玉米秸秆生物燃料机械压力机设计.doc

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1、玉米秸秆生物燃料机械压力机设计摘要本文主要涉及玉米秸秆的转化利用，通过分析国内外目前对这一课题的研究状况，比较玉米秸秆转化为能源的各种途径方法，及其前景和目前投入生产的主要瓶颈，进而结合本专业所学知识，设计一台机械压力机，以期完成玉米秸秆的能源化利用。曲柄压力机是以曲柄传动的锻压机械，适用于板料的冲孔、落料、弯曲、线拉伸及成型等工作。若装上自动送料机构，则可以推行半自动冲压工作。此次设计包括传动方案的确定，压力机主要尺寸参数的确定，电动机的选择以及各主要零部件的设计计算。最后，对成型所用模具的设计进行了简单介绍，并给出成型产品的尺寸参数。关键词：玉米秸秆；能源；曲柄压力机；AbstractTh

2、is text is mainly about the utilization of corn straw, and through the analysis of domestic and foreign research on this topic and the comparison of their prospects and the main bottleneck in practice, a mechanical press is designed by using our professional knowledge, in order to make the corn stra

3、w into energy.Crank press is a metal forming machinery which is driven by crank, and it applies to sheet-metal punching, blanking, blending, drawing, metal forming etc. If crank press is equipped with automatic feed mechanism, it can implement semi-automatic punching. This article describes the dete

4、rmination of transmission scheme and the main dimensions in the press, the motor selection and the design and calculation of main components.At the end of this text, the design of forming die is introduced briefly, then the dimension on the production is listed.Keywords：corn straw, energy ,crank pre

5、ss 目录摘要IABSTRACTII目录11. 绪论11.1 自然界能源存在的形式种类及转化利用状况11.1.1 自然界能源存在的形式11.1.2 自然能源的开发利用状况11.2 国内外能源植物的开发利用11.2.1 国外能源植物的利用状况11.2.2 国内能源植物的利用状况21.3 农作物秸秆的利用方法31.4 生物质固化成型燃料31.4.1 生物质固化成型燃料的特点31.4.2 生物秸秆固化燃料使用设备及发展前景41.5 我国秸秆能源化利用瓶颈及原因42. 曲柄压力机的设计计算52.1 曲柄压力机的工作原理及主要参数52.1.1 曲柄压力机的构成52.1.2 曲柄压力机工作原理52.1.3

6、 曲柄压力机的主要技术参数52.2 设计方案的确定52.2.1 传动级数和各速比的分配52.2.2 总体设计方案的确定62.3 偏置曲柄滑块机构的尺寸参数确定及运动分析62.4 压力机传动装置的总体设计72.4.1 确定传动装置的总传动比和分配传动比72.4.2 传动装置的运动和动力参数的计算82.5 压力机主要零部件的设计计算92.5.1 V带轮的设计92.5.2 齿轮的设计计算112.5.3 曲轴尺寸参数的确定及强度校核162.5.4 传动轴的设计计算183. 成型模具设计简介213.1 模具主要尺寸设计213.1.1 产品的成型参数213.1.2 模具材料选择213.1.3 模具结构及尺

7、寸设计223.2 顶出机构设计25参考文献26致谢27附录281. 绪论1.1 自然界能源存在的形式种类及转化利用状况1.1.1 自然界能源存在的形式能源是现代社会赖以生存和发展的基础，安全、可靠的能源供应和高效、清洁地利用能源是实现经济可持续发展的基本保证，也是国家战略安全保障的基础之一。自然界存在的能源一般分为：可再生能源、不可再生能源、新生能源。按其存在的形式也可分为：（1） 由古生物埋藏于地下形成的化石能源，如煤、石油、天然气等。（2） 由生物枝干转化成的生物能源，如玉米、麻疯树、黄鼠草、海桐花等。（3） 存在于自然现象，被人们开发的可利用能源，如太阳能、风能、潮汐等。 能源是人类活动

8、的物质基础。在某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。在当今世界，能源的发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。1.1.2 自然能源的开发利用状况据预测， 地球上蕴藏的可开发利用的煤和石油等化石能源将分别在200年和3040年以内耗竭，而天然气按储采比也只能用60年。全球石化能源消耗量在1992年至1999年间增加了10%，据预测，能源消费在未来20年内还将以平均2%的速度增长。随着社会与经济的发展，我国对能源的需求将会不断增加，2000年能源消费总量达1218亿吨标准煤，比1990年增长30%。21世纪，我国将逐步进入中

9、等发达国家行列，能源形势不容乐观。世界能源的日趋枯竭和生态环境的日渐恶化，对人类的生存和国家的经济发展产生了巨大的威胁，生物能源的开发利用越来越成为世界关注的焦点。能源植物作为未来生物能源的主要来源，开发利用前景广阔，将成为最有前景的生物质能之一，同时也将会是21世纪新型能源的研究热点。能源问题成了世界各国共同面临的难题。化石燃料燃烧产生的二氧化碳具有温室效应，产生的氮和硫的氧化物及其它一些污染物也严重影响环境，以现有技术水平还不能完全消除这些影响。因此，开发可再生的清洁新型能源是历史发展的必然。1.2 国内外能源植物的开发利用1.2.1 国外能源植物的利用状况国外能源植物的开发利用较早。自2

10、0世纪70年代以来，许多国家先后制定了有关生物能源的开发研究计划，如美国的能源农场、巴西的酒精能源计划、日本的新阳光计划、印度的绿色能源工程等。特别是自从诺贝尔奖获得者美国加州大学的化学家卡尔文于1986年在加州福尼亚种植了大面积的能源植物获得成功以来，世界各国投入大量的人力、物力、财力从事能源植物的研究和开发，并且大面积种植和工业转化利用，取得了一系列研究成果和良好的经济效益。巴西是世界燃料乙醇发展的先驱，首先推出了国家乙醇计划，充分利用本国甘蔗资源优势，形成了高水平的燃料乙醇生产技术。巴西一种野生的汉咖树，体内含有15%的酒精。常绿乔木香胶树，每公顷可年产石油225桶。还有一种油棕榈树，每

11、公顷可年产1万kg生物柴油。有一种名叫“苦配巴”的乔木，每株成年树每年能产10kg15kg生物柴油。在巴西高原的热带雨林中发现近千种这类植物，可从其所产生的乳液中用简单的工艺就能得到高品质的液态燃料。美国是世界上最大的以谷物为原料生产生物燃料乙醇的国家。此外，美国还大力发展其他能源植物，如美国的美洲香槐，从这种大戟科植物中能得到约1600L(合10桶)燃料油。加利福尼亚洲生长的黄鼠草，可提炼1t石油。 此外，还建立了三角叶杨、桤木、黑槐、桉树等石油植物研究基地。欧洲国家在大力发展生物质燃烧发电的同时，加强了能源植物的开发利用。 欧洲使用较多的是马铃薯，用于生产燃料乙醇，利用油菜生产生物柴油。欧

12、洲是世界上生物柴油生产及使用的主要地区，以德国、法国、意大利和捷克为主。澳大利亚有一种古巴树，也称柴油树，从成年树中每棵每年可获得约25L燃料油，且这种油可直接用于柴油机。有一种叫阔叶木棉的植物，能提取类似于重油的燃料油。有两种多年生野草桉叶藤和牛角瓜，其茎叶中提炼出一种白色汁液，可以制取石油。在亚洲，日本是发展生物柴油最早的国家，也是亚洲第一生物柴油生产大国。 日本发现一种芒属植物“象草”，是一种理想的石油植物，平均每年可收获12t生物石油，比其他现有的任何能源植物都高产，而且种植成本还不到种植油菜的，可是变成石油所产生的能量却相当于用菜籽油提炼的生物柴油的2倍。马来西亚的原始森林中，有一种

13、叫银合欢树的豆科植物，其汁液含油量很高，被誉为“燃烧的木头”，其燃烧能力可达到石油的以上。另外，泰国从南洋油桐中提取石油物质。1.2.2 国内能源植物的利用状况我国是利用能源植物较早的国家，但在能源植物的大规模生产和开发利用方面起步较晚。自20世纪70年代初开始，湖南省林科院开始从事油茶、油桐、核桃、光皮树、油橄榄、霍霍巴等木本油料树种的研究。“七五”期间，四川省计划委员会开展了“野生植物油作柴油代用燃料的开发应用示范”项目研究，四川省林业科学研究院等单位对攀西地区野生小桐子(麻疯树) 的适生立地环境、栽培技术、生物柴油提取与应用等进行了较为深入的研究。“八五”期间，中国科学院开展了“燃料油植

14、物的研究与应用技术”项目研究，湖南省林科院完成了光皮树油制取甲脂燃料油的工艺及其燃烧特性研究。“九五”期间，湖南省林科院完成了“植物油能源利用技术”和“能源树种绿玉树及其利用技术的引进”项目研究，编写了能源植物(燃料油植物) 种类资源量调查研究报告，完成了中国能源植物(燃料油植物) 特征登记汇总表的汇编，掌握了我国能源油科植物的种类分布特点及资源量，确定了选择利用原则，划分了燃料油植物类型。 “十五”期间，中国林科院对我国的黄连木和文冠果等主要燃油木本植物进行了全国资源分布的调查。我国幅员辽阔，地域跨度大，水热资源分布多样，能源植物资源种类丰富多样，主要分布于大戟科、樟科、桃金娘科、夹竹桃科、

15、菊科、豆科、山茱萸科、大风子科和萝摩科等。早在1982年就分校了1581份植物样品，收集了974种植物。编写成了中国油脂植物、四川油脂植物等。据统计，我国约有3万种维管束植物。仅次于印尼和巴西，其中有经济价值的植物约15000种，具有能源开发价值约4000种。现已查明的能源油料植物(种子植物)种类为151科697 属1553种，占全国种子植物的5%。其中油脂植物138科1174种，挥发性油植物83科449种。能源油料植物的集中分布区域为亚热带至热带区域，在山区往往与常绿阔叶林或落叶阔叶林相伴生，而且以野生为主，野生种占总数的75.4%，栽培植物种则很少。1.3 农作物秸秆的利用方法目前，农作物

16、秸秆在农村多数作为能源做饭、烧水和取暖。秸秆直接燃烧既浪费能源又不卫生，还造成环境污染。有的农民在大地里焚烧秸秆，不但浪费资源，污染环境，有时还会影响飞机的正常起飞和降落。面对能源日渐枯竭和秸秆的不科学利用，我们应该开发和利用可再生能源研究出科学利用秸秆的方法，解决能源不足。农作物秸秆的利用方法很多:一是发展秸秆肥料。秸秆作为肥料的一般利用方式是直接还田，由于中国人均占有耕地少，复种指数高，倒茬间隔时间短，加之秸秆碳氮比高，不易腐烂。所以秸秆还田常因翻压量过大，土壤水分不适，施氮肥不够，翻压质量不好等原因，出现妨碍耕作，影响出苗，烧苗，病虫害增加等现象，有的甚至造成减产。另外，秸秆直接还田虽能

17、够避免焚烧对大气造成的影响，但产生大量还原性气体，它们是破坏臭氧层、造成温室效应的祸害，同时使一些金属离子处于还原状态，容易造成对农作物的毒害。因此，秸秆还田并非多多益善，需要根据实际情况，尤其是土壤肥力状况，量田定还。二是发展秸秆饲料。秸秆作饲料实际上是依托畜牧业发展农村循环经济的重要一环，秸秆氨化处理是在密闭条件下用尿素或氨液对秸秆进行处理的方法，氨化处理通过碱化与氨化双重作用提高低质秸秆的营养价值。氨化后的秸秆质地松软、气味糊香， 改变了秸秆组织结构，提高了消化率，改善了适口性，增加了采食量，是牛、羊等反刍家畜良好粗饲料。但由于氨有毒，所以在饲喂前应充分挥发，以免产生毒害作用。三是发展秸

18、秆沼气。利用农作物秸秆直接制备沼气，或者利用秸秆饲喂畜禽，然后利用畜禽粪污制备沼气，可以缓解一些农村地区的能源紧张状况。四是发展秸秆食用菌。农作物秸秆是良好的食用菌基料，搭配必要的培养基就可以生产食用菌，产菌后的剩余物还可以直接用作肥料。五是发展秸秆发电。农作物秸秆发电既可以缓解农村用电紧张，也可以扩大农民就业渠道，农作物秸秆是一种很好的清洁可再生能源，还有利于保护生态和资源。六是发展秸秆建材。将粉碎后的秸秆按一定比例加入粘合剂、阻燃剂和其他配料，进行机械搅拌、挤压成型、恒温固化，再在其表面化学处理，可用于制作装饰板材和一次性成型家具。这些装饰板成本低、重量轻、美观大方。而且秸秆在生产过程中无

19、需进行碱介质软化和热磨处理，与传统工艺木质人造板相比，节能效果好，因此广受用户欢迎。目前，秸秆在建材领域内的应用已相当广泛，秸秆消耗量大、产品附加值高，又能节约木材，很有发展前景。以秸秆为原料制作的板材是一种与传统板材截然不同的新型承载结构用材，可应用于建筑工程、包装及家具装修等领域。利用该板材为主要结构做成的房屋系统，具有抗震、阻燃、防腐、防蚁、环保、隔声、灵活等多重特点和优势。这种新型材料为秸秆替代木材开拓了新路。还有就是通过科技手段，将秸秆制成颗粒状物质，用做燃料或辅助燃料，密度和热值大幅提高，可用于农村能源，为城乡提供生活和生产优质燃料，是节省煤、电能源消耗、改善生态环境的一项重要举措

20、，对实现国民经济可持续发展具有重大意义。1.4 生物质固化成型燃料1.4.1 生物质固化成型燃料的特点生物质固化成型燃料，是指以农作物秸秆、稻壳、树枝等为原料，经粉碎加压增密成型的固体燃料，其密度为0.81.4g/，一般热值在32004500卡之间，灰分为5%左右，含硫量在5%以下，是高挥发性的固体燃料，燃烧率达95%以上。燃尽的灰粉可做作优质的钾肥直接还田改良土壤。秸秆燃料的特点：一是环保节能。以农村的玉米秸秆、小麦秸秆、棉秆、稻草、稻壳、树技、花生壳、玉米芯等废弃物为原料。二是比重大，燃烧时间长。秸秆经粉碎加工压密成型，密度加大。成型产品的体积相当于原秸秆的1/30。大大延长了秸秆燃烧时间

21、，是同重量秸秆的1015倍。三是热值高。秸秆燃料是在高温挤压下，不完全碳化的过程中成型的，成型产品比原秸秆的热值提高5001000卡。四是体积缩小便于燃烧、贮存和运输。五是应用范围广，可以代替木柴、液化气等。广泛用于生活炉灶、取暖炉、热水锅炉、工业锅炉等，是国内新型的环保清洁可再生能源。1.4.2 生物秸秆固化燃料使用设备及发展前景秸秆燃料成型机是由变速系统、压辊、压块工作部件、进料器、机架等部件组成的成套设备。目前秸秆燃料成型机种类比较多，其中郑州秸宝机械设备开发有限公司生产的有JBM1000型、1500型、2000型系列产品。从秸秆资源产量看，我国农作物秸秆的年产量达7亿吨，且分布范围广。

22、秸秆经过热压成型达到一定的密度后再燃烧，可提高燃烧温度和热利用率，减少环境污染，可使秸秆成为高品位的能源产品。秸秆燃料是未来新能源的一个重要发展方向，由于生物质秸秆燃料具有无染污、可再生等显著特点，用其替代原煤，对于有效缓解能源紧张、治理有机废弃物污染、保护生态环境，促进人与自然和谐发展都具有重要意义。1.5 我国秸秆能源化利用瓶颈及原因 目前秸秆的能源化利用，无论是液化，气化还是固化成型，基本上都是工厂化的生产。因此，秸秆收获后都需要将秸秆搬运到工厂。然而，秸秆质地疏松， 不论何种运输工具都是得不偿失。目前，农作物秸秆综合利用比例相对较低，未有太大突破，原因就是秸秆的价格还不抵运输成本, 除

23、了厂周围的一些秸秆外, 大部分被烧掉。从农村现状来看，首先要解决的问题就是如何将秸秆转化为便于运输，储藏的原料。一个行之有效的方法是，将秸秆就地加工，固化成型为可以实现长途运输的秸秆颗粒，以解决能源化利用的瓶颈问题。 2. 曲柄压力机的设计计算2.1 曲柄压力机的工作原理及主要参数2.1.1 曲柄压力机的构成 1) 工作机构，一般为曲柄滑块机构，由曲柄、连杆、滑块等零件组成。2) 传动系统，包括齿轮传动、皮带传动等机构。3) 操作系统，如离合器、制动器。4) 能源系统，如电动机、飞轮。5) 支撑部件，如机身。 上述除了的基本部分以外，还有多种辅助系统与装置，如润滑系统、安全保护装置以及气垫等。

24、 2.1.2 曲柄压力机工作原理 曲柄压力机是以曲柄传动的锻压机械，其工作原理是电动机通过三角带把运动传给大皮带轮，再经小齿轮，大齿轮，传给曲轴。连杆上端连在曲轴上，下端与滑块连接，把曲轴的旋转运动变为连杆的上下往复运动。上模装在滑块上，下模装在垫板上。因此，当材料放在上下模之间时，即能进行冲裁或其他变形工艺，制成工件。压力机在整个工作周期内进行工艺操作的时间很短，也就是说，有负荷的工作时间很短，大部分时间为无负荷的空程时间。为了使电动机的负荷均匀，有效的利用能量，因而装有飞轮。本次曲柄压力机的设计中，大皮带轮的设计兼有飞轮的作用。 2.1.3 曲柄压力机的主要技术参数曲柄压力机的主要技术参数

25、是反映一台压力机的工艺能力，所能加工的零件尺寸范围，以及有关生产率等指标的重要资料。通过查阅相关资料，所成型的产品棒料直径为100mm，成型工作压力68MPa。本次设计的曲柄压力机主要技术参数如下: 1. 公称压力:，取2滑块行程: 100 mm 3滑块每分次数： 50r/min 4最大装模高度： 180 mm 5装模高度调节量： 50mm6滑块底面尺寸： 前后150mm，左右170mm7工作台尺寸： 前后240mm，左右360mm2.2 设计方案的确定2.2.1 传动级数和各速比的分配压力机的传动级数与电动机的的转速和滑块每分钟的行程次数有关。行程次数越低，总速比大，传动级数就应多些否则每级

26、的速比过大，结构不紧凑；行程次数高，总速比小，传动级数可少些，现有压力机传动系统的级数一般不超过四级。行程次数在70次/min以上的用单级传动，7030次/min的用两级传动，3010次/min的用三级传动，10次/min以下的用四级传动。各传动级数的速比分配要恰当。通常三角皮带传动的速比不超过68，齿轮传动不超过79。速比分配时，要保证飞轮有适当的转速，也要注意布置得尽可能紧凑、美观和长、宽、高尺寸比例适当。2.2.2 总体设计方案的确定根据以上设计原理及此次设计原始数据综合考虑，曲柄压力机传动系统选择2级传动，一级带传动，大带轮兼做飞轮用，一级齿轮传动，齿轮悬臂放置，大带轮兼做飞轮用。总体

27、传动方案如图1所示。图 1 曲柄压力机总体传动方案曲柄滑块机构根据运动机构的布置特征，一般分为正置、正偏置、负偏置曲柄滑块机构。这三种不同的结构类型，由于其具有不同的运动速度特征，而分别应用于不同的压力机中。本次毕业设计的压力机采用负偏置的具有急回特性的曲柄滑块机构。2.3 偏置曲柄滑块机构的尺寸参数确定及运动分析如下图所示，O点表示曲轴的旋转中心，A点表示连杆与曲柄的连接点，B点表示连杆与滑块的连接点，OA表示曲柄半径R，AB表示连杆长度L。当OA以角速度作旋转运动时，B点则以速度作直线运动。曲柄与连杆重合的两极限位置，原动件OA处于两极限位置之间的夹角为极位夹角。由相关资料知，行程速度变化

28、系数K值优解为1.0112，对应于=。在中，-，=-，=，=，取=，由余弦定理知： 图2 负偏置的曲柄滑块简图 图3 曲柄滑块机构处极限位置计算简图具有急回特性 下死点 上死点化简得代入数据 L=460.63 圆整为460 mm R=49.84 圆整为50 mm根据勾股定理：得 =36.58 圆整为37 mm2.4 压力机传动装置的总体设计2.4.1 确定传动装置的总传动比和分配传动比(1) 电动机功率的计算影响曲柄压力机主传动的电动机功率的因素较多，因而很难精确计算。此外，电动机功率只能按其系列选用，机器实际采用的电动机功率亦与计算值存在差异。因此，在工程计算中可以采用更为简便的近似计算方法

29、。式中系数，取其值为0.1根据上式，曲柄压力机的电动机功率为：因为两级或两级以上的传动系统采用同步转速为1500或1000r/min的电动机，单级传动系统一般采用1000r/min的电动机。由此，查阅机械零件设计手册，选择的电动机型号为Y90S4，额定功率1.1KW，满载转速1400r/min。(2) 分配传动装置的传动比总传动比 28曲柄压力机传动系统选择2级传动，一级带传动，大带轮兼做飞轮用，一级齿轮传动，通常三角皮带传动的速比不超过68，齿轮传动不超过79。式中分别为带传动和齿轮传动的传动比。查现有通用压力机传动参数，为使带传动外廓尺寸不致过大，取，则齿轮传动比为：=72.4.2 传动装

30、置的运动和动力参数的计算1 各轴转速 电动机轴 1400r/min传动轴 350r/min曲柄轴 50r/min2 各轴输入功率电动机轴输出功率 1.1 KW传动轴 KW=1.01KW曲柄轴 KWKW 传动轴、曲柄轴的输出功率则分别为输入功率乘轴承效率0.98。3 各轴输入转矩电动机轴输出 传动轴 曲柄轴 传动轴、曲柄轴输出转矩分别为各轴的输入转矩乘轴承效率0.98。表1 运动和动力参数计算结果轴名功率P（KW）扭矩T（Nm）转速n/min传动比效率输入输出输入输出电动机轴1.17.461400传动轴1.010.9927.4726.92350曲柄轴0.960.94182.78179.12502

31、.5 压力机主要零部件的设计计算2.5.1 V带轮的设计设计原始数据：电动机额定功率，转速，传动比，每天工作8小时。1 确定计算功率查得工作情况系数，故2 选择V带的带型根据，查阅资料后，选用Z型3 确定带轮的基准直径并验算带速1) 初选小带轮的基准直径。取小带轮的基准直径2) 验算带速 。因为5.50m/s20m/s，故而带速合适。3）计算大带轮的基准直径 取4. 确定V带的中心距a和基准长度对于V带传动，中心距a一般可取查得Z型V带的高度h=6mm，所以，初定中心距a=500mm。计算带所需要的基准长度其中 ，代入数据得 L=1641mm选带的基准长度 计算实际中心距a代入数据 a=482

32、.8mm780mm中心距的变动范围，即458.8mm530.8mm5. 验算小带轮包角6. 计算带的根数Z由和查表得，单根V带所能传递的功率V带的根数查表知 ；代入数据 Z=3.64，取Z=4根7 作用在轴上的载荷张紧力 查得q=0.06Kg/m，代入上式得 作用在轴上的载荷 代入数据 表 2 v带设计计算结果型槽Z型带长根数4根中心距a=482.8mm小带轮直径大带轮直径带轮结构形式小带轮采用实心式，大带轮轮辐式2.5.2 齿轮的设计计算1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）传动方案选用变位直齿圆柱齿轮传动。2）压力机一般为机床类，速度不高，故选用7级精度（GB1009588）。3）材料

33、选择。选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为260HB，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HB，二者材料硬度差为20HBS。4）选小齿轮齿数，则大齿轮齿数2 按齿面强度设计由设计计算公式进行计算确定公式类各计算数字1) 试选载荷系数 。2) 计算小齿轮传递的转矩。3) 小齿轮做悬臂布置，选取齿宽系数。4） 查得材料的弹性影响系数5） 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳极限；大齿轮的接触疲劳极限6） 计算应力循环次数7） 取接触寿命系数；。8) 计算接触疲劳需用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1 变位系数的选择取，。9) 查取节点区域系数， 查得端面重合度 代入数据 重合度系数 计算1）

34、试算小齿轮分度圆直径 经计算取 2）计算圆周速度3）计算齿宽 4）计算齿宽与齿高之比 模数 齿高5）计算载荷系数根据，7级精度查得，圆周力 查得查得A=1.11，B=0.16，C=0.47，代入上式由， 查得；故载荷系数6) 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径7) 计算模数3. 按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为 确定公式内各计算数值1） 查得小齿轮的弯曲疲劳极限，大齿轮的弯曲疲劳极限2） 查得弯曲最小安全系数3) 由应力循环次数，查得，弯曲寿命系数，。4） 查得尺寸系数。5） 许用弯曲应力6） 计算载荷系数7) 查取齿形系数和应力修正系数按齿数和变位系数，查得，。按齿数和变位系数，查

35、得，。 大齿轮的数值比较大。重合度系数 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，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数2.53，并圆整为标准值3，按接触强度算得的分度圆直径47.24，算出小齿轮齿数大齿轮齿数 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4 几何尺寸计算表 3 齿轮尺寸计算结果名称符号计算公式小齿轮大齿轮模数m6齿数z变位系数x啮合角分度圆直径d节圆直径中心距a齿顶高齿根

36、高齿顶圆直径齿根圆直径齿轮宽度B2.5.3 曲轴尺寸参数的确定及强度校核曲轴为压力机的重要零件，受力复杂，故制造条件要求较高，一般用45号钢锻制而成。锻比一般取2.53。有些中大型压力机的曲轴则用合金钢锻制，如40Cr，37SiMn2MoV、18CrMnNoV，锻比需要大于3，对于小型压力机的曲轴，国内有些制造厂用球磨铸铁QT602铸造。锻制的曲轴加工后应进行调质处理，有时还要在两端切割试件进行机械性能试验。对于大型曲轴，有时在支承颈和曲柄颈中心处钻深孔，以改善淬透性，提高机械性能，曲轴支承颈和曲柄颈（或曲拐颈）需加以精车或磨光，为了延长曲轴寿命，在各轴颈特别是圆角处，最好用滚子碾压强化。1.

37、 曲轴尺寸参数的确定图 4 曲轴示意图表 4 曲轴有关尺寸经验公式及计算结果 (单位：mm ； 公称压力100KN)曲柄各部分名称代号经验公式及数据支承劲直径取支承颈长度取曲柄颈直径取曲柄颈长度取曲柄两臂外侧间长度取曲柄臂的宽度取圆角半径取2 曲轴的强度校核对载荷的简化：1）齿轮对曲轴的作用力比连杆对它的作用力小得多，可忽略不计；2）连杆对曲轴的作用力近似看成等于公称压力，并分别作用在距离曲柄臂2r处。对支承的简化：两支承也是在距离曲柄臂2r处，简化成简支梁。危险截面：CC（曲柄颈中点处），BB（右侧曲柄臂右端面）。危险截面计算：CC截面：图 5 曲轴计算简图 曲轴材料为40Cr调质钢，其许用

38、应力，可见，曲轴强度满足。BB截面公称当量力臂 =20.9mm曲轴材料为40Cr调制刚，其许用剪应力，可知，曲轴满足剪切强度。曲轴危险截面的应力均在许用应力范围之内，满足强度要求。2.5.4 传动轴的设计计算1 在传动轴上 2 作用在齿轮上的力小齿轮的分度圆直径 圆周力 径向力 3 初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理，取C=112。4 轴的结构设计(1) 拟定轴上零件的装配方案，轴的结构与装配方案如下图所示。图 6 轴的结构与装配(2) 根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度1) 初取与大带轮配合轴段直径，带轮轮毂宽度取L=60mm，为了保证轴端挡圈只压在大皮带轮上而不压在

39、轴上，轴的长度应略小于L，取为58mm。2）初步选取滚动轴承。因传动轴上零件，大皮带轮、小直齿轮都没产生轴向力，可以选用承受小的轴向载荷的深沟球轴承。由此，初步选取深沟球轴承6406，其尺寸安装尺寸取为40mm，取为80mm。考虑采用套筒及轴承端盖，轴承段长度应大于B，取为35mm。3)取小齿轮轴段直径为24mm，小齿轮的轮毂长度为32mm。齿轮在轴端，应考虑其轴向定位，轴段长度略小于齿轮轮毂的长度，取为30mm。（3）轴上零件的周向定位大带轮，小齿轮与轴的周向定位均采用平键连接，由于带轮、齿轮均在轴端故采用单圆头平键，按d=24mm，查得键的尺寸，键用键槽铣刀加工，齿轮轮毂为32mm，键长略

40、短于轮毂长度，可取键长度25mm，同时为了保证齿轮与轴配合具有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为，同时带轮与轴的连接，选用单圆头平键，带轮与轴的配合为，滚动轴承与轴的周向定位是由过盈配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为k6。考虑到大小齿轮的啮合，并结合曲轴尺寸，轴的实际尺寸如下：图 7 轴的尺寸分布图5 求轴上载荷首先根据轴的结构图，做出轴的计算简图，在确定轴承的支点位置时，化成作用在轴段的中点，因此作为简支轴的支撑跨距为175mm，根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面，现将计算出的截面C的MH、MV及M的值列于下表。表 5

41、危险截面校核的相关尺寸载荷水平面垂直面支座反力弯矩总弯矩扭矩T=21470Nmm图 8 传动轴的载荷分布图6 按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受的最大弯矩和扭矩的截面。根据表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取,轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，。，故安全。至此，曲柄压力机的设计计算已完成。42.3. 成型模具设计简介3.1 模具主要尺寸设计3.1.1 产品的成型参数目前国内设备所成型的固化燃料的尺寸及成型参数见下表：表 6 产品成型参数生产率400-500kg/h能耗70KW/h成型棒直径100mm成型温度160-260成型工作压力6-

42、8MPa预工作压力3-4MPa加热功率2.5KW成型密度1000-1300kg/m成型周期15s秸秆粒度30mm3.1.2 模具材料选择模具选材是整个模具制作过程中非常重要的一个环节。模具选材需要满足三个原则，模具满足耐磨性、强韧性等工作需求，模具满足工艺要求，同时模具应满足经济适用性。1. 模具满足工作条件要求(1) 耐磨性坯料在模具型腔中塑性变性时，沿型腔表面既流动又滑动，使型腔表面与坯料间产生剧烈的摩擦，从而导致模具因磨损而失效。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。硬度是影响耐磨性的主要因素。一般情况下，模具零件的硬度越高，磨损量越小，耐磨性也越好。另外，耐磨性还与材料中碳化物的种类、数量、形态、大小及分布有关。(2) 强韧性模具的工作条件大多十分恶劣，有些常承受较大的冲击负荷，从而导致脆性断裂。为防止模具零件在工作时突然脆断，模具要具有较高的强度和韧性。模具的韧性主要取决于材料的含碳量、晶粒度及组织状态。(3) 疲劳断裂性能模具工作过程中，在循环应力的长期作用下，往往导致疲劳断裂。其形式有小能量多次冲击疲劳断裂、拉伸疲劳断裂、接触疲劳断裂及弯曲疲劳断裂。模具的疲劳断裂性能主要取决于其强度、韧性、硬度、以及材料中夹杂物的含量。(4) 高