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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(guó)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(guò)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(huà)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(kāi)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(guò)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(lái)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(wèn)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(lái)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(lái)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(méi)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(huà)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(huà)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?lè)较颉? ，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(lái)設(shè)計(jì)，在此不再詳細(xì)設(shè)計(jì)。 13 教學(xué)f