干粉压片机的设计【2013年最新整理毕业论文】

1 扬州职业大学机械工程学院 毕业设计说明书 题 目： 干粉压片机的设计 学 院： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 110101213 姓 名： 纪鸣皋 指导教师： 王雪 完成日期： 2014年 4 月 15日 2 扬州职业大学机械工程学院 毕业论文（设计）任务书 论文（设计）题目： 干粉压片机的设计 学号： 110101213 姓名： 纪鸣皋 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 王雪 系主任： 一、主要内容及基本要求 （ 1）将干粉压制成直径为 30mm、厚度为 5mm 的圆形片坯。 （ 2）每分钟生产 25 片；冲头压力 150kN；机器运转的不均匀系数小于 10%；上冲头总位移 90 100mm。 （ 3）回程的平均速度为工作行程速度的 1.2 倍 (行程速比系数 K=1.2)。 （ 4） 要求保压一定时间，保压时间约占整个循环时间的 1/10。 （ 5）分析干粉压片机工作原理和技术要求及构思方案（含方案比较）。 （ 6） 完成 干粉压片机传动系统的设计、机构设计和结构设计。主要零部件的受力分析和强度计算。绘制所设计方案的机构运动简图；绘制干粉压片机的装配图及主要 的零件图。要求图纸工作量 2.5 张 A0 图纸以上（ AutoCAD 绘图）。 （ 7）设计说明书一份，电子文档一份。 （ 8）英文文献翻译（含原文）。要求：原文 5000 个单词以上，中文翻译要求通顺。 二、重点研究的问题 （ 1）干粉压片机总体方案设计（含加压机构、送料机构等）。 （ 2）干粉压片机传动系统的设计。 （ 3）主执行机构设计（机构选型）及其结构设计。 3 三、进度安排 各阶段完成的内容 起止时间 1 收集资料、查询相关文献 2012 年 1月 8日 2月 20 日 2 掌握干粉压片机工作原 理和技术要求，进行方案构思与设计 2012 年 2月 21 日 3 月 8 日 3 完成传动系统及机构设计和主要零件设计计算 2012 年 3月 9日 3月 31 日 4 绘制装配图和零件图草图 2012 年 4月 1日 5月 2日 5 完成装配图和零件图的设计 2012 年 5月 3日 5月 15 日 6 撰写毕业设计说明书及英文文献翻译 2012 年 5月 16 日 5 月 26 日 7 交毕业设计说明书，准备答辩 2012 年 5 月 27 日 5 月 28日 四 、应收集的资料及主要参考文献 主要的收集资料有：机械设计手册、干粉压片机相关文献 1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， 2004 . 2孟宪源，姜琪主编 .机构构型与应用 .机械工业出版社， 2004 . 3侯珍秀主编 .机械系统设计 .哈尔滨工业大学出版社， 2000 . 4黄继昌、徐巧鱼等编 .实用机械机构图册 .人民邮电出版社， 1996. 5 张维凯，王曙光 . AutoCAD2007 中文版标准教程北京 :清华大学出版社， 2007. 6 濮 良贵，纪名刚 .机械设计（第八版） .北京：高等教育出版社， 2007. 7 孙恒 ,陈作模 .机械原理 (第七版 )。北京：高等教育出版社， 2006. 8 成大先主编 .机械设计手册 .北京：化学工业出版社， 2004. 4 湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）评阅表 学号 2008963340 姓名 邹卓明 专业 机械制造设计及其自动化 毕业论文（设计）题目： 干粉压片机的设计 评价项目 评 价 内 容 选题 1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的； 2.难度、份量是否适当； 3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。 能力 1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力； 2.是否有综合运用知识的能力； 3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力； 4.是否具备一定的外文与计算机应用能力； 5.工科是否有经济分析能力。 论文 （设计）质量 1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确 ，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范； 2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何； 3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。 综 合 评 价 评阅人： 2009 年 5 月 日 5 湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）鉴定意见 学号： 2008963340 姓名： 邹卓明 专业： 机械制造设计及其自动化 毕业论文（设计说明书） 页 图 表 张 论文（设计）题目： 干粉压片机的设计 内容提要：第一部分：概述，包括课题的来源，课题研究的目的及意义，国内外 的发展现状，干粉压片机综述。 第二部分：机械方案设计，包括减速模块、上、下冲头模块、送料模块。 第三部分：总体结构设计，包括四大模块设计连接部分的设计以及机械的的整体 布局。 第四部分：计算与校核，包括齿轮、轴、键、紧固件的受力分析，电动机及减速 器的选择，轴的设计与计算，轴承的选择与校核。 6 指导教师评语 指导教师： 年 月 日 答辩简要情况及评语 答辩小组组长： 年 月 日 答辩委员会意见 答辩委员会主任： 年 月 日 7 目录 摘要 .1 第一章 引言 .2 1.1 选课依据及课题的意义 .2 1.2 国内外基本研究情况 .2 1.3 设计特色 .3 1.3.1 研究内容 .3 1.3.2 预期达到的目标 .3 1.3.3 完成课题的方案和主要措施 .3 1.3.4 主要特色 .4 第二章 课程设计题目 .5 2.1 原始数据 .5 2.2 设计要求 .5 第三章 设计题目分析 .6 3.1 工艺动作分解 .6 3.2 运动分析 .7 3.3 功能分解 .8 第四章 方案确定 . 10 4.1 各功能单元的解 . 10 4.2 列出部分可选方案并筛选 . 10 4.3 方案评价 . 11 4.4 作概念图 . 13 第五章 减速系统的设计 . 14 5.1 电动机的选择 . 14 5.1.1 电动机类型 . 14 5.1.2 执行机构所需功率 . 14 5.1.3 电动机功率 . 14 5.1.4 主要特色 . 15 5.2 传动比的确定，各轴功率以及带传动设计 . 16 5.2.1 传动比的确定 . 16 5.2.2 计算各轴的转速个功率 . 16 5.2.3 设计 V 型带轮的结构和尺寸和校对 . 16 5.3 齿轮设计和校对 . 18 附：减速箱三视图 . 24 第六章 上冲头机构设计 . 25 6.1 齿轮箱的结构和尺寸确定 . 25 6.1.1 齿轮箱的作用和工作原理 . 25 6.1.2 两齿轮的尺寸 确定 . 25 6.2 六杆机构的设计 . 25 6.2.1 设定摇杆长度 . 25 6.2.2 确定摇杆摆角 . 26 6.2.3 通过图解法求出六杆机构中的曲柄和连杆长度 . 26 6.2.4 检验曲柄存在 的条件 . 27 8 附：齿轮箱三视图 . 28 六杆机构三视图 . 29 第七章 上冲头机构设计 . 30 7.1 凸轮部分设计 . 30 7.1.1 凸轮基圆的确定 . 30 7.1.2 滚子圆形运动轮廓的确定 . 30 7.1.3 滚子半径的确定 . 31 7.1.4 凸轮实际轮廓确定 . 31 7.2 曲柄滑块机构机构设计 . 31 附：送料机构三视图 . 33 第八章 下冲头机构设计 . 34 8.1 下冲头凸轮设计 . 34 附：下冲头机构三视图 . 35 第九章 机构生产调节说明 . 36 小结 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 40 1 摘要 本文对国内外干粉压片机的研究水平进行了综合评述，并且做出对比；提出了一套干粉压片机的设计方案；将模块化设计理念引入方案中，提出了干粉压片机向易拆卸易组装的发展方向，并具体对每个模块进行了设计。 2 3 4 关键词：干粉压片机；模块化；易拆卸易组装。 Abstract Conduct a comprehensive review of domestic and foreign dry powder tablet machine level, and make a comparison； the design of a dry powder to the tablet press； will introduce the concept of modular design, powder tablet press to easy direction of development, demolition and easy assembly and specific for each module design. Key words: dry tabletting machine； modular； easy disassembly and easy assembly. 5 一、引言 1.1 选课的依据及课题的意义： 根据大学四年本科教育要求，此次设计为大学教育的必修课程之一。其目的：一方面，学校完成对本科四年制学生所学知识的一次检测与评估，同时也是对学校教育制度和教育内容的 一次审视与强化；其次，这次设计也是对大学生自身的一次大学总结和锻炼，为今后走向工作岗位，走向社会做的一次铺垫；再次，如今社会各企业单位和服务类单位对应届大学毕业生的动手、独立思考和团队协作等能力非常重视，所以此次设计对大学生的毕业与就业，积极成功的融入社会显得尤为重要。 干粉压片机 具有 装配精度高，材质优良耐磨损，稳定可靠 等优点 ， 从制药厂到电子元件厂，陶瓷厂，化工原料厂等都有应用，还可以改装进行异形冲模压片， 具有广阔的市场前景 。 特别是 随着科学技术和工业生产的飞跃发展，国民经济各个部门迫切需要各种各样性能好、能 耗低、质优价廉、的机械产品。尤其是很多中小企业例如 蚊香厂、鱼药饲料厂、消毒剂厂、催化剂厂 等不可能得不偿失地采购大型设备，因此小型干粉压片机更受这些中小企业的青睐。干粉压片机与现实生活息息相关设计干粉压片机一方面能培养机械设计素养，更是加强对我们务实精神的教育。 为了培养学生的开发和创新机械产品设计能力，高等学校工科本科机械原理课程教学基本要求中对机械原理课程设计提出的要求是：“结合一个简单的机械系统，综合运用所学理论和方法，使学生受到拟定机械运动方案的初步训练，并能对方案中的某 6 些机构进行分析和设计。”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。 1.2 国内外基本研究情况： 压片机在欧美出现较早，经过近一个世纪的发展，欧美已经形成了完善、先进的技术体系，其产品自动化程度高，符合 FDA 及 21 CFR PART 11 的要求。并且在根据市场反馈，逐渐确立了高速高产化、工艺环节密闭化、人流物流隔离化、在位清洗、 4 21 CFR Part 11 技术应用、模块化、自动化、规模化及检测诊断技术远程化先进化等新的发展方向，产品高新技术含量不断提升，机械、气、液、光、磁等一体的自动化技术、数控技术、传感器技术、新材料技术等在压 片机上得到广泛的应用。 我国的压片机设计、生产制造水平近几年得到长足的发展，但与国际先进水平还存在很大差距。国内现状是：压片机规格众多，数量大，操作简单，清洗方便，更换快捷，然而产品重复开发严重，技术含量较低，技术创新后劲不足，人才危机蔓延。国产压片机发展任重道远。 1.3 设计特色 1.3.1 研究内容： 分析干粉压片机的工作原理和技术，构思总体方案（包括压制机构和送料机构）以及方案的比较，传送系统的设计，主执行机构设计以及结构设计。 1.3.2 预期达到的目标： 7 兼顾用料经济型和结构强度，达到其功能要求 ，结构美观实用。 1.3.3 完成课题的方案和主要措施： 第一阶段：查阅相关资料，培养感性认识； 第二阶段：具体了解分析各个机构的设计、工作原理，加以创新，绘制草图，提出初步设计理念； 第三阶段：与老师同学交流讨论，解决难题，比较方案，重复修改； 第四阶段：整理结果，编写正式的设计说明书，绘制工程图。 1.3.4 主要特色： 结构简单，造价便宜，操作方便，便于改装。 8 二、毕业设计题目 毕业设计题目：干粉压片机的设计 设计干粉压片机，将具有一 定湿度的粉状物料定量送入压片成形位置，经过压制后脱离该位置。机械的整个工作过程均自动完成。该干粉压片机可压制陶瓷药剂的圆形片坯。 2.1 原始数据如下： （ 1）片坯尺寸： =30mm、 =5mm； （ 2）生产速率 25 片 /min、冲头压力 =150kN、运转不均匀系数 =10%； （ 3） 行程速比系数 K=1.2，保压时间占整个循环周期的 1/10。 2.2 设计要求： （ 1） 分析干粉压片机工作原理和技术要求及构思方案（含方案比较）； （ 2） 完成 干粉压片机传动系统的设计、机构设计和结构设计。主要零部件的受力分 析和强度计算。绘制所设计方案的机构运动简图；绘制干粉压片机的装配图及主要的零件图。要求图纸工作量 2.5 张 A0图纸以上（ AutoCAD 绘图）； （ 3）设计说明书一份，电子文档一份； 9 （ 4）英文文献翻译（含原文）。要求：原文 5000 个单词以上，中文翻译要求通顺。 三、设计题目分析 3.1 工艺动作的分解： 其工艺动作分解流程如图 3.1： 10 图 3.1 工艺动作的分解流程 （ 1）筛料斗在型腔上方小行程往复运动，将粉料筛入 的 圆筒形型腔； （ 2）下冲头下沉，粉料上平面随之下降，防止上冲头进入型腔时扑 出粉料，同时筛料斗开始向补料位置运动； （ 3）上冲头下降进入型腔，筛料斗到达补料位置； （ 4）上下冲头同时加压，各移动，产生冲模压力 ， 最终停止并保压 1/10 周期，同时下料阀门打开，下一次生产的粉料开始补充进入筛料斗； （ 5）上冲头退出型腔，下冲头随后上升将压好的片坯顶出型腔，筛料斗补料完毕开始向压片位置运动； 11 （ 6）为避免干涉，筛料斗到达压片位置，并将片坯推出压片位置进入滑道后，下冲头再下降 高度 。 3.2 运动分析： 从 3.1 可以看出： 上冲头基本运动为：下降 -远休 -上升 -近休； 上冲头基本运动为：上升 -中停 -上升 -远休 -下降 -中停 -下降 -近休； 筛料斗的基本运动为：向右 -震动 -向左 -停歇。 从整个机械的角度来看，它是一种时序式组合机构系统，因此要拟定三个机构的运动循环图。以该主动件的转角位横坐标（ 0 360），以机构执行构件的位移为纵坐标画出位移曲线如图 3.2： 图 3.2 运动循环简图 运动循环图上的位移曲线主要着眼于运动的起始位置，而非其精确的运动规律。筛料斗从压片位置经排出粉料后退回左边补料位置停歇（如图中）。下冲头下沉（如图中）。下冲头下沉完毕，上冲头可下移至型腔入口处（如图中）。等上 冲头下平面略低于台面时，下冲头同时开始上升，上下冲头同时对粉料两面加压（如图中）。然后两冲头停歇保压（如图中），保压时间约为 0.24s，即相当于主动件转动 36左右。以后，上冲头快速退回至起始位置，下冲头稍慢地上升至上表面与台面平齐，顶出成品 12 片坯（如图中）。下冲头停歇待卸片坯时，筛料斗已经到达型腔上方并将成品片坯推出至滑道上（如图中）。最后，下冲头下移，同时料筛小行程往复震动将粉料筛入型腔中（如图中），最终进入下一循环。 3.3 功能分解： 该干粉压片机通过一定的机械能将原料（粉状物料）压制成成 品，其功能分解如图3.3： 图 3.3 设计该干粉压片机，其总共能可分解成以下几个工艺动作： （ 1）送料：本质为间歇直线往复运动，可通过凸轮完成； （ 2）筛料：要求筛料斗小行程往复运动； （ 3）从型腔推出片坯：通过下冲头上升可完成； （ 4）送出成品：筛料斗从侧面将成品片坯挤推入滑道； （ 5）上冲头间歇往复直线运动，有急回等特性； （ 6）下冲头间歇往复直线运动。 可作树状功能图 3.4： 13 图 3.4 树状功能图 14 四、方案确定 4.1 各功能单元的解： 针对功能单元再求功能单元的 解，求满足执行元动作的机构。这个步骤也称为执行机构的形式设计，或执行机构的行综合。该过程采用“发散性思维”，将满足功能单元的所有“物理效应”的解都作为初步的解一一列出。如果一个功能单元有 m个解决原理，而每一种原理有 n个，经排列组合则该功能单元的解可以有 mn 个方案。把各个功能单元的解建立在一个直角坐标上，便形成了一个“形态学矩阵”，通过该矩阵可以组合若干方案，然后再做评优选优。 4.2 列出部分可选方案并筛选： 根据 3.2 的分析，已经比较了解干粉压片机各个部分的运动规律，为实现其要求，可对每个机构列出方案： 表 4.1 各分部方案选择矩阵 功能 元 功能元分解 1 2 3 4 一次减速 a 带传动减速 蜗杆减速 齿轮减速 链传动减速 二次减速 b 带传动减速 链传动减速 齿轮减速 蜗杆减速 上冲头 c 凸轮机构 曲柄导杆滑块机构 偏置曲柄滑块机构 六杆机构 送料机构 d 移动凸轮机构 涡轮蜗杆机构 凸轮曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构 下冲头 e 双导杆间歇运动机构 移动凸轮机构 曲线槽导杆机构 双凸轮联动机构 由该表可知，可选择的运动方案一共有 4的四次方种。然而其中肯定有明显不合理的，因此进行组合，剔除 不合理的选项，结合实际进行综合评价：要求满足运动要求；要求满足承载要求；要求满足运动精度要求；要求制造工艺简便；要求满足安全生产要求；要求满足动力源，还有生产条件的限制。 根据题目要求，有以下对比： 15 对于一次减速功能元：带传动结构简单，传动平稳，缓冲吸震，有过载保护，适合压片机的工作环境。并且由于其价格低廉，安装维修方便且噪声小，因此优先选择；蜗杆传动备选；齿轮传动效率高，结构紧凑，工作可靠且寿命长，传动比稳定，但是安装进度要求高，价格昂贵且不宜用于传动距离过大的场合，故淘汰；链传动不适合压片机的工作环境， 故淘汰。 对于二次减速功能元：齿轮和蜗杆都满足定速比传动要求，且精度较高，承载能力大。故可选用；带传动链传动、不适宜该环境，故淘汰。 对于上冲头功能元：要实现往复直线运动，且要满足急回特性，淘汰曲柄导杆滑块机构；由于滑块需要油脂润滑，污损严重且磨损较大，故淘汰；由于凸轮加工灵活，满足要求，然而上冲头行程较大，凸轮尺寸会相应很大很笨重，故备选；六杆机构结构简单、轻盈，能满足保压要求，并且轻松达到上冲头形成要求，故优先选择。 对于送料功能元：由于承载力要求较低，故无需偏置曲柄滑块机构；由于行程较大，故单纯的凸轮 机构或涡轮蜗杆机构也过于笨重，；因此选择凸轮加曲柄滑块机构。 对于下冲头功能元：下冲头运动较复杂，且负载较大，故淘汰曲线槽导杆机构；双导杆间歇运动机构易磨损且污染大，故淘汰。双凸轮联动机构加工成本高，故备选；单凸轮机构可优先。 综上所述，可确定最优方案是 a1+b3+c4+d3+e2、另有若干可选项备用。 4.3 方案评价 机械运动方案的拟定和设计，最终要求通过分析比较以提供最优方案。一个方案的优劣只有通过系统综合评价来确定。 下面用机械选型的评价体系，可用视图方法表示为图 4.1： 图 4.1 评价体系图 16 根据各个评价指标的相互关系，建立评价模型为： H=U1*U2*U3*U4*U5， U1=S1+S2、U2=S3+S4+S5+S6、 U3=S7+S8+S9+S10、 U4=S11+S12+S13+S14、 U5=S15+S16+S17 根据各个机构的指标好坏可分为五等，分别对应分数为 1、 0.75、 0.5、 0.25、 0。因此可做表 4.2： 表 4.2 各指标评分表 性能 指标 具体 指标 评价 带传动 齿轮机构 曲杆滑块 六杆机构 凸轮机构 涡轮蜗杆 功 能 运动规律 0.75 0.75 0.75 0.25 0 0.75 传动精度 1 1 1 0.75 0.75 1 工 作 性 能 应用范围 0.75 1 0.75 0.75 0.75 1 可调性 1 0.25 0.5 0.75 0.25 0.25 运动精度 0.75 0.75 0.75 1 0.75 1 承载能力 1 1 1 0.75 0.25 1 可 靠 程 度 加速峰值 0 0 0.75 0.75 0.25 0 噪音 1 1 0.5 0.75 0.25 0.75 耐磨性 0.75 0.75 0.5 0.75 0 0.75 可靠性 1 1 1 1 1 1 工 艺 性 制造难度 0.75 0.25 1 1 0 0.25 误差敏感性 0 0 0 1 0 0 调整方便性 0.75 1 0.75 1 0.25 1 能耗大小 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 其他 尺寸 0.25 0.75 0.75 0.25 0.75 0.75 重量 0.75 0.25 0.75 0.75 0.25 0.25 结构复杂度 1 0.5 0.5 1 0 0 经过计算，最终方案 a1+b3+c4+d3+e2 得分最高，确定为最优 方案。 17 4.4 作概念图 4.2： 图 4.2 概念图 18 五、减速系统的设计： 5.1 电动机的选择： 5.1.1 电动机类型： 按照工作要求和工作条件选用 Y 系列三相笼型异步电动机，全封闭自扇冷式结构，额定电压 380V。 5.1.2 执行机构所需功率： 工作周期： T=60/n1=60/25=2.4s 单个冲头周期做功 W=F*(y1-h)*2/2=15000*(21-5)/1000*2/2=240J： 单个冲头功率： P 实际 =W/T=240/2.4=100W 上下冲头功率： 考虑到运动副摩擦和料筛运动所需的功率： P 实 际 =2*P 平均 =200W 5.1.3 电动机功率： 选择依据： （电动机的工作功率）电动机的额定功率 ded PP )( 电动机所需工作功率： wPP d =4/0.841=4.76kw wP 工作机的有效功率，单位（ KW）。 从动机到工作输送带间的总效率。 故 其中： V 带传动效率 1=0.96； 圆柱齿轮传动 8级效率（油润滑） 2=0.97 滚子轴承效率（脂润滑正常） 3=0.99； 弹性联轴器 4=0.99； 锥齿轮的传动效率 5=0.94 因此总的传动装置的效率 =1*22*32*4*5=0.841 19 5.1.4 选择电动机 由于该机械为制药机械，主要针对工厂设计，故采用 380V 额定电压，又异步电机较直流电机实用方便，价格低廉，故采用三相电容启动异步电动机作为动力源。电机型号 YB2-160M2-8，其特性参见下表 5.1： 表 5.1 电机参数 型号 YB2-160M2-8 额定 功率 kW 5.5 电流（ 380V） A 13.4 转速 r/min 750 效率 % 负载 1.00 83 0.75 83.7 0.50 82.8 功率因数 补偿 COS 负载 1.00 0.75 0.75 0.67 0.50 0.55 堵转转矩倍数 1.9 堵转电流倍数 6 最大转矩倍数 2.2 噪声 dB（ A） 68 振动等级 mm/s 2.8 转动惯量 kg.m 0.61 尺寸 mm 200*200*300 5.2 传动比的确定，各轴功率以及带传动设计 20 5.2.1 传动比的确定： 由设计要求可知，电动机的给定转速，而生产率的给定值为 25 片 /min，即执行转速。 故总传动比大小可确定 根据机械设计中关于 V型带传动比分配原则：由于 V型带传动的传动比不宜太大，一般 7，故可分配 =2.5，则。故可采用两级减速箱，。 5.2.2 计算各轴的转速和功率 各轴的转速： 电机输出轴： n=25r/min 减速箱 I 轴： n1=n/i0=960/2.9=331r/min 减速箱 II 轴： n2=n1/i1=331/3.4=97.36r/min 减速箱 III 轴： n3=n2/i2=97.36/3.9=24.96r/min (25-24.96)/25=0.00160.05 各轴功率： 由机械设计课程设计指导书表 9.2 查得，带传动的效率；直齿轮传动 8 级的效率；滚子轴承的效率，又，故： 轴 I 所需功率： P1=Pd* 带 =4.76*0.96=4.57kw 轴 II 所需功率： P2=P1* 圆锥 =4.57*0.94=4.30kw 轴 III 所需功率： P3=P2* 圆柱 =4.30*0.97=4.17kw 各轴转矩 Td=9550Pd/n=9550*4.76/960=47352N*mm T1=Td*i1* 带 =47352*2.9*0.96=131828N.mm T2=T1*i2* 圆柱 =131828*3.4*0.94=421322N.mm 5.2.3 设计 V 型带轮的结构和尺寸和校对 确定计算功率： 其中 计算功率， P=K*P1=5.236kW； 工作情况系数； K=1.2 21 所需传递的额定功率， kW； 根据机械设计表 8-7，载荷变动较大，空、轻载启动，选取普通 v 型带 则 选择 V 带型，小带轮转速，。由 机械设计图 8-11 选择 A 型 V 带。取，因此，由机械设计表 8.8 进行圆整选择。 。 确定带轮直径 D1.D2中心距 a和基准长度 : 由机械设计课本表 8-3.A 型 V带 Dmin=100mm D1取 80mm 所以 D2=D1*i*（ 1-e） =80*2.9*（ 1.0.015） =280mm （ e为滑动率） 因为 0.7*（ D1+D2） a2*(D1+D2) 所以取 a=600mm 所以 Ld,=2a+(D1+D2)/2+(D2-D1)2/4a=1781.8mm 取 Ld=1800mm 所以 a1=a+（ Ld-Ld,） /2=610m 验证带速度： V=D1n1/（ 60*1000） =4.019m/s 由于 5m/s 4.019m/s 25m/s，故 V 带合适 因此符合设计验证条件，故设计方案合理。 确定 V 型带的根数 Z： 计算单根 V型带的额定功率： 由且，根据机械设计表 8-4b 得。 根据 4,m in14001 irn 和 Z 型带查表 8-4b 得 kwP 03.00 。 查机械设计表 8-5得 924.0K ，查表 8-2得 16.1LK ， 故有 kwKKPP L 4.016.19 2 4.0)03.034.0()(P 00r 计算 V型带的根数 Z： 0 2 5.34.0 21.1)(P00rLAcaKKPPPKPz 故取 4根 22 计算单根 V型带得初拉力的最小值 min0)(F ： 由表 8-3 得 Z型带的单位长度 mkgq 06.0 ， 所以： 应使带得实际初拉力 min00 )(FF 。 计算压轴力 ： 压轴力的最小值 带轮的结构设计： 带轮材料采用 HT200，由于大带轮的基准直径故采用轮辐式；由于小带轮的安装直径 d=96，查的小带轮为实心轮。 5.3 齿轮设计和校对： 第一对齿轮设计（类型、材料、精度、齿数） 选用直齿圆柱齿轮传动； 由于干粉压片机为一般工作机器，速度不高，所以采用 8级精度 （ GB10095-88） ； 查机械设计 10-1表，选择一级小齿轮材料为 40Cr（调质），硬度为 280HBS，二级大齿轮材料为 45 钢（调质），硬度为 240HBS，二者材料硬度差为 40HBS。选择二级小齿轮材料为 40Cr（调质），硬度为 280HBS，三级大齿轮材料为 45 钢（调质），硬度为 240HBS，二者材料硬度差为 40HBS。 选择一级小齿轮牙数 261z ，二级大齿轮齿数 7878326 212 zizz ，取。选择二级小齿轮牙数 261z ，二级大齿轮齿数 104104426 212 zizz ，取。 按齿轮面接触强度计算： 参考机械设计 10-9a 公式，即 3 211 )(132.2 HZuuTKd Edtt 确定公式内各计算数值： 选择载荷系数 tK =1.3； 23 计算小齿轮传递的转矩： mmNmmNn PT 451 151 1025.13300 16.4105.95105.95 减 由机械设计表 10-7可知，选择齿宽系数 d=0.9 由机械设计表 10-6查得材料的弹性影响系 数 由机械设计图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限M PaH 600lim ；大齿轮的接触疲劳强度极限 M PaH 550lim 。 计算应力循环次数 7812811104.143 1032.41032.483001013006060iNNjLnN h ）（ 由机械设计 10-19 图，取解除疲劳寿命系数 。98.0；93.0 21 HNHN KK 计算接触疲劳许用应力： 取失效概率为 1%，安全系 数 s=1 MPaMPaSKMPaMPaSKHNHHNH5 3 95 5 098.05 5 86 0 093.02l i m221l i m11 计算： 试计算小齿轮分度圆直径 1td 带入 H中较小的值： mmmmZuuTKdHEdtt 80)5398.189(789.01028.23.132.2)(132.2 3 243 211 计算圆周速度 2V ： smsmndV t 256.11 0 0 060 300801 0 0 060 112 计算齿宽 b： mmdb td 72809.01 计算齿宽与齿高之 比 bh： 24 模数mmzdm tt 1.3268011 齿高 mmmh t 71.325.225.2 所以齿宽与齿高之比29.10772 hb 计算载荷系数： 根据， 8级 精度，查机械设计 图 10-8 可得，动载系数vK=1.1 直齿轮1 FH KK ； 由机械设计表 10-2查得使系数 1AK .50； 由机械设计表 10-4 用插值法查得 8级精度、小齿轮相对称位置时 ,31.1HK 由29.10772 hb， ,31.1HK 查机械设计图 10-13 得 26.1FK ；故载荷系数 16.231.111.150.1 HHVA KKKKK 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由机械设计 10-10a 得： mmKKdd tt 803.1 16.280 3311 计算模数 m mmzdm 1.3268011 按齿根弯曲疲劳强度计算： 由弯曲强度的设计计算公式： 13212 F a S aFYYkTmdz 确定公式内的各计算数值： 由机械设计中图 10-20 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限1 500FE M P a ；大齿轮的的弯曲疲劳强度极限2 380FE M P a 。 由机械设计图 10-18 取弯曲寿命系数 90.0,86.0 21 FNFN KK ； 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 1.4S ，得 25 M P aSKM P aSKFEFNFFEFNF29.2444.13809.014.3074.150086.0222111 计算载荷系数： 33.126.1105.11 FFVA KKKKK 查取齿形系数： 由机械设计表 10-5查得 。164.2；97.2 21 FaFa YY 计算大、小齿轮 Fa SaFYY并加以比较 0147.014.307 52.197.2111 FSaFa YY 016.029.244806.1164.2 222 FSaFa YY 大齿轮的数值大。 设计计算mmYYzKTmFsaFad1.3)(23 2112 对比计算结果，由曲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疲劳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 1.63 并就近圆整为 mmm 3 ，按接触疲劳强度算得的分度圆直径mmd 801 ，算出小齿轮的齿数 : 2638011 mdz，大齿轮的齿数 : 7812 izz ，取 1332 z 。 几何尺寸计算： 计算分度圆直径： mmmmmzd mmmmmzd 234378 783262211 计算中心距： mmmmdda 1562 234782 21 计算齿轮宽度： mmmmdb d 2.70789.01 26 取 mmBmmB 45,40 12 ；齿轮 1和 2 的几何尺寸如下： mmmmzmdmmmmzmdmmmmzmdmmmmzmdmmdmmdmmbmmbmmammmffaa5.226)5.278(3)5.2(5.70)5.226(3)5.2(240)278(3)2(84)226(3)2(.234,7866,72,156,3221122112121 验算设计： 由设计过程知 26261 z ，故该设计满足不发生根切的条件； 重合度验算： 由 20178263 21 、 总hzzm mmmzr 392 2632 11 mmmzr 1172 7832 22 mmhrhrr aaa 282262*111 mmhrhrr aaa 802782*222 mmrr b 85.2620c o s28c o s11 mmrr b 86.7420c o s135c o s22 77.31)2120co s26a r cco s ()co sa r cco s ( 111 aa rr 22.22)13520co s78a r cco s ()co sa r cco s ( 221 aa rr 则 4.172.192.585.421)20t a n22.22( t a n78)20t a n77.31( t a n2621)t a n( t a n)t a n( t a n212211aa zz 即该设计满足重合度条件要求。 同理：二级减速齿轮 1 齿轮 2 尺寸如下： 27 mmmmzmdmmmmzmdmmmmzmdmmmmzmdmmdmmdmmbmmbmmammmffaa5.304)5.2104(3)5.2(5.70)5.226(3)5.2(318)2104(3)2(84)226(3)2(.312,7866,72,195,3221122112121 附：减速箱三视图 5.1 28 图 5.1 减速箱三视图 六、上冲头机构设计 29 6.1 齿轮箱 的结构和尺寸确定 6.1.1 齿轮箱的作用和工作原理： 齿轮箱是通过 在 不完全齿轮， 根据运动时间和停歇时间的要求在从动轮上作出与主动轮相啮合的轮齿。其余部分为锁止圆弧。当两轮齿进入啮合时，与齿轮传动一样，无齿部分由锁止圆弧定位使从动轮静止 ，从而实现从动轮远休的 。 主动轮与从动轮传动比 i=0.9，然而主动轮有十分之一周期的位做齿，因此从动轮休止主动轮的十分之一个周期，故主动轮与从动轮的实际周期相同。 6.1.2 两齿轮的尺寸确定： 参照 5.3，不难得出：齿轮箱的齿轮 1 齿轮 2尺寸如下： mmmmzmdmmmmzmdmmmmzmdmmmmzmdmmdmmdmmbmmbmmammmffaa157)5.281(2)5.2(175)5.290(2)5.2(166)281(2)2(184)290(2)2(.81,9032,30,5.130,2221122112121 6.2 六杆机构的设计： 6.2.1 设定摇杆长度： 选取 代入公式： 解得 r 263mm 故选取 r=260mm 所以 L=r*=260*0.4=105mm 6.2.2 确定摇杆摆角根据下图 6.1: 30 图 6.1 六杆机构简图 可知行程的计算公式为： 此时 h=100mm 算的摆角为 23与测量出的图中摆角大小相符。 因为题设要求摆角小于 60，故满足要求。 6.2.3 通过图解法求出六杆机构中的曲柄与连杆的长度 : 如图所示， AB为曲柄， BC为连杆， DC 为摇杆 ， DC 是摇杆在摆角最大时的位置； 31 依题意：因为 AC=AB+BC AC =BC-AB 所以 AB=50mm BC=162mm 测量出 BAB =170，为保压角。 6.2.4 检验曲柄存在的条件： CD=260mm， AB=50mm， BC=162mm， AD=335mm 满足杆长之和定理，即 AD+AB CD+BC，确保了曲柄的存在。 综上所述，上冲头六杆机构的尺寸设计如下： 曲柄 50mm 曲柄连杆 162mm 摇杆 260mm 冲头连杆 105mm 附： 齿轮箱三视图 6.2 32 图 6.2 齿轮箱三视图 六杆机构三视图 6.3： 33 图 6.3 六杆机构三视图 七、送料机构设计 34 7.1 凸轮部分设计： 7.1.1 凸轮基圆的确定： 由运动循环图最大斜率 40.1 因为此设计中的凸轮均为对心凸轮，着基圆半径公式为： 为了使机构能顺利工作，规定了压力角的许用值 ，在使 的前提下，选取尽可能小的基圆半径。根据工程实践经验，推荐推程时许用压力角取以下数值： 移动从动件， =30 38 摆动从动件， =40 45 下冲头凸轮机构为移动从动 件 =40 基圆半径 rb=30mm 7.1.2 滚子圆心运动轮廓的确定： 将凸轮基圆以每份 9平均分割，根据筛料斗循环图，确定每一段的升程与回程曲线。如图所示 7.1： 图 7.1 滚子圆形轮廓 7.1.3 滚子半径的确定： 35 在 27这两点曲率半径相对较小的地方画尽量小的圆来确定其最小半径。 0.8。所以，此处取滚子半径 7.1.4 凸轮实际轮廓确定： 以各滚子圆心做滚子轮廓 再以平滑曲线相切滚子，连接成为凸轮的实际轮廓，如图 7.2： 图 7.2 凸轮实际轮廓 36 7.2 曲柄 滑块机构设计 曲柄滑块机构的主要作用是将凸轮上的较小径像位移放大并传递给料筛。如图 7.3所示： 图 7.3 曲柄滑块机构简图 当凸轮转过一定角度 B 到达 B ，曲杆转过角 BCB ， E向又平移至 E 。 经过详细计算，解得 BC=100mm， CD=DE=90mm， BCD=90 37 附：送料机构三视图 7.4 图 7.4 送料机构三视图 38 八、下冲头机构设计 8.1 下冲头凸轮设计 下冲头运动较复杂，因此靠凸轮实现冲头的复杂运动，运动曲线如下图 8.1： 图 8.1 下冲头运动曲线 其凸轮设计与 7.1同理，最终确定滚子半径和凸轮轮廓如图 8.2 所示： 图 8.2 下冲头凸轮轮廓 39 附：下冲头机构三视图 8.3 40 图 8.3 下冲头三视图 九、机构生产调节说明 为使干粉压片机具有多功能性，使生产的压片多样化及方便改变生产率，该机械的设计上特别引入了模块化设计思路，可根据实际需要改变各模块得以实现不同需要。 若需要改变成片的形状和截面尺寸，可通过改变可卸式冲头和型腔； 若需要改变成片的厚度或压缩程度，可通过替换不同长度的冲头连杆来实现； 若需要改变压片机的生产率问题，可通过更换不同的减速箱从而改变转动效率 ，进而改变生产率；也可通过改变电动机 V 带轮的大小来改变传动比来改善生产率，进而实现不同生产率的调节。