蜂窝煤成型机设计

1、目录一、 设计任务与要求 2二、 设计方案 3三、 机构运动简图 7四、 机器的工作原理 8五、 有关参数计算 9六、 结论与讨论 13一 设计任务与要求1. 设计任务图1所示，进行进行蜂窝煤成型机的成型和送料机构的设计。具体任务是：（1）按工艺动作要求拟定运动循环图；（2）进行冲压脱模机构，扫屑机构，模筒转盘间歇运动机构的选型。图1 蜂窝煤成型机机构2.原始数据与设计要求工作原理及工艺动作过程：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

2、以下几个动作：煤粉加料；冲头将蜂窝煤压制成型；清除冲头和出煤盘的积屑的扫屑运动； 将在模筒内的冲压后的蜂窝煤脱模；将冲压成型的蜂窝煤输送装箱。原始数据: 生产效率30次 分钟，为改善冲压质量，冲压后应有一段保压时间。为增大冲头压力，减小原动机功率，冲压机应具有增压功能。二 设计方案11.功能分解与工艺动作分解1)功能分解为了实现蜂窝煤成型机的总功能，将功能分解为：加料功能、冲压成型功能、脱模功能、扫屑功能、工作盘简间歇转动功能、输送功能。2)工艺动作过程根据上述分析，工艺动作有以下六个动作：（1）加料：这一动作可利用煤粉的重力打开料斗自动加料；（2）冲压成型：要求冲头上下往复运动，在冲头行程的

3、二分之一进行冲压成型；（3）脱模：要求脱模盘上下往复移动，将已冲压成型的煤饼压下去而脱离模筒。一般可以将它与冲头固结在上下往复移动的滑梁上；（4）扫屑：要求在冲头、脱模盘向上移动过程中用扫屑刷将煤粉扫除；（5）工作盘间歇转动：以完成冲压、脱模和加料三个工位的转换；（6）输送：将成型的煤饼脱模后落在输送带上送出成品，以便装箱待用。2机构的选择（1）加料机构利用煤粉的重力打开料斗自动加料，加料的过程需要设计料斗的开关控制机构，以控制加料的量。根据设计要求，当下面的间歇机构运转的时候，需要停止加料，而在冲压过程中，需打开开关进行送料。经过考虑，我选用凸轮机构来完成这一动作。凸轮运作到远休止的时候，隔

4、板挡住送料口，停止下料；远休止结束时，冲压过程开图2 凸轮机构 始，下料口也同时开始下料。由于凸轮机构在这需要水平放置，当杆件运动到最远端时，无法利用重力让其自动下落，回到初始状态，所以我选用盘型槽凸轮机构，如图2所示。（2）冲压成型、脱模机构2冲压机构有对心曲柄滑块机构，偏置曲柄滑块机构，平面六杆机构，凸轮机构和齿轮机构。对心曲柄滑块机构如图3所示和偏置曲柄滑块机构如图4所示相比，偏置曲柄滑块机构具有急回特性，这样可以缩短空回程的时间，以提高生产效率。并且曲柄长度或距增大时，急回特性越显著。滑块通过惯性具有增压的功能。平面六杆机构如图5所示中用作变速运动的构件的惯性力及惯性力矩难以完全平衡，

5、并且该机构难以实现任意的运动规律，设计方法及计算都比较复杂。运动的时候会出现死点现象，需要加上飞轮等结构来冲过死点。凸轮机构如图6所示结构简单、紧凑，但易磨损且传力小，不易当做冲压的 3机构。并且可调程度困难，不易加工。齿轮机构齿轮齿条机构如图7所示传动准确、效率高、寿命长，但加工装配难；组合机构结构复杂。由于原始数据中生产效率为30次 分钟，属于低速范围，为改善冲压质量，冲压后应有一段保压时间，即冲的时候速度较慢，但没冲回程的时候速度要较快。为增大冲头压力，减小原动机功率，冲压机应具有增压功能。综上所述，我选择偏置曲柄滑块机构。（3）扫屑机构图8表示固定凸轮移动滚子机构利用滑梁上下移动使带有

6、扫屑刷的移动从从动件顶出而扫除冲头和脱模盘底的粉煤屑，并且通过弹簧使滚子回到初始状态。图9表示附加滑块摇杆机构，利用滑梁的上下移动使摇杆的扫屑刷摆动扫除冲头和脱模盘底上的粉煤屑。该机构工作平稳，但尺寸较大，且容易出现死点位置，这样就比较危险。图10表示固定凸轮移动滑块机构，与图8的原理相似，但是滑动没有滚动灵活。因此，我选择固定凸轮移动滚子机构。（4）工作盘间歇转动机构间歇转动机构有棘轮、槽轮、不完全齿轮和凸轮式间歇齿轮。棘轮可实现单向间歇运动、机构简单、制造方便、运动可靠、棘轮转角可调；但冲击和噪声大、运动精度低，适用于低速轻载的场合，但我们工作盘不要太大冲击，并且精度要求较高，否则，会造成

7、冲不到孔。所以排除。槽轮机构（如图11所示）可将主动拨盘的等速回转运动转变为槽轮时动时 4停的间歇运动，并具有结构简单、外形尺寸小、 机械效率高，以及能较平稳的、间歇地进行转位等优点，但存在柔性冲击的缺点，故常用于速度不太高的场合。刚好我们速度要求不高。不完全齿轮机构结构简单，制造容易，工作可靠，动停时间比可在较大范围内变化，但在从动轮的运动始末有刚性冲击，适合于低速、轻载的场合。不完全齿轮多用于多工位自动机和半自动及工作台的间歇转位、计数机构。凸轮式间歇齿轮动载荷小，无刚性和柔性冲击，适合高速运转，无需定位装置，定位精度高，结构紧凑；但加工成本高，装配与调整的要求。根据我们所作的冲压式蜂窝煤

8、成型机运转速度较慢，30次分钟、三工位转盘可知，其转速很低大概10转分钟，所以对凸轮式间歇齿轮就显得大材小用了，同时凸轮式间歇齿轮机构要求凸轮的加工精度很高，在一定程度上也提高了成本，所以将其排除。槽轮机构和不完全齿轮相比，两者的结构都比较简单，而且工作可靠。虽然不完全齿轮的从动轮停歇的次数和每次停歇的时间，以及每次转动的转角等的选择范围相对槽轮来说比较大；而槽轮在设计合理的前提下，拔销进入和退出啮合时，运动较为平稳。综上所述，我选择槽轮机构作为间歇机构。（5）输送机构利用脱模盘在冲压时，吧蜂窝煤从模筒中压出，并通过斜槽滑到传送带上。为达到这一要求，把模筒转盘设计为两层。上层为三工位模筒转盘，

9、下层为上层同大小的托盘，并不随间歇机构转动。并且在脱模工位上有一个与模筒大小一样的圆孔，便于蜂窝煤从孔中落到斜槽上。5三 机构运动简图根据以上分析及方案的选择绘制出蜂窝煤成型机机构运动简图如图12所示。构件9和12都是滚子，滚子9在盘型槽凸轮机构的槽中滚动，构件4上有个飞轮。下面先算皮带轮的自由度，将皮带3等效为摩擦轮，则动力通过构件1传到内摩擦轮3，再传到外摩擦轮2则自由度F=33-23-2=1蜂窝煤成型机机构运动简图中的局部自由度F=2(都由滚子引起)，则自由度F=312-214-15-2=1自由度数等于原动件数，所以蜂窝煤成型机机构有确定的运动。四 机器的工作原理61.工作原理电动机带动

10、摩擦轮转动，通过皮带将动力传到构件4，再通过减速箱减速，通过齿轮啮合将动力传到构件5，通过杆件6将一部分动力传到构件13，使完成偏置双曲柄滑块的冲压及脱模的过程，并同时通过构件11完成扫屑的功能，另一部分动力通过杆件7，首先经过槽轮机构，实现工作台的间歇运动，然后通过盘型槽凸轮机构，实现进料的间歇运动，最后通过皮带传输将脱模的煤块输送出来。2. 运动循环图蜂窝煤成型机的冲压机构为主机构，以它的主动件的零位角为横坐标的起点（即横坐标表示各执行构件位置），纵坐标表示各执行构件的位移起止位置。表1和图14均表示冲压式蜂窝煤成型机三个执行机构的运动循环过程。 冲压过程分为冲程和回程。带有模孔的转盘工作

11、行程在冲头程后半段和冲程前半段完成，使间歇转动在冲压之前完成。扫屑运动在冲头回程后半段和冲程前半段完成。表1 冲压式蜂窝煤成型机运动循环表7图14 蜂窝煤成型机循环图五 有关参数计算1.偏置曲柄滑块机构计算蜂窝煤成型机的生产能力：30次/min，既周期T=2S，令滑梁行程S=300mm ,偏置距离e=180mm,行程速比系数k=1.67。则=180(k-1)/(k+1)= 180(1.5-1)/ (1.5+1)=45过C1NC1C2。再过C2作C1C2M=90-=45,C1N和C2M交于P。最后以C2P为直径作圆，则此圆周上任意一点与C1、C2连线夹角均为 =45。 作C1C2的垂线使e=15

12、0mm,再作平行于C1C2的直线，交圆周于一点A，由图可知，曲柄与连杆重叠共线和拉直共线的2个位置AC1和AC2，以A为圆心，AC1为半径作弧与AC2交点E。则:AC1=B1C1-AB1AC2=AB2+B2C2解得：AB=（AC2-AC1）/2=C2E/28经测量得：AB=105mmBC=295mm已知生产率为30次/min。因为曲柄旋转一周，滑块完成一个冲压运动周期，因为工作盘为6孔，3工位，即冲一冲生产2块蜂窝煤。所以曲柄转速为10r/min，即曲柄角速度为1.047rad/s。2.槽轮机构计算由设计要求可知，式转盘为三工位式，但为了避免槽轮在开始转动时发生冲击，应使拨盘上的圆销在进槽和出

13、槽时的瞬时速度方向沿着槽轮径向槽的方向，槽轮转动时将有较大的振动和冲击。所以一般取Z=48，所以我选择Z=6。运动系数ktd /t 2 /(2）= (2 )/(2）(2/z)/(2)1/21/z =1/3由于设计要求蜂窝煤成型机的生产能力：30次/min，所以主动件的运动周期T=2s，拨盘的角速度w1=2/2=3.14rad/s,进而得知槽轮在一周期内的运动时间t1=k*T=21/3=0.667s，停歇时间t2=T-t1=1.333s。取中心距a=300mm，圆销半径9r=30mm。根据结构可知槽间角2=60，则主动件转角2=180-2=120。 得圆销中心的回转半径R=a*sin=150mm

14、槽顶高A= a*cos=259.8mmR1与a的比值=R1/a=sin=0.5槽轮的外圆半径R2=（a*cos）+r=262mm 22槽轮的槽深hha(+cos-1)+r带人得 h139.8mm 取整h=140mm根据w2/w1=(cos-)(1-2cos+2),其中为拨盘与中心距的夹角槽轮的角速度w2=-1.96+5.50cos-3.14cos23.凸轮机构计算根据设计要求，凸轮运动要求滑块在间歇运动的时候停止运动，并堵住下料口，停止下料；间歇转盘停止时，打开下料口。因为转盘运动时间占整个时间的1/3，所以凸轮远端休止角为120。设进程运动角d0=120回程运动角 10d0=120，凸轮的行

15、程h=100mm，偏心距e=0，滚子半径r=25mm,进程回程的运动规律为等加速等减速运动。根据下图a画出图b，得出凸轮的外轮廓如图b所示。因为凸轮机构与槽轮机构的拨盘固连，所以角速度w=3.14rad/s。4 圆锥齿轮设计1）传动比及当量齿数的计算由于机构中与拨盘固连的圆锥齿轮的角速度w1=3.14rad/s,与曲柄固连的圆锥齿轮的角速度w2=1.047 rad/s。所以锥齿轮传动比i=3.14/1.047=3Z2且i=Z1=cotd1=tand2故有d2=arctani=arctan3=71.56 d1=90-d2=18.44由于锥齿轮的的当量齿轮是圆柱齿轮，所以锥齿轮不发生根切的最少齿数

16、要小于直齿圆柱齿轮的最少齿数，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 选Z2=70，故：Zv1=Z1/cosd1=25/cos18.44=26.35Zv2=Z2/cosd2=70/cos71.56=221.302）齿轮几何尺寸计算取模数m=6则分度圆直径dd1=mZ1=625=150mm d2=mZ2=670=420mm齿轮宽度bm622Z1+Z2252+702锥距R=2=2=222.99mm11R222.99所以：b3=3=74.33mm 取整b=60mm六 结论与讨论

17、1结论本设计在参考较多的的文献文档基础之上，结合设计任务要求，主要完成了：（1）总体机构的简图的设计（2）冲压曲柄滑块机构的设计；（3）分度槽轮机构的设计；（4）凸轮下料机构的设计；（5）圆锥齿轮的设计。本方案基本能满足设计的要求，但由于知识及时间限制，对于一些问题并未作出分析计算，比如电动机的选择，皮带的选择和飞轮的选择。2. 讨论冲压曲柄滑块机构还可以改为六杆增压机构，其具有急回特性与增压效果，压时间可较长，增力较强，具有很好的成型效果。但结构、计算较为复杂，所以我没采用。固定凸轮移动滚子扫屑机构工作时的速度主要是由冲压曲柄滑块机构中滑块的冲压速度和滑台的角度决定，但因为滑块是变速运动，所以计算较为复杂，其角度必须通过实验或生产实践得到比较好的角度。关于皮带轮及链轮自由度的计算，机械原理课程自由度公式前提条件是：所有构件都是刚体，但皮带及链轮都不是刚体，是否能用机械原理课程自由度公式？在文献中我看到这样的观点：将皮带视为特殊的刚体，根据图13，可以把皮带引入的约束用内磨擦