蜂窝煤自动成型机的设计

蜂窝煤自动成型机的设计(下)
5.1.3不完全齿轮、齿条的齿数设计
机械中尤其是自动机械中，常要求某些执行构件实现周期性时动时停的间歇运动。

如牛头刨床的工件进给运动，机械加工成品或工件输送运动，以及各种机器工作台的转位运动等。

能够实现这类动作的机构称为间歇运动机构。

不同用途的间歇运动机构有不同的工艺要求，其设计要求也有不同的侧重，同时，各类间歇运动机构又具有不同的性能，设计时应根据具体要求和应用场合，合理选用。

在设计过程中滑体间歇运动机构我们选用了不完全齿轮机构
①原理：不完全齿轮机构是从一般的渐开线齿轮机构演变而来，与一般齿轮机构相比，最大区别在于齿轮的轮齿未布满整个圆周。

主动轮上有一个或几个轮齿，其余部分为外凸锁止弧，从动轮上有与主动轮轮齿相应的齿间和内凹锁止弧相间布置。

不完全齿轮机构的主要形式有外啮合与内啮合两种形式。

本设计采用的是外齿合形式。

②齿数计算：如图所示：
本设计设计的压紧与顶出的行程分别为188mm,125mm。

由公式
L=π×m×z+△
计算得出压紧与顶出齿数分别设为12齿和8齿，且分别留有个半齿以保证其强度。

其齿合形式如图5.2所示：
图5.2 不完全齿轮和齿条配合的PO/E模型图
图5.3 压紧齿轮的PO/E模型图
图5.4 齿条的PO/E模型图
5．5 轴Ⅰ的PO/E的模型图
图5.6 全齿轮的PO/E模型图
图5.7 齿条槽的PO/E模型图
5.8 压紧与顶出装置的装配图PO/E模型图1
5.9 压紧与顶出装置的装配图PO/E模型图2
5.2新型蜂窝煤机插针部分的传动设计和结构设计
本设计同样采用不完全齿轮和齿条的配合来实现插针和拔针的机构运动。

不完全齿轮机构的优点是设计灵活，从动轮的运动角范围大，很容易实现一个周期中的多次动、停时间不等的间歇运动。

缺点是加工复杂；在进入和退出啮合时速度有突变，引起刚性冲击，不宜用于高速传动；主、从动轮不能互换。

不完全齿轮机构常用于多工位.多工序的自动机械或生产线上，实现工作台的间歇转位和进给运动等。

图5.10 现有蜂窝煤机工作台间歇转位机构示意图
图示5.10为现有蜂窝煤压制机工作台五个工位的间歇转位机构示意图。

该机构完成煤粉的装填.压制.退煤等五个动作，因此每转1/5周需要停歇一次。

齿轮3是不完全齿轮，当它作连续转动时，通过齿轮6使工作台7（其外周是一个大齿圈）获得预期的间歇运动。

此外，为使工作比较平稳，在齿轮3和齿轮6上添加了一对启动用的附加板4和5，还添加了凸形和凹形的圆弧板，以便起锁止弧的作用。

5.2.1新型蜂窝煤机插针部分的原理设计
下图即是新型蜂窝煤机的插针机构的原理示意图，它通过不完全齿轮和齿条的配合实现插针动作的完成，齿轮是四分之一的不完全齿轮，在压紧后的的四分之一时间等待后，齿条和齿轮再次黏合对压紧的煤饼进行脱模。

本设计最大的特点是在煤粉加入模筒后插入插针，然后再对煤粉进行压紧，弥补了现有的先压紧而后冲孔的缺陷。

图5.11 插针装置结构图
意义：由于插针是从下面插进模筒，减少了机构的稳定重力，由于是先插针后压紧，减少了插针的磨损，这样的设计使结构简单但更加紧凑、耐磨损、噪声低、能耗少、效率高，更有益的是减轻了机器的重量接近一半，节约了大量钢材能源和设计难度。

下图即为插针装置的模型图。

5.3新型蜂窝煤机滑块移动部分设计
5.3.1原理示意图
图5.12 1-模筒滑块、2-连接快、3-连接杆、4-箱体、5-齿轮
如图所示，功率通过最下面的齿轮输入，齿轮带动上面的不完全齿轮，
不完全齿轮带动齿轮5，在齿轮5上焊接一个固定的曲柄机构，不完全齿轮的齿数为总齿数的四分之一，首先煤粉从煤斗送进，曲柄机构带动滑块移动，当到达四分之一行程后，齿轮不齿合，实现煤饼的压紧于脱模，0.75秒后，齿轮再次齿合，重新放入煤粉以完成一次蜂窝煤的压制成功。

5.4新型蜂窝煤机搅煤部分的传动和结构设计
搅煤部分的上半部与现有的一样，由轮壳，进料部分组成。

通过轮壳与搅拌座的连接获得动力，带动搅拌机构运动，使料斗中的煤料得到充分的搅拌和翻动，煤料借转盘间歇停留之机，下落并装满模筒。

现进行实现搅煤运动的下半部分的机构设计。

5.4.1原理示意图
如图所示，此结构比较简单，运动通过右边齿轮传过来，里面利用圆锥齿轮的的传递实现方向正交的传递。

图5.13新型蜂窝煤机搅煤部分的原理图
5.3.2锥齿轮的设计：
根据机器实际运动状态和前面已确定的参数，借助工具软件《机械设计手册(软件版)R2.0》，进行锥齿轮的设计计算，其设计如上面齿轮设计一样流程：锥齿轮设计结果报告
（1）锥齿轮设计输入参数
传递功率 P 3.00 (kW)
传递转矩 T 477.45 (N.m)
齿轮1转速 n1 60.00 (r/min)
齿轮2转速 n2 60.00 (r/min)
传动比 i 1.00
齿数比 U 1.00
预定寿命 H 10000 (小时)
原动机载荷特性均匀平稳
工作机载荷特性轻微振动
（2）材料及热处理
齿面类型硬齿面
热处理质量要求级别 MQ
齿轮 1 的材料及热处理
材料名称 45
热处理表面淬火
硬度范围 45～50(HRC)
硬度取值 48 (HRC)
接触强度极限应力σb(H1) 1150 (N/mm^2)
接触强度安全系数 S(H1) 1.10
弯曲强度极限应力σb(F1) 321 (N/mm^2)
弯曲强度安全系数 S(F1) 1.40
（3）齿轮 2 的材料及热处理
材料名称 45
热处理表面淬火
硬度范围 45～50(HRC)
硬度取值 48 (HBS)
接触强度安全系数 S(H2) 1.10
弯曲强度极限应力σb(F2) 321 (N/mm^2)
弯曲强度安全系数 S(F2) 1.40
弯曲强度许用应力 [σ](F2) 448 (N/mm^2) （4）接触强度、弯曲强度校核结果和参数
齿轮1接触强度许用应力[σH]1 1280.85 (N/mm^2)
齿轮2接触强度许用应力[σH]2 1280.85 (N/mm^2)
接触强度计算应力σH 1190.59 (N/mm^2) 满足
齿轮1弯曲强度许用应力[σF]1 447.31 (N/mm^2)
齿轮1弯曲强度计算应力σF 835.89 (N/mm^2) 不满足齿轮2弯曲强度许用应力[σF]2 447.31 (N/mm^2)
齿轮2接触强度计算应力σF 835.89 (N/mm^2) 不满足圆周力 Ft 9361.76 (N)
齿轮线速度 Vm 0.32 (m/s) 使用系数 Ka 1.25
动载系数 Kv 1.01
齿向载荷分布系数 Khb 1.65
齿间载荷分布系数 Kha 1.10
是否修形齿轮是
节点区域系数 Zh 2.50
材料的弹性系数 ZE 189.80
接触强度重合度系数 Ze 0.86
接触强度螺旋角系数 Zb 1.00
重合、螺旋角系数 Zeb 0.86
锥齿轮系数 Zk 0.85
接触疲劳寿命系数 Zn 1.26
是否允许有一定量的点蚀是
润滑油膜影响系数 Zlvr 0.93
润滑油粘度（50度） 120.00
工作硬化系数 Zw 1.00
接触强度尺寸系数 Zx 1.04
齿向载荷分布系数 Kfb 1.65
齿间载荷分布系数 Kfa 1.10
抗弯强度重合度系数 Ye 0.67
抗弯强度螺旋角系数 Yb 1.00
抗弯强度重合、螺旋角系数 Yeb 0.67
复合齿形系数 Yfs 4.40 4.40
寿命系数 Yn 1.00 1.00
齿根圆角敏感系数 Ydr 0.95 0.95
齿根表面状况系数 Yrr 1.00 1.00
尺寸系数 Yx 1.03 1.03
载荷类型静载荷
齿根表面粗糙度 Rz≤16μm 基本齿条类别 hf/Mnm = 1.25, pf/Mnm = 0.20
图5.14新型蜂窝煤机的总体装配的PO/E模型图1
图5.15新型蜂窝煤机的总体装配的PO/E建模图2
6 新型蜂窝煤机其他零部件的设计
6.1电机的选用
借助工具软件《机械设计手册(软件版)R2.0》，进行电机的选用，输入基本参数，如下图所示：
进行电机型号查询，如图所示：
详细输出结果为：
电机名称 Y系列三相异步电动机类别代号 Y
型号规格 Y100L2-4
防护等级 IP44
安装形式 B3
极数 4
额定功率（kw） 3
转速（r/min） 1430
电压（V） 380
额定电流（A） 7
效率（%） 82.5
功率因数（cosφ） .81
堵转电流/额定电流 7
堵转转矩/额定转矩 2.2
最大转矩/额定转矩 2.2
转动惯量（kg·m^2） .0067
噪声（dB(A)） 70
重量（kg） 38
机座号 100L
国际标准机座号 100L28
最大长度（mm） 380
最大宽度（mm） 283
最大高度（mm） 245
视图文件名 DY10031Q.DWG
编号 000089
6.2减速器的选用
借助工具软件《机械设计手册(软件版)R2.0》，进行减速器的选用，根据基本参数，初步选择，如下图所示：
详细输出结果为：
名称＝ZSZ减速器许用输入功率PP1
单位=kW
公称\传动比\i=25
公称转速\n1\r·min-1=1500 公称转速\n2\r·min-1=60 规格\160=7.6
规格\180=11
规格\200=15
规格\224=27.2
规格\250=33
规格\280=49
规格\315=74
规格\355=111
规格\400=146
规格\450=199
规格\500=250
规格\560=433
规格\630=544
7新型蜂窝煤机技术改进和拓展
7.1新型蜂窝煤机技术改进
7.1.1 新型蜂窝煤机内部结构改进
（1）机内部采用花键轴，避免产生断键现象，定心精度高，同心度好，噪音低，延长了使用寿命。

（2）滑柱、主轴内外套采用激光淬火技术，提高了表面硬度，使用更加坚固。

7.1.2新型蜂窝煤机机身的变形设计
将两台新型蜂窝煤机的传动系统加以优化融合，使之成为一体，并且用一个电机带动，这样形成的新型组合式蜂窝煤机很适合生产量较大但工厂空间较小的企业，同时传动体统优化后，额定功率将小于两台之和，减少了能源的浪费。

7.1.3 新型蜂窝煤机模筒和冲头的变形设计
本设计的原始参数为生产直径为110mm、高度为75mm、12孔的圆柱型蜂窝煤；通过模筒的的变形设计，我们可以生产各种型号的圆柱形、方型或梅花型等不同规格的蜂窝煤。

7.2新型蜂窝煤机中技术拓展
7.2.1 新型蜂窝煤机中冲头结构的拓展
由于磨具行业的飞速发展，各种冲压磨具的产量也逐年递增，将新型蜂窝煤机中冲头结构运用到各种冲压磨具生产机器的冲压成型结构中，不但可以减少能源的浪费，还可以增加机器工作的稳定性。

7.2.2新型蜂窝煤机的拓展
随着煤炭资源的开采，煤炭的总储量将变得越来越少，不可再生资源的循环周期长，就会制约蜂窝煤机行业的发展，所以单纯以煤粉为原料的蜂窝煤生产技术将被以另一种可再生资源（如农作物的秸秆和木材工厂加工剩余的边角料等）为原料的新型蜂窝煤生产技术所取代，所以，带有一定粉碎功能的新型复合原料的蜂窝煤机将成为蜂窝煤机发展的重要方向。

总结
本新型蜂窝煤机结构简单紧凑、制造成本低、生产效率高、使用寿命长、操作简单和易损件少，基本上解决了现有蜂窝煤机存在的技术问题，市场上的蜂窝煤机多采用上置式冲头，这种上置式冲头煤成型机在实际过程中，将煤粉压紧后再冲孔，从而造成机体笨重造价高、且能源消耗大、易损件多，难以响应建设节约型社会的号召。

通过不断的方案改进，最终确定冲压式蜂窝煤成型机的机械运动方案：先插针后压紧，压紧脱模用同一个装置完成、模筒设计左右为两个模筒的移动代替转盘转动、间歇运动机构为不完全机构。

在理论计算中，重点围绕压紧与脱模的设计以及间歇运动机构的设计的展开、初步的电机和减速器的选用问题。

由于时间仓促和自身水平有限且产品处于初步试制阶段，在说明书中，没有针对机构的具体某一零件进行深入的和全过程的探讨，只是侧重于运动设计和传动设计过程的详细阐述，以及PO/E建模,缺少工艺工装方面的阐述和整体装配的不足。

在本次设计过程中除了融合了大学四年来所学的基本知识以外，还借助了许多工具软件辅助设计，如机械设计方面的PO/E、CAD、机械设计手册(软件版)R2.0、《机械设计系统3.1，数学方面的工具软件mathematica 5.0等等，使整个设计过程时间大大减少。

在设计过程中也暴露了自己许多方面的不足：如软件操作不熟练；一些基本的设计方法没有很好掌握；其他资料中的一些专业术语看不懂，理解不透；外语水平有待提高，看外文资料比较吃力等等。

总而言之，在指导老师和同学的热情帮助之下，设计基本完成，达到了原有毕业设计的目的。

提高综合运用本专业所学课程的理论、生产实际知识的能力，掌握产品开发设计的方法和步骤，提高查阅设计手册和资料的能力，熟悉机械产品的设计标准和规范。

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致谢
首先，感谢我们敬爱的指导老师曾周亮副教授，是您在办公室、蜂窝煤工厂和学生宿舍之间不辞辛苦无数次的奔波，才构建了我们今天腾飞的平台；是您把产品开发设计的金钥匙交给了我们，使我们在科学的殿堂中实践着对您、对家人和社会的承诺；也是您为我们插上了一双美丽的翅膀，使我们能在未来的广阔天地里自由的翱翔。

其次，感谢在设计过程中给予我们帮助的所有老师、同学和朋友，没有你们的热心帮助，我们的毕业设计不可能这样顺利的完成。

最后，感谢母校这四年的培养，我们在未来的日子里，将勤奋工作，以优异的业绩回报母校、回报社会！
忽略此处..。