机械原理课程设计—压片机设计..doc

机械课程设计 题目 干粉压片机设计 学院 机电学院 专业 机械设计制造及其自动化 班级 072122 成员 姓名张心心 学号20121003734 姓名郑章勋 学号20121003571 指导老师 曾小慧 中国地质大学 2 目录 一、设计题目及目的一、设计题目及目的.3 1.1、 工作原理及工艺动作过程和原始数据工作原理及工艺动作过程和原始数据.3 1.2、 设计要求设计要求.4 二、设计题目分析二、设计题目分析.4 2.1、总功能分解、总功能分解.4 2.2、运动方案的确定、运动方案的确定.5 2.3、方案简图、方案简图.6 2.4、方案评价及选择、方案评价及选择.7 2.5、机构简图、机构简图.8 2.6、运动循环图、运动循环图.9 2.7、尺度计算、尺度计算.9 2.7.1 减速阶段及料筛间歇运动部分.9 2.7.2 上冲头凸轮设计.10 2.7.3 下冲头凸轮设计 .12 2.8 压片机整体设计图压片机整体设计图.14 三、干粉压片机动作说明三、干粉压片机动作说明.15 四、参考书目四、参考书目.15 五、总结五、总结.15 5.1 设计的感受设计的感受.15 5.2 具体分工具体分工.15 附录一：上冲头凸轮设计程序附录一：上冲头凸轮设计程序.16 附录二：下冲头凸轮设计程序附录二：下冲头凸轮设计程序.17 中国地质大学 3 一、设计题目及目的一、设计题目及目的 干粉压片机 机械设计是一个逐步求精和细化的过程，随着设计过程的发展，产品结构和参数 将逐渐清晰和不断完善。设计方案是多解的，能够满足一定功能和要求的设计方案不 是唯一的，所以机械设计过程也是一个创新的过程。 机械设计根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方 式、各个零件的材料和形状尺寸以及润滑方式等进行构思、分析和计算，并将其转化 为制造依据。机械设计是机械产品生产的第一步，是决定机械产品性能的最主要环节， 整个过程蕴涵着创新和发明。 为了进一步掌握机械原理课程的理论知识，将课堂所学知识运用于实践，理解和 加深机械原理和设计方法，为今后专业课程的学习打一定基础，我们积极参加了这次 机械创新设计。 1.1、 工作原理及工艺动作过程和原始数据工作原理及工艺动作过程和原始数据 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 工艺动作分解 （ 1 ） 料斗在模具型腔上方直线运动，将干粉料送入直径为 26mm、深度为 30mm 的筒形型腔，然后向左退出 45 mm。 （ 2 ） 下冲头下沉 4mm ，以防上冲头进入型腔时把粉料扑出。 （ 3 ） 上冲头进入型腔 4mm 。 （ 4 ） 上、下冲头同时加压，各移动 12mm ，将产生压力，要求保压一定时间，保 中国地质大学 4 压时约占整个循环时间的 1/10 。 （ 5 ） 上冲头退回，下冲头随后以稍慢速度向上运动，顶出压好的片坯。 （ 6 ） 为避免干涉，待上冲头向上移动 90mm 后，料筛向右运动推走片坯，接着料 斗往复振动，继续下一个运动循环。 1.2、 设计要求设计要求 1.压片成形机一般至少包括凸轮机构、齿轮机构。 2.画出机器的运动方案简图与运动循环图。拟定运动循环图时，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，计算凸 轮廓线。 4.设计计算齿轮机构。 5.对连杆机构进行运动设计。并进行连杆机构的运动分析，绘出运动线图。如果 是采用连杆机构作为下冲压机构，还应进行连杆机构的动态静力分析，计算飞轮 转动惯量。 6.编写 3000 字左右的设计计算说明书。 二、设计题目分析二、设计题目分析 2.1、总功能分解、总功能分解 该干粉压片机通过一定的机械能把原料（干粉）压制成成品，其功能分解如图 21 图 21 总功能分解 设计干粉料压片机，其总功能可以分解成以下几个运动： (1) 送料机构：为间歇直线运动,这一动作可以通过在凸轮上升段完成，运动完成后送 入原料。 中国地质大学 5 (2）上冲头：间歇直线运动，下降冲压干粉料。 (3) 下冲头：间歇直线运动，向上冲压干粉料。 例如下表所示的树状功能图： 图 22 树状功能分解 2.2、运动方案的确定、运动方案的确定 方案确定示意图如下： 图 24 运动方案 从上表中各种组合方案中剔除明显不合理的，在进行综合评价：是否满足运动要 求；是否满足载要求；运动精度；制造工艺；安全性；是否满足动力源、生产条件等 限制。 根据题目要求，功能元减速 A 而言，带 传动结构简单，运转平稳，噪声小，能 缓和冲击， 有过载保护作用，安装维修要求不高成本底。齿轮传动工作可靠，效率高， 易制造和精确加工。 故可选用带传动或蜗杆传动。 减速 B ：齿轮或蜗杆传动能满足定速比传动要求，且精度较高。应用范围广，承 载能力大的优点，故选齿轮或蜗杆传动。 对于上冲头运动 C ，要实现往复直线移动且能实现间歇要求。因此选凸轮机构。 中国地质大学 6 送料机构 D 主要作用是将胚料送到加工位置，且能实现间歇要求，对承载能力要 求低，故采用凸轮或齿轮系及不完全齿轮机构。 下冲头运动 E 虽然需要较高的承载能力，但下冲头中可以加两个挡板来增加其承 载能力，且 要实现间歇要求，可靠性好，故采用凸轮机构完成下冲头的动作。 综上所述，可初步确定两个方案， 如表中粗线、细线所示的方案 方案 1 ： A1+B3+C1+D4+E2 方案 2 ： A1+B4+C1+D2+E2 2.3、方案简图、方案简图 方案一示意图 齿轮系 图 25 方案一简图 中国地质大学 7 蜗轮蜗杆 图 26 方案二简图 2.4、方案评价及选择、方案评价及选择 该方案 1 实现了上下冲头的完整的配合，使得机构的完整性，同步性都有很大的改善， 首先，带传动使得两个链接不同机构的轴实现了同步，使得各个机构的运动不会出现 干涉的现象，同时工作中如遇到过载，带将会在带轮上打滑可防止薄弱零部件损坏起 到安全保护作用。带轮材料一般是铸造价低廉、不需要润滑以及缓冲、吸震、易维护 等特点。方案中使用齿轮传动齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命 长，使用的功率、速度和尺寸范围大等优点。凸轮运动能够提供所需要的间歇运动， 而且传动特点是结构简单、紧凑、设计方便，可实现从动件任意预期运动，最适用于 要求从动件作间歇运动的场合。因此在机床、纺织机械、轻工机械、印刷机械、机电 一体化装配中大量应用。相比于方案一而言，方案二中的蜗杆传动 能得到很大的传 动比、结构紧凑、传动平稳、噪音较小及可以自锁等。但是它的传动效率较低，不宜 在大功率下长期连续工作；为了减磨耐磨，蜗轮齿圈需用贵重的青铜制造，成本较高。 送料机构中的移动凸轮与齿轮机构相互比较而言齿轮传动齿轮传动平稳，传动比精确， 工作可靠、效率高而移动凸轮的运动是产生很大的摩擦，效率较低，而且，移动凸轮 轮廓精度要求较高，需用数控机床进行加工，成本较高。综上所述，方案一的可靠性 较高，成本也比方案二低，所以建议选用方案一来完成机构。 中国地质大学 8 2.5、机构简图、机构简图 齿轮部分如图 27 图 27 齿轮部分 凸轮部分如图 28 图 28 凸轮简图 中国地质大学 9 2.6、运动循环图、运动循环图 从上述工艺过程可以看出，由主动件到执行件有三支机构系统顺序动作，画出运动传 递框图如下图 29 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 340 320 300 280 260240 220 200180 图 29 循环图 从整个机器的角度上看，它是一种时序式组合机构系统，所以要拟订运动循环图 。以该主动件的转角为横坐标（ 0360 ） ，以机构执行构件的位移为纵坐标画出位移 曲线。运动循环图上的位移曲线主要着眼于运动的起迄位置，而不是其精确的运动规 律 。料筛从推出片坯的位置经加料位置加料后退回最左边（起始位置）停歇。下冲 头即下沉 4mm （如下图中 ） 。下冲头下沉完毕，上冲头可下移到型腔入口处（如 图 中 ） ，待上冲头到达台面下 4mm 处时，下冲头开始上升，对粉料两面加压，这 时，上、下冲头各移动 12mm （如图中 ） ，然后两冲头停歇保压（如图中 ） ， 保压时 间约 0.2s ，即相当于主动件转 36 度左右。以后，上冲头先开始退出，下冲 头稍后并稍慢地身上移动到和台面平齐，顶出成形片坯（ 如图中 ） 。下冲头停 歇待卸片坯时，料筛已推进到形腔上方推卸片坯（ 如图中 ） 。然后，下冲头下 移 24cm 的同时，料 筛振动使筛中粉料筛入形腔（ 如图中 ） 而进入下一循环。 2.7、尺度计算、尺度计算 2.7.12.7.1减速阶段及料筛间歇运动部分减速阶段及料筛间歇运动部分 中国地质大学 10 减速阶段在图中未画出，料筛间歇运动部分如图 210。 图 2-10 齿轮部分 根据选定的驱动电机(在图中没画出)的转速 n=1440r/min 和生产率为 24 件/分钟， 它传动系统的总速比为：I=1440/24=60 以下压力角和模数均取标准值 =20 m=2 第一级皮带减速 I=6 z01=10 z02=60 第二级齿轮系减速 I=10 z11=17 z12=68 z12=18 z1=45 以上两级减速机构在图中未画出。 为保证整体机构同步运动，可使 z2=z3=z5=17,m2=m3=m4=2。齿轮 6 和齿轮 7 的当量齿 数 zv6=zv7=24,m6=m7=2。其上有 6 个齿。可计算出与之配合的齿条的行程 s=47mm.基本 满足要求。 各齿轮参数见表 21。 模数/m齿数/z转速 r/min分度圆直径d 皮带轮11440 皮带轮2240 z1121724034 z1226860136 z122186036 z12452490 z22172434 z32172434 z4285116 z52172434 齿轮或皮带轮 减速部 分（图 中未画 出） 料斗间 歇运动 部分齿 轮 表 2-1 各齿轮参数 2.7.22.7.2 上冲头凸轮设计上冲头凸轮设计 1)运动规律的确定 由于上冲头运动为低速轻载，故采用等速运动规律。 中国地质大学 11 2)求理论廓线方程 初步设计：凸轮的基圆半径为 100mm,滚子半径为 10mm，h=80mm。 对心摆动滚子推杆盘形凸轮机构的理论廓线的坐标可表示为 x=(r0+s)*sin;y=(r0+s)*cos; 推程阶段: s1=h*1/0v=h*w/010,/2;(0为升程角) 远休阶段: s2=hv=0 20,84/180; 回程阶段: s3=h(1-1/0)v=-h*w/0 30,5/6;(0为回程角) 近休阶段: s4=0v=0 40,36/180; 压力角:=arctan|(ds/d)/(r0+s)| 3) 求工作廓线方程 x=x-rcosy=y-rsin 其中: sin= (dx/d)/(dx/d)2+(dy/d)21/2 cos=-(dy/d)/(dx/d)2+(dy/d)21/2; 4) 凸轮轮廓绘制（matlab设计） 根据凸轮实际轮廓线方程，编制绘制凸轮轮廓曲线的程序见附录一，轮廓形状如 图211. 图211 上冲头凸轮轮廓线图图212 上冲头凸轮压力角图 5) 压力角验算 压力角分析思路：分别将盘形凸轮圆心角360等分为360份，每间隔1取一个点，求 出该点对应的压力角，一次连接各点，绘制压力角图。 压力角公式: =arctan|(ds/d)/(r0+s)|ds/d=v/w 中国地质大学 12 由附录一程序得压力角图像如图212. 由程序运算结果知，最大压力角为26.99。由于摆动推杆压力角需用值为35到45， max,满足设计要求。 位移和速度图线如图213、214所示。 图213 位移曲线图图214 速度曲线图 2.7.32.7.3 下冲头凸轮设计下冲头凸轮设计 1) 运动规律的确定 由于下冲头运动为低速轻载，故采用等速运动规律。 2) 求理论廓线方程 初步设计：根据题目要求，下冲头凸轮共有 8 个阶段。凸轮的基圆半径为 80mm,滚子 半径为 10mm，两个推程阶段的升程分别为 h1=12mm，h2=16mm，两个回程阶段的回 程分别为 h3=24mm，h4=4mm。 对心摆动滚子推杆盘形凸轮机构的理论廓线的坐标可表示为 x=(r0+s)*sin;y=(r0+s)*cos; 阶段1:推程:s1=h1*1/01 v=h1*w/010,/4;(01为升程角1) 阶段2:停止：s2=h1 v=020,/5; 阶段3:推程：s3=h1+h2*(1/02) v=h2*w/0130,/4;(02为升程角2) 阶段4:停止：s4=h1+h2 v=040,/4; 阶段5:回程:s1=h1+h2-h3*1/03 v=-h3*w/050,3/10;(03为回程角1) 阶段6:停止：s2=h4 v=060,/4; 阶段7:回程：s3=h4(1-1/04) v=-h4*w/070,/4;(04为回程角2) 阶段8:停止：s4=0 v=080,/4; 压力角:=arctan|(ds/d)/(r0+s)| 3) 求工作廓线方程 x=x-rcosy=y-rsin 中国地质大学 13 其中: sin= (dx/d)/(dx/d)2+(dy/d)21/2 cos=-(dy/d)/(dx/d)2+(dy/d)21/2; 4) 凸轮轮廓绘制（matlab设计） 根据凸轮实际轮廓线方程，编制绘制凸轮轮廓曲线的程序见附录二，轮廓形状如 图215. 5) 压力角验 压力角分析思路：分别将盘形凸轮圆心角360等分为360份，每间隔1取一个点，求 出该点对应的压力角，一次连接各点，绘制压力角图。 压力角公式: =arctan|(ds/d)/(r0+s)|ds/d=v/w 由附录二程序得压力角图像如图216. 由程序运算结果知，最大压力角为12.49。由于摆动推杆压力角需用值为35到45， max,满足设计要求。 位移和速度图线如图217、218所示。 图2-15 下冲头凸轮轮廓图图2-16 下冲头凸轮压力角图 中国地质大学 14 图2-17 位移曲线图 图2-18 速度曲线图 2.8 压片机整体设计图压片机整体设计图 图 2-19 整体机构图 中国地质大学 15 三、干粉压片机动作说明三、干粉压片机动作说明 各级传动都为齿轮或，传动精度高，运动可靠；上冲头由曲柄滑块机构带动运动 精度高，移动料斗至下冲头的型腔上方等待装料，并将上一循环已成型的工件推出 （卸料） ，并将干粉料斗送入型腔，下冲头下沉一定深度，以防止上冲头向下压制时将 粉料扑出然后上冲头继续向下，下冲头向上加压，并在一定时间内保持一定的压力； 而后上冲头快速退出下冲头随着将成型的工件推出型腔 ，这便完成了一个循环周期。 由于要求每分钟制成成品 24 件。所以要求 C 、 D 、 E 转速同步，且转速均为 24r/min 。 四、参考书目四、参考书目 （ 1 ）孙桓、 陈作模主编 机械原理高等教育出版社， 2000 （ 2 ）朱保利、吴晖等编 机械原理课程设计指导书 南昌航空工业学院出版 五、总结五、总结 5.1 设计的感受设计的感受 在做机械课程设计的时候，我们通过考虑设计方案，做三维建模，设计分析，写课程设计，在 这个过程中，我们学到了很多，也将机械原理的课程应用到了自己的设计上来，这让我们将理论转 化为了实践，让我们获益非浅，也希望在进一步的学习中能够学到更多的知识为以后的学习打下基 础。 5.2 具体分工具体分工 郑章勋：齿轮的设计以及其三维建模，齿轮简图的绘制，方案的评价。 张心心：凸轮的设计，方案简图的绘制，凸轮程序的编写。 中国地质大学 16 附录一：上冲头凸轮设计程序附录一：上冲头凸轮设计程序 %上冲头凸轮设计 h=100; w=2*pi/5; nn=90,84,150,36; theta1=nn(1)*pi/180; theta2=nn(2)*pi/180; theta3=nn(3)*pi/180; theta4=nn(4)*pi/180; j0=linspace(0,2*pi,360); j1=linspace(0,theta1,nn(1); s1=h*j1/theta1; j2=linspace(0,theta2,nn(2); s2=h*ones(1,nn(2); j3=linspace(0,theta3,nn(3); s3=h-h*(j3)/(theta3); j4=linspace(0,theta4,nn(4); s4=0*ones(1,nn(4); s=s1,s2,s3,s4; %位移曲线图 figure(1); plot(j0,s,r); title(位移曲线图); v1=h*w/theta1*ones(1,nn(1); v2=0*ones(1,nn(2); v3=-h*w/(theta3)*ones(1,nn(3); v4=0*ones(1,nn(4); v=v1,v2,v3,v4; %速度曲线图 figure(2); plot(j0,v,r-); title(速度曲线图); r0=100; x=(r0+s).*sin(j0); y=(r0+s).*cos(j0); %轮廓图 figure(3); 中国地质大学 17 plot(x,y); title(凸轮轮廓) %压力角计算 a=atan(v./(w*(r0+s)*1