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第一章 前言 一、 沖壓式蜂窩煤成型機的功能和設計要求 1、功能 沖壓式蜂窩煤成型機是我國城鎮(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)設備，它將煤粉加入轉盤上的模筒內(nèi)，經(jīng)沖頭沖壓成蜂窩煤。 為了實現(xiàn)蜂窩煤沖壓成型，沖壓式蜂窩煤成型機必須完成以下幾個動作： 1） 煤粉加料； 2） 沖頭將蜂窩煤壓制成型； 3） 清除沖頭和出煤盤的積屑的掃屑運動； 4） 將在模筒內(nèi)的沖壓后的蜂窩煤脫模； 圖 1 5） 將沖壓成型的蜂窩煤輸送裝箱。 2、原始數(shù)據(jù)及設計要求 1）蜂窩煤成型機的生產(chǎn)能力：30次/min； 2）驅(qū)動電機：Y180L－8、功率N＝11 kW、轉速n＝730 r/min； 3）如圖1所示位沖頭3、脫模盤5、掃屑刷4、模筒轉盤1的相互位置情況。實際上沖頭與脫模盤都與上下移動的滑梁2連成一體，當滑梁下沖時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。模筒轉盤均布了模筒，轉盤的間歇運動使加料后的模筒進入加壓位置、成型后的模筒進入脫模位置、空的模筒進入加料位置； 4）為改善蜂窩煤成型機的質(zhì)量，希望在沖壓后有一短暫的保壓時間； 5）機械運動方案應力求簡單。 二、 工作原理和工藝動作分解 根據(jù)上述分析，沖壓式蜂窩煤成型機要求完成的工藝動作有以下六個動作： 1）加料：這一動作可利用煤粉的重力打開料斗自動加料； 2）沖壓成型：要求沖頭上下往復運動，在沖頭行程的二分之一進行沖壓成型； 3）脫模：要求脫模盤上下往復移動，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在上下往復移動的滑梁上； 4）掃屑：要求在沖頭、脫模盤向上移動過程中用掃屑刷將煤粉掃除； 5）模筒轉模間歇運動：以完成沖壓、脫模和加料三個工位的轉換； 6）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。 以上六個動作，加料和輸送的動作比較簡單，暫時不予考慮，脫模和沖壓可以用一個機構完成。 因此，沖壓式蜂窩煤成型機運動方案設計重點考慮沖壓和脫模機構、掃屑機構和模筒轉盤間歇轉動機構這三個機構的選型和設計問題。 三、 根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖 對于沖壓式蜂窩煤成型機運動循環(huán)圖主要是確定沖壓和脫模盤、掃屑刷、模筒轉盤三個執(zhí)行構件的先后順序、相位，以利對各執(zhí)行機構的設計、裝配和調(diào)試。 沖壓式蜂窩煤成型機的沖壓機構為主機構，以它的主動件的零位角為橫坐標的起點，縱坐標表示各執(zhí)行構件的位移起止位置。 圖2 圖2表示沖壓式蜂窩煤成型機三個執(zhí)行機構的運動循環(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，使間歇轉動在沖壓以前完成。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動。 四、 執(zhí)行機構的選型 根據(jù)沖頭和脫模盤、模筒轉盤、掃屑刷這三個執(zhí)行構件動作要求和結構特點，可以選擇表1的常用機構，這一表格又稱為執(zhí)行機構的形態(tài)學矩陣。 表1 三執(zhí)行機構的形態(tài)學矩陣 沖頭和脫模盤機構 對心曲柄滑塊機構 偏置曲柄滑塊機構 六桿沖壓機構 掃屑刷機構 附加滑塊搖桿機構 固定移動凸輪移動從動件機構 模筒轉盤間歇運動機構 槽輪機構 不完全齒輪機構 凸輪式間歇運動機構 圖 3 圖3（a）表示附加滑塊搖桿機構。利用滑梁的上下移動使搖桿OB上的掃屑刷掃除沖頭和脫模盤底上的粉煤屑。圖3（b）表示固定移動凸輪利用滑梁上下移動使帶有掃屑刷的移動從動件頂出而掃除沖頭和脫模盤底上的粉煤屑。 五、 機械運動方案的選定和評價 根據(jù)表1所示的三個執(zhí)行機構形態(tài)學矩陣，可以求出沖壓式蜂窩煤成型機的機械運動方案數(shù)為： N=3×2×3＝18 現(xiàn)在，我們可以給定條件、各機構的相容性和盡量使機構簡單等等要求來選擇方案。由此可選定兩個結構比較簡單的方案。 方案Ⅰ：沖壓機構為曲柄滑塊機構、模筒轉盤為槽輪機構、掃屑機構為固定凸輪移動從動件機構。 方案Ⅱ：沖壓機構為六桿沖壓機構、模筒轉盤為不完全齒輪機構、掃屑機構為附加滑塊搖桿機構。 兩個方案的主要區(qū)別在于： 方案Ⅰ中采取的是曲柄滑塊機構作為沖壓機構，該結構的特點就是結構簡單，易于制造以及裝配。但稍有不足的是其增力效果不太明顯，而且保壓時間不夠長。方案Ⅱ中采用的是六桿增力機構，該機構的顯著特點便是有很好的增力效果，有較長的保壓時間，而且運動平穩(wěn)，但其結構復雜，不易于設計與裝配。 方案Ⅰ的模筒轉盤為槽輪機構，其特點是結構簡單，但轉動速度不是勻速的。而方案Ⅱ的模筒轉盤為不完全齒輪結構，該結構的特點便是運動相對平穩(wěn)，速度均勻。但模筒轉盤轉動時工作頭并不工作，基本處于回程狀態(tài)，此時對模筒轉盤的轉動速度沒有什么要求，故用槽輪機構便能滿足需要。 方案Ⅰ中的掃屑機構是固定凸輪移動從動件機構，該機構的特點是結構非常簡單，易于設計。而方案Ⅱ中采用的是附加滑塊搖桿機構。該機構相對于固定凸輪移動從動件結構而言，運動平穩(wěn)。但結構相對鉸復雜，況且掃屑機構對運動的要求不是太高，故用凸輪移動從動件機構便能滿足要求。 綜上分析，為了使機構的結構趨于簡單化，易于設計制造化，況且本設計中的成型機為簡易的成型機設計，故可選擇簡單的構建。故選擇方案Ⅰ，即沖壓機構為曲柄滑塊機構，模筒轉盤為槽輪機構，掃屑機構為凸輪移動從動件機構。 圖 4 六、 機械傳動系統(tǒng)的傳動比和變速機構 根據(jù)選定的驅(qū)動電機轉速和沖壓式蜂窩煤成型機的生產(chǎn)能力。它們的機械傳動系統(tǒng)的總傳動比為： 機械傳動系統(tǒng)的第一級采用帶傳動，其傳動比為4.866，第二級采用齒輪傳動，其傳動比為5。 七、 畫出機械運動方案簡圖 按已選定的三個執(zhí)行機構的型式及機械傳動系統(tǒng)，畫出沖壓式蜂窩煤成型機的機械運動示意圖。其中三個執(zhí)行機構部分也可以稱為機械運動方案示意簡圖。如圖4所示，其中包括了機械傳動系統(tǒng)、三個執(zhí)行機構的組合。如果再加上加料機構和輸送機構，那就可以完整地表示整臺機器的機械運動方案圖。 有了機械運動方案圖，就可以進行機構的運動尺寸設計計算和機器的總體設計。 第二章 傳動機構的設計與校核 本設計中的沖壓式蜂窩煤成型機是一種簡易的低功率的工作機器，其工作時工作頭所受的工作壓力可以根據(jù)平時的手動的沖壓式蜂窩煤成型機器參考確定。 平時的手動的沖壓式蜂窩煤成型機器由單人操作，其工作力為人力所能達到的，一般人的體重為60Kg，而加在成型機上的力應和人的體重相當，大約為50Kg，即500N。所以本設計中的沖壓式成型機工作時所受到的工作阻力應比500N大，本設計中取為100Kg，即1000N。 一、 帶傳動計算 1）確定計算功率Pca 由[1]P156表8-7查得工作情況系數(shù)KA=1.2，故 Pca=KAP=1.2×11=13.2KW 2）選擇帶的型號 由Pca及主動輪轉速n1，由《機械設計手冊（新版）》圖14.1-2，圖14.1-3以及圖14.1-4選擇V帶型號為B型V帶。 3）確定帶輪的基準直徑dd并驗算帶速v。 (1)由《機械設計手冊（新版）》表14.1-18以及表14.1-19，取小帶輪的基準直徑d1=160mm (2)驗算帶速v。 V===6.11m/s 因為5m/sS=1.5 （8）截面Ⅰ的右側 抗彎截面系數(shù)W=0.1d3=34300mm3 抗扭截面系數(shù)WT=0.2d3=68600mm3 截面Ⅰ左側彎矩M為：M=60000N·mm 截面Ⅰ上的扭矩T為：T=131000 N·mm 截面上彎曲應力 b=M/W=1.75MPa 截面上的扭轉切應力 T=T/WT=1.91MPa 過盈配合處的值，由附表3-8用插入法求得，并取=0.8，于是得 =3.16 =2.53 軸按磨削加工，由附圖3-4的表面質(zhì)量系數(shù)=0.92 軸未經(jīng)表面強化處理，即βq=0.1，則按式（3-12）及（3-12a）得綜合系數(shù)值為 3.25 2.62 于是計算安全系數(shù)值S得 =48.35 58.05 =37.15>>S=1.5 故該軸在該截面處的強度也是足夠的。本設計中因無大的瞬時過載及嚴重的應力循環(huán)不對稱性，故可略去靜強度校核。 第三章 其他部件的設計與選型 一、 軸承的選型 軸承的選型應根據(jù)軸的直徑進行選擇，由先前的設計可以知道各個軸的尺寸： 根據(jù)前面的設計可以知道帶輪與小齒輪連接的軸的軸直徑為Φ50，差相關標準可以確定該軸應該用深溝球軸承6210，由于考慮到該軸兩端都懸空（左端為大帶輪，右端為小齒輪），故選用2個深溝球軸承6210。 大齒輪軸的直徑由前面設計為Φ50，所以也應該選用深溝球軸承6210。由于該軸右端懸臂過長，故應該在右端靠近直錐齒輪處再加一個支承點進行固定。同時該軸為整個系統(tǒng)中的主要的工作軸（執(zhí)行主軸）。所以應該保證其的使用的可靠性，故在該軸的兩個支承點的位置分別安裝2個深溝球軸承6210。 工作臺下的支承軸的軸徑為Φ70，同時該軸為豎直方向安裝，故該軸應采用推力球軸承，以保證支承重力。根據(jù)相關的標準根據(jù)軸徑選擇該軸承為推力球軸承5110。由于工作臺下方有基座跟箱體支承，所以受力不算太大，故選用一個推力球軸承5110。 槽輪主動輪的軸的直徑為Φ70，同上應選擇推力球軸承5110。由于該軸的下方有一長的懸臂結構，所以應該在該軸的下方靠近直錐齒輪處再加一個支承位置。所以該軸應該在上下個安裝一個推力球軸承5110。 與彈簧連接處的滑塊機構，以及工作頭上方與箱體連接的滑塊機構，由于這兩個軸不轉動，只做徑向的來回運動，故應該在這兩處加上滑動軸承，滑動軸承的尺寸應根據(jù)軸的直徑從相關標準中選出。 連桿的連接由于連桿做的是來回的擺動，故連桿與軸的連接處應選用滾動軸承，此處選擇深溝球軸承。連桿的上端與工作頭的橫梁連接橫梁的直徑為Φ30，根據(jù)這個尺寸從相關的標準中選擇軸承為深溝球軸承6006。然后根據(jù)橫梁的尺寸以及連桿本身的軸徑，應選用2個深溝球軸承6006。連桿的下端與大齒輪上的伸出軸連接。伸出軸的軸徑為Φ30，同樣應選用深溝球軸承6006，考慮到整體的尺寸，選用2個深溝球軸承6006。由于該伸出軸的左端為懸空，故應添加軸向定位裝置。為使結構簡單，本設計在兩軸承中的套筒上通過銷釘與該伸出軸固定，以免連桿脫落。 二、 工作頭橫梁與掃屑刷橫梁的連接處的設計 由于掃屑刷的運動是通過工作頭橫梁的上下運動帶動掃屑刷橫梁的上下運動，從而通過固定凸輪移動結構使掃屑刷能水平方向運動，所以這連個橫梁應該固定。同時由于工作頭橫梁上要安裝滾動軸承，為了使軸承能順利的安裝上去，應該使兩橫梁應該能脫開。所以在兩橫梁連接處采用了螺釘連接。如下圖： 根據(jù)工作頭橫梁的直徑選擇螺釘為M16。長度為40mm。 三、 箱體的設計 箱體的設計的主要目的是保證主要的傳動機構以及零件被包含在箱體內(nèi)，以免受到外界雜物的污染和以免發(fā)生安全事故。 故箱體應該是這個系統(tǒng)的絕大部分的部件都包含在箱體內(nèi)。工作臺應露出箱體，這樣便于檢查以及人的控制。同時由于大帶輪的直徑過大以及大小帶輪的中心距過長，如果把這部分包含到箱體內(nèi)的話會造成箱體的結構尺寸過大，結構不緊湊。故應將大小帶輪以及電動機安置在箱體的外面。 箱體的內(nèi)部設計應根據(jù)系統(tǒng)的機構位置來確定，應適當增加內(nèi)板等來對較長的軸進行支承，同時應考慮到軸以及軸承的可安裝性，應該適當增加可拆卸的箱體或箱板。 箱體的壁厚的確定應根據(jù)整個箱體的尺寸來確定，綜合整個箱體的尺寸以及力求系統(tǒng)運行的安全性以及省材料性，確定壁厚一般為30mm，其他的箱體內(nèi)突出部分應根據(jù)具體情況自行調(diào)整。 到此，整個蜂窩煤成型機的設計基本完成。一些沒有設計到的地方以及沒有設計完全的地方，根據(jù)實際情況合理的分配尺寸以及選擇合理的結構。 第四章 設計總結 本次課程設計不同于以往的課程設計，以往的課程設計大多都是進行理論上的設計，而本次課程設計則是對一個具體的實際生產(chǎn)中存在的系統(tǒng)或者產(chǎn)品進行設計。所以本次課程設計的實用性很強。 通過本次的課程設計使我們更進一步地理解的課上所學的理論知識，初步掌握了這些知識在實際生產(chǎn)中是如何的應用的。同時，通過本次課程設計也大大的鍛煉了我們的動手，動腦能力。理論與實際相結合，使平時所學的知識得到了很好的鞏固，甚至對很久以前學過現(xiàn)在都快忘記了的知識也進行了一次很好的總結與復習。 當然，通過這次課程設計，也是我們知道了自己的不足，尤其是一些平時很難發(fā)現(xiàn)的錯誤。在實際的設計過程中這些都一一暴露出來。所以，通過這次課程設計對自己的能力有了一個客觀的定位。自己以后還有很長的路要走。 本次課程設計也鍛煉了我的作圖能力，尤其是計算機作圖的能力。雖然以前學過一些制圖的軟件，但平時很少有實際運動的機會，所以對這些軟件都是操作得不夠熟練。通過本次的課程設計，鍛煉了自己的計算機作圖能力。 在本次課程設計中，同學們都相互幫助，鍛煉了大家的團結協(xié)作的能力。同時也得到了指導老師的細心的指導與幫助。所以在此對同學們以及指導老師表示感謝。由于能力問題以及其他原因造成有的地方設計不合理，望老師能夠理解。 參考文獻 鄒彗君.2003.機械系統(tǒng)設計原理.北京:科學出版社 劉會英，楊志強.2007.機械基礎綜合課程設計.北京:機械工業(yè)出版社 王建華，畢萬全.2004.機械制圖與計算機繪圖.北京:國防工業(yè)出版社 宏宇工作室，史宇宏，陳玉蓉，趙曉軍.2004.AutoCAD機械制圖100列.北京:人民郵電出版社 濮良貴，紀名剛，陳國定，吳立言.2006.機械設計第八版.北京:高等教育出版色 l (美)Neil Sclater，Nicholas P. Chironis.機械設計實用機構與裝置圖冊.鄒平，譯.北京:機械工業(yè)出版社 目錄 第一章 前言 1 一、 沖壓式蜂窩煤成型機的功能和設計要求 1 二、 工作原理和工藝動作分解 1 三、 根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖 2 四、 執(zhí)行機構的選型 2 五、 機械運動方案的選定和評價 2 六、 機械傳動系統(tǒng)的傳動比和變速機構 3 第二章 傳動機構的設計與校核 3 一、 帶傳動計算 4 二、 曲柄滑塊機構的設計與計算校核 5 三、 齒輪的設計與校核 5 四、 直錐齒輪的設計 10 五、 槽輪機構計算 10 六、 掃屑凸輪機構計算 11 七、 軸的校核 12 第三章 其他部件的設計與選型 17 一、 軸承的選型 17 二、 工作頭橫梁與掃屑刷橫梁的連接處的設計 18 三、 箱體的設計 19 第四章 設計總結 19 21