機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)

1、湖南工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)資料袋學(xué)院（系、部）20 20學(xué)年第學(xué) 期課程名稱 指導(dǎo)教師 職稱學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 學(xué)號(hào)題 目成 績(jī)起止日期年_月_日年_月日目 錄清單序號(hào)材料名稱資料數(shù)量備注1課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)3課程設(shè)計(jì)圖紙張456機(jī)械原理設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)15噸壓片機(jī)的加壓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)起止日期：2009年6月28 日至2009 年7 月2 日學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)成績(jī)指導(dǎo)教師（簽字）機(jī)械工程學(xué)院（部）2009年5月29 日目 錄 （黑體，三號(hào)，居中）0.設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（黑體，三號(hào)） 21. 工作原理和工藝動(dòng)作分解32. 根據(jù)工藝動(dòng)作和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖33. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型4. 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的選擇和評(píng)定5.

2、 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的速比和變速機(jī)構(gòu)6. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖7. 主加壓機(jī)構(gòu)的尺度設(shè)計(jì)8主加壓機(jī)構(gòu)三維建模9. 主加壓機(jī)構(gòu)速度與加速度分析（分析一個(gè)位置）10. 參考資料11. 設(shè)計(jì)總結(jié)湖南工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2010 2011學(xué)年第2 學(xué)期機(jī)械工程學(xué)院（系、部）材料成型專業(yè) 材1 班級(jí)課程名稱：機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：15噸壓片機(jī)的加壓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)完成期限：自2010年7_月_5_日至2010 年7 月_9 日共_J周內(nèi) 容 及 任 務(wù)一、設(shè)計(jì)的任務(wù)與主要技術(shù)參數(shù)壓片機(jī)是將陶瓷干粉料壓制成直徑為34mm厚度為5mm的圓形片坯。其工藝過(guò)程是：（1）干粉料均勻篩入團(tuán)筒形型腔 （圖a）；（2）下沖頭下沉3mm

3、預(yù)防上沖頭進(jìn)入型腔時(shí)將粉料撲出（圖b）；（3）上、下沖頭同時(shí)加壓（圖c），并保壓一段時(shí)間；（4）上沖頭退出，下沖頭隨后頂出壓好的片坯（圖d）；（5）料篩推出片坯（圖e）其余設(shè)計(jì)參數(shù)是：沖頭壓力15噸（150000N）；生產(chǎn)率每分鐘25片；機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)10% ；驅(qū)動(dòng)電機(jī) 2 . 8kw, 1410r/min二、設(shè)計(jì)工作量要求：對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)課題進(jìn)行工作原理和工藝動(dòng)作分解，根據(jù)工藝動(dòng)作和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn) 動(dòng)循環(huán)圖，進(jìn)仃執(zhí)仃機(jī)構(gòu)選型，構(gòu)思該機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案，并進(jìn)仃的選擇和評(píng)疋，確疋機(jī)械運(yùn) 動(dòng)的總體方案，根據(jù)任務(wù)書(shū)中的技術(shù)參數(shù)，確定該機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的速比和變速機(jī)構(gòu)，作出 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，對(duì)相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的具體尺

4、度進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。要求有設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，相關(guān)圖紙一至兩張。（有條件的要求用三維動(dòng)畫(huà)表述）。進(jìn) 度 安 排起止日期工作內(nèi)容構(gòu)思該機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案運(yùn)動(dòng)分析及作圖整理說(shuō)明書(shū)與答辯主要參考資料:1朱理.機(jī)械原理M.北京：高等教育出版社，2008： 15-200:2鄒慧君.機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)M.北京：高等教育出版社，2009： 15-250指導(dǎo)教師：鄒培海 2010年6 月1 日1. 工作原理和工藝動(dòng)作分解 （黑體，小三號(hào)，居中）（宋體，小四，行距 20 磅）根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求，該機(jī)械的應(yīng)有的工藝過(guò) 程是，機(jī)構(gòu)應(yīng)具有一個(gè)模具 （圓筒形型腔）和三個(gè)執(zhí)行構(gòu)件 （一個(gè)上沖頭，一個(gè) 下沖頭和一個(gè)料篩 ） 。三個(gè)執(zhí)行構(gòu)件

5、的運(yùn)動(dòng)形式為：（1） 上沖頭完成往復(fù) （鉛垂上下 ）直移運(yùn)動(dòng)，下移至終點(diǎn)后有短時(shí)間的停歇， 起保壓作用，因沖頭上升后要留有料篩進(jìn)入的空間，故沖頭行程約為 90 一 100mm若機(jī)構(gòu)主動(dòng)作一轉(zhuǎn)完成一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)，則上沖頭位移線圖的形狀大致 如圖 1-1 所示。圖 1-1 上沖頭位移線圖 下沖頭先下沉3mm然后上升8mm加壓）后停歇保壓，繼而上升16mm 將成形片坯頂?shù)脚c臺(tái)面平齊后停歇持料篩將片坯推離沖頭后再下移 21mm到待 裝料位置。其位移線圖大致如圖 1-2 所示。圖 1-2 下沖頭位移線圖（3） 料篩在模具型腔上方往復(fù)振動(dòng)篩料，然后向左退回，待坯料成形并被 推出型腔后，料篩復(fù)在臺(tái)面上右移約

6、45 50mm推卸成形片坯，其位移線圖大 致如圖 1-3 所示。圖 1-3 料篩位移線圖2. 根據(jù)工藝動(dòng)作和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖的目的是確定各機(jī)構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件動(dòng)作的先后順序、 相位，以 利于設(shè)計(jì)、裝配和調(diào)試。上沖頭加壓機(jī)構(gòu)主動(dòng)件每轉(zhuǎn)完成一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)所以擬訂運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖時(shí)， 以 該主動(dòng)件的轉(zhuǎn)角作為橫坐標(biāo) （0、360），以各機(jī)構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件的位移為縱坐標(biāo) 作出位移曲線。 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖的位移曲線主要著眼于運(yùn)動(dòng)的起迄位置， 根據(jù)上述 表述作出壓片機(jī)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖如圖 2-1 所示。圖2-1壓片機(jī)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖3. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型由上述分析可知，壓片機(jī)機(jī)構(gòu)有右三個(gè)分支：一為實(shí)現(xiàn)上沖頭運(yùn)動(dòng)的主加壓 機(jī)械二

7、為實(shí)現(xiàn)下沖頭運(yùn)動(dòng)的輔助加壓機(jī)構(gòu)；三是實(shí)現(xiàn)料篩運(yùn)動(dòng)的上、下科機(jī)構(gòu)。 此外，當(dāng)各機(jī)構(gòu)按運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖確定的相位關(guān)系安裝以后應(yīng)能作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，故在機(jī)構(gòu)之間還需設(shè)置能調(diào)整相位的環(huán)節(jié)（也可能是機(jī)構(gòu)）。主加壓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程：實(shí)現(xiàn)上沖頭運(yùn)動(dòng)的主加壓機(jī)構(gòu)應(yīng)有下述幾種基本運(yùn)動(dòng)功能：1）:沖頭要完成每分鐘25次往復(fù)移動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所以機(jī)構(gòu)的主動(dòng)構(gòu)件轉(zhuǎn)速應(yīng)為25r / mi n,以電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)力，則主加壓機(jī)構(gòu)應(yīng)有運(yùn)動(dòng)縮小的功能2）因上沖頭是往復(fù)運(yùn)動(dòng)，故機(jī)構(gòu)要有運(yùn)動(dòng)交替的功能3）原動(dòng)機(jī)的輸出運(yùn)動(dòng)是轉(zhuǎn)動(dòng)，上沖頭是直移運(yùn)動(dòng)，所以機(jī)構(gòu)要有運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換的 功能4）因有保壓階段，所以機(jī)構(gòu)上沖頭在下移行程末端有較長(zhǎng)的停歇或近似停 歇的功能；5

8、）因沖頭壓力較大，所以希望機(jī)構(gòu)有增力的功能，以增大有效作用力，減 小原動(dòng)機(jī)的功率。先取上述（1）、（2）、（3）三種必須具備的功能來(lái)組成機(jī)構(gòu)方案。若每一功 能僅由一類基本機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖 3-1所示，可組合成3*3*3 = 27種方案。札構(gòu)罰BE肯聲機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)阿1（討-曰1口圖3-1壓片機(jī)的功能-技術(shù)矩陣圖按給定的條件，上沖頭在下移行程的末端還有停歇和增力的附加要求，盡量使機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單等等要求來(lái)選擇方案。選出如下圖3-2所示的四種方案作為評(píng)選方案。圖3-2上沖頭的方案構(gòu)思圖4. 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的選擇和評(píng)定圖 3-2 所示的方案一、 三都采用了凸輪機(jī)構(gòu)。 凸輪機(jī)構(gòu)雖能得到理想的運(yùn) 動(dòng)規(guī)律，但要使從動(dòng)件

9、達(dá)到90 一 100mm勺行程，凸輪的向徑比較大，于是凸 輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)空間也較大。 而且凸輪與從動(dòng)件是高副接觸， 不宜用于低速、 大 壓力的場(chǎng)合。圖 3-2 所示的方案二采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，曲柄長(zhǎng)度僅為滑塊行程的一半，機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔， 尺寸較小，但滑塊在行程末端只作瞬時(shí)停歇， 運(yùn)動(dòng)規(guī)律不理想。圖 3-2 所示的方案四，將曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)，則可得到比 較好的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，尺寸也不致過(guò)大。又因?yàn)樗侨透睓C(jī)構(gòu)，宜用于低速、重 載。所以選擇方案四。5.機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的速比和變速機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比計(jì)算：.n電|總=n軸竺 57.625(5-1)第一級(jí)采用帶傳動(dòng)，取傳動(dòng)比為4,第二級(jí)采用雙級(jí)齒輪減速器，傳

10、動(dòng)比 為，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖5-1所示：（應(yīng)該附圖5-1,）6. 壓片機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖綜合本組XXX、 XXX同學(xué)的機(jī)構(gòu)選型，做出壓片機(jī)的總體機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn) 圖，如圖 6-1 所示圖 6-1 壓片機(jī)的總體機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖此處要求把圖6-1 簡(jiǎn)要的說(shuō)明）7. 主加壓機(jī)構(gòu)的尺度設(shè)計(jì)（同組的XXX、同學(xué)做送料機(jī)構(gòu)、下沖頭機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)）假設(shè)已知曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 s 2（圖a），圖b所示為該機(jī)構(gòu)正處于滑快速度接近于零的位置曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律1 1:如圖c實(shí)線所示，而圖d所示為該機(jī)構(gòu)搖桿CAA正處于速度為零的位置。若將圖 b. d 所示的兩個(gè)機(jī)構(gòu)就在圖示位置串聯(lián)，則串聯(lián)以后構(gòu)件OA和QA成為一個(gè)構(gòu)件（圖e），

11、因此，第一個(gè)機(jī)構(gòu)中的1和第二個(gè)機(jī)構(gòu)中的2有如下關(guān)系：式中 o為一常數(shù)圖7-1主加壓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原理圖所以若將圖c的坐標(biāo) 1用2表示則相當(dāng)于曲線平移了一個(gè)距離0（如虛線所示）。當(dāng)s 2和12如圖b、c所示安排時(shí)，則沿圖中箭頭所示走向從1得 2,由 2得s,而從此 1、s得到 1-s曲線上的一點(diǎn)，依此可得出一條1-s曲線。從圖a、c的局部放大圖f中可知，在1由bc0-a的區(qū)域內(nèi)（轉(zhuǎn)角約70 ），滑塊的位移s約在接近零的 一個(gè)很小的范圍（約o. 37mm內(nèi)運(yùn)動(dòng)，依靠運(yùn)動(dòng)副的間隙，可近似認(rèn)為這時(shí)滑 塊是停歇的。由此看來(lái)，若使s2曲線上s為零的附近的一段曲線交化比較平緩，1 I曲線在1的最小值附近的曲線也比

12、較平緩的話，滑塊近似停歇所占 的1角就比較大；又為了使構(gòu)件A B受力小些，同時(shí)也使機(jī)構(gòu)能得到比較 合理的布置，可將曲柄搖扦機(jī)構(gòu) Q A B Q，整個(gè)繞Q逆時(shí)針向轉(zhuǎn)一個(gè)角 度0,如圖g所示，這并不影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能，反而改善了構(gòu)件A B的受力條件。根據(jù)上述分析該機(jī)構(gòu)可按如下步驟設(shè)計(jì)：（1）確定曲柄滑塊機(jī)構(gòu)尺寸。根據(jù)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)特性 （圖7-2a），= l /r愈小，在s = 0處的位移變化愈大，所以應(yīng)選較大的；但 愈大，從s= 090、100m m的位移所需曲柄的轉(zhuǎn)角也愈大；又因?yàn)榍桥c曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中的搖桿串接的，而搖扦的轉(zhuǎn)角應(yīng)小于180,且希望取小一些為好。所以，應(yīng)取一個(gè)合適的曲柄長(zhǎng)度和值，

13、滿足滑決有90 100m m的行程而曲柄轉(zhuǎn)角則在30左右同時(shí)在 2= 178。182的范圍內(nèi)沿塊位移不大于 o. 4mm或更小 （可近似看作滑塊停歇）。J圖7-2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和曲柄搖桿機(jī)構(gòu)特性故取 =1,按 2= 178182。的范圍內(nèi)沿塊位移不大于 o. 4mm計(jì) 算得：L100,2=圖7-2主加壓機(jī)構(gòu)尺寸計(jì)算原理圖(2)確定曲柄搖扦機(jī)構(gòu)尺寸。如圖7-2所示，在壓片位置，機(jī)構(gòu)應(yīng)有較好的 傳動(dòng)角。所以，當(dāng)搖桿在 OA位置時(shí)，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的連桿 AB與OA的夾角應(yīng) 接近90 。此時(shí)，Q若選在AB的延長(zhǎng)線上，則受力最小。故在此線上選一 適當(dāng)位置作Q。具體選定Q的位置時(shí)，可再考慮急回特性的要求，或搖桿速 度接近零的區(qū)域中位移變化比較平緩的要求。它與機(jī)構(gòu)尺寸的大致關(guān)系是：行程速度變化系數(shù)K愈大，在位置A時(shí)的位移變化較大，所以 Q距點(diǎn)A 遠(yuǎn)一些好，但又受到機(jī)構(gòu)尺寸和急回特性的限制， 不能取得太遠(yuǎn)。選定Q以后 可定出與OA兩個(gè)位移 3、 4對(duì)應(yīng)的OB B的兩個(gè)位移 3 4。圖7-3主加壓機(jī)構(gòu)尺寸圖如圖7-3所示，經(jīng)計(jì)算，得曲柄LQB= 97.57mm,連桿Lab= 5