1、机械设计综合课程设计说明书I机械设计综合课程设计说明书27第 1 章 设计任务书1.1 任务题目如图 1 所示，蜂窝煤成型机系统设计。现要求设计蜂窝煤成型机，将具有一定湿度的煤粉定量送入模腔成形，生产出煤饼。蜂窝煤形状为圆柱体，机器具有下列功能：输入煤粉、煤粉成形、清除煤屑、型煤起模、输出成品 1。1-滑架 2-冲头 3-起模盘 4-清屑移动凸轮机构 5-刷帚 6-工作台 7-槽轮机构图 1 蜂窝煤成型机简图1.2 原始数据与设计任务1.原始数据成品尺寸（直径高度，mm）： 180100；生产能力（块/分钟）：36；电机功率（Kw）：11；电机转速（转/分钟）：1460 。2.设计任务机械设计
2、综合课程设计说明书27（1）方案设计1) 进行传动系统总体方案设计；2) 确定各机构的选型或者构型；3) 绘制执行机构运动循环图（时序图） ；4) 执行机构运动尺寸设计；5) 确定传动方案：选择原动机，确定总传动比，分配各级传动比，计算各轴转速、转矩和功率。（2）传动装置减速器设计1) 对各零件进行结构和强度设计；2) 选择键、轴承、联轴器等，并进行相应的校核计算；3) 绘制机构运动简图，编写说明书。机械设计综合课程设计说明书40第 2 章 执行机构运动方案设计2.1 工艺动作分解和工作原理的确定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。加料：可以利用煤粉的重力打开料斗自动加料。冲压
3、成型：要求冲头上下往复运动，在冲头行程的三分之一进行冲压成型。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。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。模筒转模间歇运动：已完成冲压、脱模和加料三个工位的转换。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，可以略去不考虑，因此主要的执行结构有，冲压成型机构、脱模机构、扫屑机构和模筒转盘间歇转动机构。2.2 方案选择与分析一、冲压和脱模机构(上下移动)方案 1机械设计综合课程设计说明书41方案 2方案 3机械设计综合
4、课程设计说明书42方案 4方案 5方案 6机械设计综合课程设计说明书43方案 7方案 8方案 9方案 10机械设计综合课程设计说明书44方案 11方案 12方案 13机械设计综合课程设计说明书45方案 14方案 15方案 16机械设计综合课程设计说明书46方案 17方案 18方案 19机械设计综合课程设计说明书47方案 20方案 1 至 9 为连杆机构；方案 10 至 12 为凸轮机构；方案 13 至 16 为齿轮齿条机构；方案 17 至 20 为组合机构。表 1 冲压机构部分运动方案定性分析连杆机构 凸轮机构 齿轮齿条机构运动速度 高 较高 高行程大小 取决于曲柄尺寸 小 可任意可调程度 可
5、调 调节困难 可调动力性能 平衡困难 取决于凸轮形状 好简单性 不太简单 简单简单，但一般齿轮须摆动才能实现齿条往复移动机械效率 一般 一般 较高承载能力 高 较低 较高其他特性 有急回特性 可实现任意运动规律传动平稳结合表 1 可知，方案 1 为曲柄滑块机构，易加工且具增力作用；方案 6 至 9 为六杆机构行程小；凸轮机构结构简单、紧凑，但易磨损且传力小；齿轮齿条机构传动准确、效率高、寿命长，但加工装配难；组合机构结构复杂。综上所述，初选方案 1，方案 8，方案 20。二、工作盘间歇运动机构形态性 能特点机械设计综合课程设计说明书48方案 1 槽轮机构方案 2 外啮合棘轮机构机械设计综合课程
6、设计说明书49方案 3 摩擦式棘轮机构方案 4 外啮合不完全齿轮机构机械设计综合课程设计说明书50方案 5 不完全齿轮齿条机构方案 6 圆柱凸轮间歇运动机构方案 1 结构简单，效率高，但转角不可太小，有冲击；方案 2、3 制造方便，转角准确，但易引起冲击磨损；方案 4、5 从动轮运动转角范围大但加工复杂，会引起刚性冲击。方案 6 结构简单，运转可靠，但精度要求高，加工复杂，安装调整困难。综合考虑，初选方案 1，方案 4，方案 6。三、扫屑机构机械设计综合课程设计说明书51方案 1 附加滑块摇杆机构方案 2 固定凸轮移动滚子从动件机构机械设计综合课程设计说明书52方案 3 固定凸轮移动滑块从动件
7、机构方案 1 工作平稳，但尺寸较大；方案 2 运动性能较差，且易磨损；方案 3 各方面性能较好。扫屑机构以上三方案性能相差不大，在考虑加工和安装条件上，排除尺寸较大的方案 1 和加工较为复杂的方案 3，最终选择方案 2 作为扫屑机构。2.3 执行机构选型与构型方案 I:冲压机构为偏置曲柄滑块机构模筒转盘为槽轮机构扫屑机构为导杆-滑块机构适当选择冲压机构中 A 点轨迹和确定机构尺寸，可保证构件具有急回，运动和工作机械设计综合课程设计说明书53段近于匀速的特性，并可使机构工作段压力角尽可能小。根据工位要求确定槽轮相关参数，可满足工作盘间歇转动。导杆-滑块机构上下方向长度应大于滑梁行程，其左右高度应
8、能使扫屑刷满足扫除粉煤活动范围。方案 II:冲压机构为六杆机构模筒转盘为不完全齿轮机构扫屑机构为固附加滑块摇杆机构六杆机构虽具有增力作用，但行程较小，需调整各杆尺寸才能满足滑梁行程要求。不完全齿轮机构是由普通齿轮机构转化而成的一种间歇运动机构。它与普通齿轮的不同之处是轮齿不布满整个圆周。不完全齿轮机构的主动轮上只有一个或几个轮齿，并根据运动时间与停歇时间的要求，在从动轮上有与主动轮轮齿相啮合的齿间。两轮轮缘上各有锁止弧(见方案 4 图)，在从动轮停歇期间，用来防止从动轮游动，并起定位作用。附加滑块摇杆机构，满足运动变化条件，且工作平稳，效率较高，成本较低但运动尺寸较大。方案 III:冲压机构为
9、凸轮-连杆机构模筒转盘为圆柱凸轮间歇运动机构机械设计综合课程设计说明书54扫屑机构为固定凸轮移动从动件机构凸轮-连杆机构结构与前两个方案相比较为复杂，且凸轮部分磨损较大，连杆部分为多杆，为满足行程要求需占较大尺寸。圆柱凸轮间歇运动机构精度要求高，安装调整均有较大难度。固定凸轮移动从动件机构对机架的要求较高，工作平稳性较差。且滚子磨损较大，寿命短。经过前述方案评价可知，方案 I 结构简单，性能可靠，成本低廉，经久耐用，维护容易，操作方便。所以确定该方案是上述三个方案中最为合理的方案。2.4 执行机构运动尺寸设计(一)冲压机构为偏置曲柄滑块机构已知滑梁行程三分之一为冲压行程，成品尺寸高度为 100
10、，所以滑梁行程 S=300mm 。 对心曲柄滑块机构计算，因为 S=300mm，所以曲柄长 AB=S/2=150mm。当 AB 与基准面垂直时，压力角最大，此时最小传动角为 75，即最大压力角为 15（而为了保证良好的传力性能，避免压力角过大，通常应使最小传动角不小于 40） 。图解法如下：机械设计综合课程设计说明书55图 n在水平线 MN 上任取一点 A，以 A 为圆心，150mm 为半径作圆，交 MN 于 B1、B2 两点。过 A 作 ABMN 交圆 A 于 B 点，作ABC=75，交 MN 于 C 点，测得 BC=580mm,即为连杆长。在 MN 上截取 B1C1=B2C2=BC,得滑块
11、两极限位置 C1、C2。（二）模筒转盘为槽轮机构槽数 z 按工位要求选为 4，即 z=4，主拨盘的圆销数 n 取 1。拨盘的转速n=36/60=0.6r/s=1.2/s。槽轮每次转位时主动件转角 2=180（z-2）/z= 180（4-2）/4=90。槽间角 2= 360/z= 360/4=90。动停比 k=td/tt=(z-2)/(z+2)= (4-2)/(4+2)=1/3。由结构情况确定 中心距 a=300mm。圆销半径 r=30mm。所以，主动件圆销中心半径 R1=asin=300sin45212mm，R1 与 a 的比值=R1/a=212/3000.7。槽轮外圆半径 R2= (acos
12、) 2+r2 1/2= (300cos45) 2+302 1/2214mm。槽轮槽深 ha(+cos-1)+r=300(0.7+cos45-1)+30152.1mm，取 h=153mm。(三)导杆-滑块机构计算依据滑块的行程要求以及冲压机构的尺寸限制，选取扫屑机构尺寸如下：导杆铅垂方向高度 H=375mm ，倾角 arctg(500/150) 73，扫屑刷杆长 L=550mm。2.5 执行机构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卸煤杆、扫屑刷、模筒转盘、传送带四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
13、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。机械设计综合课程设计说明书56冲头和卸煤杆 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 扫屑运动传送带 一直工作曲柄轴分配转角 0 90 180 270 360图 2.5 机械运动循环图机械设计综合课程设计说明书57第 3 章 传动系统方案设计3.1 传动系统类型选择传动系统(机构)：常用的减速机构有齿轮传动、行星齿轮传动、蜗杆传动、皮带传动、链轮传动等，根据运动简图的整体布置和各类减速装置的传动特点，选用二级减速。第一级采用皮带减速，皮带传动为柔性传动，具有过载保护
14、、噪音低、且适用于中心距较大的场合；第二级采用齿轮减速，因斜齿轮较之直齿轮具有传动平稳，承载能力高等优点，故在减速器中采用斜齿轮传动。根据运动简图的整体布置确定皮带和齿轮传动的中心距，再根据中心距及机械原理和机械设计的有关知识确定皮带轮的直径和齿轮的齿数。故传动系统由“V 带传动+二级圆柱斜齿轮减速器”组成。3.2 电动机的选择（1）电机类型的选择根据工作要求和条件类型应选用 Y 系列一般用途的全封闭自扇冷式笼型三相异步电动。（2）选择电机根据设计要求，原始数据：电动机转速为 1460r/min，电动机的功率 P=11KW 根据表3.2 选择电动机型号为 Y160-4。机械设计综合课程设计说明
15、书3表 3.2 Y 型电动机型号表3.4 传动装置运动和动力参数计算（1）传动比的选择总传动比：i 总 = n 满 / nW =1460/36=40各级传动比分配：根据机械设计课程设计表 2.2 选取，对于三角 v 带传动比取值范围 24，为避免大带轮直径过大,取 i12=2.6；则减速器的总传动比为。i 减 =i 总 /2.6=40/2.6=15.385对于两级圆柱斜齿轮减速器,按两个大齿轮具有相近的浸油深度分配传动比,取 i =1.3id。i 减 = i i = 1.3i 2=15.385i2 =15.385/1.3=11.835i =3.44i =1.3i =1.33.44=4.472注
16、：i -高速级齿轮传动比。i 低速级齿轮传动比。机械设计综合课程设计说明书3机械设计综合课程设计说明书3设计小结空两行，小四号宋体主要写出本次课程设计的心得体会、收获等，300-500 字为宜。内容小四号宋体，每段首行缩进 2 字符设计小结另起一页“居中，四号黑体机械设计综合课程设计说明书4参考文献空两行，五号宋体1郝战存. 可编程控制器发展综述J. 河北工业科技, 2004, 21(2):53-56.2綦希林,曲非非. PLC 的发展J. 微计算机信息, 2002, 18(9):1-2.3陈洁. 现代 PLC 控制技术与发展J. 精密制造与自动化, 2004, 4:48-49.4潘勇,高俊雄
17、,王耘波. PLC 的应用与发展J. 计算机与数字工程, 2007, 35(2):76-78.5王兆义,陈治川,王生学. PLC 发展的几个特点和国产化J. 自动化博览, 2006, 5:14-16.6紫瑞娟,陈海霞. 西门子 PLC 编程技术及工程应用M. 北京: 机械工业出版社, 2008.7廖常初. PLC 编程及应用M. 北京: 机械工业出版社, 2009.8西门子 PLC 高级应用实例精解M. 北京: 机械工业出版社, 2010.9张运刚,宋晓春. PLC 职业技能培训及视频精讲-西门子 STEP 7M. 北京：人民邮电出版社, 2010.10强锡富. 传感器M. 北京: 机械工业出
18、版社，2001.常见几种引用格式如下：书籍格式： 作者. 书名M. 出版地: 出版社, 出版年.期刊格式： 作者.题名J. 刊名, 出版年, 卷(期): 起止页码.论文格式： 作者. 题名D. 保存地点: 保存单位, 年.专利格式： 专利所有者. 题名P. 专利国别: 专利号, 出版日期.电子文献格式： 责任者.电子文献题名电子文献及载体类型标识. 电子文献网址. 年-月-日.参考文献另起一页“参考文献”四字居中，四号黑体参考文献每条左顶格，5 号宋体；采用顺序编码制，排列顺序以在正文中出现的先后为准。参考文献标号采用中括号，半角。如1,不要用全角如【1】参考文献不少于 10 条。机械设计综合课程设计说明书5附录如果附录内容格式和正文装订一起的 ,应和正文一起编页码 ;如果图纸太大超过 A4 或由CAD 制作的 ,无法编页码的 ,可手写和正文一起编页码 .）(如果无法和正文一起装订的 ,附录部分可独立成册 .自第一页编页码 ,并且制作附录的目录）附录主要包括：正文内过于冗长的公式；供读者阅读方便所需的辅助性数学工具、重复性数据图表；本专业内具有参考价值的数据；论文（设计）使用的符号意义、单位缩写、程序全文及有关说明，以及调查阅卷、公式推演、原始数据附表等。附录标题居中或左顶格，四号黑体机械设计综合课程设计说明书5
