《机械原理》课程设计冲压式蜂窝煤成型机范例

1、机械原理课程设计（范例）题目：冲压式蜂窝煤成型机一、冲压式蜂窝煤成型机的功能和设计要求1. 功能冲压式蜂窝煤成型机是中国城镇蜂窝煤生产厂的主要生产设备，这种设备具有结构 合理、成型性能好、经久耐用、维修方便等优点而被广泛采用。冲压式蜂窝煤成型机的功能是将粉煤加入转盘的模筒内，经冲头冲压成蜂窝煤。为了实现将蜂窝煤压制成型，冲压式蜂窝煤成型机必须完成五个动作：（1）粉煤加料；（2）冲头将蜂窝煤压制成型；（3）清除冲头和出煤盘积屑的扫屑运动；（4）将在模筒内冲压后的蜂窝煤脱煤；（5）将冲压成型的蜂窝煤输出。2. 设计要求和原始数据（1）蜂窝煤成型机的生产能力：30次/min。（2）如图1所示，冲头、

2、脱模盘、扫屑刷、模筒转盘的相互位置关系。实际上冲头 与脱模盘都与上、下移动的滑梁连成一体，当滑梁下冲时冲头将粉煤冲压成蜂窝煤，脱 煤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着的粉 煤。模筒转盘上均布了煤筒，转盘的间歇运动使加料后的模筒进入冲压位置，成型后的 模筒进入脱模位置，空的模筒进入加料位置。（3）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保压时间。（4） 冲压式蜂窝煤成型机的滑梁行程 s 300mm，连杆系数R 0.157。（5）驱动电机目前采用 丫180L-8型，其功率N= 11kW 转速n = 730 r/min 。（6）机械运动方案应力求简单

3、。1.模筒转盘；2.滑梁;3.冲头;4.扫屑刷；5.脱模盘图1冲压式蜂窝煤成型机各部分位置示意3. 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）按选定的电动机和执行机构运动参数拟定机械传动方案。（5）画出机械运动方案示意图。（6）选取其中两个传动机构或执行机构进行尺寸计算。二、工作原理和工艺动作分解根据上述分析，冲压式蜂窝煤成型机要求完成的工艺动作有以下六个动作。（1）加料：这一动作可利用粉煤重力打开料斗自动加料。（2） 冲压成型：要求冲头上、下往复移动，在冲头行程的后1/2进行冲压成型。（3）

4、脱模：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。 一般可将它与冲头一起固结在上、下往复移动的滑梁上。（4）扫屑：要求在冲头、脱模盘向上移动过程中用扫屑刷将粉煤扫除。（5）模筒转模间歇运动：以完成冲压、脱模、加料三个工位的转换。（6）输送：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。以上六个动作，加料和输送的动作比较简单，暂时不予考虑，冲压和脱模可用一个 机构来完成。因此，冲压式蜂窝煤成型机运动方案设计重点考虑冲压和脱模机构、扫屑 机构和模筒转盘的间歇转动机构这三个机构的选型和设计问题。三、根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图对于冲压式蜂窝煤成型机构运出循环图主

5、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，以利于各执行机构的设计、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, 纵坐标表示各执行机构的位移起止位置。表 1表示冲压式蜂窝煤成型机构三个执行机构 的运动循环图。表1冲压式蜂窝煤成型机运动循环图主动件转角分配0 180 180 360冲头和脱模盘机构工作行程回程模筒转盘机构工作行程停止工作行程扫屑刷机构扫屑运动回程扫屑运动主动件转角分配09090 270270 360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成，使间歇转动在

6、冲压以前完成。扫屑刷要求在冲头回程 后半段至工作行程前半段完成扫屑动作。四、执行机构的选型根据冲头和脱模盘、模筒转盘、扫屑刷这三个执行构件动作要求和结构特点，可以 选择表2所列的常用机构，这一表格又可称为执行机构的形态学矩阵。表2执行机构的形态学矩阵冲头和脱模机构对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构六杆冲压机构扫屑刷机构附加滑块摇杆机构固定凸轮移动从动机构模筒转盘间歇运动机构槽轮机构不完全齿轮机构凸轮式间歇运动机构图2表示附加滑块摇杆机构，利用滑梁的上、下移动使摇杆0B上的扫屑刷摆动扫除 冲头和脱模盘底上的粉煤屑。图2冲压式蜂窝煤成型机执行机构运动形式1图3表示固定移动凸轮利用滑梁上、下移动使带有

7、扫屑刷的移动从动件顶出而扫除 冲头和脱模盘底的粉煤屑。图3冲压式蜂窝煤成型机执行机构运动形式2五、机械运动方案的选择和评定根据表2的三个执行机构形态学矩阵，可以求出冲压式蜂窝煤成型机的机械运动方 案数为N= 3X 2X 3= 18现在可以按给定条件、各机构的相容性和尽量使机构简单等要求来选择方案。在此 可选定两个结构比较简单的方案，如下所述方案一：冲压机构为对心曲柄滑块机构，模筒转盘机构为槽轮机构，扫屑机构为固 定凸轮移动从动件机构。方案二：冲压机构为偏置曲柄滑块机构，模筒转盘机构为不完全齿轮机构，扫屑机 构为附加滑块摇杆机构。两个方案可用模糊综合评价方法来进行评估优选，也可以按设计需求直接比

8、较方案 的优劣。例如，由于没有急回要求，冲压机构可以选为对心曲柄滑块机构；模筒转盘机 构可以选为槽轮机构，因为槽轮机构结构简单，外形尺寸小，机械效率高，并能够较平 稳、间歇地进行转位；扫屑机构可选为固定凸轮移动从动件机构，设计加工简单方便。 最后，选取方案一为冲压式蜂窝煤成型机构的机械运动方案。六、机械传动系统的速比和变速机构根据选定的驱动电机的转速和冲压式蜂窝煤成型机的生产能力，可知其机械传动系 统的总传动比为机械传动系统的第一级采用带传动，其速比为；第二级采用直齿圆柱齿轮传动，其 传动比为 5。七、画出机械运动方案示意图按已选定的三个执行机构的形式及机械传动系统，画出冲压式蜂窝煤成型机的机

9、械 运动示意图，其中三个执行机构部分也可以称为机械运动方案简图。如图 4 所示，包括 了机械传动系统、三个执行机构的组合。如果再加上加料机构和输送机构，就可以完整 地表示整台机器的机械运动方案示意图。图4 冲压式蜂窝煤成型机运动方案示意有了机械运动方案示意图，就可以进行机构的尺寸设计计算以及机器的总体设计。八、对机械传动系统和执行机构进行尺寸计算为了实现具体的运动要求，必须对带传动、齿轮传动、曲柄滑块机构（冲压机构） 槽轮机构（模筒转盘间歇运动机构）和扫屑凸轮机构进行尺寸计算，必要时还要进行运 动学、动力学计算。1. 带传动计算（ 1）确定计算功率 PC取 K A 1.4 ，则(2) 选择带的

10、型号。由Pc及主动轮转速ni，由有关线图选择V带型号为C型V带(3) 确定带轮节圆直径di和d2。取di 200m m,则(4) 确定中心距a0即 821.24mm a02348.4mm。(5) 确定V带根数z2.齿轮传动计算取齿轮的压力角20, z1 22，z2 i 22 5 22 110，按钢制齿轮进行强度计算，其模数m 5mm。则分度圆直径分别为齿顶高为齿根高为齿全高齿顶圆直径分别为齿根圆直径分别为齿厚为齿槽宽为标准中心距为齿轮厚度按实际情况选取，其余尺寸按有关公式计算出。3 曲柄滑块机构计算已知冲压式蜂窝煤成型机的滑梁行程 s 300mm，连杆系数R 0.157,则曲柄半径连杆长度为下

11、面采用作图法求出曲柄滑块机构中滑梁(滑块)的速度和加速度。取i 10mm/mm ,曲柄逆时针旋转，当转角为45时，按比例精确作曲柄滑块机 构的运动简图，如图5所示。图5曲柄滑块机构运动简图因为杆1 (曲柄)的转速为30 r/min，且方向为逆时针旋转，故杆1的角速度为B点的速度为Vbi Iab 3.14 0.15 0.471m/s，方向为垂直于杆1且指向向上B点的加速度为2 2aB1l AB3140.151.479m/s2，方向由B指向A。下面求C点的速度及加速度。对于杆2，V cV BV CB方向 CA丄ABT丄BC大小取V 0.01(m/s)/mm，按比例精确作速度图，如图6所示。图6速度

12、图量取得VC 37 0.010.37m/s。VCB 34 0.010.34m/s。因此，杆2的角速度和法向加速度分别为0.340.9550.356rad/s，方向为顺时针方向aCB ； Ibc 0.3562 0.955 0.121m/s2，方向由 C指向 B。对于杆 2，a Ca Ba CBa CB方向 C A B A C B丄 BCT大小取a 0.01(m/s2)/mm，按比例精确作速度图，如图7所示图7加速度图量取得2aC 105 0.011.05m/ s 。因此，当曲柄转角为45时，滑块3的速度为0.37m/s，加速度为1.05m/s2。4 槽轮机构计算（1）槽数z。按工位数要求选定为6。（2）中心距a。按结构情况确定a 300mm。（3） 圆销半径r。按结构情况确定r 30mm。2（4）槽轮每次转位时主动件的转角2180 （1 -）120。z（5）槽间角 236060。z（6）主动件