机械原理课程设计――自动压片成形机的设计

1、机械原理课程设计课程题目：日期：一、 原始数据和设计要求 被压工件的外形是直径40，厚度20的圆形片坯。 冲头压力为15t 。 生产率为10片/min。 驱动电动机的转速为970r/min。 各执行机构的运动参数：1 上冲头行程为90100；2 下冲头先下沉3，然后上升8，加压后停歇保压（保压时间为整个循环时间的1/10），继而上升16后停歇，等料筛将片坯推离冲头后下移21；3 料筛在模具上方往复振动筛料，然后向左退回，待坯料成形并被推出型腔后，料筛得在台面上右移动4550。二、 功能分析 根据题目要求，要最终将一定湿度的粉状原料压制成片坯。若要求获得质量较好的成品，可采用诸多方法，下面采用黑

2、箱法进行分析： 成品由黑箱法分析可得到：为了达到高效，方便的目的，采用机械自动加工的方法比较好，因此，本题采用自动加工的方法压制片坯。三、 功能分解设计药粉压片机，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，这一动作可以通过凸轮上升段完。（2） 筛料：要求筛子往复振动。（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。四、 执行机构方案的选用：1、 上冲头的运动A ：要实现往复直线移动，还有考虑急回特性。因此有以下方案可供选择： a,b 图

3、方案所示机构采用转动凸轮推动从动件, 当与从动件行程末端相应的凸轮廓线采用同心圆弧廓线时, 从动件在行程末端停歇。c 图采用曲柄滑块机构，结构简单，尺寸较小，但滑块在行程末端只作瞬间停歇，运动规律不理想。d 图形曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构串联可得到较好的运动规律。e 图为蜗轮蜗杆运动机构，结构简单、承载能力大，有缓和冲击且能满足较理想的运动规律。故d 、e 两方案为上冲头的机构比较好。2、下冲头的运动B ：需要较高的承受能力、且需要实现间歇运动，可靠性好。则有以下方案可供选择： （a ）图所示为两个盘形凸轮推动同一个从动件方式，可实现预定的运动规律。（b ）图所示为对心直动滚子推杆盘形凸轮机构

4、，结构简单、且能实现间歇运动，满足运动规律。（c ）图所示为曲柄导杆滑块机构，可满足较高的承受能力、具有较好的增力效果且能实现间歇运动。故以上三种方案可为下冲头运动的机构。双导杆运动机构，虽然也可作为下冲头的运动实现间歇运动，但构件数目较多、结构相对较上述较复杂，不可采用为宜。3、送料机构C ：主要作用是将坯料送至加工位置，且能实现间歇运动要求，对承载能力要求低。故有以下方案可供采用： （a ）图为凸轮连杆的机构，且获得较大的行程；（b ）图为偏置的曲柄滑块机构 ，传动精度高、且制造容易；（c ）图为蜗轮蜗杆传动机构，传动平稳。故（a ）（b ）（c ）三图所示机构方案均可达到运动要求，实现间

5、歇运动。 五、传动机构的选择：功能元件D ：带传动结构简单、运转平稳；噪声小、能缓和冲击，要求有过载保护作用，安装维修要求不高、成本低。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蜗轮传动。功能元件E ：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，承载能力大等优点。故选齿轮或蜗轮蜗杆传动较为好。 六、运动方案的确定：综上所述，机构系统可能运动的方案有N=2*3*3=18种。则压片成形机机构系统的运动方案现可初步确定为以下三个方案。方案（一） 方案（二） 方案（三） 七、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。一个的方案的优劣只有

6、通过系统综合评价来确定。下面有机械选型的评价体系，它可视图的方法来表示。S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 S 7 S 8 S 9 S 10 S 11 S 12 S 13 S 14 S 15 S 16 S 17根据各个评价指标相互关系，建立评价模型为：K=A*B*C*D*E在式中E=S1+S2，D=S3+S4+S5+S6，A=S7+S8+S9+S10，B=S11+S12+S13+S14，C=S15+S16+S17。 上述表达式A 、B 、C 、D 、E ，各指标之间采用了乘法原则，面它们之间采用了加法原则。方案系统中机构的性能、特点、评价。 上述表示三个机构方案的评价指标体系，评价

7、值及计算结果。则表中所有指标值可分为5个等级：“很好”、“好”、“较好”、“不太好”“不好”，它们的值分别用1，0.75(0.8,0.5, 0.25 ,0 ，如下表所示： 由表可知，方案三较方案一及方案二好，所以选用方案三为压片成形机的系统机构图。八、运动循环图从上述工艺过程可以看出，由主动件到执行有三支机构系统顺序动作；画出运动传递框图如下：从整个机器的角度上看，它是一种时序式组合机构系统，所以要拟定运动循环图，应以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

8、加料后退回最左边（起始位置）停歇。下冲头即下沉3mm （如下图中）。下冲头下沉完毕，上冲头可下移到型腔入口处（如下图中），待上冲头到达台面下3mm 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8mm （如图中），然后两冲头停歇保压（如图中），保压时间约0.6s 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向上移动到台面平齐，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21mm 的同时，料筛振动使筛中粉料筛入形腔（如图中）而进入下一个循环。 料筛九、执行机构的计算（）图中字母所指含义：A ：下冲头 B

9、：上冲头 C：对心直动滚子盘形凸轮机构 D：曲柄滑块机构 E：曲柄滑块机构 F：蜗杆蜗轮机构 G：蜗轮蜗杆机构 H：料筛 I圆锥齿轮 J：圆锥齿轮 K、L ：传动齿轮 M：传动齿轮 N：传动蜗杆 Y：电动机带传动 （）执行机构的尺寸计算机械系统的循环时间：T= 60s/10= 6s ；由驱动电动机的转速为n=970r/min和生产率为10件/min, 则机械系统的总速比为I=n/Q= 970/10 =97 ；为方便计算，以下压力角和模数均为标准值，= 200 ，m=5； 第一级皮带减速：I=5 Z1=17 Z2=85； 第二级皮带减速：I=19.4 Z1=17 Z2=330；已知由图可知：n

10、1=n1=n1”=10 r/min ; n4=n6=10 r/min ; 取蜗杆齿数Z 3' =Z5' = 4，则查表可知：d=50 mm =21°48' 05"Z 4=Z6=53 则n 5' =n5=n6z 6/z5=132.5 r/min ;n3=n3' =n4z 4/z3=132.5 r/min ; 取Z 5=20,Z3=17,Z2=30 则：z 1=n5z 5/ n1=265mm d=mz=1325mm 3=arctan(17/30=29.5° 2=90°-29.5°=60.5° n 2

11、= n2' =n3z 3/z2=75 r/min取Z 2' =16 则：Z 1=n2' z 2' /n1=200 1=arctan(16/200=4.56° 2' =90°-4.56°=85.44° 十、药料压片成形机动作说明各级传动都为齿轮或蜗轮蜗杆传动，传动精度高，运动可靠。上冲头同曲柄滑块机构带动，运动精度高，移动料筛H 至下冲头的型腔上方等待装料，并将上一循环已成型的片坯推出（卸料）；然后料筛振动，将药料筛入型腔。下冲头下沉一定深度，以防止上冲头向下压制时将药料扑出；继而上冲头向下。下冲头向下加压，并在一定

12、时间内保持一定的的压力；最后上冲头快速退出，下冲头随着将成型的片坯推出型腔；这样就完成了一个循环周期。由于要求第分钟制成成品10件，则规定C 、D 、E 转速同步，且转速均为10 r/min。十一、凸轮轮廓线的计算 （）凸轮基圆的确定在实了设计中规定了凸轮机构压力角的许用值，对于直动从动件通常取=30°38°。由于机械系统要求下冲头的承载能力较大，且欲系统结构紧凑，因而凸轮机构在运动的某一个位置出现的最大压力角max 的前提下，基圆半径尽可能小。由于下冲头为对心直动滚子推杆盘形凸轮机构。 由：s /d-0 S=24mm 解之得：r 033mm 85mm.取基圆半径r 0=4

13、0mm, 则凸轮机构最大压力角为max =32°。由于凸轮廓线min 15mm, 则取凸轮机构的最小曲率半径为min =10mm。 （）滚子半径的确定r T由于滚子半径r T 必须小于理认轮廓线外凸部分的最小曲率半径min ，因此取r T =0.8min =8mm ( 从动件的运动规律为避免产生振动和冲击，且要求传动较平稳，则取从动件在推程以简谐运动规律上升，行程为H=24 mm；回程以等加速等减速成运动规律返回。 （）从动件位移线图及凸轮轮廓线如下 十二、参考文献1：郑文纬 吴克坚主编。机械原理. 第七版：东南大学机械学学科组：高等教育出版社，1996,112：牛鸣岐 王保民 王振

14、甫编著. 机械原理课程设计手册. 重庆:重庆大学出版社, 2001,113:中国机械工程学会. 朱孝录主编. 机械传动设计手册. 北京:电子工业出版社, 2007.7十三、心得体会这是我们步入大学之后的第一次做课程设计，虽然有些茫然和不知所措，但在老师的指导和同学的相互帮助下，还是按时完成了设计。这次课程设计让我体会很深，同时也学到了较多东西。在这次课程设计中，充分利用了所学的机械原理知识；根据使用要求和功能分析，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当中去，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。在以后的学习和工作中，仅靠我们自己个人力量是远远不够的，必须聚集大家的智慧，才能创造出令人满意的产品来。通过这个课程设计，也为我