蜂窝煤成型机设计计算说明书.docx
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蜂窝煤成型机设计计算说明书
《机械原理课程设计》
设计计算说明书
设计题目：
蜂窝煤成型机的设计
设计者：
杨绍琼
学
号：
２００５１０２３
专业班级：
机械工程及自动化
４
班
指导教师：
李克旺
达成日期：
2007年11月30日
天津理工大学机械工程学院
目
录
一
设计目的和设计题目
目的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
1
目：
蜂煤成型机⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
1
蜂煤成型机工作原理
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
2
原始数据
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
2
任
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
2
二
履行机构运动方案设计
功能分解与工作分解
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
3
功能分解⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
3
工作程分解
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
3
方案与剖析
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
4
2.2.1.
观点
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
4
2.2.2.
方案
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
4
2.2.3.
方案合化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
8
机械系方案运⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
16
行机构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
17
机构运循⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
18
三
传动系统方案设计
方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
19
机的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
20
装置的比和各比分派⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
21
装置的运和力参数算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
21
3.4
．1
系和减速器型号的算和⋯⋯⋯⋯⋯
21
3.4
．2装置的运和力参数算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
22
四
设计小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
24
五
参照文件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
27
一
设计目的和设计题目
1.1设计目的
机械原理课程设计是我们第一次较全面的机械设计的初步训练，是一个重要的实践性教课环节。
设计的目的在于，进一步稳固并灵巧运用所学有关知识；培育应用所学过的
知识，独立解决工程实质问题的能力，使对机械系统运动方案设计（机构运动简图设计）有一个完好的观点，并培育拥有初步的机构选型、组合和确立运动方案
的能力，提高我们进行创建性设计、运算、画图、表达、运用计算机和技术资料诸方面的能力，以及利用现代设计方法解决工程问题的能力，以获得一次较完好的设计方法的基本训练。
机械原理课程设计是依据使用要求对机械的工作原理、构造、运动方式、力和能量的传达方式、各个构件的尺寸等进行构想、剖析和计算，是机械产品设计的第一步，是决定机械产品性能的最主要环节，整个过程蕴涵着创新和发明，能够提高我们的创新意识和能力。
为了综合运用机械原理课程的理论知识，剖析和解决与本课程有关的实质问题，使所学知识进一步稳固和加深，我们参加了此次的机械原理课程设计。
1.2设计题目：
蜂窝煤成型机
说明：
蜂窝煤成型机是我国城镇蜂窝煤生产厂的主要生产设施，它将煤粉
加入工作盘上的模筒内，经冲头冲压成蜂窝煤。
滑梁
卸煤杆冲头
扫屑刷
工作盘
Ⅰ
ⅣⅢ
图一：
蜂窝煤成型机设计原理表示图
蜂窝煤成型机工作原理
滑梁作来去直线运动，带动冲头和卸煤杆达成压实成型和蜂窝煤脱模动
作。
工作盘上有五个模孔，Ⅰ为上料工位，Ⅲ为冲压工位，Ⅳ为卸料工位，
工作盘间歇转动，以达成上料、冲压、脱模的变换。
扫屑刷在冲头和卸煤杆
退出工作盘后，在冲头和卸煤杆下扫过，以消除其上的积屑。
别的，还有型
煤运出的输送带部分。
原始数据
上料及输送机构较为简单，此题目主要考虑三个机构的设计：
①冲压和脱模机构②工作盘的间歇转动机构
③扫屑机构
已知条件
方
案
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
工作机输入
功率（KW）
生产率
12
15
15
16
16
18
18
20
20
12
（块/min）
型煤尺寸：
Φ×h=100mm×75mm
粉煤高度与型煤高度之比（压缩比）
：
2∶1，即工作盘高度
H=2h=150mm
工作条件：
载荷有稍微冲击，一班制
使用限期：
十年，大修期为三年
生产批量：
小批量生产（少于十台）
转速同意偏差：
±
5%
设计任务
1．履行部分机构设计
（1）剖析冲头、工作盘和扫屑机构的方案
（2）制定履行机构方案，画出整体机构方案表示图
（3）画出履行机构运动循环图
（4）履行机构尺寸设计，画出整体机构方案图，并注明主要尺寸
（5）画出履行机构运动简图
（6）对履行机构进行运动剖析
2．传动装置设计
（1）选择电动机
（2）计算总传动比，并分派传动比
（3）计算各轴的运动和动力参数
3．编写课程设计说明书
二、履行部分机构运动方案设计
2.1功能分解与工艺动作分解
2．1．1功能分解
如图一所示为冲头、卸煤杆、扫屑刷、工作盘的互相地点状况。
实质上冲头与卸煤杆都与上下挪动的滑梁连成一体，当滑梁下冲时冲头将煤粉压成蜂窝煤，卸煤杆将已压成的蜂窝煤脱模。
在滑梁上涨过程中扫屑刷将刷除冲头和卸煤杆上粘附的煤粉。
工作盘盘上均布了模筒，转盘的间歇运动使加料后的模筒进入加压地点Ⅲ、成型后的模筒进入脱模地点Ⅳ、空的模筒进入加料地点Ⅰ；
为改良蜂窝煤成型机的质量，希望在冲压后有一短暂的保压时间；
冲煤饼时冲头压力较大，最大可达20000N，其压力变化近似以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。
所以，希望冲压机构拥有增力功能，以减小机器的速度颠簸和减小原动机的功率。
此外机械运动方案应力争简单。
2．1．2工艺动作过程分解
依据上述剖析，蜂窝煤成型机要求达成的工艺动作有以下六个动作：
1）加料：
这一动作可利用煤粉的重力翻开料斗自动加料；
2）冲压成型：
要求冲头上下来去运动，在冲头行程的二分之一进行冲压成型；
3）脱模：
要求卸料盘上下来去挪动，将已冲压成型的煤饼压下去而离开模筒。
一般能够将它与冲头固结在上下来去挪动的滑梁上；
4）扫屑：
要求在冲头、卸料盘向上挪动过程顶用扫屑刷将煤粉打扫；
5）工作盘间歇运动：
以达成冲压、脱模和加料三个工位的变换；
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，临时不予考虑，脱模和冲压可
以用一个机构达成。
所以，蜂窝煤成型机运动方案设计要点考虑冲压和脱模机构、
扫屑机构和模筒转盘间歇转动机构这三个机构的选型和设计问题。
2.2方案选择与剖析
2.2.1.观点设计
依据以上功能剖析，应用观点设计的方法，经过机构系统搜寻，可得“形态
学矩阵”的组合分类表，如表1所示。
表1组合分类表
对心曲柄滑块机构
冲压和脱模盘机构带轮曲柄滑块机构六杆冲压组合机构偏爱轮式肘节机构
固定挪动凸轮挪动从
扫屑刷机构附带滑块摇杆机构齿轮机构凸轮机构动件机构
模筒转盘间歇运动机构槽轮机构棘轮机构不完好齿轮机构凸轮式间歇运动机构
因冲压成型与脱模可用同一机构达成，故可知足冲床总功能的机械系统运动方案有N个，即N＝3×4×4个＝48个。
运用确立机械系统运动方案的原则与方法，来进行方案剖析与议论。
2.2.2.方案选择
1）冲压脱模机构的方案选择
方案一：
曲柄滑块机构（对心）方案二：
六杆冲压组合机构
方案三：
带轮曲柄滑块机构方案四：
偏爱轮式肘节机构
方功能
案
运动
增力
变换
号
表2冲压脱模机构部分运动方案定性剖析
主要性能
特征
功能质量
经
济合用性
一
加
二级
工作
磨损
加工
级
效
运动
压
传动
安稳
与变
成
传
复杂性
装置
尺寸
时
角
性
形
率
本
动
难度
间
角
１
知足
较
较
---
一般
一般
较
简单
易
低
最小
弱
小
高
长
2
知足
较
小
大
一般
一般
高
较困难
易
低
小
弱
长
3
知足
较
--
---
一般
一般
高
较困难
较易
较
较大
较强
高
长
4
知足
较
很
---
一般
一般
很
较困难
易
低
较大
很强
大
高
长
注：
①加压时间是指在同样施压距离内，下压模挪动所用的时间，越长则越有益。
②一级传动角指四杆机构的传动角；二级传动角指六杆机构中后一级四杆机构的传动角。
③评论项目应因机构功能不一样而有所不一样。
对以上方案初步剖析如表2。
从表中的剖析结果不难看出，方案2的性能显然较差；方案1，3，4有较好综合性能，且各有特色，但方案3成本较高，节余方案1，4这两个个方案可作为被选方案，待运动设计、运动剖析和动力剖析后，经过定量评论选出最优方案。
2）扫屑刷机构的方案选择
方案一：
附带滑块摇杆机构方案二：
固定凸轮挪动从动件机构
方案三：
齿轮机构方案四：
凸轮机构
表3扫屑刷机构部分运动方案定性剖析
对以上方案初步剖析如上表3。
从表中的剖析结果不难看出，四个方案的性
能相差不大，方案
1、2、4的效率较高，方案3、4计算加工难度较大；方案
1，
功
能
经
济合用性
方案号
运动变换
间歇
工作平
磨损与
效率
复杂性
加工装
成本
运动尺寸
送进
稳性
变形
配难度
1
知足
无
安稳
一般
较高
简单
较难
低
较大
2
知足
无
较安稳
小
较高
简单
较难
低
一般
3
知足
无
安稳
小
低
较简单
最难
较高
最小
4
知足
有
安稳
小
较高
简单
困难难
较高
较大
2可为最优方案。
3）模筒转盘间歇运动机构方案选择
方案一：
槽轮机构方案二：
不完好齿轮机构
方案三：
圆柱凸轮间歇运动机构方案四：
双动式棘轮机构
表4间歇运动机构方案定性剖析
功
能
经
济合用性
方案号
运动变换
间歇
工作平
磨损与
效率
复杂性
加工装
成本
运动尺寸
转动
稳性
变形
配难度
1
知足
有
安稳
小
较高
简单
简单
较高
较大
2
知足
有
有冲击
小
较高
简单
简单
高
较大
3
知足
有
安稳
较小
高
复杂
难
较高
较大
4
知足
有
有冲击
较大
低
最简单
难
高
较大
对以上方案初步剖析如表4。
我以为方案4最不理想，不适合本设计；方案3
难于计算且加工和装置不易，不宜采纳；方案
1，2简单适用建议使用。
2.2.3.方案组合优化选择
由以上各个方案的综合剖析，选择可行且较理想的方案有：
1）冲压脱模机构的方案选择
方案一：
曲柄滑块机构（对心）；
方案四：
偏爱轮式肘节机构
2）扫屑刷机构的方案选择
方案一：
固定凸轮挪动从动件机构；
方案二：
附带滑块摇杆机构
3）模筒转盘间歇运动机构方案选
择
方案一：
槽轮机构；
方案二：
不完好齿轮机构
故经过整合，能够获得方案一立体成效图
2*2*2=8（种）较为理想的履行机构方案，再经过优化剖析选择，即能够得
到最为理想的履行机构的方案：
[方案剖析]：
如方案一立体成效图所示，冲压机构采纳的是曲柄滑块机构，视
为最简单的冲压机构。
只可是采纳此种机构增力较弱，使得机构对杆的要求提高。
适入选择连结件在齿轮上的地点就能够调理下压的尺寸。
间歇机构采纳的是不完好齿轮机构,它是由一般齿轮机构转变而成的一种间歇运动机构。
它与一般齿轮的不一样之处是轮齿不充满整个圆周。
不完好齿轮机构的主动轮上只有一个或几个轮齿，并依据运动时间与停留时间的要求，在从动轮
上有与主动轮轮齿相啮合的齿间。
两轮轮缘上各有锁止弧（见详细不完好齿轮
图），在从动轮停留时期，用来防备从动轮游动，并起定位作用。
但不完好齿轮机构的构造参数设计复杂，而且加工困难，成本很高。
扫屑机构表示固定挪动凸轮利用滑梁上下挪动使带有扫屑刷的挪动从动件顶出而打扫冲头和脱模盘底上的粉煤屑。
方案二立体成效图
[方案剖析]：
如方案二立体成效图所示，冲压机构采纳的是曲柄滑块机构，视
为最简单的冲压机构。
只可是采纳此种机构增力较弱，使得机构对杆的要求提高。
适入选择连结件在齿轮上的地点就能够调理下压的尺寸。
扫屑机构表示固定挪动凸轮利用滑梁上下挪动使带有扫屑刷的挪动从动件
顶出而打扫冲头和脱模盘底上的粉煤屑，但是该构造没有间歇运动，对机架的要求较高，工作安稳性较差。
间歇机构采纳的是槽轮机构槽轮机构由拥有圆柱销的主动销轮、拥有直槽
的从动槽轮及机架构成。
从动槽轮其实是由多个径导游槽所构成的构件，各个导槽挨次间歇地工作。
按机构运动循环图可确立槽轮的槽数等其余构造参数。
方案三立体成效图
[方案剖析]：
从方案三立体成效图中我们能够看出冲压机构是这几个方案中最
复杂也是增力最大的一个。
它是一个由凸轮—连杆机构组合而成的偏爱轮式肘节
机构依照滑块的运动要求，可确立固定凸轮的轮廓曲线。
但是这样设计成本巨大，
对安装要求较高，整个机架构造设计更困难。
间歇机构采纳的仍是槽轮机构槽轮机构。
从动槽轮其实是由多个径导游槽
所构成的构件，各个导槽挨次间歇地工作。
按机构运动循环图可确立槽轮的槽数。
扫屑机构表示固定挪动凸轮利用滑梁上下挪动使带有扫屑刷的挪动从动件
顶出而打扫冲头和脱模盘底上的粉煤屑。
方案四立体成效图
[方案剖析]：
从方案四立体成效图中我们能够看出冲压机构仍是采纳一个由凸
轮—连杆机构组合而成的偏爱轮式肘节机构，依照滑块的运动要求，可确立固定凸轮的轮廓曲线困难如方案三。
间歇机构采纳的是不完好齿轮机构,它是由一般齿轮机构转变而成的一种间歇运动机构。
它与一般齿轮的不一样之处是轮齿不充满整个圆周。
不完好齿轮机构的主动轮上只有一个或几个轮齿，并依据运动时间与停留时间的要求，在从动轮
上有与主动轮轮齿相啮合的齿间。
两轮轮缘上各有锁止弧（见详细不完好齿轮
图），在从动轮停留时期，用来防备从动轮游动，并起定位作用。
依据图能够确立其运动规律进而设计出齿轮各项数据。
扫屑机构表示固定挪动凸轮利用滑梁上下挪动使带有扫屑刷的挪动从动件顶出而打扫冲头和脱模盘底上的粉煤屑。
方案五立体成效图
[方案剖析]：
如方案五立体成效图所示，冲压机构采纳的是曲柄滑块机构，视
为最简单的冲压机构。
间歇机构采纳的仍是不完好齿轮机构,它是由一般齿轮机构转变而成的一种
间歇运动机构。
它与一般齿轮的不一样之处是轮齿不充满整个圆周。
不完好齿轮机
构的主动轮上只有一个或几个轮齿，并依据运动时间与停留时间的要求，在从动
轮上有与主动轮轮齿相啮合的齿间。
两轮轮缘上各有锁止弧（见详细不完好齿轮
图），在从动轮停留时期，用来防备从动轮游动，并起定位作用。
扫屑机构为附带滑块摇杆机构，知足运动变化条件，且工作安稳，效率较高，
对比较而言成本较低，运动尺寸较大。
方案六立体成效图
[方案剖析]：
如方案六立体成效图所示，间歇机构采纳的仍是槽轮机构，槽轮
机构能正确控制转角、工作靠谱、机械效率高，工作安稳性较好.
冲压机构采纳的是曲柄滑块机构，视为最简单的冲压机构。
只可是采纳此
种机构增力较弱，使得机构对杆的要求提高。
适入选择连结件在齿轮上的地点就
能够调理下压的尺寸，且对机架的设计和要求更简单化。
扫屑机构为附带滑块摇杆机构，知足运动变化条件，且工作安稳，效率较
高，对比较而言成本较低，运动尺寸较大。
方案七立体成效图
[方案剖析]：
如方案七立体成效图所示，我们能够看出冲压机构是这几个方案中最复杂也是增力最大的一个。
它是一个由凸轮—连杆机构组合而成的偏爱轮式肘节机构依照滑块的运动要求，可确立固定凸轮的轮廓曲线。
但是不足的地方如方案三剖析。
冲压机构采纳的是曲柄滑块机构，视为最简单的冲压机构。
只可是采纳此种机构增力较弱，使得机构对杆的要求提高。
适入选择连结件在齿轮上的地点就能够调理下压的尺寸。
扫屑机构为附带滑块摇杆机构，知足运动变化条件，且工作安稳，效率较高，对比较而言成本较低，运动尺寸较大。
方案八立体成效图
[方案剖析]：
如方案八立体成效图所示，我们能够看出冲压机构仍是一个由凸轮—连杆机构组合而成的偏爱轮式肘节机构，但构造较复杂，实现时的困难如方案三所述。
扫屑机构固定凸轮挪动从动件机构；间歇机构采纳的是不完好齿轮机构。
综上所述，依据所选方案能否能知足要求的性能指标，构造能否简单、紧凑；制造能否方便；成本能否低等选择原则。
经过前述方案评论，采纳系统工程评论法进行剖析论证，我采纳方案六为最正确方案。
联合机架，传动部分的简图，我们但是经过简单的CAD剖析作图，获得机械系统方案设计运动简图。
2.3机械系统方案设计运动简图
简图说明：
由于是构造简图，所以各机构不过简图整合的，详细参数见设计部分
出来后，依据实质尺寸会在A3图中绘出和表达。
系统履行机构方案选择冲压脱模机构为曲柄滑块机构；扫屑机构三杆机构；
间歇运动机构为槽轮展起色构，经过直齿圆锥齿轮机构连结到减速箱上。
2.4履行机构设计和计算
1.履行机构设计计算
1）冲压脱模机构（曲柄滑块机构）设计计算
已知冲压式蜂窝煤成型机的滑梁行程s=400mm；曲柄与连杆长度比，即连杆
系数为λ＝，则
曲柄半径为：
R=s/2=200mm
连杆长度为：
L=R/λ=1000mm
所以，不难求出曲柄滑块机构中滑梁（滑块）的速度和加快度变化，进而画
出冲压脱模机构的位移—时间关系图。
2）扫屑机构设计计算
依照滑块的行程要求以及冲压机构的尺寸限制，选用扫屑机构尺寸以下：
L1=175mm，L2=450mm，L3=550mm
3）间歇机构（槽轮机构）设计计算
a）槽轮数据的设计（其余部分参数可查参照文件[16]表5-14获得）
槽数Z按工位要求选定为5
槽轮运动角2A即槽轮每次转位角2A=360°/Z=72°
拨盘运动角2B即槽轮每次转位时对应拨盘的转角2B=180°-2A=108°拨盘半径R1/㎜即拨盘滚子中心圆的半径R1=160（按工位要求选用）滚子半径Rr/㎜一般取Rr=R1/6=27
槽轮名义外圆半径R2/㎜按中心距α和槽轮运动角2A计算R2=253
中心距α/㎜按构造状况确立α=300
2
255
槽轮实质外圆半径Rs/㎜Rs=Rr2=R2
拨盘相对半径
槽轮相对半径
槽底半径Rd/㎜Rd=α-（R
1+Rr）-e=110（e是滚子与槽轮空隙
取e=3㎜）
槽深h/㎜h=R
2-Rd
=143
锁止弧半径R
0
R
1
–
R
r
–b=114㎜取R=110㎜
0
锁止弧对应中心角
=360
°/k-2B=252
°
滚子数kk
2Z/（Z-2）=10/3
取k=1
动停比j=t/t
’
运动系数=t/T=t/t+t
’=k（Z-2）/2Z=3/10
b）直齿圆锥齿轮机构设计
分度圆锥角δ1＝δ2＝45°，模数m=10mm，采纳标准直齿圆锥齿轮传动，Z1=10，Z2=40，ha*=1.0.
2．5依据工艺动作次序和协调要求制定运动循环图
对于冲压式蜂窝煤成型机运动循环图
主假如确立冲压和脱模盘、扫屑刷、模筒转
盘三个履行构件的先后次序、相位，以利对
各履行机构的设计、装置和调试。
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，纵坐标表示各履行构件的位移起止位
置。
图2表示冲压式蜂窝煤成型机三个履行
机构的运动循环图。
冲头和脱模盘都由工作
行程和回程两部分构成。
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
段达成，使间歇转动在冲压从前达成。
扫屑刷要求在冲头回程后半段至工作
行程的前半段达成扫屑运动。
三、传动系统方案设计
3.1传动方案设计
传动系统位于原动机和履行系统
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