机械原理课程设计-压片成形机

机械原理课程设计机械原理课程设计说明书设计题目：压片成形机汽车工程系车辆工程专业目录1.设计题目 22.设计要求 33.设计提示 44.运动方案评估 55.连杆、曲柄尺寸计算 65.1设定摇杆长度 65.2确定摇杆摆角 65.3通过图解法求出曲柄摇杆机构中曲柄与连杆的长度 76.凸轮基圆半径以及滚子直径的计算确定 86.1凸轮的基圆半径计算 86.2凸轮轮廓的确定 86.3滚子半径的确定 8附录1：运动循环图（A4纸） 8附录2：上冲头机构运动简图（A3纸） 8附录3：下冲头凸轮机构轮廓图（A3纸） 8

1.设计题目(本小组所采用的生产率为15片/min，并采用方案B)计自动压片成形机，将具有一定湿度的粉末状原料（如陶瓷干粉、药粉）定量输入压形位置，经压制成型后脱离该位置。机器的整个工作过程（送料、压形、脱离）均自动完成。该机可压制陶瓷圆形片坯、药剂（片）等。设计数据见表1.1。表1.1压片成形机设计数据方案号电动机转速/(r/min)生产率/(片/min)成品尺寸（）（mm，mm）冲头压力/N机器运转不均匀系数/m冲/kgm杆/kgA14501080x51500000.10125B9701560x51000000.08104C9702040x51000000.0593如图1.2所示，压片成形机的工艺动作是：（1）干粉料均匀筛入圆筒形型腔，如图1.2（1）。（2）下冲头下沉3mm，预防上冲头进入型腔使粉料扑出，如图1.2（2）。（3）上冲头进入型腔后，下冲头开始上升，如图1.2（3），上下冲头同时加压并保持一段时间，如图1.2（4）。

（4）上冲头退出，下冲头随后顶出压好的片坯，如图1.2（5）。（5）料筛推出片坯，如图1.2（6）。图1.2工艺动作图上冲头、下冲头、送料筛的设计要求是：（1）上冲头完成往复直移运动（铅垂上下），下移至终点后有段时间的停歇，起保压作用，保压时间为0.4s左右。因冲头上升后要留有料筛进入的空间，故冲头行程为为90～100mm。因冲头压力较大，因而加压机构应有增力功能（如图1.3a所示）。图1.3（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（如图1.3b所示）。（3）料筛在模具型腔上方往复震动筛料，然后向左退回。带批料成形并被推出型腔后，料筛在台面上右移约45～50mm，推卸片坯（如图1.3c所示）。上冲头、下冲头与送料筛的动作关系见表1.4。表1.4动作关系上冲头进退送料筛退近休进远休下冲头退近休进远休2.设计要求（1）压片成形机至少应包括连杆机构、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，执行机构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，计算图轮廓线。（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，会出运动线图。如果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：凸轮的数控加工、半自动转床的计算机演示验证等。3.设计提示（1）个执行机构应包括：实现上冲头运动的主加压机构、实现下冲头运动的辅助加压机构、实现料筛运动的上下料机构。个执行机构必须能满足工艺上的运动要求，可以有多种不同形式的机构供选用。如连杆机构、凸轮机构等。（2）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，为了保压，要求摇杆铅垂位置的±2°范围内滑块的位移量≤0.4mm。据此刻的摇杆长度式中：=—摇杆滑块机构中连杆与摇杆长度之比，一般取1～2。根据上冲头的行程长度，即可的摇杆的另一极限位置，摇杆的摆角以小于60°为宜。设计曲柄摇杆机构时，为了“増力”，曲柄的回转中心可在过摇杆活动铰链、垂直于摇杆铅垂位置的直线上适当选取，以改善机构在冲头下极限位置附近的传力性能。根据摇杆的三个极限位置（±2°位置和另一极限位置），设定与之对应的曲柄三个位置，其中两个对英语要干的两个极限位置，曲柄应在与连杆共线的位置，曲柄的另一个位置可根据保压时间来设定，因此可根据两连架杆的三组对应位置来设计此机构。设计完成后。应检查曲柄存在条件，若不满足要求，则重新选择曲柄回转中心。也可在选择曲柄回转中心以后，根据摇杆两极限位置是曲柄和连杆共线的条件，确定连杆和曲柄的长度。在检查要赶在铅垂位置±2°时，注意曲柄对应转角是否满足保压时间要求。曲柄回转中心距摇杆铅垂位置越远，机构行程速比系数越小，冲头在下极限位置附近的位移变化越小，但机构尺寸越大。（3）辅助加压机构可采用凸轮机构，推杆运动线图可根据运动循环图确定。设计时，要正确确定凸轮基圆半径。为了便于转动，可将筛料机构置于主体机构曲柄同侧。整个机构系统采用一个电动机集中驱动。要注意主体机构起始位之间的相位关系，否则机器将不能正工作。（4）可通过对主体机构进行运动分析以及冲头相对于曲柄转角的运动线图，检查保压时间是否近似满足要求。进行机构动态静力分析时，要考虑各杆（曲柄除外）的惯性力和惯性力偶，以及冲头的惯性力。冲头质量m冲、各杆质量m杆（各杆质心位于杆长中点）以及机器运转不均匀系数均见表1.1，则各杆对质心轴的转动惯量可求。认为上下冲头同时加压和保压时生产阻力为常数。飞轮安装位置由设计者自行确定，计算飞轮转动惯量时可不考虑其它构件的转动惯量。确定电动机所需功率时还应考虑下冲头运动和料筛运动所需功率。4.运动方案评估上冲头设计方案选取要求：要实现往复直线运动，并且要有急回特性。上冲头完成往复直移运动（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0.4秒左右。因冲头上升后要留有料筛进入的空间，故冲头行程为90mm—100mm。因冲头压力较大，因而加压机构应有增力功能。方案一：曲柄滑块说明：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。方案二：凸轮滚子说明：凸轮旋转带动滚子运动，使杆1与杆2运动，使上冲头上下往复运动，完全能达到保压要求。但上冲头行程要求有90~100mm，凸轮机构尺寸将会变得很大很笨重。方案三：曲柄摇杆说明：此方案使用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串接而成，可以提供较大的工作压力，结构简单、轻盈，能满足保压要求，并能够轻松达到上冲头的行程要求。对上述三种方案进行对比和分析第三种方案最为有效，传动效果好且能够达到设计的要求。故选第三种5.连杆、曲柄尺寸计算5.1设定摇杆长度：选取λ=1.5代入公式：得r≤393mm∴选取r=200mm;∴L=λ×r=200×1.5=300mm5.2确定摇杆摆角根据上图，可知行程的计算公式为此时h=90mmL=300mmr=200mm算的摆角α=44.5°与测量出的图中摆角大小相等又∵题设要求摆角小于60°∴满足要求。5.3通过图解法求出曲柄摇杆机构中曲柄与连杆的长度DC2是摇杆在摆角最大时的位置；DC1是摇杆与铅垂方向夹角为2°的位置；由题意:∵AC2=B2C2-AB2AC1=B1C1+AB1又因为有图测得AC1=142mm,AC2=72mm测得AB=35㎜BC=107㎜测量出保压角为∠B1AB1'=36°检验曲柄存在条件：CD=200mm，AB=69mm,BC=218mm,AD(机架)=220mm满足杆长之和定理，即AD+AB<CD+BC,确保了曲柄的存在。综上所述上冲头机构的尺寸设计如下：曲柄69㎜曲柄连杆218㎜摇杆200㎜滑块连杆300㎜如图所示，AB为曲柄，BC为曲柄连杆，DC为摇杆，CE为滑块连杆详情见附录26.凸轮基圆半径以及滚子直径的计算确定6.1凸轮的基圆半径计算由运动循环图可以得在推程过程中最大的斜率，因为此设计中的凸轮均为对心凸轮，则基圆半径公式为：

为了使机构能顺利工作，规定了压力角的许用值[α]，在使α《[α]的前提下，选取尽你可能大的基圆半径。根据工程实践的经验，推荐推程时许用压力角取以下数值：移动从动件

，

摆动从动件，所以下冲头凸轮机构为移动从动件α=40°，解得基圆半径.为52.3≤rb≤83.2mm。所以取基圆半径rb=80mm.此时压力角为31º。6.2凸轮轮廓的确定将凸轮基圆平均分割，根据下冲头循