机械原理自动压片机课程设计

1、目 录1 绪论11.1课程设计题目11.2 工艺动作的分解11.2.1压片成形机的工艺动作21.3 设计要求21.3.1上冲头、下冲头、送料筛的设计32 课程设计题目分析42.1 总功能分析42.2 总功能分解42.3 自动压片机的设计参数的选择42.4自动压片机的方案52.5 自动压片机机械运动简图72.6 运动循环图73 执行机构的设计和传动比的计算103.1 曲柄摇杆増力机构设计103.2 盘形凸轮B的设计1033 几何封闭凸轮C的设计113.4 带传动和齿轮传动比的计算123.5 干粉压片机动作说明144 主要参考书目151 绪论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

2、要各种各样的质量优、性能好、能耗低、价格廉的机械产品。其中，产品设计是决定产品性能、质量、水平、市场竞争能力和经济效益的重要环节。产品的设计包括机械设备的功能分析、工作原理方案设计和机械运动方案设计等。这些设计内容可作为机械原理课程设计的内容。很明显，产品设计本身如果存在问题，常常属于根本性的问题，可能造成机械产品灾难性的失误。因此我们必须重视对学生进行机械原理设计能力的培养。为了培养学生的开发和创新机械产品的能力，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，并能对方案中的某些

3、机构进行分析和设计。”在机械原理课程中加强机械运动简图能力的培养，已越来越为广大师生所认识。1.1课程设计题目课程设计题目：自动压片成形机设计自动压片成形机，将具有一定湿度的粉状原料（如陶瓷干粉、药粉）定量送入压形位置，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。设计数据见表 1.1 表 1.1 压片成形机设计数据 1.2 工艺动作的分解（1）送料,脱离机构：凸轮做周期内带有震荡的直线往复运动（2）上冲头机构：往复直线运动 （3）下冲头机构：往复直线运动1.2.1压片成形机的工艺动作如图 1.1 所示，压片成形机的工艺动作

4、是： （ 1 ）干粉料均匀筛入圆筒形型腔（图 1.1 a ）。 （ 2 ）下冲头下沉 3 mm ，预防上冲头进人型腔时粉料扑出（图 1.1b ）。 （ 3 ）上、下冲头同时加压（图 1.1c ），并保持一段日间。 图 1.1 压片成形机工艺动作 （ 4 ）上冲头退出，下冲头随后顶出压好的片坯（图 1.1d ）。 （ 5 ）料筛推出片坯（图 1.1a ）。1.3 设计要求（ l ）压片成形机一般至少包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构在内的三种机构。 （ 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

5、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，校核最大压力角与最小曲率半径，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 ）编写设计计算说明书。 （ 7 ）学生可进一步完成机器的计算机演示验证、凸轮的数控加工等。1.3.1上冲头、下冲头、送料筛的设计上冲头、下冲头、送料筛的设计要求是： （ 1 ）上冲头完成往复自移运动（铅锤上下），下移至终点后有短时间的停歇，起保压作用，保压时间为 0.4s 左右

6、。因冲头上升后要留有料筛进人的空间，故冲头行程为 90 100mm 。因冲头厂力较大，因而加压机构应有增力功能（如图 1.2a 所示）。 图1.2 设计要求 （ 2 ）下冲头先下沉 3 mm ，然后上升 8 mm ，加压后停歇保压，继而上升 16 mm ，将成形片坯顶到与台内平齐后停歇，待料筛将片坯推离冲头后，再下移 21 mm ，到待料位置（如图 1.2b 所示）。 （ 3 ）料筛在模具型腔上方往复振动筛料，然后向左退回。待批料成型并被推出型腔后，料筛在台面上右移约 45 50 mm ，推卸片坯（如图 1.2c 所示）。 上冲头、下冲头与送料筛的动作关系见表 1.3 表 1.2 动作关系上冲

7、头 进 退 送料筛 退 近休 进 远休 下冲头 退 近休 进 远休 2 课程设计题目分析2.1 总功能分析根据题目要求，要最终将干粉压制成片坯。若要求获得质量较好的成品，可采用诸多方法。下面采用黑箱法进行分析： 图2.1 总功能分析图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，本题采用了自动加工的方法压制片坯。2.2 总功能分解设计干粉压片机，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,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

8、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。得如下表所示的树状功能图： 图2.2 树状功能图2.3 自动压片机的设计参数的选择电动机：970 r/min生产率：20 片/min成品尺寸：直径×厚度（mm×mm）60×35冲头压力：150N机械运转不均匀系数：0.05冲头质量：10 Kg2.4自动压片机的方案 表2.1 自动压片机方案选择矩阵功能元 功能元分解1234减速A带传动链传动齿轮传动蜗杆传动减速B带传动链传动齿轮传动蜗杆传动上冲头运动C移动推杆圆柱凸轮曲柄导杆滑块机构偏置曲柄滑块机构曲柄摇杆机构送料机构

9、D涡轮蜗杆机构移动凸轮机构偏置曲柄滑块机构下冲头运动E双导杆间歇运动机构移动凸轮机构曲线槽导杆机构由上表所列矩阵可知，可能的运动方案数目为N=4*4*4*3*3=576 种.从此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；是否满足承载要求；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

10、蜗杆传动。对于上冲头运动C，要实现往复直线移动，还有考虑急回特性，且要有一段保压时间。因此选曲柄滑块或摇杆机构。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，故采用凸轮或蜗杆机构。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。根据上述优缺点的比较，我选出了方案为：A1+B3+C4+D2+E2 表2.2 所选执行机构优缺点详细比较机械形式优点缺点带传动1）能起缓冲和吸振作用，可使传动平稳，噪声小。2）过载时，带在轮面上打滑，可以防止损坏其他零件，起安全保护作用。3）适用于

11、两轴中心距较大的场合。4）结构简单，容易制造，维护方便，成本低廉。1）因为带传动受摩擦力和带的弹性交形的影响，所以不能保证准确的传动比。2）效率较低 齿轮传动1）能保证恒定的瞬时传动比，传递运动准确可靠。2）传递功率的范围比较宽，可以从很小的功率直到几万马力经过磨齿的齿轮传动圆周速度可达100米秒；3）机械传动效率比较高，一般圆柱齿轮传动效率可达98以上，而且使用寿命也较长。4）齿轮机构的结构紧凑，体积比较小。1）传动噪音比较大，对冲击比较放敏感，不宜用在轴线距离较大的部件上。2）齿轮制造精度要求比较高，不能缓冲，高速传动精度不够是有噪音，无过载保护，相应的成本也比较高凸轮机构设计适当的凸轮轮

12、廓曲线便可以获得任意预定的运动规律而且结构简单、紧凑。凸轮和从动件之间为高副接触，压强较大，易于磨损，一般只用于传递动力不大的场合。连杆机构运动副均为低副，可承受较大的载荷，利于润滑，磨损较小，形状简单，便于制造。但原动件的运动规律不变可用改变构件的相对长度得到不同的运动规律由于连杆结构的运动必须经过中间关键进行传递，因而传递路线较长，易产生较大的误差积累，机械效率降低。在运动过程中，连杆及滑块的质心都在做变速运动，所产生的惯性力难以消除，不宜用于高速运动。2.5 自动压片机机械运动简图根据以上各执行机构的选型，和各执行机构的位置，做出机构运动简图如下： 2.3 压片机机械运动示意简图注：A.

13、带传动 B.移动凸轮 C.几何封闭移动凸轮焊接在涡轮上2.6 运动循环图要保证系统的正常工作，须使三个执行机构协调运动，故需做机构运动的协调设计，即机械运动循环图的设计，现分析如下：所选系统具有一个模具 (圆筒形型腔) 和三个执行构件 (一个上冲头，一个下冲头和一个料筛)。根据工艺过程，三个执行构件的运动形式为：(1) 上冲头完成往复(铅垂上下)直移运动，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、故冲头行程约为90100 mm。若机构主动件一转 (2p)完成一个运动循环，则上冲头位移线图的形状大致如图2.4 a所示。(2) 下冲头先下沉3 mm，然后上升8 mm

14、 (加压) 后停歇保压，继而上升16 mm，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21 mm到待装料位置。其位移线图大致如图2.4 b所示。 图2.4 三执行机构的运动线图 (3) 料筛在模具型腔上方往复振动筛料，然后向左退回，待坯料成形并被推出型腔后，料筛再在台面上右移约4550 mm推移成形片坯，其位移线图大致如图2.4 c所示。(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动作的先后顺序、相位，以利于设计、装配和调试。上冲头加压机构主动件每转完成1个运动循环，所以拟订运动循环图时，以该主动件的转角作为横坐标 (0°360°

15、)，以各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止位置，而不必准确表示出运动规律。 图2.5 压片机的运动循环图例如，料筛退出加料位置 (图2-15中线段) 后停歇。料筛刚退出，下冲头即开始下沉3 mm (图2.5中)。下冲头下沉完毕，上冲头可下移到型腔入口处 (图2.5中)，待上冲头到达台面下3 mm处时，下冲头开始上升，对粉料两面加压，这时，上、下冲头各移8 mm (图2.5中)，然后两冲头停歇保压 (图2-15中)，保压时间约0.4秒，即相当于主动件转60°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和台面平齐，顶出成形片坯

16、 (图2.5中)。下冲头停歇待卸片坯时，料筛推进到型腔上方推移片坯 (图2.5中)。下冲头下移21 mm的同时，料筛振动粉料 (图2.5中) 而进入下一个循环。拟定运动循环图 (图2.5) 时，还要注意一个问题，即各机构执行构件的动作起止位置可视具体情况重叠安排。例如上冲头还未退到上顶点，料筛即可开始移动送进；而料筛尚未完全退回，上冲头已开始下行，只要料筛和上冲头不发生碰撞 (阻挡) 即行。这样安排，可增长执行构件的运动时间，减小加速度，从而改善机构的运动和动力性能。确定运动循环图后，即可据此拟订合适的运动规律曲线，进行机构设计。必要时，再对设计的机构进行运动分析，用分析得到的位移规律到运动循

17、环图上观察机构运动是否协调。若有不当之处，应将运动循环图作适当修正。3 执行机构的设计和传动比的计算根据运动循环图所确定的运动规律对三个机构分别进行设计。此外，当各机构按运动循环图确定的相位关系安装以后，应能作适当的调整，故在机构之间还需设置能调整相位的环节 (也可能是机构)。3.1 曲柄摇杆増力机构设计曲柄摇杆増力机构设计，其图如下：根据科学的计算，可以画出如图3.1所示的的曲柄摇杆増力机构，选取了合适的杆长，从而满足上冲头有90l00 mm的行程而曲柄转角则在60°左右，同时在保压时上冲头的位移不大于0.4 mm或更小 。根据数据科学计算得出杆长A=60mm,杆长B=245mm，

18、杆长C=50mm,杆长D=150mm,杆长E=150mm。且上冲头为直接为60mm的圆柱，圆柱高度为20mm。其后，再对设计结果进行运动分析，可得到机构正确的运动规律。最后，再回到运动循环图上，检查它与其它执行构件的运动有否干涉的情况出现,必要时可修正运动循环图。 图3.1 曲柄摇杆増力机构3.2 盘形凸轮B的设计盘形凸轮B的设计，其图如下： 图3.2 盘形凸轮B盘形凸轮B，经过计算取基圆半径R=50mm，在图3.2左图中小圆即为基圆，按照滚子的位移从1位置开始，根据图2.7右图，每隔20°即选取1个点按照角度和位移得出1-18个位置，用曲线连接各个位置点，从而得到如左图的所求凸轮。

19、其中图3.2左图中A为安装的开始位置，即为图2.5 运动循环图下冲头的起始位置180度处。B为凸轮的基圆中心，也为此凸轮的转动中心。齿轮轴安装于其中。下冲头为直接为60mm的圆柱，圆柱高度为40mm，杆长为100mm33 几何封闭凸轮C的设计几何封闭凸轮C的设计，其图如下： 图3.3 焊接在涡轮上是几何封闭凸轮C由于送料机构要往返运动，要实现这个目的，选用的凸轮需选择几何封闭凸轮。如图3.3所示，根据计算选择了基圆半径R=50mm，即图中上图小圆。根据图3.3下图中，每隔20°取点位置，据角度和滚子位移选取了1-13个位置点，1-2间为与基圆的圆弧重合，按顺序连接2-13间各点，再整

20、体向外偏移10mm, 从而得到所求凸轮如上图所示。由于要在45-50mm处震动料筛，故在滚子处设计成波浪形，从而实现料筛的震动，滚子处也是凸轮的起始安装位置。图中的机架位置即为凸轮的转动中心。图中A为安装的起始位置点，滚轮直径为8mm。经过计算杆长B=95mm,C=30mm,D=40mm,且B、C焊接在一起成为一个构件。3.4 带传动和齿轮传动比的计算 图3.4 执行机构传动比计算图上图中各字母指代如下：A、带传动B、盘形凸轮C、几何封闭凸轮焊接在涡轮上D、上冲头E、下冲头F、涡轮G、蜗杆H、传动锥齿轮I、传动直齿轮J、料筛根据选定的驱动电机(图3.4)的转速n=970r/min 和生产率为2

21、0片/分钟，它的机械传动系统的总速比为：I=970/20=48.5以下压力角和模数均取标准值 a=20°3mm第一级皮带减速：电动机的皮带轮的半径为R,取R=20mm,R1=60mm.则有I=n/n1=R1/RI=3 n1=n*R/R1=970×20÷60=323.4r/min第二级齿轮减速：由图2.9可得到n1=n1=323.4 取z1=15 z2=60I=n1/n2=z2/z1n2=n1×z1÷z2=323.4×15÷60=81.6r/min又由n2=n2=81.6r/min 且n3=n3=n3=n3=20r/min即可得出 I=n2/n34 z2=15 z3=60由图可以看出n5=n8=20r/min 取z4=6 m=3 则查表得 d1=45 z5=30 n4=n5×z5÷z4=100r/min=n4取z4=1