蜂窝煤成型机课程设计

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）：Ø 180×100；

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

（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。

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。

①加料：可以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，在冲头行程的三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：已完成冲压、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，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

方案2

方案3

方案5

方案6

方案8

方案9

方案10

方案11

方案12

方案13

方案14

方案15

方案16

方案17

方案18

方案19

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

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

方案1 槽轮机构

方案2 外啮合棘轮机构

方案3 摩擦式棘轮机构

方案4 外啮合不完全齿轮机构

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

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

方案3 固定凸轮移动滑块从动件机构

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:

冲压机构为凸轮-连杆机构

模筒转盘为圆柱凸轮间歇运动机构

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，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：