1、机械原理课程设计课程设计说明书压片成型机2019 年 6 月 24 日姓 名： 学 号： 指导教师： 第 1 页 共 24 页目 录目 录 .1一、 设计题目： .31. 压片成型机介绍 32. 设计说明 33. 压片成形机的工艺动作 .44. 上冲头、下冲头与送料筛的动作关系 .55. 压片成型机的设计原始数据 .56. 设计要求 67. 设计提示 7二、 机构设计方案 .91 上冲头设计 .92 送料筛设计 .103 下冲头设计 .114 机构选择 .125 运动协调设计 .13第 2 页 共 24 页三、 运动循环图设计 .14四、 设计步骤 .151. 上冲头摇杆滑块机构尺寸设计： .
2、152. 下冲头凸轮设计 163. 传动比设计 18五、 课程设计小结 .19六、 参考书目 .20七、 附录 .20第 3 页 共 24 页1、设计题目：1. 压片成型机介绍设计自动压片成形机，将具有一定湿度的粉状原料（如陶瓷干粉、药粉）定量送入压形位置，经圧制成形后脱离位置。机器的整个工作过程（送料、压形、脱离）均自动完成。该机器可以压制陶瓷圆形片坯、药剂（片）等。2. 设计说明1) 压片成形机一般至少包括连杆机构和凸轮机构和齿轮机构在内的三种机构。2) 画出机器的运动方案简图与运动循环图。拟订运动循环图时，执行构件的动作起止位置可根据具体情况重叠安排，但必须满足工艺上各个动作的配合，在时
3、间和空间上不能出现干涉。3) 设计凸轮机构，自行确定运动规律，选择基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径，计算凸轮轮廓线。4) 设计计算齿轮机构，确定传动比，选择适当的摸数。5) 对连杆机构进行运动设计。并进行连杆机构的运动分析，第 4 页 共 24 页绘出运动线图。如果是采用连杆机构作为下冲压机构，还应该进行连杆机构的动态静力分析，计算飞轮转动惯量。6) 编写设计计算说明书。7) 学生可进一步完成机器的计算机演示验证和凸轮的数控加工等。3. 压片成形机的工艺动作1 干粉料均匀筛入圆筒形型腔。2 下冲头下沉 3mm，预防上冲头进入型腔是粉料扑出。3 上、下冲头同时加压，并保持一段时间。4 上冲
4、头退出，下冲头随后顶出压好的片坯。5 料筛推出片坯。第 5 页 共 24 页4. 上冲头、下冲头与送料筛的动作关系上冲头 进 退送料筛 退 近休 进 远休下冲头 退 近休 进 远休5. 压片成型机的设计原始数据电动机转速/（r/min ） 970生产率 /（片/min） 15成品尺寸（xb）/（mm x mm） 60x5冲头压力/N 100 000第 6 页 共 24 页机器运转不均匀系数 0.08M 冲/Kg 10M 杆/Kg 4第 7 页 共 24 页6. 设计要求1) 上冲头完成往复直移运动（铅锤上下） ，下移至终点后有短时间的停歇，起保压作用，保压时间为 0.4s 左右。因冲头上升后要
5、留有料筛进入的空间，故冲头行程为 90100mm。因冲头压力较大，因而加压机构应有增力功能（如下图 a 所示）2) 下冲头先下沉 3mm，然后上升 8mm，加压后停歇保压，继而上升 16mm，将成形片坯顶到与台面平齐后停歇，待料筛将片坯推离冲头后，再下移 21mm，到待料位置（如下图 b 所示） 。3) 料筛在模具型腔上方往复振动筛料，然后向左退回。待批料成型并被推出型腔后，料筛在台面上右移 4550mm，推卸片坯（如下图 c 所示）第 8 页 共 24 页第 9 页 共 24 页7. 设计提示各执行机构应包括：实现上冲头运动的主加压机构、实现下冲头运动的辅助加压机构、实现料筛运动的上下料机构
6、。各执行机构必须能满足工艺上的运动要求，可以有多种不同型式的机构供选用。如连杆机构、凸轮机构等。由于压片成形机的工作压力较大，行程较短，一般采用肘杆式增力冲压机构作为主体机构，它是由曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串接而成。先设计摇杆滑块机构，为了保证，要求摇杆在铅垂位置的2 范围内滑块的位移量0.4mm。据此可得摇杆长度：r 2sin2co-10.42s式中: 摇杆滑块机构中连杆与摇杆长度之比，一般取12 。 根据上冲头的行程长度，即可得摇杆的另一极限位置，摇杆的摆角以小于 60 为宜。设计曲柄摇杆机构时，为了“增力” ，曲柄的回转中心可在过摇杆活动铰链、垂直于摇杆铅垂位置的直线上适当第 10 页
7、 共 24 页选取，以改善机构在冲头下极限位置附近的传力性能。根据摇杆的三个极限位置（2 位置和另一极限位置） ，设定与之对应的曲柄三个位置，其中对应于摇杆的两个位置，曲柄应在与连杆共线的位置，曲柄另一个位置可根据保压时间来设定，则可根据两连架杆的三组对应位置来设计此机构。设计完成后，应检查曲柄存在条件，若不满足要求，则重新选择曲柄回转中心。也可以在选择曲柄回转中心以后，根据摇杆两极限位置时曲柄和连杆共线的条件，确定连杆和曲柄长度，在检查摇杆在铅垂位置2 时，曲柄对应转角是否满足保压时间要求。曲柄回转中心距摇杆铅垂位置愈远，机构行程速比系数愈小，冲头在下极限位置附近的位移变化愈小，但机构尺寸愈
8、大。辅助加压机构可采用凸轮机构，推杆运动线图可根据运动循环图确定，要正确确定凸轮基圆半径。为了便于传动，可将筛料机构置于主体机构曲柄同侧。整个机构系统采用一个电动机集中驱动。要注意主体机构曲柄和凸轮机构起始位置间的相位关系，否则机器将不能正常工作。 可通过对主体机构进行的运动分析以及冲头相对于曲柄转角的运动线图，检查保压时间是否近似满足要求。进行机构动态静力分析时，要考虑各杆（曲柄除外）的惯性力和惯性力偶，以及冲头的惯性力。冲头质量 m 冲、各杆质量 m 杆（各杆质心位于杆长中点）以及机器运转不均匀系数 均见表 8.5，则各杆对质心轴的转动惯第 11 页 共 24 页量可求。认为上下冲头同时加
9、压和保压时生产阻力为常数。飞轮的安装位置由设计者自行确定，计算飞轮转动惯量时可不考虑其他构件的转动惯量。确定电动机所需功率时还应考虑下冲头运动和料筛运动所需功率。2、机构设计方案1上冲头设计方案一：说明：凸轮旋转带动滚子运动，使杆 1 与杆 2 运动，使上冲头上下往复运动，完全能达到保压要求。但上冲头行程要求有90100mm，凸轮机构尺寸将会变得很大很笨重。方案二：说明：杆 1 带动杆 2 运动，杆 2 使滑块往复运动，同时带动杆 3 运动，从第 12 页 共 24 页而达到所要求的上冲头的运动。此方案可以满足保压要求，但是上冲头机构制作工艺复杂，磨损较大，且需要加润滑油，工作过程中污损比较严
10、重。第 13 页 共 24 页方案三：说明：此方案使用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串接而成，结构简单、轻盈，能满足保压要求，并能够轻松达到上冲头的行程要求。综合以上三个方案的优缺点，认为是使用方案一进行设计是比较好的择。2送料筛设计方案一：说明：送料机构选用圆柱凸轮机构，触头带动料筛左右来回移动送料筛。料筛前设计有斜铲方便推送成行片胚，当上下冲头完成压片，上冲头退回最高点及下冲头顶出片胚时料筛带着料想右移动。到达圆筒形腔口铲除片胚，同时左右小范围的筛动之后向做退回装料。第 14 页 共 24 页方案二：说明：运用凸轮机构带动料筛作往复运动。由于料筛行程很大故凸轮基圆半径很大，在筛动过程中，圆柱形
11、凸轮受到冲击很大，所以不宜采用。方案三：说明；运用如图所示凸轮机构实现料筛的往复运动。其缺点是凸轮结构轮廓线变化较大可能不能满足压力角要求。3下冲头设计运用凸轮机构实现下冲头的往复移动。第 15 页 共 24 页4机构选择驱动方式采用电动机驱动。由已知的压片成形机的功能分解，分别选择相应的机构，以实现所需的各项功能。见表 2。功能 执行构件 工艺动作 执行机构冲压成形 上冲头直线上下往复运动曲柄滑块机构 蜗轮蜗杆机构冲压成形 下冲头直线上下往复运动盘形凸轮机构 蜗轮蜗杆机构横向送料 推头直线左右往复运动盘形凸轮机构 蜗轮蜗杆机构表 2 压片成形机的机构选型第 16 页 共 24 页5运动协调设
12、计压片成形机是由曲柄滑块机构，凸轮机构组成。负责上冲头工作的曲柄周转一圈完成一次工作循环，同样下冲头盘形凸轮以同样的转速转一圈作为一个工作周期，制作出成品。其他的送料、齿轮机构作为辅助机构。最终压片成形机设计如下图说明：此方案使用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串接而成，结构简单、轻盈，能满足保压要求，并能够轻松达到上冲头的行程要求。由于此方案中，料筛采用凸轮机构，可使其达到往复振动的运第 17 页 共 24 页动效果；下冲头也采用凸轮机构，可达到保压效果，且此方案的稳定性较好，故选用此方案。3、运动循环图设计从机构运动上来看，整个机构分为送料、压片、推出片坯、送成品，四个环节，正确处理这四个环节是
13、设计循环图的关键，其中送料机构可以通过凸轮完成，压片由上下冲头共同作用完成，推出片坯由下冲头上升完成，送成品通过凸轮推动筛子来将成型的片坯挤到滑道。为了保证上冲头、凸轮、送料机构这三个运动机构之间不冲突，在分析三者关系之后发现上下冲头的运动是整个机构的关键部分，所以在设计运动循环图时，率先设计的是上下冲头部分。由于下冲头与上冲头之间关系最密切，又要保证互相之间不冲突。 （附录一）1) 以上冲头加压机构主动件转角为横坐标，以各机构执行构件的位移为纵坐标画出位移曲线。循环运动图上的位移曲线主要着眼于运动的起迄位置，而不必准确表示出运动规律。2) 拟定运动循环图时，可执行构件的动作起迄位置可根据具体
14、情况重叠安排，但必须满足工艺上各个动作的配合，在时间和空间上不能出现“干涉” 。 3) 从运动的特性来看，上，下冲头的运动轨迹在同一条竖直第 18 页 共 24 页移动导路上，并且与送料机构的运动轨迹垂直相交，所以应避免这三个机构各自的运动出现互相干涉的情况，如上，下冲头的运动速度的冲突，送料机构水平移动与上，下冲头竖直移动的运动冲突等，以确保各个机构的运动不发生冲突，从而保证各自设计功能的实现和机器正常的运作。4、设计步骤1. 上冲头摇杆滑块机构尺寸设计：1) 设定摇杆的长度选取 =1.2代入公式： r得 r=358.2mm此处设计 r 选取 200mm所以 mL240.1 2sin2co-
15、10.42si-.22第 19 页 共 24 页2) 确定摇杆摆角可知行程的计算公式为： )sin(cosh22 rrLrL设 h=100mm，则可得出摆角为 与图解法所得出摆角大小相等9.43又因为题设要求摆角小于 60所以满足要求。3) 通过图解法求出曲柄摇杆机构中曲柄与连杆的长度如附录三所示，AB 为曲柄，BC 为连杆，DC 为摇杆DC2为摇杆铅锤时的位置，DC 1与 DC2的夹角为 2DC2是摇杆 DC 的左极限位置，DC 0是摇杆的右极限位置AC2=AB2+B2C2=328mmAC0=B0C0-AB0=188mm通过计算可得：AB=70mmBC=258mm经测量， 为稳压角361AB
16、第 20 页 共 24 页4) 检验曲柄存在条件曲柄连杆 BC=258mm 曲柄 AB=70mm摇杆 CD=200 滑块连杆 CE=240mm 机架 AD=368mm满足杆长之和定理，即 AD+ABCD+BC2. 下冲头凸轮设计由于手工作图有较大误差，选用偏置式凸轮机构并不利于手工绘图，因此本人选用对心式凸轮机构。 （附录四）1) 基圆半径 r0 的确定：根据凸轮机构的压力角公式ore=0，取最大需用压力角为 30再根据运动循环图上最大斜率 =22.91ds第 21 页 共 24 页可得 r0 大于等于 16mm 既可。为了方便作图，取 r0=70mm综上所述可得重要参数 r0=70mm e=
17、0mm根据反转法，对照运动循环图，画出凸轮机构的机构运动见图。2) 滚子直径的确定当凸轮的理论廓线为内凹时，由于凸轮的工作廓线的曲率半径等于理论廓线的曲率半径 与滚子半径 r 之和，这样，不论滚子a半径大小如何，凸轮的工作廓线总是可以平滑地作出来。当凸轮的理论轮廓曲线为外凸时，其工作廓线的曲率半径 等于理a论廓线的曲率半径 与滚子半径 r 之差。此时若 r ，工作廓线的曲率半径为零，则工作廓线将出现尖点，这种现象称为变尖现象；若 r，则工作廓线的曲率半径为负值，这时，工作廓线出现交叉，致使推杆不能按预期的运动规律运动，这种现象称为失真现象。因此，对于外凸的凸轮轮廓曲线，应使滚子半径小于理论廓线
18、的最小曲率半径 min 。由于测量误差的存在，为保险起见，手绘作图滚子直径应小于0.8min 。根据凸轮机构的机构运动简图，本设计中滚子直径设置为10mm。第 22 页 共 24 页3. 传动比设计课程设计中电动机转速为 970r/min,生产效率为 15 片/min ，计算得凸轮转速为 15r/min 系统的总传动比为 651970=i总蜗杆全部为单头Z1=30 Z2=97 Z3=45Z4=97 Z5=97 Z6=30 Z7=30上冲头： min/1r0970料筛： i/3下冲头： in/15r0974动力传动简图见附录二。5、课程设计小结第 23 页 共 24 页6、参考书目陆宁、樊江玲 机械原理（第二版） 清华大学出版社，2008裘建新 机械原理课程设计 高等教育出版社，20107、附录附录一：运动循环图（A4 纸）附录二：传动机构简图（A4 纸）附录三：上冲头机构运动简图（A3 纸)附录四：下冲头凸轮机构轮廓图（A3 纸）
