沖壓式蜂窩煤成型機(jī).ppt

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沖壓式蜂窩煤成型機(jī),,,,1、方案選擇、尺寸設(shè)計、外形規(guī)劃：全體組員 2、soildworks三維模型創(chuàng)建： 3、matlab運(yùn)動分析： 4、設(shè)計說明書： 5、ppt： （注：以上人員排序皆以姓氏首字母排序，除組長排在首位）,,,成員分工,沖壓式蜂窩煤成型機(jī)設(shè)計,,設(shè)計要求： （1）蜂窩煤成型機(jī)的生產(chǎn)能力為30次/min； （2）為了改善蜂窩煤沖壓成型的質(zhì)量，希望沖壓機(jī)構(gòu)在沖壓后有一定保壓時間； （3）由于同時沖兩只煤餅時的沖頭壓力較大，最大可達(dá)50000N，其壓力變化近似認(rèn)為在沖程的一半進(jìn)入沖壓，壓力呈線性變化，由零值至最大值。因此，希望沖壓機(jī)構(gòu)具有增力功能，以減小機(jī)器的速度波動、減小原動機(jī)的功率； （4）驅(qū)動電動機(jī)采用Y180L-8，其功率P=11KW，轉(zhuǎn)速n=730r/min； （5）機(jī)械運(yùn)動方案應(yīng)力求簡單、創(chuàng)新。,設(shè)計題目,,（1）根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動循環(huán)圖； （2）進(jìn)行沖壓脫模機(jī)構(gòu)、掃屑刷機(jī)構(gòu)、模筒轉(zhuǎn)盤間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)的選型； （3）機(jī)械運(yùn)動方案的評定和選擇； （4）進(jìn)行飛輪設(shè)計； （5）按選定的電動機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動參數(shù)擬定機(jī)械傳動方案； （6）畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖； （7）對傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動尺寸計算； （8）建立三維模型； （9）利用matlab進(jìn)行運(yùn)動仿真； （10）編寫設(shè)計說明書。,設(shè)計內(nèi)容及工作量,沖壓蜂窩煤成型機(jī)的功能、工藝及執(zhí)行機(jī)構(gòu)框圖,,功能分解,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(fù)運(yùn)動，在沖頭行程進(jìn)行中沖壓成型； 3）型煤起模：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）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。,根據(jù)蜂窩煤沖壓機(jī)的幾個基本動作：轉(zhuǎn)盤間歇機(jī)構(gòu)，沖壓成型，掃屑，分別有轉(zhuǎn)盤間歇機(jī)構(gòu)，沖壓機(jī)構(gòu)和掃屑機(jī)構(gòu)。這三種機(jī)構(gòu)有多種機(jī)構(gòu)形式可供選擇。其形態(tài)學(xué)矩陣如下：,三執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形態(tài)學(xué)矩陣 由形態(tài)學(xué)矩陣可以求出沖壓機(jī)的機(jī)械運(yùn)動方案數(shù)為：N=3*2*3=18,機(jī)構(gòu)選型和方案比較,,沖壓機(jī)構(gòu)有對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和平面六桿機(jī)構(gòu)。 對心曲柄滑塊和偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（圖3-4）都屬于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是平面四桿機(jī)構(gòu)演變而來的。把構(gòu)建3改為在弧形槽內(nèi)運(yùn)動，再把弧形槽的半徑增至無窮大弧形槽變直槽，轉(zhuǎn)動副變移動副，這樣鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)就成為了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。平面四桿機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)多種運(yùn)動軌跡曲線和運(yùn)動規(guī)律，并且低副不易磨損又易于加工，能有本身幾何形狀保持接觸。 對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)與偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)相比，偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)具有急回特性。急回特性即滑塊在一個極限位置到另一極限位置的運(yùn)動中，來回所花的時間不同，使來回運(yùn)動時的速度也不同。急回特性常用來縮短空回行程的時間，以提高生產(chǎn)效率。當(dāng)曲柄長度或偏距增大時，急回特性顯著；當(dāng)連桿長度減小時，急回特性減緩。,沖壓 機(jī)構(gòu),,平面六桿機(jī)構(gòu)（圖3-5）的不足之處，機(jī)構(gòu)中用作變速運(yùn)動的構(gòu)件的慣性力及慣性力矩難以完全平衡；該機(jī)構(gòu)較難準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)任意的運(yùn)動規(guī)律，設(shè)計方法復(fù)雜。 平面連桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)動的時候會出現(xiàn)死點(diǎn)現(xiàn)象，即當(dāng)傳動角等于零時，不管機(jī)構(gòu)主動件上的驅(qū)動或驅(qū)動力矩有多大，都不能使機(jī)構(gòu)運(yùn)動，這個位置稱為死點(diǎn)位置。死點(diǎn)位置常使機(jī)構(gòu)從動件無法運(yùn)動或出現(xiàn)運(yùn)動不確定現(xiàn)象。為了使機(jī)構(gòu)能順利地通過死點(diǎn)，通常在曲柄上安裝飛輪借飛輪的慣性闖過死點(diǎn)。 根據(jù)上述分析和比較，我們選擇對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。,,為了完成在沖頭、脫模盤向上運(yùn)動過程中，掃屑刷進(jìn)行沖頭和脫模盤的煤粉清楚，可以利用一下兩種機(jī)構(gòu)。 （1）附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu) 附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu)是利用在橫梁的上下移動使搖桿上掃屑刷擺動掃除沖頭和脫模盤上的粉煤屑。 （2）固定移動凸輪移動從動件機(jī)構(gòu) 固定移動凸輪移動從動件機(jī)構(gòu)（圖3-3）是利用橫梁的上下運(yùn)動，固定移動凸輪使帶有掃屑刷的移動從動件頂出而掃除沖頭和脫模盤底的煤粉屑。 比較結(jié)論： 比較兩者，從機(jī)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)的安排考慮，我們決定選用附加滑塊搖桿機(jī)構(gòu),掃屑機(jī)構(gòu),,（1）槽輪機(jī)構(gòu) 槽輪機(jī)構(gòu)能將主動構(gòu)件的等速連續(xù)運(yùn)動，轉(zhuǎn)換為從動件的間歇運(yùn)動。槽輪機(jī)構(gòu)常用于步進(jìn)，轉(zhuǎn)位，分度轉(zhuǎn)動中，是一種較普遍的機(jī)構(gòu)。 槽輪機(jī)構(gòu)主要有曲柄、圓銷、具有徑向槽的槽輪以及機(jī)架等組成。槽輪機(jī)構(gòu)工作時，曲柄為主動件，以轉(zhuǎn)速ω連續(xù)回轉(zhuǎn)，從動件槽輪在圓銷的帶動下，可作時而轉(zhuǎn)動，時而停止的間歇轉(zhuǎn)動。當(dāng)曲柄上圓銷還沒進(jìn)入輪槽的徑向槽內(nèi)時，槽輪的內(nèi)凹圓弧面被曲柄的外凸圓弧卡主，槽輪是不轉(zhuǎn)動的；圓銷進(jìn)入槽輪的徑向槽內(nèi)時，槽輪被帶動按照與曲柄相反的方向轉(zhuǎn)動。 槽輪機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)簡單、工作可靠，在設(shè)計合理的前提下，撥銷進(jìn)入和退出嚙合時，槽輪的運(yùn)動較為平穩(wěn)。槽輪每次轉(zhuǎn)過的角度Φ和槽輪的槽數(shù)z關(guān)系為：Ф=2π/z。因此槽輪多用于不要求經(jīng)常調(diào)整轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)位運(yùn)動中，運(yùn)動中槽輪機(jī)構(gòu)有較大的動載荷，當(dāng)槽數(shù)越少時動載荷越大，同時槽輪運(yùn)動時，機(jī)構(gòu)存在沖擊與振動，在槽數(shù)較少的時候更為突出，故槽輪機(jī)構(gòu)一般不用于高速運(yùn)動。此外由于制造工藝、機(jī)構(gòu)尺寸等條件的限制，槽輪的槽數(shù)不宜過多，使得槽輪兩次停歇之間的轉(zhuǎn)角過大。,模筒轉(zhuǎn)盤間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu),,（2）不完全齒輪機(jī)構(gòu) 不完全齒輪機(jī)構(gòu)（如圖3-2）是由齒輪演變過來的，又稱為間歇齒輪機(jī)構(gòu)或欠齒輪機(jī)構(gòu)。它也能將主動輪的等速連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為從動件的間歇運(yùn)動。與其他間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)相比，其結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。另外主動輪轉(zhuǎn)動一周，從動輪停歇的次數(shù)和每次停歇的時間，以及每次轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)角等，其允許選擇的幅度比槽輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)范圍大，因而設(shè)計靈活。但不完全齒輪機(jī)構(gòu)在傳動過程中，在從動輪開始和終止運(yùn)動時角速度有突變，沖擊角大，故一般是用于低俗輕載的工作條件。如果用于高速則需安裝瞬心線附加桿以改善其動力特性。 不完全齒輪多用于多工位自動機(jī)和半自動機(jī)工作臺的間歇轉(zhuǎn)位、計數(shù)機(jī)構(gòu)及某些間歇進(jìn)給機(jī)構(gòu)中。,,（3）凸輪式間歇機(jī)構(gòu) 當(dāng)圓柱形凸輪做等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動時，從動盤作單向間歇回轉(zhuǎn)。這種機(jī)構(gòu)稱為凸輪式間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)。 凸輪式間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，傳動平穩(wěn)，從動件的運(yùn)動規(guī)律決定于凸輪輪廓形狀。轉(zhuǎn)盤可以實(shí)現(xiàn)任何運(yùn)動規(guī)律，可適應(yīng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的要求；并且可以獲得比較好的動力性能，在轉(zhuǎn)盤停歇時，一般依靠凸輪棱邊進(jìn)行定位，不需要附加定位裝置，因此對凸輪加工精度要求較高。 比較結(jié)論: 三者比較，我們所作的沖壓式蜂窩煤成型機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度較慢，由設(shè)計要求的生產(chǎn)能力：30次/min、 三工位轉(zhuǎn)盤可知，其轉(zhuǎn)速很低，大約只有10轉(zhuǎn)/min,所以對比凸輪式間歇機(jī)構(gòu)就顯得有點(diǎn)大材小用了，同時凸輪式間歇機(jī)構(gòu)要求凸輪的加工精度很高，在一定程度上也提高了成本，所以將其排除。 槽輪機(jī)構(gòu)與不完全齒輪相比，兩者的機(jī)構(gòu)都比較簡單，而且工作可靠。雖然不完全齒輪的從動輪停歇的次數(shù)和每次停歇的時間，以及每次轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)角等的選擇范圍相對槽輪來說比較大，但是其在從動輪開始和終止運(yùn)動時角速度有突變，沖擊角大；而槽輪在設(shè)計合理的前提下，撥銷進(jìn)入和退出嚙合時，運(yùn)動較為平穩(wěn)。 綜上所述，我們決定選用槽輪機(jī)構(gòu)作為間歇機(jī)構(gòu)。,,利用脫模盤在沖壓時，把蜂窩煤從模筒中壓出，并通過斜槽滑到傳送帶上，為了達(dá)到上述要求，我們的模筒轉(zhuǎn)盤設(shè)計為兩層。上層為六工位模筒轉(zhuǎn)盤，下層為與上層同大小的托盤，并不隨間歇機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動。并且在脫模工位上有一個與模筒大小一樣的圓孔，便于蜂窩煤從此落到斜槽上。,輸送機(jī)構(gòu),,,機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動循環(huán)圖,沖壓式蜂窩煤成型機(jī)運(yùn)動循環(huán)圖主要是確定沖壓和脫模盤、掃屑刷、模筒轉(zhuǎn)盤，以及送料凸輪分隔機(jī)構(gòu)四個執(zhí)行機(jī)構(gòu)件的先后順序、相位，以利于對個執(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位橫坐標(biāo)的起點(diǎn)，縱坐標(biāo)表示各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移起始位置。 如圖4-1所示，沖頭和脫模盤都有工作行程和回程兩部分組成。模筒轉(zhuǎn)盤的工作行程，在沖頭工作行程的前部和回程的后部，使間歇轉(zhuǎn)動在沖壓以前得以完成。掃屑要求在沖頭回程后半段至工作行程前半段完成。,傳動機(jī)構(gòu)的選用與比較,帶傳動是利用張緊帶輪上的傳動帶，借助帶和輪的摩擦（或嚙合）來傳遞運(yùn)動和動力的。帶傳動由于具有傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，不需潤滑油和緩沖吸震等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械中被廣泛應(yīng)用。 帶傳動可分為摩擦傳動和嚙合傳動兩大類，摩擦傳動型是利用傳動帶和帶輪之間的摩擦力來傳遞運(yùn)動和動力。結(jié)構(gòu)簡單。傳動平穩(wěn)，過載可打滑。摩擦型帶傳動的傳動帶根據(jù)界面的形狀分為載面為梯型的V帶，截面為矩形的平帶和特殊截面的帶。 平型帶傳動結(jié)構(gòu)簡單，但容易打滑，通常用于傳動比為3左右的傳動，常用于物流運(yùn)輸。V帶適用于開口傳動，帶輪直徑較小，或轉(zhuǎn)速較高的場合，常用于電機(jī)的第一級減速。圓型帶，結(jié)構(gòu)簡單，可用于交叉或半交叉?zhèn)鲃樱m用于中心距較短，傳動比不大，中低速的小功率傳動場合，如用于縫紉機(jī)傳動。 綜上所述，我們設(shè)計小組選用V型帶傳動機(jī)構(gòu)。,傳動方案設(shè)計,1、槽輪的計算,（1）槽數(shù)z 由設(shè)計要求可知，三工位式轉(zhuǎn)盤，所以選擇z=3，銷數(shù)選1. 當(dāng)主動撥盤回轉(zhuǎn)一周時，槽輪的運(yùn)動時間 與主動撥盤轉(zhuǎn)一周的總時間t 之比，稱為槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動系數(shù)，并以 k 表示，即: k ＝ / t ＝1/2－1/z 帶入z=3得 k=1/6 由于設(shè)計要求蜂窩煤成型機(jī)的生產(chǎn)能力：30次/min,所以主動件撥盤的運(yùn)動時間t為60s/30次=2s，進(jìn)而得知槽輪在一個運(yùn)動循環(huán)中的運(yùn)動時間=t*k=2*1/6=0.333s，停歇時間為2s-0.333s=1.667s ( 2 ) 中心距a 由機(jī)構(gòu)確定情況取a=300mm 圓銷半徑r 由結(jié)構(gòu)情況確定取r=30mm 槽輪每次轉(zhuǎn)位時主動件的轉(zhuǎn)角2α 2α=180*（1-2/z）=60 槽間角2β 2β=360/3=120 由以上一些求得和設(shè)定的數(shù)值可以得：主動件撥盤圓銷的中心半徑 =a*sinβ=300*sin60=260mm 與a 的比值λ=/a=sinβ=sin60=0.867 槽輪的外圓半徑 =所以=262mm 槽輪的槽深h ha(λ+cosβ-1)+r 所以 h139.8mm 取h=140mm,機(jī)構(gòu)尺寸計算,2、圓錐齒輪,,（1）圓錐齒輪的選擇 按軸線位置圓錐齒輪分為正交傳動、斜交傳動、軸線偏置傳動等，由設(shè)計要求我們選用正交傳動齒輪機(jī)構(gòu)。 按齒長形狀分為直齒圓錐齒輪和斜齒圓錐齒輪兩種。這兩種齒輪齒形都比較簡單，制作容易。直齒圓錐齒輪工作時振動和噪聲較大，軸向力較小，承載能力也不高，多用于低速、輕載而穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動；斜齒圓錐齒輪的承載能力雖然較大，噪音也比較小，但軸向力較大。根據(jù)我們的設(shè)計產(chǎn)品，對振動和噪聲的要求都不高，由于直齒輪多用于低速、輕載而穩(wěn)定的傳動，比較適合我們，所以我們決定選用正交直齒圓錐齒輪。,( 2）直齒圓錐齒輪的計算,兩齒輪角速度分別為和，齒數(shù)分別為和，其角速度之比為 根據(jù)設(shè)計要求，i=1，則。當(dāng)兩齒輪正確嚙合是，滿足 因?yàn)?而 聯(lián)立解得： 所以 取 所以 錐距 齒寬 b=0.25R=13.3mm 齒根高 齒頂高 齒根角 根錐角 頂錐角 齒頂圓直徑 齒根圓直徑,,在周期性變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，一個運(yùn)轉(zhuǎn)周期內(nèi)，等效驅(qū)動力矩做功是等于等效阻抗力矩做功。但在運(yùn)轉(zhuǎn)周期內(nèi)的任一時刻，等效驅(qū)動力矩做的功不等于等效阻抗力矩做的功，從而使得機(jī)械的運(yùn)動速度發(fā)生波動。 過大的波動速度會影響機(jī)械的工作性能。這種速度波動可以通過在機(jī)械中安裝就有較大轉(zhuǎn)動慣量的飛輪來進(jìn)行調(diào)節(jié).當(dāng)速度升高時，飛輪的慣性阻止其速度增加，飛輪儲存能量，限制了轉(zhuǎn)速的提高；當(dāng)速度降低時，飛輪的慣性阻止其速度減少，飛輪釋放能量，限制了轉(zhuǎn)速的降低，從而實(shí)現(xiàn)了速度波動的調(diào)節(jié)的目的。 飛輪的轉(zhuǎn)動慣量： 由設(shè)計要求可知，等效最大阻力為50000N，阻力存在時可近似認(rèn)為是線性變化，假定驅(qū)動力為常值，則驅(qū)動力 P=0.5*50000*(0.5Pi)/2Pi=6250,3、飛輪的設(shè)計與計算,,,所以 從減小飛輪的尺寸考慮，將飛輪安裝在高速軸上，則 同時取 =0.15 帶入計算得 =4509.9/(0.15*15.7)=121.98kg*m 飛輪的形狀為圓盤形，求飛輪的尺寸。 飛輪距為 取d=1000mm 則 選用鋼為制作飛輪的材料，其密度 則寬度為d為 所以飛輪為一個直徑為1000mm，厚為159.3mm的圓盤。 加了飛輪之后，由于飛輪能儲存能量，可使所需的電機(jī)功率減小，其電機(jī)功率為： P=6250*2Pi*0.15*30/60=2945.24W=2.945KW 現(xiàn)在選用的電機(jī)功率為11KW，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足要求，這是為了滿足短時沖壓時50000N的沖壓力的需要。,,,機(jī)構(gòu)設(shè)計簡圖,,,三維模型圖,matlab運(yùn)動仿真,1、連桿質(zhì)心Y軸坐標(biāo),,2、滑塊位移運(yùn)動仿真分析,,3、連桿角速度分析,,4、滑塊速度分析,THE END,