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1、
機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)(范例)
題目:沖壓式蜂窩煤成型機(jī)
一、 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的功能和設(shè)計(jì)要求
1.功能
沖壓式蜂窩煤成型機(jī)是中國城鎮(zhèn)蜂窩煤生產(chǎn)廠的主要生產(chǎn)設(shè)備,這種設(shè)備具有結(jié)構(gòu)合理、成型性能好、經(jīng)久耐用、維修方便等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。
沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的功能是將粉煤加入轉(zhuǎn)盤的模筒內(nèi),經(jīng)沖頭沖壓成蜂窩煤。
為了實(shí)現(xiàn)將蜂窩煤壓制成型,沖壓式蜂窩煤成型機(jī)必須完成五個(gè)動(dòng)作:
(1)粉煤加料;
(2)沖頭將蜂窩煤壓制成型;
(3)清除沖頭和出煤盤積屑的掃屑運(yùn)動(dòng);
(4)將在模筒內(nèi)沖壓后的蜂窩煤脫煤;
(5)將沖壓成型的蜂窩煤輸出。
2.設(shè)計(jì)要求和原始數(shù)據(jù)
(1)
2、蜂窩煤成型機(jī)的生產(chǎn)能力:30次/min。
(2)如圖1所示,沖頭、脫模盤、掃屑刷、模筒轉(zhuǎn)盤的相互位置關(guān)系。實(shí)際上沖頭與脫模盤都與上、下移動(dòng)的滑梁連成一體,當(dāng)滑梁下沖時(shí)沖頭將粉煤沖壓成蜂窩煤,脫煤盤將已壓成的蜂窩煤脫模。在滑梁上升過程中掃屑刷將刷除沖頭和脫模盤上粘著的粉煤。模筒轉(zhuǎn)盤上均布了煤筒,轉(zhuǎn)盤的間歇運(yùn)動(dòng)使加料后的模筒進(jìn)入沖壓位置,成型后的模筒進(jìn)入脫模位置,空的模筒進(jìn)入加料位置。
(3)為了改善蜂窩煤沖壓成型的質(zhì)量,希望沖壓機(jī)構(gòu)在沖壓后有一保壓時(shí)間。
(4)沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的滑梁行程,連桿系數(shù)。
(5)驅(qū)動(dòng)電機(jī)目前采用Y180L-8型,其功率N=11kW,轉(zhuǎn)速n=730 r/min
3、。
(6)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案應(yīng)力求簡(jiǎn)單。
1.模筒轉(zhuǎn)盤; 2.滑梁; 3.沖頭; 4.掃屑刷; 5.脫模盤
圖1 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)各部分位置示意
3.設(shè)計(jì)任務(wù)
(1)按工藝動(dòng)作要求擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。
(2)進(jìn)行沖壓脫模機(jī)構(gòu)、掃屑機(jī)構(gòu)、模筒轉(zhuǎn)盤間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選型。
(3)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的評(píng)定和選擇。
(4)按選定的電動(dòng)機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)擬定機(jī)械傳動(dòng)方案。
(5)畫出機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案示意圖。
(6)選取其中兩個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸計(jì)算。
二、工作原理和工藝動(dòng)作分解
根據(jù)上述分析,沖壓式蜂窩煤成型機(jī)要求完成的工藝動(dòng)作有以下六個(gè)動(dòng)作。
(1)加料:這一動(dòng)作可利用粉煤重
4、力打開料斗自動(dòng)加料。
(2)沖壓成型:要求沖頭上、下往復(fù)移動(dòng),在沖頭行程的后1/2進(jìn)行沖壓成型。
(3)脫模:要求脫模盤上、下往復(fù)移動(dòng),將已沖壓成型的煤餅壓下去而脫離模筒。一般可將它與沖頭一起固結(jié)在上、下往復(fù)移動(dòng)的滑梁上。
(4)掃屑:要求在沖頭、脫模盤向上移動(dòng)過程中用掃屑刷將粉煤掃除。
(5)模筒轉(zhuǎn)模間歇運(yùn)動(dòng):以完成沖壓、脫模、加料三個(gè)工位的轉(zhuǎn)換。
(6)輸送:將成型的煤餅脫模后落在輸送帶上送出成品,以便裝箱待用。
以上六個(gè)動(dòng)作,加料和輸送的動(dòng)作比較簡(jiǎn)單,暫時(shí)不予考慮,沖壓和脫??捎靡粋€(gè)機(jī)構(gòu)來完成。因此,沖壓式蜂窩煤成型機(jī)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮沖壓和脫模機(jī)構(gòu)、掃屑機(jī)構(gòu)和模筒轉(zhuǎn)盤的間
5、歇轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)這三個(gè)機(jī)構(gòu)的選型和設(shè)計(jì)問題。
三、根據(jù)工藝動(dòng)作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖
對(duì)于沖壓式蜂窩煤成型機(jī)構(gòu)運(yùn)出循環(huán)圖主要是確定沖壓和脫模盤、掃屑刷、模筒轉(zhuǎn)盤三個(gè)執(zhí)行構(gòu)件的先后順序、相位,以利于各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、裝配和調(diào)試。
沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的沖壓機(jī)構(gòu)為主機(jī)構(gòu),以它的主動(dòng)件的零位角為橫坐標(biāo)的起點(diǎn),縱坐標(biāo)表示各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移起止位置。表1表示沖壓式蜂窩煤成型機(jī)構(gòu)三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。
表1沖壓式蜂窩煤成型機(jī)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖
主動(dòng)件轉(zhuǎn)角分配
0~180
180~360
沖頭和脫模盤機(jī)構(gòu)
工作行程
回程
模筒轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)
工作行程
停止
工作行程
掃屑刷機(jī)構(gòu)
掃屑運(yùn)
6、動(dòng)
回程
掃屑運(yùn)動(dòng)
主動(dòng)件轉(zhuǎn)角分配
0~90
90~270
270~360
沖頭和脫模盤都由工作行程和回程兩部分組成。模筒轉(zhuǎn)盤的工作行程在沖頭的回程后半段和工作行程的前半段完成,使間歇轉(zhuǎn)動(dòng)在沖壓以前完成。掃屑刷要求在沖頭回程后半段至工作行程前半段完成掃屑動(dòng)作。
四、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型
根據(jù)沖頭和脫模盤、模筒轉(zhuǎn)盤、掃屑刷這三個(gè)執(zhí)行構(gòu)件動(dòng)作要求和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),可以選擇表2所列的常用機(jī)構(gòu),這一表格又可稱為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形態(tài)學(xué)矩陣。
表2執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形態(tài)學(xué)矩陣
沖頭和脫模機(jī)構(gòu)
對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
六桿沖壓機(jī)構(gòu)
掃屑刷機(jī)構(gòu)
附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu)
固定凸輪移動(dòng)從動(dòng)機(jī)
7、構(gòu)
模筒轉(zhuǎn)盤間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)
槽輪機(jī)構(gòu)
不完全齒輪機(jī)構(gòu)
凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)
圖2表示附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu),利用滑梁的上、下移動(dòng)使搖桿OB上的掃屑刷擺動(dòng)掃除沖頭和脫模盤底上的粉煤屑。
圖2 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)形式1
圖3表示固定移動(dòng)凸輪利用滑梁上、下移動(dòng)使帶有掃屑刷的移動(dòng)從動(dòng)件頂出而掃除沖頭和脫模盤底的粉煤屑。
圖3 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)形式2
五、機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的選擇和評(píng)定
根據(jù)表2的三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)形態(tài)學(xué)矩陣,可以求出沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案數(shù)為
N=323=18
現(xiàn)在可以按給定條件、各機(jī)構(gòu)的相容性和盡量使機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單等要求來選擇方案。在此可選定兩
8、個(gè)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的方案,如下所述。
方案一:沖壓機(jī)構(gòu)為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu),模筒轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)為槽輪機(jī)構(gòu),掃屑機(jī)構(gòu)為固定凸輪移動(dòng)從動(dòng)件機(jī)構(gòu)。
方案二:沖壓機(jī)構(gòu)為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu),模筒轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)為不完全齒輪機(jī)構(gòu),掃屑機(jī)構(gòu)為附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu)。
兩個(gè)方案可用模糊綜合評(píng)價(jià)方法來進(jìn)行評(píng)估優(yōu)選,也可以按設(shè)計(jì)需求直接比較方案的優(yōu)劣。例如,由于沒有急回要求,沖壓機(jī)構(gòu)可以選為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu);模筒轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)可以選為槽輪機(jī)構(gòu),因?yàn)椴圯啓C(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,外形尺寸小,機(jī)械效率高,并能夠較平穩(wěn)、間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位;掃屑機(jī)構(gòu)可選為固定凸輪移動(dòng)從動(dòng)件機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)加工簡(jiǎn)單方便。最后,選取方案一為沖壓式蜂窩煤成型機(jī)構(gòu)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案。
六、機(jī)
9、械傳動(dòng)系統(tǒng)的速比和變速機(jī)構(gòu)
根據(jù)選定的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的生產(chǎn)能力,可知其機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比為
機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的第一級(jí)采用帶傳動(dòng),其速比為4.866;第二級(jí)采用直齒圓柱齒輪傳動(dòng),其傳動(dòng)比為5。
七、畫出機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案示意圖
按已選定的三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形式及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng),畫出沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)示意圖,其中三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分也可以稱為機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖。如圖4所示,包括了機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組合。如果再加上加料機(jī)構(gòu)和輸送機(jī)構(gòu),就可以完整地表示整臺(tái)機(jī)器的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案示意圖。
圖4 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)運(yùn)動(dòng)方案示意
有了機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案示意圖,就可以進(jìn)行機(jī)
10、構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算以及機(jī)器的總體設(shè)計(jì)。
八、對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸計(jì)算
為了實(shí)現(xiàn)具體的運(yùn)動(dòng)要求,必須對(duì)帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(沖壓機(jī)構(gòu))、槽輪機(jī)構(gòu)(模筒轉(zhuǎn)盤間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu))和掃屑凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸計(jì)算,必要時(shí)還要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)計(jì)算。
1.帶傳動(dòng)計(jì)算
(1)確定計(jì)算功率
取,則
(2)選擇帶的型號(hào)。由及主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速,由有關(guān)線圖選擇V帶型號(hào)為C型V帶。
(3)確定帶輪節(jié)圓直徑和。取,則
(4)確定中心距
即。
(5)確定V帶根數(shù)
2.齒輪傳動(dòng)計(jì)算
取齒輪的壓力角, ,,按鋼制齒輪進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算,其模數(shù)。
則分度圓直徑分別為
11、
齒頂高為
齒根高為
齒全高
齒頂圓直徑分別為
齒根圓直徑分別為
齒厚為
齒槽寬為
標(biāo)準(zhǔn)中心距為
齒輪厚度按實(shí)際情況選取,其余尺寸按有關(guān)公式計(jì)算出。
3.曲柄滑塊機(jī)構(gòu)計(jì)算
已知沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的滑梁行程,連桿系數(shù),則曲柄半徑
連桿長(zhǎng)度為
下面采用作圖法求出曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中滑梁(滑塊)的速度和加速度。
取,曲柄逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),當(dāng)轉(zhuǎn)角為45時(shí),按比例精確作曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,如圖5所示。
圖5 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
因?yàn)闂U1(曲柄)的轉(zhuǎn)速為30 r/min,且方向?yàn)槟鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn),故桿1的角速度為
,方向?yàn)槟鏁r(shí)
12、針旋轉(zhuǎn)。
B點(diǎn)的速度為
,方向?yàn)榇怪庇跅U1且指向向上。
B點(diǎn)的加速度為
,方向由B指向A。
下面求C點(diǎn)的速度及加速度。
對(duì)于桿2,
方向 C→A ⊥AB↑ ⊥BC
大小 ? 0.471 ?
取,按比例精確作速度圖,如圖6所示。
圖6 速度圖
量取得
。
。
因此,桿2的角速度和法向加速度分別為
,方向?yàn)轫槙r(shí)針方向。
,方向由C指向B。
對(duì)于桿2,
方向 C→A B→A C→B ⊥BC↑
13、 大小 ? 1.479 0.121 ?
取,按比例精確作速度圖,如圖7所示。
圖7 加速度圖
量取得
。
因此,當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)角為45時(shí),滑塊3的速度為0.37m/s,加速度為1.05m/s2。
4.槽輪機(jī)構(gòu)計(jì)算
(1)槽數(shù)。按工位數(shù)要求選定為6。
(2)中心距。按結(jié)構(gòu)情況確定。
(3)圓銷半徑。按結(jié)構(gòu)情況確定。
(4)槽輪每次轉(zhuǎn)位時(shí)主動(dòng)件的轉(zhuǎn)角。
(5)槽間角。
(6)主動(dòng)件圓銷中心半徑。
(7)與的比值。
(8)槽輪外圓半徑。
(9)槽輪槽深
(10)運(yùn)動(dòng)系數(shù)。
5.掃屑凸輪機(jī)構(gòu)計(jì)算
固定凸輪采用斜面形狀,其上、下方向的長(zhǎng)度應(yīng)大于滑梁的行程,其左右方向的高度應(yīng)能使掃屑刷活動(dòng)范圍掃除粉煤。具體按結(jié)構(gòu)情況來設(shè)計(jì),在此不再詳細(xì)設(shè)計(jì)。
13
教學(xué)f