(完整word版)大连理工大学-机械原理课程设计

《机械原理课程设计》题目：冲压式蜂窝煤成型机机构

学校：大连理工大学

系别 : 机械工程学院

班级：

设计者：

指导教师：王德伦

2011-01-05 星期三

1、产品简介 (3)

2、工作原理 (3)

3、机器的运动方案的分析与选择

3.1、设计基本要求 (4)

3.2、原动机的选择 (4)

3.3、主传动运动方案分析 (5)

3.4、扫屑机构运动方案分析 (9)

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 (10)

4.2、主体机构的运动尺寸设计 (13)

4.3、扫煤机构的运动尺寸设计 (13)

4.4、工作盘转动机构的运动尺寸设计 (14)

5、主体机构运动分析 (14)

6、机器运动简图 (15)

7、自我感想 (16)

8、参考书目 (16)

9、部分机构实体模型及inventor机构运动分析......... ............ .. (16)

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。小时候家里虽然没有蜂窝煤机，但是却有那种人力的像打气筒似的人力蜂窝煤成型机，不过所造蜂窝煤形状都不太理想。即时是长大后产生的大型电动蜂窝煤成型机的机构，制造出的煤块也或多或少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。

推杆5，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）。

A 1的运动参数取决于生产率，取172/min n r =。考虑到料煤高度与型煤高度之比（压缩比）为2:1，工作盘高2150mm H h == 。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12300H h mm ==。

A 2运动应与A 1协调配合，工作盘转位时，压头必须在工作盘外，其运动参数

2172/min n n r ==

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。

A 3的运动参数参考现有机器取n3=120r/min 。 A 4运动的传送带速度要保证前一块煤运走后，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

10.2720.2

0.24m/s 6060

a n v ??=

==

３、机器的运动方案分析及选择

3、1 设计基本要求

1） 设计蜂窝煤成型机构，型煤尺寸为×

h 100(mm)75(mm)φ=?生产率为每分钟72个；

2） 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； 3） 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5A 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:

114402072

n i n ===电总

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:

1440r/min n =电

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1-2。

图1-2

图1-3

机器的运动方案分析及选择

综合以上分析，结合主要的运动类型，我们制定了三种方案，下面就让我们对三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。

特点：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

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。

特点：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。

图1-5 方案Ⅱ

方案Ⅲ：

特点是偏置曲柄滑块机构执行粉煤冲压成型动作，由另一曲柄滑块机构的演变机构将成品顶出。由凸轮机构把送入煤粉和输出成品合并为一个动作，在把成品推出工作台的同时将下一工作循环的粉煤送至模筒。

图1-6 方案Ⅲ

方案的分析比较

由于该机主要在城镇农村使用，应力求结构简单、操作方便、成本低廉，为了提高工作效率，拟采用多工位工作方式，使加料、冲压、起模三个工步同时在转盘工作台上实现，由此需要实现工作台的间歇转动。

综上比较各种特点初步选择方案Ⅱ。

3、4扫屑机构运动方案分析

方案Ⅰ、Ⅲ：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。

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=i 1×i 2=4×5,则z 1可取19，21184z i z z =?=，8z 取22，423522110z i z =?=?=.如下图1-7所示：

如图的总传动比：

'133

12n i

i i n ===?电总

因此可取：

63532163z i z =?=?=

A

3

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9z 、10z ,如图1-9所示。

图1-8 二级减速机构

考虑到主体机构与辅助机构应同步，固取9=10=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：

44600.2460

23r/mm 0.2v n D ππ

??=

== 运动有曲柄轴通过齿轮机构传来，则：

1124411

n z

i n z =

= 即取

1123z =

12

72z =

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：

1

150mm 2

H r =

= 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：

11~46

r r l ==

则两杆长度：

()()()

4~64~6150

600~900mm l r ==?=

考虑到机器的整体高度，取800l mm =， 如图1-10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：

1

min cos 79.340~50r

r l

-==?>??

满足传力性能要求。

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1-11：min max H H 、应该满足关系式：

max min 75mm H H -≥=煤

φ

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20i =，原动机的转速为1440r/min ，可计算出：

144072r/min 20

n n i ===电齿轮

4.4在此设计中，工作盘的转位采用不完全齿轮机构传动。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1O 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2Z 的五倍，取2Z =16,则：'2Z =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、主体机构运动设计与分析

如图1-10所示为型煤机主体机构的运动简图，由封闭矢量图

'

o Ao 可得适量方程为：

(2.1)

12o l l x += 写出复数形式为

(2.2) 1212i i o l e l e x θ+=θ

展开后得

(2.3) 11221122

cos cos sin sin 0o l l x l l +=??+=?θθθθ 求得： (2.4)

1122cos cos o x l l =+θθ 将式子（2.2）对时间求导，求得： (2.5)

11122

sin()

cos l vo -=-

ωθθθ

将式子（2.4）对时间求导，求得：

2

2

1112222

cos()cos o l l a -+=-

ωθθωθ

6、机构运动简图

根据以上设计分析和有关的数值计算，得到图1-12所示的机器简图：因为看不到传送装置，所以没有画出它的结构简图，只画了冲压式蜂窝煤的主体机构简图。

图1-12 主体机构简图

7、感想

经历过这么多天不间断的课程设计，我们有挺多感触的，从最基本上说我们看到了，也意识到了自己的不足，对于不断克服的各种阻碍也让我们体会到了课程设计的意义所在。

对于只接触课本只动笔杆的我们，面临实际的设计尺寸，让我们很是尴尬，都说理论联系实际，真正到联系的时候才发现挺困难的，不过正是理论知识的各种补充才让我们能最终完成任务，然后深深地体会到理论对现实的指导作用。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。

在这个一边忙着复习忙着考试又要准备课程设计的日子里，真真正正的体会到了时间的宝贵，有点像高中忙忙碌碌的生活，不过能按时完成课程设计对我们来说也是一个莫大的安慰。

严谨和细心是做机械设计的必要态度，要想做好一件事，就必须一丝不苟、态度认真。俗话说：“失之毫厘，谬之千里。”在机械设计上尤其应该注意。在以后的工作中，你的很小的一个疏忽将会造成一个公司很大的损失，甚至给用户带去生命危险，而自己也会为自己的不负责任行为付出代价。

当然要顺利的完成一项设计，团队合作是必不可少的，大家相互交流意见，分工合作，取长补短，共同努力。这就是团队工作的重要性，每个人按时准时完成自己的工作对于团队工作的好坏十分重要，只有明确了每个人应该做的事儿，明确了自己的责任才能效率的完成任务，这对于我们以后的团队工作有很大意义，对我们以后的工作也应该很有影响。

再者就是设计中要严谨和细心，对于机械是不能出差错的，任何的微小误差都可能产生不可预计的后果，当然对于我们来说就是设计中要走一些弯路，而且在这个严重缺少时间又惦记回家问题的我们来说也是一个很严重的后果。

不过，困难虽是难免的，但我们有信心就能并且已经战胜了困难，完成了这个无比揪心的课程设计。

因为时间等各种关系设计中难免有些不足还请老师助教给予批评和帮助。8、参考书目

《机械原理讲义》王德伦高媛主编

《机械原理课程设计设计》王淑仁主编

《机械原理课程指导书》高媛董惠敏主编

9、部分机构实体模型及inventor机构运动分析

槽轮机构：

凸轮机构：

锥齿轮机构：

齿轮配合机构：

蜂窝煤冲头位移仿真分析