沖壓式蜂窩煤成型機.ppt

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沖壓式蜂窩煤成型機,,,,1、方案選擇、尺寸設計、外形規(guī)劃：全體組員 2、soildworks三維模型創(chuàng)建： 3、matlab運動分析： 4、設計說明書： 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設計,,設計要求： （1）蜂窩煤成型機的生產能力為30次/min； （2）為了改善蜂窩煤沖壓成型的質量，希望沖壓機構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50000N，其壓力變化近似認為在沖程的一半進入沖壓，壓力呈線性變化，由零值至最大值。因此，希望沖壓機構具有增力功能，以減小機器的速度波動、減小原動機的功率； （4）驅動電動機采用Y180L-8，其功率P=11KW，轉速n=730r/min； （5）機械運動方案應力求簡單、創(chuàng)新。,設計題目,,（1）根據工藝動作順序和協(xié)調要求擬定運動循環(huán)圖； （2）進行沖壓脫模機構、掃屑刷機構、模筒轉盤間歇運動機構的選型； （3）機械運動方案的評定和選擇； （4）進行飛輪設計； （5）按選定的電動機和執(zhí)行機構運動參數(shù)擬定機械傳動方案； （6）畫出機構運動簡圖； （7）對傳動機構和執(zhí)行機構進行運動尺寸計算； （8）建立三維模型； （9）利用matlab進行運動仿真； （10）編寫設計說明書。,設計內容及工作量,沖壓蜂窩煤成型機的功能、工藝及執(zhí)行機構框圖,,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：要求沖頭上下往復運動，在沖頭行程進行中沖壓成型； 3）型煤起模：要求脫模盤上下往復移動，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在上下往復移動的滑梁上； 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。,根據蜂窩煤沖壓機的幾個基本動作：轉盤間歇機構，沖壓成型，掃屑，分別有轉盤間歇機構，沖壓機構和掃屑機構。這三種機構有多種機構形式可供選擇。其形態(tài)學矩陣如下：,三執(zhí)行機構的形態(tài)學矩陣 由形態(tài)學矩陣可以求出沖壓機的機械運動方案數(shù)為：N=3*2*3=18,機構選型和方案比較,,沖壓機構有對心曲柄滑塊機構，偏置曲柄滑塊機構和平面六桿機構。 對心曲柄滑塊和偏置曲柄滑塊機構（圖3-4）都屬于曲柄滑塊機構，曲柄滑塊機構是平面四桿機構演變而來的。把構建3改為在弧形槽內運動，再把弧形槽的半徑增至無窮大弧形槽變直槽，轉動副變移動副，這樣鉸鏈四桿機構就成為了曲柄滑塊機構。平面四桿機構能夠實現(xiàn)多種運動軌跡曲線和運動規(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。 對心曲柄滑塊機構與偏置曲柄滑塊機構相比，偏置曲柄滑塊機構具有急回特性。急回特性即滑塊在一個極限位置到另一極限位置的運動中，來回所花的時間不同，使來回運動時的速度也不同。急回特性常用來縮短空回行程的時間，以提高生產效率。當曲柄長度或偏距增大時，急回特性顯著；當連桿長度減小時，急回特性減緩。,沖壓 機構,,平面六桿機構（圖3-5）的不足之處，機構中用作變速運動的構件的慣性力及慣性力矩難以完全平衡；該機構較難準確實現(xiàn)任意的運動規(guī)律，設計方法復雜。 平面連桿機構在運動的時候會出現(xiàn)死點現(xiàn)象，即當傳動角等于零時，不管機構主動件上的驅動或驅動力矩有多大，都不能使機構運動，這個位置稱為死點位置。死點位置常使機構從動件無法運動或出現(xiàn)運動不確定現(xiàn)象。為了使機構能順利地通過死點，通常在曲柄上安裝飛輪借飛輪的慣性闖過死點。 根據上述分析和比較，我們選擇對心曲柄滑塊機構。,,為了完成在沖頭、脫模盤向上運動過程中，掃屑刷進行沖頭和脫模盤的煤粉清楚，可以利用一下兩種機構。 （1）附加滑塊搖桿機構 附加滑塊搖桿機構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構 固定移動凸輪移動從動件機構（圖3-3）是利用橫梁的上下運動，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。 比較結論： 比較兩者，從機構空間結構的安排考慮，我們決定選用附加滑塊搖桿機構,掃屑機構,,（1）槽輪機構 槽輪機構能將主動構件的等速連續(xù)運動，轉換為從動件的間歇運動。槽輪機構常用于步進，轉位，分度轉動中，是一種較普遍的機構。 槽輪機構主要有曲柄、圓銷、具有徑向槽的槽輪以及機架等組成。槽輪機構工作時，曲柄為主動件，以轉速ω連續(xù)回轉，從動件槽輪在圓銷的帶動下，可作時而轉動，時而停止的間歇轉動。當曲柄上圓銷還沒進入輪槽的徑向槽內時，槽輪的內凹圓弧面被曲柄的外凸圓弧卡主，槽輪是不轉動的；圓銷進入槽輪的徑向槽內時，槽輪被帶動按照與曲柄相反的方向轉動。 槽輪機構的機構簡單、工作可靠，在設計合理的前提下，撥銷進入和退出嚙合時，槽輪的運動較為平穩(wěn)。槽輪每次轉過的角度Φ和槽輪的槽數(shù)z關系為：Ф=2π/z。因此槽輪多用于不要求經常調整轉角的轉位運動中，運動中槽輪機構有較大的動載荷，當槽數(shù)越少時動載荷越大，同時槽輪運動時，機構存在沖擊與振動，在槽數(shù)較少的時候更為突出，故槽輪機構一般不用于高速運動。此外由于制造工藝、機構尺寸等條件的限制，槽輪的槽數(shù)不宜過多，使得槽輪兩次停歇之間的轉角過大。,模筒轉盤間歇運動機構,,（2）不完全齒輪機構 不完全齒輪機構（如圖3-2）是由齒輪演變過來的，又稱為間歇齒輪機構或欠齒輪機構。它也能將主動輪的等速連續(xù)轉動轉換為從動件的間歇運動。與其他間歇運動機構相比，其結構簡單，制造方便。另外主動輪轉動一周，從動輪停歇的次數(shù)和每次停歇的時間，以及每次轉動的轉角等，其允許選擇的幅度比槽輪機構、棘輪機構范圍大，因而設計靈活。但不完全齒輪機構在傳動過程中，在從動輪開始和終止運動時角速度有突變，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和半自動機工作臺的間歇轉位、計數(shù)機構及某些間歇進給機構中。,,（3）凸輪式間歇機構 當圓柱形凸輪做等速回轉運動時，從動盤作單向間歇回轉。這種機構稱為凸輪式間歇運動機構。 凸輪式間歇運動機構的特點是：運轉可靠，傳動平穩(wěn)，從動件的運動規(guī)律決定于凸輪輪廓形狀。轉盤可以實現(xiàn)任何運動規(guī)律，可適應高速運轉的要求；并且可以獲得比較好的動力性能，在轉盤停歇時，一般依靠凸輪棱邊進行定位，不需要附加定位裝置，因此對凸輪加工精度要求較高。 比較結論: 三者比較，我們所作的沖壓式蜂窩煤成型機的運轉速度較慢，由設計要求的生產能力：30次/min、 三工位轉盤可知，其轉速很低，大約只有10轉/min,所以對比凸輪式間歇機構就顯得有點大材小用了，同時凸輪式間歇機構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。 槽輪機構與不完全齒輪相比，兩者的機構都比較簡單，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，以及每次轉動的轉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動時角速度有突變，沖擊角大；而槽輪在設計合理的前提下，撥銷進入和退出嚙合時，運動較為平穩(wěn)。 綜上所述，我們決定選用槽輪機構作為間歇機構。,,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，為了達到上述要求，我們的模筒轉盤設計為兩層。上層為六工位模筒轉盤，下層為與上層同大小的托盤，并不隨間歇機構轉動。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。,輸送機構,,,機械系統(tǒng)的運動循環(huán)圖,沖壓式蜂窩煤成型機運動循環(huán)圖主要是確定沖壓和脫模盤、掃屑刷、模筒轉盤，以及送料凸輪分隔機構四個執(zhí)行機構件的先后順序、相位，以利于對個執(zhí)行機構的設計、裝配和調試。 沖壓式蜂窩煤成型機的沖壓機構為主機構，以它的主動件的零位角位橫坐標的起點，縱坐標表示各個執(zhí)行機構的位移起始位置。 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。,傳動機構的選用與比較,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）來傳遞運動和動力的。帶傳動由于具有傳動平穩(wěn)，結構簡單，造價低廉，不需潤滑油和緩沖吸震等優(yōu)點，在機械中被廣泛應用。 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動和動力。結構簡單。傳動平穩(wěn)，過載可打滑。摩擦型帶傳動的傳動帶根據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。 平型帶傳動結構簡單，但容易打滑，通常用于傳動比為3左右的傳動，常用于物流運輸。V帶適用于開口傳動，帶輪直徑較小，或轉速較高的場合，常用于電機的第一級減速。圓型帶，結構簡單，可用于交叉或半交叉?zhèn)鲃?，適用于中心距較短，傳動比不大，中低速的小功率傳動場合，如用于縫紉機傳動。 綜上所述，我們設計小組選用V型帶傳動機構。,傳動方案設計,1、槽輪的計算,（1）槽數(shù)z 由設計要求可知，三工位式轉盤，所以選擇z=3，銷數(shù)選1. 當主動撥盤回轉一周時，槽輪的運動時間 與主動撥盤轉一周的總時間t 之比，稱為槽輪機構的運動系數(shù)，并以 k 表示，即: k ＝ / t ＝1/2－1/z 帶入z=3得 k=1/6 由于設計要求蜂窩煤成型機的生產能力：30次/min,所以主動件撥盤的運動時間t為60s/30次=2s，進而得知槽輪在一個運動循環(huán)中的運動時間=t*k=2*1/6=0.333s，停歇時間為2s-0.333s=1.667s ( 2 ) 中心距a 由機構確定情況取a=300mm 圓銷半徑r 由結構情況確定取r=30mm 槽輪每次轉位時主動件的轉角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,機構尺寸計算,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，由設計要求我們選用正交傳動齒輪機構。 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。根據我們的設計產品，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 根據設計要求，i=1，則。當兩齒輪正確嚙合是，滿足 因為 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)定運轉的過程中，一個運轉周期內，等效驅動力矩做功是等于等效阻抗力矩做功。但在運轉周期內的任一時刻，等效驅動力矩做的功不等于等效阻抗力矩做的功，從而使得機械的運動速度發(fā)生波動。 過大的波動速度會影響機械的工作性能。這種速度波動可以通過在機械中安裝就有較大轉動慣量的飛輪來進行調節(jié).當速度升高時，飛輪的慣性阻止其速度增加，飛輪儲存能量，限制了轉速的提高；當速度降低時，飛輪的慣性阻止其速度減少，飛輪釋放能量，限制了轉速的降低，從而實現(xiàn)了速度波動的調節(jié)的目的。 飛輪的轉動慣量： 由設計要求可知，等效最大阻力為50000N，阻力存在時可近似認為是線性變化，假定驅動力為常值，則驅動力 P=0.5*50000*(0.5Pi)/2Pi=6250,3、飛輪的設計與計算,,,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，可使所需的電機功率減小，其電機功率為： P=6250*2Pi*0.15*30/60=2945.24W=2.945KW 現(xiàn)在選用的電機功率為11KW，遠遠滿足要求，這是為了滿足短時沖壓時50000N的沖壓力的需要。,,,機構設計簡圖,,,三維模型圖,matlab運動仿真,1、連桿質心Y軸坐標,,2、滑塊位移運動仿真分析,,3、連桿角速度分析,,4、滑塊速度分析,THE END,