1、1第一章前言全套图纸，加 153893706一、 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） 将冲压成型的蜂窝煤输送装箱。2、原始数据及设计要求1）蜂窝煤成型机的生产能力：30 次/min；2）驱动电机：Y180L8、功率 N11 kW、转速 n730 r/m
2、in；3）如图 1 所示位冲头 3、脱模盘 5、扫屑刷 4、模筒转盘 1 的相互位置情况。实际上冲头与脱模盘都与上下移动的滑梁 2 连成一体，当滑梁下冲时冲头将煤粉压成蜂窝煤，脱模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附的煤粉。模筒转盘均布了模筒，转盘的间歇运动使加料后的模筒进入加压位置、成型后的模筒进入脱模位置、空的模筒进入加料位置；4）为改善蜂窝煤成型机的质量，希望在冲压后有一短暂的保压时间；5）机械运动方案应力求简单。二、 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：这一动作可利用煤粉的重力打开料斗自动加
3、料；2）冲压成型：要求冲头上下往复运动，在冲头行程的二分之一进行冲压成型；图 123）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）模筒转模间歇运动：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。以上六个动作，加料和输送的动作比较简单，暂时不予考虑，脱模和冲压可以用一个机构完成。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间歇转动机构这三个机构的选型和设计问题。三、 根据工艺
4、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，以利对各执行机构的设计、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，纵坐标表示各执行构件的位移起止位置。图 2 表示冲压式蜂窝煤成型机三个执行机构的运动循环图。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的前半段完成扫屑运动。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
5、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。五、 机械运动方案的选定和评价根据表 1 所示的三个执行机构形态图 2图 33学矩阵，可以求出冲压式蜂窝煤
6、成型机的机械运动方案数为：N=32318现在，我们可以给定条件、各机构的相容性和尽量使机构简单等等要求来选择方案。由此可选定两个结构比较简单的方案。方案：冲压机构为曲柄滑块机构、模筒转盘为槽轮机构、扫屑机构为固定凸轮移动从动件机构。方案：冲压机构为六杆冲压机构、模筒转盘为不完全齿轮机构、扫屑机构为附加滑块摇杆机构。两个方案的主要区别在于：方案中采取的是曲柄滑块机构作为冲压机构，该结构的特点就是结构简单，易于制造以及装配。但稍有不足的是其增力效果不太明显，而且保压时间不够长。方案中采用的是六杆增力机构，该机构的显著特点便是有很好的增力效果，有较长的保压时间，而且运动平稳，但其结构复杂，不易于设计
7、与装配。方案的模筒转盘为槽轮机构，其特点是结构简单，但转动速度不是匀速的。而方案的模筒转盘为不完全齿轮结构，该结构的特点便是运动相对平稳，速度均匀。但模筒转盘转动时工作头并不工作，基本处于回程状态，此时对模筒转盘的转动速度没有什么要求，故用槽轮机构便能满足需要。方案中的扫屑机构是固定凸轮移动从动件机构，该机构的特点是结构非常简单，易于设计。而方案中采用的是附加滑块摇杆机构。该机构相对于固定凸轮移动从动件结构而言，运动平稳。但结构相对铰复杂，况且扫屑机构对运动的要求不是太高，故用凸轮移动从动件机构便能满足要求。综上分析，为了使机构的结构趋于简单化，易于设计制造化，况且本设计中的成型机为简易的成型
8、机设计，故可选择简单的构建。故选择方案，即冲压机构为曲柄滑块机构，模筒转盘为槽轮机构，扫屑机构为凸轮移动从动件机构。六、 机械传动系统的传动比和变速机构根据选定的驱动电机转速和冲压式蜂窝煤成型机的生产能力。它们的机械传动系统的总传动比为： 3.2407 执 行 主 轴电 机总 ni机械传动系统的第一级采用带传动，其传动比为 4.866，第二级采用齿轮传动，其传动比为 5。七、 画出机械运动方案简图按已选定的三个执行机构的型式及机械传动系统，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示意简图。如图图 444 所示，其中包括了机械传动系统、三个执行机构的组合
9、。如果再加上加料机构和输送机构，那就可以完整地表示整台机器的机械运动方案图。有了机械运动方案图，就可以进行机构的运动尺寸设计计算和机器的总体设计。第二章 传动机构的设计与校核本设计中的冲压式蜂窝煤成型机是一种简易的低功率的工作机器，其工作时工作头所受的工作压力可以根据平时的手动的冲压式蜂窝煤成型机器参考确定。平时的手动的冲压式蜂窝煤成型机器由单人操作，其工作力为人力所能达到的，一般人的体重为 60Kg，而加在成型机上的力应和人的体重相当，大约为50Kg，即 500N。所以本设计中的冲压式成型机工作时所受到的工作阻力应比500N 大，本设计中取为 100Kg，即 1000N。一、 带传动计算1）
10、确定计算功率 Pca由1P156 表 8-7 查得工作情况系数 KA=1.2，故Pca=KAP=1.211=13.2KW2）选择带的型号 由 Pca及主动轮转速 n1，由机械设计手册（新版） 图 14.1-2，图 14.1-3 以及图 14.1-4 选择 V 带型号为 B 型 V 带。3）确定带轮的基准直径 dd并验算带速 v。(1)由机械设计手册（新版） 表 14.1-18 以及表 14.1-19，取小带轮的基准直径 d1=160mm(2)验算带速 v。V= = =6.11m/s061nd 0736因为 5m/sS=1.5（8）截面的右侧抗弯截面系数 W=0.1d3=34300mm3抗扭截面
11、系数 WT=0.2d3=68600mm3截面左侧弯矩 M 为： M=60000Nmm截面上的扭矩 T 为： T=131000 Nmm截面上弯曲应力 b=M/W=1.75MPa截面上的扭转切应力 T=T/WT=1.91MPa过盈配合处的 /k值，由附表 3-8 用插入法求得，并取17/k=0.8 /，于是得 /k=3.16 /k=2.53轴按磨削加工，由附图 3-4 的表面质量系数 =0.92轴未经表面强化处理，即 q=0.1，则按式（3-12）及（3-12a）得综合系数值为 1k3.252.62于是计算安全系数值 S 得 1amK=48.351aS58.052ca=37.15S=1.5故该轴在
12、该截面处的强度也是足够的。本设计中因无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。第三章 其他部件的设计与选型一、 轴承的选型轴承的选型应根据轴的直径进行选择，由先前的设计可以知道各个轴的尺寸：根据前面的设计可以知道带轮与小齿轮连接的轴的轴直径为 50，差相关标准可以确定该轴应该用深沟球轴承 6210，由于考虑到该轴两端都悬空（左端为大带轮，右端为小齿轮） ，故选用 2 个深沟球轴承 6210。18大齿轮轴的直径由前面设计为 50，所以也应该选用深沟球轴承 6210。由于该轴右端悬臂过长，故应该在右端靠近直锥齿轮处再加一个支承点进行固定。同时该轴为整个系统中的主要的工作轴（执行主
13、轴） 。所以应该保证其的使用的可靠性，故在该轴的两个支承点的位置分别安装 2 个深沟球轴承 6210。工作台下的支承轴的轴径为 70，同时该轴为竖直方向安装，故该轴应采用推力球轴承，以保证支承重力。根据相关的标准根据轴径选择该轴承为推力球轴承 5110。由于工作台下方有基座跟箱体支承，所以受力不算太大，故选用一个推力球轴承 5110。槽轮主动轮的轴的直径为 70，同上应选择推力球轴承 5110。由于该轴的下方有一长的悬臂结构，所以应该在该轴的下方靠近直锥齿轮处再加一个支承位置。所以该轴应该在上下个安装一个推力球轴承 5110。与弹簧连接处的滑块机构，以及工作头上方与箱体连接的滑块机构，由于这两
14、个轴不转动，只做径向的来回运动，故应该在这两处加上滑动轴承，滑动轴承的尺寸应根据轴的直径从相关标准中选出。连杆的连接由于连杆做的是来回的摆动，故连杆与轴的连接处应选用滚动轴承，此处选择深沟球轴承。连杆的上端与工作头的横梁连接横梁的直径为30，根据这个尺寸从相关的标准中选择轴承为深沟球轴承 6006。然后根据横梁的尺寸以及连杆本身的轴径，应选用 2 个深沟球轴承 6006。连杆的下端与大齿轮上的伸出轴连接。伸出轴的轴径为 30，同样应选用深沟球轴承 6006，考虑到整体的尺寸，选用 2 个深沟球轴承 6006。由于该伸出轴的左端为悬空，故应添加轴向定位装置。为使结构简单，本设计在两轴承中的套筒上
15、通过销钉与该伸出轴固定，以免连杆脱落。二、 工作头横梁与扫屑刷横梁的连接处的设计由于扫屑刷的运动是通过工作头横梁的上下运动带动扫屑刷横梁的上下运动，从而通过固定凸轮移动结构使扫屑刷能水平方向运动，所以这连个横梁应该固定。同时由于工作头横梁上要安装滚动轴承，为了使轴承能顺利的安装上去，应该使两横梁应该能脱开。所以在两横梁连接处采用了螺钉连接。如下图：19根据工作头横梁的直径选择螺钉为 M16。长度为 40mm。三、 箱体的设计箱体的设计的主要目的是保证主要的传动机构以及零件被包含在箱体内，以免受到外界杂物的污染和以免发生安全事故。故箱体应该是这个系统的绝大部分的部件都包含在箱体内。工作台应露出箱
16、体，这样便于检查以及人的控制。同时由于大带轮的直径过大以及大小带轮的中心距过长，如果把这部分包含到箱体内的话会造成箱体的结构尺寸过大，结构不紧凑。故应将大小带轮以及电动机安置在箱体的外面。箱体的内部设计应根据系统的机构位置来确定，应适当增加内板等来对较长的轴进行支承，同时应考虑到轴以及轴承的可安装性，应该适当增加可拆卸的箱体或箱板。箱体的壁厚的确定应根据整个箱体的尺寸来确定，综合整个箱体的尺寸以及力求系统运行的安全性以及省材料性，确定壁厚一般为 30mm，其他的箱体内突出部分应根据具体情况自行调整。到此，整个蜂窝煤成型机的设计基本完成。一些没有设计到的地方以及没有设计完全的地方，根据实际情况合
17、理的分配尺寸以及选择合理的结构。第四章 设计总结本次课程设计不同于以往的课程设计，以往的课程设计大多都是进行理论上的设计，而本次课程设计则是对一个具体的实际生产中存在的系统或者产品进行设计。所以本次课程设计的实用性很强。通过本次的课程设计使我们更进一步地理解的课上所学的理论知识，初步掌握了这些知识在实际生产中是如何的应用的。同时，通过本次课程设计也大大的锻炼了我们的动手，动脑能力。理论与实际相结合，使平时所学的知识得到了很好的巩固，甚至对很久以前学过现在都快忘记了的知识也进行了一次很好的总结与复习。当然，通过这次课程设计，也是我们知道了自己的不足，尤其是一些平时很难发现的错误。在实际的设计过程
18、中这些都一一暴露出来。所以，通过这次课程设计对自己的能力有了一个客观的定位。自己以后还有很长的路要走。本次课程设计也锻炼了我的作图能力，尤其是计算机作图的能力。虽然以前学过一些制图的软件，但平时很少有实际运动的机会，所以对这些软件都是操作得不够熟练。通过本次的课程设计，锻炼了自己的计算机作图能力。在本次课程设计中，同学们都相互帮助，锻炼了大家的团结协作的能力。同时也得到了指导老师的细心的指导与帮助。所以在此对同学们以及指导老师表示感谢。由于能力问题以及其他原因造成有的地方设计不合理，望老师能够理解。20参考文献邹彗君.2003.机械系统设计原理.北京:科学出版社刘会英，杨志强.2007.机械基
19、础综合课程设计.北京:机械工业出版社王建华，毕万全.2004.机械制图与计算机绘图.北京:国防工业出版社宏宇工作室，史宇宏，陈玉蓉，赵晓军.2004.AutoCAD 机械制图 100 列.北京:人民邮电出版社濮良贵，纪名刚，陈国定，吴立言.2006.机械设计第八版.北京:高等教育出版色 (美)Neil Sclater，Nicholas P. Chironis.机械设计实用机构与装置图册.邹平，译.北京:机械工业出版社21目录第一章 前言 1一、 冲压式蜂窝煤成型机的功能和设计要求 .1二、 工作原理和工艺动作分解 .1三、 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图 .2四、 执行机构的选型 2五、 机械运动方案的选定和评价 .2六、 机械传动系统的传动比和变速机构 .3第二章 传动机构的设计与校核 3一、 带传动计算 4二、 曲柄滑块机构的设计与计算校核 .5三、 齿轮的设计与校核 .5四、 直锥齿轮的设计 10五、 槽轮机构计算 10六、 扫屑凸轮机构计算 .11七、 轴的校核 12第三章 其他部件的设计与选型 17一、 轴承的选型 17二、 工作头横梁与扫屑刷横梁的连接处的设计 .18三、 箱体的设计 19第四章 设计总结 19
