機械原理課程設(shè)計說明書

1、機械原理課程設(shè)計說明書設(shè)計題目:壓片成形機I：學(xué)院機械設(shè)計制造及其|'|動化專業(yè)機制0804班設(shè)計者韓鑫指導(dǎo)老師王樹才2010 7-9 2010目錄1題目21.1設(shè)計題目21.2設(shè)計要求32原動機構(gòu)，傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)的確定42.1原動機選擇42.2傳動機構(gòu)的選擇與比較42.3傳動比的分配42.4執(zhí)行機構(gòu)的選擇與比較53機械系統(tǒng)方案確定83.1機械系統(tǒng)運動方案的擬定與比較83.2機械運動簡圖（見圖紙）83.3機械系統(tǒng)運動循環(huán)圖84機構(gòu)動力分析及設(shè)計104.1凸輪運動分析及其曲線設(shè)計104.2連桿機構(gòu)動力分析設(shè)計125壓片機工作流程圖136壓片機的分析評價137總結(jié)148參考資料141題

2、目1.1設(shè)計題目設(shè)計自動壓片成形機，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。機器的整個工作過程（送料、壓形、脫 離）均自動完成。該機器可以壓制陶在圓形片坯、藥劑（片）等。設(shè)計數(shù)據(jù)見表 l.lo表1.1壓片成形機設(shè)計數(shù)據(jù)方案電動機轉(zhuǎn)速/（r/min）生產(chǎn)率/ （片/min）成品尺寸C(p Xb) /(mm,mm)沖頭壓力/N機器運轉(zhuǎn)不 均勻系數(shù)/5M沖 /KGM桿/KGA14501080X51500000.10125壓片成形機的工藝動作是：（1）干粉料均勻篩入圓筒形型腔（圖1-2 a）o（2）下沖頭下沉3mm,預(yù)防上沖頭進人型腔時粉料撲出（圖1.2

3、b）。（3）上、下沖頭同時加壓（圖1.2c）,并保持一段日間。圖1.2壓片成形機工藝動作（4）上沖頭退出，下沖頭隨后頂出壓好的片坯（圖1.2d）o（5）料篩推出片坯（圖L2a ）。上沖頭、下沖頭、送料篩的設(shè)計要求是：（1）上沖頭完成往復(fù)自移運動（鉛錘上下），下移至終點后有短時間的停歇，起/保壓作用，保壓時間為0.4s左右。因沖頭上升后要留有料篩進人的空間，故沖 頭行程為90 100mm。因沖頭廠力較大，因而加壓機構(gòu)應(yīng)有增力功能（如圖3.3a 所示）。<c>圖1.3設(shè)計要求（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

4、歇，待料篩將片坯推離沖頭后，再下移21mm, 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）。上沖頭、下沖頭與送料篩的動作關(guān)系見表1.4。表1.4動作關(guān)系1沖頭a退.近休諼1遠(yuǎn)休下沖頭*近休進姓體1.2設(shè)計要求（1）壓片成形機一般至少包括連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)在內(nèi)的三種機構(gòu)。（2）畫出機器的運動方案簡圖與運動循環(huán)圖。擬定運動循環(huán)圖時，執(zhí)行構(gòu)件的 動作起止位置可根據(jù)具體情況重泠安排，但必須滿足工藝上各個動作的配合，在 時間和空間上不能出現(xiàn)干涉。（3）設(shè)計凸輪機構(gòu)

5、，自行確定運動規(guī)律，選擇基圓半徑，校核最大壓力角與最 小曲率半徑，計算凸輪廓線。（4）設(shè)計計算齒輪機構(gòu)。（5）對連桿機構(gòu)進行運動設(shè)計。并進行連桿機構(gòu)的運動分析，繪出運動線圖。如果是采用連桿機構(gòu)作為下沖壓機構(gòu)，還應(yīng)進行連桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析，計算飛輪轉(zhuǎn)動慣 量。（6）編寫設(shè)計計算說明書。（7）學(xué)生可進一步完成機器的計算機演示驗證、凸輪的數(shù)控加工等。2原動機構(gòu)、傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)的確定2.1原動機選擇壓片機用于工廠生產(chǎn)，采用三相交流電源，藥片生產(chǎn)有一定的腐蝕性，采用有防 護的三相籠型電動機，其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，價格低廉，維護方便。其額定電 壓380v ,轉(zhuǎn)速為1450r/min,功率根據(jù)齒輪傳動

6、效率和具體工作受力情況確定。2.2傳動機構(gòu)的選擇與比較傳動機構(gòu)有齒輪傳動，鏈傳動和帶傳動等。壓片機上沖壓機構(gòu)和輔助沖壓機構(gòu)受 力比較大（150KN）,采用帶傳動容易打滑，這樣就造成壓片機送料機構(gòu)，主沖 壓機構(gòu)和輔助沖壓機構(gòu)運轉(zhuǎn)的不同步，機構(gòu)無法完成指定的運動。若采用鏈條傳 動不僅噪聲比較大，而且鏈條易磨損變形，這樣同樣會對傳動的準(zhǔn)確性有影響。 齒輪系傳動雖然制造安裝比較復(fù)雜，但是可以柴證傳動的準(zhǔn)確，耐磨損。所以采 用齒輪系傳動。2.3傳動比的分配確定齒輪的齒數(shù)，關(guān)鍵在于合理分配輪系中各齒輪的傳動比。根據(jù)單對齒輪的傳 動比一般不大于57；動力傳動，蝸桿傳動的傳動比一般不大于80;傳動比過大 宜采

7、用多級傳動：兩級傳動比不宜過大，且為了潤滑方便，高速傳動齒輪傳動比 一般要大于低速傳動比等原則，具體壓片機傳動機構(gòu)的傳動機構(gòu)如下圖：直齒輪取m=3mm.壓力角都為20度直齒輪編號齒數(shù)分度圓直徑直齒輪編號齒數(shù)分度圓直徑11751430902541625175131854634102圓錐齒輪對于每對配合的錐齒輪為了計算方便取其分度圓錐角相等，取圓錐齒輪 大端的壓力角為20度模數(shù)為3mm錐齒輪編號齒數(shù)分度圓直徑錐齒輪編號齒數(shù)分度圓直徑71442111442814421242126914421318541034102142977對于蝸輪蝸桿傳動取m=4蝸輪的齒數(shù)為1，蝸桿的齒數(shù)為29,分度圓直徑為11

8、6mm。傳動比分布圖總傳動比為145從電動機到輔助沖壓機構(gòu)齒輪對1和23和45和69和1011 和 1213 和 14傳動比35/323329/18從電動機到主沖壓機構(gòu)齒輪對1和23和4蝸輪蝸桿1傳動比3S/329從電動機到送料機構(gòu)齒輪對1和23和47和8蝸輪蝸桿2傳動比35/31292.4執(zhí)行機構(gòu)的選擇與比較壓片機運轉(zhuǎn)必須有三個功能：送料：料篩完成水平間往復(fù)移動并抖動進料，可考慮設(shè)計凸輪來實現(xiàn)，抖動 可以由凸輪微小的位移變動來實現(xiàn)。壓片：壓片有上下兩個沖頭共同完成，上沖頭為主沖壓機構(gòu)，行程比較大, 可以考慮由曲柄滑塊機構(gòu)或者由曲柄搖桿機構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)的串聯(lián)機構(gòu)來實 現(xiàn)豎直往復(fù)沖壓。輸出培片

9、：輸出培片可以由料篩完成，料篩將培片頂出后，進行抖動進料， 這個功能可由送料機構(gòu)一起來完成。作為沖壓的執(zhí)行機構(gòu)一般有曲柄滑塊機構(gòu)和肘桿式增力沖壓機構(gòu)。此壓片機 沖頭壓力為150000N,力度比較大，行程較短，為了達(dá)到增壓增力的目的，選擇 肘桿式增力沖壓機構(gòu)，而且它是由曲柄搖桿機構(gòu)和曲柄滑塊機構(gòu)串聯(lián)而成，可得 到比較好的運動規(guī)律，尺寸也不致過大。乂因為它是全低副機構(gòu)，宜用于低速、 重載的場合。曲柄滑塊機構(gòu)要增力要加較大的飛輪，整個機構(gòu)的震動比較大，必 須經(jīng)過嚴(yán)格的平衡設(shè)計，且采用曲柄滑塊機構(gòu)，曲柄長度僅為滑塊行程的一半, 機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡潔，尺寸較小，但滑塊在行程末端只作瞬時停歇，運動規(guī)律不理想。至于

10、下沖頭和送料機構(gòu)，其運動軌跡都可由凸輪來實現(xiàn)，但是送料機構(gòu)的行 程接近90mm-100mm,如果按照這樣來設(shè)計凸輪，則凸輪比較大，凸輪曲線比 較陡，不宜設(shè)計，故可采用連桿機構(gòu)與凸輪機構(gòu)的組合機構(gòu)，達(dá)到放大行程的目 的，同時料篩的抖動也可由凸輪來實現(xiàn)。輔助沖頭位移轉(zhuǎn)角圖以滑塊最低點時輔助沖頭的位置為起始點。上沖頭位移轉(zhuǎn)角圖應(yīng)運圖解法，曲柄與連桿水平位置，滑塊處于最低點時曲柄位置為。度，從 此位置開始將曲柄一個周期8等分，由這八個等分點的位置和連桿的長度可以確 定搖桿的位置和角度，根據(jù)行程L=2* (cos-cosSO) *c (6為搖桿與鉛錘方向 的夾角)，可以計算出滑塊的位移。跟據(jù)這八個點的角

11、度位移進行描點，確定上 沖頭位移轉(zhuǎn)角關(guān)系。曲柄搖桿的圖解法求上沖頭的位移送料機構(gòu)位移轉(zhuǎn)角圖以滑塊最低點時送料機構(gòu)的位置為起始點。107155. 165. 175. 185. 19524336093機械系統(tǒng)方案確定3.1機械系統(tǒng)運動方案的擬定與比較機械運動系統(tǒng)由傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)組成，傳動機構(gòu)有齒輪系，鏈條，皮帶和蝸 輪蝸桿傳動等，執(zhí)行機構(gòu)由凸輪機構(gòu)也可由曲柄滑塊機構(gòu)，也可以是曲柄搖桿和 搖桿滑塊機構(gòu)的組合機構(gòu)來執(zhí)行。這些機構(gòu)組合可以有多種系統(tǒng)運動方案。由前 而分析，機械系統(tǒng)選取齒輪系做機構(gòu)傳動，肘桿式增力增壓機構(gòu)為主沖壓機構(gòu), 凸輪與連桿機構(gòu)的組合機構(gòu)為送料機構(gòu)，凸輪機構(gòu)作為輔助沖壓機構(gòu)。3.

12、2機械運動簡圖（見圖紙）3.3機械系統(tǒng)運動循環(huán)圖機械系統(tǒng)運動循環(huán)包括三個機構(gòu)的循環(huán)：主沖壓機構(gòu)，輔助沖壓機構(gòu)和送料 機構(gòu)。要使三個方面的運動協(xié)調(diào)一致，且互不發(fā)生干涉。首先，三個機構(gòu)的原動 件的周期保持一致為6So當(dāng)主沖壓機構(gòu)的沖頭與工作面的距離大于料篩的高度 時，這時料篩可進行進料，為了使凸輪輪廓曲線趨于緩和，可以在主沖壓機構(gòu)沖 頭高度小于料篩高度時就進行進料，當(dāng)料篩剛好進入沖頭沖壓范圍內(nèi)時，沖頭的 高度恰好超過了料篩的高度。與此同時，輔助沖壓機構(gòu)要等到進料完成時，先下 降3mm防止在沖壓的過程當(dāng)中粉料R濺出來，在上沖頭下降到接近最低點位置 時，下沖頭要開始上升8mm,進一步壓縮粉末，同時保壓

13、。當(dāng)上沖頭開始上升 后，下沖頭也開始上升，把粉末片頂出，然后由送料機構(gòu)的料篩將片培頂出上沖 頭沖壓范圍之內(nèi)，防止片培被壓碎。如此三個執(zhí)行機構(gòu)往復(fù)協(xié)調(diào)運動。其運動循 環(huán)圖如下：曲柄搖桿機構(gòu)曲柄轉(zhuǎn)角，搖桿轉(zhuǎn)角與滑塊行程的關(guān)系表曲柄轉(zhuǎn)角<p /«搖桿轉(zhuǎn)角8 /?；瑝K行程L/mm0095.8455.894.49021.377.2813543.222.55180492.8622537.240.7927019.580.243155.794.39兒個特殊的位置的確定:取料篩的高度為25mm,則當(dāng)上沖頭距離工作平臺距離超過25mm,即沖頭 的行程約為95.8-(8+25) =62.8mm,為了

14、保證料篩與上沖頭不發(fā)生干涉，取沖 頭行程為60mm,此時沖頭距離工作平臺為27.8mm>25mm。此時由公式L=2* (cos0cos49.8) *c,可以確定搖桿的轉(zhuǎn)角，再由搖桿的轉(zhuǎn)角確定當(dāng)滑塊距離 工作平臺大于25mm時，曲柄的轉(zhuǎn)角范圍。由圖解法可得這個范圍約為106.6度 243.2度。4機構(gòu)動力分析及設(shè)計4.1凸輪運動分析及其曲線設(shè)計(1)下沖頭凸輪分析設(shè)計根據(jù)位移轉(zhuǎn)角圖，由圖解法可得凸輪輪廓曲線如下:(2)送料機構(gòu)的連桿及凸輪設(shè)計送料連桿機構(gòu)的設(shè)計分析: 示意圖送料機構(gòu)設(shè)計的行程為90mm,取曲桿的央角為120度,AB=90mm,BC=90mm, 當(dāng)AO桿在水平位置時，AB與B

15、C之間的夾角為60度，此時AC=90mm,為送料機 構(gòu)的最近位置，當(dāng)AB和BC共線時，送料機構(gòu)到達(dá)最遠(yuǎn)位置，AC=180mm,可得 其行程為L=90mm o由兒何關(guān)系得，L=180* ( cos0-cos60 ),凸輪的位移S=20* tan (60-0),由以上兩式可得凸輪位移與料篩的行程關(guān)系：必*(匕+90)-|180，180- <1+90)2S=20*，由料篩的運動可得到凸輪對應(yīng)的位移，如下:L+90+J 180H80- fL+90)對應(yīng)關(guān)系表角度/»凸輪位移/mm料篩位移010700107155呈線性上升34.649016517.38017534.649018521.0

16、58519534.6490195243呈線性下降到0呈線性下降到024336000凸輪機構(gòu)的曲線設(shè)計根據(jù)位移轉(zhuǎn)角圖，由圖解法可得四輪輪廓曲線如下:4.2連桿機構(gòu)動力分析設(shè)計主沖壓機構(gòu)的設(shè)計分析主沖壓機構(gòu)由曲柄搖桿機構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)串接而成。先設(shè)計搖桿滑塊機構(gòu), 為了保壓，要求在鉛錘的位置的±2度范圍內(nèi)滑塊的位移量W0.4mm。由此可地 搖桿的長度X。七UA-cos2'-V-sm22'取入=1,由上式計算可得W328.31.要確定肘桿式增力增壓機構(gòu)的桿長，可 以分為兩步來進行，首先，確定搖桿滑塊機構(gòu)的桿長，設(shè)定搖桿的擺角為與鉛錘 方向的夾角，且最大為50度，當(dāng)搖桿有最大

17、擺角時，此時滑塊處于最高位置， 假定此時仲移為。.行程L=2* (cos0cos50)*c(6為搖桿與鉛錘方向的夾角)， 當(dāng)。=0度時，此時L有最大值，且必須保證其在90一一100mm范圍之內(nèi)，根據(jù) 計算可知搖桿長度c在135mm左右，取c=135mme則搖桿滑塊機構(gòu)中連桿長度 e=135mmo下面分析曲柄搖桿機構(gòu)，確定其桿長。要確定所有的量，必須自行規(guī)定兒個 量:，然后求另外幾個量。設(shè)定曲柄搖桿中機架長度d,其與鉛錘方向的夾角為45 度。取曲柄搖桿機構(gòu)的兩個極限位置，即滑塊最高和最低點時曲柄搖桿機構(gòu)所處 的位置。當(dāng)曲柄a與連桿b在一條直線上時，且滑塊處于最高位置，由兒何三角 關(guān)系得cos95

18、=Ed：a+b)2.當(dāng)曲柄與連桿在一條直線上時，且滑塊處于最低位置， lea此時連桿與搖桿垂直，搖桿處于鉛錘位置，有幾何關(guān)系可得： d=c/cos45,b-a=tan45*c,對結(jié)果取整求得 d=191, a=54, b=189.桿長確定了,但 計算過程中有誤差和近似，所以要對結(jié)果進行校核。將桿長重新帶入以上公式可 以求得最大擺角為49.8度，行程L=95.8mm,符合主沖頭的行程要求。對以上肘桿式增力增壓機構(gòu)進行受力性能分析,。2+°2=39397,。2 +2=53946, 則有a2+d2<c2 + b2,機構(gòu)為1型曲柄搖桿機構(gòu)，當(dāng)曲柄與搖桿夾角為。度時， / 其有最小傳動角，C0S*="+c=?-a)2,計算可得丫 =46.4度，符合一般校鏈四桿 機構(gòu)最小傳動角大于等于40度的要求，可以保證傳動的有效性。曲柄搖桿機構(gòu) 在兩個極限位置的夾角，即極位夾角，由兩個極限位置的兒何關(guān)系可得極位夾角6 =11.39度。其行程速比系數(shù)為K=；北;*=1.135 A Ox/ JL x5壓片機工作流程圖送料機構(gòu)進行送料卜沖頭向卜.運動3mm.上沖頭向卜.運動V上卜沖頭沖壓，上沖頭保壓，卜沖頭向上運動8mmV上下沖頭向上運動，下沖頭將片培頂出送料機構(gòu)送料并將片培推出沖壓動作范圍6壓片機的分析評價優(yōu)點1) 設(shè)計傳動準(zhǔn)確2) 采用肘桿式增力增壓機構(gòu)，力量比較大3) 送