机械原理课程设计

机械原理课程设计说明书
设计题目：
指导老师：哈丽毕努
设计者：马忠福
所属院系：新疆大学机械工程学院专业：机械工程及自动化
班级：机械 10-7 班
完成日期： 2014年7月
新疆大学
《机械原理课程设计》任务书
班级: 机械姓名: 马忠福
课程设计题目: 冲压式蜂窝煤成型机
课程设计完成内容:
设计说明书一份(主要包括:运动方案设计、方案的决策与尺度综合、必要的机构运动分析和相关的机构运动简图)
发题日期: 2014 年 6 月 15 日
完成日期: 2014 年 7 月 25 日
指导教师: 哈利比努
目录
一、蜂窝煤的功能和设计要求 (1)
二、工作原理和工艺动作分解 (2)
三、根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图 (2)
四、执行机构的选型 (3)
五、机械运动方案的选定和评价 (4)
六、机械传动系统的传动比和变速机构 (5)
七、画出机械运动方案简图 (5)
八、对机械传动系统和执行机构进行尺寸计算 (6)
1、带传动计算： (6)
2、齿轮传动计算 (6)
3、曲柄滑块机构计算 (6)
4、槽轮机构计算 (7)
5、扫屑凸轮计算 (7)
九、机械方案运动简图 (8)
十、参考文献 (9)
一、蜂窝煤的功能和设计要求
冲压式蜂窝煤成型机是我国城镇峰窝煤（通常又称煤饼）生产厂的主要生产设备，这种设备由于具有结构合理、质量可靠、成型性能好、经久而用、维修方便等优点而被广泛采用。

冲压式蜂窝煤成型机的功能是将粉煤加入转盘的模简内，经冲头冲压成峰窝煤。

为了实现蜂窝煤冲压成型，冲压式蜂窝煤成型机必须完成五个动作：
(1)粉煤加料；
(2)冲头将蜂窝煤压制成型；
(3)清除冲头和出煤盘的积屑的扫屑运动；
(4)将在模简内的冲压后的蜂窝煤脱模；
(5)将冲压成型的蜂窝煤输送。

图1.1冲头、脱模盘、扫屑刷、模筒转盘位置示意图
冲压式蜂窝煤成型机的设计要求和参数有：
(1)蜂窝煤成型机的生产能力：30次/min；
(2)驱动电机：Y180L-8，功率N=111KW；转速n=710r/min;
(3)机械运动方案应力求简单；
(4)图1.1表示冲头、脱模盘、扫屑刷、模筒转盘的相互位置情况。

实际上冲头和脱模盘都与上下移动的滑梁连成一体，当滑梁下冲时将粉煤冲压成蜂窝煤，脱模盘将以压成的蜂窝煤脱模。

在滑梁上升过程中扫屑刷将冲头和脱模盘刷除粘着粉煤，模筒转盘上均布了模筒，转盘的间歇机构使加料的模筒进入冲压位置、成型的模筒进入脱模位置、空模筒进入加料位置。

(5)为了改善蜂窝煤冲压成型的质量，希望冲压机构在冲压后有一保压时间。

(6)由于冲头压力较大，希望冲压机构具有增力功能，以增大有效作用，减小原动机的功率。

二、工作原理和工艺动作分解
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。

三、根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图
对于冲压式蜂窝煤成型机运动循环图主要是确定冲压和脱模盘、扫屑刷、模筒转盘三个执行构件的先后顺序、相位，以利对各执行机构的设计、装配和调试。

冲压式蜂窝煤成型机的冲压机构为主机构，以它的主动件的零位角为横坐标的起点，纵坐标表示各执行构件的位移起止位置。

图2表示冲压式蜂窝煤成型机三个执行机构的运动循环图。

冲头和脱模盘都由工作行程和回程两部分组成。

模筒转盘的工作行程在冲头的回程后半段和工作行程的前半段完成，使间歇转动在冲压以前完成。

扫屑刷要求在冲头回程后半段至工作行程的前半段完成扫屑运动。

四、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1 三执行机构的形态学矩阵
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OB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。

五、机械运动方案的选定和评价
根据表1所示的三个执行机构形态学矩阵，可以求出冲压式蜂窝煤成型机的机械运动方案数为：
N=3×2×3＝18
现在，我们可以给定条件、各机构的相容性和尽量使机构简单等等要求来选择方案。

由此可选定两个结构比较简单的方案：
方案Ⅰ：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。

方案Ⅱ：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。

机械运动方案的拟定，最终要求通过分析比较提供最佳方案。

一个方案的优劣只有通过系统综合评价来确定。

从机构和机械运动方案的选择和评价要求看，主要应满足五个方面的性能指标，具体见表2。

表2 机械运动方案的评价指标
根据结构比较简单的条件，选择方案Ⅰ。

六、机械传动系统的传动比和变速机构
根据选定的驱动电机转速和冲压式蜂窝煤成型机的生产能力。

它们的机械传动系统的总传动比为：
=710/30=23.67
i
总
机械传动系统的第一级采用带传动，其传动比为4.866，第二级采用齿轮传动，其传动比为5。

七、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示意图。

其中三个执行机构部分也可以称为机械运动方案示意简图。

如图4所示，其中包括了机械传动系统、三个执行机构的组合。

图4 机械传动系统、三个执行机构的组合
如果再加上加料机构和输送机构，那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总体设计。

八、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，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、带传动计算：
2、齿轮传动计算
取Z1=22，Z2＝i×22＝5×22＝110。

按钢制齿轮计算，取模数m=5mm.。

则d1＝Z1m＝110 mm. d2＝Z2m＝550 mm.
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λ＝0.175，则曲柄半径为：
R=δ/2=150mm
连杆长度为：L=R/λ=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、槽轮机构计算
1）槽数Z 按工位要求选定为6。

2）中心距α按结构情况确定α=300mm。

3）圆销半径r 按结构情况确定r=30mm。

4）槽间角2β 2β= 360/z=60°
5）槽轮每次转位时主动件的转角2α 2α=180（1-2/z)=120°6）主动件圆销中心半径R1 R1=αsinβ=150mm
7）R1与α的比值λλ=R1/α=sinβ=0.5
8）槽轮外圆半径R2 R2=
9）槽轮槽深h 取h=80mm。

10）运动系数k k=(z-2)/2z=1/3(n=1,n为圆销数)
5、扫屑凸轮计算
三脚劈宽度差d=300mm，高度h应大于横梁行程s，取h=350mm
九、机械方案运动简图
十、参考文献
《机械创新设计》《机械原理》《机械装备设计》。