液压式蜂窝煤成型机设计【含cad图纸+文档全套资料】
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第1章 绪 论1.1 机械式蜂窝煤机概述随着蜂窝煤在我国城市的推厂和普及，越来越多的蜂窝煤成型机(下简称蜂窝煤机)正源源不断涌向市场 ，面对规格品种繁多、型式结构各异的蜂窝煤机如何选定其技术与经济指标、评价其性能 比较其优劣， 是机器的设计 制造者和使用者极为关切的问题。蜂窝煤机的结构应尽量简单 其工艺性要好，便于制造与装配； 其维修性要好，便于调整和修理。蜂窝煤机的噪声应符合国家规定的标准； 机器中储存油、气的部位，应避免跑冒滴漏；使职工有一个良好的工作环境。蜂窝煤机应操作方便、安全可靠，容易掌握，不易发生故障和操作错误。蜂窝煤机的造型应美观， 色彩谐调， 富有时代感蜂窝煤机的功能要齐全，质量要好，机械化程度要高，尽可能地减少操作人的体力劳动。总之，对以上蜂窝煤机的技术与经济指标的基本要求，我们要综合地进行选择和考虑；力求蜂窝煤机在上述每项指标要求上达到最佳程度，使蜂窝煤机更加日臻完善。新型液压式蜂窝煤成型机是在总结国内外经验的基础上，结合我国国情开发研制的一种新型蜂窝煤成型机。在该机未获成功以前，国内基本上生产的都是四立柱机械传动式蜂窝煤成型机，它的缺点是传动系统振动大，工作时噪声高，安全条件差。如果改用液压传动方式就没有这些问题，只是由于液压传动本身的速度限制，设计出的蜂窝煤机生产效率低，没有实际使用价值而这次设计出的液压式蜂窝煤机其成功之处就在于不增大电动机功率的情况下，较好地解决了液压式蜂窝煤机液压缸冲压速度的限制而生产效率低的缺点。通过有效途径大大提高了劳动生产率。1.2国内外蜂窝煤成型机的现状简述 现代社会能源不断在减少，全世界都在呼吁要节约、合理利用能源。我国煤炭数量大，但是人口多的问题使我们消耗的资源也多，不管是在工业还是在农业生活方面蜂窝煤的使用广泛，各式各样的蜂窝煤被用在不同的场合。但是煤的大量使用破坏了我们的生活环境，因此越来越多的人开始研究环保型的蜂窝煤，其中秸秆蜂窝煤最为突出。伴随社会的发展，我们不仅需要改进蜂窝煤原料的配制，同时需要改进蜂窝煤成型机的整体结构，使它达到简便实用，成本低廉的目的。本课题的设计研究有利于更高效更安全地生产出实用的蜂窝煤，从而以实现节约原料资源和提高生产效益的目的。 随着煤炭行业的快速发展和相关政策的调整，我国蜂窝煤机的各方面呈现出一派新气象。目前由于五工位转盘冲压式蜂窝煤机在我国使用技术已普及成熟，有可改进使其加工双层成分型煤，发展点火自燃式蜂窝煤的前景，而加工的型煤适合目前最普及的民用炉具等优点。这种成型机有双冲头和单冲头两种机型，农村民用煤经营户大都选择单冲型蜂窝煤成型机最近，一种使用普通照明电生产蜂窝煤的设备节能高效蜂窝煤机，由石家庄市金豹节能技术研究所研制成功，并获得国家授权专利及专利博览会金奖 新一代节能高效蜂窝煤机较传统的蜂窝煤机相比有以下几大忧点：1省电 ；2安装方便、可流动作业 ；3生产的蜂窝煤成本低、利润高。而四川宜宾齿轮厂生产的FBlx0单冲蜂窝煤机， 出渣机构中的皮带栅轮是由出渣栅轮和轴组成的。由于该种结构润滑困难，防尘性能差等， 致使栅轮在使用过程中轴孔和轴极易磨损， 造成整个出渣机构阻力增大， 栅轮跳动大， 皮带极易破损， 断裂为了解决这一问题， 找们将其转动部分换成轴承转动机构，再加上密封性能良好的防尘盖板、解决了皮带栅轮的润滑和防尘问题，延长了其使用寿命。由攻义市机械制造有限公司生产的系列型煤机械可生产方煤、圆煤、多孔煤、梅花型煤等，一机多用，生产不同型号的煤，可做新型点火煤，机械性能远远超过同类产品，生产的产品外观平整光滑、燃烧良好。本型煤系列产品结构新颖合理，坚固耐用，压力大，稳定性强，传动平稳，操作简单，维修方便，使用性能强，机械性能远远超过同类型各种蜂窝煤机。最新型的第六代蜂容煤机以动力小，耗电少，自动化程度高等特点深受广大用户的好评，是型煤加工厂、个体专业户理想的型煤加工工具。总之，我国蜂窝煤机功能正在不断完善，种类也在不断增加，这也势必推动我国煤炭行业的迅速发展。产品图样图 1-1第2章 机械冲压式蜂窝煤成型机分析2.1 机器的功能和设计要求冲压式峰窝煤成型机是我国城镇峰窝煤（通常又称煤饼）生产厂的主要生产设备，这种设备由于具有结构合理、质量可靠、成型性能好、经久耐用、维修方便等优点而被广泛采用。新一代的成型设备当充分考虑蜂窝煤加工工艺的特点，力求技术上先进，生产上适用，机械结构紧凑，运转安全可靠，操作简单，维修方便，以获得技术上和经济上好的效益。冲压式峰窝煤成型机的功能是将粉煤加入转盘的模简内，经冲头冲压成峰窝煤。为了实现蜂窝煤冲压成型，冲压式蜂窝煤成型机必须完成五个动作：（1）粉煤加料；（2）冲头将蜂窝煤压制成型；（3）清除冲头的积屑的扫屑运动；（4）将在模简内的冲压后的蜂窝煤脱模；（5）将冲压成型的蜂窝煤输送。2.1.1煤机作用该煤机能完成如下的动作循环：冲头往下冲压料筒往模筒里加料传送带输送冲头往上移动模盘定位转动。（1）实际上冲头和脱模盘都与上下移动的滑梁连成一体，当滑梁下冲时将粉煤冲压成蜂窝煤，脱模盘将以压成的蜂窝煤脱模。在滑梁上升过程中扫屑刷将刷除粘着在冲头上粉煤。模筒转盘上均布了模筒，转盘的间歇运动使加完料的模筒进入冲压位置、成型的模筒进入脱模位置、空模筒进入加料位置。（2）为了改善蜂窝煤冲压成型的质量，希望冲压机构在冲压后有一保压时间。（3）由于冲头压力较大，希望冲压机构具有增力功能，以增大有效作用，减小原动机的功率。2.1.2技术要求的确定1、成型煤规格: 2、成型压力:0.1t/个3、冲压率：4550次/分4、冲头行程：296mm5、蜂窝煤重：0.75kg/个2.2 工作原理和工艺动作分解冲压式蜂窝煤成型机是我国城镇蜂窝煤（通常又称煤饼，在圆柱形饼状煤中冲出若干通孔）生产厂的主要生产设备，它将煤粉加入转盘上的模筒内，经冲头冲压成蜂窝煤。为了实现蜂窝煤冲压成型，冲压式蜂窝煤成型机必须完成以下几个动作：1） 煤粉加料；2） 冲头将蜂窝煤压制成型；3） 清除冲头和出煤盘的积屑的扫屑运动；4） 将在模筒内的冲压后的蜂窝煤脱模；5） 模筒转盘通过间歇转动完成冲压、脱模、加料的转换；6） 将冲压成型的蜂窝煤输送装箱。上述六个动作，加料和输送比较简单可以不予考虑，冲压和脱模可用一个机构来完成。因此，冲压式蜂窝煤成型机重点考虑三个机构的设计：冲压和脱模机构，扫屑机构和模筒转盘的间歇运动机构。2.3 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图对于冲压式蜂窝煤成型机运动循环图主要是确定冲压和脱模盘、扫屑刷、模筒转盘三个执行构件的先后顺序、相位，以利于各执行机构的设计、装配和调试。冲压式蜂窝煤成型机的冲压机构为主机构，以它的主动作的零位角为横坐标的起点，纵坐标表示各执行构件的位移起迄位置。图1-2 冲压式蜂窝煤成型机运动循环图图1-2表示冲压式蜂窝煤成型机三个机构的运动循环图。冲头和脱模盘具有工作行程和回程两部分组成。模筒转盘的工作行程在冲头的回程后半段和工作行程的前半段完成，使间歇转动在冲压以前完成。扫清刷要求在冲头回程后半段至工作行程前半段完成扫屑动作。2.4执行机构的选型 根据冲头和脱模盘、模筒转盘、扫屑刷这三个执行构件动作要求和结构特点，可以选择表1的常用机构，这一表格又称为执行机构的形态学矩阵。表1 三执行机构的形态学矩阵冲头和脱模盘机构对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构六杆冲压机构扫屑刷机构附加滑块摇杆机构固定移动凸轮移动从动件机构模筒转盘间歇运动机构槽轮机构不完全齿轮机构凸轮式间歇运动机构图3（a）表示附加滑块摇杆机构。利用滑梁的上下移动使摇杆OB上的扫屑刷扫除冲头和脱模盘底上的粉煤屑。图3（b）表示固定移动凸轮利用滑梁上下移动使带有扫屑刷的移动从动件顶出而扫除冲头和脱模盘底上的粉煤屑。2.5总体机械冲压式蜂窝煤机传动系统设计根据上述要求，则初步定出了机械冲压式蜂窝煤机的的传动方案图如图1-3所示。图1-3 机械式蜂窝煤机传动系统示意图液压蜂窝煤机，由机座、槽轮机构（分度装置）、曲柄滑块机构(冲压机构) 、带传动+齿轮机构组成（减速机构）以及传动控制系统组成，同时分度装置由液压马达驱动，它由一对不完全齿轮组成，通过不完全齿轮的间歇啮合使转盘间歇旋转，冲压机构通过液压马达驱动，使曲柄滑块机构上的冲压元件实现冲压成型及脱煤功能。传动控制系统采用了由液压动力机、控制阀、液压管路、组成的液压传动控制系统，并在液压回路中设有溢流阀过载保护装置。第3章 模盘设计液压式蜂窝煤机之所以难以获得成功，主要原因是生产率低，为克服这一缺点，充分发挥油缸作用力大的特点，采用一缸多冲头的形式。即在油缸的一次往复式行程中压制出多块蜂窝煤，由此解决生产率问题。但模筒数量的选取要合理，如果数量超过3个，机械的工作台转盘直径将达到D=1 200mm， 由此而得出的整机结构尺寸就相当庞大，零部件的受力状况也将急剧恶化，这种结构是得不偿失的。故选模筒数量个数为3。具体设计尺寸见零件图如图3-1所示。 图3-1模盘的转动由一对不完全齿轮啮合传动的，为实现整台机械的运动配合，当啮合传动时模盘转速模盘的角度rad/s设模盘为一圆柱体（未开任何孔时）则其总质量掏空的一个的圆孔质量模盘上共掏空了12个圆孔则模盘的实际质量 模盘上一组（三个圆柱孔）相对模盘中心转动惯量的计算：由设计图纸可知：三圆柱孔距模盘中心距 则孔1的转动惯量为则孔2、3的转动惯量为则12个孔相对模盘轴心的转动惯量为：E转盘转动时所产生的能量 ： 第4章 冲压机构零件设计4.1冲压机构上零件的设计理念如图4-1所示为冲压机构的三维装配图，它是由滑块，盖板、模柄 、上下冲模（和出模）座，冲针，高压弹簧，等一些紧固件组合而成的。蜂窝煤的生产方式为冲压式，对它进行设计时可以参照冷冲压的设计思想。因此冲压式蜂窝煤机的冲压机构具备了冷冲模的特点。由于冷冲压主要是利用模具完成各种形式的加工，从而决定这种加工方法所具有的一切特点，如生产率高，零件尺寸稳定，操作简单，成本低廉等。根据模盘的结构，应设计出相应冲压模头与之相配合。如图4-2、图4-3，冲针如图4-4所示，其直径尺寸查参考文献13，长度要根据冲压模头的尺寸及冲压的深度来决定，具体的结构设计尺寸见零件图12。模柄的作用是连接滑块与冲模头，如图4-5所示，具体的结构设计尺寸见零件图11 图4-1 冲压机构图 图4-2冲料上模座 图4-3 冲料下模座 图4-4 冲针 图4-5模柄图 图4-6冲头装配图 图4-7 曲柄 图4-8 连杆4.2冲压机构零件连接方式的设计由于机构本身上设计的限制，冲压方式只能设计为导柱式的，导柱式的冲压模，导套进行导向时比一般导向方式可靠，精度高寿命长，使用安装方便，而且生产批量大，且生产出来的产品具有一定精度，完全满足蜂窝煤的质量及产量上的要求导柱式冲压，导柱式冲压模主要是利用导柱与导套之间的相对滑动，通过一定的精度配合来实现的，而精度常采用H6/h5或H7/h6。导柱导套的设计应注意到它们的入口处，应有较大的圆角，方便安装时的导入。冷压模柄的设计查参考文献2，选模柄为压入式，其配合精度为H7/m6，为了防止模柄转动，则在模柄头与滑块连接处开个防转销孔。模柄末端与冲模头的联接方式也为压入式，由于冲模头自身受重力作用，则冲模头与模柄的通过内六角螺栓进行紧固，为了防止冲模头转动则如上模柄的定位方式一样，在冲模头与模柄的连接处开防转销。这样就实现了完全的定位。冲针的安装方式跟模柄的安装方式一样，也为压入式。由于冲针转动对生产没有影响，则在冲针没必要开防转销孔 高压弹簧的作用，高压弹簧装在一内六角长螺栓里，而内六角螺栓与一冲压块相连接，当冲压机构往下运动时，冲压块碰到阻力作用开始压缩弹簧，则冲针开始进入原料，当冲模架碰到冲压块时则开始进行整块的冲压成型。当冲压完毕后由于受弹簧压力的作用，成型煤将继续留在模筒内，防止了成型模随冲针的上升而出模筒。当冲针完全出了模筒以后则模盘开始转动，开始进行下一次的冲压成型。落料模头则无需要进行高压弹簧的设计，但落料冲头与冲压冲头得设计的一样高。这样就能保证冲压冲头在冲完一块成型煤时，落料冲头能完全将成型煤冲出模筒，具体装配设计尺寸见装配图1当成型煤从模筒出来时，则将掉在输送带上，经输送带传送，则一块成型煤就生产好了。第5章 曲柄轴上扭矩的计算5.1 曲柄轴上扭矩的计算 A 图5-1 曲柄受力分析图由于冲压机构是由一对曲柄连杆机构带动的，所以每个曲柄所承受的重量应为冲压机构总重量的一半。而连杆本身受重力（重心在其对称中心上）作用，对曲柄也施加了个力的作用。经过对曲柄受力分析得出结论，当曲柄运动到A点时曲柄所受的扭矩为最大值。对曲柄运动到A点时进行受力计算： 第6章 飞轮的设计及飞轮轴扭矩计算 图6-1 飞轮曲柄滑块机构运动时摇杆与连杆共线时机构的传动角这时原动件曲柄作用于冲压机构上的力恰好通过其回转中心，所以出现了不能使构件转动的顶死现象，即称为死点。由于曲柄滑块机构存在机械上的死点，所以飞轮的设计是必须的，当曲柄滑块不处在死点位置时，飞轮就储存能量，当曲柄滑块机构处在死点位置时，飞轮就释放能量使曲柄滑块机构通过死点位置。根据蜂窝煤生产技术要求确定冲压机构的冲模速度45次/分。可以确定出曲柄轴的转速曲柄轴与飞轮轴之间的联接方式为带连接，设计确定大小带轮之间的传动比 设飞轮为一整圆柱体则其总质量：掏空的1个圆柱质量为：kg E飞轮所产生的能量 ： 第7章 输送带轴的扭矩计算输送带轴的转动是由皮带轮带动，驱动力为飞轮轴。传动比设计，输送带设计长度。由参考文献3查得输送带与铸铁在有润滑的情况下动摩擦系数为；无润滑情况下动摩擦系数为输送带轴的转速。由模筒的设计可知，该新型机一次冲压可成型三块蜂窝煤。则冲压一次时间为。输煤滚筒的具体设计尺寸见零件图号输煤滚筒的直径，则输送带的速度；经计算输送带上最多时可放12块蜂窝煤，；有润滑： 无润滑：最大功率：输送带轴受最大扭矩：第8章 马达的选择与液压功率的计算8.1冲压马达的选择 飞轮轴 输送带轴 曲柄轴驱动轴图8-1飞轮轴上的总扭矩：曲柄轴上的总扭矩：输入轴与曲柄轴的传动由齿轮传动，传动比设计为 传动效率 ； 因为 则： 根据查参考文献13选取液压成达的型号及其技术参数：2QJM11-0.16型变量径向球塞式液压马达，排量0.16L/r, 额定压力10Mpa；最大压力16Mpa；转速范围5630r/min；最大输出扭矩687 液压马达实际流量： 则液压马达输入的功率为：8.2驱动拨转机构液压马达的选择 拨转机构的总力矩拨叉、模筒转盘和搅拌机构的力矩。经查资料估算选取1QJMO1010型定量球塞式液压马达。排量 ， 转速范围8-800r/min,最大输出扭矩215液压马达实际流量： 则液压马达输入的功率为：总输入功率：8.3液压泵的选择根据上述两个执行马达的负载，选取CB-32型齿轮泵，额定压力；转速 驱动功率9Kw 。液压泵的输出的实际流量为： 满足设计要求。8.4冲压传动系统各轴的功率及扭矩计算通过冲压液马达的选取及其功率、输出转速及扭矩的确定，反馈冲压传动系统中各轴的所传递的功率，扭矩等。轴：轴与冲压马达采用梅花形弹性联轴器联接由参考文献表2-4得：花形弹性联轴器机械传动率： ； 轴：由参考文献表2-4得滚动轴承的传动率；圆柱齿轮闭式（7-8级精度）的传动率轴：由参考文献表2-4得滚动轴承的传动率；V带的传动率 轴: 曲柄输出功率：第9章 对机械传动系统和执行机构的设计9.1圆柱齿轮设计直齿圆柱齿轮每天工作1016 h，每年工作360天，预期使用寿命为10年。参考文献16，小齿轮转速n=225r/min，齿轮所需传递功率5.45KW。齿数比=5选择齿轮材料、热处理方法、精度等级、齿数、及齿宽系数考虑到该齿轮传动传递功率不是很大，故大小齿轮都选用45钢调质处理。齿面硬度分别为220HBS、260HBS，属软齿面闭式传动，载荷平稳，齿轮速度不高，小齿轮齿数=25，大齿轮齿数=525=125， 按软齿面齿轮对称安装查参考文献16表6.5，取齿宽系数=1.09.1.1按齿面接触疲劳强度设计由式 确定公式中各参数 、试选=1.5 、 小齿轮传递的转矩=240723.67Nmm 材料系数 查参考文献16表6.3得=189.8 、 大小齿轮的接触疲劳强度极限、 按齿面硬度查参考文献机械设计图6.8得=600MP、=560 MP 、 应力循环次数 =6022511036016=7.78 =7.78/5=1.56 、接触疲劳强度寿命系数、 查参考文献16图6.6得=0.92、=0.98 、确定许用接触应力、 取安全系数=1.0 故有:=/=0.92600/1.0 MP=552 MP =/=0.98560/1.0 MP=548.8 MP 设计计算、试算小齿轮分度圆直径取= =86.41mm、计算圆周速度=1.02m/s6 m/s 故精度等级为8、计算载荷系数K查参考文献16表6.2得使用系数=1.0，根据=1.02m/s，7级精度查参考文献16图6.10得动载荷系数=1.0；查图6.13得=1.15 则K=1.01.01.15=1.15 、 校正分度圆直径由式=86.41=79.1mm 、计算齿轮传动的几何尺寸 1、 计算模数mm=/=79.1/25=3.16mm，取标准模数m=4mm 2、 两圆分度圆直径、=m=425=100mm =m=4125=500mm 3、中心距=m（+）/2=4（100+500）/2=300mm 4、齿宽=1.0100mm =+（510）mm故取=100mm 、=105mm5、 齿高=2.25m=2.254=9mm、校核齿根弯曲强度由式、确定公式中个参数值1、 大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限、查参考文献16图6.9取=240、=2202、 弯曲疲劳寿命系数、查参考文献16图6.7取=0.91、=0.993、 计算弯曲应力取定弯曲疲劳安全系数=1.4，应力修正值=2.0得=/=0.912240/1.4=312=/=0.992220/1.4=311.144、 齿形系数、和应力修正系数、查表6.4得=2.62、=2.22、=1.59、=1.775、计算大、小齿轮的/与/并比较其大值代如公式中计算/=2.621.59/312=0.01335/=2.221.77/311.14=0.01263、校核计算 =57.5弯曲疲劳强度足够。、直齿轮设计的三维视图如图9-1图 9-19.2带传动设计由于输入到轴二的功率P=5.45KW，轴二转速n=45r/min,根据上面的计算得出轴三上的传递功率为P=0.456Kw,小带轮安装在轴三上，大带轮安装在轴二上，初确定传动比=3，n=135r/mim每日连续工作816h.所以V带以及带轮设计如下。 设计功率 P=KP查参考文献13表4.6取K=1.2P=KP=1.20.456=0.55KW选定V带型号根据P和n由参考文献机械设计图4.11选普通V带的A型V带确定带轮直径、选取小带轮直径按参考文献13表4.4及图4.11选=100mm验算带速=100135/（601000）m/s=0.71m/s 确定大带轮直径=3100=300mm查参考文献13表4.4得带轮直径合适 计算实际传动比=/=300/100=3 确定大带轮实际转速nn= n/=135/345r/min 确定中心距和带长初选中心距由式0.7（+）mm2（+）mm得0.7（100+300）mm2（100+300）mm即280mm800 mm取=650 mm求带的计算基准长度由式=2+ =2650+（100+300）+（300-100）/（4650） mm =1300+628+15.38=1943.38 mm 查参考文献13表4.2得=2000 mm 计算中心距 =+=（650+）=678.3 mm 确定中心距调整范围 =（678.3+0.032000）mm 738 mm =（678.3-0.0152000）mm 648mm 验算小带轮包角 =162120 确定V带根数Z 确定功率P由=100 mm、n=135 r/min 查参考文献13表4.5得P=0.26kW 确定V带根数Z Z 查参考文献13表4.7、4.8、4.2得=0.03KW 0.93 =0.99 Z根=2.06根 取Z=3根 合适计算单根V带初拉力F参考文献13查表4.1得q=0.10kg/m 由式F=500=500N 218.7N 计算对轴的压力 由式F=（23218.7）N1296N 确定带轮的结构尺寸=100 mm，采用实心式结构 =300 mm，采用腹板式结构带轮设计的三维视图如图9-2 图 9-29.3 轴的结构设计9.3.1轴的结构设计如图如9-3所示 图 9-3 d d d d d 图9-3-1轴的输入功率P=5.6715kW，转速n=225 r/min确定轴零件上的装配方案，见装配图1 确定轴的最小直径 轴段仅受转距作用，直径最小则估算轴的最小直径 轴材料为45钢调质处理，查13表11.3确定轴的值 ，取=112 =112=28.3mm 单键槽轴径应正大%5%7，既增大至29.715mm30.28mm；取=30mm 确定各轴段的尺寸 为保证齿轮的轴向定位的可靠性，应略小于齿轮的宽度，所以取 ； 轴肩=（0.070.1）=2.453.5mm，故取=3.5mm 则：=+2h=（40+23.5）mm=47mm，9.3.2选择轴滚动轴承型号取=30mm ，参考机械设计课程设计选用型号为7206C的角接触球轴承，其内径=30mm ，外径D=62mm，宽度B=16mm滚动轴承与轴颈的配合采用较紧的过盈配合，轴颈尺寸公查为m6计算轴承寿命计算：查文献13表8-8，表8-7，得=1.0；=1.5则:9.3.3联轴器的选择及轴上零件的周向固定根据=30mm及液压马达伸出轴径的大小,参考机械设计课程设计,选用梅花形弹性联轴器ML3，梅花形弹性联轴器补偿两轴的位移量较大，有一定的弹性，对冲压式机构力的变化有一定的缓冲，起到了保护设备的作用。 齿轮与轴的周向固定均采用平键连接，轴承与轴的周向固定采用过渡配合。联轴器处的平键参考机械设计课程设计选用A型普通平键，截面尺寸=8mm7mm，键长L=50mm，即键87 GB/T 1095-1979；为保证对中良好，联轴器轮毂与轴的配合采用较紧的过渡配合，配合为H8/n7联轴器上键强度校核: 根据键,轴轮毂材料为45钢,载荷性能轻微冲击,可确定:=100-120Mpa故联轴器键的强度足够 齿轮处选用A型普通平键，键128 GB/T 1095-1979，键长80mm；与轴的配合采用过渡配合，配合为H7/ k6；齿轮轴上键强度校核: 根据键,轴轮毂材料为45钢,载荷性能轻微冲击,可确定:=100-120MpaMPa故齿轮键的强度足够 确定倒角和圆角的尺寸轴两端的倒角，取为2各轴肩处圆角半径如零件图所示：参考13由于轴只受扭矩作用,而轴设计根据扭矩来设计的,所以强度足够,不必要对它进行强度校核。9.4轴的设计及校核 9.4. 1.轴的设计轴的输入功率P=5.4463KW，转速n=45 r/min，转矩T=1155825.89N.mm 轴的结构设计 确定轴零件上的装配方案,具体方案见装配图1 图9-4-1 确定轴的最小直径1段仅受转矩作用，直径最小；估算轴的最小直径 45钢调质处理，查13表11.3确定轴的值 ，取=112 =112=42.5mm 单键槽轴径应增大%5%7，既增大至44.5mm45.5mm 取=48mm所以轴的最小直径 =48mm 3段（大齿轮段）受到的扭矩=112=55mm单键槽轴径应增大%5%7，既增大至57.8mm58.9mm取=60 确定各轴段的尺寸=48mm， =225mm mm 4处轴肩=（0.070.1）=4.26mm，故取=5mm mm mm mm 9.4. 2.轴的较核 轴受力分析如图9-4-2 图 9-4-2 受力平衡：.在垂直方向上列出力矩平衡，取0点力矩心则：.带轮有效的拉力：.联立可解: 水平受力图如图 图9-4-2水平弯矩图= 垂直受力图 垂直弯矩图 M M M M由以上两图分析可知: =Nmm =1391613Nmm在A处的弯矩最大最大扭力： 由第三强度理论： = Nmm =1154.6 Nm0.1d=0.1(60=2.1610m= 查表得=334Mpa0取1.5 得：=校核强度时应小于=9.4.3轴上安装零件的选取及校核1段与7段伸出端盖，参考13轴承盖处选用毡圈48 FZ/T9201091密封，根据、，选择轴承型号因为轴2不受轴向力则根据=50mm ，参考机械设计课程设计选用型号为7310C的角接触球轴承，其内径=50mm ，外径D=110mm，宽度B=27mm计算轴承寿命计算：查文献13表8-8，表8-7，得=1.0；=1.5则 轴上零件的周向固定齿轮、曲柄滑块与轴的周向固定均采用平键连接，轴承与轴的周向固定采用过渡配合。齿轮处的平键参考13选用A型普通平键，截面尺寸=18mm11mm，键长80mm，即键1811 GB/T 1095-1979；为保证对中良好，齿轮轮毂与轴的配合采用较紧的过渡配合，配合为H8/n7齿轮处键强度校核: =80-18=62 根据键,轴轮毂材料为45钢,载荷性能轻微冲击,可确定:=100-120MpaMPa故齿轮处上的平键的强度足够曲柄滑块处选用A型普通平键，键1610 GB/T 1095-1979，键长100mm；与轴的配合采用过渡配合，配合为H8/ k7；曲柄处键强度校核: =100-16=84mm 根据键,轴轮毂材料为45钢,载荷性能轻微冲击,可确定: =100-120MpaMPa故曲柄处上的平键的强度足够滚动轴承与轴颈的配合采用较紧的过盈配合，轴颈尺寸公查为m7确定倒角和圆角的尺寸轴两端的倒角，取值为2第10章 分度槽轮机构设计槽轮机构也是一种间歇运动机构，它由一对不完全齿轮组成。不完全齿轮机构是从一般的渐开线齿轮机构演变而来的，与一般齿轮机构相，最大区别在于齿轮的轮齿不是布满整个圆周。 如图11-1 和 图11-2所示，主动齿轮（图11-1）上有一部分齿，其余部分为外凸锁止弧，从动齿轮（图11-2）上有与主动动齿轮轮齿相应的啮合齿和内凹锁止弧，并相间布置。10.1不完全齿轮机构工作原理 在不完全齿轮机构中，主动齿轮作连续回转运动，当轮齿进入啮合区时，从动齿轮开始转动，当主动齿轮的轮齿退出啮合后，由于两轮的凸、凹锁止弧的定位作用从动齿轮可靠停歇，从而实现从动齿轮作间歇回转运动。在图11-1、图11-2所示的不完全齿轮机构中，主动齿轮上只有四个轮齿，从动齿轮的圆周上有四个运动段和四个停歇段相间分布，每段上有四个齿与主动轮齿相啮合。主动齿轮转一转，从动齿轮转1/4转。 图10-1 不完全齿轮 图9-2不完全齿轮10.2分度槽轮的设计选择槽轮分度间歇数Z根据模盘的设计从动齿轮的圆周上设计为四个运动段和四个停歇段相间分布，由上模盘的设计可知 则：模盘轴所要的 查文献13表2-4，得=0.99不完全齿轮所需传递功率P=119w 齿数比=1不完全齿轮的设计按正常齿轮设计原则选择齿轮材料、热处理方法、精度等级、齿数、及齿宽系数考虑到该齿轮传动传递功率不是很大，但刚性冲击力大，故大小齿轮都选用30CrMnSi调质钢处理。齿面硬度分别为310HBS、360HBS，属软齿面闭式传动，载荷不平稳，齿轮速度不高，小齿轮齿数=20，大齿轮齿数=20，按软齿面齿轮对称安装查参考文献机械设计表6.5，取齿宽系数=1.0按齿面接触疲劳强度设计由式 确定公式中各参数 试选=1.5 小齿轮传递的转矩= 材料系数 查参考文献机械设计表6.3得=189.8 大小齿轮的接触疲劳强度极限、 按齿面硬度查参考文献机械设计图6.8得=630MP、=630 MP 应力循环次数 =604511036016=1.56 =9.297/1=1.56 接触疲劳强度寿命系数、查参考文献机械设计图6.6得=0.98、=0.98 确定许用接触应力、 取安全系数=1.0 故有=/=0.98630/1.0 MP=617.4 MP=/=0.98630/1.0 MP=617.4 MP 设计计算： 试算小齿轮分度圆直径取= =160.86mm 计算圆周速度=0.379m/s6 m/s 故精度等级为7 计算载荷系数K查参考文献13表6.2得使用系数=1.0，根据=0.106m/s，7级精度查参考文献13图6.10得动载荷系数=1.0；查图6.13得=1.15 则K=1.01.01.15=1.15 校正分度圆直径 由式=160.86=147mm计算齿轮传动的几何尺寸 、计算模数mm=/=147/20=7.35mm，取标准模数m=8mm 、两圆分度圆直径、=m=820=160mm =m=208=160mm 、中心距=m（+）/2=2（80+80）/2=40mm、齿宽取 =30mm 、齿高=2.258=18mm齿顶高 齿根高 校核齿根弯曲强度由式确定公式中个参数值大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限、 查参考文献13图6.9取=240、=240 弯曲疲劳寿命系数、查图6.7取=0.91、=0.99 计算弯曲应力 取定弯曲疲劳安全系数=1.4，应力修正值=2.0 得=/=0.912240/1.4=312 =/=0.992220/1.4=311.14 齿形系数、和应力修正系数、查表6.4得=2.62、=2.22、=1.59、=1.77 计算大、小齿轮的/与/并比较其大值代如公式中计算/=2.621.59/312=0.01335/=2.221.77/311.14=0.01263 =7.63弯曲疲劳强度足够10.3加工注意事项：不完全齿轮机构的结构简单，制造容易，工作可靠，设计时从动轮的运动时间和静止时间的比例可在较大范围内变化。其缺点是在进入各退出啮合时，速度有突变，引起刚性冲击，且只宜用于低速、轻载场合在不完全齿办机构中，为了保证主动轮的首齿能顺利地进入啮合状态而不与从动轮的齿顶相碰，需将首齿齿顶高作适当的削减。同时为了保证从动轮停歇在预，主动轮的末齿齿顶高也需要适当的修正。其他齿的齿顶高保持普通齿轮的齿顶高，而从动齿的齿顶高不降低。第11章 机械系统设计11.1主机对机械系统的要求 模筒转盘的间歇分度运动与定位与冲头的往复直线运动的同步问题，是机械冲压式蜂窝煤机机械系统的重要环节、即两者的同步运动精度必须得以保证。11.2压力互补同步回路工作原理 根据主机要求，参考有关资料、设计了双液压马达流量压力互补同步回路，如图11-4所示。系统的工作原理如下： 当系统中各电磁阀均处于截止状态时，液压油流回油箱、两马达停转，当电磁换向阀1DT、2DT、3DT、4DT、5DT带电时（如图示位置），压力油经二位二通阀5到同步阀6然后分别进入马达M和马达M驱动马达运转：同时从马达M流出的液油经二位三通换向阀9向马达M补充进油，而从马达M流出的液压油经二位三通换向阀10向马达M补充进油，从而使马达M和马达M的运转相互制约，产生流量互补，由于马达M的进油处与马达M的出油处相通，而马达M的进油处与马达M的出油处相通，所以马达M进油处的压力与马达M的出油处的压力相同（略去换向阀的村力损失）。马达M进油处与马达M出油处压力相同，产生压力互补。因此马达的转动是靠总压力差产生的，所以该同步回路作为高精度同步传动用，是可以满足该机同步运动要求的。据参考文献分析表明，该同步回路的流量与所选用的同步阀的流量相配时，其同步误差可达到0.05%。11.3压力互补同步回路特点1、机械系统采用双液压马达流量-压力互补同步回路，具有修正阀分流误差的能力，不公具有较高的同步精度，而且可提高系统的功率，降低功耗，减少发热。2、该同步回路，当不起互补作用时，液压马达的输出扭矩可成倍增加，因此具有适应负载变化能力强的特点。所以能应付瞬时超载时而不致辞发生故障。3、该同步咽路中采用一般的分集流集阀，取代了昂贵的伺服阀所能达到的同步精度。因而可降低产品的成本。4、突破了机械冲压式蜂窝煤机模盘转位分度定位精度只能用机械传动系统来保证的传统设计观念。具有传动结构简单、维护方便以及传动平衡等优点。11.4机械系统原理图 图 11-4 第12章 PRO/E三维视图的建模及装配PRO/E建模是将已平面图装换为三维图，通过PRO/E建立的模型，可以更清晰表达出机构的各个零部件的形状和装配关系，这对机构的解读起到一个辅助的作用。本设计因此对工件传动机构进行了建模。12.1轴的建模根据二维零件图，在已绘制的平面图上量取各部分尺寸，对轴进行PRO/E建模。 1、点击PRO/E图标，进入PEO/Engineer后，单击界面上部 （新建文件）按钮，出现新建对话框，如图13-1所示。在类型栏中选择 选顶，在名称文本框内输入文件名，并取消缺省模板，单击确定按钮，弹出“新文件选项”，如图13-2所示，选择mmns_part_solid,单击确定按钮，进入绘图界面。图 12-1 图12-22、设置绘图基准（1）选择界面右端绘图工具栏的（拉伸）按钮，窗口下面出现如图12-3所示“拉伸”功能菜单。 图 12-3（2）单击“拉伸”对话框的“放置”上滑面板中的 按钮，如图12-4所示。系统打开“草绘”对话框，如图13-5所示。在绘图区中点击TOP面，则设定此面为草绘面，其他选项为系统默认，点击 按钮，进入草绘界面。 图12-4 图12-5（3）绘制草图 首先单击界面右端绘图工具栏的 绘制一条中心线（对齐到FRONT面），再单击界面右端绘图工具栏的 绘制如图所示的外形线（必须封闭）标注尺寸并修改至图12-6所示尺寸。 图12-6（4）完成草绘选择确认按钮，完成草绘（5）生成轴特征选择界面右端绘图工具栏的拉伸（拉伸），打开图12-7所示“拉伸”功能菜单，选择（实体）按钮，再选择（单侧）按钮，选择所绘制草图的中心线为旋转中心线，点击确定完成旋转特征，如图13-7所示。 图12-7其它零件的实体建模可参照文献412.2零件装配过程 1、装配步骤： 进入装配界面对机座与支撑架的装配进行举例。点击PRO/E图标，进入PEO/Engineer后，选择系统菜单栏中的文件新建命令，系统打开新建对话框，在对话框中选择“组件”单选按钮，然后指定文件名，完成设置后单击确定，系统将自动进入装配模式，并在绘图区自动创建三个基准平面和一个坐标系。 基准元件的放置选择系统菜单中的插入元件装配命令系纺打开如图13.2-1所示的“打开”对话框，对话框显示当前工作目录下的所有的零件及装配件，选取基座零件后，单击打开按钮系统将在装配区显示基座零件，点击右下角的确定按钮。如图13.2-2所示 图13.2-1 图13.2-2图13.2-3选择装配元件进行装配： 选择系统菜单中的插入 元件装配命令系统打开如图13.2-1所示“打开”对话框，对话框显示当前工作目录下的所有的零件及装配件，选取支撑架零件后，单击打开按钮系统将在装配区显示基座及支撑架的零件，如图13.2-3所示。单击 弹出图13.2-4对话框，打开下拉约束类型菜单栏，弹出如图13.2-5所示的对话框。选择对齐命令，则系统将要求选择所要进行约束的两个基准，因为支撑架上的螺栓孔要与安装在基座上支撑架所在位置的螺栓孔轴心对齐，所以要定义的两个基准，为对应两螺栓的轴心线，定义完后则出现如图13.2-6所示。图13.2-4 图13.2-5 图 13.2-6但定义一个约束并不能完全使基座与支撑座装配完全，所以必须还要进行约束定义。又因为支撑架下底面应与基座上摆放支撑架的上表面接触，所以这个约束是面面约束。单击图13.2-7上的新建约束按钮后则系统将会出现新建约束对话框，打开下拉约束类型菜单栏，弹出如图13.2-5所示的对话框。选择匹配命令， 则系统将要求选择所要进行约束的两个基准面，选择支撑架下端面与基座上摆放支撑架的上表面，完成后实现了完全定位装配，单击确定按钮则出现如图13.2.8所示的装配实体。 图13.2-7 图13.2-8其余零件装配可参考文献412.3总装配图 按上述过程进行装配，即可得总装配图如下： 第十三章 总装配图爆炸图 所谓爆炸图即为分解图，点击PRO/E图标，进入PEO/Engineer后，选择系统菜单栏中的文件打开命令，系统打开文件栏，选择总装配图，点击打开图标。在系统菜单中选择视图 分解分解视图命令，然后再选择视图 分解编辑位置，系统弹出下面对话框：在运动参照一栏中选择视图平面，然后拖动要选取的原件，最后单击确定，即可得到如下分解图：第14 章 曲柄滑块机构的运动仿真与分析14.1 创建模型 1）进入装配模式 启动Pro/E Wildfire后，设置工作目录，单击工具栏的新建文件按钮，弹出“新建”对话框。在“类型”栏选择“组件”，“子类型”栏选择“设计”，“名字”文本栏中输入slider.asm,取消“使用缺省模板”，单击确定按钮。在“新文件选项”对话框中选择mmns_asm_design作为模板，单击确定按钮进入装配模式。 2）装入基础原件 单击窗口右侧工具栏的装配原件按钮，系统弹出“打开”对话框，选择箱底作为body.prt,单击打开按钮，“原件放置”操控板出现。从“约束类型”列表中选择“缺省”，以在缺省位置装配零件。单击操控面板中按钮“”，完成基础原件的装配。完成后的组件如图14-1所示。图 图141 装入基础原件 3）装入曲柄主体 单击装配原件按钮，系统弹出“打开”对话框，选择曲柄滑块作 为crank.prt,单击打开按钮，“原件放置”操控面板出现。从“预定义的连接集”列表中选择“销钉”,定义连接：a. 在首先装入的body.prt上选择轴A-20，在crank.prt上选择轴A-3，定义“轴对齐”b. 对于平移约束，选择图14-2中标有平移箭头所示的两个面，约束类型为“对齐”单击操控板中的按钮“”完成曲柄主体的装配，完成后的组件如图14-3所示。 图14-2 定义销钉连接 图14-3 完成曲柄装配 4）装入连杆主体 单击装配原件按钮，系统弹出“打开”对话框，选择连杆作为liangan.prt,单击打开按钮，“原件放置”操控板出现。从“预定义连接集”列表中选择“销钉”定义连接：a.在crank.prt上选择轴A-10，连杆上选择轴A-62，定义“轴对齐”;b.对于平移约束，在crank.prt上选择其基准面FRONT，在liangan.prt上选择图14-4中标有平移的箭头所示的平面，约束类型为“对齐”。 图14-4 定义销钉连接此时，模型窗口如图14-5所示。可以看出liangan.prt的位置不合适，因此需要将其移动一个角度。 单击操控板中的移动选项，在该上滑面板总如图14-6设置选项，选择“旋转”为“运动类型”，选择“在视图平面中相对”，然后在模型窗口中单击鼠标左键来拖动装配原件，观察“移动”面板中“相对”栏的数值变化，当为75时，单击鼠标左键，完成旋转。 图14-5 移动上滑面板 图14-6 装配连杆单击操控板中的按钮，完成连杆主体的装配，完成后的组件如图14-6所示。5）装入滑块主体 单击装配原件按钮，系统弹出“打开”对话框，选择滑块作为huakuai.asm，单击打开按钮，“原件放置操控板出现。 从“预定义的连接集”列表中选择“圆柱”，在body.prt上选择轴A-132，在huakuai.prt上选择轴A-3，定义“轴对齐”。单击操控板中的移动选项，在该上滑面板中按图14-7所示设置选项，选择“平移”作为“运动类型”，选择“运动参照”，选取图14-7 移动上滑面板DTM17基准面，并选择“垂直”选项，在“平移”栏选择5，然后在模型窗口中单击鼠标左键来拖动装配原件，观察移动面板中“相对”栏的数值变化，当为895时，单击鼠标左键，完成平移。完成“圆柱”连接后的组件如图14-8所示。 图14-8 完成圆柱连接从图14-8可以看出，需要在huakuai.asm和liangan.prt之间再定义一个连接。单击操控板中的放置选项，在弹出的上滑面板中单击“新设置”命令，从“预定义的连接集”列表中选择“销钉”，定义连接：在huakuai.asm上选择轴A-93，在liangan.prt上选择轴A-30，定义“轴对齐”；单击操控板中的按钮，完成摇杆主体的装配。完成后的组件如图14-9所示。图14-9 完成装配的机构模型142 检测模型1）进入机构模式 单击主菜单上的“应用程序”“机构“选项，系统进入机械设计环境，模型如图14-10所示，包括三个销钉连接和一个圆柱连接。2）检查机构连接 单击主菜单栏“编辑”“连接”命令，系统弹出连接组件对话框，然后单击对话框中的运行按钮，检查装配的连接情况。系统弹出如图14-11所示的“确认”对话框，说明连接成功。单击对话框的“是”按钮，确认检查结果。 图14-10机械设计模型图14-11 “确认”对话框3）加亮主体 单击主菜单栏的“视图”“加亮主体”命令，系统以不同颜色显示各主体，基础主体显示为绿色。4）拖动模型 单击工具栏拖动按钮，选取除基础之外任一主体，并拖动机构，查看该主体是否按所期望的方式运动。14.3 添加伺服电动机单击主菜单栏的“插入”“伺服电动机”命令，系统弹出“伺服电动机定义”对话框，默认缺省名称ServoMotorl。接下来在“类型”选项卡上填写信息，在【从动原件】区域，选择“运动轴”，选择body.prt和crank.prt的销钉连接轴作为伺服电动机的驱动对象，模型中显示一紫色箭头，表示运动方向。参考对象呈绿色，被驱动对象呈橙色。 单击“伺服电动机定义”对话框中的【轮廓】选项卡，在【规范】栏中选择“速度”选项，在初始位置区域选中“当前”项。 在【模】栏选择“常数”函数类型，在“A”文本栏中输入86.在图形区域选中“位置”、“速度”和“加速度”，然后单击图形显示按钮，弹出如图14-12所示的“图形工具”窗口，查看伺服电动机的工作轮廓曲线。图14-12 伺服电动机工作轮廓曲线单击“伺服电动机定义”对话框中的“应用”按钮，将伺服电动机添加到模型中，并查看其位置，新伺服电动机图标将出现在机构上，指向运动的正向。14.4 准备分析 1）创建快照 单击工具栏上的拖动按钮。拖动鼠标光标移动滑块，当滑块到达上死点时，单击对话框的拍照按钮，当前的机构形态被拍为一张快照。 2）建立测量 为了分析滑块的位移和速度特性，在建立分析之前首相建立测量。 单击主菜单栏的“分析”“测量”“距离”命令，系统弹出如图14-13的“距离”对话框。单击该对话框中的定义选项卡，选择crank.prt上的轴A-12和滑块的顶面两个测量图元，测量结果显示在模型窗口，如图14-14所示。单击对话框中的分析选项卡，在类型区域中选择“特征”选项，单击按钮，测量特征ANALYSIS-DISTANCE-1建立完成。 图14-14 定义测量 图14-13“距离”对话框14.5 分析模型单击主菜单栏的“分析”“机构分析”命令，将弹出“分析定义”对话框。默认缺省分析名称AnalysisDefinition 1,在类型栏选择“运动学”项，在图形显示区域的“终止时间”栏输入10，在初始配置区域选择“快照”选项，并选择在拖动对话框中创建的快照，其余选项默认系统设置，单击对话框的运行按钮，观察机构运行情况。如果满意，单击确定按钮。14.6 获取分析结果1）回放并保存分析结果 单击主菜单栏的“分析”“回放”命令，将弹出“回放”对话框，在结果集栏中显示上步建立的运动分析。单击对话框中的播放按钮，弹出“动画”对话框，利用各按钮可控制回放结果的方向和速度。2）分析滑块的速度 单击菜单栏的分析测量命令，系统弹出如图14-15所示的“测量结果”对话框。可以看见前面测量的ANALYSIS-DISTANCE-1出现在对话框的“测量”区域。单击对话框中的创建新测量按钮，系统弹出“测量定义”对话框，在类型栏中选取“速度 ”选项，选取滑块顶平面上的基准点，在分量区域选择“Y分量”选项，“测量定义”对话框设置如图14-16所示，最后单击对话框中的“确定”按钮，回到“测量结果”对话框，新建的测量measurel也出现在对话框的“测量”区域。图14-15 “测量结果”对话框 图14-16 “测量定义”对话框在“测量结果”对话框中的测量栏中选择测量ANALYSIS-DISTANCE-1和measurel,单击按钮，弹出“图形工具”窗口，显示测量结果，如图14-17所示。最后，在“图形工具”窗口中单击菜单“文件”“输出”命令，弹出“Export To Excel”对话框，将当前的曲线保存为Excel类型的文件，文件名为measurel.最后，单击菜单栏的“文件”“保存”命令，保存当前模型文件。结
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