四组压片机课程设计

机械原理课程设计报告 设计项目：压片机 学院：机械工程学院 专业：材料成型及控制工程 班级：材料 113 组员：王栋梁、莫佳伟、毛辉、张文灿、俆常豪 指导老师： 前言： 压片机与压片技术是医药制剂、化工、科研中普遍的也是 最重要的。它是将颗粒或者粉末状物料置于模孔内进行冲压的 机器。随着市场需求的发展，压片机的适用范围越来越广，不 再单纯的局限于中、西药片剂，更广泛的用于压制日常生活用 品、保健食品、化工片剂。因此此类压片机市场前景宽广。 尽管压片机在 19世纪就已经出现，时至今日，压片机及 压片机构的创新从来没有停止过，而压片机加压机构方案的创 新设计又是压片机创新的核心。 通过综合运用机械原理及相关课程所学内容，进行对压片机 机构方案创新设计，是学生第一次用已学过的知识较全面地对 一项工程实际的应用问题，从任务分析、调查研究、方案比较、 方案确定、绘制出机构运动简图、进行机械运动和动力学分析 与设计的基本训练，可以巩固加深对机械原理课程内容的理解， 初步掌握机械系统方案设计的方法并对机械设计的全过程有个 初步了解，培养学生分析问题和解决问题的能力，并对学生的 创新意识和创新方法进行了初步的调练，培养学生自学、查阅 资料和独立工作的能力，同时培养学生学运用团队精神集体解 决技术难点的能力，培养学生运用计算机技术解决实际工程问 题的能力。 目录 一、压片机设计任务书 1 二、选取设计方案 4 三、各构件的计算方法 7 1、上冲头尺寸及计算方法7 2、下冲头尺寸及计算方法9 3、料筛尺寸及计算方 法11 四、机构运动模拟仿真12 1、上冲头运动模拟仿 真12 2、上冲头运动参 数14 五、心得体会18 六、参考资料19 1 一、压片机设计任务书 1、 工作原理及工艺流程 干粉压片机的功用是将不加粘结剂的干粉料（如陶瓷干粉、药 粉）定量送入压形置压制成 h 圆型片坯， 经压制成形 后脱离该位置。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。 其工艺动作的分解如图 11 图 11 干粉压片机的工艺过程 （1）干粉均匀筛入圆筒形型腔内。 （2）下冲头下沉 3mm，预防上冲头进入型腔时把粉料扑出。 （3）上、下冲头同时加压，并保压一段时间。 （4）上冲头退出，下冲头随后顶出压好的片坯. （5）料筛推出片坯。 2、工艺参数 （1）要求将陶瓷干粉压制成直径为 34mm、厚度为 5mm的圆形 片坯。 （2）冲头压力为 15顿（150000N） 。 （3）生产率为 25片/分钟。 （4）机器不均匀系数为 10%。 3、功能分析 根据上面要求，为完成主动能可将其分解分解为四个分功能部 分，即上冲头的压下、上冲头的压上、料筛的推片和成形模具。 4、压片机的运动循环图 （1）上冲头完成往复直移运动（铅垂上下） ，下移至终点后有 短时间的停歇，起保压作用。因冲头上升后要留有料筛进入的 3 空间，故冲头行程为 90-100mm。因冲头压力较大，因而加压机 构应有增力能力。 （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。 （3）料筛在模具型腔上方往复振动筛料，然后向左退回。待坯 料成型并被推出型腔后，料筛在台面上右移约 4550mm，推卸 片坯。 （4）各执行机构的运动协调。拟定运动循环图的目的是确定各 机构执行构件运动的先后顺序、相位，以利于设计、装配和调 试。 5、构思方案提示 由上所述，压片机系统由一个电机驱动三个机构各自执行分 功能运动，4 运动方案构思提示在一个运动循环中，各机构的 执行构件交替运动，不发生干涉，是要认真思考的。 上冲头的加压机构需完成减速、运动交替和转换、停歇和增 力的功能。 下冲头的运动机构的位移量比上冲头小，但运动规律复杂， 宜采用两个盘状凸轮推动同一个从动件的方式。 粉筛驱动机构的运动含有振动动作，可采用凸轮轮廓连续凹 凸廓线来实现，为了完成粉筛运动的转换和放大，可采用凸轮 机构串联连杆机构的运动方案。 2、选取设计方案 1、上冲的 3 种方案 序号 方案简图 优缺点 方案 1 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 中污损比较严重。 方案 2 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。 5 方案 3 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。 经过 3个方案优缺点分析，方案 3较好，所以选取方案 3。 2、三个方案的简单示意图 （a) （b) （c) 3、方案的选取 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。 经过粗略对三个方案的性能，分析其利用效率， （a）方 案的机构性能较好，并且此方案中，料筛采用凸轮机构， 可使其达到往复振动的运动效果；下冲头也采用凸轮机构， 7 可达到保压效果，且此方案的稳定性较好，经济价格适中， 故选用此方案。 3、各构件的计算方法 1、上冲头尺寸及计算方法 先设计摇杆滑块机构，为了保压，要求摇杆在铅垂位置 的2范围内滑块的位移量0.4mm，要求滑块有 90100mm 的行程并且曲柄的转角在 60左右。 由上条件可列 r ( 一般为 12）2sin2cos14.02 h = L- rcos+ = 9010022)sin(rL 所以此时取摆角为 56，在竖直方向上，偏向左方为 9 54，偏向右方 2,设计杆 1为 150mm。 经计算此时 可设计杆 2为 240mm , 为 1.6。 因为加压过程利用了四杆机构的急回特性，所以此时去 行程速度变化系数 K 为 1.14 。此时急回夹角 为 11.8。根据三个极限位置，设定与之对应的曲柄的三个位 置，其中两个对应于摇杆的两个极限位置，曲柄应在连杆 共线位置，曲柄的另一个位置可以根据保压时间来设定， 并且在右极限位置，杆 1和杆 3，4 组成的直线夹角应在 90左右，经运动分析取 100.28。此时利用余弦定理可计 算出杆 3为 500mm，杆 4为 51mm，机架 5为 596mm。 上数据列表 16 杆的长度（单位 mm） 杆 1 杆 2 杆 3 杆 4 杆 5 杆 6 150 240 500 51 596 200 根据上数据画出详细结构图如下： 此时加压角度为 32.83。 2、下冲头的尺寸及计算方法 先确定下冲头凸轮基圆尺寸为 100mm，再根据详细的压片 机执行构件循环图设计下冲头的凸轮 1尺寸。 11 表 1.1 凸轮 1的尺寸 表 1.2凸轮 1角度安排及行程安排 根据上述数据画出凸轮 1详细结构 基圆 行程 近休止角 远休止角 凸轮 1 100mm 24mm 20 30 序号 凸轮 1的转动角度 推杆的运动规律 1 8090 等加速下降 3mm 2 90110 近休 3 110140 等加速上升 8mm 4 140230 静止不动（保压） 5 230260 等加速上升 16mm（推出成品） 6 260290 远休（待筛料推成品） 7 290320 等加速下降 h=21mm 8 32080 等待筛料 3、料筛的尺寸及计算方法 假定凸轮 2的基圆中心和料孔中心线为 590mm。设计杆 7 为 120mm、杆 8为 150mm（杆 7与杆 8焊接，夹角为 90） ， 杆 9为 250mm，杆 10为 30mm。根据料筛运动行程为 45mm50mm，取行程为 50mm，料筛总长为 70mm。 710 的长度（mm） 杆 7 杆 8 杆 9 杆 10 120 150 250 30 由两点曲率半径相对较小的地方作出滚子半径约为 8mm， 此时凸轮 2的基圆半径应为 92mm。根据详细的压片机执行 构件循环图设计料筛的凸轮 2尺寸。 表 1.3凸轮 2的尺寸 基圆 行程 近休止角 远休止角 凸轮 2 92mm 45mm 180 10 13 表 1.4凸轮 2的角度安排及行程安排 四、机构运动模拟仿真 1、上冲头运动模拟仿真 PROE的运动仿真过程如图 1所示。 图 1 运动仿真流程 运动分析模块的实现步骤： a.根据机构的实际尺寸，建立各零件的三维实体模型； b.装配各零件和机架，定义模型的相关参数，包括设置每 个零件连杆特性； c.建立一个运动分析场景，进行运动参数设置，提交运动 仿真模型数据，同时进行运动仿真动画的输出和运动过程 序号 凸轮 2的转动角度 致使振动筛的运动规律 1 80260 近休 2 260290 推走成品 3 29050 下料并振动筛料 4 5080 快速退回 建模 装配 运动分析模块 求解 动画输出图表和结果分析结果、作出结论 的控制； d.将运动分析结果的数据以及其变化曲线输出； e.分析输出数据，优化设计参数，确定优化的设计方案。 f.输出各类数据报表，包括位置，速度，加速度。 具体如下： 建立模型。上冲头六杆机构实体模型，如下图 2 图 2 上冲头六杆实体模型 模拟仿真，通过在原动件处加载虚拟电机，完成相关设置 后，即可进行模拟仿真。利用 PROE运动分析功能对仿真结 果进行分析。 15 2、上冲头运动参数 图 3 杆 2、3、4 运动位置曲线 图 4杆 1、2、3、4 运动速度曲线 图 5 杆 1、2、3、4 运动加速度曲线 17 AnalysisDefinition8:measure4 (in) -73.48015695 -63.48015695 -53.48015695 -43.48015695 -33.48015695 -23.48015695 -13.48015695 -3.480156946 6.519843054 16.51984305 26.51984305 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 时 间 (秒 ) 测量 图 6上冲头运动位置曲线 AnalysisDefinition8:measure8 (in / sec) -149.7616853 -99.76168529 -49.76168529 0.238314713 50.23831471 100.2383147 150.2383147 200.2383147 250.2383147 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 时 间 (秒 ) 测量 图 7 上冲头运动速度曲线 时间 位置 速度 加速度 0 -71.3364 27.57355 235.9988 0.1 -67.2519 55.77614 324.3403 0.2 -59.9383 91.34923 380.0921 0.3 -48.8665 130.1078 385.0083 0.4 -34.005 165.9547 317.0914 0.5 -16.0737 189.5078 124.8639 0.6 2.844096 180.9874 -376.347 0.7 17.11699 91.6237 -1438.07 0.8 17.54724 -56.7235 -1184.37 0.9 8.17518 -131.916 -359.668 1 -5.95667 -149.762 -37.3515 1.1 -20.8464 -146.131 95.59923 1.2 -34.8392 -132.439 172.789 1.3 -47.1243 -112.37 225.0407 1.4 -57.1762 -88.1376 255.5822 1.5 -64.6945 -62.1517 259.0028 1.6 -69.6508 -37.4338 229.6962 1.7 -72.338 -17.2708 169.0953 1.8 -73.3513 -4.22166 90.76329 1.9 -73.4525 1.098081 19.06416 2 -73.3347 0.687358 -20.0728 2.1 -73.3744 -1.28785 -10.9258 19 2.2 -73.4802 0.106174 45.85198 2.3 -73.0975 8.98602 135.4962 2.4 -71.3496 27.56776 235.9765 2.5 -67.2519 55.77614 324.3403 五、心得体会： 这是我们步入大学之后的第一次做课程设计，在这次 课程设计中，我们充分利用了所学的机械原理知识，根据 设计要求和设计分析，选用组合成机械系统运动方案，从 而设计出结构简单，制造方便，性能优良，工作可靠的机 械系统。这次课程设计，不仅让我们把自己所学的知识运 用到实际生活中去，设计一些对社会有用的机构，也让我 们深刻体会到团体合作的重要性，因为在以后的学习和工 作中，但靠我们自己个人的力量是远远不够的，积聚大家 的智慧，才能创造出令人满意的产品