蜂窩煤成型機設(shè)計

1、目錄一、 設(shè)計任務(wù)與要求 2二、 設(shè)計方案 3三、 機構(gòu)運動簡圖 7四、 機器的工作原理 8五、 有關(guān)參數(shù)計算 9六、 結(jié)論與討論 13一 設(shè)計任務(wù)與要求1. 設(shè)計任務(wù)圖1所示，進行進行蜂窩煤成型機的成型和送料機構(gòu)的設(shè)計。具體任務(wù)是：（1）按工藝動作要求擬定運動循環(huán)圖；（2）進行沖壓脫模機構(gòu)，掃屑機構(gòu)，模筒轉(zhuǎn)盤間歇運動機構(gòu)的選型。圖1 蜂窩煤成型機機構(gòu)2.原始數(shù)據(jù)與設(shè)計要求工作原理及工藝動作過程：沖壓式蜂窩煤成型機是我國城鎮(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)沖頭沖壓成蜂窩煤。為了實現(xiàn)蜂窩煤沖壓成型，沖壓式蜂窩煤成型機必須完成

2、以下幾個動作：煤粉加料；沖頭將蜂窩煤壓制成型；清除沖頭和出煤盤的積屑的掃屑運動； 將在模筒內(nèi)的沖壓后的蜂窩煤脫模；將沖壓成型的蜂窩煤輸送裝箱。原始數(shù)據(jù): 生產(chǎn)效率30次 分鐘，為改善沖壓質(zhì)量，沖壓后應(yīng)有一段保壓時間。為增大沖頭壓力，減小原動機功率，沖壓機應(yīng)具有增壓功能。二 設(shè)計方案11.功能分解與工藝動作分解1)功能分解為了實現(xiàn)蜂窩煤成型機的總功能，將功能分解為：加料功能、沖壓成型功能、脫模功能、掃屑功能、工作盤簡間歇轉(zhuǎn)動功能、輸送功能。2)工藝動作過程根據(jù)上述分析，工藝動作有以下六個動作：（1）加料：這一動作可利用煤粉的重力打開料斗自動加料；（2）沖壓成型：要求沖頭上下往復(fù)運動，在沖頭行程的

3、二分之一進行沖壓成型；（3）脫模：要求脫模盤上下往復(fù)移動，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)移動的滑梁上；（4）掃屑：要求在沖頭、脫模盤向上移動過程中用掃屑刷將煤粉掃除；（5）工作盤間歇轉(zhuǎn)動：以完成沖壓、脫模和加料三個工位的轉(zhuǎn)換；（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。2機構(gòu)的選擇（1）加料機構(gòu)利用煤粉的重力打開料斗自動加料，加料的過程需要設(shè)計料斗的開關(guān)控制機構(gòu)，以控制加料的量。根據(jù)設(shè)計要求，當(dāng)下面的間歇機構(gòu)運轉(zhuǎn)的時候，需要停止加料，而在沖壓過程中，需打開開關(guān)進行送料。經(jīng)過考慮，我選用凸輪機構(gòu)來完成這一動作。凸輪運作到遠休止的時候，隔

4、板擋住送料口，停止下料；遠休止結(jié)束時，沖壓過程開圖2 凸輪機構(gòu) 始，下料口也同時開始下料。由于凸輪機構(gòu)在這需要水平放置，當(dāng)桿件運動到最遠端時，無法利用重力讓其自動下落，回到初始狀態(tài)，所以我選用盤型槽凸輪機構(gòu)，如圖2所示。（2）沖壓成型、脫模機構(gòu)2沖壓機構(gòu)有對心曲柄滑塊機構(gòu)，偏置曲柄滑塊機構(gòu)，平面六桿機構(gòu)，凸輪機構(gòu)和齒輪機構(gòu)。對心曲柄滑塊機構(gòu)如圖3所示和偏置曲柄滑塊機構(gòu)如圖4所示相比，偏置曲柄滑塊機構(gòu)具有急回特性，這樣可以縮短空回程的時間，以提高生產(chǎn)效率。并且曲柄長度或距增大時，急回特性越顯著?；瑝K通過慣性具有增壓的功能。平面六桿機構(gòu)如圖5所示中用作變速運動的構(gòu)件的慣性力及慣性力矩難以完全平衡，

5、并且該機構(gòu)難以實現(xiàn)任意的運動規(guī)律，設(shè)計方法及計算都比較復(fù)雜。運動的時候會出現(xiàn)死點現(xiàn)象，需要加上飛輪等結(jié)構(gòu)來沖過死點。凸輪機構(gòu)如圖6所示結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，但易磨損且傳力小，不易當(dāng)做沖壓的 3機構(gòu)。并且可調(diào)程度困難，不易加工。齒輪機構(gòu)齒輪齒條機構(gòu)如圖7所示傳動準(zhǔn)確、效率高、壽命長，但加工裝配難；組合機構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。由于原始數(shù)據(jù)中生產(chǎn)效率為30次 分鐘，屬于低速范圍，為改善沖壓質(zhì)量，沖壓后應(yīng)有一段保壓時間，即沖的時候速度較慢，但沒沖回程的時候速度要較快。為增大沖頭壓力，減小原動機功率，沖壓機應(yīng)具有增壓功能。綜上所述，我選擇偏置曲柄滑塊機構(gòu)。（3）掃屑機構(gòu)圖8表示固定凸輪移動滾子機構(gòu)利用滑梁上下移動使帶有

6、掃屑刷的移動從從動件頂出而掃除沖頭和脫模盤底的粉煤屑，并且通過彈簧使?jié)L子回到初始狀態(tài)。圖9表示附加滑塊搖桿機構(gòu)，利用滑梁的上下移動使搖桿的掃屑刷擺動掃除沖頭和脫模盤底上的粉煤屑。該機構(gòu)工作平穩(wěn)，但尺寸較大，且容易出現(xiàn)死點位置，這樣就比較危險。圖10表示固定凸輪移動滑塊機構(gòu)，與圖8的原理相似，但是滑動沒有滾動靈活。因此，我選擇固定凸輪移動滾子機構(gòu)。（4）工作盤間歇轉(zhuǎn)動機構(gòu)間歇轉(zhuǎn)動機構(gòu)有棘輪、槽輪、不完全齒輪和凸輪式間歇齒輪。棘輪可實現(xiàn)單向間歇運動、機構(gòu)簡單、制造方便、運動可靠、棘輪轉(zhuǎn)角可調(diào)；但沖擊和噪聲大、運動精度低，適用于低速輕載的場合，但我們工作盤不要太大沖擊，并且精度要求較高，否則，會造成

7、沖不到孔。所以排除。槽輪機構(gòu)（如圖11所示）可將主動撥盤的等速回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)椴圯啎r動時 4停的間歇運動，并具有結(jié)構(gòu)簡單、外形尺寸小、 機械效率高，以及能較平穩(wěn)的、間歇地進行轉(zhuǎn)位等優(yōu)點，但存在柔性沖擊的缺點，故常用于速度不太高的場合。剛好我們速度要求不高。不完全齒輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，工作可靠，動停時間比可在較大范圍內(nèi)變化，但在從動輪的運動始末有剛性沖擊，適合于低速、輕載的場合。不完全齒輪多用于多工位自動機和半自動及工作臺的間歇轉(zhuǎn)位、計數(shù)機構(gòu)。凸輪式間歇齒輪動載荷小，無剛性和柔性沖擊，適合高速運轉(zhuǎn)，無需定位裝置，定位精度高，結(jié)構(gòu)緊湊；但加工成本高，裝配與調(diào)整的要求。根據(jù)我們所作的沖壓式蜂窩煤

8、成型機運轉(zhuǎn)速度較慢，30次分鐘、三工位轉(zhuǎn)盤可知，其轉(zhuǎn)速很低大概10轉(zhuǎn)分鐘，所以對凸輪式間歇齒輪就顯得大材小用了，同時凸輪式間歇齒輪機構(gòu)要求凸輪的加工精度很高，在一定程度上也提高了成本，所以將其排除。槽輪機構(gòu)和不完全齒輪相比，兩者的結(jié)構(gòu)都比較簡單，而且工作可靠。雖然不完全齒輪的從動輪停歇的次數(shù)和每次停歇的時間，以及每次轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)角等的選擇范圍相對槽輪來說比較大；而槽輪在設(shè)計合理的前提下，拔銷進入和退出嚙合時，運動較為平穩(wěn)。綜上所述，我選擇槽輪機構(gòu)作為間歇機構(gòu)。（5）輸送機構(gòu)利用脫模盤在沖壓時，吧蜂窩煤從模筒中壓出，并通過斜槽滑到傳送帶上。為達到這一要求，把模筒轉(zhuǎn)盤設(shè)計為兩層。上層為三工位模筒轉(zhuǎn)盤，

9、下層為上層同大小的托盤，并不隨間歇機構(gòu)轉(zhuǎn)動。并且在脫模工位上有一個與模筒大小一樣的圓孔，便于蜂窩煤從孔中落到斜槽上。5三 機構(gòu)運動簡圖根據(jù)以上分析及方案的選擇繪制出蜂窩煤成型機機構(gòu)運動簡圖如圖12所示。構(gòu)件9和12都是滾子，滾子9在盤型槽凸輪機構(gòu)的槽中滾動，構(gòu)件4上有個飛輪。下面先算皮帶輪的自由度，將皮帶3等效為摩擦輪，則動力通過構(gòu)件1傳到內(nèi)摩擦輪3，再傳到外摩擦輪2則自由度F=33-23-2=1蜂窩煤成型機機構(gòu)運動簡圖中的局部自由度F=2(都由滾子引起)，則自由度F=312-214-15-2=1自由度數(shù)等于原動件數(shù)，所以蜂窩煤成型機機構(gòu)有確定的運動。四 機器的工作原理61.工作原理電動機帶動

10、摩擦輪轉(zhuǎn)動，通過皮帶將動力傳到構(gòu)件4，再通過減速箱減速，通過齒輪嚙合將動力傳到構(gòu)件5，通過桿件6將一部分動力傳到構(gòu)件13，使完成偏置雙曲柄滑塊的沖壓及脫模的過程，并同時通過構(gòu)件11完成掃屑的功能，另一部分動力通過桿件7，首先經(jīng)過槽輪機構(gòu)，實現(xiàn)工作臺的間歇運動，然后通過盤型槽凸輪機構(gòu)，實現(xiàn)進料的間歇運動，最后通過皮帶傳輸將脫模的煤塊輸送出來。2. 運動循環(huán)圖蜂窩煤成型機的沖壓機構(gòu)為主機構(gòu)，以它的主動件的零位角為橫坐標(biāo)的起點（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。表1和圖14均表示沖壓式蜂窩煤成型機三個執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)過程。 沖壓過程分為沖程和回程。帶有?？椎霓D(zhuǎn)盤工作

11、行程在沖頭程后半段和沖程前半段完成，使間歇轉(zhuǎn)動在沖壓之前完成。掃屑運動在沖頭回程后半段和沖程前半段完成。表1 沖壓式蜂窩煤成型機運動循環(huán)表7圖14 蜂窩煤成型機循環(huán)圖五 有關(guān)參數(shù)計算1.偏置曲柄滑塊機構(gòu)計算蜂窩煤成型機的生產(chǎn)能力：30次/min，既周期T=2S，令滑梁行程S=300mm ,偏置距離e=180mm,行程速比系數(shù)k=1.67。則=180(k-1)/(k+1)= 180(1.5-1)/ (1.5+1)=45過C1NC1C2。再過C2作C1C2M=90-=45,C1N和C2M交于P。最后以C2P為直徑作圓，則此圓周上任意一點與C1、C2連線夾角均為 =45。 作C1C2的垂線使e=15

12、0mm,再作平行于C1C2的直線，交圓周于一點A，由圖可知，曲柄與連桿重疊共線和拉直共線的2個位置AC1和AC2，以A為圓心，AC1為半徑作弧與AC2交點E。則:AC1=B1C1-AB1AC2=AB2+B2C2解得：AB=（AC2-AC1）/2=C2E/28經(jīng)測量得：AB=105mmBC=295mm已知生產(chǎn)率為30次/min。因為曲柄旋轉(zhuǎn)一周，滑塊完成一個沖壓運動周期，因為工作盤為6孔，3工位，即沖一沖生產(chǎn)2塊蜂窩煤。所以曲柄轉(zhuǎn)速為10r/min，即曲柄角速度為1.047rad/s。2.槽輪機構(gòu)計算由設(shè)計要求可知，式轉(zhuǎn)盤為三工位式，但為了避免槽輪在開始轉(zhuǎn)動時發(fā)生沖擊，應(yīng)使撥盤上的圓銷在進槽和出

13、槽時的瞬時速度方向沿著槽輪徑向槽的方向，槽輪轉(zhuǎn)動時將有較大的振動和沖擊。所以一般取Z=48，所以我選擇Z=6。運動系數(shù)ktd /t 2 /(2）= (2 )/(2）(2/z)/(2)1/21/z =1/3由于設(shè)計要求蜂窩煤成型機的生產(chǎn)能力：30次/min，所以主動件的運動周期T=2s，撥盤的角速度w1=2/2=3.14rad/s,進而得知槽輪在一周期內(nèi)的運動時間t1=k*T=21/3=0.667s，停歇時間t2=T-t1=1.333s。取中心距a=300mm，圓銷半徑9r=30mm。根據(jù)結(jié)構(gòu)可知槽間角2=60，則主動件轉(zhuǎn)角2=180-2=120。 得圓銷中心的回轉(zhuǎn)半徑R=a*sin=150mm

14、槽頂高A= a*cos=259.8mmR1與a的比值=R1/a=sin=0.5槽輪的外圓半徑R2=（a*cos）+r=262mm 22槽輪的槽深hha(+cos-1)+r帶人得 h139.8mm 取整h=140mm根據(jù)w2/w1=(cos-)(1-2cos+2),其中為撥盤與中心距的夾角槽輪的角速度w2=-1.96+5.50cos-3.14cos23.凸輪機構(gòu)計算根據(jù)設(shè)計要求，凸輪運動要求滑塊在間歇運動的時候停止運動，并堵住下料口，停止下料；間歇轉(zhuǎn)盤停止時，打開下料口。因為轉(zhuǎn)盤運動時間占整個時間的1/3，所以凸輪遠端休止角為120。設(shè)進程運動角d0=120回程運動角 10d0=120，凸輪的行

15、程h=100mm，偏心距e=0，滾子半徑r=25mm,進程回程的運動規(guī)律為等加速等減速運動。根據(jù)下圖a畫出圖b，得出凸輪的外輪廓如圖b所示。因為凸輪機構(gòu)與槽輪機構(gòu)的撥盤固連，所以角速度w=3.14rad/s。4 圓錐齒輪設(shè)計1）傳動比及當(dāng)量齒數(shù)的計算由于機構(gòu)中與撥盤固連的圓錐齒輪的角速度w1=3.14rad/s,與曲柄固連的圓錐齒輪的角速度w2=1.047 rad/s。所以錐齒輪傳動比i=3.14/1.047=3Z2且i=Z1=cotd1=tand2故有d2=arctani=arctan3=71.56 d1=90-d2=18.44由于錐齒輪的的當(dāng)量齒輪是圓柱齒輪，所以錐齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)

16、要小于直齒圓柱齒輪的最少齒數(shù)，即Zmin=ZvmincosdZ小min=17cosd1=16.13Z大min=17cosd2=5.34因此取Z1=25 Z2=Z1i=25 2.81=70.25 選Z2=70，故：Zv1=Z1/cosd1=25/cos18.44=26.35Zv2=Z2/cosd2=70/cos71.56=221.302）齒輪幾何尺寸計算取模數(shù)m=6則分度圓直徑dd1=mZ1=625=150mm d2=mZ2=670=420mm齒輪寬度bm622Z1+Z2252+702錐距R=2=2=222.99mm11R222.99所以：b3=3=74.33mm 取整b=60mm六 結(jié)論與討論

17、1結(jié)論本設(shè)計在參考較多的的文獻文檔基礎(chǔ)之上，結(jié)合設(shè)計任務(wù)要求，主要完成了：（1）總體機構(gòu)的簡圖的設(shè)計（2）沖壓曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計；（3）分度槽輪機構(gòu)的設(shè)計；（4）凸輪下料機構(gòu)的設(shè)計；（5）圓錐齒輪的設(shè)計。本方案基本能滿足設(shè)計的要求，但由于知識及時間限制，對于一些問題并未作出分析計算，比如電動機的選擇，皮帶的選擇和飛輪的選擇。2. 討論沖壓曲柄滑塊機構(gòu)還可以改為六桿增壓機構(gòu)，其具有急回特性與增壓效果，壓時間可較長，增力較強，具有很好的成型效果。但結(jié)構(gòu)、計算較為復(fù)雜，所以我沒采用。固定凸輪移動滾子掃屑機構(gòu)工作時的速度主要是由沖壓曲柄滑塊機構(gòu)中滑塊的沖壓速度和滑臺的角度決定，但因為滑塊是變速運動，所以計算較為復(fù)雜，其角度必須通過實驗或生產(chǎn)實踐得到比較好的角度。關(guān)于皮帶輪及鏈輪自由度的計算，機械原理課程自由度公式前提條件是：所有構(gòu)件都是剛體，但皮帶及鏈輪都不是剛體，是否能用機械原理課程自由度公式？在文獻中我看到這樣的觀點：將皮帶視為特殊的剛體，根據(jù)圖13，可以把皮帶引入的約束用內(nèi)磨擦