湖南工业大学课 程 设 计资 料 袋 机械工程学院 学院（系、部） 2012 学年第 1 学期 课程名称 机械原理课程设计 指导教师 银金光 职称 学生姓名 覃英权 专业班级 机械1006 学号 10405700604 题 目 蜂窝煤成型机 成 绩 起止日期 2012 年 6月 4日 2012 年 6 月 8日目 录 清 单序号材 料 名 称资料数量备 注1课程设计任务书2课程设计说明书3课程设计图纸张456 机 械 原 理设计说明书蜂窝煤成型机起止日期： 2012年 6 月 4 日 至 2012 年 6月 8日学生姓名覃英权班级机械1006学号10405700604成绩指导教师(签字)机械工程学院 2012 年 6 月 7 日目录第一章 设计任务11、设计题目12、设计要求1第二章 工艺动作分解和工作原理2第三章机械运动方案的设计及分析决策. 31、执行机构的选型32、主传动运动方案分析及选择33、扫屑机构运动方案分析6第四章 机构尺度综合81、主体机构的运动尺寸设计82、扫煤机构的运动尺寸设计83、齿轮传动计算94、槽轮机构计算95、凸轮基本尺寸的确定106、作凸轮轮廓曲线10第五章 机构运动线图设计与分析12第六章 机器运动简图13设计小结. 14参考书目. 15- 14 - 第一章 设计任务1、设计题目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： 煤粉加料； 冲头将蜂窝煤压制成型； 清除冲头和出煤盘的积屑的扫屑运动； 将在模筒内的冲压后的蜂窝煤脱模； 将冲压成型的蜂窝煤输送装箱。2、设计要求1、基本参数表1-1 基本参数生产能力（次/min）25 30 35生产阻力（N）0.9 1 1.12、驱动动机： Y180L8、功率N=111kW、转速n=710r/min；3、为了改善蜂窝煤冲压成型的质量，希望在冲压后有一短暂的保压时间；4、由于冲头要产生较大压力，希望冲压机构具有增大有效力作用，减小原动机的功率。 5、机械运动方案应力求简单第二章 工艺动作分解和工作原理根据上述分析，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；3）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。 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。模筒转盘上均布了模筒，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；图1第三章 机械运动方案的设计及分析决策1、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3-1 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2、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。确定所需的功能元，画出辅助传动链的功能框图3-1图3-1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2所示：表3-2 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，辅助转位机构采用槽轮机构，传送装置采用传送带。装配简图如图3-2所示，列出了机构主要构件。 图3-2 方案方案：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3-3。图3-3 方案 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导（张永安主编、高等教育出版社出版）的第二章的表1、表2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。图3 冲压机构（b）（a）方案方案 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AB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。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。第四章 机构尺度综合为了实现具体的移动要求，必须对带传动、齿轮传动、曲柄滑块机构（冲压机构）、槽轮机构（模筒转盘间歇运动机构）和扫屑凸轮机构进行运动学计算，必要时还要进行动力学计算。1、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：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：则两杆长度： 考虑到机器的整体高度，取，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：图4-1 主体机构简图满足传力性能要求。2、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：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，原动机的转速为1440r/min，可计算出：图4-23、齿轮传动计算取Z1=22，Z2i22522110。按钢制齿轮计算，取模数m=5mm.。则 d1Z1m110 mm. d2Z2m550 mm.4、槽轮机构计算1）槽数 按工位要求选定为6。2）中心距 按结构情况确定。3）圆销半径 按结构情况确定。4）槽轮每次转位时主动件的转角 5）槽间角 6）主动件圆销中心半径 7）与的比值 8）槽轮外圆半径 9）槽轮槽深 取。10）运动系数 （）5、凸轮基本尺寸的确定 图4-3 凸轮机构如图4-3所示，由于扫屑刷要在冲头开始回程之后到行程之前完成扫屑动作，所以取凸轮的远休止角为，安装时确保凸轮开始转动时从动件滚子在它的转动中心最远位置。取=,=,=.由于冲头宽100mm，故取凸轮的行程h=105mm。又因为推程直动件的许用压力=，取=,查文献得=0.6，得=175mm.滚子半径=（0.10.15），取=26 mm6、作凸轮轮廓曲线凸轮轮廓曲线如图4-4 图4-4 凸轮的轮廓曲线 第五章 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：(0.1)写出复数形式为(0.2)展开后得(0.3)求得：(0.4)将式子（2.2）对时间求导，求得：(0.5)将式子（2.4）对时间求导，求得：由以上式子可求出各个位置的速度