• WAP手机版 RSS订阅 加入收藏  设为首页
毕业设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

时间:2019/10/19 23:09:39   作者:   来源:   阅读:147   评论:0

1.引 言

    在目前国内生产蜂窝煤成型机的厂家不少,但是现有的蜂窝煤成型机的冲压成型,均有连杆机构带动在横梁的弹簧式冲头冲压成型,由于冲孔后抜冲针的需要在冲头上装有圆柱弹簧,弹簧在间歇往复应力作用下高速工作,极易产生疲劳,弹簧较弱,影响拔针,出现夹煤重冲故障,同时由于弹簧配件制造质量很不稳定,常常断裂,从而增加生产成本:另外,弹簧式冲头总高度包括了弹簧高度,随着冲头高度的增大,工作时冲头摆差、与模筒碰撞机会均增大,配件损耗和工作噪声均为较大。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,

    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,用气缸带动冲头成型有缓冲作用,压力平衡,煤品质量稳定,表面光洁,强度好。根据各种运输工具对煤品湿度的湿强度要求而该变相应的湿强度。此外 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。: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,二是有气缸带动冲头和脱模盘做往复运动本实它采用气压冲头机构完成蜂窝煤的成型脱模,使用维修方便,生产的煤品质量好,成本低,能一机多用。

    本设计机构安全、实用的思想设计而出,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,大幅度降能耗及解决型煤质量不稳定的问题。

2、分析

2.1 气压式蜂窝煤成型机的功能

    蜂窝煤成型机是我国城镇蜂窝煤(通常又称煤饼,在圆柱形饼状煤中冲出若干通孔)生产厂的主要生产设备,它将煤粉加入转盘上的模筒内,经冲头气压成蜂窝煤。

为了实现蜂窝煤气压成型,气压式蜂窝煤成型机必须完成以下几个动作:

1) 煤粉加料;

2) 气缸带动冲头将蜂窝煤压制成型;

3) 气缸带动扫屑刷清除冲头和出煤盘的积屑的扫屑运动;

4) 将在模筒内的气压后的蜂窝煤脱模;

5) 将气压成型的蜂窝煤输送装箱。

2.2 设计基本要求

1) 设计蜂窝煤成型机构,型煤尺寸为气压式蜂窝煤成型机的设计

2) 生产率为每分钟65个;

3) 冲压成型时的生产阻力达到50000N;

4) 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;

5) 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,减小气缸的功率。

2.3 工作原理和工艺动作分解

    根据上述分析,气压式蜂窝煤成型机要求完成的工艺动作有以下六个动作:

1) 加料:这一动作可利用煤粉的重力打开料斗自动加料;

2) 冲压成型:要求在气缸带动冲头上下往复运动,在冲头行程的二分之一进行气压成型;

3) 脱模:要求脱模盘上下往复移动,将已气压成型的煤饼压下去而脱离模筒。一般可以将它与冲头固结在有气缸带动上下往复移动的连杆上;

4) 扫屑:要求在冲头、脱模盘向上移动过程中用扫屑刷将煤粉扫除;

5) 模筒转模间歇运动:以完成气压、脱模和加料三个工位的转换;

6) 输送:将成型的煤饼脱模后落在输送带上送出成品,以便装箱待用。

    以上六个动作,加料和输送的动作比较简单,暂时不予考虑,脱模和气压可以用一个机构完成。由气压缸带动横梁带动三个装置运动因此,气压式蜂窝煤成型机运动方案设计重点考虑气压和脱模机构、扫屑机构和模筒转盘间歇转动机构这三个机构的选型和设计问题。

3.初定传动装置方案

3.1 初选电动机

    初定Y系列  三相异步电动机

3.2 初定传动方案

    初步确定采用皮带轮和齿轮进行两次减速,选用转速较小的电机,经过两次减速后,转速满足要求。冲头和脱模盘由气缸带动其上下运动按已选定的三个执行机构的型式及机械传动系统,

画出冲压式蜂窝煤成型机的机械运动示意图。其中三个执行机构部分也可以称为机械运动方案示意简图3-1。所示,其中包括了机械传动系统、三个执行机构的组合。

气压式蜂窝煤成型机的设计


图3-1 机构传动示意图

3.3 执行机构尺寸设计

3.3.1 气缸的种类选择

    气缸的作用是实现冲头和脱模盘纵向运动。对气缸结构的要求一是重量尽量轻,以达到动作灵活、运动速度高、节约材料和动力,同时减少运动的冲击,二是要有足够的刚度以保证运动精度和定位精度

    气缸按供气方向分,可分为单作用缸和双作用缸。单作用缸只是往缸的一侧输入高压油,靠其它外力使活塞反向回程。双作用缸则分别向缸的两侧输入压缩空气,活塞的正反向运动均靠气压力完成。由于单作用气压缸仅向单向运动,有外力使活塞反向运动,而双作用单活塞气缸在压缩空气的驱动下可以像两个方向运动但两个方向的输出力不同,所以该方案采用双作用单活塞缸

3.3.2 气缸的设计计算

    由设计要求可以知道,要驱动的负载大小位5000N,考虑到气缸未加载时实际所能输出的力,受气缸活塞和缸筒之间的摩擦、活塞杆与前气缸之间的摩擦力的影响,并考虑冲头,脱模盘的质量。在研究气缸性能和确定气缸缸径时,常用到负载率  β

气压式蜂窝煤成型机的设计(F气缸实际负载,气压式蜂窝煤成型机的设计气缸理论输出负载)

考虑到料煤高度与型煤高度之比(压缩比)为2:1,工作盘高气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

由表11-1,查的气压式蜂窝煤成型机的设计=0.45

气缸实际负载为气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

F—气缸的输出拉力 N;P —气缸的工作压力Pa

按照GB/T2348-1993标准进行圆整,取D=80 mm

由d=0.3D 估取活塞杆直径 d=25 mm

缸筒长度S=L+B+30

L为活塞行程;B为活塞厚度

活塞厚度气压式蜂窝煤成型机的设计

由于气缸的行程L=300mm ,所以S=L+B+30=396 mm

导向套滑动面长度A:

一般导向套滑动面长度A,在D>80mm时, 可取A=(0.6-1.0)d。

所以A=25mm

最小导向长度H:

根据经验,当气缸的最大行程为L,缸筒直径为D,最小导向长度为:

代入数据 即最小导向长度H

气压式蜂窝煤成型机的设计

活塞杆的长度

l=L+B+A+80=300+50+55+40=455 mm

    由《液压气动技术手册》可查气缸筒的壁厚可根据薄避筒计算公式进行计算:气压式蜂窝煤成型机的设计     

气压式蜂窝煤成型机的设计—缸筒壁厚气压式蜂窝煤成型机的设计;D—缸筒内径气压式蜂窝煤成型机的设计

P—缸筒承受的最大工作压力(MPa);

气压式蜂窝煤成型机的设计—缸筒材料的许用应力(MPa)

    实际缸筒壁厚的取值:对于一般用途气缸约取计算值的7倍;重型气缸约取计算值的20倍,再圆整到标准管材尺码。

    参考《液压与气压传动》缸筒壁厚强度计算及校核

缸体的材料选择45钢,气压式蜂窝煤成型机的设计=600 MPa,气压式蜂窝煤成型机的设计

n为安全系数 一般取 n=5; 气压式蜂窝煤成型机的设计 缸筒材料的抗拉强度(Pa)

P—缸筒承受的最大工作压力(MPa)。当工作压力p≤16 MPa时,P=1.5p;当工作压力p>16 MPa时,P=1.25p

由此可知工作压力0.6 MPa小于16 MPa,

P=1.5p=1.5×0.6=0.9 MPa

气压式蜂窝煤成型机的设计

由表查的 气缸筒的壁厚圆整取 气压式蜂窝煤成型机的设计= 7 mm

v—空气流经进排气口的速度,可取v=10-15 选取v = 12 m/s

由公式气压式蜂窝煤成型机的设计

代入数据得   气压式蜂窝煤成型机的设计= 14.014 mm

所以取气缸进排气口直径为15 mm

4、传动装置总体设计

4.1选择电动机

气压式蜂窝煤成型机的设计气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

预取齿轮减速传动比为5,皮带轮减速传动比为4,总传动比为20

气压式蜂窝煤成型机的设计

所以选择Y160M-4三相异步电动机

同步转速为1460r/min;额定功率11kw;中心高160mm

外形尺寸:如表4-1

表4-1


H

A

B

C

L

HD

180L

132

254

210

108

670

430

    见《机械设计课程设计》P237 表21-3

4.2计算总传动比并分配传动比

    传动装置的总传动比

气压式蜂窝煤成型机的设计气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计—电动机满载转速

气压式蜂窝煤成型机的设计—工作机转速

其中齿轮传动比取5,

则V带传动的传动比气压式蜂窝煤成型机的设计

4.3计算各轴的运动参数和动力参数

(1) 计算各轴的输入功率(kw)

气压式蜂窝煤成型机的设计气压式蜂窝煤成型机的设计

(2) 计算各轴的转速(r/min)  

气压式蜂窝煤成型机的设计

(3) 计算各轴的转矩(气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

(4) 列出各轴的运动和动力参数(见表4-2)

表4-2

轴号

输入功率(kw)

转速(r/min)

转矩(Nmm)

电动机轴

11

730

143904

Ⅰ轴

10.35

175

171952

Ⅱ轴

10.06

175

68383.5

Ⅲ轴

9.57

35

128983.3

5、传动件的设计计算

5.1皮带轮的设计计算

取该机械每天工作10小时,一年工作300天

5.1.1确定计算功率

由表8-7可查的工作情况系数气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

5.1. 2选择V带带型

根据计算功率气压式蜂窝煤成型机的设计和Ⅰ轴转速气压式蜂窝煤成型机的设计,由表8-11可查的选用C型V带

5.1.3确定带轮的基准直径并验算带速v

(1) 初选小带轮基准直径

由表8-6和表8-8可查得小带轮基准直径气压式蜂窝煤成型机的设计

(2) 验算带速v

按公式(8-13)验算带速

气压式蜂窝煤成型机的设计

因为气压式蜂窝煤成型机的设计,故带速合适。

(3) 计算大带轮的基准直径

根据公式(8-15a),计算大带轮的基准直径气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

根据表8-8圆整为800mm

5.1.4确定V带轮的中心距气压式蜂窝煤成型机的设计和皮带的基准长度

(1) 取中心距

气压式蜂窝煤成型机的设计

可得气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

(2) 取皮带长度

由公式气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

由表8-2选取V带的基准长度气压式蜂窝煤成型机的设计

(3) 按公式(8-23)计算实际中心距气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

5.1.5计算V带根数z

(1) 计算单根V带的额定功率气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计气压式蜂窝煤成型机的设计,查表8-4a可得

气压式蜂窝煤成型机的设计

根据气压式蜂窝煤成型机的设计气压式蜂窝煤成型机的设计和C型带

查表8-4b得气压式蜂窝煤成型机的设计

查表8-5得气压式蜂窝煤成型机的设计

查表8-2得气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

(2) 计算V带的根数气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

所以应取4根V带。

由表8-3可得,C型V带的单位长度质量为气压式蜂窝煤成型机的设计

所以

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

但在实际中应使皮带的实际初拉力气压式蜂窝煤成型机的设计

由公式气压式蜂窝煤成型机的设计可得压轴力的最小值为

气压式蜂窝煤成型机的设计气压式蜂窝煤成型机的设计

5.1.6皮带轮的结构设计

由表8-10可查得C型带

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

(1) 小带轮结构设计

因为气压式蜂窝煤成型机的设计气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计 

气压式蜂窝煤成型机的设计 

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计由电机参数可得

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计                                             

图5-1 小带轮结构图

大带轮结构设计

因为气压式蜂窝煤成型机的设计气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计由Ⅰ轴可知气压式蜂窝煤成型机的设计气压式蜂窝煤成型机的设计气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

图5-2 大带轮结构图

5.2直齿圆柱轮传动设计  

5.2.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数

(1) 采用直齿圆柱齿轮传动。

(2) 蜂窝煤成型机为一般工作机器,转速不高,故选用7级精度(GB 10095—88)。

(3) 材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。

(4) 选小齿轮齿数气压式蜂窝煤成型机的设计,大齿轮齿数气压式蜂窝煤成型机的设计

(5) 按齿面接触疲劳强度条件设计,然后校核齿根弯曲疲劳强度,最后作齿轮的结构设计。


5.2.2按齿面和齿根接触强度设计

     由强度计算公式总表查得设计公式为

气压式蜂窝煤成型机的设计

(1)确定公式内的各计算数值

试选Kt=1.3

Tt的计算

未命名1.jpg

图5-3 齿轮受力图

根据大齿轮图5-3齿轮受力图可以求得大齿轮所受的最大转矩Tt

根据几何分析可以知道

气压式蜂窝煤成型机的设计 sinα=50/150=1/3

可以求得

α=19.4712°

l=(1502-502)1/2=141.4

sinβ=l/L=141.4/955.41=0.148

可以求得β=8.511°

则Tt=F·R·Sinγ=F·R·Sin(α+β)

    =131N·m

选取气压式蜂窝煤成型机的设计d=1(两支撑相对于小齿轮做非对称布置)

查得材料的弹性影响系数为ZE=189.8MPa

1按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限为

气压式蜂窝煤成型机的设计lim1=600MPa , 气压式蜂窝煤成型机的设计lim2=550 MPa

查得接触疲劳强度KHN1=0.90   KHN2=0.95

计算接触疲劳应力

     取失效概率为1%,安全系数S=1

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

(2)计算

1)计算小齿轮分度圆直径d1t代入[ó]中较小的值

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

2)计算圆周速度

气压式蜂窝煤成型机的设计气压式蜂窝煤成型机的设计

=2.65m/s


3)计算齿宽b及模数m

气压式蜂窝煤成型机的设计

模数

气压式蜂窝煤成型机的设计

h=2.25mt=2.25×2.8126=6.34

4)计算齿宽与齿高之比b/h

b/h=69.57/6.34=10.97

5)计算载荷系数

    根据v=2.75m/s,7级精度,由[1]P194图10-8查得动载荷系数气压式蜂窝煤成型机的设计

斜齿轮,由[1]P195表10-3查得KHa1=KFa2=1       

由[1]P193表10-2查得使用系数KA=1.5

由[1]P196表10-4查得7级精度,小齿轮相对支承非对称布置时

用插值法差得KHB=1.3124

由b/h=10.97, KHB =1.3124 ,查图10-13得KFB=1.3 

故载荷系数

气压式蜂窝煤成型机的设计

6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径

气压式蜂窝煤成型机的设计

计算模数

气压式蜂窝煤成型机的设计

按齿根弯曲强度设计

由[1]P216式10-17得弯曲强度的设计公式为

气压式蜂窝煤成型机的设计

 确定计算参数

1)由[1]P208图10-20查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限气压式蜂窝煤成型机的设计

大齿轮的弯曲疲劳强度极限气压式蜂窝煤成型机的设计

2)由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数气压式蜂窝煤成型机的设计气压式蜂窝煤成型机的设计

3)计算弯曲疲劳许用应力

取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由式10-12得

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

4)计算载荷系数K

                 气压式蜂窝煤成型机的设计

5)查取齿形系数

由[1]P200表10-5可查得气压式蜂窝煤成型机的设计气压式蜂窝煤成型机的设计

8)查取应力校正系数

由[1]P200表10-5知气压式蜂窝煤成型机的设计气压式蜂窝煤成型机的设计

9)计算大小齿轮的气压式蜂窝煤成型机的设计并加以比较。

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

大齿轮的数值较大

      (2)设计计算

     气压式蜂窝煤成型机的设计   

对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而由齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径有关,可取弯曲疲劳强度模数2.24,并近似圆整为标准m=3。   

按接触强度算得的分度圆直径d1=72mm,d2=360mm

5.2.3几何尺寸计算

计算中心距

a=(d1+d2)/2=216mm

计算齿轮宽度

气压式蜂窝煤成型机的设计1×72=72mm  

        取B1=B2=72mm

(1) 齿轮结构设计

1)  小齿轮结构设计

由于气压式蜂窝煤成型机的设计,所以小齿轮采用实心式

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

由轴参数可知气压式蜂窝煤成型机的设计

2)  大齿轮结构设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

气压式蜂窝煤成型机的设计

5.3Ⅱ轴到Ⅴ轴直齿锥齿轮的设计

本系统中,直齿锥齿轮的主要作用就是进行运动方向的变换,将水平轴向的旋转运动转换为竖直方向轴向的旋转运动,其带动的主要负载就是搅拌煤粉时产生的阻力,以及该传动链中的摩擦力。

由于搅拌轴下面有推力球轴承的支承,所产生的阻力较小,而各机构的摩擦力相对于工作阻力来说更小,因此,本设计中的直锥齿轮主要不传动力,其强度能满足工作的需求。

由于上诉原因,不再对锥齿轮进行详细的设计,只确定其几个比较主要的尺寸,其他尺寸可根据具体的结构进行调节。

根据各机构的结构以及尺寸,选定直锥齿轮的平均模数为气压式蜂窝煤成型机的设计,当量齿数气压式蜂窝煤成型机的设计,则平均分度圆直径气压式蜂窝煤成型机的设计

........

未完,请下载


相关评论

免责申明:本网站旨在相互学习交流,是一个完全免费的网站,部分原创作品,欢迎转载,部分内容来自互联网,如果侵犯了您的权利请尽快通知我们。

Copyright 2008-2019 我爱机械制图网   湘ICP备17005312号   站长信箱:279459762@qq.com