蜂窝煤成型机的设计-毕业论文

1 华东交通大学理工学院华东交通大学理工学院 InstituteofTechnology EastChinaJiao tongUniversity 毕毕 业业 设设 计计 GraduationDesign （20122016 年）年） 题目蜂窝煤成型机的设计 分院： 专业： 班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 起讫日期： 2 摘摘要要 经过全新设计，重新改良了电控冲压式蜂窝煤成型机的工作原理及运行机构，采用了 双向分度槽轮，大幅度提高了机构运行精度减少了磨损，简化了整体机构。同时，考虑到 机构的不兼容性，本设计采用了带轮、齿轮、槽轮、飞轮等传动机构配合使用，大大发挥 了这几种机构的优点，提高了传动效率和生产能力，减少了机构占地面积。并且为了提高 工作效率和保护生产环境，该电控冲压式蜂窝煤机合理地装置了凸轮扫屑机构，使得更加 节能环保。 关键字：电控冲压式工作效率 3 Abstract After a new design and improved the electronic punching type honeycomb briquette machine working principle and operation of institutions, the bidirectional indexing groove wheel, greatly improve the operation accuracy of the cam mechanism to reduce the abrasion and simplify the organization as a whole. At the same time, considering the body of compatibility, the design the belt wheel, a gear, a grooved wheel, a flywheel transmission mechanism with the use, greatly exert the advantages of these institutions, and improve the transmission efficiency and production capacity, reduced the organization covers an area of. And in order to improve the work efficiency and protect the production environment, the electronic punching type honeycomb briquette machine reasonably device cam chip sweeping mechanism, the more energy saving and environmental protection. Keyword: Electronic controlhoneycomb briquettework efficiency 4 目目录录 摘摘要要.2 目目录录.4 一、毕业设计任务书要求一、毕业设计任务书要求.5 二、方案的拟定和说明二、方案的拟定和说明.6 三、具体的方案的设计要求三、具体的方案的设计要求.7 四、蜂窝煤成型机系统机构运动方案设计四、蜂窝煤成型机系统机构运动方案设计.8 4.1 功能分解8 4.2 工艺动作分解8 4.3 方案分析与设计8 4.3.1)冲压脱模机构8 4.3.2）扫屑机构.9 4.3.3) 工作盘的间歇转动机构10 4.3.4） 蜂窝煤成型机构的运动方案的形成.10 五五 系统传动比及机构零件强度计算系统传动比及机构零件强度计算.11 5.1 系统传动比计算 11 5.2 齿轮的设计与强度计算12 5.2.1) 选择齿轮的材料12 5.2.2） 初定齿轮的主要参数.12 5.2.3). 几何尺寸计算.13 5.3 曲柄滑块机构的设计14 5.3.1）曲柄滑块机构设计.14 5.3.2）曲柄滑块机构的校核.14 5.4 工作盘的尺寸设计15 5.5槽轮机构的设计与校核15 5.6直锥齿轮的设计16 5.7 轴的校核17 5.7.1）对轴的最小轴径进行校核.17 5.7.2）轴的弯扭合成强度的校核.17 5.7.3）精确校核轴的疲劳强度.18 六六.机构的循环图及各机构的运动配合机构的循环图及各机构的运动配合21 七、整体方案的工作原理及注意事项阐述七、整体方案的工作原理及注意事项阐述.22 设计小结设计小结.23 5 一、毕业设计任务书要求 1.在设计过程当中，要求态度端正，积极上进，认真细心，独立完成。 2.查阅大量文献资料，按时完成设计任务。 3.绘制零部件、各机构总装配图毕业设计。 4.按要求完成设计说明书完成 word 文档（说明书 7000-8000 字，说明书撰写格式详 见工学院网站，毕业设计有关内容） ，并打印装订成册。 5 通过设计实践，使进一步了解一般机械设计的设计过程，培养学生综合运用机械设 计原理分析问题和解决问题的能力，从中掌握方案设计的方法与步骤。 毕业设计任务书内容与技术参数 6.设计一台冲压式蜂窝煤成型机，参数如下： 工作机功率：3kw 生产率：30 个/min 型煤尺寸：直径 X 高=100mmX75mm 粉煤高度与型煤高度之比（压缩比） ：21，即工作盘高度 H=2h=150mm 冲压的小孔直径为 13mm，冲压小孔数目为 12 个 要求设计传动机构、压缩成型机构、传送机构设计与布局合理。 完成 2 张 A0 图纸 （折合） ， 并要求利用计算机绘图软件绘出装配原理图及各零部件图， 正文说明书一份。 6 二、方案的拟定和说明 蜂窝煤成型机主要由传动系统和成型系统组成，另外附加有煤粉输入装置、型煤输出 装置。具体的工作原理是：利用煤粉的重力自动加料，由悬梁作直线运动，带动冲头和卸 煤杆上下往复运动，完成成型和卸料工作。工作盘上应有上料工位、成型工位、卸料工位。 工作盘的间歇运动完成上料、成型、卸料工序的装换。扫屑刷在冲头和卸煤杆离开工作盘 后完成扫屑。型煤输出装置由输送带完成。此设计按上述运动循环工作，机构简图图详见 图纸 1. 7 三、具体的方案的设计要求 根据设计要求， 工作机的输入功率为 3kw， 我选用的是三相 Y 系列电机， 型号为 Y160M1-8 型,其额定输出功率为 4kw。 3.1 冲压脱模要求是上下往复运动。 3.2机构应该具有较好的传力性能，特别是工作段压力角尽量小，传动角应该大 于或等于许用传动角。 3.3在冲头到达以前，上料工序已经完成。 3.4生产率每分钟 30 块。 3.5型煤尺寸： 直径 X 高=100mmX75mm,压缩比 2:1 即工作盘高度 H=2h=150mm。 3.6许用传动角=40,间歇分度角 90 3.7批量生产：小批量生产 3.8使用年限：8 年 8 四、蜂窝煤成型机系统机构运动方案设计 4.1 功能分解功能分解 为实现蜂窝煤成型机的全部功能，将其分解成上斜搅拌器搅拌功能、冲压成型功能、脱 模功能、扫屑功能，型煤输送功能。 4.2 工艺动作分解工艺动作分解 搅拌器搅拌煤粉及黄泥进入上料工位，冲头和脱模棒同时直线运动，完成冲压成型和 卸料动作，脱模盘向上运动时扫屑装置将煤粉扫除，型煤进入到输送带上输出装箱。以上 工艺动作循环往复运动。 4.3 方案分析与设计方案分析与设计 功能执行机构执行动作 冲压、脱模冲头、脱模杆直线上下往复运动 工作换位工作盘间歇分度转动 机械扫屑刷帚前后运动 4.3.1)冲压脱模机构冲压脱模机构 主动件做回转运动，从动件做直线往复运动。冲头和脱模杆都在从动件上，整个曲 柄滑块机构采用对心位置，无极回特性，工作要求平稳，轻微冲击，整个工作运动循环中 满足要求。为保证其工作平稳，我设计使用两个相同的曲柄滑块机构，并用同一个传动件 带动，保证它们的同步性。构思如下机构能满足要求。 9 4.3.2）扫屑机构）扫屑机构 主动件在进行上下往复运动是时，扫屑机构在冲头完成工序上升时的间隙进行扫屑， 为 保 证 扫 屑 效 果 ， 扫 屑 机 构 需 要 有 一 定 的 冲 击 力 ， 其 机 构 简 图 如 下 ： 10 4.3.3) 工作盘的间歇转动机构工作盘的间歇转动机构 主动件由齿轮带动做回转运动，从动件为间歇机构，由工作时间及产量分别确定其 间歇分度。我采用槽轮机构作为间歇运动的执行机构。 4.3.4） 蜂窝煤成型机构的运动方案的形成蜂窝煤成型机构的运动方案的形成 电动机带动减速器，从减速器输出的扭力由齿轮带动主动轴和传送带，主动轴通过 两个 45的锥齿轮驱动槽轮使工作盘做间歇运动， 另外大齿轮通过曲柄滑块机构带动冲头 和卸料杆完成型煤成型和脱模动作。期间槽轮机构与曲柄滑块应根据设计要求保持运动的 协调性，保证蜂窝煤成型机的稳定性和效率。 11 五 系统传动比及机构零件强度计算 5.1 系统传动比计算系统传动比计算 根据选定的驱动电机转速和冲压式蜂窝煤成型机的生产能力。它们的机械传动系统的 总传动比为： 24 30 720 执行主轴 电机 总 n n i 机械传动系统的第一级采用带传动，其传动 7.2，第二级采用齿轮传动，其传动比为 5。 根据设计要求的工作效率 30 个/min。即工作盘每分转四圈，主动轴每分转 30 圈，而 我选定的电机为 Y160M1-8，额定功率为 4kw，额定转速 720r/min。 根据我设计的传动系统，电机通过 V 带带动减速器运转，采用的减速器为二级齿轮减 速器，减速器的输出端通过联轴器与主轴相联因此这里有个传动效率问题。 查表得： V 带传动：96. 0 1 8 级精度齿轮传动：97. 0 2 一对滚动轴承：99. 0 3 对于卷筒：9408. 0 4 总的传动效率842. 0 4321 实际功率 额定 PPdkw56. 3 额定 P取电机额定功率kw4P 传动比的计算： 24 30 720 n n i 额定 分配到各级齿轮传动中。考虑到各级齿轮传动的传动比例和承载能力应该大致相等，我 采用的是一个一级齿轮减速器，传动比例分配为2 . 7带i，减速器内部传动比51i。 12 各级转速为min/ r100 带 额 带 i v v，min/30 1 rv 。 因此减速器输出的功率为 4kw，主轴转速min/30r，输入主轴的扭矩 mmN n p T/10347.11055.9 66 2 2 主轴是通过联轴器与减速器联接，减速器输出的扭矩就是主轴上的扭矩。主轴的尺寸及 强度计算，主轴上零件的强度计算。主动轴的材料选择 45 号钢，调质处理。A=115，长度 L=mm1200 初步估算主动轴的直径：mm n p Ad3 .52 30 82. 2 115 3 3 2 min。取主动轴直径 d=50mm。 ，做调制处理，其强度强度完全满足需要。 5.2 齿轮的设计与强度计算齿轮的设计与强度计算 我的设计所需的减速器是在市场上购买的总传动比为5i减速器。这里所计算的齿 轮是驱动曲柄滑块所用的齿轮。由于进料和主动轴存在配合关系。根据设计，主动轴每转 一周工作盘只转一个工位，因此这里所需要的是一组传动比5i的一组啮合齿轮。 5.2.1) 选择齿轮的材料选择齿轮的材料 小齿轮 20CrMnTi渗碳淬火HRC 56-62 大齿轮 20CrMnTi渗碳淬火HRC 56-62 齿轮的疲劳极限应力按中等质量（MQ）要求得： MPa FF 450 2lim1lim MPa1500 2lim1lim 根据我国试验数据 limF 可以适当降低，我这里取 MPa FF 400 2lim1lim 5.2.2） 初定齿轮的主要参数初定齿轮的主要参数 根据齿轮的弯曲疲劳强度估算齿轮的尺寸，计算模数 13 m= 3 1 1 5 .12 Fpd FS z YKT 根据传动比5i，选小齿轮齿数为12 1 z，则60 12 ziz。 由于齿轮是单向受力，齿轮的许用应力： MPa FPFPFP 6404006 . 1 21 由于 2 2 1 1 FP SP FP SP YY ,故按小齿轮尺寸计算模数。 mmm43.13 6401248 35. 4526252 5 .12 3 采用直齿轮，则齿轮的中心距mm mzz a5 .483 2 )( 21 小齿轮直径mmd16.1611243.13 1 大齿轮直径mmd8 .8056043.13 2 计算齿轮接触面的安全系数 H XWLVRNH H ZZZZ S lim 查表得 8 11 106 . 160tjnNt， 7 8 2 103 . 4 7 . 3 106 . 1 t N. 查表得96. 0 1t Z1 2 t Z。 由公式的41. 1 1H S47. 1 2 H S按一般可靠度要求查表得齿轮的最小安全系数 1 . 1 min H S，故是安全的。 5.2.3). 几何尺寸计算几何尺寸计算 （1）计算中心距a=（d1+d2）/2=216mm （2）计算齿轮宽度 1d bd172=72mm 取 B1=B2=72mm 另外在主动轴与槽轮机构间还需要一对传动比为 1 的锥齿轮作为转变力矩转置，将水平力 矩转换成竖直力矩，从而带动工作盘按照设计的运动方式运动。 14 5.3 曲柄滑块机构的设计曲柄滑块机构的设计 5.3.1）曲柄滑块机构设计）曲柄滑块机构设计 本设计中要求冲压式蜂窝煤成型机的工作冲头的形成为 300mm。因此，曲柄滑块 的曲柄的回转半径应为： R=300/2=150mm 由于本设计中要求具有增力机构，所以要把连杆的长度取得尽量长，也及曲柄滑 块的连杆系数=R/L（L 为连杆长度）要尽量小点。初取=0.175，这样就能保证成型机 工作时曲柄已较小的转矩就能获得较大的工作压力， 同时， 这样也能形成一定的保压时间， 从而达到保压的目的。 因此，连杆的长度为 L=R/L=150/0.175=955.41mm 取连杆的长度为 955.41mm 根据成型机的整体大概尺寸，初选定连杆的截面为半径为 15mm 的圆形截面。 5.3.2）曲柄滑块机构的校核）曲柄滑块机构的校核 连杆的受力校核 根据要求选择连杆的材料为 45#钢，其强度极限为 650MPa。 对连杆作受力分析，其受到拉力是工作头工作的时候，及工作行程的后半段，其 收受到的拉力 F 大约为工作阻力，及 F1000N。 b=F/S S=R 2 =3.14(1510 -3)2 =0.0007065m 2 则 b=F/S =1000/0.0007065 =1.41Mpa 故连杆的强度满足工作要求。 15 mmL300 摇杆mml1200 最小传动角 86.81 1200 170 arccos， 40 min许用 5.4 工作盘的尺寸设计工作盘的尺寸设计 模孔间夹角725/360 模孔直径mmd100 两模孔间的中心距mma150 模孔定位圆半径：72cos2 11 2 1 2 1 2 rrrrammr8 .135 1 5.5槽轮机构的设计与校核槽轮机构的设计与校核 5.5.1）槽数z的选择 根据工位要求，工作台必须至少具备 3 个工位（一个工位为冲压头的冲压，一个为托 模工作，另一个为加料工作的工位） 。因此，可选定槽轮机构的槽数为 4 5.5.2）中心距a 根据工作台的直径，以及整个系统的尺寸考虑，选定中心距为 a=200mm。 5.5.3）圆销半径r 16 根据中心距以及大概结构尺寸选定 r=20mm。 5.5.4）槽轮每次转位时主动件的转角2的计算 根据机械设计手册（新版） 表 13.6-5 计算2 90) 2 1 (1802 z 5.5.5）槽间角2的计算 根据机械设计手册（新版） 表 13.6-5 计算2 90 360 2 z 5.5.6）主动件圆销中心半径 1 R的计算 根据机械设计手册（新版） 表 13.6-5 计算 1 R mmaR100sin 1 5.5.7） 1 R与a的比值 707. 0sin 1 a R 5.5.8）槽轮外圆半径 2 R的计算 根据机械设计手册（新版） 表 13.6-5 计算 2 R mmraR142)cos( 22 2 5.5.9）槽轮槽深h的计算 根据机械设计手册（新版） 表 13.6-5 计算h mmrah8 .100) 1cos( 对槽深h进行取整，取mmh102。 5.5.10）槽轮厚度的设计 根据槽轮的半径以及整体尺寸，选定槽轮主动轮以及从动轮的厚度均为 20mm 5.5.11）运动系数k的计算 4 1 2 2 z z k（为圆销数nn, 1） 5.6直锥齿轮的设计直锥齿轮的设计 本系统中，直锥齿轮的主要作用就是进行运动方向的变换，将水平轴向的旋转运动转 换为竖直方向轴向的旋转运动，其带动的主要负载就是槽轮运动所产生的工作阻力，以及 17 该传动链中的摩擦力。 由于槽轮运动是带动工作台的间歇转动，工作台下面有推力球轴承的支承，所产生的 阻力较小，而各机构的摩擦力相对于工作阻力来说更小，因此，本设计中的直锥齿轮主要 不传动力，其强度能满足工作的需求。 由于上诉原因，不再对锥齿轮进行详细的设计，只确定其几个比较主要的尺寸，其他 尺寸可根据具体的结构进行调节。 根据各机构的结构以及尺寸，选定直锥齿轮的平均模数为 mm=5mm，当量齿数 Zv=24， 则平均分度圆直径 dv=mmZv=120mm 把直锥齿轮与轴做称齿轮轴，其他尺寸可根据具体的结构进行调节。 5.7 轴的校核轴的校核 本设计中主要受力的轴为大齿轮上的轴，固应对此轴进行强度的校核。轴的材料为 45#调质钢，轴的尺寸如下图： 5.7.1）对轴的最小轴径进行校核）对轴的最小轴径进行校核 由前面可以知道，大齿轮所受到的最大扭矩为 T=131Nm 根据1P370 公式（15-1）可以求得轴的扭转强度条件为 T=T/WT 其中，WT 为轴的抗扭截面系数 WT=0.2d3=0.2(4610-3)3=0.00004232mm3 则T=T/WT=131000/0.000004232=3.09MPa 由1P370 表 15-3，可以查得 45#钢的许用扭转切应力为 25-45MPa TS=1.5 故该轴在该截面处的强度也是足够的。本设计中因无大的瞬时过载及严重的应力循 环不对称性，故可略去静强度校核。 21 六.机构的循环图及各机构的运动配合 蜂窝煤成型机在完成生产是需要各机构按照设计的工艺动作顺序协调完成。在整个机 构系统中，工作盘的运动参数决定了蜂窝煤成型机的生产率，因此其设计也是根据设计要 求的生产率进行设计的，生产率min/30个n，工作盘的转速min/6 5 r n n 工作盘 ，冲头 的行程与滑块的行程是一样的，即mmH340。 冲头与工作盘的运动是相协调的，即工作盘转动时，冲头是与工作盘分离的，其运动 参数min/6rn 工作盘 ，其运动系数5 . 0。冲头与工作盘相互协调的配合关系可以用曲柄 转角为参考系的圆形循环表示，这里先取工作盘的转位系数44. 0 360 160 5 . 0。 我设计的蜂窝煤成型机是冲压式，其主要运动是由冲头和脱煤杆、工作盘、扫屑刷、 输送带四个机构按照设计的要求完成工序动作。而这里主要是要确定各工序的先后顺序和 相位，以便有利于对各机构的设计装配和调试。 三个机构的行程图如下： 22 七、整体方案的工作原理及注意事项阐述 之前是我根据所选课题的要求，基本机构由一个成型机构、进料机构、型煤输出机构。 根据设计要求的动作顺序和工位要求，协调完成规定工序。对几个主要的运动机构和零件 进行数据计算分析，考虑到蜂窝煤成型机的整体自组装还需要考虑到几个重要因素。 首先是电机的安装位置，他不仅要考虑到动力的传