贵州大学机械原理课程设计压片成型机(指导教师：戴明)

1、1. 课题概述22. 方案对比及优选 33. 机构参数计算 8 I少4. ProE三维建模 1211 /:C/t_/ X a 厂卞一 一-亠I” ； j ! |5. 凸轮设计 136. 连杆运动学分析 14I I-|- i7. 总结 168. 附录 179. 参考文献 26压片成型机、.课题概述1压片成形机介绍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。2压片成形机的工艺动作（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

2、进入型腔是粉料扑出。（3）上冲头退出，下冲头随后顶出压好的片坯。（4）料筛推出片坯。11/73.设计要求: ,| j : I 11 |（1）上冲头完成往复直移运动（铅垂上下）。因冲头上升后要留有料筛进入的空 间，故冲头行程为100m m。因冲头压力较大，因而加压机构应有增力能力。（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 21m m,到 待料位置。 I I -.（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4550m m,推卸片坯。二. 方案

3、对比及优选上冲头方案设计与分析：方案1说明：杆1带动杆2运动，杆2使滑块往复运动，同时带动杆 3运动，从而达到 所要求的上冲头的运动。此方案可以满足保压要求，但是上冲头机构制作工艺复 杂，磨损较大，且需要加润滑油，工作过程中污损比较严重。万案2说明：六杆机构(由摇杆滑块和曲柄摇杆组成)评估：可计算机构自由度F=3*5-2*7=1 ,此机构是一个六杆机构，曲柄为主动件, 带动摇杆摇动及滑块上下运动，其有增力功能，机构简单。综合以上两个方案的优缺点，认为是使用方案二进行设计是比较好的选择。送料机构方案设计与分析：=/主要作用是将坯料送至加工位置， 且能实现往复运动要求，故有以下方案可供选I I .

4、 ”:/ /J择。! . ! i 11* j ji J I | I方案一：曲柄滑块机构评估：计算机构自由度F=3*3-2*4=1，此机构能坯料送至加工位置，而且有急回 特性，但是不是很容易筛料，不太理想。II .方案二：凸轮滑块机构评估：计算机构自由度F=3*3- (2*3+1) -1=1此机构能将坯料送至加工位置，不 但能够做往复运动，而且容易筛料，结构简单，易于控制。综上，选择方案二，自由度F=3 n-(2pl+ph)=1 。下冲头方案设计与分析：方案一：运用曲柄连杆机构实现下冲头的往复移动。但实现不了下冲头的间歇运动。方案二：为了更好的实现工作，下冲头需要较高的承受能力。凸轮机构（对心直

5、动滚子推杆凸轮机构），结构简单，有较高的承受能力，还能 实现间歇运动，满足运动要求。自由度 F=3n-（2pl+ph）,3*3-（2*3+1）-1=1，故可以选择。选择方案由于压片成形机的工作压力较大，行程较短，一般采用肘杆式增力冲压机构 作为主体机构。它是由曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串接而成。 先设计摇杆滑块 机构，料筛采用凸轮机构，可使其达到往复振动的运动效果； 下冲头也采用凸轮 机构，可达到保压效果，且此方案的稳定性较好，故选用此方案。若选用连杆机构，必须确定各构件的长度；选用凸轮机构，必须确定凸轮的 理论轮廓线和实际轮廓线。确定设计方案根据上面对各机构选择的最佳方案，最终选用方案为:送

6、料机构偏置曲柄滑块机构移动凸轮机构（“）上冲头机构移动凸轮机构曲柄摇杆机构（“）下冲头机构对心直动滚子推杆凸轮机构（“）曲柄连杆机构三、机构参数计算A. 减速机构的设计及尺寸计算根据选定的驱动电机的转速n=1440r/min和生产率为20片/min，所以机械传动系统的总速比为：1=1440/20=72为方便配合各个机构的运动规律，总方案中齿轮 1、2、3、4四个的转速均设定为20r/min，另外5、6、7三个齿轮的转速设定为40r/min，则行星轮系的齿轮设计如下:各齿轮压力角和模数均取标准值：a=20m=1ha*=1c*=0.25,Z1=20Z2=32Z3=45Z4=71在行星轮系中：nH=

7、1440r/mi ni3H=1-i31H=1-(Z3 Z1)/(Z2 Z4)=20/1440=1/72又 iH3=nH/n3=72所以 n3=20r/min综上可以刚好使齿轮一的转速为20r/mi n ，故可以直接使用。1 IB. 连杆的设计与分析.Zz | ； ; | I ； I I连杆的分析主要为上冲头中的六连杆部分，它事由两个四杆机构组成，分别是摇杆滑块机构与曲柄摇杆机构，曲柄为主动件，带动摇杆摇动及滑块上下运动，I .； I完成上冲头的动作过程。r 8 I1、摇杆滑块(图形如下)假设 AB=150mmBC=250mm知 H=100mmI 1- I I如图C2点为上冲头运动的最低点，根据

8、冲头行程 H=100mm作图：可得冲头的起 始运动点C位置，如图所示，再以A为圆心，AB长为半径画弧，另以G为圆心, BC长为半径画弧，两段圆弧交点即为E1点，用直尺量取摆角 二54。2、曲柄摇杆假设机构的行程速比系数 K=1.5，则极位夹角9=180 (K+1 ) / (K-1) =36 : 又由上已知摇杆 AB = 150mm,摆角 二54 ，9=36。，则可设计一个四杆机 构。如下所示。作图：(1) 以任意点A作任意角度的Bi点和B2点(2) 连接Bi点和B2点，过Bi点作线段B1B2的垂线，再以B2点量取与B1B2 线成夹角为90 -匸54。角度的线段，两者交点即为 B1B2点，在三角

9、形B1PB2 中作任意两条线的中垂线交点即为圆心 0，则可做该三角形的外接圆，即点E即 在圆上。(3) 假设点E在垂直于AD的右侧处，量取 AE=130mm，连接EB2, EB1，由 DE= (LEB2-LEB1) /2,所以以点B2为圆心B2E长度为半径画弧交，则 EB2于点 F，则EF=2DE，分别以E，F为圆心相同半径画弧交两点，连接两点线段与 EF 交点即为点D,再以E点为圆心DE为半径画圆，圆弧即为 D点的运动轨迹线。x I I I TI I | IM | I(4) 用直尺在图中可量得 DE=55mmBD=145mm其中AB+DE *E+BD满足杆长条件。I-亠;I I综上，上冲头机

10、构的尺寸为：摇杆 AB=150mm 曲柄 DE=55mm 连杆 BD=145mm机架AE=130mm 极位夹角6=36。行程速比K=1.5。如图：C. 机械运动参数设计从机构运动上来看，整个机构分为送料、压片、推出片坯、送成品四个环节， 正确处理四个环节、合理安排各机构运动的先后顺序及具体运动行程是设计循环 的关键。其中送料可以通过凸轮完成，压片有上下冲头共同作用完成，推出片坯 由下冲头上升完成，送成品通过凸轮推动筛子来将成型的片坯推到滑道来完成。 所以循环图就归为上冲头、下冲头、送料三个。为了保证上冲头、凸轮、送料机构这三个运动不冲突，在分析三者关系之后发 现下冲头的运动是整个机构的关键部分

11、， 所以在设计机构运动循环图的时候，率 先设计上下冲头。由于上下冲头关系密切，在运动的过程中，为了达到高效快速 的效果，要保证两者互相之间运动不冲突。动作关系表如下：上冲头进进退退料筛退近休进远休下冲头退近休进远休X 1-通过分析计算可大致得到初步结论如下:有连杆机构中设定得行程速比系数K=1.5，设前半段为X，后半段为丫，由函数关系有:2216 360。上冲头上升100mm四、Pro/E三维建模为了更直观、更形象、跟容易被人理解以及及时纠正数据设计的错误， Pro/E 的三维建模很有必要，在实施实物制作前，可以提前看到效果，对不完善的地方， 还可及时修正改善，在正式实施前就解决好，使得设计更

12、加完善。在Pro/E三维建模过程中，首先根据已知计算数据创设各个零件，再根据设 计图将各个零件按照规定程序组装，组成机构或机器，完成建模。来源：网络转载建模过程中尤为注意的是零件尺寸必须按照所需尺寸设定，否则将会出现建 模阻碍导致建模失败；其次便是各个零件或机构在连接过程中的连接方式及参照 的选择，这些都是有可能导致建模失败的原因。所以，在三维建模过程中，应当加倍注意个中细节，才能完美建模。三维建 模图如附录图XVI。五、凸轮设计送料机构凸轮：声、I、 撐 f L F #基圆半径ri=80mm偏距e=0,滚子半径10mm,推杆行程h=60mm/丄/h “f.匚乙#运动规律：I| I|7 :/I

13、 f2 仃10 10 静止（装料）、X 丿I210 30。左移 30mm330 60。近休（卸料）I 匸7 匸二、 iI Ii 1460 85。左移 30mmI、.I广、八,XI585 220。静止（压片）I* II $、.6220 300。右移 60mm L、- J _|（ Lf I I.I gl %I人 I I I7300 360。远休送料机构循环图见附录图III下冲头凸轮：假定基圆半径r0=30mm,偏距e=0,滚子半径10mm,推杆长度设为150mm，推杆行程 h=21mm。运动规律：10 60。静止260 -85 下移3mm385 -194 近休4194 216。上升 8mm5216

14、 220。静止6220 280 上升 16mm7280 300。远休8300 360。下降 21mm下凸轮机构循环图见附录图II六、连杆运动学分析电动机转速/（ r/min） : 1440；.乙八；;j I ； ： |生产率/（片/min）: 20；冲头压力/N: 150000;.1； I料筛高L=30mm直径D=30mm成品规格：20mmx 5mm。1连杆机构位移与周期分析（图见附录图IV）由要求知，生产率为20件/min，所以每生产一件的时间周期为3s,冲头的 输送长度为100mm由位移时间图像分析可知，三维模型中对送料机构的周期 T=3s,行程L=100mm与设计的要求大体是一致的，因此

15、符合要求。2送料连杆机构的速度，加速度与周期分析（图见附录图V、图VI）已知连杆的运动是有急回运动的，其行程速比为1.5 ,周期T=3s,有分析速度时间图像可知，回程速度大于进程速度，其进程速度和回程速度特性是符合设计要求的。总结在一段时间的设计过程中，我发现了许多的问题，在设计的过程中有许 多我们平时都不太重视的东西，也有很多的难题，在这一段时间里我们每个人都 是互相询问和帮助，这给了我很大的动力，有的不懂我们就会再一起讨论问题， 设计完了我们就会回到宿舍去画图。 设计的过程中，我感触最深的当属查阅了很 多次设计书和指导书。为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准，一次次 翻阅机械设计书是

16、十分必要的，同时也是必不可少的。这次的机械设计我学到了很多以前在书本没有学到的东西，知识有了较大的提升，特别是对干粉压片机的结构原理与设计分析更加清楚深刻。真用铅笔来做图真的很困难，怪不得大家都喜欢 CAD在这次课程设计中，充分利用了所学11 c。 / /的机械原理知识，根据设计要求和设计分析，选用 组合成机械系统运动方案，:X 1 j : I ,11 I j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。这次课程设计让我充分体会到设计需要大胆创新这一层面。创新也是一个,1; I国家、一个社会、一个企业必不可少的，设计中的创新需要高度和丰富的创造性i思维，没有创造性的构思，就没有产品的创新，产品也就不具有市场竞争性。在 设计过程中，虽然我们的创新是简显的，但这也锻炼了我们的能力，更指明了我 们努力的方向。整个设计我基本上还满意，由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评 指正。附录S/mm 5* I图IV六杆机构s-t图图V六杆机构v-t图图VI六杆机构a-t图图VII下冲头凸轮参数显示图VIII下冲头凸轮参数设计分析图IX下冲头凸轮行程分析图X下冲头s、v、a分析图XI送料机构凸轮参