1、xx大學課 程 設 計 說 明 書 題 目： 沖壓式蜂窩煤成型機 院 系： 班 級： 學 號： 姓 名： 指導教師： 完成時間： 2013-6-27 前言進入二十一世紀以來，市場愈加需要各種各樣性能優良、質量可靠、價格低廉、效率高、低能耗的機械產品，而決定產品性能、質量、水平、市場競爭力和經濟效益的重要環節是產品設計。而機械產品設計中，首要任務就是進行機械運方案的設計與構思，各種傳動機構和執行機構的選用和創新設計。蜂窩煤長期以來在我國城鎮鄉村廣泛使用，現已發明環保節能型蜂窩煤，燃燒無毒、無味、無黑煙。所以市場上對蜂窩煤的需求量很大。質量高的蜂窩煤有抗壓性強、外觀平整光滑、厚薄一致、孔距分布合理

2、、燃燒良好的特點，這就對蜂窩煤成型機提出了更高的要求。目錄前言 21 任務書 42 摘要 123 設計方案選擇 14 3.1 設計方案一 16 3.2 設計方案二 17 3.3 設計方案三 17 3.4 最終選定方案 184. 所選方案具體設計 21 4.1 尺寸計算 22 4.2 工作循環圖 23 4.3 各機構速度、加速度曲線分析 245. 所選方案機構運動簡圖 286. 爆炸視圖 297. 設計總結 30 8 參考文獻 32機械原理課程設計任務書一、設計題目：沖壓式蜂窩煤成型機設計1、工作原理及工藝動作過程沖壓式蜂窩煤成型機是我國城鎮蜂窩煤（通常又稱煤餅）生產廠的主要生產設備，這種設備由

3、于具有結構合理、質量可靠、成型性能好、經久耐用、維修方便等優點而被廣泛采用。沖壓式蜂窩煤成型機的功能是將粉煤加入轉盤的模筒內，經沖頭沖壓成蜂窩煤。為了實現蜂窩煤沖壓成型，沖壓式蜂窩煤成型機必須完成五個動作:（1）粉煤加料；（2）沖頭將蜂窩煤壓制成型；（3）請出沖頭和出煤盤積屑的掃屑運動；（4）將在模筒內沖壓后的蜂窩煤脫模；（5）將沖壓成型的蜂窩煤輸出。2、設計要求蜂窩煤成型機的設計要求如下：（1） 蜂窩煤成型機的生產能力為30次/min。（2）圖1表示沖頭、脫模盤、掃屑刷、模筒轉盤的相互位置情況。實際上沖頭與脫模盤都與上下移動的滑梁連城一片，當滑梁下沖時，沖頭將粉煤沖壓成蜂窩煤、脫模盤將已壓成

4、的蜂窩煤脫模。在滑梁上升的過程中，掃屑刷將掃除沖頭和脫模盤上粘著的粉煤。模筒轉盤上均布了模筒，轉盤的間歇運動使加料后的模筒進入沖壓位置，成型后模筒進入脫模位置，空的模筒進入加料位置。圖1 沖頭、脫模盤、掃屑刷、模筒轉盤位置示意圖1-模筒轉盤；2-滑梁；3-沖頭；4-掃屑刷；5-脫模盤（3）為了改善蜂窩煤沖壓成型的質量，希望沖壓機構在沖壓后有一定保壓時間。（4）由于同時沖兩只煤餅時的沖頭壓力較大，最大可達50000N，其壓力變化近似認為在沖程的一半進入沖壓，壓力呈線性變化，由零值至最大值。因此，希望沖壓機構具有增力功能，以減小機器的速度波動、減小原動機的功率。（5）驅動電動機可采用Y180L-8

5、，其功率P=11KW，轉速n=730r/min（6）機械運動方案應力求簡單。3. 設計內容及工作量（1）根據工藝動作順序和協調要求擬定運動循環圖（2）機械傳動系統的方案設計（3）三個執行機構的方案設計（4）機械傳動系統及執行機構的尺度設計及動力學計算（5）繪制機械運動方案示意圖、零件圖（6）編制設計說明書 摘 要機械原理、機械設計課程是培養學生具有機械基礎知識及機械創新能力的技術基礎課。在機械類各專業中教學計劃是主干課程。在培養合格機械工程設計人才方面起著極其重要的作用，是學習專業課程和從事機械產品設計的必備準備。本設計題目是蜂窩煤成型機構，設計的最初想法來源于自己以往的親身經歷。以往的許多制

6、造煤塊的機構存在著許多避之不及的缺陷，即有些機構制造出的煤塊不夠敦實，放干后有一些裂紋；有些機構造出的煤塊經常出現孔內坍塌現象；有些機構在工作是會出現許多不能及時清理的煤屑，造成工作環境的相對惡劣，等等。本設計的誕生不僅克服了許多造煤塊機構難以克服的缺陷，還在機械傳動的能耗以及電動機選擇上做了優化，很大程度上做到了美化環境及節約有限能源。本設計考慮到各組成機構的可行性與合理性，選擇了兩種運動方案：一是機構擁有了帶傳動結構簡單、傳動平穩、具有過載保護作用，槽輪機構結構簡單，工作可靠等特性，二是有了齒輪傳動結構緊密，壽命長，效率高等優點。本設計的許多地方牽涉到了機械傳動以及齒輪傳動的知識，進一步驗

7、證和細化了專業理論知識，是我們對本專業的發展方向有了更清楚的認識。另外，本機構安全、實用的思想設計而出，市場前景廣闊，適用范圍比較廣泛，既可以用于大中型公司或企業批量生產，又可用于小型部門的連續生產，造出的煤塊很大程度上的得到了市場和廣大用戶的肯定。 沖壓式蜂窩煤成型機設計1、工作原理、工藝動作分析 為了實現蜂窩煤沖壓成型，沖壓式蜂窩煤成型機必須完成六個動作:（1）加料；這一動作可利用粉煤重力打開料斗自動加料。（2）沖壓成型：要求沖頭上、下往復運動，在沖頭行程的后1/2進行沖壓成型。（3）脫模；要求脫模盤上、下往復運動，將已經沖壓成型的煤餅壓下去而脫離摸筒。一般可以將它與沖頭一起固結在上、下往

8、復運動的滑梁上。（4）掃屑；要求在沖頭、脫模盤向上移動過程中用掃屑刷將粉煤掃除。（5）摸筒轉摸間歇運動：已完成沖壓、脫模、加料三個工位的轉換。（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。以上六個動作，加料和輸送的動作比較簡單，暫時不予以考慮，沖壓和脫模可以用一個機構來完成。因此，沖壓式蜂窩煤成型機運動方案設計重點考慮沖壓和脫模、掃屑機構和模筒轉盤的間歇轉動機構這三個機構的選型和設計的問題。2. 設計方案選擇一、原理方案設計(a)功能分解蜂窩煤成型 清除粉煤輸出成品輸入粉煤粉煤成型型煤起模1）輸入粉煤：這一動作可利用煤粉的重力打開料斗自動加料；2）粉煤成型：要求沖頭上下往復

9、運動，在沖頭行程進行中沖壓成型；3）型煤起模：要求脫模盤上下往復移動，將已沖壓成型的煤餅壓下去而脫離模筒。一般可以將它與沖頭固結在上下往復移動的滑梁上；4）清除粉煤：要求在沖頭、脫模盤向上移動過程中用掃屑刷將煤粉掃除；5）輸出成品：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。以上六個動作，加料和輸送的動作比較簡單，暫時不予考慮，脫模和沖壓是考慮的重點。因此，沖壓式蜂窩煤成型機運動方案設計重點考慮沖壓和脫模機構、掃屑機構和模筒轉盤間歇轉動機構這四個機構的選型和設計問題。 (b)功能原理的工藝動作分解總功能 基本功能 執行件基本運動沖壓成型 沖壓機構作直線反復運動 機械起模 起模機構作直

10、線反復運動 蜂窩煤成型 機械清屑 左右方向的反復運動。 工位轉換 間歇轉動。成品輸出 將起模后的型煤落在輸送帶上輸出(c)尋求原理解 蜂窩煤成型機的技術原理方案功能原理方案一原理方案二原理方案三輸入粉煤物理方法機械加入人工加入粉煤成型沖壓成型沖壓成型擠壓成型清除煤屑機械清屑人工清屑風力清屑型煤起模機械起模機械起模重力起模輸出成品傳送帶運煤人工搬運人工搬運 (d) 確定原理方案由于該機主要在城鎮農村使用，應力求結構簡單、操作方便、成本低廉，原理方案二、三需要人工操作與搬運，沒有減輕操作者的勞動量，增加了成煤的成本，且需更多的機械動力來完成。原理方案一機械化水平比較高，減少了人力勞動，提高了生產率

11、，故優先選用原理方案一。重力自動加料 沖壓成型 機械清屑 機械起模 傳送帶輸送型煤 2.1 設計方案一如圖所示，該機械系統的輸入為電動機連續轉動，沖頭、起模盤與傳動軸主軸連成一體。當傳動主軸連續回轉的前半個周期，沖頭將粉煤沖壓成蜂窩煤，脫模盤將已壓成的蜂窩煤脫模。后半個周期掃屑刷將沖頭和掃屑刷上粘著的粉煤刷除。工作臺上均布六個模筒，由槽輪機構實現間歇轉動。在同一時刻，加料模進入沖壓模位置，成型模進入脫模位置，空模筒進入加料位置。典型蜂窩煤成型機機構運動簡圖創新點：1一次沖壓兩個蜂窩煤，提高生產效益和效率。2采用蝸桿渦輪取代帶輪傳動，減速效果明顯。3將滑梁替換成連續回轉的傳動主軸，舍去曲柄 帶動

12、滑梁這一機構。4掃屑刷由滑梁驅動轉變為隨工作臺轉動的曲 柄滑塊機構，取代了機架上的盤形凸輪機構，節省 了空間，使結構更緊湊。5沖頭與脫模盤的運動相互獨立。2.2 設計方案二 該設計方案的特點是偏置曲柄滑塊機構執行粉煤沖壓成型動作，由另一曲柄滑塊機構的演變機構將成品頂出。由凸輪機構把送入煤粉和輸出成品合并為一個動作，在把成品推出工作臺的同時將下一工作循環的粉煤送至模筒。 該方案巧妙的地方在于將粉煤加料與輸出成煤合并為一個動作，不足在于無工作臺轉換，生產效率低，不便于掃屑，且加壓時間無法保證，增壓效果一般。2.3 設計方案三該方案的特點是由雙軸伸發動機帶動兩側渦輪蝸桿傳動，一邊與渦輪同軸的配有一對

13、圓錐齒輪和一組帶輪，達到傳動轉向的目的，圓錐齒輪傳動水平轉向180，帶輪使傳動豎直轉向90。在轉向后圓錐齒輪一軸上帶動一個滾子推桿凸輪，推桿的行程垂直工作臺，推桿的下端為煤餅的上表面沖模；轉向后的下端帶輪上帶動一個滾子推桿凸輪，推桿的行程為平行工作臺，水平推桿的一頭是一個半圓柱體煤餅的側模。另一個渦輪上的結構和上述基本相同，不同的是圓錐齒輪帶動的是一組平行四邊形四桿機構。在煤餅上模，左右模脫開的時候，平行四邊形兩曲柄上接的兩推板運行到工作臺表面，同時分別將成型煤餅和煤料送到位。該方案極具創新意識，雖所需構件較多，所需電機要求較高，但如果加以改進，也將會成為一個比較合理的方案。2.4 最終選定方

14、案方案一結構方案設計 內容： 運動方案：執行構件數目和運動規律 選擇或創新執行動作的機構形式 原則：1. 結構簡單、運動鏈短2. 加工制造簡單、易保證較高配合精度3. 良好的機械效益和機械效率蜂窩煤成型機的機構類型功能執行構件工藝動作 執行機構 沖壓成型沖頭直線上下反復運動凸輪機構曲柄滑塊機構凸輪機構機械起模起模盤直線上下反復運動六桿機構曲柄滑塊機構四桿機構機械掃屑刷帚直線左右反復運動連桿機構移動凸輪機構四桿機構工位轉換工作臺停歇分度轉動槽輪機構-篩選機構：沖壓與起模反復運動執行機構有凸輪機構、曲柄滑塊機構、六桿增壓機構。曲柄滑塊機構：加壓時間較短，其他指標較好，但用于沖壓效果不理想。六桿增壓

15、機構：加壓時間可較長，增力較強，但計算復雜。凸輪機構： 調整方便，可獲得任意運動規律，可精確控制，但受力特性較差。保壓時間明顯，并可有急回特性。 刷帚掃屑執行機構有：連桿機構、移動凸輪機構、齒輪機構連桿機構：工作行程中有快進、慢進階段，回程中的運動性質也很難確定。設計要求中給予的運動尺寸要求很高，很難保證較高的運動精度。計算連桿相當的復雜；連桿機構的機械效率也較低。移動凸輪機構：調整方便，可獲得任意運動規律，但傳動效率較低。齒輪機構：廣泛應用于各種傳動系統，結構簡單，成本低，傳動效率高，易于實現較長的運動行程。工作臺停歇分度執行機構有：槽輪機構、不完全齒輪機構、凸輪停歇機構槽輪機構：結構比較簡

16、單，工作可靠嚙入和嚙出比較的平穩，有柔性沖擊；多用于轉動運動，每次槽輪轉角不小于45度。機構應用的也比較的廣泛。 不完全齒輪機構：結構簡單，制造容易，從動件可實現較大范圍的單向間歇傳動，但嚙合開始和終止時有沖擊，傳動不平穩。凸輪停歇機構： 結構較簡單，傳動平穩，動載荷較小，從動件可實現任何預期的單向間歇傳動，但凸輪制造困難。篩選結果：沖壓成型采用凸輪機構， 脫模采用六桿增壓機構，清屑采用曲柄搖桿機構,工位轉換采用槽輪機構。因此采用以下機構 由于該機主要在城鎮農村使用，應力求結構簡單、操作方便、成本低廉，為了提高工作效率，擬采用多工位工作方式，使加料、沖壓、起模三個工步同時在轉盤工作臺上實現，由

17、此需要實現工作臺的間歇轉動。經過以上三個方案中機構的比較，我們可以看到設計方案一式最為理想的方案。評價： 為考慮沖壓成型的質量，沖壓后應有保壓時間。方案一中應用凸輪機構的遠休特性來實現，為增大沖頭壓力，減小原動機的功率，凸輪采用修正正弦曲線來實現沖壓動作，且使沖頭接觸到粉煤時有一定的沖量，快速的將粉煤沖壓成型，使用凸輪還可以較為簡易的實現沖頭的急回特性。 脫模盤采用六桿增壓機構，同樣具有急回特性，考慮成煤沖壓好后經受不起沖擊，所以將成煤壓出時，脫模盤速度較慢且增壓效果明顯。由槽輪機構實現間歇轉動。在同一時刻，加料模進入沖壓模位置，成型模進入脫模位置，空模筒進入加料位置。提高生產效率，充分利用動

18、力資源。3. 所選方案的具體設計 3.1 尺寸計算我們查閱了資料，一般蜂窩煤的成品尺寸為120mm75mm,孔徑為12mm。1）計算機械運動循環周期生產蜂窩煤能力要求30次/分，即每分鐘完成30次送料，沖壓以及脫模。則機械運動循環的周期為T=60/30=2s，2）確定傳動比工作臺每兩秒鐘轉過90，以保證設計要求，利用槽輪機構以實現間歇運動，選用槽輪槽數z=4，設分配軸對應轉360,則槽輪主動件轉速應為0.5r/s。動電機n=730轉/分 即每秒鐘12.16轉，轉速無法直接使用，需要轉換成工作轉速。傳比 首先使用一對齒數比為73:72的圓柱齒輪配合將轉速轉換成12轉/秒，然后再依靠一個蝸桿渦輪配

19、合將轉速減至0.5轉/秒，即工作轉速。渦輪齒數為24.1沖頭機構尺寸計算 根據蜂窩煤高度h=75mm以及沖頭厚度、沖頭離開工作臺的最高位置，確定沖壓式蜂窩煤成型機的沖頭行程s=120mm使用凸輪機構以實現這一要求 （凸輪偏置e=50mm） 0 90 近休 80mm90 180 修正正弦180 240 遠休 191mm 保壓作用240 360 等加速曲線2脫模盤六桿增壓機構此機構尺寸經過不斷調整具體按結構情況來設計。3、槽輪機構(工作轉換機構)計算 1）槽數 按工位要求選定為4。2）中心距 按結構情況確定。3）圓銷半徑 按結構情況確定。4）槽輪每次轉位時主動件的轉角 5）槽間角 6）主動件圓銷中

20、心半徑 7）與的比值 8）槽輪外圓半徑 9）槽輪槽深 取。10）運動系數 （）4、齒輪傳動計算取Z1=22，Z2i22522110。按鋼制齒輪計算，取模數m=5mm.。則 d1Z1m110 mm. d2Z2m550 mm.其余尺寸，按齒輪機構相關計算表格求出。5、曲柄滑塊機構計算已知沖壓式蜂窩煤成型機的滑梁行程s=300mm，曲柄與連桿長度比，即連桿系數為0.175，則曲柄半徑為：連桿長度為： 因此，不難求出曲柄滑塊機構中滑梁（滑塊）的速度和加速度變化。 3.2 工作循環圖根據工藝動作順序和協調要求擬定運動循環圖對于沖壓式蜂窩煤成型機運動循環圖主要是確定沖壓和脫模盤、掃屑刷、模筒轉盤四個執行構

21、件的先后順序、相位，以利對各執行機構的設計、裝配和調試。圖中表示沖壓式蜂窩煤成型機三個執行機構的運動循環圖。脫模盤的運動規律與沖頭相似，在此沒有表示出。循環圖由工作行程、回程和休止三部分組成。3.3 各機構速度、加速度曲線分析Solidworks的功能能夠進行機構的速度、加速度曲線分析。所以我們借助這一功能對各機構進行了詳細的分析。鑒于本學期我們還學習了ADAMS機械系統動力學自動分析軟件，ADAMS軟件有形象直觀、功能強大、求解迅速、輸出自動的特點。所以我們將完成的部分機構轉換到ADAMS軟件平臺上來分析各機構的速度以及加速度。蜂窩煤沖頭位移仿真分析蜂窩煤沖頭速度仿真分析蜂窩煤脫模盤位移仿真分析蜂窩煤脫模盤速度仿真分析蜂窩煤脫模盤加速度仿真分析槽輪角速度仿真分析槽輪角加速度仿真分析4. 所選方案機構運動簡圖5. 爆炸視圖6. 設計總結機械原理課程設計讓我們較全面、系統掌握和深化機械原理課程的基本原理和方法的重要環節，培養機械運動方案設計、創新設計以及應用計算機對工程師集中各機構進行分析和設計能力。通過機械原理課程設計,使我們初步了解到機械設計的全過程，受到根據功能需要擬定機械運動方案的訓練，具備了初步的機構選用、組合和確定運動方案的能力。以機械系