蜂窝煤成型机的设计

1
4
A1
5
6 7
图 1-1
8
机器执行构件的运动图
作往复直线运动（A1）;工作盘 2 上有五个模孔，I 为上料工位，Ⅲ为成型工位，Ⅳ为 卸料工位，做间歇回转运动（A2） ；上料器 3 作连续回转运动（A3） ；将型煤运出的传送 带做匀速直线运动（A4） ；冲头每次退出工作盘后，扫煤杆在冲头下面扫过，作清除煤 屑的扫煤运动（A5） 。 A1 的运动参数取决于生产率，取 n1 72r / min 。考虑到料煤高度与型煤高度之比 （压缩比）为 2:1，工作盘高 H 2h 150mm 。为使工作盘转位速度不致太高，取 压头在工作盘内和工作盘外的位移相等，即冲头的行程为 H1 2h 300mm 。 A2 运动应与 A1 协调配合，工作盘转位时，压头必须在工作盘外，其运动参数
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 1-4 所示， 列出了机构的主要构件。
图 1-4
Z13
A3
A4 Z10 Z4 Z9 Z11
Z12
Z3
图 1-8 主传动机构
考虑到主体机构与辅助机构应同步，固取 z9 = z10 =20。传送皮带需从工作台下通过， 寸寸受限制，取主动带轮直径D=200mm，则带轮转速：
n4
v4 60 0.24 60 23r/mm D 0.2
机械原理课程设计
----冲压式蜂窝煤成型机机构
1、产品简介 ...........................................4 2、 工作原理.............................................4 3、机器的运动方案的分析与选择
3.1、设计基本要求........................................5 3.2、 原动机的选择.........................................5 3.3、主传动运动方案分析..................................6 3.4、扫屑机构运动方案分析................................8
图 1-2 生产阻力曲线
３、机器的运动方案分析及选择
3、1 1） 2） 3） 4） 设计基本要求 h 100(mm) 75(mm) 生产率为每 设计蜂窝煤成型机构，型煤尺寸为 × 分钟 72 个； 冲压成型时的生产阻力达到 50000N； 为改善蜂窝煤成型机的质量，希望在冲压后有一短暂的保压时间； 由于冲头要产生较大压力，希望冲压机构具有增力功能，以增大有效力作用，
方案Ⅰ
方案Ⅱ：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 1-5。
图 1-5
方案Ⅱ
1） 、绘制传动方案简图 结合功能框图的传动路线，考虑到机构和轴线的配置以及一些其他功能，即可绘出 机器的两种运动方案图。 2） 、方案Ⅰ、方案Ⅱ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）的第一章的表 1-2、表 1-3 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Ⅱ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Ⅱ作为机器的运动方案。 3） 、扫屑机构运动方案分析
减小原动机的功率。 3、2 原动机的选择 原动机做匀速转动，驱动各执行构件动作，其中扫煤运动 A5 可考虑直接用滑块做 主运动，以保证运动协调配合。由于采用集中驱动，有电动机到 A1 原动件的主传动链 总传动比为:
i总
n电 1440 20 n1 72
再考虑到同类机器的参数，在此选用异步电动机集中驱动，取:
A3
其中：Z1=19 Z3=22
Z2=76 Z4=110
Z8
Z2 Z6 Z5
Z3 Z1
Z7
图 1-7 一级减速机构
如图 1-7 所示，由上料器的转速 n3 动比：
' i总
120r / min 可知：则电动机至上料机的总传
因此可取：
n电 12 i1 i3 n3
z6 i3 z5 3 21 63
Z4
其中：Z5=21 Z7=22
Z6=63 Z8=110
A3 ， n1=72r/mm
Z2
Z3
A电
图 1-7 二级减速机构
Z1
由于冲头和工作盘的运动平面相互垂直，主体机构的主动件（曲柄）和辅助转位机构 的主动件（不完全齿轮）的轴线相互垂直，因此，配置了圆锥齿轮传动 z9 、 z10 ,如 图1-8所示。
2、工作原理
利用带冲针 6 的冲头 4 往复运动，将位于工作盘 2 模孔中的混合料压实成型。冲针 6 刚性固结于冲头，用以穿孔。压板 8 以弹簧 7 与滑块 1 相连，通过弹簧压缩时所产生 的弹簧力将型煤压实。为了提高生产率，将机器作成多工位的，把上料、成型、卸煤等 工序集中在一台机器上连续完成。 机器执行构件的运动图如图 1-1 所示。 滑块 1 上装有冲孔压实压头 4 和卸煤推杆 5，
r 79.3 40 ~ 50 l
图 1-9 主体机构简图
满足传力性能要求。 4.3、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： H min、H max 应该满足关系式：
va
n1 0.2 72 0.2 0.24m/s 60 60
H Fr Frmax
H1
A5 运动为平面复杂运动，要保证冲头往复 运动一次，扫煤杆在冲头下往复扫过一次，且 不与其他构件相碰 (具体要求见主体机构设计 部分)。由于型煤是利用弹簧压实，故生产阻力 Fr 与弹簧压缩量成正比，生产阻力曲线见图 1-2，Frmax=5000N。
H max H min φ 煤 75mm
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 i 20 ，原动 机的转速为 1440r/min，可计算出：
n齿轮
n电 1440 72r/min i 20
Ⅳ
A1 A2
A电
Ⅰ
Ⅱ
A3
Ⅱ
A5
A4
Ⅰ
Ⅲ
图 1-3 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 1 所示：
表 1 型煤及形态学矩阵
Ⅰ
带传动机构
链传动机构
齿轮传动机构
Ⅱ
带传动机构
链传动机构 移动从动件凸轮机 构 不完全齿轮机构
齿轮传动机构
曲柄滑块机构
四杆机构
槽轮机构
棘轮机构
n2 n1 72r / min
其运动系数τ应小于 0.5。综合考虑各运动的关系,暂取工作盘转位时的运动系数 τ=160/360＝0.444。 A3 的 运 动 参 数 参 考 现 有 机 器 取 n3=120r/min。 A4 运动的传送带速度要保证前一块煤运走 S 后，后一块煤才能卸落在传送带上。设煤块的 间 距 为 2 ф =0.2m ， 则 传 送 带 速 度 为
运动有曲柄轴通过齿轮机构传来，则：
i4
即取
n1 z 12 n4 z11
z11 23
z12 72
4.2、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：
r
H1 150mm 2
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：
方案Ⅰ：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Ⅱ：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Ⅰ
方案Ⅱ
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Ⅱ为冲压式蜂 窝煤成型机的扫屑机构的运动方案。
1、产品简介 本设计题目是蜂窝煤成型机构，设计的最初想法来源于自己以往的亲身经历。以往 的许多制造煤块的机构存在着许多避之不及的缺陷，即有些机构制造出的煤块不够敦 实，放干后有一些裂纹；有些机构造出的煤块经常出现孔内坍塌现象；有些机构在工作 是会出现许多不能及时清理的煤屑，造成工作环境的相对恶劣，等等。本设计的诞生不 仅克服了许多造煤块机构难以克服的缺陷， 还在机械传动的能耗以及电动机选择上做了 优化，很大程度上做到了美化环境及节约有限能源。本设计考虑到各组成机构的可行性 与合理性，选择了两种运动方案：一是机构拥有了带传动结构简单、传动平稳、具有过 载保护作用，槽轮机构结构简单，工作可靠等特性，二是有了齿轮传动结构紧密，寿命 长，效率高等优点。本设计的许多地方牵涉到了机械传动以及齿轮传动的知识，进一步 验证和细化了专业理论知识，是我们对本专业的发展方向有了更清楚的认识。 另外，本机构安全、实用的思想设计而出，市场前景广阔，适用范围比较广泛，既 可以用于大中型公司或企业批量生产，又可用于小型部门的连续生产，造出的煤块很大 程度上的得到了市场和广大用户的肯定。
n电 1440r/min
3、3 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 1-3。
4、机构系统的尺寸设计
4.1、传动机构的运动尺寸设计： 主传动机构的总传动比 i 总=20，采用两级减速，根据传动比分配“前小后大”的 原则，i 总=i1×i2=4×5,则 z1 可取 19， z2 i1 z1 4 z8 ， z8 取 22，
z4 i2 z3 5 22 110 .如下图 1-6 所示：
4、机构系统的运动Hale Waihona Puke Baidu寸设计
4.1、传动机构的运动尺寸设计..............................9 4.2、 主体机构的运动尺寸设计..............................12 4.3、 扫煤机构的运动尺寸设计..............................12 4.4、工作盘转动机构的运动尺寸设计.......................13
o
B
r
则两杆长度：
r 1 1 ~ l 4 6
l 4 ~ 6 r 4 ~ 6 150 600 ~ 900 mm
考虑到机器的整体高度，取 l 800mm ， 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：
A
o'
rmin cos1
5、 主体机构运动线图....................................13 6、 机器运动简图........................................14 7、 自我感想............................................16 8、 参考书目............................................16