机械原理课程设计讲义

蜂窝煤成型机设计任务书1．工作原理及工艺动作过程冲压式蜂窝煤成型机是我国城镇蜂窝煤生产厂的主要生产设备。

它将粉煤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五个动作：1) 粉煤加料；2) 冲头将蜂窝煤冲压成型；3) 清除冲头和出煤盘的积屑的扫屑运动；4) 将在模筒内的冲压后的蜂窝煤脱模；5) 将冲压成型的蜂窝煤输送装箱。

2．原始数据及设计要求1）蜂窝煤成型机的生产能力：30次/分钟；（33、36、40、43、46、50、53、56、60、63、66、70、73次/分钟，14组数据，4人一组。

根据分组情况写出各自的数据。

）型煤尺寸：φ×h=100×75mm2）冲压成型时的生产阻力达到5000N；3）为了改善蜂窝煤冲压成型的质量，希望在冲压后有一短暂的保压时间。

4）由于冲头要产生较大压力，希望冲压机构具有增力功能，以增大有效作用，减小原动机的功率。

3．设计方案提示冲压蜂窝煤成型机应考虑三个机构的选型和设计：冲压和脱模机构、扫屑机构和模筒转盘的间歇运动机构。

冲压和脱模机构可采用对心曲柄滑块机构、偏置曲柄滑块机构、六杆冲压机构；扫屑机构可采用附加滑块摇杆机构、固定移动凸轮—移动从动件机构；模筒转盘间歇运动机构可采用槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮间歇式间歇运动机构。

为了减小机器的速度波动和选择较小功率的驱动电机，可以附加飞轮。

4．设计任务1）按工艺动作要求拟定运动循环图。

2）进行冲压脱模机构、扫屑刷机构、模筒转盘间歇运动机构的选型。

3）机构运动方案的评定和选择。

4）进行飞轮设计。

5）按选定的电动机和执行机构运动参数拟定机构传动方案。

6）画出机构运动方案简图。

7）对传动机构和执行机构进行运动尺寸计算。

课程设计内容课程设计封面：按学院统一格式设计任务书：内容包括设计课题名称、工艺及工艺运动简介、原始参数和设计要求以及具体设计任务内容和进度要求等。

按老师给定的任务书写，也可参见邹慧君“手册”P259，参数各不相同）目录绪论：简述本课程设计目的、意义，简述蜂窝煤成型机的市场前景、工作原理，配工作原理图。

1．执行系统的方案设计1．1 工艺动作分解1．2 运动循环图：确定运动循环周期、确定各执行构件的循环组成段、进行各执行构件的协调设计、初步绘制运动循环图。

注意循环图的三种形式，圆周式、直线式、坐标式。

最好用坐标式画出运动循环图。

1．3 执行机构的选择（充分发散）：可以列表，可用形态学矩阵，也可画基本机构的运动形式变换图2．确定原动机的类型及其运动参数：可查阅申永胜主编的教材及邹慧君主编的手册等，电动机的规格可查手册P266-268，功率范围为5.5kW-11kW，同步转速750、1000、1500、3000 r/min为宜，（自选，各不相同）3．传动系统的方案设计（抓两头，找中间）3．1 功能框图3．2 形态学矩阵3．3 传动系统方案示意图和评定4．机构系统的运动尺寸设计（列表计算，共三栏：设计内容、计算及说明、结果与结论）4．1 传动机构的运动尺寸设计4．2 主体机构的运动尺寸设计4．3 扫煤机构的运动尺寸设计4．4 工作盘转位机构的运动尺寸设计（可用槽轮机构）5．机械运动简图（一句话，见××图）6．飞轮设计（列表计算）7．确定电动机的功率（参阅邹慧君“手册”P239）8．曲柄滑块机构的运动分析与力分析（用CAD软件包计算，画出运动线图和等效力矩曲线图）9．设计自我评述：是设计者对自我设计成果的评价和总结。

除肯定成绩、说明设计分析结论、找出缺陷和提出修改完善意见外，还应简单整理自己的心得体会并提出对教学工作的建议等。

参考文献[1] 申永胜 . 机械原理教程 [M] 北京：清华大学出版社 2006[2] 邹慧君 . 机械原理课程设计手册 [M] 北京：高等教育出版社 1998[3] 张春林，曲继方，张美麟 . 机械创新设计 [M] 北京：机械工业出版社 1999[4] 张永安，徐锦康，王超英 . 机械原理课程设计指导 [M] 北京：高等教育出版社 1995[5] 吴克坚，于晓红，钱瑞明 . 机械设计 [M] 北京：高等教育出版社 2003教师评语（注意格式，共三栏：指导教师评语、签名、成绩评定）封底蜂窝煤成型机的创新设计1．蜂窝煤成型机的功能蜂窝煤成型机必须完成以下动作：1）煤粉的输送及往模型腔中加料；2）冲压成型；3）清除冲头及出煤盘上的煤矿屑；4）把成型的蜂窝煤从模具中脱出；5）输送蜂窝煤。

2．技术原理为满足蜂窝煤成型机的设计要求，把实现功能目标的要求限定在机构手段。

这样，把蜂窝煤成型机的工艺动作分解如下：1）冲压机构完成冲压蜂窝煤的动作并可短暂保压；2）间歇性运动机构完成带有周向圆孔的出煤盘的间歇性转动；3）扫屑机构完成清扫冲头及出煤矿盘；4）脱模机构完成把蜂窝煤从模具中托出的动作；5）减速传动机构调解适当的冲压速度。

表1列举了完成各工艺动作的对应简单机构，把各机构进行组合后，机械运动方案的数目为：N=3×3×3×3=81根据蜂窝煤成型机要求性能良好、结构简单、操作容易、经久耐用、维修方便、成本低廉的特点，其机械系统由曲柄滑块机构（冲压机构）、槽轮机构（分度机构）、移动凸轮机构（扫屑机构）以及带传动+齿轮机构组成（减速机构）。

机构图如图1所示。

为增加冲头的刚度，采用对称的两套冲压机构。

图1蜂窝煤成型机机构组成图3．运动循环图蜂窝煤成型机中的各机构的动作具有严格的顺序，其运动循环图如图2所示。

循环图中，以冲压机构为主机构。

横坐标为曲柄轴的位置，纵坐标表示各执行机构的位置。

冲压过程分为冲程和回程，带有模孔的转盘工作行程在冲头回程的后半段和冲程的前半段完成，使间歇转动在冲压之前完成。

扫屑运动在冲头回程的后半段和冲程的前半段完成。

4．机构系统运动方案的构思把减速传动机构、冲压机构、分度机构和扫屑机构的运动协调起来，可按机构组合原理进行。

各分支机构的连接框图如下图所示。

电动机驱动带轮机构，带轮机构驱动齿轮机；齿轮机构分别驱动冲压曲柄滑块机构和分度槽轮机构；冲压机构的冲头驱动扫屑凸轮机构。

机构系统运动简图如右下图所示。

该机构中的凸轮扫屑机构采用了移动式的反凸轮机构。

在冲头回程（上行）时，其端部长形毛刷清扫和脱模头。

为表达清楚，图中把凸轮扫屑机构转过90度。

图2蜂窝煤成型机运动循环5．方案分析利用表1所给出的简单机构组合，可有81种成型机方案。

该方案采用了简单机构的巧妙组合，设计出结构简单、性能可靠、成本低廉、经久耐用、维修容易且操作方便的蜂窝煤成型机，并占领了很大的市场。

该机构的创新之处在于用常用简单机构组成一个能完成既定动作、效果良好的机械运动方案。

可见方案的创新设计在机械工程中具有非常重要的地位。

机构创新设计不一定限于高科技领域，在机构工程中，利用简单机构的各种组合而创新设计实用机构的例子很多。

如把蜂窝煤成型机中的分度槽轮机构用机、电、液一体化的分度机构代替，虽然提高了分度精度，但是增加了整机造价。

这显然不符合市场的需求。

机构原理课程设计基本要求和注意事项1．为了防止互相拷贝，全部采用手工绘图及书写。

设计说明书不得用铅笔或除蓝、黑以外的其它彩色笔书写，一般用16开纸并加上封面装订成册，封面格式采用学校课程设计统一封面。

2．凡用图纸绘出的图形，在说明书中可不必绘出，但需说明（如：见图××），其余图形均应绘出。

（槽轮和运动简图需用图纸绘出图形，不必画在说明书中。

）3．计算部分的书写，必须绘出相应的计算简图或机构简图，先列出计算式，再代入各文字符号的数值，最后写出计算结果（标明单位，注意单位的统一，并且写法应一致）。

4．采用子程序进行机构分析时，应绘出机构简图，选择参考坐标，将构件及关键点编号，附上计算机打印的自编主程序和计算结果及线图，对所得曲线进行分析，并得出简短的结论。

同时还要求对机构的任意一个位置进行图解法分析，比较两者所得的结果。

5．每人准备一个档案袋。

最后将绘制的图纸按制图要求进行折叠，和已编写好的设计说明书一起装入档案袋内。

另外，编写说明书的注意事项，请参阅邹慧君主编《机构原理课程设计手册》P253。

设计方法：主动查阅、独立思考、精心选编、适当创新。

设计举例（格式可供参考，内容各不相同）题目：设计蜂窝煤成型机机构，型煤尺寸φ×h=100（mm）×75(mm)，生产率为每分钟72件。

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模孔中的混和料压实成型（见图1）。

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相联，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。

2、确定执行构件的运动及其相互协调配合关系机器执行构件的运动如图1图示。

滑块1上装有冲孔压实压头4和卸煤推杆5，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，作间歇回转运动（A2）；上料器3作连续回转运动（A3）；将型煤运出的传送带作匀速直线运动（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）。

为简化起见，后两个运动在图中暂未表示。

A 1的运动参数取决于生产率，取n1=72str/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。

A 2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n2=n1=72件/分钟（即转盘转速为72/5=14.4r/min，5指槽轮的槽数），其运动系数τ应小于0.5。

A1与A2的相互协调配合关系可用以曲柄转角为参考坐标的圆形循环图（见图2）表示，（可查邹慧君“手册”P18-35,要求画出坐标式的运动循环图），暂取工作盘转位时的运动系数τ=160°/360°= 0.444。

A 3的运动参数参考现有机器取n3=120r/min。

A 4运动的传送带速度要保证前一块煤运走后，后一块煤才能卸落在传送带上。

设煤图1 型煤机执行构件运动示意图图2 型煤机运动循环图块的间距为2φ=0.2m ，则传送带速度为24.0602.072602.014=⨯=⨯=n v m/sA 5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，且不与其它构件相碰。

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F r 与弹簧的压缩量成正比，生产阻力曲线见图1，F rmax =5000N 。