《机械原理课程设计》

机械原理课程设计

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题 目 ：冲压式蜂窝煤成型机机构

目 录

1、产品简介 ...........................................4 2、工作原理.............................................4 3、机器的运动方案的分析与选择 3.1、设计基本要求........................................5

3.2、原动机的选择.........................................5 3.3、主传动运动方案分析..................................6 3.4、扫屑机构运动方案分析................................8

4、机构系统的运动尺寸设计

4.1、传动机构的运动尺寸设计..............................9

4.2、主体机构的运动尺寸设计..............................12 4.3、扫煤机构的运动尺寸设计..............................12 4.4、工作盘转动机构的运动尺寸设计.......................13

5、主体机构运动线图....................................13 6、机器运动简图........................................14 7、自我感想............................................16 8、参考书目............................................16

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1、产品简介

机械原理、机械设计课程是培养学生具有机械基础知识及机械创新能力的技术基础课。在机械类各专业中教学计划是主干课程。在培养合格机械工程设计人才方面起着极其重要的作用，是学习专业课程和从事机械产品设计的必备准备。

本设计题目是蜂窝煤成型机构，设计的最初想法来源于自己以往的亲身经历。以往的许多制造煤块的机构存在着许多避之不及的缺陷，即有些机构制造出的煤块不够敦实，放干后有一些裂纹；有些机构造出的煤块经常出现孔内坍塌现象；有些机构在工作是会出现许多不能及时清理的煤屑，造成工作环境的相对恶劣，等等。本设计的诞生不仅克服了许多造煤块机构难以克服的缺陷，还在机械传动的能耗以及电动机选择上做了优化，很大程度上做到了美化环境及节约有限能源。本设计考虑到各组成机构的可行性与合理性，选择了两种运动方案：一是机构拥有了带传动结构简单、传动平稳、具有过载保护作用，槽轮机构结构简单，工作可靠等特性，二是有了齿轮传动结构紧密，寿命长，效率高等优点。本设计的许多地方牵涉到了机械传动以及齿轮传动的知识，进一步验证和细化了专业理论知识，是我们对本专业的发展方向有了更清楚的认识。

另外，本机构安全、实用的思想设计而出，市场前景广阔，适用范围比较广泛，既可以用于大中型公司或企业批量生产，又可用于小型部门的连续生产，造出的煤块很大程度上的得到了市场和广大用户的肯定。

2、工作原理

利用带冲针6的冲头4往复运动，将位于工作盘2模孔中的混合料压实成型。冲针

6刚性固结于冲头，用以穿孔。压板8以弹簧7与滑块1相连，通过弹簧压缩时所产生的弹簧力将型煤压实。为了提高生产率，将机器作成多工位的，把上料、成型、卸煤等工序集中在一台机器上连续完成。

机器执行构件的运动图如图1-1所示。滑块1上装有冲孔压实压头4和卸煤推杆5，

14A15678图1-1 机器执行构件的运动图 第 2 页 共 13 页

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作往复直线运动（A1）;工作盘2上有五个模孔，I为上料工位，Ⅲ为成型工位，Ⅳ为卸料工位，做间歇回转运动（A2）；上料器3作连续回转运动（A3）；将型煤运出的传送带做匀速直线运动（A4）；冲头每次退出工作盘后，扫煤杆在冲头下面扫过，作清除煤屑的扫煤运动（A5）。

A1的运动参数取决于生产率，取n172r/min。考虑到料煤高度与型煤高度之比（压缩比）为2:1，工作盘高H2h150mm 。为使工作盘转位速度不致太高，取压头在工作盘内和工作盘外的位移相等，即冲头的行程为H12h300mm。

A2运动应与A1协调配合，工作盘转位时，压头必须在工作盘外，其运动参数

n2n172r/min

其运动系数τ应小于0.5。综合考虑各运动的关系,暂取工作盘转位时的运动系数 τ=160/360＝0.444。

A3的运动参数参考现有机器取n3=120r/min。

A4运动的传送带速度要保证前一块煤运走S后，后一块煤才能卸落在传送带上。设煤块的

间距为2ф=0.2m，则传送带速度为 van10.2720.20.24m/s 6060HFrFrmaxH1A5运动为平面复杂运动，要保证冲头往复

运动一次，扫煤杆在冲头下往复扫过一次，且不与其他构件相碰(具体要求见主体机构设计部分)。由于型煤是利用弹簧压实，故生产阻力Fr与弹簧压缩量成正比，生产阻力曲线见图1-2，Frmax=5000N。

图1-2 生产阻力曲线

３、机器的运动方案分析及选择

3、1 设计基本要求

h1） 设计蜂窝煤成型机构，型煤尺寸为×分钟72个；

2） 冲压成型时的生产阻力达到50000N； 3） 4）

100(mm)75(mm)生产率为每

为改善蜂窝煤成型机的质量，希望在冲压后有一短暂的保压时间；

由于冲头要产生较大压力，希望冲压机构具有增力功能，以增大有效力作用，减小原动机的功率。

3、2原动机的选择

原动机做匀速转动，驱动各执行构件动作，其中扫煤运动A5可考虑直接用滑块做主运动，以保证运动协调配合。由于采用集中驱动，有电动机到A1原动件的主传动链总传动比为:

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n电1440i总20

n172

再考虑到同类机器的参数，在此选用异步电动机集中驱动，取:

n电1440r/min

3、3主传动运动方案分析及选择

执行构件作往复直线运动，所以主传动链中，需要两级减速，运动分支和将连续回转运动变换为往复直线运动的功能，即可画出主运动链的功能框图1-3。

然后再根据其他执行构件的运动形式和运动参数的大小。确定所需的功能元，画出辅助传动链的功能框图1-3。

ⅣA1A2A电ⅠⅡA3ⅡA5A4

ⅠⅢ图1-3 传动链的功能框

这样取出功能框图中几种主要功能元，然后选择功能载体，即可得到表1所示：

表1 型煤及形态学矩阵 Ⅰ 带传动机构 链传动机构 齿轮传动机构 Ⅱ 带传动机构 链传动机构 移动从动件凸轮机构 不完全齿轮机构 齿轮传动机构 曲柄滑块机构 槽轮机构 带传动机构 四杆机构 棘轮机构 齿轮齿条机构 螺旋机构 第 4 页 共 13 页

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综合以上分析，结合主要的运动类型，我们制定了两种方案，下面就让我们对两种方案作一详细的分析：

方案I：主传动采用带传动和链传动，主题机构采用曲柄滑块机构，辅助转位机构采用槽轮机构，传送装置采用传送带。装配简图如图1-4所示，列出了机构的主要构件。

图1-4 方案Ⅰ 方案Ⅱ：主传动采用两级齿轮机构减速，主体机构虽然可以采用其它机构，但在动力传动中曲柄滑块机构较其他机构简单、合理，所以本方案主体机构仍采用曲柄滑块机构，辅助转位机构采用不完全齿轮机构，其他同方案I，各机构的装配简图如图1-5。

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图1-5 方案Ⅱ

1）、绘制传动方案简图

结合功能框图的传动路线，考虑到机构和轴线的配置以及一些其他功能，即可绘出机器的两种运动方案图。 2）、方案Ⅰ、方案Ⅱ的分析比较

这两种方案区别在于主传动机构和辅助转位机构不同。由《机械原理课程设计指导》（张永安主编、高等教育出版社出版）的第一章的表1-2、表1-3可知，方案I带传动结构简单，传动平稳，具有过载保护作用.链传动传递功率较大，但是它们的外廓尺寸大，在振动冲击载荷作用下，链传动寿命较短。槽轮机构结构比较简单，工作可靠，啮入啮出比较平稳，有柔性冲击，但槽轮在工作盘上不大好布置，所以空间较大。

方案Ⅱ采用齿轮传动，结构紧凑，寿命长，效率高，可采用标准减速器、大齿轮即为曲柄，便于平衡，且可起飞轮作用，但制造成本较高。不完全齿轮机构啮入啮出时冲击较大，设计计算较复杂，但动停比不受结构限制，尺寸较紧凑，便于布置。根据以上简单分析，初步决定采用方案Ⅱ作为机器的运动方案。 3）、扫屑机构运动方案分析

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方案Ⅰ：冲压机构为偏置曲柄滑块机构、模筒转盘为不完全齿轮机构、扫屑机构为附加滑块摇杆机构。

方案Ⅱ：冲压机构为对心曲柄滑块机构、模筒转盘为槽轮机构、扫屑机构为固定凸轮移动从动件机构。

方案Ⅰ 方案Ⅱ

两个方案我们可以用模糊综合评价方法来进行评估优选，最后定方案Ⅱ为冲压式蜂窝煤成型机的扫屑机构的运动方案。

4、机构系统的尺寸设计

4.1、传动机构的运动尺寸设计：

主传动机构的总传动比i总=20，采用两级减速，根据传动比分配“前小后大”的原则，i总=i1×i2=4×5,则z1可取19，z2i1z14z8，z8取22，z4i2z3522110.如下图1-6所示：

A3其中：Z1=19 Z2=76 Z3=22 Z4=110 Z8Z2Z6Z5Z3Z1Z7 图1-7 一级减速机构 第 7 页 共 13 页

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如图1-7所示，由上料器的转速n3动比：

'i总120r/min可知：则电动机至上料机的总传

因此可取：

n电12i1i3 n3z6i3z532163

Z4其中：Z5=21 Z6=63 Z7=22 Z8=110 A3 ， n1=72r/mm Z2Z3A电图1-7 二级减速机构

Z1

由于冲头和工作盘的运动平面相互垂直，主体机构的主动件（曲柄）和辅助转位机构的主动件（不完全齿轮）的轴线相互垂直，因此，配置了圆锥齿轮传动z9、z10,如图1-8所示。

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Z13A3A4Z10Z4Z9Z11Z12Z3

主传动机构 图1-8 考虑到主体机构与辅助机构应同步，固取z9=z10=20。传送皮带需从工作台下通过，

寸寸受限制，取主动带轮直径D=200mm，则带轮转速：

v4600.2460n423r/mm

D0.2运动有曲柄轴通过齿轮机构传来，则：

即取

i4n1z12 n4z11z1123

z1272

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4.2、主体机构的运动尺寸设计

由于滑块没有行程速比系数要求，为使机构受力较好，采用对心的曲柄滑块机构

作为主体机构，则曲柄长度：

rH1150mm 2为了使机构力学性能较好，使滑块运动速度波动 较小，又考虑到机器的整体高度，一般 取：

则两杆长度：

oBrr11~ l46l4~6r4~6150

600~900mm

考虑到机器的整体高度，取l800mm， 如图1-9所示为传动角最小时的机构位置简 图，由此校核最小传动角，所以：

1rrcos79.340~50 minlAo'满足传力性能要求。

图1-9 主体机构简图 4.3、扫煤机构的运动尺寸设计

为了清扫压头和推杆下面的煤屑，在此设计一扫煤机构，使压头离开工作台时，扫煤杆在压头下面往复扫过，又不能与其它构件相碰撞。扫煤杆的长度要保证能在压头下面扫过，由总体高度来考虑，固定凸轮采用斜面形状，其上下方向的长度应大于滑梁的行程s，其左右方向的高度应能使扫屑刷满足扫除粉煤的活动范围。

用作图法对此机构进行设计，如图1-10：Hmin、Hmax应该满足关系式：

HmaxHminφ煤75mm

凸轮的转速应该与主体机构的运动周期相配合，由主体机构的转动比i20，原动机的转速为1440r/min，可计算出：

n齿轮n电144072r/min i20第 10 页 共 13 页

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HminHmax图1-10

4.4、工作盘转位机构的运动尺寸的设计 在此设计中，工作盘的转位采用不完全齿轮机构传动。不完全齿轮的设计可参阅《机械原理课程设计指导》（由张永安主编、高等教育出版社出版）的148页表[11]。先将工作盘的静止位置按比例绘出，如图1-11（见后附图2）所示。

因主体机构采用对心的曲柄滑块机构，则曲柄要通过Ⅲ、Ⅳ工位的模孔中心，因此不完全齿轮机构的主动齿轮的回转中心O1也应在曲柄的轴线上。由于工作盘每次转动1/5周，则从动齿轮的齿数应该是Z2的五倍，取Z2=16,则：Z2'=16.模数选取要保证从动齿轮齿根圆大于工作盘外径，本题取m=5。

5、主体机构运动线图设计与分析

如图所示为型煤机主体机构的运动简图，由封闭矢量图 oAo可得适量方程为：

l1l2xo (2.1)

写出复数形式为 (2.2) 展开后得

i1l1eθl2ei2xo

'(2.3) 求得： (2.4)

l1cosθ1l2cosθ2xo lsinθlsinθ01122xol1cosθ1l2cosθ2

vol1ω1sin(θ1θ2)

cosθ2将式子（2.2）对时间求导，求得： (2.5)

将式子（2.4）对时间求导，求得：

2l1ω1cos(θ1θ2)l2ω22aocosθ2

由以上式子可求出各个位置的速度、加速度及o的位移的值，根据各

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vsavsaθ个点的速度、加速度、位移的值，通过描点法即可作出滑块的速度、加速度、位移的线图，如图1-12所示。

6、机器运动简图

图1-12 型煤机主体机构运动线图

根据以上设计分析及有关的数值计算，得到图1-13所示的机器简图：由于传送装

置位于视野之外，在此并未画出其简图，仅仅作出了冲压式蜂窝煤的主体机构简图。

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飞轮原动机

图1-13 主体机构简图

7、感想

通过这一星期的机械课程设计，我们感触良多，这次课程设计让我看到了自己的不足之处，也让我体会到了课程设计的乐趣和意义。

理论联系实际这一重要思想，在这里体现得淋漓尽致。我们现在最缺乏的就是实际工作经验，而理论联系实践并不像我们想象的那么简单，他需要坚实的理论基础和实际工作经验。坚实的理论基础决定了我必须坚持学习新的知识新的理论，完善了自己的知识结构，才能在以后的实际中轻松面对，才能设计出更好的更有益于人们生活与工作的机械，才能跟上时代的步伐，不被淘汰。 8、参考书目

1、洛阳理工学院张永安主编的《机械原理课程设计指导》 高等教育出版社 2008年第九版。

2、上海机械专科学校马永林主编的《机械原理》 高等教育出版社 2008年3月第三版。

3、高职高专系列教材编委会委员隋明阳主编的《机械设计基础》 2002年第一版。 4、西安航空职业技术学院郭红星、张超主编的《机械设计基础》 2006年第一版。

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