挤压成型打填机设计

摘 要 老式挤压成型打填机由蜂窝煤成型机改进得来，体积庞大，结构复杂，成本高，效率低。本设计从老式挤压成型打填机出发，在传动系统和执行机构上都做了很大的改进。本机每小时能生产 4000 个钵体，可广泛应用于玉米、蔬菜、瓜果等秧苗的制钵。该机采用单相电动机做动力源，可在广大的农村使用，不用担心需要较高的动力电压的问题。文中较详细的设计了挤压成型打填机的传动系统和执行机构，对各个零件做了具体的结构尺寸设计，并对受载荷较大的零件进行了精确的校核。包括齿轮、带轮、轴和轴承等零部件的校核。该机的设计大量运用标准件，大 大缩短了设计工作量和降低了生产制造周期及成本。主要设计内容有：方案的确定；电机的选择；各轴的转速、功率和转矩计算；带、齿轮、及锥齿轮的设计与计算；轴的最小直径；带、齿轮、及锥齿轮的尺寸计算以及方案图、装配图和零件图的绘制。 关键词 ：挤压成型打填机 ； 钵体 ； 传动系统 ；执行机构 Abstract The old system of seedlings from the legacy of improvement in the briquettes machine, the size, structure complex, high cost and low efficiency. The design of the legacy from the old system of starting seedlings in the transmission system and executing agencies have done on a lot of improvement. The machine can produce per hour legacy of 4000, can be widely applied to corn, vegetables, fruits and other seedlings of the legacy system. The aircraft uses a single-phase motors to power source, can be used in the vast rural areas, need not worry about a higher power voltage problem. In a more detailed design of the system for the seedlings Bowl drive system and implementing agencies, the various parts to do a specific size of the structure design, and in the larger load of spare parts for the precise calibration. Including gear, pulley, and axle bearings and other parts of the check. The extensive use of the aircraft design standard parts, greatly reducing the workload of the design and lower manufacturing costs and manufacturing cycle. Main design elements include: the determination of the project, choice of Motor and the speed of every axial, the calculation of power and torque, the design and calculation of the belt or gear and the Bevel gear, the smallest diameter of axis, calculation to the size of belt wheel and gears and Bevel gear and protracting the drawing of the project and the assemblage and the part. Key words: the legacy of the legacy of seedlings； Bowl transmission system Implementing agencies 目 录 摘 要 . I Abstract . II 目 录 . III 1 绪 论 . 1 1.1 选题的目的和意义 . 1 1.2 本课题在国内外的研究状况 . 1 1.3 课题研究的内容及拟采取的技术、方法 . 2 2 育秧钵机的用途和设计要求 . 3 2.1 用途 . 3 2.2 设计要求 . 3 3 方案确定 . 5 3.1 工艺分析 . 5 3.1.1 最早的手工制秧钵的方法 . 5 3.1.2 运动机构 . 6 3.1.3 对各运动机构的要求 . 7 3.2 拟定机器的工作原理图和运动循环图 . 8 3.3 方案确定 . 10 3.3.1 模孔转盘方案的讨论 .11 4 运动设计与动力计算 . 12 4.1 电动机的选择 . 12 4.1.1 电动机的功率确定 . 12 4.1.2 选择电动机 . 13 4.2 确定各传动机构的传动比 . 13 4.3 计算各轴的转速和功率 . 14 5 章结构设计 . 16 5.1 模孔转盘的结构和尺寸 . 16 5.2 转盘齿轮的结构和尺寸 . 16 5.3 曲柄（偏心轮）滑块（滑杆）机构的结构尺寸 . 17 5.4 锥齿轮的结构尺寸 . 21 5.5 直齿圆柱齿轮的结构和尺寸 . 24 5.6 带轮的结构和尺寸 . 25 5.7 轴的结构 设计 . 26 5.8 绘制总装配图 . 28 6 主要零件的强度校核 . 30 6.1 转盘齿轮对（齿轮 5、齿轮 6） . 30 7 结论与 展望 . 31 7.1 结论 . 31 7.2 展望 . 31 致谢 . 32 参考文献 . 33 1 绪 论 1.1 选题的目的和意义 挤压成型打填机是一种自动生产秧苗钵体的机械设备。可用于制作圆柱形带种籽孔的棉花、玉米、瓜果、 花卉以及中草药等多种蔬菜农作物育苗用营养钵。秧苗用钵体培育后移栽，能保证秧苗质量，达到早育、早熟、早上市、稳产、高产的目的，还可节省劳力、种子肥料、农药。同时，该设备生产效率高，结构简单，稳固可靠，容易操作。是现代农业生产必不可少的工具。中国是世界最大的蔬菜生产国，蔬菜产量占世界总产量的 60%左右。我国蔬菜栽 植机械的发展较慢，秧苗栽植几乎全部由人工完成，不仅劳动强度大、生产效率低，而且栽植质量差、生产成本高。显而易见，实现蔬菜农作物栽植机械化已成为农业生产的迫切需要。 选挤压成型打填机作为毕业设计的内容，一方面，可全面的总结大学四年来所学的专业知识，并将本专业各方面的知识的运用结合起来，锻炼了自己的机械综合运用专业素质；另一方面，初步尝试了从事系统的科学研究，通过本次设计，深入认识了一般成型机的设计方法和思路，对毕业以后的工作学习有很大的帮助。此外，挤压成型打填机的设计内容、工作量适合，作为毕业设计的内容是 完全符合要求的。 1.2 本课题在国内外的研究状况 1.国内的发展概况 我国对机械制钵机研究始于 20 世纪 70 年代，至今已研制了多种型号的制钵机。在 “ 七五 ” 期间，北京引进国外机械化育苗生产线，主要以生产蔬菜苗钵为主，可以实现钵土制备、钵体成形、打坑、精密播种及覆土等工艺的机械化。在 “ 八五 ” 期间，经农业部立项，进行了 “ 盘苗设备及配套技术研究 ” ，研制出 “ 精密播种生、产线设备 ” ，主要用来制造以蔬菜、甜菜为主的苗钵。 “ 机械化制钵机的研制 ” 课题被国家科委列入“ 九五 ” 攻关项目，已研制出 2ZBJ-50 型机械化制钵机， 能实现制钵过程机械化操作，制造出来的营养钵能够满足玉米、棉花等经济作物的移栽要求。总体来讲，我国制钵机的研制与开发有了较大发展。目前，我国在这方面的研究也很多，并且有越来越多的适应性更广的机型正在研究中或已研制出来，将能更好的为国民生产发展作贡献。 2.国外发展概况 20 世纪初期，欧洲一些国家开始大量种植蔬菜和经济作物，出现了早期的近代秧苗栽植机具。这些机具仍为手动栽植，只是减轻了栽秧者肢体反复屈伸的繁重劳动；到 20世纪 30 年代后期，出现了栽植机构或栽秧器代替人工直接栽秧，使送秧入沟过程实现了机械化；自 20 世纪 50 年代开始，欧洲国家开展作物压缩土钵育苗及移栽的生产技术研究，研制出多种不同结构型式的半自动移栽机和制钵机；至 20 世纪 70 年代，前苏联蔬菜栽植机械化水平为 58%，国营农场已达 67%；到 20 世纪 80 年代，半自动移栽机已在西方国家的农业生产中广泛使用，制钵；育苗和移栽已形成完整的机械作业系统，实现了各种机见配套使用。到目前为止，作物压缩土钵成型、钵上单粒精密播种和相应的自动化移栽设备在技术上基本达到了完善，亦广泛应用于实际生产。欧洲的几个主要国家 (如法国、德国、荷兰、西班牙、丹麦等 )大部分的蔬菜生产和几 乎全部的大地花卉生产都采用育苗移栽生产工艺。 1.3 课题研究的内容及拟采取的技术、方法 本课题是对挤压成型打填机的成型机的设计。设计主要针对执行机构的运动展开。为了达到要求的运动精度和生产率，必须要求传动系统具有一定的传动精度并且各传动元件之间应满足一定的关系，以实现各零部件的协调动作。该设计均采用新国标，运用模块化设计，设计内容包括动力源的选择设计，传动件的设计，执行机构的设计及设备零部件等的设计。 2 育秧钵机的用途和设计要求 2.1 用途 挤压成型打填机是一种 制作培育秧苗钵体土胚的机器，该机可替代人工自动制作秧钵，具有生产效率高，结构简单，稳固可靠，容易操作等特点。 育秧钵是一种培育秧苗用的土胚，它能使秧苗在育秧期有足够的养料及秧苗成长后能方便的移植到田间栽种。育秧钵由配有各种肥料的土壤做成圆柱形状并在上端挖一个凹孔使之成钵状。使用时将种子播在凹孔中，用土覆盖，待秧苗成长后连育秧钵一起移到田间栽种即可。 2.2 设计要求 1.秧钵的结构尺寸（见图 2.1） 图 2.1 育秧钵 2.生产率 3000 个 /小时。 3.设备名称 ZB60 型育秧钵机。 4.特点 结构简单，体积小，维护方便，成本低。 5.使用期限 810 年， 67 个月检修一次。 图 2.2 育秧钵制钵机 3 方案确定 3.1 工艺分析 3.1.1 最早的手工制秧钵的方法 步骤：（ 1）将肥料和土 壤拌均匀，用筛子筛细。 （ 2）将上述土壤放入一个模子，见图 3.1 a 。 （ 3）用一冲头将土壤冲紧，冲头下部有一凸头，见图 3.1 b 。 （ 4）再将模子托起，育秧钵被冲出，见图 3.1 c 。 a) b) c) 图 3.1 手工制作育秧钵 由手工制造方法可知，制造钵体需要三个工艺流程，即填料 冲压成型 冲出成品 进入下一个循环。 2. 老式制钵机 这种制作方法很像制作蜂窝煤，如图 3.2 所示。它的动作过程是这样的：电动机 经带传动、齿轮传动将动力和运动传给齿轮 7。齿轮 7 一方面通过偏心销使运动经由连杆 8 传动滑动支架作上下移动，另方面齿轮 7 又由一对锥齿轮将运动传到端面凸轮离合器 11（它和轴用导向键联接，不仅能随陬转动，而且还能在轴上移动）。若端面凸轮在旁边固定着的从动滚子 10 的强制下，向上抬起并压缩弹簧，离合器 11 就处在脱开状态，在其下面的齿轮 9（和轴空套）就不会转动。当端面凸轮继续转到凸轮凹 面与从动滚子10 接触时，端面凸轮就会在弹簧力的作用下向下推移。是离合器啮合，运动就经过齿轮9 带动转盘转动。当转到一定位置时，凸轮会再次转到凸轮面与滑轮接触，此时凸轮又会在滑轮的强制下使离合器再次脱开，齿轮 9 就会停止转动。这一过程恰好转盘转过60 ，而被定位销 20 销住，也就是在转盘停顿的时间里，滑动支架正好带着固定在它上面的压紧冲头和冲出冲头在模孔中作一次上下往复运动，以完成压紧和冲出一只育秧钵的过程。 这种制钵机有如下的缺点： （ 1） 结构复杂、零件较多； （ 2） 容易损坏、不易维修； （ 3） 造价较 高。 3.新方案的形成 在设计新的制钵机时有下面几点值得改进： （ 1）挤压成型打填机的压制压力较小，用手制造时估计冲击压力约为 100 公斤左右，故压紧机构可以设计得简单一些； （ 2） 老式制钵机的转盘是间歇运动，是靠端面凸轮离合器实现的。凸轮没转动 60 就停顿一次，机构比较复杂，凸轮不易制作，且容易失效，造价也高。如果有办法在转盘转动的同时进行压紧和冲出动作，就可以取消定位装置和端面凸轮离合器专职，这样，动作和机构都比较简单、也不容易失效； （ 3） 搅拌叉 19 可以直接装在齿轮 9 的轴上、省掉一对 锥齿轮； （ 4） 用转盘的方法将模孔转位，此方法比较见大，应该保留； （ 5） 传动机构比较简单，如有可能当然还可以设计得更简单一些。 这样，在参考老式制钵机的基础上加以改进，就形成了一个新的设计方法，见图 3.3 所示。 3.1.2 运动机构 在确定上述方案之后就可以进行机构设计，整个机器由以下机构组成： 1.工作机构 :工作机构要求完成： （ 1） 将没有搅拌均匀的配有肥料的土壤再次搅拌均匀，然后拨入模孔直至充满再次将多余的土壤刮掉 图 3.2 老式育秧机 （ 2） 模孔中松散的土壤经第一道工位压紧后，再经第二道工位压紧成型的育秧钵从模孔中冲出； （ 3） 将没有经过压紧和冲出过程的模孔移到压紧和冲出冲头下面，进行压紧个冲出。 针对工作机构的要求，并参考老式制钵机的工作机构，改进后的新方案有如下的一 些特点： 1) 搅拌的结构不变； 2) 模孔转盘的结构不变，只是将间歇转动改变为连续转动，取消了端面凸轮离合器，简化了机构； 3) 因为转盘转动是连续的，无停顿时间，所以要求冲头在压紧和冲出过程中，也要跟随转盘一起转动。而在回程中当脱离 转盘后，又要回到原来的位置，进行下一次压紧和冲出动作。为此，就设想出图 3.3 的机构。图中两个冲头固定在冲头座上，而冲头座空套在轴上，由偏心轮经过来年感带动来年感个冲头一起上下运动，完成压紧和冲出动作。当冲头进入模孔后，就随转盘一起转动。而当冲头腿粗原来的位置和准确的进入模孔时，由于扭力弹簧的作用，冲头就回到原来的位置。为了使冲头准确地回到原来的位置和准确地进入模孔，必须设计定位了调整装置。调整螺钉固定在轴上，用调整螺钉调整冲头的平面位置，以使冲头准确地进入模孔。 图 3.3 转盘冲头机构 3.1.3 对各运动机构的要求 1.搅拌原料、填料、刮除余料 为了能更好的使各种原料混合均匀，土壤原料可在送入搅拌器前人工进行加工均匀混合，将土壤在搅拌箱内充分搅拌均匀，然后靠搅拌器推动及自身的重力和流动性填入模孔后刮平。搅拌器以旋转的方式运动，以实现连续循环工作。 2.物料的输送和各工艺的转接 为了实现指定的生产，要求转盘上的模数孔不得少于 4 个，即待料模孔、填料模孔、成型模孔、冲出模孔。模孔制作在转盘上，一起作回转运动，在各个传动件的协调动作下，使其具有一定的速度和位移 ，完成钵体的制作工艺。 图 3.4 制作育秧钵的工艺流程图 3.成型和冲出的实现 为了提高生产率和简化结构，将成型和冲出分两个冲头同时实现，冲头作上下直线往复运动，由于成型和冲出要求的行程不同，故两冲头的长度有差别，其尺寸长度与钵体和转盘的尺寸有关。由于两冲头的运动规律相同，可用同一个机构来带动，因行程较长，这里选用曲柄滑块机构来带动两冲头动作。 4.各机构之间的协调关系 为了使该机实现规定的动作，要求各机构（包括传动机构、执行机构和其它辅助机构）必须满足一定的关系，不能发生干涉。因该机的转盘 是连续旋转的，所以要求冲头在冲压和冲出过程中能与转盘一起转动，而在冲压或冲出完成后，能立即回到初始位置，继续下一个循环动作。同时，冲头在冲压前（即空行程结束时）要能与转盘的模孔很好的配合上，这就要求带动冲头的曲柄滑块机构和带动转盘的转位机构的速比一定和满足一定的传动精度。 5.各传动机构的速度控制和实现 为了实现已经拟定的生产率，考虑到原动机（这里用电动机）的转速过高的问题，需用减速装置将原动机的速度降到所需的速度。在各种的传动系统中，齿轮传动以其传动效率精度高，结构紧凑，传动平稳，寿命长的优点而得到广泛 的应用，所以这里主要选用齿轮作各执行机构的传动装置。 3.2 拟定机器的工作原理图和运动循环图 1 工作原理图 该机的动力由电动机经减速装置减速后，分两条传动路线传动到执行机 图 3.5 育秧钵工作原理图 构，一路经齿轮机构、曲柄连杆机构传到滑杆，滑杆带动冲头作上下的直线往复运动；另一路通过其它齿轮传动，将动力提供给转盘和搅拌器，使其实现物料的搅拌和模孔转盘的转位动作。 2.绘制两冲头工作循环图 由于冲头每作一次循环运动，转盘转动 60 ，这里按转盘每转动 60 （偏心轮转动 360 ）为一周期进行绘制循环 图。冲头的行程位移公式（以冲头运动到最低点为位置零点）为： （ 3.1） 其中 e 为偏心轮的半径； 为偏心轮的转角； 1s 连杆长度； 2s 导杆的长度。 画出冲头的运动循环图如下： 图 3.6 育秧钵机直线型运动循环图 3.3 方案确定 本次设计由老 式制钵机改进得来，通过对老式制钵机的结构功能分析，并针对各个机构分别进行讨论，得出新的制钵机方案。其老式制钵机的结构简图如下： 图 3.7 老式制钵机的工作原理图 3.3.1 模孔转盘方案的讨论 1.连续式 特点：直接用齿轮传递功率和动力，转盘工作过程中不停歇。实现简单、可靠，没有冲击、振动，运动平稳。但对冲头工作中的定位和运动精度的要求相对较高。 2.停歇式（间歇式） 对本机来说，