蜂窝煤成型机的设计.pdf

机械原理课程设计机械原理课程设计 冲压式蜂窝煤成型机机构 1 1 产品简介 产品简介 4 4 2 2 工作原理 工作原理 4 4 3 3 机器的运动方案的分析与选择机器的运动方案的分析与选择 3 1 设计基本要求 5 3 2 原动机的选择 5 3 3 主传动运动方案分析 6 3 4 扫屑机构运动方案分析 8 4 4 机构系统的运动尺寸设计 机构系统的运动尺寸设计 4 1 传动机构的运动尺寸设计 9 4 2 主体机构的运动尺寸设计 12 4 3 扫煤机构的运动尺寸设计 12 4 4 工作盘转动机构的运动尺寸设计 13 5 5 主体机构运动线图 主体机构运动线图 1 13 3 6 6 机器运动 机器运动简图简图 1 14 4 7 7 自我感想 自我感想 1 16 6 8 8 参考书目 参考书目 1616 1 1 产品简介产品简介 本设计题目是蜂窝煤成型机构 设计的最初想法来源于自己以往的亲身经历 以往 的许多制造煤块的机构存在着许多避之不及的缺陷 即有些机构制造出的煤块不够敦 实 放干后有一些裂纹 有些机构造出的煤块经常出现孔内坍塌现象 有些机构在工作 是会出现许多不能及时清理的煤屑 造成工作环境的相对恶劣 等等 本设计的诞生不 仅克服了许多造煤块机构难以克服的缺陷 还在机械传动的能耗以及电动机选择上做了 优化 很大程度上做到了美化环境及节约有限能源 本设计考虑到各组成机构的可行性 与合理性 选择了两种运动方案 一是机构拥有了带传动结构简单 传动平稳 具有过 载保护作用 槽轮机构结构简单 工作可靠等特性 二是有了齿轮传动结构紧密 寿命 长 效率高等优点 本设计的许多地方牵涉到了机械传动以及齿轮传动的知识 进一步 验证和细化了专业理论知识 是我们对本专业的发展方向有了更清楚的认识 另外 本机构安全 实用的思想设计而出 市场前景广阔 适用范围比较广泛 既 可以用于大中型公司或企业批量生产 又可用于小型部门的连续生产 造出的煤块很大 程度上的得到了市场和广大用户的肯定 2 2 工作原理工作原理 利用带冲针 6 的冲头 4 往复运动 将位于工作盘 2 模孔中的混合料压实成型 冲针 6 刚性固结于冲头 用以穿孔 压板 8 以弹簧 7 与滑块 1 相连 通过弹簧压缩时所产生 的弹簧力将型煤压实 为了提高生产率 将机器作成多工位的 把上料 成型 卸煤等 工序集中在一台机器上连续完成 机器执行构件的运动图如图 1 1 所示 滑块 1 上装有冲孔压实压头 4 和卸煤推杆 5 6 7 8 4 5 1 A1 图 1 1 机器执行构件的运动图 作往复直线运动 A1 工作盘 2 上有五个模孔 I 为上料工位 为成型工位 为 卸料工位 做间歇回转运动 A2 上料器 3 作连续回转运动 A3 将型煤运出的传送 带做匀速直线运动 A4 冲头每次退出工作盘后 扫煤杆在冲头下面扫过 作清除煤 屑的扫煤运动 A5 A1的运动参数取决于生产率 取 1 72 minnr 考虑到料煤高度与型煤高度之比 压缩比 为 2 1 工作盘高2150mmHh 为使工作盘转位速度不致太高 取 压头在工作盘内和工作盘外的位移相等 即冲头的行程为 1 2300Hhmm A2运动应与A1协调配合 工作盘转位时 压头必须在工作盘外 其运动参数 21 72 minnnr 其运动系数 应小于 0 5 综合考虑各运动的关系 暂取工作盘转位时的运动系数 160 360 0 444 A3的 运 动 参 数 参 考 现 有 机 器 取 n3 120r min A4运动的传送带速度要保证前一块煤运走 后 后一块煤才能卸落在传送带上 设煤块的 间 距 为2 0 2m 则 传 送 带 速 度 为 1 0 272 0 2 0 24m s 6060 a n v A5运动为平面复杂运动 要保证冲头往复 运动一次 扫煤杆在冲头下往复扫过一次 且 不与其他构件相碰 具体要求见主体机构设计 部分 由于型煤是利用弹簧压实 故生产阻力 Fr 与弹簧压缩量成正比 生产阻力曲线见图 1 2 Frmax 5000N 机器的运动方案机器的运动方案分析及选择分析及选择 3 3 1 1 设计基本要求设计基本要求 1 设计蜂窝煤成型机构 型煤尺寸为 h100 mm 75 mm 生产率为每 分钟 72 个 2 冲压成型时的生产阻力达到 50000N 3 为改善蜂窝煤成型机的质量 希望在冲压后有一短暂的保压时间 4 由于冲头要产生较大压力 希望冲压机构具有增力功能 以增大有效力作用 减小原动机的功率 3 3 2 2 原原动机的选择动机的选择 原动机做匀速转动 驱动各执行构件动作 其中扫煤运动 5 A可考虑直接用滑块做 主运动 以保证运动协调配合 由于采用集中驱动 有电动机到 A1 原动件的主传动链 总传动比为 H1 Frmax H Fr S 图 1 2 生产阻力曲线 1 1440 20 72 n i n 电 总 再考虑到同类机器的参数 在此选用异步电动机集中驱动 取 1440r minn 电 3 3 3 3 主传主传动运动方案分析及选择动运动方案分析及选择 执行构件作往复直线运动 所以主传动链中 需要两级减速 运动分支和将连续回 转运动变换为往复直线运动的功能 即可画出主运动链的功能框图 1 3 然后再根据其他执行构件的运动形式和运动参数的大小 确定所需的功能元 画出 辅助传动链的功能框图 1 3 A电 A1 A2 A3 A4 A5 图 1 3 传动链的功能框 这样取出功能框图中几种主要功能元 然后选择功能载体 即可得到表 1 所示 表 1 型煤及形态学矩阵 带传动机构 链传动机构 齿轮传动机构 带传动机构 链传动机构 齿轮传动机构 曲柄滑块机构 移动从动件凸轮机 构 四杆机构 槽轮机构 不完全齿轮机构 棘轮机构 带传动机构 齿轮齿条机构 螺旋机构 综合以上分析 结合主要的运动类型 我们制定了两种方案 下面就让我们对两种 方案作一详细的分析 方案 I 主传动采用带传动和链传动 主题机构采用曲柄滑块机构 辅助转位机构 采用槽轮机构 传送装置采用传送带 装配简图如图 1 4 所示 列出了机构的主要构件 方案 主传动采用两级齿轮机构减速 主体机构虽然可以采用其它机构 但在动 力传动中曲柄滑块机构较其他机构简单 合理 所以本方案主体机构仍采用曲柄滑块机 构 辅助转位机构采用不完全齿轮机构 其他同方案 I 各机构的装配简图如图 1 5 图 1 4 方案 1 1 绘制传动方案简图绘制传动方案简图 结合功能框图的传动路线 考虑到机构和轴线的配置以及一些其他功能 即可绘出 机器的两种运动方案图 2 2 方案 方案 的分析比较 方案 方案 的分析比较 这两种方案区别在于主传动机构和辅助转位机构不同 由 机械原理课程设计指导 张永安主编 高等教育出版社出版 的第一章的表 1 2 表 1 3 可知 方案 I 带传动 结构简单 传动平稳 具有过载保护作用 链传动传递功率较大 但是它们的外廓尺寸 大 在振动冲击载荷作用下 链传动寿命较短 槽轮机构结构比较简单 工作可靠 啮 入啮出比较平稳 有柔性冲击 但槽轮在工作盘上不大好布置 所以空间较大 方案 采用齿轮传动 结构紧凑 寿命长 效率高 可采用标准减速器 大齿轮即 为曲柄 便于平衡 且可起飞轮作用 但制造成本较高 不完全齿轮机构啮入啮出时冲 击较大 设计计算较复杂 但动停比不受结构限制 尺寸较紧凑 便于布置 根据以上 简单分析 初步决定采用方案 作为机器的运动方案 3 3 扫屑机构运动方案分析扫屑机构运动方案分析 图 1 5 方案 方案 冲压机构为偏置曲柄滑块机构 模筒转盘为不完全齿轮机构 扫屑机构为 附加滑块摇杆机构 方案 冲压机构为对心曲柄滑块机构 模筒转盘为槽轮机构 扫屑机构为固定凸 轮移动从动件机构 两个方案我们可以用模糊综合评价方法来进行评估优选 最后定方案 为冲压式蜂 窝煤成型机的扫屑机构的运动方案 4 4 机构系统的尺寸设计 机构系统的尺寸设计 4 14 1 传动机构的运动尺寸设计 传动机构的运动尺寸设计 主传动机构的总传动比 i总 20 采用两级减速 根据传动比分配 前小后大 的 原则 i总 i1 i2 4 5 则 z1可取 19 2118 4zizz 8 z 取 22 423 5 22110ziz 如下图 1 6 所示 Z1 Z2 Z5 Z6 Z7 Z8 Z3 A3 其中 Z1 19 Z2 76 Z3 22 Z4 110 方案 方案 图 1 7 一级减速机构 如图 1 7 所示 由上料器的转速 3 120 minnr 可知 则电动机至上料机的总传 动比 13 3 12 n iii n 电 总 因此可取 635 3 2163ziz A电 Z1 Z2 Z3 Z4 由于冲头和工作盘的运动平面相互垂直 主体机构的主动件 曲柄 和辅助转位机构 的主动件 不完全齿轮 的轴线相互垂直 因此 配置了圆锥齿轮传动 9 z 10 z 如 图1 8所示 其中 Z5 21 Z6 63 Z7 22 Z8 110 A3 n1 72r mm 图 1 7 二级减速机构 A3 A4 Z3 Z4 Z9 Z10 Z11 Z12 Z13 考虑到主体机构与辅助机构应同步 固取 9 z 10 z 20 传送皮带需从工作台下通过 寸寸受限制 取主动带轮直径D 200mm 则带轮转速 4 4 600 24 60 23r mm 0 2 v n D 运动有曲柄轴通过齿轮机构传来 则 112 4 411 nz i nz 即取 11 23z 12 72z 图 1 8 主传动机构 o o A B 4 24 2 主体机构的运动尺寸设计 主体机构的运动尺寸设计 由于滑块没有行程速比系数要求 为使机构受力较好 采用对心的曲柄滑块机构 作为主体机构 则曲柄长度 1 150mm 2 H r 为了使机构力学性能较好 使滑块运动速度波动 较小 又考虑到机器的整体高度 一般 取 11 46 r r l 则两杆长度 4 64 6150 600 900 mm lr 考虑到机器的整体高度 取800lmm 如图 1 9 所示为传动角最小时的机构位置简 图 由此校核最小传动角 所以 1 min cos79 340 50 r r l 满足传力性能要求 4 34 3 扫煤机构的运动尺寸设计 扫煤机构的运动尺寸设计 为了清扫压头和推杆下面的煤屑 在此设计一扫煤机构 使压头离开工作台时 扫 煤杆在压头下面往复扫过 又不能与其它构件相碰撞 扫煤杆的长度要保证能在压头下 面扫过 由总体高度来考虑 固定凸轮采用斜面形状 其上下方向的长度应大于滑梁的 行程 s 其左右方向的高度应能使扫屑刷满足扫除粉煤的活动范围 用作图法对此机构进行设计 如图 1 10 minmax HH 应该满足关系式 maxmin 75mmHH 煤 凸轮的转速应该与主体机构的运动周期相配合 由主体机构的转动比20i 原动 机的转速为 1440r min 可计算出 1440 72r min 20 n n i 电 齿轮 图 1 9 主体机构简图 Hmin Hmax 4 44 4 工作盘转位机构的运动尺寸的设计 工作盘转位机构的运动尺寸的设计 在此设计中 工作盘的转位采用不完全齿轮机构传动 不完全齿轮的设计可参阅 机 械原理课程设计指导 由张永安主编 高等教育出版社出版 的 148 页表 11 先将 工作盘的静止位置按比例绘出 如图 1 11 见后附图 2 所示 因主体机构采用对心的曲柄滑块机构 则曲柄要通过 工位的模孔中心 因此 不完全齿轮机构的主动齿轮的回转中心 1 O也应在曲柄的轴线上 由于工作盘每次转动 1 5 周 则从动齿轮的齿数应该是 2 Z的五倍 取 2 Z 16 则 2 Z 16 模数选取要保证 从动齿轮齿根圆大于工作盘外径 本题取 m 5 5 5 主体机构运动线图设计 主体机构运动线图设计与分析与分析 如图所示为型煤机主体机构的运动简图 由封闭矢量图 o Ao可得适量方程为 2 1 12o llx 写出复数形式为 2 2 12 12 ii o lel ex 展开后得 2 3 1122 1122 coscos sinsin0 o llx ll 求得 2 4 1122 coscos o xll 将式子 2 2 对时间求导 求得 2 5 1112 2 sin cos l vo 将式子 2 4 对时间求导 求得 22 111222 2 cos cos o ll a 由以上式子可求出各个位置的速度 加速度及 o 的位移的值 根据各个点的速度 加速度 位移的值 通过描点法即可作出滑块的速度 加速度 位移的线图 如图 1 12 图 1 10 所示 6 6 机器运动简图 机器运动简图 根据以上设计分析及有关的数值计算 得到图 1 13 所示的机器简图 由于传送装 置位于视野之外 在此并未画出其简图 仅仅作出了冲压式蜂窝煤的主体机构简图 s a v s a v 图 1 12 型煤机主体机构运动线图 原动机 飞轮 图 1 13 主体机构简图 7 7 感想感想 通过这一星期的机械课程设计 我们感触良多 这次课程设计让我看到了自己的 不足之处 也让我体会到了课程设计的乐趣和意义 理论联系实际这一重要思想 在这里体现得淋漓尽致 我们现在最缺乏的就是实 际工作经验 而理论联系实践并不像我们想象的那么简单 他需要坚实的理论基础和实 际工作经验 坚实的理论基础