【最新资料】机械原理课程设计设计计算说明书(蜂窝煤成型机-参考样本)(1).doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流【最新资料】机械原理课程设计设计计算说明书(蜂窝煤成型机-参考样本)(1).精品文档.机械原理课程设计设计计算说明书设计题目: 冲压式蜂窝煤成型机 设 计 者: 学 号: 专业班级:机械工程及自动化 班指导教师:李 克 旺完成日期: 2011年 月 日天津理工大学机械工程学院目 录一 设计题目 1.1 设计目的11.2 设计题目11.3 设计条件及设计要求2二 执行机构运动方案设计2.1功能分解与工艺动作分解22.2 方案选择与分析32.3执行机构设计102.4 机械系统方案设计运动简图13三 传动系统方案设计3.1传动方案设计133.2电动
2、机的选择143.3传动装置的总传动比和各级传动比分配163.4传动装置的运动和动力参数计算17四 设计小结19五 参考文献21一 设计题目1.1设计目的机械原理课程设计是我们第一次较全面的机械设计的初步训练,是一个重要的实践性教学环节。设计的目的在于,进一步巩固并灵活运用所学相关知识;培养应用所学过的知识,独立解决工程实际问题的能力,使对机械系统运动方案设计(机构运动简图设计)有一个完整的概念,并培养具有初步的机构选型、组合和确定运动方案的能力,提高我们进行创造性设计、运算、绘图、表达、运用计算机和技术资料诸方面的能力,以及利用现代设计方法解决工程问题的能力,以得到一次较完整的设计方法的基本训
3、练。机械原理课程设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个构件的尺寸等进行构思、分析和计算,是机械产品设计的第一步,是决定机械产品性能的最主要环节,整个过程蕴涵着创新和发明。为了综合运用机械原理课程的理论知识,分析和解决与本课程有关的实际问题,使所学知识进一步巩固和加深,我们参加了此次的机械原理课程设计。1.2设计题目:冲压式蜂窝煤成型机1.1.1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
4、: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。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:这一动作可利用煤粉的重力打开料斗自动加料;2)冲头将蜂窝煤冲压成型: 冲头上下往复运动,可在冲头行程的二分之一进行冲压成型;3)脱模:要求卸煤杆上下往复移动,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、卸煤杆向上移动过程中用扫屑刷将煤粉扫除;5)工作盘间歇运动: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
5、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、扫屑机构和工作盘间歇转动机构这三个机构的选型和设计问题。1.1.2工作原理滑梁作往复直线运动,带动冲头和卸煤杆完成压实成型和蜂窝煤脱模动作。工作盘上有五个模孔,为上料工位,为冲压工位,为卸料工位,工作盘间歇转动,以完成上料、冲压、脱模的转换。扫屑刷在冲头和卸煤杆退出工作盘后,在冲头和卸煤杆下扫过,以清除其上的积屑。此外,还有型煤运出的输送带部分。1.1.3原始数据方 案 号1工作机输入功率(KW)1.1生产率(块/min)
6、12型煤尺寸:h=100mm75mm粉煤高度与型煤高度之比(压缩比):21,即工作盘高度H=2h=150mm工作条件:载荷有轻微冲击,一班制使用期限:十年,大修期为三年生产批量:小批量生产(少于十台)转速允许误差:5%1.1.4 设计要求图示为冲头、卸煤杆、扫屑刷、工作盘(模筒转盘)的相互位置情况。实际上冲头与卸煤杆都与上下移动的滑梁连成一体,当滑梁下冲时冲头将煤粉压成蜂窝煤,卸煤杆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卸煤杆上粘附的煤粉。工作盘上均布了模筒,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。为改善蜂窝煤成型机的质量,希
7、望在冲压后有一短暂的保压时间。冲煤饼时冲头压力较大,最大可达20000N,其压力变化近似认为在冲程的一半进入冲压,压力呈线性变化,由零值至最大值。因此,希望冲压机构具有增力功能,以减小机器的速度波动和减小原动机的功率。机械运动方案应力求简单。以上各动作中,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、扫屑机构和工作盘间歇转动机构这三个机构的选型和设计问题。1.1.5 设计任务(1)各部分执行机构设计分析冲头、工作盘和扫屑机构的方案,拟定出诸多可用于冲头冲压机构、扫屑机构和工作盘间歇运动的各执行机构方案及运动简图
8、;(2)执行机构运动方案的形成根据设计出的各执行机构运动简图,即:诸多的冲头冲压机构、扫屑机构和工作盘间歇运动机构,形成3-4种可行的机械执行系统运动方案,通过分析论证,最终确定最优的一种机械系统总体方案简图。(3)确定最终机械系统总体方案简图中各执行机构主要尺寸;对机构进行运动、动力分析;(4)执行系统协调性设计,画出执行机构运动循环图;(5)画出机械系统总体方案运动简图;(6)传动系统方案设计选择电动机,计算总传动比,并分配传动比,计算各轴的运动和动力参数(7)编写课程设计说明书二、执行机构运动方案设计 2.1功能分解与工艺动作分解 1)功能分解 为了实现蜂窝煤冲压成型的总功能,将功能分解
9、为:加料功能、冲压成型功能、脱模功能、扫屑功能、工作盘间歇运动功能、输送功能。2)工艺动作过程要实现上述分功能,有下列工艺动作过程:1)煤粉加料:这一动作可利用煤粉的重力打开料斗自动加料;2)冲头将蜂窝煤冲压成型: 冲头上下往复运动,可在冲头行程的二分之一进行冲压成型;3)脱模:要求卸煤杆上下往复移动,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、卸煤杆向上移动过程中用扫屑刷将煤粉扫除;5)工作盘间歇运动: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,重点考虑冲压和脱
10、模机构、扫屑机构和工作盘间歇转动机构这三个机构的选型和设计问题。 2.2 执行机构方案选择与分析2.2.1 概念设计根据冲头和脱模盘、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,这一表格又称为的形态学矩阵。表1三执行机构的形态学矩阵冲头和卸煤杆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滑块摇杆机构附加滑块机构固定移动凸轮移动从动件机构工作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2.2.2 方案选择1) 冲头冲压机构的方案选择冲压机构的主要运动要求:主动件作回转运动,从动件(执行构件)作直线往复运动,机构有较好的动力特性。根据功能要求,
11、考虑功能参数(如生产率、生产阻力、行程等)及约束条件,可以构思出如下能满足从动件(执行构件)作直线往复运动的一系列运动方案。冲压机构运动方案1和2冲压机构运动方案3和4冲压机构运动方案5和6冲压机构运动方案7和8冲压机构运动方案9和10图3表2冲压机构部分运动方案定性分析方 案 号 主 要 性 能 特 征 功 能 功 能 质 量 经 济 适 用 性 运动变换 增力 加压时间 一级传动角 二级传动角 工作平稳性 磨损与变形 效率 复杂性 加工装配难度 成本 运动尺寸 满足 无 较短 较小 - 一般 一般 高 简单 易 低 最小 满足 无 长 小 - 有冲击 剧烈 较高 简单 较难 一般 较小 满
12、足 弱 较长 小 大 较平稳 一般 高 复杂 最难 较高 大 满足 强 短 较大 - 平稳 强 低 最复杂 最难 较高 较大 满足 强 较长 小 较大 一般 一般 高 较简单 易 低 最大 满足 较强 较短 最大 较大 一般 一般 高 较简单 较难 低 较大 满足 较强 较长 大 很大 一般 一般 高 较简单 易 低 较大 满足 较强 较长 较大 大 一般 一般 高 较简单 易 低 较大 9满足强较长较大较大一般一般高较简单易低较大10满足弱长较大较大一般剧烈较高复杂较难较高较大注:加压时间是指在相同施压距离内,下压模移动所用的时间,越长则越有利。一级传动角指四杆机构的传动角;二级传动角指六杆
13、机构中后一级四杆机构的传动角。评价项目应因机构功能不同而有所不同。对以上方案初步分析如表2。从表中的分析结果不难看出,方案1,2,3,4,10的性能明显较差;方案6尚可行,方案5,7,8,10有较好综合性能,且各有特点,这四个方案可作为被选方案,待运动设计,运动分析和动力分析后,通过定量评价选出最优方案。2) 扫屑刷机构的方案选择图(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卸煤杆底上的粉煤屑。图(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卸煤杆底上的粉煤屑。3) 工作盘间歇运动机构的方案选择间歇运动机构可采用槽轮机构、凸轮式间
14、歇运动机构、不完全齿轮机构。(1) 槽轮机构槽轮机构由具有圆柱销的主动销轮、具有直槽的从动槽轮及机架组成。从动槽轮实际上是由多个径向导槽所组成的构件,各个导槽依次间歇地工作。槽轮机构主要分为传递平行轴运动的平面槽轮机构和传递相交轴运动的空间槽轮机构两大类。平面槽轮机构平面槽轮机构又分为外槽轮机构和内槽轮机构。上述两种槽轮机构都用于传递平行轴运动。与外槽轮机构相比,内槽轮机构传动较平稳、停歇时间较短、所占空间小。槽轮机构能准确控制转角、工作可靠、机械效率高,工作平稳性较好,但其槽轮机构动程不可调节、转角不可太小,销轮和槽轮的主从动关系不能互换、起停有冲击。槽轮机构的结构要比棘轮机构复杂,加工精度
15、要求较高,因此制造成本上升。空间槽轮机构球面槽轮机构是一种典型的空间槽轮机构,用于传递两垂直相交轴的间歇运动机构。其从动槽轮是半球形,主动构件的轴线与销的轴线都通过球心。当主动构件连续转动时,球面槽轮得到间歇运动。空间槽轮机构结构比较复杂,设计和制造难度较大。(2) 凸轮式间歇运动机构凸轮式间歇运动机构由主动凸轮、从动转盘和机架组成,以主动凸轮带动从动转盘完成间歇运动。一般有两种形式:圆柱凸轮间歇运动机构和蜗杆凸轮间歇运动机构。圆柱凸轮间歇运动机构在圆柱凸轮间歇运动机构中,主动凸轮的圆柱面上有一条两端开口、不闭合的曲线沟槽。当凸轮连续地转动时,通过圆柱销带动从动转盘实现间歇转动。凸轮式间歇运动
16、机构的特点槽轮机构,由于它们的结构、运动和动力条件的限制,一般只能用于低速场合;而凸轮式间歇运动机构则可以通过适当选择从动件的运动规律和合理设计凸轮的轮廓曲线,可减小动载荷和避免刚性与柔性冲击,可适用于高速运转的场合。凸轮式间歇运动机构运转可靠、转位精确、无需专门的定位装置,但凸轮式间歇运动机构精度要求较高、加工比较复杂、安装调整比较困难。蜗杆凸轮间歇运动机构在蜗杆凸轮间歇运动机构中主动凸轮上有一条突脊犹如蜗杆,从动转盘的圆柱面上均匀分布有圆柱销就像蜗轮的齿。当蜗杆凸轮转动时,将通过转盘上的圆柱销推动从动转盘作间歇运动(3)不完全齿轮机构不完全齿轮机构由主动轮、从动轮和机架组成。不完全齿轮机构
17、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,在从动轮停歇期间,用来防止从动轮游动,并起定位作用。不完全齿轮机构的类型有:外啮合式、内啮合式。外啮合式不完全齿轮机构两轮转向相反。内啮合式不完全齿轮机构两轮转向相同。不完全齿轮机构的特点:不完全齿轮机构从动轮运动的角度变化范围较大,设计较灵活,易实现一个周期中的多次动、停时间不等的间歇运动。但加工复杂,主、从动轮不能互换,在进入和退出啮合时速度有突变,引起刚性冲击,不宜用
18、于高速传动。通过对间歇运动机构:槽轮机构、凸轮式间歇运动机构、不完全齿轮机构的定性分析,不完全齿轮机构和槽轮机构可更适合用于该设计。2.2.3 机械运动方案的选定和评价机器中各工作机构都可按前述方法构思出来,并进行评价,从中选出最佳的方案。将这些机构有机地组合起来,形成一个运动和动作协调配合的机构系统。为使各执行构件的运动、动作在时间上相互协调配合,各机构的原动件通常由同一构件(分配轴)统一控制。实现蜂窝煤成型机设计要求的机构组合方案的确定,可根据上述各个执行机构提供的各个机构方案列出形态学矩阵,得出许多种方案。现在,根据给定条件、各机构的相容性和尽量使机构简单等要求来选择方案。由此可选定两个
19、结构比较简单的方案。方案:冲压机构为对心曲柄滑块机构、工作转盘为槽轮机构、扫屑机构为固定凸轮移动从动件机构。方案:冲压机构为偏置曲柄滑块机构、工作转盘为不完全齿轮机构、扫屑机构为附加滑块摇杆机构。两个方案我们可以用模糊综合评价方法来进行评估优选,这里从略。最后选择方案为冲压式蜂窝煤成型机的机械运动方案。三、机械传动系统的传动比和变速机构拟定机械传动系统,根据设计要求采用:电动机V带传动二级圆柱齿轮减速器传动齿轮传动各执行机构。确定电动机型号、传动装置的总传动比和分配各级传动比。四、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方案示意图。图4所
20、示为三个执行机构组合部分的运动方案示意简图。再加上机械传动系统(电机-带传动-二级齿轮传动)、加料机构和输送机构,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。五、对机械传动系统和执行机构进行尺寸计算为了实现具体的移动要求,对带传动、齿轮传动、曲柄滑块机构(冲压机构)、槽轮机构(工作转盘间歇运动机构)和扫屑凸轮机构进行运动学计算。1、带传动计算(略,)。2、齿轮传动计算合理选取各对齿轮的齿数及模数,计算齿轮机构几何尺寸。3、曲柄滑块机构计算已知冲压式蜂窝煤成型机的滑梁行程s=300mm,曲柄与连杆长度比,即连杆系数为0.175,
21、则曲柄半径为:R=/2=150mm连杆长度为:L=R/=955.41mm 因此,不难求出曲柄滑块机构中滑梁(滑块)的速度和加速度变化。4、间歇运动机构现以槽轮机构计算为例:1)槽数Z 按工位要求选定为5。2)中心距 按结构情况确定=300mm。3)圆销半径r 按结构情况确定r=30mm。4)槽轮每次转位时主动件的转角22=180(1-2/z)=1085)槽间角2 2= 360/z=72 6)主动件圆销中心半径R1 R1=sin=176.3356mm7)R1与的比值 =R1/8)槽轮外圆半径R2 9)槽轮槽深h 10)运动系数k k=(z-2)/2z=1/3(n=1,n为圆销数)5、扫屑凸轮机构
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