機械原理課程設計-沖壓式蜂窩煤成型機機構(gòu).doc

洛陽理工學院機械原理課程設計機械原理課程設計 題 目 ：沖壓式蜂窩煤成型機機構(gòu) 學 校 ：洛陽理工學院系 別 : 機電工程系 專 業(yè) ：計算機輔助設計與制造 班 級 ：Z080314設計者 ：范迎飛（組長）指導教師 ：張旦聞 2009-12-20 星期日課程設計評語機電工程系計算機輔助設計與制造專業(yè)課程名稱：機械原理課程設計設計題目：沖壓式蜂窩煤成型機改進機構(gòu)設計小組成員： 范迎飛（Z08031424） 蘆小冬（Z08031435） 劉振亞（Z08031422） 指導教師評語： 指導教師：張旦聞 年 月 日 目 錄1、產(chǎn)品簡介 .42、工作原理.43、機器的運動方案的分析與選擇 3.1、設計基本要求.5 3.2、原動機的選擇.5 3.3、主傳動運動方案分析.6 3.4、掃屑機構(gòu)運動方案分析.84、機構(gòu)系統(tǒng)的運動尺寸設計 4.1、傳動機構(gòu)的運動尺寸設計.9 4.2、主體機構(gòu)的運動尺寸設計.12 4.3、掃煤機構(gòu)的運動尺寸設計.12 4.4、工作盤轉(zhuǎn)動機構(gòu)的運動尺寸設計.135、主體機構(gòu)運動線圖.136、機器運動簡圖.147、自我感想.168、參考書目.161、產(chǎn)品簡介機械原理、機械設計課程是培養(yǎng)學生具有機械基礎知識及機械創(chuàng)新能力的技術基礎課。在機械類各專業(yè)中教學計劃是主干課程。在培養(yǎng)合格機械工程設計人才方面起著極其重要的作用，是學習專業(yè)課程和從事機械產(chǎn)品設計的必備準備。本設計題目是蜂窩煤成型機構(gòu)，設計的最初想法來源于自己以往的親身經(jīng)歷。以往的許多制造煤塊的機構(gòu)存在著許多避之不及的缺陷，即有些機構(gòu)制造出的煤塊不夠敦實，放干后有一些裂紋；有些機構(gòu)造出的煤塊經(jīng)常出現(xiàn)孔內(nèi)坍塌現(xiàn)象；有些機構(gòu)在工作是會出現(xiàn)許多不能及時清理的煤屑，造成工作環(huán)境的相對惡劣，等等。本設計的誕生不僅克服了許多造煤塊機構(gòu)難以克服的缺陷，還在機械傳動的能耗以及電動機選擇上做了優(yōu)化，很大程度上做到了美化環(huán)境及節(jié)約有限能源。本設計考慮到各組成機構(gòu)的可行性與合理性，選擇了兩種運動方案：一是機構(gòu)擁有了帶傳動結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、具有過載保護作用，槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠等特性，二是有了齒輪傳動結(jié)構(gòu)緊密，壽命長，效率高等優(yōu)點。本設計的許多地方牽涉到了機械傳動以及齒輪傳動的知識，進一步驗證和細化了專業(yè)理論知識，是我們對本專業(yè)的發(fā)展方向有了更清楚的認識。另外，本機構(gòu)安全、實用的思想設計而出，市場前景廣闊，適用范圍比較廣泛，既可以用于大中型公司或企業(yè)批量生產(chǎn)，又可用于小型部門的連續(xù)生產(chǎn)，造出的煤塊很大程度上的得到了市場和廣大用戶的肯定。2、工作原理利用帶沖針6的沖頭4往復運動，將位于工作盤2?？字械幕旌狭蠅簩嵆尚?。沖針6剛性固結(jié)于沖頭，用以穿孔。壓板8以彈簧7與滑塊1相連，通過彈簧壓縮時所產(chǎn)生的彈簧力將型煤壓實。為了提高生產(chǎn)率，將機器作成多工位的，把上料、成型、卸煤等工序集中在一臺機器上連續(xù)完成。圖1-1 機器執(zhí)行構(gòu)件的運動圖機器執(zhí)行構(gòu)件的運動圖如圖1-1所示。滑塊1上裝有沖孔壓實壓頭4和卸煤推桿5，作往復直線運動（A1）;工作盤2上有五個?？?，I為上料工位，為成型工位，為卸料工位，做間歇回轉(zhuǎn)運動（A2）；上料器3作連續(xù)回轉(zhuǎn)運動（A3）；將型煤運出的傳送帶做勻速直線運動（A4）；沖頭每次退出工作盤后，掃煤桿在沖頭下面掃過，作清除煤屑的掃煤運動（A5）。A1的運動參數(shù)取決于生產(chǎn)率，取。考慮到料煤高度與型煤高度之比（壓縮比）為2:1，工作盤高 。為使工作盤轉(zhuǎn)位速度不致太高，取壓頭在工作盤內(nèi)和工作盤外的位移相等，即沖頭的行程為。A2運動應與A1協(xié)調(diào)配合，工作盤轉(zhuǎn)位時，壓頭必須在工作盤外，其運動參數(shù)其運動系數(shù)應小于0.5。綜合考慮各運動的關系,暫取工作盤轉(zhuǎn)位時的運動系數(shù)=160/3600.444。A3的運動參數(shù)參考現(xiàn)有機器取n3=120r/min。A4運動的傳送帶速度要保證前一塊煤運走后，后一塊煤才能卸落在傳送帶上。設煤塊的間距為2=0.2m，則傳送帶速度為 圖1-2 生產(chǎn)阻力曲線圖1-1 機器執(zhí)行構(gòu)件的運動圖A5運動為平面復雜運動，要保證沖頭往復運動一次，掃煤桿在沖頭下往復掃過一次，且不與其他構(gòu)件相碰(具體要求見主體機構(gòu)設計部分)。由于型煤是利用彈簧壓實，故生產(chǎn)阻力Fr與彈簧壓縮量成正比，生產(chǎn)阻力曲線見圖1-2，F(xiàn)rmax=5000N。、機器的運動方案分析及選擇 3、1設計基本要求1） 設計蜂窩煤成型機構(gòu)，型煤尺寸為生產(chǎn)率為每分鐘72個；2） 沖壓成型時的生產(chǎn)阻力達到50000N；3） 為改善蜂窩煤成型機的質(zhì)量，希望在沖壓后有一短暫的保壓時間；4） 由于沖頭要產(chǎn)生較大壓力，希望沖壓機構(gòu)具有增力功能，以增大有效力作用，減小原動機的功率。3、2原動機的選擇 原動機做勻速轉(zhuǎn)動，驅(qū)動各執(zhí)行構(gòu)件動作，其中掃煤運動可考慮直接用滑塊做主運動，以保證運動協(xié)調(diào)配合。由于采用集中驅(qū)動，有電動機到A1原動件的主傳動鏈總傳動比為:再考慮到同類機器的參數(shù)，在此選用異步電動機集中驅(qū)動，取:3、3主傳動運動方案分析及選擇執(zhí)行構(gòu)件作往復直線運動，所以主傳動鏈中，需要兩級減速，運動分支和將連續(xù)回轉(zhuǎn)運動變換為往復直線運動的功能，即可畫出主運動鏈的功能框圖1-3。然后再根據(jù)其他執(zhí)行構(gòu)件的運動形式和運動參數(shù)的大小。確定所需的功能元，畫出輔助傳動鏈的功能框圖1-3。圖1-3 傳動鏈的功能框這樣取出功能框圖中幾種主要功能元，然后選擇功能載體，即可得到表1所示：表1 型煤及形態(tài)學矩陣帶傳動機構(gòu)鏈傳動機構(gòu)齒輪傳動機構(gòu)帶傳動機構(gòu)鏈傳動機構(gòu)齒輪傳動機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)移動從動件凸輪機構(gòu)四桿機構(gòu)槽輪機構(gòu)不完全齒輪機構(gòu)棘輪機構(gòu)帶傳動機構(gòu)齒輪齒條機構(gòu)螺旋機構(gòu)綜合以上分析，結(jié)合主要的運動類型，我們制定了兩種方案，下面就讓我們對兩種方案作一詳細的分析： 方案I：主傳動采用帶傳動和鏈傳動，主題機構(gòu)采用曲柄滑塊機構(gòu)，輔助轉(zhuǎn)位機構(gòu)采用槽輪機構(gòu)，傳送裝置采用傳送帶。裝配簡圖如圖1-4所示，列出了機構(gòu)的主要構(gòu)件。圖1-4 方案方案：主傳動采用兩級齒輪機構(gòu)減速，主體機構(gòu)雖然可以采用其它機構(gòu)，但在動力傳動中曲柄滑塊機構(gòu)較其他機構(gòu)簡單、合理，所以本方案主體機構(gòu)仍采用曲柄滑塊機構(gòu)，輔助轉(zhuǎn)位機構(gòu)采用不完全齒輪機構(gòu)，其他同方案I，各機構(gòu)的裝配簡圖如圖1-5。圖1-5 方案 1）、繪制傳動方案簡圖結(jié)合功能框圖的傳動路線，考慮到機構(gòu)和軸線的配置以及一些其他功能，即可繪出機器的兩種運動方案圖。2）、方案、方案的分析比較這兩種方案區(qū)別在于主傳動機構(gòu)和輔助轉(zhuǎn)位機構(gòu)不同。由機械原理課程設計指導（張永安主編、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帶傳動結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，具有過載保護作用.鏈傳動傳遞功率較大，但是它們的外廓尺寸大，在振動沖擊載荷作用下，鏈傳動壽命較短。槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)比較簡單，工作可靠，嚙入嚙出比較平穩(wěn)，有柔性沖擊，但槽輪在工作盤上不大好布置，所以空間較大。方案采用齒輪傳動，結(jié)構(gòu)緊湊，壽命長，效率高，可采用標準減速器、大齒輪即為曲柄，便于平衡，且可起飛輪作用，但制造成本較高。不完全齒輪機構(gòu)嚙入嚙出時沖擊較大，設計計算較復雜，但動停比不受結(jié)構(gòu)限制，尺寸較緊湊，便于布置。根據(jù)以上簡單分析，初步?jīng)Q定采用方案作為機器的運動方案。3）、掃屑機構(gòu)運動方案分析方案：沖壓機構(gòu)為偏置曲柄滑塊機構(gòu)、模筒轉(zhuǎn)盤為不完全齒輪機構(gòu)、掃屑機構(gòu)為附加滑塊搖桿機構(gòu)。方案：沖壓機構(gòu)為對心曲柄滑塊機構(gòu)、模筒轉(zhuǎn)盤為槽輪機構(gòu)、掃屑機構(gòu)為固定凸輪移動從動件機構(gòu)。方案方案兩個方案我們可以用模糊綜合評價方法來進行評估優(yōu)選，最后定方案為沖壓式蜂窩煤成型機的掃屑機構(gòu)的運動方案。4、機構(gòu)系統(tǒng)的尺寸設計4.1、傳動機構(gòu)的運動尺寸設計：圖1-6 主體機構(gòu)的傳動簡圖 主傳動機構(gòu)的總傳動比i總=20，采用兩級減速，根據(jù)傳動比分配“前小后大”的原則，i總=i1i2=45,則z1可取19，取22，.如下圖1-6所示：圖1-7 一級減速機構(gòu)其中：Z1=19 Z2=76 Z3=22 Z4=110 如圖1-7所示，由上料器的轉(zhuǎn)速可知：則電動機至上料機的總傳動比：因此可?。簣D1-7 二級減速機構(gòu)其中：Z5=21 Z6=63 Z7=22 Z8=110 A3 ， n1=72r/mm由于沖頭和工作盤的運動平面相互垂直，主體機構(gòu)的主動件（曲柄）和輔助轉(zhuǎn)位機構(gòu)的主動件（不完全齒輪）的軸線相互垂直，因此，配置了圓錐齒輪傳動、,如圖1-8所示。圖1-8 主傳動機構(gòu)考慮到主體機構(gòu)與輔助機構(gòu)應同步，固取=20。傳送皮帶需從工作臺下通過，寸寸受限制，取主動帶輪直徑D=200mm，則帶輪轉(zhuǎn)速：運動有曲柄軸通過齒輪機構(gòu)傳來，則：即取 4.2、主體機構(gòu)的運動尺寸設計 由于滑塊沒有行程速比系數(shù)要求，為使機構(gòu)受力較好，采用對心的曲柄滑塊機構(gòu)作為主體機構(gòu)，則曲柄長度：為了使機構(gòu)力學性能較好，使滑塊運動速度波動較小，又考慮到機器的整體高度，一般取：則兩桿長度： 考慮到機器的整體高度，取，如圖1-9所示為傳動角最小時的機構(gòu)位置簡圖，由此校核最小傳動角，所以：圖1-9 主體機構(gòu)簡圖滿足傳力性能要求。4.3、掃煤機構(gòu)的運動尺寸設計為了清掃壓頭和推桿下面的煤屑，在此設計一掃煤機構(gòu)，使壓頭離開工作臺時，掃煤桿在壓頭下面往復掃過，又不能與其它構(gòu)件相碰撞。掃煤桿的長度要保證能在壓頭下面掃過，由總體高度來考慮，固定凸輪采用斜面形狀，其上下方向的長度應大于滑梁的行程s，其左右方向的高度應能使掃屑刷滿足掃除粉煤的活動范圍。用作圖法對此機構(gòu)進行設計，如圖1-10：應該滿足關系式：凸輪的轉(zhuǎn)速應該與主體機構(gòu)的運動周期相配合，由主體機構(gòu)的轉(zhuǎn)動比，原動機的轉(zhuǎn)速為1440r/min，可計算出：圖1-104.4、工作盤轉(zhuǎn)位機構(gòu)的運動尺寸的設計在此設計中，工作盤的轉(zhuǎn)位采用不完全齒輪機構(gòu)傳動。不完全齒輪的設計可參閱機械原理課程設計指導（由張永安主編、高等教育出版社出版）的148頁表11。先將工作盤的靜止位置按比例繪出，如圖1-11（見后附圖2）所示。因主體機構(gòu)采用對心的曲柄滑塊機構(gòu)，則曲柄要通過、工位的?？字行模虼瞬煌耆X輪機構(gòu)的主動齒輪的回轉(zhuǎn)中心也應在曲柄的軸線上。由于工作盤每次轉(zhuǎn)動1/5周，則從動齒輪的齒數(shù)應該是的五倍，取=16,則：=16.模數(shù)選取要保證從動齒輪齒根圓大于工作盤外徑，本題取m=5。5、主體機構(gòu)運動線圖設計與分析如圖所示為型煤機主體機構(gòu)的運動簡圖，由封閉矢量圖可得適量方程為：寫出復數(shù)形式為展開后得求得：將式子（2.2）對時間求導，求得：將式子（2.4）對時間求導，求得：由以上式子可求出各個位置的速度、加速度及o的位移的值，根據(jù)各個點的速度、加速度、位移的值，通過描點法即可作出滑塊的速度、加速度、位移的線圖，如圖1-12圖1-12 型煤機主體機構(gòu)運動線圖所示。 6、機器運動簡圖 根據(jù)以上設計分析及有關的數(shù)值計算，得到圖1-13所示的機器簡圖：由于傳送裝置位于視野之外，在此并未畫出其簡圖，僅僅作出了沖壓式蜂窩煤的主體機構(gòu)簡圖。圖1-13 主體機構(gòu)簡圖 7、感想 通過這一星期的機械課程設計，我們感觸良多，這次課程設計讓我看到了自己的不足之處，也讓我體會到了課程設計的樂趣和意義。 理論聯(lián)系實際這一重要思想，在這里體現(xiàn)得淋漓盡致。我們現(xiàn)在最缺乏的就是實際工作經(jīng)驗，而理論聯(lián)系實踐并不像我們想象的那么簡單，他需要堅實的理論基礎和實際工作經(jīng)驗。堅實的理論基礎決定了我必須堅持學習新的知識新的理論，完善了自己的知識結(jié)構(gòu)，才能在以后的實際中輕松面對，才能設計出更好的更有益于人們生活與工作的機械，才能跟上時代的步伐，不被淘汰。 嚴謹和細心是做機械設計的必要態(tài)度，要想做好一件事，就必須一絲不茍、態(tài)度認真。俗話說：“失之毫厘，謬之千里。”在機械設計上尤其應該注意。在以后的工作中，你的很小的一個疏忽將會造成一個公司很大的損失，甚至給用戶帶去生命危險，而自己也會為自己的不負責任行為付出代價。 當然要順利的完成一項設計，團隊合作是必不可少的，大家相互交流意見，分工合作，取長補短，共同努力。 在這次課程設計中，困難不可避免，但我們團結(jié)合作，永不言棄，始終相信辦法總比困難多。困難是我們前進的動力，不經(jīng)歷風雨，怎能見彩虹。困難并不可怕，只要我們擁有解決困難的信心