机械原理课程设计-蜂窝煤成型机.doc

1、 济南大学 2010 年机械原理课程设计第 1 页 共 17 页 机 械 原 理 课 程 设 计 题 目 ：冲压式蜂窝煤成型机机构学 校 ：济南大学系 别 : 机械工程及自动化班 级 ：机自 0809设 计 者 ： 刘骞（组长）指导教师 ：常遇春2010-06-20 星期日课 程 设 计 评 语机械工程及自动化济南大学 2010 年机械原理课程设计第 2 页 共 17 页设计任务计划书课程名称：机械原理课程设计设计题目：冲压式蜂窝煤成型机改进机构设计要求与原始数据： 设计小组成员： 指导教师评语： 指 导 教 师 ： 张 旦 闻年 月 日 济南大学 2010 年机械原理课程设计第 3 页 共

2、17 页目 录1、产品简介 .42、工作原理.43、机器的运动方案的分析与选择 3.1、设计基本要求53.2、原动机的选择.53.3、主传动运动方案分析63.4、扫屑机构运动方案分析84、机构系统的运动尺寸设计 4.1、传动机构的运动尺寸设计94.2、主体机构的运动尺寸设计124.3、扫煤机构的运动尺寸设计124.4、工作盘转动机构的运动尺寸设计.135、主体机构运动线图136、机器运动简图147、自我感想168、参考书目16济南大学 2010 年机械原理课程设计第 4 页 共 17 页1、产品简介机械原理、机械设计课程是培养学生具有机械基础知识及机械创新能力的技术基础课。在机械类各专业中教学

3、计划是主干课程。在培养合格机械工程设计人才方面起着极其重要的作用，是学习专业课程和从事机械产品设计的必备准备。本设计题目是蜂窝煤成型机构，设计的最初想法来源于自己以往的亲身经历。以往的许多制造煤块的机构存在着许多避之不及的缺陷，即有些机构制造出的煤块不够敦实，放干后有一些裂纹；有些机构造出的煤块经常出现孔内坍塌现象；有些机构在工作是会出现许多不能及时清理的煤屑，造成工作环境的相对恶劣，等等。本设计的诞生不仅克服了许多造煤块机构难以克服的缺陷，还在机械传动的能耗以及电动机选择上做了优化，很大程度上做到了美化环境及节约有限能源。本设计考虑到各组成机构的可行性与合理性，选择了两种运动方案：一是机构拥

4、有了带传动结构简单、传动平稳、具有过载保护作用，槽轮机构结构简单，工作可靠等特性，二是有了齿轮传动结构紧密，寿命长，效率高等优点。本设计的许多地方牵涉到了机械传动以及齿轮传动的知识，进一步验证和细化了专业理论知识，是我们对本专业的发展方向有了更清楚的认识。另外，本机构安全、实用的思想设计而出，市场前景广阔，适用范围比较广泛，既可以用于大中型公司或企业批量生产，又可用于小型部门的连续生产，造出的煤块很大程度上的得到了市场和广大用户的肯定。2、工作原理利用带冲针 6的冲头 4往复运动，将位于工作盘 2模孔中的混合料压实成型。冲针6刚性固结于冲头，用以穿孔。压板 8以弹簧 7与滑块 1相连，通过弹簧

5、压缩时所产生的弹簧力将型煤压实。为了提高生产率，将机器作成多工位的，把上料、成型、卸煤等工序集中在一台机器上连续完成。机器执行构件的运动图如图 1-1所示。滑块 1上装有冲孔压实压头 4和卸煤推杆67845A1图 1-1 机器执行构件的运动图济南大学 2010 年机械原理课程设计第 5 页 共 17 页5，作往复直线运动（ A1）;工作盘 2上有五个模孔，I 为上料工位，为成型工位，为卸料工位，做间歇回转运动（ A2） ；上料器 3作连续回转运动（ A3） ；将型煤运出的传送带做匀速直线运动（ A4） ；冲头每次退出工作盘后，扫煤杆在冲头下面扫过，作清除煤屑的扫煤运动（ A5） 。A1的运动参

6、数取决于生产率，取 。考虑到料煤高度与型煤高度之比172/minnr（压缩比）为 2:1，工作盘高 。为使工作盘转位速度不致太高，取50Hh压头在工作盘内和工作盘外的位移相等，即冲头的行程为 。1230HhmA2运动应与 A1协调配合，工作盘转位时，压头必须在工作盘外，其运动参数 217/innr其运动系数 应小于 0.5。综合考虑各运动的关系,暂取工作盘转位时的运动系数=160/3600.444。A3的运动参数参考现有机器取n3=120r/min。A4运动的传送带速度要保证前一块煤运走后， 后一块煤才能卸落在传送带上。设煤块的间距为2 =0.2m，则传送带速度为 10.72.04m/s6an

7、vA5运动为平面复杂运动，要保证冲头往复运动一次，扫煤杆在冲头下往复扫过一次，且不与其他构件相碰(具体要求见主体机构设计部分)。由于型煤是利用弹簧压实，故生产阻力 Fr与弹簧压缩量成正比，生产阻力曲线见图 1-2，Frmax=5000N。、机器的运动方案分析及选择 3、1 设计基本要求1） 设计蜂窝煤成型机构，型煤尺寸为 生产率为每h10(m)75()分钟 72个；2） 冲压成型时的生产阻力达到 50000N；3） 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；1FraxS图 1-2 生产阻力曲线图 1-1 机器执行构件的运动图济南大学 2010 年机械原理课程设计第 6 页 共

8、17 页4） 由于冲头要产生较大压力，希望冲压机构具有增力功能，以增大有效力作用，减小原动机的功率。3、2 原动机的选择原动机做匀速转动，驱动各执行构件动作，其中扫煤运动 可考虑直接用滑块做5A主运动，以保证运动协调配合。由于采用集中驱动，有电动机到 A1原动件的主传动链总传动比为: 14027ni电总再考虑到同类机器的参数，在此选用异步电动机集中驱动，取: 40r/minn电3、3 主传动运动方案分析及选择执行构件作往复直线运动，所以主传动链中，需要两级减速，运动分支和将连续回转运动变换为往复直线运动的功能，即可画出主运动链的功能框图 1-3。然后再根据其他执行构件的运动形式和运动参数的大小

9、。确定所需的功能元，画出辅助传动链的功能框图 1-3。A A12345图 1-3 传动链的功能框这样取出功能框图中几种主要功能元，然后选择功能载体，即可得到表 1所示：表 1 型煤及形态学矩阵带传动机构 链传动机构 齿轮传动机构带传动机构 链传动机构 齿轮传动机构济南大学 2010 年机械原理课程设计第 7 页 共 17 页曲柄滑块机构移动从动件凸轮机构四杆机构槽轮机构 不完全齿轮机构 棘轮机构带传动机构 齿轮齿条机构 螺旋机构综合以上分析，结合主要的运动类型，我们制定了两种方案，下面就让我们对两种方案作一详细的分析：方案 I：主传动采用带传动和链传动，主题机构采用曲柄滑块机构，辅助转位机构采

10、用槽轮机构，传送装置采用传送带。装配简图如图 1-4所示，列出了机构的主要构件。方案：主传动采用两级齿轮机构减速，主体机构虽然可以采用其它机构，但在动图 1-4 方案济南大学 2010 年机械原理课程设计第 8 页 共 17 页力传动中曲柄滑块机构较其他机构简单、合理，所以本方案主体机构仍采用曲柄滑块机构，辅助转位机构采用不完全齿轮机构，其他同方案 I，各机构的装配简图如图 1-5。1） 、绘制传动方案简图结合功能框图的传动路线，考虑到机构和轴线的配置以及一些其他功能，即可绘出机器的两种运动方案图。2） 、方案、方案的分析比较这两种方案区别在于主传动机构和辅助转位机构不同。由机械原理课程设计指

11、导（张永安主编、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带传动结构简单，传动平稳，具有过载保护作用.链传动传递功率较大，但是它们的外廓尺寸大，在振动冲击载荷作用下，链传动寿命较短。槽轮机构结构比较简单，工作可靠，啮入啮出比较平稳，有柔性冲击，但槽轮在工作盘上不大好布置，所以空间较大。方案采用齿轮传动，结构紧凑，寿命长，效率高，可采用标准减速器、大齿轮即为曲柄，便于平衡，且可起飞轮作用，但制造成本较高。不完全齿轮机构啮入啮出时冲击较大，设计计算较复杂，但动停比不受结构限制，尺寸较紧凑，便于布置。根据以上图 1-5 方案 济南大学 2010 年机械原理课程设计第 9 页

12、共 17 页简单分析，初步决定采用方案作为机器的运动方案。3） 、扫屑机构运动方案分析方案：冲压机构为偏置曲柄滑块机构、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。方案：冲压机构为对心曲柄滑块机构、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。两个方案我们可以用模糊综合评价方法来进行评估优选，最后定方案为冲压式蜂窝煤成型机的扫屑机构的运动方案。4、机构系统的尺寸设计4.1、传动机构的运动尺寸设计：主传动机构的总传动比 i 总 =20，采用两级减速，根据传动比分配“前小后大”的原则，i 总 =i1i2=45,则 z1可取 19， ， 取 22，2184ziz.如下图 1-6所示

13、：42350z图 1-6 主体机构的传动简图方案 方案济南大学 2010 年机械原理课程设计第 10 页 共 17 页Z1256Z783A3如图 1-7所示，由上料器的转速 可知：则电动机至上料机的总传3120/minnr动比： 133i in电总因此可取： 6526ziz其中：Z 1=19 Z2=76 Z3=22 Z4=110图 1-7 一级减速机构济南大学 2010 年机械原理课程设计第 11 页 共 17 页A Z123Z4由于冲头和工作盘的运动平面相互垂直，主体机构的主动件（曲柄）和辅助转位机构的主动件（不完全齿轮）的轴线相互垂直，因此，配置了圆锥齿轮传动 、 ,9z10如图1-8所示

14、。其中：Z 5=21 Z6=63Z7=22 Z8=110A3 ， n 1=72r/mm图 1-7 二级减速机构济南大学 2010 年机械原理课程设计第 12 页 共 17 页A3A4Z3Z910Z1213考虑到主体机构与辅助机构应同步，固取 = =20。传送皮带需从工作台下通过，9z10寸寸受限制，取主动带轮直径D=200mm，则带轮转速： 460.263r/mvnD运动有曲柄轴通过齿轮机构传来，则： 11244nzi即取 13z27图 1-8 主传动机构济南大学 2010 年机械原理课程设计第 13 页 共 17 页oAB4.2、主体机构的运动尺寸设计 由于滑块没有行程速比系数要求，为使机构

15、受力较好，采用对心的曲柄滑块机构作为主体机构，则曲柄长度： 150m2Hr为了使机构力学性能较好，使滑块运动速度波动较小，又考虑到机器的整体高度，一般取： 146rl则两杆长度：150609mlr考虑到机器的整体高度，取 ，8l如图 1-9所示为传动角最小时的机构位置简图，由此校核最小传动角，所以： 1mincos79.3405rrl满足传力性能要求。4.3、扫煤机构的运动尺寸设计为了清扫压头和推杆下面的煤屑，在此设计一扫煤机构，使压头离开工作台时，扫煤杆在压头下面往复扫过，又不能与其它构件相碰撞。扫煤杆的长度要保证能在压头下面扫过，由总体高度来考虑，固定凸轮采用斜面形状，其上下方向的长度应大

16、于滑梁的行程 s，其左右方向的高度应能使扫屑刷满足扫除粉煤的活动范围。用作图法对此机构进行设计，如图 1-10： 应该满足关系式：minaxH、maxin75H煤凸轮的转速应该与主体机构的运动周期相配合，由主体机构的转动比 ，原动20i机的转速为 1440r/min，可计算出： 14072r/minni电齿 轮图 1-9 主体机构简图济南大学 2010 年机械原理课程设计第 14 页 共 17 页Hminax4.4、工作盘转位机构的运动尺寸的设计在此设计中，工作盘的转位采用不完全齿轮机构传动。不完全齿轮的设计可参阅机械原理课程设计指导 （由张永安主编、高等教育出版社出版）的 148页表11。先

17、将工作盘的静止位置按比例绘出，如图 1-11（见后附图 2）所示。因主体机构采用对心的曲柄滑块机构，则曲柄要通过、工位的模孔中心，因此不完全齿轮机构的主动齿轮的回转中心 也应在曲柄的轴线上。由于工作盘每次转动1O1/5周，则从动齿轮的齿数应该是 的五倍，取 =16,则： =16.模数选取要保证从2Z2Z2动齿轮齿根圆大于工作盘外径，本题取 m=5。5、主体机构运动线图设计与分析如图所示为型煤机主体机构的运动简图，由封闭矢量图 可得适量方程为：oA* MERGEFORMAT (2.1) 12olx写出复数形式为* MERGEFORMAT (2.2) 12iiolel展开后得* MERGEFORM

18、AT (2.3)122coscsini0ollx 求得：* MERGEFORMAT (2.4) 122coscsoxll 将式子（2.2）对时间求导，求得：* MERGEFORMAT (2.5) 112in()coslv 将式子（2.4）对时间求导，求得： 22112()cosolla 由以上式子可求出各个位置的速度、加速度及 o的位移的值，根据各个点的速度、加速度、位移的值，通过描点法即可作出滑块的速度、加速度、位移的线图，如图 1-12图 1-10济南大学 2010 年机械原理课程设计第 15 页 共 17 页所示。6、机器运动简图根据以上设计分析及有关的数值计算，得到图 1-13所示的机

19、器简图：由于传送装置位于视野之外，在此并未画出其简图，仅仅作出了冲压式蜂窝煤的主体机构简图。sav图 1-12 型煤机主体机构运动线图济南大学 2010 年机械原理课程设计第 16 页 共 17 页图 1-13 主体机构简图济南大学 2010 年机械原理课程设计第 17 页 共 17 页7、感想通过这一星期的机械课程设计，我们感触良多，这次课程设计让我看到了自己的不足之处，也让我体会到了课程设计的乐趣和意义。理论联系实际这一重要思想，在这里体现得淋漓尽致。我们现在最缺乏的就是实际工作经验，而理论联系实践并不像我们想象的那么简单，他需要坚实的理论基础和实际工作经验。坚实的理论基础决定了我必须坚持

20、学习新的知识新的理论，完善了自己的知识结构，才能在以后的实际中轻松面对，才能设计出更好的更有益于人们生活与工作的机械，才能跟上时代的步伐，不被淘汰。严谨和细心是做机械设计的必要态度，要想做好一件事，就必须一丝不苟、态度认真。俗话说：“失之毫厘，谬之千里。 ”在机械设计上尤其应该注意。在以后的工作中，你的很小的一个疏忽将会造成一个公司很大的损失，甚至给用户带去生命危险，而自己也会为自己的不负责任行为付出代价。当然要顺利的完成一项设计，团队合作是必不可少的，大家相互交流意见，分工合作，取长补短，共同努力。在这次课程设计中，困难不可避免，但我们团结合作，永不言弃，始终相信办法总比困难多。困难是我们前进的动力，不经历风雨，怎能见彩虹。困难并不可怕，只要我们拥有解决困难的信心，一切困难都会被我们踩在脚下。学无止境，我们决不能仅仅满足现有的成绩，人生就像爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着我们去攀登、去征服。挫折是一份财富，经历是一份拥有。8、参考书目1、洛阳理工学院张永安主编的机械原理课程设计指导 高等教育出版社 2008年第九版。2、上海机械专科学校马永林主编的机械原理 高等教育出版社 2008年 3月第三版。3、高职高专系列教材编委会委员隋明阳主编的机械设计基础 2002 年第一版。4、西安航空职业技术学院郭红星、张超主编的机械设计基础 2006 年第一版。