《机械原理》课程设计冲压式蜂窝煤成型机范例.docx
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《机械原理》课程设计冲压式蜂窝煤成型机范例
机械原理课程设计(范例)
题目:
冲压式蜂窝煤成型机
、冲压式蜂窝煤成型机的功能和设计要求
1.功能
冲压式蜂窝煤成型机是中国城镇蜂窝煤生产厂的主要生产设备,这种设备具有结构合理、成型性能好、经久耐用、维修方便等优点而被广泛采用。
冲压式蜂窝煤成型机的功能是将粉煤加入转盘的模筒内,经冲头冲压成蜂窝煤。
为了实现将蜂窝煤压制成型,冲压式蜂窝煤成型机必须完成五个动作:
粉煤加料;
(3)
冲头将蜂窝煤压制成型;
清除冲头和出煤盘积屑的扫屑运动;
将在模筒内冲压后的蜂窝煤脱煤;
2.设计要求和原始数据
(1)蜂窝煤成型机的生产能力:
30次/min。
(2)如图1所示,冲头、脱模盘、扫屑刷、模筒转盘的相互位置关系。
实
际上冲头与脱模盘都与上、下移动的滑梁连成一体,当滑梁下冲时冲头将粉煤冲压成蜂窝煤,脱煤盘将已压成的蜂窝煤脱模。
在滑梁上升过程中扫屑刷将刷除冲头和脱模盘上粘着的粉煤。
模筒转盘上均布了煤筒,转盘的间歇运动使加料后的
模筒进入冲压位置,成型后的模筒进入脱模位置,空的模筒进入加料位置。
(3)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。
(4)
0.157。
冲压式蜂窝煤成型机的滑梁行程s300mm,连杆系数R
(5)驱动电机目前采用丫180L-8型,其功率N=11kW,转速n=730r/min。
(6)
机械运动方案应力求简单。
图1冲压式蜂窝煤成型机各部分位置示意
3.设计任务
按工艺动作要求拟定运动循环图。
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。
机械运动方案的评定和选择。
按选定的电动机和执行机构运动参数拟定机械传动方案。
、工作原理和工艺动作分解
根据上述分析,冲压式蜂窝煤成型机要求完成的工艺动作有以下六个动作。
(1)加料:
这一动作可利用粉煤重力打开料斗自动加料。
(2)冲压成型:
要求冲头上、下往复移动,在冲头行程的后1/2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。
一般可将它与冲头一起固结在上、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粉煤扫除。
(5)模筒转模间歇运动:
以完成冲压、脱模、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。
以上六个动作,加料和输送的动作比较简单,暂时不予考虑,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运动方案设计重点考虑冲压和脱模机构、扫屑机构和模筒转盘的间歇转动机构这三个机构的选型和设计问题。
三、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构运出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,以它的主动件的零位角为横坐标的起点,纵坐标表示各执行机构的位移起止位置。
表1表示冲压式蜂窝煤成型机构三个执行机构的运动循环图。
表1冲压式蜂窝煤成型机运动循环图
主动件转角分配
0°〜180°
180°〜360°
冲头和脱模盘机构
工作行程
回程
模筒转盘机构
工作行程
停止
工作行程
扫屑刷机构
扫屑运动
回程
扫屑运动
主动件转角分配
0°〜90°
90°〜270°
270°〜360°
冲头和脱模盘都由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。
扫屑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。
四、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2所列的常用机构,这一表格又可称为执行机构的形态学矩阵。
表2执行机构的形态学矩阵
冲头和脱模机构
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
固定凸轮移动从动机构
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2表示附加滑块摇杆机构,利用滑梁的上、下移动使摇杆0B上的扫屑
刷摆动扫除冲头和脱模盘底上的粉煤屑。
图2冲压式蜂窝煤成型机执行机构运动形式1
图3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的粉煤屑。
五、机械运动方案的选择和评定
根据表2的三个执行机构形态学矩阵,可以求出冲压式蜂窝煤成型机的机械运动方案数为
N=3X2X3=18
现在可以按给定条件、各机构的相容性和尽量使机构简单等要求来选择方案。
在此可选定两个结构比较简单的方案,如下所述。
方案一:
冲压机构为对心曲柄滑块机构,模筒转盘机构为槽轮机构,扫屑机构为固定凸轮移动从动件机构。
方案二:
冲压机构为偏置曲柄滑块机构,模筒转盘机构为不完全齿轮机构,扫屑机构为附加滑块摇杆机构。
两个方案可用模糊综合评价方法来进行评估优选,也可以按设计需求直接比较方案的优劣。
例如,由于没有急回要求,冲压机构可以选为对心曲柄滑块机构;模筒转盘机构可以选为槽轮机构,因为槽轮机构结构简单,外形尺寸小,机械效率高,并能够较平稳、间歇地进行转位;扫屑机构可选为固定凸轮移动从动件机构,设计加工简单方便。
最后,选取方案一为冲压式蜂窝煤成型机构的机械运动方案。
六、机械传动系统的速比和变速机构
根据选定的驱动电机的转速和冲压式蜂窝煤成型机的生产能力,可知其机械传动系统的总传动比为
n电机730
4、电机匸丫24.333
n执行主轴30
机械传动系统的第一级采用带传动,其速比为4.866;第二级采用直齿圆柱
齿轮传动,其传动比为5。
七、画出机械运动方案示意图
按已选定的三个执行机构的形式及机械传动系统,画出冲压式蜂窝煤成型机的机械运动示意图,其中三个执行机构部分也可以称为机械运动方案简图。
如图4所示,包括了机械传动系统、三个执行机构的组合。
如果再加上加料机构和
输送机构,就可以完整地表示整台机器的机械运动方案示意图。
图4冲压式蜂窝煤成型机运动方案示意
/
有了机械运动方案示意图,就可以进行机构的尺寸设计计算以及机器的总
体设计。
八、对机械传动系统和执行机构进行尺寸计算
为了实现具体的运动要求,必须对带传动、齿轮传动、曲柄滑块机构(冲
压机构)、槽轮机构(模筒转盘间歇运动机构)和扫屑凸轮机构进行尺寸计算,必要时还要进行运动学、动力学计算。
1.带传动计算
(1)确定计算功率Pc
PcKaP
取Ka1.4,则
选择带的型号。
由PC及主动轮转速ni,由有关线图选择V带型号为C
型V带。
确定带轮节圆直径d1和d2。
取d1
200mm,则
d24.866
d1
973.2mm
(4)
确定中心距;0
0.7(d1
d2)
;0
2(d1d2)
即821.24mm;02348.4mm。
(5)确定V带根数Z
2.
齿轮传动计算
则分度圆直径分别为
齿顶高为
齿根高为
hf1
hf2(h;c
)m(10.25)56.25mm
齿全高
h1
h2(2h;c*)m(20.25)511.25mm
齿顶圆直径分别为
da2(Z22h;)m(11021)5560mm
齿根圆直径分别为
df1(乙2ha2c)m(22220.25)597.5mm
齿厚为
m/23.145/27.85mm
齿槽宽为
m/23.145/27.85mm
标准中心距为
齿轮厚度按实际情况选取,其余尺寸按有关公式计算出。
3.曲柄滑块机构计算
R
已知冲压式蜂窝煤成型机的滑梁行程s300mm,连杆系数-0.157,则曲柄半径
R0.5s150mm
连杆长度为
R
L口955.41mm
F面采用作图法求出曲柄滑块机构中滑梁(滑块)的速度和加速度。
取l10mm/mm,曲柄逆时针旋转,当转角为45°时,按比例精确作曲
柄滑块机构的运动简图,如图5所示。
图5曲柄滑块机构运动简图
度为
因为杆1(曲柄)的转速为30r/min,且方向为逆时针旋转,故杆1的角速
12n1/6023.1430/603.14rad/s,方向为逆时针旋转。
B点的速度为
Vb1Iab3.140.150.471m/s,方向为垂直于杆1且指向向上。
B点的加速度为
,方向由B指向A。
aB1lAB3.1420.151.479m/s2
C点的速度及加速度。
0.01(m/s)/mm,按比例精确作速度图,如图6所示。
图6速度图
量取得
VC370.01
0.37m/s。
VcB34
0.01
0.34m/s。
因此,杆
2的角速度和法向加速度分别为
VCB
2Ibc
n2
aCB2
034
0.350.356rad/s,方向为顺时针方向。
22
Ibc0.3560.9550.121m/s,方向由C指向B。
对于杆2,
aC
aB
aCB
aCB
方向
C—A
B—A
C—B
丄BCT
大小
?
1.479
0.121
?
n
取a0.01(m/s2)/mm,按比例精确作速度图,如图
7所示。
量取得
pAoJ
aC1050.011.05m/s2。
因此,当曲柄转角为45°时,滑块3的速度为0.37m/s,加速度为1.05m/s2。
4.槽轮机构计算
槽数z。
按工位数要求选定为
6。
中心距a。
按结构情况确定a
300mm。
(3)
圆销半径r。
按结构情况确定
30mm。
槽轮每次转位时主动件的转角
180(12)120。
z
(5)
槽间角2360
60。
z
(6)
主动件圆销中心半径Rasin
150mm。
(7)
R与a的比值
槽轮外圆半径R2
區sin0.5。
a
J(acos)2r2262mm。
(9)
槽轮槽深h
ha(con1)r
h79.8mm)(h8。
口呵
(10)运动系数k口-(n1,n为圆销数)。
2z2
5.扫屑凸轮机构计算
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活动范围扫除粉煤。
具体按结构情况来设计,在此不
再详细设计。
常見运动特性及其对应机构
实现的运动或功能
机构務式
匀速转动
定传动比
平行W边制机构母轮机沟•轮紊•谐浊传动机构•摆线针轮机构•帝传动机构・链传动机构,取万向联轴节tt旳等
空传动比
轴向滑II圆柱齿轮机构,混合轮系变連机梅,摩擦轮无级变連机构,挠性无级变速机恂等
非匀連转或
双曲衲机枸•转M导针机恂,非岡齿轮机构冲力冋联轴节机构寿
律复
往复移动
曲脚滑快机构•移功导仟机掏,正弦机构,•移功从M件凸轮机购,齿轮齿条机构・《诞机构•气动•«用机构等
运劝
它复扭动
曲脚摇杆机构•摆动导杆机构,女摇杆机絢,®衲摇块机构崔动从渤件凸轮机构■代及■液压机杓零
运动
鼎伦机构,槽轮机构,不立全齿轮机构,凸轮剛血或机构爭
问<1:
摆动
特殊形忒的连杆机构•摆动从动件凸轮机均尊
间燃移动
轉占条机构,摩》轮机构等
预定
直线紈迹
连杆ifi幅S线机构,连杆糟确伍线机构,组合机构等
轨迹
曲线紈迹
多杆机构,行星轮系机恂•组合机构等
増力及夬持
斜nHi杆机构•肘杆机枸幫
ett
»»式»轮机构等
行e可祠
1
强林节机构•偏心调节机构,集1徒鞫节札构,»杆測节机构,可调式护杆机构等
急回恃性
曲柄掲杆机构・《S式曲柄滑块机曲,双曲辆机构,彳杯机掏,组合机构等
过载保4
带怜动址构•《*传功机构等
常见的机械传动类型及特点
传动类型
传动寄点
圆柱S轮传动
传动比10定、效率高、寿命长,适用的功率和速度范園广。
要求制造安装精度商,不能缓冲,无过载保护作用
圆惟齿轮传动
主要用来传递两个«交轴之间的运动,锥fi轮w造较困难,裝配精度难以保证
绍杆蛹轮传动
外廓尺寸小,结构紧凑,传动比大而准確。
传动平稳无噪声,可具有•白锁性.但效率低■中、高速传动时需用价格较贵能材料
«旋机构(丝枉传动)
将冋转运动转变为直线运动•结构简单•传动平稳、无噪声,可获得较大减速比,但工作速度一般较低
«传动(挠性啮合传动)
中心距变化范围大,平均传动比较准筛能适应恶劣环境.瞬时传动比不稳定
带传动
中心距变化范H大,结构简单,传动平稳,能緩冲,有过载保护功能,安装要求不离・传动比不能严格保证,寿命较短'传递功那较小,連度范围小•-
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