蜂窝煤成型机 课程设计 毕业设计

1.1 课题来源

山西日报一则名为《山西建资源集约型农村经济》的讯息报道，该省是能源重化工基地，充足的能源有力支撑了整个国民经济的快速发展。但在能源生产和消费中也存在不少问题，特别在农村更为突出。表现为煤炭生产、利用、消费方式落后，技术水平低，设备陈旧，资源浪费严重；富煤区生产、生活能耗高、浪费大，引发环境污染；缺煤山区过度开发利用薪柴，树木、植被和生态环境破坏严重，加剧了水土流失；缺煤平川区过量消费农作物秸秆，影响了秸秆还田，土壤有机质下降；以煤、石油、天然气等为原料生产的化肥、农药、塑料薄膜等农业生产资料的不科学使用或过量使用，也间接浪费了大量能源。

这种建立在能源大量消耗和浪费基础之上、以粗放经营为特征的农村经济，远远不能适应新形势发展的需要。因此，必须加强全社会特别是农村的能源消费管理，搞好节能工作，提高能源利用率，建立资源集约型农村经济。

煤炭是该省城镇、农村工业生产和生活能源的主体，在民用能源消费中占80％以上。长期以来，由于燃烧方式落后，至今许多城镇、乡村仍采用散烧原煤，热能利用率低，能源浪费过多，而且造成环境污染，被称为“煤老虎”。改变这种状况的有效措施之一就是积极发展燃用型煤。

实践证明，在城镇、农村推广蜂窝煤（通常又称煤饼，在圆柱形饼状煤中冲出若干通孔）、煤球，尤其是效益较高的上点火蜂窝煤，可使热能利用率由原来的10％左右提高到30％至50％，一氧化碳减少70％至80％，二氧化硫减少40％（加固硫剂），烟尘和三、四苯并芘（a）等有害物成分减少90％，是节约能源、改善环境的有效措施之一。

中国有9亿农民，在农村广阔的天地和城镇很多经济不太宽裕的人都在使用蜂窝煤，几乎每个乡镇都有蜂窝煤厂，有的乡镇还有几个厂。究其原因是蜂窝煤造价低、生产容易、比散煤使用方便，因而多年畅销不衰。

但去年以来，煤炭价格高涨，蜂窝煤成本售价相应提高，很多老百姓感到难以承受。如何降低蜂窝煤的成本，成为当务之急。目前，转让高效节能蜂窝煤技术的人很多，鱼目混珠，真伪难辩。技术费从几百元到一万元。也有很多人否定该技术，特别是一些技术不成熟的公司或个人，查了专利网上的信息或者买来一个配方，到处转让，扰乱市场 ，使很多人上当受骗。其实，节能蜂窝煤并不神秘。但是，没

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有经过长期实践的人，是无法转让技术的。因为各地煤的发热量、含硫 量、挥发分、结焦性、灰熔点、密度、耐火性等都不一样，不长期实践，用一个或者两个配方很难有理想的效果。

因此，盲目从配方上面降低蜂窝煤的成本难度很大；但是，对目前我国城镇蜂窝煤生产厂的主要生产设备---蜂窝煤成型机的结构分析中，我们找到了捷径。

1.2 目的意义

本设计是为了解决现有蜂窝煤机存在的技术问题（压紧后再冲孔），提供一种结构简单紧凑、制造成本低、生产效率高、使用寿命长、操作简单和易损件少的一种新型的蜂窝煤成型机。同时提高综合运用本专业所学课程的理论、生产实际知识的能力，掌握产品开发设计的方法和步骤，提高查阅设计手册和资料的能力，熟悉机械产品的设计标准和规范。

1.3 国内现状及水平

目前，市场上的蜂窝煤成型机多采用上置式冲头如图1.1，见表1.1所示： 蜂 窝 煤 机 械 BFB140-II型 BFB140-III型 BFB220型 FB160型 图1.1 市场上的蜂窝煤成型机

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表1.1 市场上的蜂窝煤成型机基本参数 主 要 技 术 参 数 BFB140-II III 型 圆成煤规格 方 煤 产 量 滑梁300-360mm 行 程 电机7.5kw 功 率 质 量 外 型 尺 寸 1500kg1800kg 1845×1250 ×1900 2500kg 1930×1450 ×1900 3600kg 1950×1500 ×2000 2200kg 3200×1285 ×1860 1800kg 1500 ×1200 7.5-10kw 11kw 7.5kw 100×100×80 38-40块/分 120×120×80-90 40-45块/分 150×150×90 18-22块/分 100(80-100) 50块/分 方 煤 产 量 直经×高任意选择 BFB160-II型 BFB220-II型 FB160型 FB140型 这种上置式冲头煤成型机在实际操作过程中，将煤粉压紧后再冲孔，从而造成机体笨重造价高、且能源消耗大、易损件多,难以响应建设节约型社会的号召。

中国工业新闻（CHINA INDUSTRY NEWS）中的《机械周刊》中名为《蜂窝煤机业触底未见反弹》的报道，很敏锐的指出了蜂窝煤机业的国内现状，现将内容摘录如下：

“80%的工人离开了工作岗位，今年上半年才销售了100多台蜂窝煤机。”9月10日，湖南省武冈宣传部的夏建敏这样向记者介绍该市的蜂窝煤机厂。在厂办，一位姓唐的主任对记者说，由于受市场饱和、农村市场购买力下降、煤炭价格上涨等因素的影响，包括武冈煤机在内的全国50多家蜂窝煤机生产厂家效益从2003年起就开始了大幅下滑。蜂窝煤机行业真的是山穷水尽了吗？

煤机之争

武冈市蜂窝煤机制造厂是一个拥有50年生产历史的企业，凭借蜂窝煤机的专利技术，她一度创造了乡镇企业的辉煌，先后被评为全国煤矿机械重点企业、湖南省经济活力百强企业，并获得了湖南省著名品牌、国家金奖。在其鼎盛时期，武冈煤机和四川宜宾、河南巩县的两家蜂窝煤机生产企业并称为全国行业三强，在全国

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各地设有销售网点，产品市场占有率一度达到25%。

1998年，在已掌握蜂窝煤机制造技术并拥有一定客户资源的情况下，曾为武冈煤机销售产品的张某，在离武冈市20公里的洞口县高沙镇创办了湘南煤机厂，与武冈蜂窝煤机厂摆起了擂台。从此，两家企业明争暗斗，摆开了阵式。武冈煤机打出了\"购买煤机莫上当，金奖名牌在武冈\"的牌子，湘南煤机则喊出了煤机还是湘南好的口号，两家企业都宣称自己厂里生产的媒机质量最好、产品最正宗。然而，竞争归竞争，在2003年前，这两家企业都获得了不错的效益。湘南煤机迅速地完成了原始资本的积累，并从最初的100多万元发展为拥有1000多万元总资产的民营企业。武冈煤机工人们的收入也日益看涨，他们的月平均工资一直都在1000元以上。

陷入困境：

现在的武冈煤机，大量的产品堆积在厂房里，来进货的车辆已经屈指可数了。由于效益不行，在车间上班的工人已寥寥无几，就连开大门的门卫都显得懒洋洋的，精神萎靡不振。虽然从墙上的荣誉匾牌、豪气逼人的标语中还可依稀看到这家厂曾经的辉煌，但现在似乎已到了垂暮之年，给人一种死气沉沉的印象。\"现在只有煤机配件还有一定市场，市里的工作组已进驻厂里。\"唐主任焦虑地对记者说。 离开武冈，记者来到湘南煤机采访。这里的情况显然要比武冈煤机好一些。由于是私营企业，机制灵活，反映也比国营企业快，在2003年上半年，就敏锐地察觉到了市场上煤机销量走下坡路的变化。湘南煤机在限量生产煤机的同时，也在筹划着转产事宜，投入巨资兴建了水轮机生产线，生产单机容量1250千瓦的水轮发电机。\"我是什么赚钱就生产什么，决不会像他们那样死耗着。\"张某对记者说，今年他还准备投入200万元，扩大水轮机的生产能力。 路在何方？

和上述两家企业的情况大同小异的是，目前全国其它煤机生产企业也大都面临着关门或转产的生死抉择。

蜂窝煤机业路在何方？不管是生产厂家，还是行业专家，大家都在思考着同一个问题。随着城市居民使用液化气、天然气等气体燃料的普及，煤机行业在城市的市场将逐步地丧失殆尽。专家认为，煤机行业要想尽快从低谷中走出，一方面要在行业内进行有效的资源整合和必要的技术更新，有效降低产品成本；一方面要下大力气开拓农村市场，农村是一个广阔的天地，煤机生产企业的销售网络要以乡镇为中心向周边村庄辐射。

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另外，业内专家告诉记者，隔行如隔山，企业转产一定要谨慎。在原有产品已无生命力的情况下，企业要根据自身特点，利用原有的优势资源，选择适合自己发展的新产业，在选择新项目的同时要立足长远，做企业不能靠投机，打一换一个地方。

由此可见，目前国内煤机生产企业大都面临着关门或转产的生死抉择,为响应建设节约型社会的号召，技术更新势在必行。

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2 现有蜂窝煤机的性能分析

2.1 蜂窝煤机规格型号说明

上图为蜂窝煤机的外观图，现有的蜂窝煤机外观大致相同。

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2.1.2 适应范围

140型、160型蜂窝煤机是一种成型加工机器，装配不同的模具则能加工符合该技术性能的不同规格的多种型煤。 2.1.3 基本技术参数

表2.1 基本技术参数表

项目 单位 LFM140 LMF160 指标 生产能力 快/min 40～42 37～39 配用功率 KW Y132S～4～5 Y132M～4～7.5 高速轴转速 n/min 226 205 低速轴转速 n/min 42 38 滑梁行程 Mm 280 310 配用V型带 根 V型带B性型2800×3 V型带B型2800×3 成型压力 Kg8/m㎡ ≈3500 ≈3500

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表2.2 基本技术参数

项目 参数 LFM140型 140mm以下各种圆形蜂窝煤 LFM160型 160mm以下各种蜂窝煤100×100方煤 蜂窝孔数 19孔、16孔、12孔、9或梅花型等 蜂窝煤厚度 70～80±2mm 蜂窝煤静压力 ≈65～90Kg 贪水率应根据当地的煤质，原料配比，煤末粒度经过多次试验确定含水率。

2.2 现有蜂窝煤机工作原理

2.2.1 工艺要求

为了实现蜂窝煤机冲压成型，冲压式蜂窝煤机成型机必须完成以下几个动作： （1）煤粉加料；

（2）冲头将蜂窝煤压制成型；

（3）清除冲头和出煤盘的积屑的扫屑运动； （4）将在模筒内的冲压后的蜂窝煤脱模； （5）将冲压成型的蜂窝煤输送装箱。 2.2.2 工艺动作分解

根据上述分析，冲压式蜂窝煤机成型机完成的工艺动作有以下六个动作： （1）加料：这一动作利用煤粉的重力自动加料；

（2）冲压成型：冲头上下往复运动，在冲头行程的四分之三进行冲压成型； （3）脱模：在弹簧回复力的作用下使已冲压成型的煤饼脱离模筒。一般可以将它 （4）扫屑：在滑块回程过程中完成；

（5）模筒转模间歇运动:以完成冲压脱模和加料两个工位的转换； （6）输送：由输送带完成。

以上六个动作，加料、输送和扫屑机构比较简单，暂时不予考虑，因此，对

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现有冲压式蜂窝煤机成型机运动方案的分析，重点在对整体运动原理、冲压方式、脱模机构和模筒的新型设计这几个项目的选型和设计问题分析。 2.2.3 现有蜂窝煤机的构造和原理

（1）蜂窝煤机的构造：机架、传动、拔转与搅拌、五孔盘、滑梁、冲头、清污、料筒、输送等九部分组成,机架部分由机体、立柱、顶盖、撑杆等部件构成. （2）工作原理及工艺动作过程 传动示意图如图2.2所示:

图2.2

1-电机、2-传输带、3-减速器输入轴、4-安全装置、5-减速器、6-飞轮、7-主轴、8-增力机构齿轮轴、9-滑柱、10-U型托杆、11-冲头、12-滑块、13-漏斗、14-机架、15-导轨、16-模筒、17-增力机构摆杆、18-增力机构小滑块、19-机架、20-间歇运动齿轮轴、21-不完全齿轮、22-减速器输出轴、23-输送带、24-机座

电动机经三角皮带将运动传至大皮带轮,经过两极齿轮减速后,将运动传递给Ⅲ轴,通过拐轴,连杆推动滑梁往复运动。Ⅰ轴将运动传递给Ⅲ轴的同时，带动分度机构；Ⅲ轴将运动传递给增力机构的同时，带动运输机运动。分述如下： ①冲压运动

由Ⅲ轴，拐轴5、连杆6、滑梁13、推煤头、冲头Ⅱ组成.其工作原理是:Ⅲ轴两端装由拐轴,经过连杆与滑梁组成曲柄机构。Ⅲ轴旋转，经拐轴推动连杆，使装有推煤头，冲头的滑梁在机座上的立柱间做上下往复运动，实现冲压运动，其工作过程如下：分度完毕，转盘定位；此时，滑梁连同推煤头，冲头向下运动到距离 模筒上平面58～75mm。滑梁继续向下运动，冲头在第二个工位上将煤料冲孔和压实；推煤头在第三工位上将第一工作循环中以成型的蜂窝煤推落到输送机上。冲压运动

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完毕，冲头随滑梁上升，冲头底在弹簧的张力下压住煤饼，冲针从煤饼孔中拔出。 ②分度机构

由转盘机构及分度机构完成。转盘机构的间歇分度运动通过Ⅰ轴上的蜗杆和立柱上的涡轮齿合获得动力，并将Ⅰ轴在水平内的转动变为立轴在垂直平面内的转动。立柱转动时，装在立轴上的非完全齿轮带懂转盘机构做间歇分度运动。其工作过程是：

滑梁向上运动，冲头下平面离开转盘上平面5～25mm时，装在立轴上的轮壳外弧以转到定位内弧中心，扇形齿轮上的首齿（代缓冲撞块）与装在转盘齿轮上的缓冲碰爪接触，并推动转盘机构转动，扇形齿轮逐渐进入与转盘齿轮正常齿合的位置，并带动转盘做间歇分度运动。滑梁向下运动，冲头下平面58～75mm左右时，扇形齿轮走完最后以个齿。此时，轮壳同时运动到转盘齿轮上的内定位弧的中心，转盘停止转动。冲头，推煤头同时在两个工位上分别将煤料成型和推出。冲头经死点上行至离开转盘上平面8～25mm时，完成一次工作循环，如此周而复始。 ③搅拌进料运动

由轮壳，进料部分组成。通过轮壳与搅拌座的连接获得动力，带动搅拌机构运动，使料斗中的煤料得到充分的搅拌和翻动，煤料借转盘间歇停留之机，下落并装满模筒。 ④扫屑运动

扫刷机构时一四杆机构，通过滑梁的往复运动获得动力，冲头冲压一次，扫刷往复工作一次，协调地完成冲头底和推煤头的清扫工作。

2.2.4 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图，如图2.3所示：

冲压式蜂窝煤成型机运动循环图是要是增力机构，间歇运动机构和上压板三个执行构件的先后顺序、相位，以利对各执行机构的设计、装配和调试。冲压式蜂窝煤成型机的增力机构为主机构，以它的主动件的零位角为横坐标的起点，纵坐标表示各执行构件的位移起止位置。

图2.3表示冲压式蜂窝煤成型机两个执行机构的运动循环图。增力机构和间歇运动机构都由工作行程和回程两部分组成，要求各部分有机衔接起来。

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图2.3 现有蜂窝煤机的运动循环图 2.2.5 现有蜂窝煤机的主要缺陷： （1）空行程长，工作效率低

现有蜂窝煤机的冲压成型系统，其主要技术参数是: 冲压行程：270mm 模筒高度：125mm 蜂窝煤直径：100mm 蜂窝煤孔径：13mm 蜂窝煤孔数：12个 蜂窝煤高度：72mm

冲压式蜂窝煤成型机的滑梁行程s=270mm,实际冲压行程只有53mm占总行程的19.6%，也就时说在冲压行程过程中，由80.4%的行程时做无用功的，有效距离不到总行程的五分之一。

（2）冲压过程设计不合理，冲压的方式设计不合理，浪费大量能量

现有蜂窝煤机的冲头结构设计符合传统的冲压工艺要求。但先将煤粉压紧再插针冲孔，这样就造成了插针的磨察，浪费能源，且对整机的要求过高，同时蜂窝煤的成型与脱模分为两道工序，且流水作业式导致两道工序同时工作，造成了选用电机的功率很大。

（3）模筒的设计不合理，现有的蜂窝煤机都是采用转盘式，转盘上分有六个模筒

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一个压紧并冲孔，一个单独冲饼出煤，另外四个模筒被同时被装进煤粉，而处于工作状态的只有2个模筒，所以任何时候都有4个模筒的煤粉处于等到中，且整个转盘的体积大，转速高，造成了机体的增力机构复杂，机器功率很大，机体笨重，浪费大量钢材资源，并增加了大量成本

由表2.3可知现有蜂窝煤机的电机功率均在7.5KW以上，且质量更时大的惊人，均在1.5吨以上，体积超过4.38立方米。浪费大量的能源和资源，若不加以改进而继续生产，将成为建设节约型社会的又一个障碍。

表2.3 现有蜂窝煤机的部分参数

主要技术参数 BFB140—Ⅲ型 BFB160-Ⅱ型 BFB220-Ⅱ型 FB160型 FB140型 圆成煤规格 直径×高任意选择 主要技术参数 方煤 100×100×80 120×120×80-90 150×150×190 100×(80-100) 方煤 BFB140—Ⅲ型 BFB160-Ⅱ型 BFB220-Ⅱ型 FB160型 FB140型 产量 38～40块/分 40～45块/分 18～22块/分 50块/分 产量 滑梁行程 300～360mm 电机功率 7.5kw 7.5～10kw 11kw 7.5kw 质量 1500kg 2500kg 3600kg 2200kg 1800kg 外型尺寸 1845×1250×1900 1930×1450×1900 1950×1500×2000 3200×1285×1860 1500×1200 12

在表1.1的《主要技术参数》中由一组数据摘录如表2.3。 (4)易损件多。

现将易损件列表，见表2.4

表2.4现有蜂窝煤机的易损件

零件名称 单位 数量 冲针 个 12 导杆 个 4 拔销套 个 2 弹簧 个 1 活动盘 个 1 底模筒 个 1 保险销 个 1

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3 新型蜂窝煤机的系统参数和工艺分析

3.1 新型蜂窝煤机功能和设计要求

3.1.1 新型蜂窝煤机功能分析

冲压式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，现有的蜂窝煤机是将煤粉加入转盘上的模筒内，经冲头冲压成蜂窝煤。而本设计是利用一种类似曲柄机构的的间歇传动控制一个只有两个模筒的滑块左右移动来实现煤饼的冲压成型。 3.1.2 新型蜂窝煤机运动分析

为了实现蜂窝煤粉加料；冲压成型，冲压式蜂窝煤成型机必须完成以下几个动作：

（1）煤粉加料；

（2）插针插入模筒内并压紧； （3）模筒移动；

（4）冲头将煤粉冲压成型并顶出脱模； （5）清除冲头和出煤盘的积屑的扫屑运动； （6）将冲压成型的蜂窝煤输送装箱。

3.2 新型蜂窝煤机原始数据及设计要求

3.2.1 新型蜂窝煤机原始数据

（1）蜂窝煤成型机的生产能力：60次/min；

（2）驱动电机：Y100L2－4、功率N＝3kW、转速n＝1420 r/min。 冲压行程： 188mm 模筒高度： 110mm 蜂窝煤直径： 100mm 蜂窝煤孔径： 13mm 蜂窝煤孔数： 12个 蜂窝煤高度： 70mm

新型蜂窝煤成型机的滑块移动行程S=188mm，实际冲压行程（包括压缩弹簧的储能行程）有140mm占总行程的93.94%，也就是说，在冲压成型过程中，仅有0.06%

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的形成是做无用功的。

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4 新型蜂窝煤机的原理设计和工艺动作分解

4.1 新型蜂窝煤机的原理设计

4.1.1 新型蜂窝煤机原理设计

1-齿轮Ⅰ、2-滑块移动装置、3-插针装置、4-轴Ⅰ、5-锥齿轮、6-齿轮Ⅱ、 7-轴Ⅱ、 8-搅煤装置、 9-不完全齿轮、10-压紧与顶出装置

如图所示，新型蜂窝煤机的主轴采用链轮的传动，电动机通过链传动把功率传递到轴Ⅰ，轴Ⅰ通过链传动传动到轴Ⅱ，轴Ⅱ带动箱体齿轮实现机构的压紧与顶出运动。轴Ⅱ通过齿轮Ⅱ带动搅煤装置的运动，轴Ⅰ经齿轮连接带动插针装置，再通过锥齿轮传动把功率传递到滑块移动装置，以实现整个蜂窝煤的压制完成。

4.2 新型蜂窝煤机的工艺动作分解

4.2.2 新型蜂窝煤机的工艺动作分解

根据上述分析，新型蜂窝煤机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，同时设计用一组圆锥齿轮传动来实现搅煤运动；

（2）插针：由一个箱体中的只含四分之一齿的齿轮和齿条的配合来完成； （3）移位：同样采用不间歇运动来完成

（4）冲压成型：冲头上下往复运动，在冲头行程的四分之三进行冲压成型，在弹簧的回复力作用下将煤饼顶出脱模；

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（5）扫屑：在滑块回程过程中完成； （6）输送：由输送带完成。

以上六个动作，扫屑和输送的动作比较简单，暂时不予考虑，

因此，新型蜂窝煤成型机运动方案设计重点考虑压紧与顶出装置的设计、插针部分设计、滑块移动部分设计和搅煤运动的设计。

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5 新型蜂窝煤机主要传动部分运动设计和结构设计

5.1 新型蜂窝煤机的压紧与顶出装置的运动设计和结构设计 5.1.1 原理示意图：

图5.1压紧与顶出装置的传动示意图

如图所示，压紧与顶出装置主要由不完全齿轮和齿条的配合来完成运动，首先是外面两个齿条通过机架的的连接对模筒中的煤粉进行压制，在行程188mm的时候，不完全齿轮与齿条的失去黏合，此时带动里面两个齿条通过机架连接对模筒中的煤饼进行脱模运动，从而实现蜂窝煤的压紧与顶出运动。 5.1.2 压紧与顶出装置齿轮的设计

根据机器实际运动状态和前面已确定的参数，借助工具软件《机械设计手册(软件版)R2.0》，进行渐开线圆柱齿轮的设计计算，其设计流程如下：

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进入《机械设计手册(软件版)R2.0》的界面，如图：

单击标题栏的计算程序，在其下拉子菜单中选择渐开线圆柱齿轮设计计算，进入渐开线圆柱齿轮传动设计界面，如图：

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单击

，填写基本参数如图所示，单击

：

单击

，填写基本参数如图所示，单击

：

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21

单击单击

，填写基本参数如图所示，单击，填写基本参数如图所示，单击

： ：

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单击，进行强度校核如图所示，单击：

单击

内容如下： （1）设计信息

设计者 Name=xiongxiangyang 设计单位 Comp=syn 设计日期 Date=2008-5-31 设计时间 Time=23:43:00 （2）设计参数

传递功率 P=3.00000 (kW) 传递转矩 T=477.45000 (N.m) 齿轮1转速 n1=60 (r/min) 齿轮2转速 n2=60 (r/min) 传动比 i=1.00000

原动机载荷特性 SF=均匀平稳

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，保存设计信息，生成《渐开线圆柱齿轮传动设计报告》，

工作机载荷特性 WF=轻微振动 预定寿命 H=10000 (小时) （3）材料及热处理

齿面啮合类型 GFace=硬齿面 热处理质量级别 Q=ML

齿轮1材料及热处理 Met1=45<表面淬火> 齿轮1硬度取值范围 HBSP1=45-50 齿轮1硬度 HBS1=48 齿轮1材料类别 MetN1=0 齿轮1极限应力类别 MetType1=11

齿轮2材料及热处理 Met2=45<表面淬火> 齿轮2硬度取值范围 HBSP2=45-50 齿轮2硬度 HBS2=48 齿轮2材料类别 MetN2=0 齿轮2极限应力类别 MetType2=11 （4）齿轮基本参数 模数(法面模数) Mn=3 端面模数 Mt=3.00000 螺旋角 β=0.000000 (度) 基圆柱螺旋角 βb=0.0000000 (度)

齿轮1齿数 Z1=55 齿轮1变位系数 X1=0.00 齿轮1齿宽 B1=22 (mm) 齿轮1齿宽系数 Φd1=0.26667

齿轮2齿数 Z2=55 齿轮2变位系数 X2=0.00 齿轮2齿宽 B2=22 (mm) 齿轮2齿宽系数 Φd2=0.26667

总变位系数 Xsum=0.00000 标准中心距 A0=165.00000 (mm) 实际中心距 A=165.00000 (mm)

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齿数比 U=1.00000 端面重合度 εα=1.77078 纵向重合度 εβ=0.00000 总重合度 ε=1.77078

齿轮1分度圆直径 d1=165.00000 (mm) 齿轮1齿顶圆直径 da1=171.00000 (mm) 齿轮1齿根圆直径 df1=157.50000 (mm) 齿轮1齿顶高 ha1=3.00000 (mm) 齿轮1齿根高 hf1=3.75000 (mm) 齿轮1全齿高 h1=6.75000 (mm)

齿轮1齿顶压力角 αat1=24.943928 (度)

齿轮2分度圆直径 d2=165.00000 (mm) 齿轮2齿顶圆直径 da2=171.00000 (mm) 齿轮2齿根圆直径 df2=157.50000 (mm) 齿轮2齿顶高 ha2=3.00000 (mm) 齿轮2齿根高 hf2=3.75000 (mm) 齿轮2全齿高 h2=6.75000 (mm)

齿轮2齿顶压力角 αat2=24.943928 (度)

齿轮1分度圆弦齿厚 sh1=4.71175 (mm) 齿轮1分度圆弦齿高 hh1=3.033 (mm) 齿轮1固定弦齿厚 sch1=4.16114 (mm) 齿轮1固定弦齿高 hch1=2.24267 (mm) 齿轮1公法线跨齿数 K1=6

齿轮1公法线长度 Wk1=51.02108 (mm)

齿轮2分度圆弦齿厚 sh2=4.71175 (mm) 齿轮2分度圆弦齿高 hh2=3.033 (mm) 齿轮2固定弦齿厚 sch2=4.16114 (mm) 齿轮2固定弦齿高 hch2=2.24267 (mm) 齿轮2公法线跨齿数 K2=6

齿轮2公法线长度 Wk2=51.02108 (mm)

齿顶高系数 ha*=1.00

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顶隙系数 c*=0.25 压力角 α*=20 (度) 端面齿顶高系数 ha*t=1.00000 端面顶隙系数 c*t=0.25000 端面压力角 α*t=20.0000000 (度) （5）强度校核数据

齿轮1接触强度极限应力 σHlim1=960.0 (MPa) 齿轮1抗弯疲劳基本值 σFE1=480.0 (MPa) 齿轮1接触疲劳强度许用值 [σH]1=921.3 (MPa) 齿轮1弯曲疲劳强度许用值 [σF]1=342.9 (MPa) 齿轮2接触强度极限应力 σHlim2=960.0 (MPa) 齿轮2抗弯疲劳基本值 σFE2=480.0 (MPa) 齿轮2接触疲劳强度许用值 [σH]2=921.3 (MPa) 齿轮2弯曲疲劳强度许用值 [σF]2=342.9 (MPa) 接触强度用安全系数 SHmin=1.00 弯曲强度用安全系数 SFmin=1.40 接触强度计算应力 σH=866.4 (MPa) 接触疲劳强度校核 σH≤[σH]=满足

齿轮1弯曲疲劳强度计算应力 σF1=332.8 (MPa) 齿轮2弯曲疲劳强度计算应力 σF2=332.8 (MPa) 齿轮1弯曲疲劳强度校核 σF1≤[σF]1=满足 齿轮2弯曲疲劳强度校核 σF2≤[σF]2=满足 （6）强度校核相关系数 齿形做特殊处理 Zps=特殊处理 齿面经表面硬化 Zas=不硬化 齿形 Zp=一般

润滑油粘度 V50=120 (mm^2/s) 有一定量点馈 Us=不允许

小齿轮齿面粗糙度 Z1R=Rz≤6μm ( Ra≤1μm ) 载荷类型 Wtype=静强度

齿根表面粗糙度 ZFR=Rz≤16μm ( Ra≤2.6μm )

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刀具基本轮廓尺寸 HMn=Hao/Mn＝1.25, Pao/Mn＝0.38

圆周力 Ft=5787.27273 (N) 齿轮线速度 V=0.51836 (m/s)

使用系数 Ka=1.25000 动载系数 Kv=1.02784

齿向载荷分布系数 KHβ=1.00000

综合变形对载荷分布的影响 Kβs=1.00000 安装精度对载荷分布的影响 Kβm=0.00000 齿间载荷分布系数 KHα=1.10000 节点区域系数 Zh=2.49457 材料的弹性系数 ZE=1.80000 接触强度重合度系数 Zε=0.86202 接触强度螺旋角系数 Zβ=1.00000 重合、螺旋角系数 Zεβ=0.86202 接触疲劳寿命系数 Zn=1.03193 润滑油膜影响系数 Zlvr=0.93000 工作硬化系数 Zw=1.00000 接触强度尺寸系数 Zx=1.00000

齿向载荷分布系数 KFβ=1.00000 齿间载荷分布系数 KFα=1.10000 抗弯强度重合度系数 Yε=0.673 抗弯强度螺旋角系数 Yβ=1.00000

抗弯强度重合、螺旋角系数 Yεβ=0.673 寿命系数 Yn=1.00000

齿根圆角敏感系数 Ydr=1.00000 齿根表面状况系数 Yrr=1.00000 尺寸系数 Yx=1.00000

齿轮1复合齿形系数 Yfs1=3.98692 齿轮1应力校正系数 Ysa1=1.72718 齿轮2复合齿形系数 Yfs2=3.98692 齿轮2应力校正系数 Ysa2=1.72718

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根据以上的设计，选择齿数为55，模数为3的齿轮符合弯曲疲劳强度和接触疲劳强度以及各项应力指标，以相同的方法选择的不完全齿轮齿数为31，模数为5同样符合要求。

5.1.3 不完全齿轮、齿条的齿数设计

机械中尤其是自动机械中，常要求某些执行构件实现周期性时动时停的间歇运动。如牛头刨床的工件进给运动，机械加工成品或工件输送运动，以及各种机器工作台的转位运动等。能够实现这类动作的机构称为间歇运动机构。不同用途的间歇运动机构有不同的工艺要求，其设计要求也有不同的侧重，同时，各类间歇运动机构又具有不同的性能，设计时应根据具体要求和应用场合，合理选用。在设计过程中滑体间歇运动机构我们选用了不完全齿轮机构

① 原理：不完全齿轮机构是从一般的渐开线齿轮机构演变而来，与一般齿轮机构相比，最大区别在于齿轮的轮齿未布满整个圆周。主动轮上有一个或几个轮齿，其余部分为外凸锁止弧，从动轮上有与主动轮轮齿相应的齿间和内凹锁止弧相间布置。不完全齿轮机构的主要形式有外啮合与内啮合两种形式。本设计采用的是外齿合形式。

②齿数计算：如图所示：

本设计设计的压紧与顶出的行程分别为188mm,125mm。由公式 L=π×m×z+△

计算得出压紧与顶出齿数分别设为12齿和8齿，且分别留有个半齿以保证其

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强度。其齿合形式如图5.2所示：

图5.2 不完全齿轮和齿条配合的PO/E模型图

图5.3 压紧齿轮的PO/E模型图

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图5.4 齿条的PO/E模型图

30

5．5 轴Ⅰ的PO/E的模型图

图5.6 全齿轮的PO/E模型图

图5.7 齿条槽的PO/E模型图

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5.8 压紧与顶出装置的装配图PO/E模型图1

5.9 压紧与顶出装置的装配图PO/E模型图2

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5.2 新型蜂窝煤机插针部分的传动设计和结构设计

本设计同样采用不完全齿轮和齿条的配合来实现插针和拔针的机构运动。不完全齿轮机构的优点是设计灵活，从动轮的运动角范围大，很容易实现一个周期中的多次动、停时间不等的间歇运动。缺点是加工复杂；在进入和退出啮合时速度有突变，引起刚性冲击，不宜用于高速传动；主、从动轮不能互换。不完全齿轮机构常用于多工位.多工序的自动机械或生产线上，实现工作台的间歇转位和进给运动等。

图5.10 现有蜂窝煤机工作台间歇转位机构示意图

图示5.10为现有蜂窝煤压制机工作台五个工位的间歇转位机构示意图。该机构完成煤粉的装填.压制.退煤等五个动作，因此每转1/5周需要停歇一次。齿轮3是不完全齿轮，当它作连续转动时，通过齿轮6使工作台7（其外周是一个大齿圈）获得预期的间歇运动。此外，为使工作比较平稳，在齿轮3和齿轮6上添加了一对启动用的附加板4和5，还添加了凸形和凹形的圆弧板，以便起锁止弧的作用。 5.2.1 新型蜂窝煤机插针部分的原理设计

下图即是新型蜂窝煤机的插针机构的原理示意图，它通过不完全齿轮和齿条的配合实现插针动作的完成，齿轮是四分之一的不完全齿轮，在压紧后的的四分之一时间等待后，齿条和齿轮再次黏合对压紧的煤饼进行脱模。本设计最大的特点是在煤粉加入模筒后插入插针，然后再对煤粉进行压紧，弥补了现有的先压紧而后冲孔的缺陷。

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图5.11 插针装置结构图

意义：由于插针是从下面插进模筒，减少了机构的稳定重力，由于是先插针后压紧，减少了插针的磨损，这样的设计使结构简单但更加紧凑、耐磨损、噪声低、能耗少、效率高，更有益的是减轻了机器的重量接近一半，节约了大量钢材能源和设计难度。下图即为插针装置的模型图。

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5.3 新型蜂窝煤机滑块移动部分设计 5.3.1 原理示意图

图5.12 1-模筒滑块、2-连接快、3-连接杆、4-箱体、5-齿轮

如图所示，功率通过最下面的齿轮输入，齿轮带动上面的不完全齿轮， 不完全齿轮带动齿轮5，在齿轮5上焊接一个固定的曲柄机构，不完全齿轮的齿数为总齿数的四分之一，首先煤粉从煤斗送进，曲柄机构带动滑块移动，当到达四分之一行程后，齿轮不齿合，实现煤饼的压紧于脱模，0.75秒后，齿轮再次齿合，重新放入煤粉以完成一次蜂窝煤的压制成功。

5.4 新型蜂窝煤机搅煤部分的传动和结构设计

搅煤部分的上半部与现有的一样，由轮壳，进料部分组成。通过轮壳与搅拌座的连接获得动力，带动搅拌机构运动，使料斗中的煤料得到充分的搅拌和翻动，煤料借转盘间歇停留之机，下落并装满模筒。现进行实现搅煤运动的下半部分的机构设计。

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5.4.1 原理示意图

如图所示，此结构比较简单，运动通过右边齿轮传过来，里面利用圆锥齿轮的的传递实现方向正交的传递。

图5.13新型蜂窝煤机搅煤部分的原理图 5.3.2 锥齿轮的设计：

根据机器实际运动状态和前面已确定的参数，借助工具软件《机械设计手册(软件版)R2.0》，进行锥齿轮的设计计算，其设计如上面齿轮设计一样流程：

锥齿轮设计结果报告 （1）锥齿轮设计输入参数

传递功率 P 3.00 (kW) 传递转矩 T 477.45 (N.m) 齿轮1转速 n1 60.00 (r/min) 齿轮2转速 n2 60.00 (r/min) 传动比 i 1.00 齿数比 U 1.00 预定寿命 H 10000 (小时) 原动机载荷特性 均匀平稳 工作机载荷特性 轻微振动

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（2）材料及热处理

齿面类型 硬齿面 热处理质量要求级别 MQ 齿轮 1 的材料及热处理

材料名称 45 热处理 表面淬火 硬度范围 45～50(HRC) 硬度取值 48 (HRC) 接触强度极限应力 σb(H1) 1150 (N/mm^2) 接触强度安全系数 S(H1) 1.10

弯曲强度极限应力 σb(F1) 321 (N/mm^2) 弯曲强度安全系数 S(F1) 1.40 （3）齿轮 2 的材料及热处理

材料名称 45

热处理 表面淬火

硬度范围 45～50(HRC) 硬度取值 48 (HBS) 接触强度安全系数 S(H2) 1.10 弯曲强度极限应力 σb(F2) 321 (N/mm^2) 弯曲强度安全系数 S(F2) 1.40 弯曲强度许用应力 [σ](F2) 448 (N/mm^2) （4）接触强度、弯曲强度校核结果和参数

齿轮1接触强度许用应力[σH]1 1280.85 (N/mm^2) 齿轮2接触强度许用应力[σH]2 1280.85 (N/mm^2) 接触强度计算应力σH 1190.59 (N/mm^2) 满足 齿轮1弯曲强度许用应力[σF]1 447.31 (N/mm^2) 齿轮1弯曲强度计算应力σF 835. (N/mm^2) 不满足 齿轮2弯曲强度许用应力[σF]2 447.31 (N/mm^2) 齿轮2接触强度计算应力σF 835. (N/mm^2) 不满足 圆 周 力 Ft 9361.76 (N) 齿轮线速度 Vm 0.32 (m/s)

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使用系数 Ka 1.25 动载系数 Kv 1.01 齿向载荷分布系数 Khb 1.65 齿间载荷分布系数 Kha 1.10 是否修形齿轮 是 节点区域系数 Zh 2.50 材料的弹性系数 ZE 1.80 接触强度重合度系数 Ze 0.86 接触强度螺旋角系数 Zb 1.00 重合、螺旋角系数 Zeb 0.86 锥齿轮系数 Zk 0.85 接触疲劳寿命系数 Zn 1.26 是否允许有一定量的点蚀 是 润滑油膜影响系数 Zlvr 0.93 润滑油粘度（50度） 120.00 工作硬化系数 Zw 1.00 接触强度尺寸系数 Zx 1.04 齿向载荷分布系数 Kfb 1.65 齿间载荷分布系数 Kfa 1.10 抗弯强度重合度系数 Ye 0.67 抗弯强度螺旋角系数 Yb 1.00 抗弯强度重合、螺旋角系数 Yeb 0.67 复合齿形系数 Yfs 4.40 4.40 寿命系数 Yn 1.00 1.00 齿根圆角敏感系数 Ydr 0.95 0.95 齿根表面状况系数 Yrr 1.00 1.00 尺寸系数 Yx 1.03 1.03 载荷类型 静载荷 齿根表面粗糙度 Rz≤16μm 基本齿条类别 hf/Mnm = 1.25, pf/Mnm = 0.20

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39

图5.14新型蜂窝煤机的总体装配的PO/E模型图1

图5.15新型蜂窝煤机的总体装配的PO/E建模图2

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6 新型蜂窝煤机其他零部件的设计

6.1 电机的选用

借助工具软件《机械设计手册(软件版)R2.0》，进行电机的选用，输入基本参数，如下图所示：

进行电机型号查询，如图所示：

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详细输出结果为：

电机名称 Y系列三相异步电动机 类别代号 Y 型号规格 Y100L2-4 防护等级 IP44 安装形式 B3 极数 4 额定功率 （kw） 3 转速 （r/min） 1430 电压 （V） 380 额定电流 （A） 7 效率 （%） 82.5 功率因数 （cosφ） .81 堵转电流/额定电流 7 堵转转矩/额定转矩 2.2

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最大转矩/额定转矩 2.2 转动惯量（kg·m^2） .0067 噪声 （dB(A)） 70 重量 （kg） 38 机座号 100L 国际标准机座号 100L28 最大长度 （mm） 380 最大宽度 （mm） 283 最大高度 （mm） 245

视图文件名 DY10031Q.DWG 编号 0000

6.2 减速器的选用

借助工具软件《机械设计手册(软件版)R2.0》，进行减速器的选用，根据基本参数，初步选择，如下图所示：

详细输出结果为：

名称＝ZSZ减速器许用输入功率PP1

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单位=kW

公称\\传动比\\i=25

公称转速\\n1\\r·min-1=1500 公称转速\\n2\\r·min-1=60 规格\\160=7.6 规格\\180=11 规格\\200=15 规格\\224=27.2 规格\\250=33 规格\\280=49 规格\\315=74 规格\\355=111 规格\\400=146 规格\\450=199 规格\\500=250 规格\\560=433 规格\\630=4

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7 新型蜂窝煤机技术改进和拓展

7.1 新型蜂窝煤机技术改进 7.1.1 新型蜂窝煤机内部结构改进

（1）机内部采用花键轴，避免产生断键现象，定心精度高，同心度好，噪音低，延长了使用寿命。

（2）滑柱、主轴内外套采用激光淬火技术，提高了表面硬度，使用更加坚固。 7.1.2 新型蜂窝煤机机身的变形设计

将两台新型蜂窝煤机的传动系统加以优化融合，使之成为一体，并且用一个电机带动，这样形成的新型组合式蜂窝煤机很适合生产量较大但工厂空间较小的企业，同时传动体统优化后，额定功率将小于两台之和，减少了能源的浪费。 7.1.3 新型蜂窝煤机模筒和冲头的变形设计

本设计的原始参数为生产直径为110mm、高度为75mm、12孔的圆柱型蜂窝煤；通过模筒的的变形设计，我们可以生产各种型号的圆柱形、方型或梅花型等不同规格的蜂窝煤。

7.2 新型蜂窝煤机中技术拓展

7.2.1 新型蜂窝煤机中冲头结构的拓展

由于磨具行业的飞速发展，各种冲压磨具的产量也逐年递增，将新型蜂窝煤机中冲头结构运用到各种冲压磨具生产机器的冲压成型结构中，不但可以减少能源的浪费，还可以增加机器工作的稳定性。 7.2.2 新型蜂窝煤机的拓展

随着煤炭资源的开采，煤炭的总储量将变得越来越少，不可再生资源的循环周期长，就会制约蜂窝煤机行业的发展，所以单纯以煤粉为原料的蜂窝煤生产技术将被以另一种可再生资源（如农作物的秸秆和木材工厂加工剩余的边角料等）为原料的新型蜂窝煤生产技术所取代，所以，带有一定粉碎功能的新型复合原料的蜂窝煤机将成为蜂窝煤机发展的重要方向。

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总 结

本新型蜂窝煤机结构简单紧凑、制造成本低、生产效率高、使用寿命长、操作简单和易损件少，基本上解决了现有蜂窝煤机存在的技术问题，市场上的蜂窝煤机多采用上置式冲头，这种上置式冲头煤成型机在实际过程中，将煤粉压紧后再冲孔，从而造成机体笨重造价高、且能源消耗大、易损件多，难以响应建设节约型社会的号召。

通过不断的方案改进，最终确定冲压式蜂窝煤成型机的机械运动方案：先插针后压紧，压紧脱模用同一个装置完成、模筒设计左右为两个模筒的移动代替转盘转动、间歇运动机构为不完全机构。在理论计算中，重点围绕压紧与脱模的设计以及间歇运动机构的设计的展开、初步的电机和减速器的选用问题。

由于时间仓促和自身水平有限且产品处于初步试制阶段，在说明书中，没有针对机构的具体某一零件进行深入的和全过程的探讨，只是侧重于运动设计和传动设计过程的详细阐述，以及PO/E建模,缺少工艺工装方面的阐述和整体装配的不足。

在本次设计过程中除了融合了大学四年来所学的基本知识以外，还借助了许多工具软件辅助设计，如机械设计方面的PO/E、CAD、机械设计手册(软件版)R2.0、《机械设计系统3.1，数学方面的工具软件mathematica 5.0等等，使整个设计过程时间大大减少。

在设计过程中也暴露了自己许多方面的不足：如软件操作不熟练；一些基本的设计方法没有很好掌握；其他资料中的一些专业术语看不懂，理解不透；外语水平有待提高，看外文资料比较吃力等等。

总而言之，在指导老师和同学的热情帮助之下，设计基本完成，达到了原有毕业设计的目的。提高综合运用本专业所学课程的理论、生产实际知识的能力，掌握产品开发设计的方法和步骤，提高查阅设计手册和资料的能力，熟悉机械产品的设计标准和规范。

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致 谢

首先，感谢我们敬爱的指导老师曾周亮副教授，是您在办公室、蜂窝煤工厂和学生宿舍之间不辞辛苦无数次的奔波，才构建了我们今天腾飞的平台；是您把产品开发设计的金钥匙交给了我们，使我们在科学的殿堂中实践着对您、对家人和社会的承诺；也是您为我们插上了一双美丽的翅膀，使我们能在未来的广阔天地里自由的翱翔。

其次，感谢在设计过程中给予我们帮助的所有老师、同学和朋友，没有你们的热心帮助，我们的毕业设计不可能这样顺利的完成。

最后，感谢母校这四年的培养，我们在未来的日子里，将勤奋工作，以优异的业绩回报母校、回报社会！

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