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第一章 前言
一、 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的功能和設(shè)計要求
1、功能
沖壓式蜂窩煤成型機(jī)是我國城鎮(zhèn)蜂窩煤（通常又稱煤餅，在圓柱形餅狀煤中沖出若干通孔）生產(chǎn)廠的主要生產(chǎn)設(shè)備，它將煤粉加入轉(zhuǎn)盤上的模筒內(nèi)，經(jīng)沖頭沖壓成蜂窩煤。
為了實現(xiàn)蜂窩煤沖壓成型，沖壓式蜂窩煤成型機(jī)必須完成以下幾個動作：
1） 煤粉加料；
2） 沖頭將蜂窩煤壓制成型；
3） 清除沖頭和出煤盤的積屑的掃屑運動；
4） 將在模筒內(nèi)的沖壓后的蜂窩煤脫模；
圖 1
5） 將沖壓成型的蜂窩煤輸送裝箱。
2、原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求
1）蜂窩煤成型機(jī)的生產(chǎn)能力：30次/min；
2）驅(qū)動電機(jī)：Y180L－8、功率N＝11 kW、轉(zhuǎn)速n＝730 r/min；
3）如圖1所示位沖頭3、脫模盤5、掃屑刷4、模筒轉(zhuǎn)盤1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2連成一體，當(dāng)滑梁下沖時沖頭將煤粉壓成蜂窩煤，脫模盤將已壓成的蜂窩煤脫模。在滑梁上升過程中掃屑刷將刷除沖頭和脫模盤上粘附的煤粉。模筒轉(zhuǎn)盤均布了模筒，轉(zhuǎn)盤的間歇運動使加料后的模筒進(jìn)入加壓位置、成型后的模筒進(jìn)入脫模位置、空的模筒進(jìn)入加料位置；
4）為改善蜂窩煤成型機(jī)的質(zhì)量，希望在沖壓后有一短暫的保壓時間；
5）機(jī)械運動方案應(yīng)力求簡單。
二、 工作原理和工藝動作分解
根據(jù)上述分析，沖壓式蜂窩煤成型機(jī)要求完成的工藝動作有以下六個動作：
1）加料：這一動作可利用煤粉的重力打開料斗自動加料；
2）沖壓成型：要求沖頭上下往復(fù)運動，在沖頭行程的二分之一進(jìn)行沖壓成型；
3）脫模：要求脫模盤上下往復(fù)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(jié)在上下往復(fù)移動的滑梁上；
4）掃屑：要求在沖頭、脫模盤向上移動過程中用掃屑刷將煤粉掃除；
5）模筒轉(zhuǎn)模間歇運動：以完成沖壓、脫模和加料三個工位的轉(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，脫模和沖壓可以用一個機(jī)構(gòu)完成。
因此，沖壓式蜂窩煤成型機(jī)運動方案設(shè)計重點考慮沖壓和脫模機(jī)構(gòu)、掃屑機(jī)構(gòu)和模筒轉(zhuǎn)盤間歇轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)這三個機(jī)構(gòu)的選型和設(shè)計問題。
三、 根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖
對于沖壓式蜂窩煤成型機(jī)運動循環(huán)圖主要是確定沖壓和脫模盤、掃屑刷、模筒轉(zhuǎn)盤三個執(zhí)行構(gòu)件的先后順序、相位，以利對各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計、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)，以它的主動件的零位角為橫坐標(biāo)的起點，縱坐標(biāo)表示各執(zhí)行構(gòu)件的位移起止位置。
圖2
圖2表示沖壓式蜂窩煤成型機(jī)三個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動循環(huán)圖。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的前半段完成掃屑運動。
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、掃屑刷這三個執(zhí)行構(gòu)件動作要求和結(jié)構(gòu)特點，可以選擇表1的常用機(jī)構(gòu)，這一表格又稱為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形態(tài)學(xué)矩陣。
表1 三執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形態(tài)學(xué)矩陣
沖頭和脫模盤機(jī)構(gòu)
對心曲柄滑塊機(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)
固定移動凸輪移動從動件機(jī)構(gòu)
模筒轉(zhuǎn)盤間歇運動機(jī)構(gòu)
槽輪機(jī)構(gòu)
不完全齒輪機(jī)構(gòu)
凸輪式間歇運動機(jī)構(gòu)
圖 3
圖3（a）表示附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu)。利用滑梁的上下移動使搖桿OB上的掃屑刷掃除沖頭和脫模盤底上的粉煤屑。圖3（b）表示固定移動凸輪利用滑梁上下移動使帶有掃屑刷的移動從動件頂出而掃除沖頭和脫模盤底上的粉煤屑。
五、 機(jī)械運動方案的選定和評價
根據(jù)表1所示的三個執(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)械運動方案數(shù)為：
N=3×2×3＝18
現(xiàn)在，我們可以給定條件、各機(jī)構(gòu)的相容性和盡量使機(jī)構(gòu)簡單等等要求來選擇方案。由此可選定兩個結(jié)構(gòu)比較簡單的方案。
方案Ⅰ：沖壓機(jī)構(gòu)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、模筒轉(zhuǎn)盤為槽輪機(jī)構(gòu)、掃屑機(jī)構(gòu)為固定凸輪移動從動件機(jī)構(gòu)。
方案Ⅱ：沖壓機(jī)構(gòu)為六桿沖壓機(jī)構(gòu)、模筒轉(zhuǎn)盤為不完全齒輪機(jī)構(gòu)、掃屑機(jī)構(gòu)為附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu)。
兩個方案的主要區(qū)別在于：
方案Ⅰ中采取的是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為沖壓機(jī)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的特點就是結(jié)構(gòu)簡單，易于制造以及裝配。但稍有不足的是其增力效果不太明顯，而且保壓時間不夠長。方案Ⅱ中采用的是六桿增力機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的顯著特點便是有很好的增力效果，有較長的保壓時間，而且運動平穩(wěn)，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易于設(shè)計與裝配。
方案Ⅰ的模筒轉(zhuǎn)盤為槽輪機(jī)構(gòu)，其特點是結(jié)構(gòu)簡單，但轉(zhuǎn)動速度不是勻速的。而方案Ⅱ的模筒轉(zhuǎn)盤為不完全齒輪結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的特點便是運動相對平穩(wěn)，速度均勻。但模筒轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時工作頭并不工作，基本處于回程狀態(tài)，此時對模筒轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動速度沒有什么要求，故用槽輪機(jī)構(gòu)便能滿足需要。
方案Ⅰ中的掃屑機(jī)構(gòu)是固定凸輪移動從動件機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的特點是結(jié)構(gòu)非常簡單，易于設(shè)計。而方案Ⅱ中采用的是附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)相對于固定凸輪移動從動件結(jié)構(gòu)而言，運動平穩(wěn)。但結(jié)構(gòu)相對鉸復(fù)雜，況且掃屑機(jī)構(gòu)對運動的要求不是太高，故用凸輪移動從動件機(jī)構(gòu)便能滿足要求。
綜上分析，為了使機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)趨于簡單化，易于設(shè)計制造化，況且本設(shè)計中的成型機(jī)為簡易的成型機(jī)設(shè)計，故可選擇簡單的構(gòu)建。故選擇方案Ⅰ，即沖壓機(jī)構(gòu)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，模筒轉(zhuǎn)盤為槽輪機(jī)構(gòu)，掃屑機(jī)構(gòu)為凸輪移動從動件機(jī)構(gòu)。
圖 4
六、 機(jī)械傳動系統(tǒng)的傳動比和變速機(jī)構(gòu)
根據(jù)選定的驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速和沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的生產(chǎn)能力。它們的機(jī)械傳動系統(tǒng)的總傳動比為：
機(jī)械傳動系統(tǒng)的第一級采用帶傳動，其傳動比為4.866，第二級采用齒輪傳動，其傳動比為5。
七、 畫出機(jī)械運動方案簡圖
按已選定的三個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式及機(jī)械傳動系統(tǒng)，畫出沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的機(jī)械運動示意圖。其中三個執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分也可以稱為機(jī)械運動方案示意簡圖。如圖4所示，其中包括了機(jī)械傳動系統(tǒng)、三個執(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)，那就可以完整地表示整臺機(jī)器的機(jī)械運動方案圖。
有了機(jī)械運動方案圖，就可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運動尺寸設(shè)計計算和機(jī)器的總體設(shè)計。
第二章 傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計與校核
本設(shè)計中的沖壓式蜂窩煤成型機(jī)是一種簡易的低功率的工作機(jī)器，其工作時工作頭所受的工作壓力可以根據(jù)平時的手動的沖壓式蜂窩煤成型機(jī)器參考確定。
平時的手動的沖壓式蜂窩煤成型機(jī)器由單人操作，其工作力為人力所能達(dá)到的，一般人的體重為60Kg，而加在成型機(jī)上的力應(yīng)和人的體重相當(dāng)，大約為50Kg，即500N。所以本設(shè)計中的沖壓式成型機(jī)工作時所受到的工作阻力應(yīng)比500N大，本設(shè)計中取為100Kg，即1000N。
一、 帶傳動計算
1）確定計算功率Pca
由[1]P156表8-7查得工作情況系數(shù)KA=1.2，故
Pca=KAP=1.2×11=13.2KW
2）選擇帶的型號
由Pca及主動輪轉(zhuǎn)速n1，由《機(jī)械設(shè)計手冊（新版）》圖14.1-2，圖14.1-3以及圖14.1-4選擇V帶型號為B型V帶。
3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd并驗算帶速v。
(1)由《機(jī)械設(shè)計手冊（新版）》表14.1-18以及表14.1-19，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑d1=160mm
(2)驗算帶速v。
V===6.11m/s
因為5m/s
S=1.5
（8）截面Ⅰ的右側(cè)
抗彎截面系數(shù)W=0.1d3=34300mm3
抗扭截面系數(shù)WT=0.2d3=68600mm3
截面Ⅰ左側(cè)彎矩M為：M=60000N·mm
截面Ⅰ上的扭矩T為：T=131000 N·mm
截面上彎曲應(yīng)力
b=M/W=1.75MPa
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
T=T/WT=1.91MPa
過盈配合處的值，由附表3-8用插入法求得，并取=0.8，于是得
=3.16 =2.53
軸按磨削加工，由附圖3-4的表面質(zhì)量系數(shù)=0.92
軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即βq=0.1，則按式（3-12）及（3-12a）得綜合系數(shù)值為
3.25
2.62
于是計算安全系數(shù)值S得
=48.35
58.05
=37.15>>S=1.5
故該軸在該截面處的強(qiáng)度也是足夠的。本設(shè)計中因無大的瞬時過載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對稱性，故可略去靜強(qiáng)度校核。
第三章 其他部件的設(shè)計與選型
一、 軸承的選型
軸承的選型應(yīng)根據(jù)軸的直徑進(jìn)行選擇，由先前的設(shè)計可以知道各個軸的尺寸：
根據(jù)前面的設(shè)計可以知道帶輪與小齒輪連接的軸的軸直徑為Φ50，差相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可以確定該軸應(yīng)該用深溝球軸承6210，由于考慮到該軸兩端都懸空（左端為大帶輪，右端為小齒輪），故選用2個深溝球軸承6210。
大齒輪軸的直徑由前面設(shè)計為Φ50，所以也應(yīng)該選用深溝球軸承6210。由于該軸右端懸臂過長，故應(yīng)該在右端靠近直錐齒輪處再加一個支承點進(jìn)行固定。同時該軸為整個系統(tǒng)中的主要的工作軸（執(zhí)行主軸）。所以應(yīng)該保證其的使用的可靠性，故在該軸的兩個支承點的位置分別安裝2個深溝球軸承6210。
工作臺下的支承軸的軸徑為Φ70，同時該軸為豎直方向安裝，故該軸應(yīng)采用推力球軸承，以保證支承重力。根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)軸徑選擇該軸承為推力球軸承5110。由于工作臺下方有基座跟箱體支承，所以受力不算太大，故選用一個推力球軸承5110。
槽輪主動輪的軸的直徑為Φ70，同上應(yīng)選擇推力球軸承5110。由于該軸的下方有一長的懸臂結(jié)構(gòu)，所以應(yīng)該在該軸的下方靠近直錐齒輪處再加一個支承位置。所以該軸應(yīng)該在上下個安裝一個推力球軸承5110。
與彈簧連接處的滑塊機(jī)構(gòu)，以及工作頭上方與箱體連接的滑塊機(jī)構(gòu)，由于這兩個軸不轉(zhuǎn)動，只做徑向的來回運動，故應(yīng)該在這兩處加上滑動軸承，滑動軸承的尺寸應(yīng)根據(jù)軸的直徑從相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中選出。
連桿的連接由于連桿做的是來回的擺動，故連桿與軸的連接處應(yīng)選用滾動軸承，此處選擇深溝球軸承。連桿的上端與工作頭的橫梁連接橫梁的直徑為Φ30，根據(jù)這個尺寸從相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中選擇軸承為深溝球軸承6006。然后根據(jù)橫梁的尺寸以及連桿本身的軸徑，應(yīng)選用2個深溝球軸承6006。連桿的下端與大齒輪上的伸出軸連接。伸出軸的軸徑為Φ30，同樣應(yīng)選用深溝球軸承6006，考慮到整體的尺寸，選用2個深溝球軸承6006。由于該伸出軸的左端為懸空，故應(yīng)添加軸向定位裝置。為使結(jié)構(gòu)簡單，本設(shè)計在兩軸承中的套筒上通過銷釘與該伸出軸固定，以免連桿脫落。
二、 工作頭橫梁與掃屑刷橫梁的連接處的設(shè)計
由于掃屑刷的運動是通過工作頭橫梁的上下運動帶動掃屑刷橫梁的上下運動，從而通過固定凸輪移動結(jié)構(gòu)使掃屑刷能水平方向運動，所以這連個橫梁應(yīng)該固定。同時由于工作頭橫梁上要安裝滾動軸承，為了使軸承能順利的安裝上去，應(yīng)該使兩橫梁應(yīng)該能脫開。所以在兩橫梁連接處采用了螺釘連接。如下圖：
根據(jù)工作頭橫梁的直徑選擇螺釘為M16。長度為40mm。
三、 箱體的設(shè)計
箱體的設(shè)計的主要目的是保證主要的傳動機(jī)構(gòu)以及零件被包含在箱體內(nèi)，以免受到外界雜物的污染和以免發(fā)生安全事故。
故箱體應(yīng)該是這個系統(tǒng)的絕大部分的部件都包含在箱體內(nèi)。工作臺應(yīng)露出箱體，這樣便于檢查以及人的控制。同時由于大帶輪的直徑過大以及大小帶輪的中心距過長，如果把這部分包含到箱體內(nèi)的話會造成箱體的結(jié)構(gòu)尺寸過大，結(jié)構(gòu)不緊湊。故應(yīng)將大小帶輪以及電動機(jī)安置在箱體的外面。
箱體的內(nèi)部設(shè)計應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)位置來確定，應(yīng)適當(dāng)增加內(nèi)板等來對較長的軸進(jìn)行支承，同時應(yīng)考慮到軸以及軸承的可安裝性，應(yīng)該適當(dāng)增加可拆卸的箱體或箱板。
箱體的壁厚的確定應(yīng)根據(jù)整個箱體的尺寸來確定，綜合整個箱體的尺寸以及力求系統(tǒng)運行的安全性以及省材料性，確定壁厚一般為30mm，其他的箱體內(nèi)突出部分應(yīng)根據(jù)具體情況自行調(diào)整。
到此，整個蜂窩煤成型機(jī)的設(shè)計基本完成。一些沒有設(shè)計到的地方以及沒有設(shè)計完全的地方，根據(jù)實際情況合理的分配尺寸以及選擇合理的結(jié)構(gòu)。
第四章 設(shè)計總結(jié)
本次課程設(shè)計不同于以往的課程設(shè)計，以往的課程設(shè)計大多都是進(jìn)行理論上的設(shè)計，而本次課程設(shè)計則是對一個具體的實際生產(chǎn)中存在的系統(tǒng)或者產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計。所以本次課程設(shè)計的實用性很強(qiáng)。
通過本次的課程設(shè)計使我們更進(jìn)一步地理解的課上所學(xué)的理論知識，初步掌握了這些知識在實際生產(chǎn)中是如何的應(yīng)用的。同時，通過本次課程設(shè)計也大大的鍛煉了我們的動手，動腦能力。理論與實際相結(jié)合，使平時所學(xué)的知識得到了很好的鞏固，甚至對很久以前學(xué)過現(xiàn)在都快忘記了的知識也進(jìn)行了一次很好的總結(jié)與復(fù)習(xí)。
當(dāng)然，通過這次課程設(shè)計，也是我們知道了自己的不足，尤其是一些平時很難發(fā)現(xiàn)的錯誤。在實際的設(shè)計過程中這些都一一暴露出來。所以，通過這次課程設(shè)計對自己的能力有了一個客觀的定位。自己以后還有很長的路要走。
本次課程設(shè)計也鍛煉了我的作圖能力，尤其是計算機(jī)作圖的能力。雖然以前學(xué)過一些制圖的軟件，但平時很少有實際運動的機(jī)會，所以對這些軟件都是操作得不夠熟練。通過本次的課程設(shè)計，鍛煉了自己的計算機(jī)作圖能力。
在本次課程設(shè)計中，同學(xué)們都相互幫助，鍛煉了大家的團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力。同時也得到了指導(dǎo)老師的細(xì)心的指導(dǎo)與幫助。所以在此對同學(xué)們以及指導(dǎo)老師表示感謝。由于能力問題以及其他原因造成有的地方設(shè)計不合理，望老師能夠理解。
參考文獻(xiàn)
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l (美)Neil Sclater，Nicholas P. Chironis.機(jī)械設(shè)計實用機(jī)構(gòu)與裝置圖冊.鄒平，譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社
目錄
第一章 前言 1
一、 沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的功能和設(shè)計要求 1
二、 工作原理和工藝動作分解 1
三、 根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖 2
四、 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型 2
五、 機(jī)械運動方案的選定和評價 2
六、 機(jī)械傳動系統(tǒng)的傳動比和變速機(jī)構(gòu) 3
第二章 傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計與校核 3
一、 帶傳動計算 4
二、 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計與計算校核 5
三、 齒輪的設(shè)計與校核 5
四、 直錐齒輪的設(shè)計 10
五、 槽輪機(jī)構(gòu)計算 10
六、 掃屑凸輪機(jī)構(gòu)計算 11
七、 軸的校核 12
第三章 其他部件的設(shè)計與選型 17
一、 軸承的選型 17
二、 工作頭橫梁與掃屑刷橫梁的連接處的設(shè)計 18
三、 箱體的設(shè)計 19
第四章 設(shè)計總結(jié) 19
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