蜂窝煤成型机设计方案.doc

1、1.前言蜂窝煤在我国城镇广泛使用.蜂窝煤长期以来在我国城镇乡村中广泛使用，现虽然基本上人家都在用电了,但是还是有很多人家离不开烧煤！而现在已发明环保节能型蜂窝煤，燃烧无毒、无味、无黑烟。所以市场上对这种既环保又节能的蜂窝煤的需求量日趋加大很大。质量高的蜂窝煤有抗压性强、外观平整光滑、薄厚一致、孔距分布合理、燃烧充分良好的特点，这就对蜂窝煤成型机提出了要求。由于现今社会中人们对能源的利用还很有限，而且现今人民的环保意识也有所加强；但浪费能源的现象却仍然很普遍，而煤炭又属不可再生资源，故加强对煤炭资源的充分利用已迫在眉睫.故本文着重改进蜂窝煤成型机的冲压成型和工位转换，务求以高效、方便为中心来进行

2、。2。蜂窝煤成型机设计要求和功能分析2。1。 蜂窝煤成型机设计要求和设计参数(1)蜂窝煤成型机的生产能力：30次/min；（2）驱动电机:Y180L8、功率N=11 kw、转速n730 r/min；（3）如图21所示位冲头3、脱模盘5、扫屑刷4、模筒转盘1的相互位置情况。实际上冲头与脱模盘都与上下移动的滑梁2连成一体，当滑梁下冲时冲头将煤粉压成蜂窝煤,脱模盘将已压成的蜂窝煤脱模.在滑梁上升过程中扫屑刷将刷除冲头和脱模盘上粘附的煤粉.模筒转盘上均布了模筒，转盘的间歇运动使加料后的模筒进入加压位置、成型后的模筒进入脱模位置、空的模筒进入加料位置；（4）为改善蜂窝煤成型机的质量，希望在冲压后有一短暂

3、的保压时间；（5）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和减小原动机的功率；（6）机械运动方案应力求简单。图21 运动简图2.2蜂窝煤成型机功能分解为实现蜂窝煤成形,该机应具有下列功能:输入煤粉、煤粉成形、清除煤屑、型煤起模、输出成品.首先进行原理方案设计，蜂窝煤成型机的技术原理见如下图2-2; 功能 原理方案1原理方案2 原理方案3输入煤粉 物理方法机械加入人工加入 煤粉成形 冲压成形挤出成形 清除煤屑机械清屑风力清屑人工清屑 型煤起模机械起模人工起

4、模-输出成品传送带运煤 人工搬运-图2-2 蜂窝煤成型机技术原理选择 由于该机主要在城镇农村使用,应力求结构简单、操作方便、成本低廉,为了提高工作效率，故采用原理方案1：利用重力自动加料冲压成形机械清屑机械起模传送带输送型煤。由此进一步确定煤粉成型机实现的工艺动作为： （1）冲压成形 冲压机构作直线往复运动。 （2）机械起模 起模机构做直线往复运动,可考虑将它与冲压机构固连在一起运动。(3)机械清屑 在冲头、起模盘上下移动的过程中,清屑机构完成左右方向的往复运动。(4）工位转换 为了提高工作效率，拟采用多工位工作方式，将加料、冲压、起模三个工步同时在转盘工作台上实现。由此需要实现工作台的停歇转

5、动.（5）成品输送 将起模后的型煤落在输送带上输出。由于成形和起模可用同一个机构完成，因此该机主要由三个机构组成：冲压和起模往复运动机构、刷帚扫屑机构、模筒转盘停歇分度机构。3.蜂窝煤成型机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31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

6、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。图31 运动循环图 4。蜂窝煤成型机机构的选用。 根据设计目录进行机构选型，见下图41；功能执行构件工艺动作执行机构冲压成形冲头直线上下往复运动曲柄滑块机构六杆增压机构凸轮机构机械起模起模盘直线上下往复运动曲柄滑块机构（与冲压成形机构同体)凸轮机构机械清屑刷帚直线左右往复运动曲柄摇杆机构固定移动凸轮机构齿轮机构工位转换工作台间歇分度转动槽轮机构不完全齿轮机构凸轮停歇机构图41 机构选型图仅对表的基本机构进行组合,就可以得到3×2×3×3=54种运动方案.初步筛选出机构简单又较为

7、可行的方案为:冲压成形采用凸轮机构,脱模采用六杆增压机构，清屑采用曲柄摇杆机构,工位转换采用槽轮机构，如图42其中，图示（b）为固定移动凸轮利用滑架1的上下移动,使带有刷帚的移动从动件顶出,扫除冲头2和起模盘的粉煤屑。图示(c）所示为附加滑块摇杆机构利用滑架1的上下移动,使摇杆OB上的刷帚摆动,扫除冲头2和起模盘的粉煤屑。 （a）曲柄滑块机构 （b）固定移动凸轮机构 (c）附加滑块摇杆机构 （d）槽轮机构 图4-2 蜂窝煤成形机的机构组合5。传动方案设计设计方案(一）：如下图5-1所示 该机械系统的输入为电动机连续转动，冲头、起模盘与传动轴主轴连为一体。当传动主轴连续回转的前半个周期，冲头将煤

8、屑冲压成蜂窝煤，脱模盘将已压成的蜂窝煤脱模；后半个周期扫屑刷将冲头和脱模盘上粘着的煤粉扫除。工作台上均布的六个膜筒由槽轮机构实现间歇转动，在同一时刻,加料模进入冲压模位置,成型模进入脱模位置，空模筒进入加料位置。图5-1 设计方案(一） 设计方案（二）:如图52所示 该设计方案的特点是偏置曲柄滑块机构执行煤粉冲压成型动作，由另一曲柄滑块机构的演变机构将成品顶出。由凸轮机构把送入的煤粉和输出成品合并为一个动作，在把成品推出工作台的同时将下一个工作循环的煤粉送至模筒。图5-2设计方案（二) 设计方案（三）：如图53所示 该方案的特点是由双轴伸发发动机带动两侧蜗杆涡轮传动,通过两组凸轮配合将煤粉挤压

9、成蜂窝煤.在煤饼上模，左右模脱开的时候，平行四边形曲柄上接的两推板运行到工作台表面，同时分别将成型煤饼和煤料送到位.图5-3设计方案(三） 在上述冲压式蜂窝煤成型机三个设计方案中，由于该机主要在城镇农村使用，应力求结构简单、操作方便、成本低廉，为了提高工作效率，即采用多工位工作方式，使加料、冲压、起模三个工步同时在转盘工作台上实现，由此需要实现工作台的间歇运动.再经过三个方案比较：方案一采用同级圆柱齿轮机构和蜗轮蜗杆机构组合，作为一级减速装置，并且结构简单，传动紧凑，而且方案（一)采用凸轮机构有以下优点：1)在满足执行机构的工艺动作和运动要求的前提下，凸轮机构的传动链短，结构简单。2）具有更好

10、的可调性。3）使用安全性更好，并且操作简单。4)用凸轮远休轮廓来实现保压时间。为考虑冲压成型的质量，冲压后应有保压时间。5)冲压机构采用有增压功能的六杆增压连杆机构，可以增大冲头压力，减小原动机的功率. 对于方案（二）、（三），它的三个执行机构与方案一都不一样，并且：1）机构复杂，操作性不佳。2）传动较繁杂。3)造价较高，经济性不好。4) 一些传动要求不能达到. 综上所述：方案（一）在三个方案中最佳，则最后选择方案（一）为冲压式蜂窝煤成型机的机械运动方案。 方案（一)的具体运动循环图如下图54： 图54 方案（一)运动循环图方案（一)的运动简图： 图55 方案(一）运动简图 图55-1 方案（

11、一)三维立体图方案（一）的执行系统仿真分析图： 图56 冲头机构运动位移仿真分析图 图57 冲头速度真分析 图58 脱模盘加速度仿真分析 图59 槽轮速度仿真分析 图5-10 槽轮加速度仿真分析6。确定机械传动系统的传动比 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： 机械传动系统采用圆柱齿轮和蜗轮蜗杆组合起来进行减速传动，第一级圆柱齿轮传动其传动比为1，第二级蜗轮蜗杆传动其传动比为8，第三级圆锥齿轮传动其传动比为1，第四级槽轮传动其传动比为37.机械传动系统的执行机构设计为了实现具体的移动要求，必须对圆柱齿轮传动机构、蜗轮蜗杆传动机构、清屑曲柄摇杆机

12、构、槽轮机构、凸轮机构、脱模六杆增压机构及直齿圆锥齿轮进行设计计算，必要时还要进行动力学计算7.1直齿圆柱齿轮设计电机与小齿轮在同一轴上,而电机P=11kw，n=730r/min，故齿轮(主动轮)的转速为n=730r/min。由于传递的功率不大,转速不高，对结构无特殊要求,故采用软齿面齿轮传动，按齿面接触疲劳强度设计，再校核弯曲疲劳强度。(1）选择材料，确定许用应力。按软齿面定义，查机械设计基础表7-4，小轮选用45钢,调质，硬度为217HBS，大轮选用45钢，正火，硬度为190HBS。由机械设计基础表79分别查得：许用接触应力:H11=380+ 0.7HBS1=380+0.7×21

13、7=531.9MPaH12=380+0.7HBS2=380+0。7×190=513Mpa由机械设计基础表7-9分别查得：许用弯曲应力：F11=140+0.2HBS1=140+0。2×217=183。4MpaF12=140+0.2HBS2=140+0.2×190=178Mpa(2）按齿面接触强度设计。小轮转距为N·mm查表77 取齿宽系数为d=0。4,由于原动机为电动机，中等冲击，支承不对称布置，故选8级精度.由机械设计基础查表7-6选K=1。5.将以上数据代入到公式中得到mm取中心距(3)确定基本参数，计算主要尺寸。 1）选择齿数. 取Z1=40，则因为

14、取同级啮合所以Z2=40 2)确定模数. 由公式可得出:m=2.5 由机械设计基础表71查得标准模数，取m=2。5 3)确定实际中心距 4）计算齿宽。 为补偿两轮轴向尺寸误差,取b1=45mm，b2=40mm 5）计算齿轮几何尺寸。 齿距齿厚 槽宽 齿顶高 齿根高 全齿高 分度圆直径齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 中心距 (4）校核齿根弯曲疲劳强度. 按Z1=Z2=40由机械设计基础表7-10查得YFS1=YFS2=4.04。所以得出： F1 F2 查机械设计课程设计手册表179所得精度为7级的圆柱齿轮传动的效率为0.99故轴的输入功率为 由此可见，此齿轮满足设计要求。 轴的转速为7.2 蜗

15、轮蜗杆的设计由于蜗杆与齿轮在同轴上，故蜗杆输入的传递功率为,转速为，传动比为8。(1）合理选择蜗杆及蜗轮的材料,并查表确定许用应力值。由于转速较高，传递功率较大，所以蜗杆采用45钢，调质，硬度为229286HBS。传动比小，则蜗轮也小，蜗轮齿圈用锡青铜ZCuSn10P1，金属型铸造，轮芯用铸铁HT150.估计滑动速度，由机械课程设计简明手册表6-51、表652可查出蜗轮的许用接触应力H=200MPa。(2)按蜗轮齿面接触强度公式计算d1m2,并查机械课程设计简明手册表644确定模数及蜗杆分度圆直径d1。 1)选择蜗杆齿数，计算蜗杆齿数,并取整数。 选择蜗杆齿数，根据传动比，计算蜗轮齿数 2）根

16、据蜗杆齿数，估计总效率值，并计算蜗轮转距. 查机械课程设计简明手册P194 6-45可得蜗杆传动的效率为0.90，计算蜗轮转距得N·mm 3)计算d1m2，并查表确定模数m及蜗杆分度圆直径d1。 取载荷系数K=1。2 则蜗轮齿面接触强度为mm3 由上式所得数据查机械课程设计简明手册表6-44,取d1m2 =8960 mm3 ,则模数m=8mm、蜗杆直径系数q=17。5mm、蜗杆分度圆直径=140mm。选择此条件必须有。将上述数据带入公式中验证 由此得出上述所取数据无法符合要求，故重选为取d1m2 =9000mm3 ，则模数m=10mm、蜗杆直径系数q=9、蜗杆分度圆直径=90。（3）

17、确定传动的基本参数并计算蜗杆传动尺寸。（4）蜗杆几何尺寸设计齿顶高齿根高分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径蜗杆分度圆柱的导程角蜗杆螺纹部分长度Z1=4，蜗杆轴向齿距（5）蜗轮几何尺寸设计齿顶高齿根高分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径蜗轮分度圆上轮齿的螺旋角蜗轮咽喉母圆半径蜗轮最大外圆直径Z1=4，蜗轮轮缘宽度Z1=4,蜗轮轮齿包角顶隙蜗轮端面齿距中心距(6）按热平衡方程计算，给出适当的散热措施建议. 1）滑动速度为 由滑动速度的数值可查机械设计基础表14-5，取当量摩擦角为。计算啮合效率，得:轴承效率，油的搅动和飞溅损耗时的效率，一般取，则总效率为 2)最小散热面积为: 上式中,取t0=20，允许最高

18、温度t1=80，按散热情况一般,取。如果实际散热面积小于最小散热面积Amin,或润滑油的工作温度超过80，则需要采取散热措施。（7)选择蜗杆蜗轮的结构，并画出工作图如图7-1所示：图71蜗杆蜗轮机构图样轴的输入功率为上式中查机械设计课程设计手册表179得知:轴的转速为7.3清屑曲柄滑块机构设计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0.175，则曲柄半径为:连杆长度为: 计算曲柄滑块机构(1）计算极位夹角。 （2）选取比例尺、作辅助圆。取比例尺,作出滑块的两个极限位置C、C”。(3）过曲柄中心O点做OD垂直于AB,已知OD、CD的长度，计算OC的长度，连接

19、CD,所得机构即是我们所需要计算的曲柄滑块机构。图72清屑曲柄滑块机构设计7.4槽轮的设计图所示为外槽轮机构在转位过程中的某一瞬时位置，死是实现工作台的间歇转动的;其转动比为3：1.其结构比较简单,工作可靠啮入和啮出比较平稳,有柔性冲击;多用于转动运动，每次槽轮转角不小于45度.拨盘与槽轮2的转角分别为1和2,由图可得 令=,将此代入上式则2=arctg将2对时间t求导数，便得槽轮的角速度2为 2= =1 当1为常数时，槽轮的角加速度2为 2=12 由图72可知,=sin2=(式中z 为槽轮的槽数)，所以从(3)式和(4）式可知，当1为常数时，槽轮2的角速度2及角加速度2都是随槽数z而变化的。

20、当拨盘的角速度1一定时，槽数z越小,则其角加速度的最大值2max越大。此外,当圆销开始进入和即将脱离槽轮的径向槽时，角加速度2随槽轮的槽数z的减少而增大，这说明圆销在开始进入和即将脱离槽轮的径向槽的瞬时，会产生柔性冲击，且冲击的大小，随槽数z的减少而增大。因此，如果要求槽轮机构传动比较稳定，则槽轮的槽数z不宜取得太少，一般选取z=48图73 槽轮运动图槽轮机构参数如下：槽数3，槽轮直径34640 mm，中心距300 mm,槽轮副接触面宽度20 mm，滚子直径20 mm,槽轮轴长400 mm，槽轮轴直径30 mm,槽轮转动惯量J10。0175 kgm2，盘转动惯量J20.024 kgm2，槽轮副

21、的单侧平均间隙r0。010 mm，输入平均转速W30 rmin，槽轮副定位误差比0.6,槽轮材料为40Cr，滚子材料为20Cr，轴材料为45钢。1） 槽间角 槽轮每次转位时曲柄的转角21 21=180°- =60° 2） 槽轮与所止盘间的中心距L =300 mm 选用时考虑转位定位机构强度和刚度，并使其结构紧凑。 3） 曲柄半径 4)与 5）槽轮外圆半径 6）槽轮槽深 取。7） 运动系数 (）8） 槽轮结构如下图所示：7。5冲压凸轮机构的设计凸轮调整方便,可获得任意运动规律和可精确控制,但受力特性较差。保压时间明显,并可有急回特性.现确定其采用滚子凸轮机构：行程S=270M

22、M 偏置圆e=50mm 滚子直径d=10mm 推程运动角为120度及是等加速运动，远程休止角为60度，回程运动角为90度且回程时是简谐运动，近程休止角为90度。其用图解法设计如下图所示： 冲头机构的结构图如下所示:7。6脱模六杆增压机构的设计脱模机构采用六杆增压机构可以有效的提高生产效率,因为该机构具有急回特性和增压效果，可以有效的使脱模机构完成脱模之后的时间,而增压效果可为成型后的蜂窝煤更好的脱离模筒，而从中也可得到一定的保压效果!其具体尺寸参数计算复杂，现就省略计算！初步设定其各构件的尺寸：L1(作回转运动的构件1长度为50mm，接着的L2为105mm，L3=85；L4=65mm;L5=120mm；L6=35mm.六杆增压机构的结构如下图所示： 8。设计总结经过设计后，此冲压式蜂窝煤成型机能够增大传动效率，减少加工成本和提高生产数量和效率。而且改装后没有采用带传动,采用了圆柱齿轮传递运动给蜗轮蜗杆传动，令结构紧凑，传动平稳。同时在满足执行机构的工艺动作和运动要求的前提下，利用六杆增压机构的急回特性和增压效果,使该机更加符合了设计要求，达到了保压效果和有效的降低传动功率损失，而且传动链短，结构简单。且利用凸轮机构的冲头机构可以得到任意的运动规律,使保压时间更据明显；而且凸