機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)15噸壓片機(jī)的加壓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、目錄機(jī)械原理設(shè)計(jì)任務(wù)書 3第一章、選取設(shè)計(jì)方案8 1-1 方案的選取8 1-2 構(gòu)件選取8第二章、壓片成形機(jī)設(shè)計(jì)示意圖9第三章構(gòu)件組合運(yùn)動(dòng)分析10 3-1 工藝動(dòng)作分解.10 3-2 工藝順序10第四章、各構(gòu)件尺寸及計(jì)算方法11 4-1 各桿尺寸及計(jì)算方法11 4-2 凸輪尺寸及計(jì)算方法11 4-3 傳動(dòng)比設(shè)計(jì)13方案評價(jià) 14參考文獻(xiàn) 14致謝 15課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2009 2010 學(xué)年第 2 學(xué)期 機(jī)械工程 學(xué)院（系、部） 機(jī)械工程及其自動(dòng)化 專業(yè) 機(jī)工081 班級課程名稱： 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

2、年 7 月 11 日共 1 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，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10片； 機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù) 10%；驅(qū)動(dòng)電機(jī) 28kw，1450rmin二、設(shè)計(jì)工作量要求：對設(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

3、和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型，構(gòu)思該機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案，并進(jìn)行的選擇和評定，確定機(jī)械運(yùn)動(dòng)的總體方案，根據(jù)任務(wù)書中的技術(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)簡圖，對相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的具體尺度進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。要求有設(shè)計(jì)說明書一份，相關(guān)圖紙一至兩張。（有條件的要求用三維動(dòng)畫表述）。進(jìn)度安排起止日期工作內(nèi)容7.5-7.6構(gòu)思該機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案7.7-7.9運(yùn)動(dòng)分析及作圖7.10-7.11整理說明書與答辯主要參考資料1 朱理機(jī)械原理北京：高等教育出版社，2008：15-2002 鄒慧君機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)北京：高等教育出版社，2009：15-250指導(dǎo)教師： 陳義莊 2010 年 月 日系

4、（教研室）主任： 王菊槐 2010 年 月 日1 設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)自動(dòng)壓片成形機(jī)，將具有一定濕度的粉狀原料（如陶瓷干粉、藥粉）定量送入壓形位置，經(jīng)壓制成形后脫離該位置。機(jī)器的整個(gè)工作過程（送料、壓形、脫離）均自動(dòng)完成。該機(jī)器可以壓制陶瓷圓形片坯、藥劑（片）等。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)見表 1.1 。表 1.1壓片成形機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如圖 1.2 所示，壓片成形機(jī)的工藝動(dòng)作是：（ 1 ）干粉料均勻篩入圓筒形型腔（圖 1.2 a ）。（ 2 ）下沖頭下沉 3 mm ，預(yù)防上沖頭進(jìn)人型腔時(shí)粉料撲出（圖 1.2b ）（ 3 ）上、下沖頭同時(shí)加壓（圖 1.2c ），并保持一段日間。（ 4 ）上沖頭退出，下沖頭隨后頂出壓好的片坯（

5、圖 1.2d ）。（ 5 ）料篩推出片坯（圖 1.2a ）。圖 1.2 壓片成形機(jī)工藝動(dòng)作上沖頭、下沖頭、送料篩的設(shè)計(jì)要求是： （ 1 ）上沖頭完成往復(fù)自移運(yùn)動(dòng)（鉛錘上下），下移至終點(diǎn)后有短時(shí)間的停歇，起保壓作用，保壓時(shí)間為 0.4s左右。因沖頭上升后要留有料篩進(jìn)人的空間，故沖頭行程為 90 100mm 。因沖 圖1.2 壓片成形機(jī)工藝動(dòng)作上沖頭、下沖頭、送料篩的設(shè)計(jì)要求是： （ 1 ）上沖頭完成往復(fù)自移運(yùn)動(dòng)（鉛錘上下），下移至終點(diǎn)后有短時(shí)間的停歇，起保壓作用，保壓時(shí)間為 0.4s 左右。因沖頭上升后要留有料篩進(jìn)人的空間，故沖頭行程為 90 100mm 。因沖頭廠力較大，因而加壓機(jī)構(gòu)應(yīng)有增力功

6、能（如圖 1.3a 所示）。（ 2 ）下沖頭先下沉 3 mm ，然后上升 8 mm ，加壓后停歇保壓，繼而上升 16 mm ，將成形片坯頂?shù)脚c臺內(nèi)平齊后停歇，待料篩將片坯推離沖頭后，再下移 21 mm ，到待料位置（如圖 1.3b 所示）。（ 3 ）料篩在模具型腔上方往復(fù)振動(dòng)篩料，然后向左退回。待批料成型并被推出型腔后，料篩在臺面上右移約 45 50 mm ，推卸片坯（如圖 1.3c 所示）圖 1.3 設(shè)計(jì)要求上沖頭、下沖頭與送料篩的動(dòng)作關(guān)系見表 1.4表 1.4 動(dòng)作關(guān)系：上沖頭進(jìn)退送料篩退近休進(jìn)遠(yuǎn)休下沖頭退近休進(jìn)遠(yuǎn)休2 設(shè)計(jì)要求（ l ）壓片成形機(jī)一般至少包括連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)在

7、內(nèi)的三種機(jī)構(gòu)。（ 2 ）畫出機(jī)器的運(yùn)動(dòng)方案簡圖與運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖時(shí)，執(zhí)行構(gòu)件的動(dòng)作起止位置可根據(jù)具體情況重疊安排，但必須滿足工藝上各個(gè)動(dòng)作的配合，在時(shí)間和空間上不能出現(xiàn)干涉。（ 3 ）設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)，自行確定運(yùn)動(dòng)規(guī)律，選擇基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑，計(jì)算凸輪廓線。（ 4 ）設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪機(jī)構(gòu)。（ 5 ）對連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。并進(jìn)行連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析，繪出運(yùn)動(dòng)線圖。如果是采用連桿機(jī)構(gòu)作為下沖壓機(jī)構(gòu)，還應(yīng)進(jìn)行連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析，計(jì)算飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。（ 6 ）編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。（ 7 ）學(xué)生可進(jìn)一步完成機(jī)器的計(jì)算機(jī)演示驗(yàn)證、凸輪的數(shù)控加工等。3 設(shè)計(jì)提示（ 1 ）各執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)

8、包括：實(shí)現(xiàn)上沖頭運(yùn)動(dòng)的主加壓機(jī)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)下沖頭運(yùn)動(dòng)的輔助加壓機(jī)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)料篩運(yùn)動(dòng)的上下料機(jī)構(gòu)。各執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須能滿足工藝上的運(yùn)動(dòng)要求，可以有多種不同型式的機(jī)構(gòu)供選用。如連桿機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)等。（ 2 ）由于壓片成形機(jī)的工作壓力較大，行程較短，一般采用肘桿式增力沖壓機(jī)構(gòu)作為主體機(jī)構(gòu)。它是由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串接而成。先設(shè)計(jì)搖桿滑塊機(jī)構(gòu)，為了保壓，要求搖桿在鉛垂位置的范圍內(nèi)滑塊的位移量生成的位移量小于等于0.4mm 。據(jù)此可得搖桿長度式中： 搖桿滑塊機(jī)構(gòu)中連桿與搖桿長度之比，一般取 l 2 。根據(jù)上沖頭的行程長度，即可得搖桿的另一極限位置，搖桿的擺角以小于 60度為宜。設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)時(shí)，為了“增

9、力”，曲柄的回轉(zhuǎn)中心可在過搖桿活動(dòng)鉸鏈、垂直于搖桿鉛垂位置的直線上適當(dāng)選取，以改善機(jī)構(gòu)在沖頭下極限位置附近的傳力性能。根據(jù)搖桿的三個(gè)極限位置（位置和另一極限位置），設(shè)定與之對應(yīng)的曲柄三個(gè)位置，其中兩個(gè)對應(yīng)于搖桿的兩個(gè)極限位置，曲柄應(yīng)在與連桿共線的位置，曲柄另一個(gè)位置可根據(jù)保壓時(shí)間來設(shè)定，因此可根據(jù)兩連架桿的三組對應(yīng)位置來設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)完成后，應(yīng)檢查曲柄存在條件，若不滿足要求，則重新選擇曲柄回轉(zhuǎn)中心。也可以在選擇曲柄回轉(zhuǎn)中心以后，根據(jù)搖桿兩極限位置時(shí)曲柄和連桿共線的條件，確定連桿和曲柄長度。在檢查搖桿在鉛垂位置正負(fù)2度時(shí)，注意曲柄對應(yīng)轉(zhuǎn)角是否滿足保壓時(shí)間要求。曲柄回轉(zhuǎn)中心距搖桿鉛垂位愈遠(yuǎn)，機(jī)構(gòu)

10、行程速比系數(shù)愈小，沖頭在下極限位置附近的位移變化愈小，但機(jī)構(gòu)尺寸愈大。（ 3 ）輔助加壓機(jī)構(gòu)可采用凸輪機(jī)構(gòu)，推桿運(yùn)動(dòng)線圖可根據(jù)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖確定。設(shè)計(jì)時(shí)，要正確確定凸輪基圓半徑。為了便于傳動(dòng)，可將篩料機(jī)構(gòu)置于主體機(jī)構(gòu)曲柄同側(cè)。整個(gè)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)采用一個(gè)電動(dòng)機(jī)集中驅(qū)動(dòng)。要注意主體機(jī)構(gòu)曲柄和凸輪機(jī)構(gòu)起始位置間的相位關(guān)系，否則機(jī)器將不能正常工作。（ 4 ）可通過對主體機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析以及沖頭相對于曲柄轉(zhuǎn)角的運(yùn)動(dòng)線圖，檢查保壓時(shí)間是否近似滿足要求。進(jìn)行機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析時(shí)，要考慮各桿（曲柄除外）的慣性力和慣性力偶，以及沖頭的慣性力。沖頭質(zhì)量 、各桿質(zhì)量 （各桿質(zhì)心位于桿長中點(diǎn)）以及機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù) 均見表 1.

11、1 ，則各桿對質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可求。認(rèn)為上下沖頭同時(shí)加壓和保壓時(shí)生產(chǎn)阻力為常數(shù)。飛輪的安裝位置由設(shè)計(jì)者自行確定，計(jì)算飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)可不考慮其他構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。確定電動(dòng)機(jī)所需功率時(shí)還應(yīng)考慮下沖頭運(yùn)動(dòng)和料篩運(yùn)動(dòng)所需功率。 第一章、選取設(shè)計(jì)方案1-1 方案的選取根據(jù)題目要求選取方案a進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為1450r/min,生產(chǎn)效率為10片/min，成品尺寸為80×5（mm,mm）,80mm為成品的直徑。沖頭壓力為150kn,機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)為0.10，沖頭質(zhì)量為12kg,桿的質(zhì)量為m=5kg.因此，由生產(chǎn)效率和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以得知，設(shè)計(jì)的工藝動(dòng)作周期為6秒。1-2機(jī)

12、構(gòu)的選取為滿足設(shè)計(jì)要求，根據(jù)設(shè)計(jì)提示，本設(shè)計(jì)可選用四種機(jī)構(gòu)：a.搖桿滑塊機(jī)構(gòu)b.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)c.凸輪機(jī)構(gòu)d.齒輪機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)通過皮帶帶動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過齒輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)和曲柄搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。為了完成機(jī)械系統(tǒng)的預(yù)定功能和生產(chǎn)過程，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)不僅要完成各自的執(zhí)行動(dòng)作，而且相互之間必須協(xié)調(diào)一致。我們的設(shè)計(jì)方案要滿足先后性、時(shí)間不同性、空間協(xié)調(diào)性、操作協(xié)同性等要求。 第二章壓片成形機(jī)設(shè)計(jì)示意圖圖2.1壓片成形機(jī)設(shè)計(jì)示意圖 （其中機(jī)構(gòu)3、輪凸1和凸輪2由一個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，其轉(zhuǎn)速為1450r/min) （我組的張凈華，楊明磊設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖） 第三章、構(gòu)件組合運(yùn)動(dòng)分解3-1按工藝動(dòng)作可分解為三個(gè)機(jī)構(gòu)：（1）

13、送料,脫離機(jī)構(gòu)：凸輪做周期內(nèi)帶有震蕩的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)（2）上沖頭機(jī)構(gòu)：往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)（3）下沖頭機(jī)構(gòu)：往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)3-2工藝順序?yàn)椋?移動(dòng)料斗4，將粉料送至模具11的型腔上方等待裝料，并將上一循環(huán)中成動(dòng)循環(huán)末的位置向下移動(dòng)21mm。這些型的藥片12推出（卸料），料斗的行程為100mm,同時(shí)將下沖頭5由上一循環(huán)末的位置向下移動(dòng)作的時(shí)間占0.13個(gè)周期；2料斗振動(dòng)，將粉料篩入型腔，該動(dòng)作占0.25個(gè)周期；3料斗4移回原處，同時(shí)下沖頭5向下移動(dòng)3mm,以防止上沖頭下壓時(shí)，將粉料撲出，該動(dòng)作占0.1個(gè)周期;4上沖頭10向下移動(dòng)94mm，同時(shí)下沖頭5向上壓，行程為8mm，該動(dòng)作占0.2個(gè)周期。接著保壓，其時(shí)

14、間占0.2個(gè)周期；5上沖頭5快速退回至起始位置。下沖頭5上升16mm，將成品12推出型腔。該動(dòng)作占0.12個(gè)周期。在下圖中，圖2.1中凸輪連桿機(jī)構(gòu)i完成工藝動(dòng)作1、2、及3中的料斗動(dòng)作；凸輪機(jī)構(gòu)ii完成動(dòng)作1、3、4、及5上的下沖頭工作，連桿機(jī)構(gòu)iii完成工藝動(dòng)作4和5中的上沖頭的動(dòng)作。整個(gè)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)由一臺電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，因此構(gòu)件1、6、7可裝在同一根分配軸上或分配軸控制。設(shè)分配軸的轉(zhuǎn)速為10r/min。 （上下沖頭是由我組成員共同完成） 第四章、各構(gòu)件尺寸及計(jì)算方法4-1 各桿尺寸及計(jì)算方法4.1.1 各桿的尺寸（單位：mm）桿1桿2桿3桿4桿5桿6桿7桿8桿9150500512402002501

15、50120200表4.1.4.1.2搖桿滑塊機(jī)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求：桿5的行程行程為90100mm，搖桿的擺角以小于 60度。先選定搖桿1的長度為150mm.為滿足運(yùn)動(dòng)行程要求，設(shè)擺角為56°，在豎直方向上，偏向左方54°，偏向右方2°。由此可以設(shè)桿1與桿4之和的長度為x.則有下式：×cos54°=90100mm之間的某一個(gè)數(shù)。搖桿在鉛垂位置的范圍內(nèi)滑塊的位移量生成的位移量小于等于0.4mm。 根據(jù)以下公式：式中： 搖桿滑塊機(jī)構(gòu)中連桿與搖桿長度之比，滿足 l 2 。由此可設(shè)計(jì)桿4長度為240mm。4.1.3曲柄搖桿機(jī)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)根據(jù)搖桿的三

16、個(gè)極限位置（位置和另一極限位置），設(shè)定與之對應(yīng)的曲柄三個(gè)位置，其中兩個(gè)對應(yīng)于搖桿的兩個(gè)極限位置，曲柄應(yīng)在與連桿共線的位置，曲柄另一個(gè)位置可根據(jù)保壓時(shí)間來設(shè)定，因此可根據(jù)兩連架桿的三組對應(yīng)位置。得桿2的長度為500mm,桿3的長度為51mm。4-2凸輪的尺寸及計(jì)算方法先確定為基圓半徑為100mm,按照推桿的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律(見圖1.3)，根據(jù)朱理主編機(jī)械原理一書中，第129頁5.3凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法，可得設(shè)計(jì)出滿足運(yùn)動(dòng)要求各凸輪的尺寸見下表。基圓行程近休止角遠(yuǎn)休止角凸輪1100 mm24mm15°30°凸輪2100mm100mm195°15°表4.2

17、凸輪的尺寸 兩凸輪在一個(gè)周期內(nèi)各時(shí)間的安排（見下表）序號凸輪1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間6（s）推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律100.25s等加速下降h=3mm20.250.5s近休30. 51.5s等加速上升h=8mm41.52.75s靜止不動(dòng)（保壓）52.753s等加速上升16mm(推出成品)633.5s遠(yuǎn)休（待振動(dòng)篩推成品）73.53.75s等加速下降h=21mm83.756s等待篩料表4.3 凸輪1時(shí)間安排以及行程安排序號凸輪2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間6（s）致使振動(dòng)篩的運(yùn)動(dòng)規(guī)律100.25s快速退回20.253s近休333.5s推出成品（同時(shí)開始下料）43. 56s振動(dòng)篩料表4.4 凸輪2時(shí)間安排以及行程安排下圖是兩凸輪的形狀 凸輪1

18、 凸輪2 (我組的胡江林，吳鵬所作)4-3傳動(dòng)比設(shè)計(jì)選取額定轉(zhuǎn)速為1450r/min的電動(dòng)機(jī)，根據(jù)生產(chǎn)能力為10r/min，確定系統(tǒng)總傳動(dòng)比為i總=1450/10=145n1=n2=n3=n4=10r/min蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)：蝸桿3 z=2蝸輪4 z=84直齒輪設(shè)計(jì)：齒輪傳動(dòng)比為2.5具體數(shù)據(jù)如表4.5所示：表4.5 直齒輪參數(shù)表名稱齒數(shù)模數(shù)分度圓齒頂高齒根高齒頂圓齒根圓直齒輪2502mm100mm2mm2.5mm124mm115mm直齒輪1202mm40mm2mm2.5mm44mm35mm方案評價(jià)：運(yùn)動(dòng)精確性：凸輪設(shè)計(jì)、錐齒輪設(shè)計(jì)和搖桿設(shè)計(jì)都是按照生產(chǎn)率10個(gè)/min來設(shè)計(jì),因此凸輪和搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)速度都是10r/min。運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性：由于凸輪的尺寸比較小,且工作速度不快,因此傳動(dòng)較平穩(wěn)。結(jié)構(gòu)緊湊性：能通過一個(gè)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)送料機(jī)構(gòu)、成型、分料工藝動(dòng)作，且外形尺寸比較合理，結(jié)構(gòu)較緊湊。經(jīng)濟(jì)性：整體價(jià)格比較適中。參考文獻(xiàn)：1機(jī)械原理（高等教育出版社）朱理 主編2機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊（高等教育出版社）鄒慧君 主編3機(jī)械原理全程導(dǎo)學(xué)及習(xí)題全解（第七版）馬金盛 成九瑞 主審 郭衛(wèi)東主編 心得體會(huì) 通過這次機(jī)械原理