機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)蜂窩煤成型機(jī)

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一、沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的功能和設(shè)計(jì)要求 1、蜂窩煤的用途 蜂窩煤主要用于家庭生火、取暖，用無(wú)煙煤制成的蜂窩狀的圓柱形煤球。由原煤、碳化鋸木屑、石灰、紅（黃）泥、木炭粉等混合物基料和由硝酸鹽、高錳酸鉀等組成的易燃助燃劑所組成。用上述材料制成直徑100mm的易燃蜂窩煤試燒，其著火快、火苗高達(dá)140mm以上，燃燒時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1小時(shí)，無(wú)煙無(wú)味，燃燒完全。 蜂窩煤原料廣泛、成本低廉、使用方便、制作簡(jiǎn)單、達(dá)到省料省時(shí)節(jié)能節(jié)資的目的，有著很好的開發(fā)前景。 秸稈生產(chǎn)蜂窩煤技術(shù)：本品是以秸稈粉和劣質(zhì)煤相配合為基本原料，再添加脫硫劑消石灰，成形后再經(jīng)以石蠟和重油配制成的表面處理劑進(jìn)行表面處理而制得 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)是我國(guó)城鎮(zhèn)蜂窩煤（通常又稱煤餅，在圓柱形餅狀煤中沖出若干通孔）生產(chǎn)廠的主要生產(chǎn)設(shè)備，它將煤粉加入轉(zhuǎn)盤上的模筒內(nèi)，經(jīng)沖頭沖壓成蜂窩煤。 2、功能 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)是我國(guó)城鎮(zhèn)蜂窩煤（通常又稱煤餅，在圓柱形餅狀煤中沖出若干通孔）生產(chǎn)廠的主要生產(chǎn)設(shè)備，它將煤粉加入轉(zhuǎn)盤上的模筒內(nèi)，經(jīng)沖頭沖壓成蜂窩煤。 為了實(shí)現(xiàn)蜂窩煤沖壓成型，沖壓式蜂窩煤成型機(jī)必須完成以下幾個(gè)動(dòng)作： 煤粉加料； 沖頭將蜂窩煤壓制成型； 清除沖頭和出煤盤的積屑的掃屑運(yùn)動(dòng)； 將在模筒內(nèi)的沖壓后的蜂窩煤脫模； 將沖壓成型的蜂窩煤輸送裝箱。 3、原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求 1）蜂窩煤成型機(jī)的生產(chǎn)能力：30次/min； 2）驅(qū)動(dòng)電機(jī)：Y180L－8、功率N＝11 kW、轉(zhuǎn)速n＝710 r/min； 3）如圖1所示位沖頭3、脫模盤5、掃屑刷4、模筒轉(zhuǎn)盤1的相互位置情況。實(shí)際上沖頭與脫模盤都與上下移動(dòng)的滑梁2連成一體，當(dāng)滑梁下沖時(shí)沖頭將煤粉壓成蜂窩煤，脫模盤將已壓成的蜂窩煤脫模。在滑梁上升過程中掃屑刷將刷除沖頭和脫模盤上粘附的煤粉。模筒轉(zhuǎn)盤上均布了模筒，轉(zhuǎn)盤的間歇運(yùn)動(dòng)使加料后的模筒進(jìn)入加壓位置、成型后的模筒進(jìn)入脫模位置、空的模筒進(jìn)入加料位置； 4）為改善蜂窩煤成型機(jī)的質(zhì)量，希望在沖壓后有一短暫的保壓時(shí)間； 5）由于同時(shí)沖兩只煤餅時(shí)的沖頭壓力較大，最大可達(dá)100000N，其壓力變化近似認(rèn)為在沖程的一半進(jìn)入沖壓，壓力呈線性變化，由零值至最大值。因此，希望沖壓機(jī)構(gòu)具有增力功能，以減小機(jī)器的速度波動(dòng)和減小原動(dòng)機(jī)的功率。 6）機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案應(yīng)力求簡(jiǎn)單。 二、工作原理和工藝動(dòng)作分解 為實(shí)現(xiàn)蜂窩煤成型，該機(jī)器應(yīng)該具有下列功能：輸入煤粉、煤粉成型、清除煤屑、型煤起模、輸出成品。 首先進(jìn)行原理方案設(shè)計(jì)，蜂窩煤成型機(jī)的技術(shù)原理見下表。 功能 原理方案1 原理方案2 原理方案3 輸入煤粉 物理方法 機(jī)械加入 人工加入 煤粉成型 沖壓成型 擠出成型 ------------- 清除煤屑 機(jī)械清屑 風(fēng)力清屑 人工清屑 型煤起模 機(jī)械起模 人工起模 ------------- 輸出成品 傳送帶運(yùn)煤 人工搬運(yùn) ------------- 根據(jù)上述分析，沖壓式蜂窩煤成型機(jī)要求完成的工藝動(dòng)作有以下五個(gè)動(dòng)作： 1）加料：這一動(dòng)作可利用煤粉的重力打開料斗自動(dòng)加料； 2）沖壓成型：要求沖頭上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在沖頭行程的二分之一進(jìn)行沖壓成型； 3）掃屑：要求在沖頭、脫模盤向上移動(dòng)過程中用掃屑刷將煤粉掃除； 4）脫模：要求脫模盤上下往復(fù)移動(dòng)，將已沖壓成型的煤餅壓下去而脫離模筒。一般可以將它與沖頭固結(jié)在上下往復(fù)移動(dòng)的滑梁上； 5）輸送：將成型的煤餅脫模后落在輸送帶上送出成品，以便裝箱待用。 以上五個(gè)動(dòng)作，加料和輸送的動(dòng)作比較簡(jiǎn)單，暫時(shí)不予考慮，脫模和沖壓可以用一個(gè)機(jī)構(gòu)完成。但是應(yīng)該注意的是，要考慮模筒轉(zhuǎn)模間歇運(yùn)動(dòng)即以完成沖壓、脫模和加料三個(gè)工位的轉(zhuǎn)換。因此，沖壓式蜂窩煤成型機(jī)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮沖壓和脫模機(jī)構(gòu)、掃屑機(jī)構(gòu)和模筒轉(zhuǎn)盤間歇轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)這三個(gè)機(jī)構(gòu)的選型和設(shè)計(jì)問題。 三、根據(jù)工藝動(dòng)作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 對(duì)于沖壓式蜂窩煤成型機(jī)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖主要是確定沖壓和脫模盤、掃屑刷、模筒轉(zhuǎn)盤三個(gè)執(zhí)行構(gòu)件的先后順序、相位，以利對(duì)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、裝配和調(diào)試。 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的沖壓機(jī)構(gòu)為主機(jī)構(gòu)，以它的主動(dòng)件的零位角為橫坐標(biāo)的起點(diǎn)，縱坐標(biāo)表示各執(zhí)行構(gòu)件的位移起止位置。 上圖表示沖壓式蜂窩煤成型機(jī)三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。沖頭和脫模盤都由工作行程和回程兩部分組成。模筒轉(zhuǎn)盤的工作行程在沖頭的回程后半段和工作行程的前半段完成，使間歇轉(zhuǎn)動(dòng)在沖壓以前完成。 掃屑刷要求在沖頭回程后半段至工作行程的前半段完成掃屑運(yùn)動(dòng)。 四、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型 機(jī)構(gòu)選型應(yīng)遵循以下原則： 表1 選用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的原則與方法 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的評(píng)價(jià) 　　對(duì)上述執(zhí)行機(jī)構(gòu)，做其形態(tài)學(xué)矩陣，可得到為數(shù)眾多的方案。 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的擬定，最終要求通過分析比較提供最佳方案。一個(gè)方案的優(yōu)劣只有通過系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)來(lái)確定。從機(jī)構(gòu)和機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的選擇和評(píng)價(jià)要求看，主要應(yīng)滿足五個(gè)方面的性能指標(biāo)，具體見表2。 表2 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的評(píng)價(jià)指標(biāo) 性能指標(biāo) 具體內(nèi)容 機(jī)構(gòu)的功能 1） 運(yùn)動(dòng)規(guī)律的型式；2）傳動(dòng)精度高低 機(jī)構(gòu)工作性能 1） 應(yīng)用范圍；2）可調(diào)性； 3）運(yùn)轉(zhuǎn)速度；4）承載能力 機(jī)構(gòu)動(dòng)力性能 1） 加速度峰值；2）噪聲；3）耐磨性；4）可靠性 經(jīng)濟(jì)性 1） 制造難易；2）制造誤差敏感度； 3）調(diào)整方便性；4）能耗大小 結(jié)構(gòu)緊湊 1）尺寸；2）重量；3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜性 目前常用的評(píng)價(jià)方法很多，如系統(tǒng)工程評(píng)價(jià)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法等。 根據(jù)沖頭和脫模盤、模筒轉(zhuǎn)盤、掃屑刷這三個(gè)執(zhí)行構(gòu)件動(dòng)作要求和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以選擇表1的常用機(jī)構(gòu)，這一表格又稱為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形態(tài)學(xué)矩陣。 表1 三執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形態(tài)學(xué)矩陣 沖頭和脫模盤機(jī)構(gòu) 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 六桿沖壓機(jī)構(gòu) 掃屑刷機(jī)構(gòu) 附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu) 固定移動(dòng)凸輪移動(dòng)從動(dòng)件機(jī)構(gòu) 模筒轉(zhuǎn)盤間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 槽輪機(jī)構(gòu) 不完全齒輪機(jī)構(gòu) 凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的機(jī)構(gòu)組合 沖壓機(jī)構(gòu) 曲柄滑快機(jī)構(gòu) 六桿增壓機(jī)構(gòu) 凸輪機(jī)構(gòu) 間歇轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 槽輪機(jī)構(gòu) 不完全齒輪機(jī)構(gòu) 凸輪式間歇機(jī)構(gòu) 掃屑機(jī)構(gòu) 連桿機(jī)構(gòu) 移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu) 齒輪機(jī)構(gòu) 脫模機(jī)構(gòu) 單獨(dú)凸輪機(jī)構(gòu) 與沖壓機(jī)構(gòu)同體 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 齒輪機(jī)構(gòu) 帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 帶傳動(dòng)+齒輪機(jī)構(gòu) 根據(jù)表所示的三個(gè)執(zhí)行構(gòu)件的機(jī)構(gòu)形態(tài)矩陣，可以求出沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案數(shù)為： N＝3333＝81 根據(jù)蜂窩煤成型機(jī)要求性能良好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、經(jīng)久耐用、維修方便、成本低廉的特點(diǎn)，其機(jī)械系統(tǒng)由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（沖壓機(jī)構(gòu)）、槽輪機(jī)構(gòu)（分度機(jī)構(gòu)）、凸輪機(jī)構(gòu)（掃屑機(jī)構(gòu)）以及帶傳動(dòng)+齒輪機(jī)構(gòu)組成（減速機(jī)構(gòu)）。 五、機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的選定和評(píng)價(jià) 圖3（a）表示附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu)。利用滑梁的上下移動(dòng)使搖桿OB上的掃屑刷掃除沖頭和脫模盤底上的粉煤屑。 圖3（b）表示固定移動(dòng)凸輪利用滑梁上下移動(dòng)使帶有掃屑刷的移動(dòng)從動(dòng)件頂出而掃除沖頭和脫模盤底上的粉煤屑。 現(xiàn)在，我們可以給定條件、各機(jī)構(gòu)的相容性和盡量使機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單等等要求來(lái)選擇方案。由此可選定兩個(gè)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的方案。 方案Ⅰ：沖壓機(jī)構(gòu)為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、模筒轉(zhuǎn)盤為槽輪機(jī)構(gòu)、掃屑機(jī)構(gòu)為固定凸輪移動(dòng)從動(dòng)件機(jī)構(gòu)。 方案Ⅱ：沖壓機(jī)構(gòu)為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、模筒轉(zhuǎn)盤為不完全齒輪機(jī)構(gòu)、掃屑機(jī)構(gòu)為附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu)。 兩個(gè)方案我們可以用模糊綜合評(píng)價(jià)方法來(lái)進(jìn)行評(píng)估優(yōu)選，這里從略。最后選擇方案Ⅰ為沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案。 六、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比和變速機(jī)構(gòu) 根據(jù)選定的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速和沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的生產(chǎn)能力。 七、畫出機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖 按已選定的三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，畫出沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)示意圖。其中三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分也可以稱為機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案示意簡(jiǎn)圖。 （藍(lán)色參考書115面7.4.4） 如果再加上加料機(jī)構(gòu)和輸送機(jī)構(gòu)，那就可以完整地表示整臺(tái)機(jī)器的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案圖。 有了機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案圖，就可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算和機(jī)器的總體設(shè)計(jì)。 八、對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸計(jì)算 為了實(shí)現(xiàn)具體的移動(dòng)要求，必須對(duì)帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（沖壓機(jī)構(gòu)）、槽輪機(jī)構(gòu)（模筒轉(zhuǎn)盤間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)）和掃屑凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算，必要時(shí)還要進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算。 1、帶傳動(dòng)計(jì)算。 2、齒輪傳動(dòng)計(jì)算 取Z1=22，Z2＝i22＝522＝110。按鋼制齒輪計(jì)算，取模數(shù)m=5mm.。則 d1＝Z1m＝110 mm. d2＝Z2m＝550 mm. 其余尺寸，按齒輪機(jī)構(gòu)相關(guān)計(jì)算表格求出。 3、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)計(jì)算 已知沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的滑梁行程s=300mm，曲柄與連桿長(zhǎng)度比，即連桿系數(shù)為λ＝0.175，則曲柄半徑為： R=δ/2=150mm 連桿長(zhǎng)度為：L=R/λ=955.41mm 因此，不難求出曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中滑梁（滑塊）的速度和加速度變化。 4、槽輪機(jī)構(gòu)計(jì)算 1）槽數(shù)Z 按工位要求選定為6。 2）中心距α 按結(jié)構(gòu)情況確定α=300mm。 3）圓銷半徑r 按結(jié)構(gòu)情況確定r=30mm。 4）槽輪每次轉(zhuǎn)位時(shí)主動(dòng)件的轉(zhuǎn)角2α 2α=180（1-2/z)=120 5）槽間角2β 2β= 360/z=60 6）主動(dòng)件圓銷中心半徑R1 R1=αsinβ=150mm 7）R1與α的比值λ λ=R1/α 8）槽輪外圓半徑R2 9）槽輪槽深h 取h=80mm。 10）運(yùn)動(dòng)系數(shù)k k=(z-2)/2z=1/3(n=1,n為圓銷數(shù)） 5、掃屑凸輪機(jī)構(gòu)計(jì)算 固定凸輪采用斜面形狀，其上下方向的長(zhǎng)度應(yīng)大于滑梁的行程s，其左右方向的高度應(yīng)能使掃屑刷滿足掃除粉煤的活動(dòng)范圍。具體按結(jié)構(gòu)情況來(lái)設(shè)計(jì)。 九、注意事項(xiàng) 1） 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的速比和變速機(jī)構(gòu) 機(jī)械系統(tǒng)通常由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制操作部件組成。原動(dòng)機(jī)是機(jī)械系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)部分，其類型及規(guī)格已選定，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)型式通過上述設(shè)計(jì)過程也已確定，此時(shí)應(yīng)進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。傳動(dòng)系統(tǒng)是把原動(dòng)機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)系起來(lái)的裝置，沖壓式蜂窩煤成型機(jī)中，傳動(dòng)系統(tǒng)將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)并列傳遞到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 2） 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺度計(jì)算 根據(jù)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案示意圖，對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺度計(jì)算。 3） 繪制機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案圖 根據(jù)已選定的執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式及傳動(dòng)系統(tǒng)的類型，繪制沖壓式蜂窩煤成型機(jī)機(jī)械運(yùn)動(dòng)示意圖（草圖），然后繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，有關(guān)參數(shù)計(jì)算完畢后，選取適當(dāng)?shù)谋壤L制機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案。