机械原理专业毕业设计压片机加压机构方案创新设计

1、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总重要的，尽管压片机在19世纪就已经出现(德国Korsch、英国Manesty、比利时Courtoy公司都有80多年的历史)，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

2、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、 设计题目1. 工作原理及工艺过程.x2. 原始数据及设计要求.x二、 设计题目的分析1. 功能分解.x2. 求各功能元的解.x3. 绘制运动循环图.x4. 初选运动方案.x5. 设计执行机构.x6. 对执行机构做运动学动力学分析.x三、 设计心得体会.x四、 参考资料.x1. 工作原理及工艺过程自动压片成形机，是将具有一定湿度的粉状原料（如陶瓷干粉、药

3、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。工艺过程：（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） 筛料推出片坯。其工艺过程的分解如图：工艺动作分解2. 原始数据及设计要求原始数据：（1）冲头压力：150000N；（2）生产率：25片/分钟；（3）机器运转不均匀系数：10%；（4）要求将陶瓷干粉压成直径为34mm，厚度为5mm的圆形片坯。设计要求：（1） 上冲头

4、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空间、故冲头形成约为90100mm。（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。二、设计题目的分析1.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，其功能分解如图设计干粉压片机，其总功能可以分解成以下几个工艺动作：(1) 送料机构：为 间歇直线运动

5、 , 这一动作可以通过凸轮上升段完成(2) 筛料：要求筛子往复震动(3) 推出片坯：下冲头上升推出成型的片坯(4) 送成品：通过凸轮推动筛子来将成型的片坯挤到滑道(5) 上冲头往复直线运动，最好实行快速返回等特性。(6) 下冲头间歇直线运动。例如下表所示的树状功能图：2. 求各功能元的解针对功能元再寻求功能元的解，寻求满足执行元动作的机构。这个机构也称为执行机构的形式设计，或执行机构的行综合。这个过程采用“发散性思维”，将能满足功能元功能的所有的“物理效应”的解都做为初步解列出来。如果一个功能元有m个解决原理，而一种原理又有n个解，经排列组合则这个功能元的解可以有mn个方案。把各功能元的解建在

6、一个直角坐标上，便形成了一个“形态学矩阵”，通过这个矩阵可以组合若干方案，然后再做评优选优。3.绘制运动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 12m

7、m （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。4. 初选运动方案5.对执行机构做运动学动力学分析解析法分析-.简述杆组法做运动分析的原理由机构组成原理可知，任何平面机构都可以分解为原动机、基本杆组和机架三个部分，每一个原动件为一单杆构件。 因此可得杆组法的基本思路：分别对单杆构件

8、和常见的基本杆组进行运动分析并编制相应的子程序。在对机构进行运动分析时，就可以根据机构组成情况的不同，依次调用这些子程序，从而完成对整个机构的运动分析。 .用杆组法对机构做运动分析平面运动构件（单杆）的运动分析已知构件上的点的位置,，速度为,，加速度为，及过点的点的线段的位置角，构件的角速度，角加速度，求构件上点和任意指定点（位置参数，）的位置、速度、加速度。，点的位置为： ，点的速度，加速度为： RRR杆组运动分析的数学模型位置分析设两个构件长度,及外运动副,的位置已知，求两个构件的位置角,及内运动副的位置。选定坐标系及相应的标号如下图,构件的位置角约定从响应构件的外运动副引轴的方向线，按逆

9、时针量取。设外运动副，的位置坐标分别为（,），（,）,则 内运动副点坐标为：构件的位置角：位置分析过程中应注意两个问题：（1） 因为，的位置及杆长，都是给定的，这就可能出现或的情况。在这两种情况下实际上不可能形成RRR杆组，计算过程中应及时验算上述条件，如满足上述条件应中止运算并给出相应信息。（2）在给定，的条件下，可能有两个位置如上图中的和，相应的和，我们称为杆组的两种工作状态。对于实际构件而言，杆组只可能在一种工作状态下运动，而且在机构运动过程中只要不出现 的情况（这种情况下，机构处于瞬时运动不确定状态，设计时应避免）杆组就不会从一种工作状态变为另一种工作状态，所以运动分析时可预先按机构的

10、实际工作位置，指明杆组是哪一种工作状态。约定状态参数：为逆时针读取时=1，为顺时钟时= -1。速度分析 设外运动副，点的速度，及，已知，求点的速度， 及构件，的角速度,。因为 将上式对时间t微分：注意到： （1）式（1）可写为令： 则： 将，值代入式（1） 即可求得,。加速度分析设外运动副，点的加速度 已知，求点的加速度, 及构件的角加速度。将式(1)对时间t微分得：式中： 内运动副点的加速度可由微分式（1）求得。RRP杆组运动分析的数学模型 位置分析设已知外运动副点及移动副导路上任意一选定参考点的位置，构件的长度及导路的位置角，求构件的位置角及内运动副点的位置（如右图）。角从水平线到度量。由

11、向导路作垂线，垂足为，令=,=,= 则 ) 点相对于导路上参考点的滑移距离： 显然，当时无解。 当时有两个解，对应于杆组的不同位置状态。若 ,则，约定状态参数=1；若 ,则，则约定状态参数=-1。内运动副的位置坐标： 构件的位置角： 速度分析,点的速度为，及，已知，导路的角速度，求构件K1的角速度，点的速度，及点相对于导路上重合点的相对速度构件 （2）上式对时间微分，可解出：式中： 点的速度为： , 加速度分析，点的加速度及移动副导路的角加速度已知，求构件的角加速度，点的加速度,及点相对于移动副导路上重合点的相对角速度。 对式（2）进行两次微分可得： 式中：点的加速度： RPR杆组运动分析的数

12、学模型位置分析已知外运动副,点的位置及偏距，求导杆的位置角及滑移尺寸。由图可知： 由向导路量取，逆时针为正，顺时针为负，对应于杆组的两种位置状态。速度分析已知外运动副点N1,N2的速度，及，求导杆的角速度及滑块上点相对导杆上重合点相对速度。由图可知：微分上式得： （3）注意到：并令： ， 可解出：其中： 加速度分析已知，点的加速度,求构件的角速度及滑块上点相对导路上重合点的相对加速度。将式（3）对时间求导 ，整理得： 其中： 力分析的数学模型(若需要可以和老师联系。)运动分析通用子程序按照上述所列的数学模型用C语言编写的基本杆组运动分析子程序见下面所列的subk.c。该子程序包中所包含的函数名

13、及形式参数见表1。表1 基本杆组运动分析子程序包中的函数名及形式参数杆组名函数名形式参数单杆barkn1,n2,n3,k,r1,r2,gam,t,w,e,p,vp,apRRR杆组rrrkm,n1,n2,n3,k1,k2,r1,r2,t,w,e,p,vp,apRRP杆组rrpkm,n1,n2,n3,k1,k2,k3,r1,r2,vr2,ar2,t,w,e,p,vp,apRPR杆组rprkm,n1,n2,k1,k2,r1,r2,vr2,ar2,t,w,e,p,vp,ap上表中的各形式参数说明如下：n1，n2，为关键点号。这些点包括转动副的中心、参考点、质心、外力作用点等。k1，k2，为构件号。r1

14、，r2，为两点间的距离。两点均在同一构件上时，它表示构件的基本尺寸或表示一个点相对另一个点的固定距离。两点分别有组成移动副的两个构件上时，它表示沿导路方向度量的距离，是变化的量，所以它对时间的一阶导数表示该移动副的滑动速度vr， 对时间的二阶导数表示滑动加速度ar。gam1，gam2表示构件上关键点位置的角度。t，w，e表示各构件的位置角、角速度、角加速度的一维数组。例如号构件的位置角、角速度和角加速度分别为t5，w5，e5。p,vp,ap表示各关键点位置、速度、加速度两个分量的二维数组。例如5点的位置、速度、加速度的x，y分量分别为P51，P52，VP51，VP52 ，aP51 ，aP52。

15、m表示杆组的装配模式，详见数学模型。以上各参数中，点号n1，n2，构件号k1，k2，两点间的固定距离及装配模式均为已知参数、在主程序调用子程序时，通过形参传递给子程序。运动参数t,w,e,p,vp,ap及具有移动副的杆组函数中的相对位置r，滑动速度vr，滑动加速度ar要由子程序计算得到，这些参数在主程序调用函数时可以照写。注意表1中有下划线的形参，在子程序中已将其定义为指针变量，所以在调用函数时应在其参量前加指针运算符&。.附自编主程序、计算数据、运动参数及其曲线图 #include stdio.h #include math.h #define PI 3.1415926 void crank

16、(n1,n2,r,theta,w,a,p,vp,ap) int n1,n2; Float r,theta,w,a;Float vp303,ap303,p303; float c,s,rx,ry; c=cos(theta); s=sin(theta); vpn11=0; vpn12=0; apn11=0; apn12=0; rx=r*c; ry=r*s; pn21=pn11+rx; pn22=pn12+ry; vpn21=-ry*w; vpn22=rx*w; apn21=-ry*a-rx*w*w; apn22=rx*a-ry*w*w; Void RRR(m,n1,n2,n3,r1,r2,th1p

17、,th2p,p,w1p,w2p,vp,a1p,a2p,ap) /*POSITION VELOCITY AND ACCELERATION ANALYSIS OF THE TWO LINK DYAD*/ int m,n1,n2,n3;floatr1,r2,*th1p,*th2p,*w1p,*w2p,*a1p,*a2p;floatp303,vp303,ap303; float delx,dely,phi,ssq,s,test1,test2,cosin,alpha,theta,a1,a2, det,b1,b2,r1x,r1y,r2x,r2y,e,f; delx=pn21-pn11; if(fabs(d

18、elx)0|test20) printf( DYAD CANNOT BE ASSEMBLEDn); goto end; else cosin=(r1*r1+ssq-r2*r2)/(2*r1*s); alpha=acos(cosin); if(m=0) theta=phi+alpha; else theta=phi-alpha; pn31=pn11+r1*cos(theta); pn32=pn12+r1*sin(theta); r2x=pn31-pn21; r2y=pn32-pn22; r1x=pn31-pn11; r1y=pn32-pn12; *th1p=atan2(r1y,r1x); *th

19、2p=atan2(r2y,r2x); a1=(vpn21-vpn11)*r2x; a2=(vpn22-vpn12)*r2y; det=r1y*r2x-r1x*r2y; b1=(vpn22-vpn12)*r1y; b2=(vpn21-vpn11)*r1x; *w1p=-(a1+a2)/det; *w2p=-(b1+b2)/det; vpn31=vpn11-(*w1p)*r1y; vpn32=vpn12+(*w1p)*r1x; e=apn21-apn11+(*w1p)*(*w1p)*r1x-(*w2p)*(*w2p)*r2x; f=apn22-apn12+(*w1p)*(*w1p)*r1y-(*w

20、2p)*(*w2p)*r2y; *a1p=-(e*r2x+f*r2y)/det; *a2p=-(f*r1y+e*r1x)/det; apn31=apn11-(*w1p)*(*w1p)*r1x-(*a1p)*r1y; apn32=apn12+(*a1p)*r1x-(*w1p)*(*w1p)*r1y; end: ; void RRP(m,n1,n2,n3,r1,r2p,th1p,beta,p,w1p,vbeta,vr2p,vp, a1p,abeta,ar2p,ap) /*POSITION VELOCITY AND ACCELERATION ANALYSIS OF THE ROTATING GUID

21、E*/ int m,n1,n2,n3; float r1,beta,vbeta,abeta; float *r2p,*th1p,*w1p,*vr2p,*a1p,*ar2p; float p303,vp303,ap303; int mode; float r2,th1,w1,vr2,a1,ar2,ssq,e,f,test; float sqroot,rsq,cb,sb,ct,st,e1,f1,det,e2,f2; ssq=(pn21-pn11)*(pn21-pn11) +(pn22-pn12)*(pn22-pn12); cb=cos(beta); sb=sin(beta); e=2.0*(pn2

22、1-pn11)*cb+(pn22-pn12)*sb); f=ssq-r1*r1; test=e*e-4.0*f; if(test=ssq) mode=1; if(mode0) r2=fabs(-e-sqroot)/2.0; else r2=fabs(-e+sqroot)/2.0; pn31=pn21+r2*cb; pn32=pn22+r2*sb; th1=atan2(pn32-pn12,pn31-pn11); ct=cos(th1); st=sin(th1); e1=vpn21-vpn11-r2*vbeta*sb; f1=vpn22-vpn12+r2*vbeta*cb; det=st*sb+c

23、t*cb; w1=(f1*cb-e1*sb)/(r1*det); vr2=-(e1*ct+f1*st)/det; vpn31=vpn11-r1*w1*st; vpn32=vpn12+r1*w1*ct; e2=apn21-apn11+w1*w1*r1*ct-abeta*r2*sb -vbeta*vbeta*r2*cb-2.0*vbeta*vr2*sb; f2=apn22-apn12+w1*w1*r1*st+abeta*r2*cb -vbeta*vbeta*r2*sb+2.0*vbeta*vr2*cb; a1=(f2*cb-e2*sb)/(r1*det); ar2=-(e2*ct+f2*st)/d

24、et; apn31=apn11-r1*a1*st-r1*w1*w1*ct; apn32=apn12+r1*a1*ct-r1*w1*w1*st; *r2p=r2; *th1p=th1; *w1p=w1; *vr2p=vr2; *a1p=a1; *ar2p=ar2; end:; /*KINEMATIC ANALYSIS OF SLOTTING MACHINE*/ main() float p73,vp73,ap73; float con,r1,th1d,th1,w1,a1,r2,r3,r4,th2,th3,th4,w2,w3,a2,a3,a4, sde,w4,vde,ade,beta,vbeta,

25、abeta; float *th2p,*th3p,*th4p,*w2p,*w3p,*a2p,*a3p,*a4p,*sdep,*w4p,*vdep,*adep; int k,m,i,j; char c; FILE *fp; fp=fopen(mainuse.dat,w); j=1; con=PI/180.; th2p=&th2; th3p=&th3; th4p=&th4; w2p=&w2; w3p=&w3; w4p=&w4; a2p=&a2; a3p=&a3; a4p=&a4; sdep=&sde; vdep=&vde; adep=&ade; p11=0; p12=214; vp11=.0; v

26、p12=.0; ap11=.0; ap12=.0; p41=-145.7; p42=0; vp41=.0; vp42=.0; ap41=.0; ap42=.0; p61=0; p62=0; r1=60; r2=160; r3=160; r4=490; w1=50*PI/60; a1=0.0;/* printf(n*%f#n,p61); */ k=0;loop:/*getchar(); */ if(k360) th1d=0+k; else th1d=k-360;/* printf(%d#,th1d); */ th1=th1d*con;/* printf(th1d=%7.2fdegn,th1d);

27、 printf(th1=%7.2fradn,th1); printf(KINEMATIC ANALYSISn); */ m=1; crank(1,2,r1,th1,w1,a1,p,vp,ap); RRR(m,2,4,3,r2,r3,th2p,th3p,p,w2p,w3p,vp,a2p,a3p,ap); beta=0.*con; vbeta=.0; abeta=.0; m=1; vp61=.0; vp62=.0; ap61=.0; ap62=.0; RRP(m,3,6,5,r4,sdep,th4p,beta,p,w4p,vbeta,vdep,vp,a4p,abeta,adep,ap); fpri

28、ntf(fp,%4d %12.6f %12.6f %12.6fn,j,p51,vp51,ap51); /* fprintf(fp,%5.1f %12.6f %12.6f %12.6fn,th1d,p51,vp51,ap51);*/ printf(POINT POSITION(mm) VELOCITY(mm/s) ACCELERATION(mm/s/s)n); printf( NUM X Y X Y X Y n); for(i=1;i7;i+) printf(%5.1f %8.4f %8.4f %8.4f %8.4f %8.4f %8.4fn, th1d,pi1,pi2,vpi1,vpi2,ap

29、i1,api2); k=k+1; j=j+1; if(k390) goto loop; printf(Calculation End!); getch(); fclose(fp); 附： 滑块位置变化曲线（应用解析法，由程序运行的数据） 滑块位置变化曲线（应用图解法，由计算得到的数据） 滑块速度变化曲线（应用解析法，由程序运行的数据）滑块速度变化曲线（应用图解法，由计算得到的数据） 滑块加速度变化曲线（应用解析法，由程序运行的数据）滑块加速度变化曲线（应用图解法，由计算得到的数据） 应用图解法，由计算得到的数据 速度加速度396.501730.250 石明祥491.2-5.516.4210侯善

30、江416.671.585.530 石明祥492.0049240李恒43073.549.360 高东阳489-3.14-69270李恒46791434.590 高东阳460.1-84.78-380300宁国君470.076.52-78.2120陈仁华423-185.3-180330宁国君48256.52-157.6150陈仁华01730.25360石明祥489.410.4-176180侯善江应用解析法，由程序运行的数据1397.509162.128721990.87691457.672394.43875-65.21242397.961973.239431378.95892458.300493.9

31、9571-67.70413398.477680.97799970.93893458.925693.53586-70.2594399.037286.47279697.700194459.547593.05881-72.87675399.627490.46957511.440995460.166392.56403-75.55646400.240793.42446382.138396460.781792.05119-78.29757400.871495.64859290.472797461.393691.51994-81.09978401.515197.35131224.113498462.0019

32、90.96976-83.96149402.168598.67539175.103799462.606590.40032-86.881510402.830199.71306138.3586100463.207289.81123-89.858630416.563103.8541-1.52657120474.191673.444-157.29931417.2553103.8415-2.30047121474.677772.3838-160.74832417.9476103.8238-2.98862122475.156771.30076-164.16233418.6397103.8017-3.6080

33、2123475.628470.19511-167.53434419.3315103.776-4092669.06712-170.85635420.0234103.746-4.68488125476.549267.91714-174.1236420.7149103.7133-5.16476126476.998166.74566-177.31937421.4062103.6773-5.61166127477.439165.55306-180.44538422.0972103.6385-6.03726128477.872164.33988-183.48739422.7881

34、03.5969-6.44505129478.296963.10676-186.43940423.4785103.5528-6.84127130478.713561.85427-189.2960437.1998102.0431-17.1604150485.155334.25002-211.73761437.8797101.9261-17.9619151485.378932.8423-210.53462438.5588101.8036-18.8019152485.593231.44347-209.07163439.2371101.6753-19.6816153485.798130.05527-20

35、7.34464439.9145101.5411-20.6036154485.993928.67947-205.35465440.5909101.4005-21.5679155486.180627.31779-203.10166441.2664101.2534-22.5765156486.358225.97205-200.58467441.9409101.0994-23.6303157486.526924.64391-197.80768442.6144100.9383-24.7305158486.686823.33518-194.77169443.2868100.7695-25.87811594

36、86.838122.04754-191.4870443.958100.5931-27.0751160486.980820.78266-187.939181490.37391.837364-73.6745277480.7319-65.7035-357.871182490.38461.366636-67.5519278480.2859-68.1042-362.326183491.39220.936521-61.4991279479.8238-70.5341-366.605184491.39720.546466-55.5336280479.3454-72.9919-370.705185491.399

37、60.195831-49.6729281478.8505-75.4765-374.622186491.3998-0.11609-43.9342282478.339-77.9865-378.354187491.3981-0.39025-38.3341283477.8106-80.5207-381.898188491.3948-0.62758-32.8893284477.2653-83.078-385.251189491.3898-0.82916-27.6153285476.7028-85.6571-388.411190492.0023-0.99621-22.5273286476.1232-88.

38、2564-391.376210491.27320.38113923.61428306460.7676-142.43-407.102211491.27630.53565322.6907307459.8089-145.14-405.629212491.28030.68296721.45254308458.8324-147.838-403.936213491.28540.82100319.90338309457.8378-150.525-402.022214490.99130.94767418.04722310456.8254-153.198-399.886215490.89791.06094115

39、.88889311455.7952-155.856-397.528216490.70541.15886313.43366312454.7474-158.498-394.944217490.61341.23942410.68754313453.6819-161.122-392.137218490.62191.300747.656857314452.5991-163.726-389.101219490.53071.3408964.34836315451.499-166.309-385.837220490.53971.3581080.769394316450.3817-168.87-382.3392

40、40488.2402-5.4308-114.004336424.7609-212.481-244.115241488.2013-6.21464-121.16337423.3391-214.063-230.328242488.1572-7.04639-128.38338421.9069-215.549-214.862243488.1073-7.92648-135.654339420.4651-216.925-197.264244488.0514-8.85519-142.972340419.015-218.172-176.896245487.9891-9.83288-150.326341417.5568-219.273-153.018246487.9202-10.8596-157.706342416.0915-220.204-124.546247487.8442-11.9356-165.103343414.6208-220.924-89.8474248487.7609-13.061-172.