冲压式蜂窝煤成型机

1、冲压式蜂窝煤成型机 牛牛文库文档分享 1、方案选择、尺寸设计、外形规划：全体组员 2、soildworks三维模型创建： 3、matlab运动分析： 4、设计说明书： 5、ppt： （注：以上人员排序皆以姓氏首字母排序，除组长排在首位） 成员分工 牛牛文库文档分享 冲压式蜂窝煤成型机设计冲压式蜂窝煤成型机设计 设计要求： （1）蜂窝煤成型机的生产能力为30次/min； （2）为了改善蜂窝煤冲压成型的质量，希望冲压机构在冲 压后有一定保压时间； （3）由于同时冲两只煤饼时的冲头压力较大，最大可达 50000N，其压力变化近似认为在冲程的一半进入冲压，压力 呈线性变化，由零值至最大值。因此，希望冲

2、压机构具有增 力功能，以减小机器的速度波动、减小原动机的功率； （4）驱动电动机采用Y180L-8，其功率P=11KW，转速 n=730r/min； （5）机械运动方案应力求简单、创新。 设计 题目 牛牛文库文档分享 （1）根据工艺动作顺序和协调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）机械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械传动 方案； （6）画出机构运动简图； （7）对传动机构和执行机构进行运动尺寸计算； （8）建立三维模型； （9）利用matlab进行运动仿真； （10）编写设计

3、说明书。 设计内容 及工作量 牛牛文库文档分享 冲压蜂窝煤成型机的功能、工艺及执行机构框 图功能 分解 1）输入粉煤：这一动作 可利用煤粉的重力打开 料斗自动加料； 2）粉煤成型：要求冲头 上下往复运动，在冲头 行程进行中冲压成型； 3）型煤起模：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）清除粉煤：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）输出成品：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。 牛牛文库文档分享 根据蜂窝煤冲压机的几个基本动作：转盘间歇机构，冲 压成型，扫屑，分

4、别有转盘间歇机构，冲压机构和扫屑 机构。这三种机构有多种机构形式可供选择。其形态学 矩阵如下： 三执行机构的形态学矩阵 由形态学矩阵可以求出冲压机的机械运动方案数为： N=3*2*3=18 机构选型 和方案比 较 冲压机构冲压机构对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构 六杆冲压机六杆冲压机 构构 扫屑机构附加滑块摇杆机构固定凸轮从动件机构 模筒转盘间歇 运动机构 槽轮机构不完全齿轮机构不完全齿轮机构 凸轮式间歇 机构 牛牛文库文档分享 冲压机构有对心曲柄滑块机构，偏置曲柄 滑块机构和平面六杆机构。 对心曲柄滑块和偏置曲柄滑块机构（图 3-4）都属于曲柄滑块机构，曲柄滑

5、块机构 是平面四杆机构演变而来的。把构建3改为 在弧形槽内运动，再把弧形槽的半径增至无 穷大弧形槽变直槽，转动副变移动副，这样 铰链四杆机构就成为了曲柄滑块机构。平面 四杆机构能够实现多种运动轨迹曲线和运动 规律，并且低副不易磨损又易于加工，能有 本身几何形状保持接触。 对心曲柄滑块机构与偏置曲柄滑块机构 相比，偏置曲柄滑块机构具有急回特性。急 回特性即滑块在一个极限位置到另一极限位 置的运动中，来回所花的时间不同，使来回 运动时的速度也不同。急回特性常用来缩短 空回行程的时间，以提高生产效率。当曲柄 长度或偏距增大时，急回特性显著；当连杆 长度减小时，急回特性减缓。 冲压 机构 牛牛文库文档

6、分享 平面六杆机构（图3-5）的不足之处，机 构中用作变速运动的构件的惯性力及惯性力矩 难以完全平衡；该机构较难准确实现任意的运 动规律，设计方法复杂。 平面连杆机构在运动的时候会出现死点 现象，即当传动角等于零时，不管机构主动件 上的驱动或驱动力矩有多大，都不能使机构运 动，这个位置称为死点位置。死点位置常使机 构从动件无法运动或出现运动不确定现象。为 了使机构能顺利地通过死点，通常在曲柄上安 装飞轮借飞轮的惯性闯过死点。 根据上述分析和比较，我们选择对心曲柄滑块 机构。 牛牛文库文档分享 为了完成在冲头、脱模盘向上运 动过程中，扫屑刷进行冲头和脱模盘的 煤粉清楚，可以利用一下两种机构。 （

7、1）附加滑块摇杆机构 附加滑块摇杆机构是利用在横梁的 上下移动使摇杆上扫屑刷摆动扫除冲头 和脱模盘上的粉煤屑。 （2）固定移动凸轮移动从动件机构 固定移动凸轮移动从动件机构（图 3-3）是利用横梁的上下运动，固定移 动凸轮使带有扫屑刷的移动从动件顶出 而扫除冲头和脱模盘底的煤粉屑。 比较结论： 比较两者，从机构空间结构的 安排考虑，我们决定选用附加滑块摇杆 机构 扫屑 机构 牛牛文库文档分享 （1）槽轮机构 槽轮机构能将主动构件的等速连续运动，转换为从动件的间歇运动。槽轮机构常用于步进，转位，分度转动 中，是一种较普遍的机构。 槽轮机构主要有曲柄、圆销、具有径向槽的槽轮以及机架等组成。槽轮机构

8、工作时，曲柄为主动件，以转速 连续回转，从动件槽轮在圆销的带动下，可作时而转动，时而停止的间歇转动。当曲柄上圆销还没进入轮槽的径 向槽内时，槽轮的内凹圆弧面被曲柄的外凸圆弧卡主，槽轮是不转动的；圆销进入槽轮的径向槽内时，槽轮被带 动按照与曲柄相反的方向转动。 槽轮机构的机构简单、工作可靠，在设计合理的前提下，拨销进入和退出啮合时，槽轮的运动较为平稳。槽 轮每次转过的角度和槽轮的槽数z关系为：=2/z。因此槽轮多用于不要求经常调整转角的转位运动中，运动 中槽轮机构有较大的动载荷，当槽数越少时动载荷越大，同时槽轮运动时，机构存在冲击与振动，在槽数较少的 时候更为突出，故槽轮机构一般不用于高速运动。

9、此外由于制造工艺、机构尺寸等条件的限制，槽轮的槽数不宜 过多，使得槽轮两次停歇之间的转角过大。 模筒转盘 间歇运动 机构 牛牛文库文档分享 （2）不完全齿轮机构 不完全齿轮机构（如图3-2）是由 齿轮演变过来的，又称为间歇齿轮机构 或欠齿轮机构。它也能将主动轮的等速 连续转动转换为从动件的间歇运动。与 其他间歇运动机构相比，其结构简单， 制造方便。另外主动轮转动一周，从动 轮停歇的次数和每次停歇的时间，以及 每次转动的转角等，其允许选择的幅度 比槽轮机构、棘轮机构范围大，因而设 计灵活。但不完全齿轮机构在传动过程 中，在从动轮开始和终止运动时角速度 有突变，冲击角大，故一般是用于低俗 轻载的工

10、作条件。如果用于高速则需安 装瞬心线附加杆以改善其动力特性。 不完全齿轮多用于多工位自动机和 半自动机工作台的间歇转位、计数机构 及某些间歇进给机构中。 牛牛文库文档分享 （3）凸轮式间歇机构 当圆柱形凸轮做等速回转运动时，从动盘作单向间歇回转。这 种机构称为凸轮式间歇运动机构。 凸轮式间歇运动机构的特点是：运转可靠，传动平稳，从动件 的运动规律决定于凸轮轮廓形状。转盘可以实现任何运动规律，可 适应高速运转的要求；并且可以获得比较好的动力性能，在转盘停 歇时，一般依靠凸轮棱边进行定位，不需要附加定位装置，因此对 凸轮加工精度要求较高。 比较结论: 三者比较，我们所作的冲压式蜂窝煤成型机的运转速

11、度较慢， 由设计要求的生产能力：30次/min、 三工位转盘可知，其转速 很低，大约只有10转/min,所以对比凸轮式间歇机构就显得有点 大材小用了，同时凸轮式间歇机构要求凸轮的加工精度很高，在一 定程度上也提高了成本，所以将其排除。 槽轮机构与不完全齿轮相比，两者的机构都比较简单，而且工 作可靠。虽然不完全齿轮的从动轮停歇的次数和每次停歇的时间， 以及每次转动的转角等的选择范围相对槽轮来说比较大，但是其在 从动轮开始和终止运动时角速度有突变，冲击角大；而槽轮在设计 合理的前提下，拨销进入和退出啮合时，运动较为平稳。 综上所述，我们决定选用槽轮机构作为间歇机构。 牛牛文库文档分享 利用脱模盘在

12、冲压时，把蜂窝煤从模筒中压出，并通 过斜槽滑到传送带上，为了达到上述要求，我们的模筒转 盘设计为两层。上层为六工位模筒转盘，下层为与上层同 大小的托盘，并不随间歇机构转动。并且在脱模工位上有 一个与模筒大小一样的圆孔，便于蜂窝煤从此落到斜槽上。 输送 机构 牛牛文库文档分享 机械系 统的运 动循环 图 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，以及送料凸轮分隔机构四个执行 机构件的先后顺序、相位，以利于对个 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位横坐 标的起点，纵坐标表示各个执行机构的 位移起始位置。 如图4

13、-1所示，冲头和脱模盘都 有工作行程和回程两部分组成。模筒转 盘的工作行程，在冲头工作行程的前部 和回程的后部，使间歇转动在冲压以前 得以完成。扫屑要求在冲头回程后半段 至工作行程前半段完成。 牛牛文库文档分享 传动机构的选用与比较 带传动是利用张紧带轮上的传动带，借助带和轮的摩 擦（或啮合）来传递运动和动力的。带传动由于具有传动 平稳，结构简单，造价低廉，不需润滑油和缓冲吸震等优 点，在机械中被广泛应用。 带传动可分为摩擦传动和啮合传动两大类，摩擦传动 型是利用传动带和带轮之间的摩擦力来传递运动和动力。 结构简单。传动平稳，过载可打滑。摩擦型带传动的传动 带根据界面的形状分为载面为梯型的V带

14、，截面为矩形的平 带和特殊截面的带。 平型带传动结构简单，但容易打滑，通常用于传动比 为3左右的传动，常用于物流运输。V带适用于开口传动， 带轮直径较小，或转速较高的场合，常用于电机的第一级 减速。圆型带，结构简单，可用于交叉或半交叉传动，适 用于中心距较短，传动比不大，中低速的小功率传动场合， 如用于缝纫机传动。 综上所述，我们设计小组选用V型带传动机构。 传动方 案设计 牛牛文库文档分享 1、槽轮的计算 （1）槽数z 由设计要求可知，三工位式转盘，所以选择z=3，销数选1. 当主动拨盘回转一周时，槽轮的运动时间 与主动拨盘转一周的总时间t 之比， 称为槽轮机构的运动系数，并以 k 表示，即

15、: k / t 1/21/z 带入z=3得 k=1/6 由于设计要求蜂窝煤成型机的生产能力：30次/min,所以主动件拨盘的运动时 间t为60s/30次=2s，进而得知槽轮在一个运动循环中的运动时间 =t*k=2*1/6=0.333s，停歇时间为2s-0.333s=1.667s ( 2 ) 中心距a 由机构确定情况取a=300mm 圆销半径r 由结构情况确定取r=30mm 槽轮每次转位时主动件的转角2 2=180*（1-2/z）=60 槽间角2 2=360/3=120 由以上一些求得和设定的数值可以得：主动件拨盘圆销的中心半径 =a*sin=300*sin60=260mm 与a 的比值=/a=

16、sin=sin60=0.867 槽轮的外圆半径 =所以=262mm 槽轮的槽深h ha(+cos-1)+r 所以 h139.8mm 取h=140mm 机构尺 寸计算 牛牛文库文档分享 2、圆锥齿轮 （1）圆锥齿轮的选择 按轴线位置圆锥齿轮分为正交传动、斜交 传动、轴线偏置传动等，由设计要求我们选用正 交传动齿轮机构。 按齿长形状分为直齿圆锥齿轮和斜齿圆锥 齿轮两种。这两种齿轮齿形都比较简单，制作容 易。直齿圆锥齿轮工作时振动和噪声较大，轴向 力较小，承载能力也不高，多用于低速、轻载而 稳定的转动；斜齿圆锥齿轮的承载能力虽然较大， 噪音也比较小，但轴向力较大。根据我们的设计 产品，对振动和噪声的

17、要求都不高，由于直齿轮 多用于低速、轻载而稳定的传动，比较适合我们， 所以我们决定选用正交直齿圆锥齿轮。 牛牛文库文档分享 ( 2）直齿圆锥齿轮的计算两齿轮角速度分别为和，齿数分别为和，其角速度之比为 根据设计要求，i=1，则。当两齿轮正确啮合是，满足 因为 而 联立解得： 所以 取 所以 锥距 齿宽b=0.25R=13.3mm 齿根高 齿顶高 齿根角 根锥角 顶锥角 齿顶圆直径 齿根圆直径 2121 z/z/i 90,mm 212121 221221 sin/sinr /r/i 90 21 1)90cos*i1/(90sin*itan 1)90cosi/(90sintan 2 1 45 21

18、 30zz, 5mm 2121 15030*5z*mdd 121 mm0 .53sin*2/dR 11 mm6m2 . 1m)ch(h * af mm5mmhh * aa 5 . 6)R/harctan( ff 5 .38 f1f 5 .51 f1a mm1 .157cosh2dd 1a1a mm5 .141cosh2dd 1a1f 牛牛文库文档分享 在周期性变速稳定运转的过程中，一个运转周期内，等效驱动力矩做功是等于等效阻抗力矩做功。但 在运转周期内的任一时刻，等效驱动力矩做的功不等于等效阻抗力矩做的功，从而使得机械的运动速度发 生波动。 过大的波动速度会影响机械的工作性能。这种速度波动可以

19、通过在机械中安装就有较大转动惯量的飞轮 来进行调节.当速度升高时，飞轮的惯性阻止其速度增加，飞轮储存能量，限制了转速的提高；当速度降低 时，飞轮的惯性阻止其速度减少，飞轮释放能量，限制了转速的降低，从而实现了速度波动的调节的目的。 飞轮的转动惯量： 由设计要求可知，等效最大阻力为50000N，阻力存在时可近似认为是线性变化，假定驱动力为常值， 则驱动力 P=0.5*50000*(0.5Pi)/2Pi=6250 3、飞轮 的设计 与计算 牛牛文库文档分享 所以 从减小飞轮的尺寸考虑，将飞轮安装在高速轴上，则 同时取 =0.15 带入计算得 =4509.9/(0.15*15.7)=121.98kg

20、*m 飞轮的形状为圆盘形，求飞轮的尺寸。 飞轮距为 取d=1000mm 则 选用钢为制作飞轮的材料，其密度 则宽度为d为 所以飞轮为一个直径为1000mm，厚为 159.3mm的圆盘。 加了飞轮之后，由于飞轮能储存能量，可使所 需的电机功率减小，其电机功率为： P=6250*2Pi*0.15*30/60=2945.24W=2.945KW 现在选用的电机功率为11KW，远远满足要求， 这是为了满足短时冲压时50000N的冲压力的需要。 N9 .450915. 0*)2/Pi(*)8/7(*)625050000(*5 . 0EE minmax s/rad7 .15)60/Pi2*150( 2 mi

21、nmax / )EE(J J8md2 kg84.9751/98.121*8d/J8m 22 m/kg7800 mm3 .159)*d*Pi/(m4b 2 牛牛文库文档分享 机构设 计简图 牛牛文库文档分享 三维模 型图 牛牛文库文档分享 matlab运动仿真 1、连杆质心Y轴坐标 牛牛文库文档分享 2、滑块位移运动仿真分析 牛牛文库文档分享 3、连杆角速度分析 牛牛文库文档分享 4、滑块速度分析 牛牛文库文档分享 THE END 牛牛文库文档分享 1、方案选择、尺寸设计、外形规划：全体组员 2、soildworks三维模型创建： 3、matlab运动分析： 4、设计说明书： 5、ppt： （注

22、：以上人员排序皆以姓氏首字母排序，除组长排在首位） 成员分工 牛牛文库文档分享 冲压式蜂窝煤成型机设计冲压式蜂窝煤成型机设计 设计要求： （1）蜂窝煤成型机的生产能力为30次/min； （2）为了改善蜂窝煤冲压成型的质量，希望冲压机构在冲 压后有一定保压时间； （3）由于同时冲两只煤饼时的冲头压力较大，最大可达 50000N，其压力变化近似认为在冲程的一半进入冲压，压力 呈线性变化，由零值至最大值。因此，希望冲压机构具有增 力功能，以减小机器的速度波动、减小原动机的功率； （4）驱动电动机采用Y180L-8，其功率P=11KW，转速 n=730r/min； （5）机械运动方案应力求简单、创新。 设计 题目 牛牛文库文档分享 根据蜂窝煤冲压机的几个基本动作：转盘间歇机构，冲 压成型，扫屑，分别有