(shí)，壓力角最大，此時(shí)最小傳動(dòng)角為75°，即最大壓力角為15°（而為了保證良好的傳力性能，避免壓力角過大，通常應(yīng)使最小傳動(dòng)角不小于40°）。圖解法如下：圖n 在水平線MN上任取一點(diǎn)A，以A為圓心，150mm為半徑作圓，交MN于B1、B2兩點(diǎn)。過A作ABMN交圓A于B點(diǎn)，作ABC=75°，交MN于C點(diǎn)，測(cè)得BC=580mm,即為連桿長(zhǎng)。在MN 上截取B1C1=B2C2=BC,得滑塊兩極限位置C1、C2。 （二）模筒轉(zhuǎn)盤為槽輪機(jī)構(gòu) 槽數(shù)z按工位要求選為4，即 z=4，主撥盤的圓銷數(shù)n取1。撥盤的轉(zhuǎn)速n=36/

10、60=0.6r/s=1.2/s。 槽輪每次轉(zhuǎn)位時(shí)主動(dòng)件轉(zhuǎn)角 2=180°×（z-2）/z= 180°×（4-2）/4=90°。 槽間角 2= 360°/z= 360°/4=90°。 動(dòng)停比 k=td/tt=(z-2)/(z+2)= (4-2)/(4+2)=1/3。 由結(jié)構(gòu)情況確定 中心距 a=300mm。 圓銷半徑 r=30mm。 所以，主動(dòng)件圓銷中心半徑 R1=asin=300×sin45°212mm，R1與a的比值=R1/a=212/3000.7。 槽輪外圓半徑 R2= (acos

11、) 2+r2 1/2= (300cos45°) 2+302 1/2214mm。 槽輪槽深 ha(+cos-1)+r=300×(0.7+cos45°-1)+30152.1mm，取h=153mm。 (三)導(dǎo)桿-滑塊機(jī)構(gòu)計(jì)算 依據(jù)滑塊的行程要求以及沖壓機(jī)構(gòu)的尺寸限制，選取掃屑機(jī)構(gòu)尺寸如下： 導(dǎo)桿鉛垂方向高度H=375mm ，傾角arctg(500/150) 73°，掃屑刷桿長(zhǎng)L=550mm。2.5 執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖對(duì)于沖壓式蜂窩煤成型機(jī)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖主要是確定沖壓和卸煤桿、掃屑刷、模筒轉(zhuǎn)盤、傳送帶四個(gè)執(zhí)行構(gòu)件的先后順序、相位，以利對(duì)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、裝配和調(diào)試。

12、沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的沖壓機(jī)構(gòu)為主機(jī)構(gòu)，以它的主動(dòng)件的零位角為橫坐標(biāo)的起點(diǎn)（即橫坐標(biāo)表示各執(zhí)行構(gòu)件位置），縱坐標(biāo)表示各執(zhí)行構(gòu)件的位移起止位置。沖頭和卸煤桿工作行程回程模筒轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)工作行程停止工作行程掃屑刷機(jī)構(gòu)掃屑運(yùn)動(dòng)回程掃屑運(yùn)動(dòng)傳送帶一直工作曲柄軸分配轉(zhuǎn)角0° 90° 180° 270° 360°圖2.5機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖第3章 傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)573.1 傳動(dòng)系統(tǒng)類型選擇傳動(dòng)系統(tǒng)(機(jī)構(gòu))：常用的減速機(jī)構(gòu)有齒輪傳動(dòng)、行星齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、皮帶傳動(dòng)、鏈輪傳動(dòng)等，根據(jù)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的整體布置和各類減速裝置的傳動(dòng)特點(diǎn)，選用二級(jí)減速。第一級(jí)采用皮帶減速，皮帶傳動(dòng)

13、為柔性傳動(dòng)，具有過載保護(hù)、噪音低、且適用于中心距較大的場(chǎng)合；第二級(jí)采用齒輪減速，因斜齒輪較之直齒輪具有傳動(dòng)平穩(wěn)，承載能力高等優(yōu)點(diǎn)，故在減速器中采用斜齒輪傳動(dòng)。根據(jù)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的整體布置確定皮帶和齒輪傳動(dòng)的中心距，再根據(jù)中心距及機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)的有關(guān)知識(shí)確定皮帶輪的直徑和齒輪的齒數(shù)。故傳動(dòng)系統(tǒng)由“V帶傳動(dòng)+二級(jí)圓柱斜齒輪減速器”組成。3.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 （1）電機(jī)類型的選擇根據(jù)工作要求和條件類型應(yīng)選用Y系列一般用途的全封閉自扇冷式籠型三相異步電動(dòng)。 （2）選擇電機(jī) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，原始數(shù)據(jù)：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1460r/min，電動(dòng)機(jī)的功率P=11KW根據(jù)表3.2選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y160-4。表3.2

14、Y型電動(dòng)機(jī)型號(hào)表3.4 傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算（1）傳動(dòng)比的選擇 總傳動(dòng)比：i總= n滿/ nW =1460/36=40 各級(jí)傳動(dòng)比分配：根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表2.2選取，對(duì)于三角v帶傳動(dòng)比取值范圍24，為避免大帶輪直徑過大,取i12=2.6；則減速器的總傳動(dòng)比為。 i減=i總/2.6=40/2.6=15.385對(duì)于兩級(jí)圓柱斜齒輪減速器,按兩個(gè)大齒輪具有相近的浸油深度分配傳動(dòng)比,取 i=1.3id。i減= i×i = 1.3i 2=15.385i2 =15.385/1.3=11.835i =3.44i=1.3i=1.3×3.44=4.472注：i -高速級(jí)齒輪傳動(dòng)比。

15、i 低速級(jí)齒輪傳動(dòng)比。設(shè)計(jì)小結(jié)另起一頁(yè)“居中，四號(hào)黑體設(shè)計(jì)小結(jié)空兩行，小四號(hào)宋體主要寫出本次課程設(shè)計(jì)的心得體會(huì)、收獲等，300-500字為宜。內(nèi)容小四號(hào)宋體，每段首行縮進(jìn)2字符3參考文獻(xiàn)另起一頁(yè)“參考文獻(xiàn)”四字居中，四號(hào)黑體參考文獻(xiàn)空兩行，五號(hào)宋體1郝戰(zhàn)存. 可編程控制器發(fā)展綜述J. 河北工業(yè)科技, 2004, 21(2):53-56.2綦希林,曲非非. PLC的發(fā)展J. 微計(jì)算機(jī)信息, 2002, 18(9):1-2.3陳潔. 現(xiàn)代PLC控制技術(shù)與發(fā)展J. 精密制造與自動(dòng)化, 2004, 4:48-49.4潘勇,高俊雄,王耘波. PLC的應(yīng)用與發(fā)展J. 計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程, 2007, 35(

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