機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)-粉末成型壓機(jī)_圖文

1、目錄一、課題- 02二、機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)- 03三、機(jī)構(gòu)具體設(shè)計(jì)3.1上沖模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)- 043.2脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)- 213.2.1滾子直動(dòng)對心盤形凸輪設(shè)計(jì)- 213.2.2平底推桿直動(dòng)對心盤形凸輪設(shè)計(jì)- 343.2.3分析比較- 453.3送粉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)- 463.3.1設(shè)計(jì)分析- 463.3.2擺動(dòng)推桿凸輪設(shè)計(jì)- 473.3.3連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)- 59四、機(jī)構(gòu)動(dòng)力設(shè)計(jì)- 80五、參考文獻(xiàn)- 82課題:粉末成形壓機(jī)一.工作原理及工藝動(dòng)作過程粉末冶金是將金屬等粉末的混合料,通過壓制成型和燒結(jié)而制成零件或成品材料的一種工藝方法。在壓制長徑比h/d11.5的圓柱體壓坯時(shí),可采用單向壓制,即壓制時(shí)僅一個(gè)方向施力。

2、壓制過程中,陰模固定不動(dòng),其他執(zhí)行動(dòng)作如圖1所示。 送料器上粉后返回,上沖模開始上沖模壓制到位,下行壓制粉末,下沖模固定不動(dòng)下沖模固定不動(dòng)(a(b 上沖模上行回位,下送粉器推坯下料沖模上頂壓坯脫模下沖模固定不動(dòng)(C(d 送粉器到位后上料準(zhǔn)備回位下沖模下行回位,準(zhǔn)備循環(huán)(e二.設(shè)計(jì)要求1.上沖模壓制機(jī)構(gòu)應(yīng)具有以下的運(yùn)動(dòng)特性:快速接近粉料,慢速等速壓制,壓制到位后停歇片刻(約0.4秒左右保壓或接近壓制行程終點(diǎn)時(shí)再放慢而幾道保壓作用。2.脫模機(jī)構(gòu)應(yīng)使下沖模頂出距離準(zhǔn)確,復(fù)位時(shí)要求速度快而沖擊小。3.送粉機(jī)構(gòu)要嚴(yán)格遵守壓制周期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。4.進(jìn)一步要求:讓上沖模和下沖模的行程可調(diào)。三. 主要技術(shù)要求1

3、每分鐘壓制次數(shù)為1040次; 2.壓坯最大直徑為45mm;3.上沖模最大行程為110mm;4.送粉器行程為115mm;5.脫模最大行程為45mm;6.壓制及脫模能力最大為58KN;一:機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)成型壓機(jī)的總體設(shè)計(jì)如圖一所示。該成型壓機(jī)包括三個(gè)機(jī)構(gòu):上沖模機(jī)構(gòu)、下沖模機(jī)構(gòu)(脫模機(jī)構(gòu)、送粉機(jī)構(gòu)。 圖 1上沖模機(jī)構(gòu)由一個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(1、2、3和一個(gè)三桿滑塊機(jī)構(gòu)(3、4、5并聯(lián),其功能是:曲柄1做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)搖桿3在一定范圍內(nèi)擺動(dòng),并且具有急回特性。搖桿3與連桿4鉸接,進(jìn)而帶動(dòng)沖頭5做直線運(yùn)動(dòng)。上沖模在沖壓完成后停歇0.30.4S,之后有一個(gè)急回過程。脫模機(jī)構(gòu)由下沖模即推桿與圓盤凸輪組成。其功能

4、是:在凸輪停歇,上沖模做沖壓動(dòng)作時(shí)凸輪與推桿不接觸,此時(shí)推桿由機(jī)架拖住。這樣,在沖壓過程中推桿上受到的壓力就不會(huì)作用到凸輪上。脫模機(jī)構(gòu)能使下沖模頂出距離準(zhǔn)確?；爻?復(fù)位時(shí)速度快而沖擊小。送粉機(jī)構(gòu)由一個(gè)滾子擺桿偏心圓盤機(jī)構(gòu)與一個(gè)搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。其功能是:具有間歇送料和急回特性送料的同時(shí)將已壓制好的坯送離工作區(qū)域二.機(jī)構(gòu)具體設(shè)計(jì)(1上沖模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì):設(shè)計(jì)選定L CD =L BC =L4=200mm,上沖模的行程為100mm。即構(gòu)件2,3,4的長度均為200mm。先對曲柄搖桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行作圖分析: 圖 21.假定CD桿運(yùn)動(dòng)到豎直位置時(shí),AB桿與BC桿恰好共線,且此時(shí)BC與水平方向的夾角為30

5、6;。BC與B”C”分別是BC桿運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)極限位置。進(jìn)而計(jì)算出桿CD的擺動(dòng)角為41.4°計(jì)算得C”CD=69.3°。則C”CB=30°+C”CD-90°=9.3°AB與BC共線,A鉸鏈的位置在直線B”C”上,現(xiàn)假設(shè)L AB =X,則有AC=200+X。還有AB”與B”C”重合,則AC”=200-X。進(jìn)而由余弦定理得:COSC”CB=(200+X2+2002-(200-X2/2x100x1.414(200+X解得X=68.78mm即曲柄1的長度約等于68.8mm。進(jìn)一步計(jì)算其機(jī)位夾角 =9.97°,即其機(jī)位夾角約等于10°,從

6、而得該機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)K=1.17。最后得到的上沖模機(jī)構(gòu)簡圖如下圖三。 圖 32.現(xiàn)對進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析: 圖 4計(jì)算得L AD=242mm、L AE=L AB+L BC=268.8mm、AD與水平線的夾角為15.77°3.現(xiàn)以AD為基準(zhǔn)進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析:f(2,3=(L BC cos2 +L CD cos3 (L AD+L AB cos1 f2(2,3=(L CD sin3 L BC sin2 L AB sin1該方程組的雅克比矩陣為J:L BC sin2 -L CD sin3J= -L BC cos2 L CD cos3接著進(jìn)行MATLAB編程,對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析:位移分析:原函

7、數(shù):function y=rrrposi(x%script used to implement Newton-Raphson mechod for%solving nonlinear position of RRR bar group%Input parameters%x(1=theta-1%x(2=theta-2 guess value%x(3=theta-3 guess value%x(4=LAB%x(5=LBC%x(6=LCD%x(7=LAD%Output parameters%y(2=theta-2%y(3=theta-3%y(4=theta-4%theta2=x(2;theta3=x

8、(3;%epsilon=1.0E-6;%f=x(5*cos(theta2+x(6*cos(theta3-x(7-x(4*cos(x(1; x(6*sin(theta3-x(5*sin(theta2-x(4*sin(x(1;%while norm(f>epsilonJ=-x(5*sin(theta2 -x(6*sin(theta3;-x(5*cos(theta2 x(6*cos(theta3;dth=inv(J*(-1.0*f;theta2=theta2+dth(1;theta3=theta3+dth(2;f=x(5*cos(theta2+x(6*cos(theta3-x(7-x(4*co

9、s(x(1;x(6*sin(theta3-x(5*sin(theta2-x(4*sin(x(1; norm(f;end;y(1=theta2;y(2=theta3;主程序:clcclearx1=linspace(0,2*pi,180;x=zeros(length(x1,7;for n=1:180x(n,:=x1(:,n 40*pi/180 55*pi/180 68.8 200 200 242;endp=zeros(length(x1,2;for k=1:180y= shangchongm(x(k,:;p(k,:=y;end得到P矩陣。得到的P矩陣的第二列是3在曲柄1轉(zhuǎn)過360°的過程

10、中對應(yīng)各個(gè)位置的值。得搖桿與豎直線的夾角矩陣為q=90-p(:,1'*(180/pi-15.77。輸出圖像: 圖 5上沖模的行程方程為:X= 2x200xcosq-300輸出上沖模行程隨1 擺動(dòng)角度變化的圖像: 圖 6分析上沖模的行程圖像可知,上沖模在一個(gè)周期內(nèi)約有0.33S的停歇時(shí)間。接下來分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的加速度:f1(2,3=(L BC cos2 +L CD cos3 (L AD+L AB cos1 f2(2,3=(L CD sin3L BC sin2 L AB sin1對時(shí)間t求導(dǎo)數(shù)得到:-2L BC Sin2-3L CD Sin3=-1L AB Sin13L CD Cos3-2L

11、 BC Cos2=1L AB Cos1 -L BC Sin 2 -L CD Sin32 -L BC Cos 2 L CD Cos33-L AB Sin1=1L AB Cos 11=2/=rad/s再次求導(dǎo)數(shù)得到:-2L BC Sin2-22L BC Cos2-3L CD Sin3-32L CD Cos3=-12L AB Cos 13L CD Cos3-32L CD Sin3-2L BC Cos2+22L BC Sin2=-12L AB Sin 1 -L BC Sin 2 -L CD Sin 3 2 =L CD Cos 3 -L BC Cos 2 31L AB Cos 1 2L BC Cos 2

12、 3L CD Cos 3 12-1L AB Sin 1 -2L BC Sin 2 3L CD Sin 3 3依據(jù)速度方程和加速度方程進(jìn)行MATLAB編程。速度分析:主函數(shù):function y=scmvel(x%Input parameters%x(1=theta-1%x(2=theta-2%x(3=theta-3%x(4=dtheta-1%x(5=LAB%x(6=LBC%x(7=LCD%x(8=LDA%Outout parameters%y(1=dtheta-2%y(2=dtheta-3%A=-x(6*sin(x(2 -x(7*sin(x(3;-x(6*cos(x(2 x(7*cos(x(3

13、;B=-x(5*sin(x(1;x(5*cos(x(1*x(4;y=inv(A*B;主程序:>> x2=x1' p(:,1 p(:,2 pi*ones(180,1 68.8*ones(180,1 200*ones(180,1.200*ones(180,1 242*ones(180,1;>> m=zeros(2,180;>> for k=1:180y2=scmvel(x2(k,:;m(:,k=y2;end得到的m矩陣的第二行是CD桿的角速度進(jìn)一步輸出CD桿角速度圖像: 圖7 上沖模的速度函數(shù)V=-W3x400xsin 3輸出上沖模速度圖像: 圖 8求加

14、速度:主函數(shù):function y=scma(x%Input parameters%x(1=theta-1%x(2=theta-2%x(3=theta-3%x(4=dtheta-1%x(5=dtheta-2%x(6=dtheta-3%x(7=LAB%x(8=LBC%x(9=LCD%x(10=LAD%Outout parameters%y(1=a2%y(2=a3%A=-x(8*sin(x(2 -x(9*sin(x(3;x(9*cos(x(3 -x(8*cos(x(2;B=-x(4*x(7*cos(x(1 x(5*x(8*cos(x(2x(6*x(9*cos(x(3;-x(4*x(7*sin(x(

15、1 -x(5*x(8*sin(x(2x(6*x(9*sin(x(3;C=x(4;x(5;x(6;y=inv(A*B*C;主程序:>> x3=x1' p(:,1 p(:,2 pi*ones(180,1 m(1,:' m(2,:' 0.0688*ones(180,1.0.200*ones(180,1 0.200*ones(180,1 0.242*ones(180,1;>> n=zeros(2,180;for k=1:180y3=scma(x3(k,:;n(:,k=y3;end得到的n矩陣的第二行是CD桿的角加速度。輸出桿CD運(yùn)動(dòng)的角加速度圖像: 圖9

16、上沖模加速度:>> A=zeros(1,180;>> for k=1:180A(k=-0.4*n(2,k*sin(p(k,2-0.4*m(2,k2*cos(p(k,2;end輸出上沖模加速度圖像: 圖10整理數(shù)據(jù)列表: (2脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì):這里運(yùn)用Camtrax 軟件對凸輪進(jìn)行設(shè)計(jì)。由第一步對上沖模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)列出三個(gè)機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間表: 現(xiàn)依據(jù)表一進(jìn)行脫模機(jī)構(gòu)的凸輪設(shè)計(jì)。凸輪的動(dòng)作時(shí)間分布為:(周期為2S0.5s1.5s:推桿懸空(掛在機(jī)架上,保持行程S=01.6s1.9s:推桿以擺線規(guī)律(cycloidal上頂40mm,使推桿加速度過度平穩(wěn),沒有沖擊2.0s0.1s:

17、推桿保持S=40mm0.2s0.4s:推桿以擺線規(guī)律(cycloidal急回,速度快,無沖擊具體設(shè)計(jì)陰模及推桿尺寸設(shè)計(jì),如圖: 圖 11機(jī)構(gòu)為滾子對心直動(dòng)推桿圓盤凸輪依據(jù)上述行程分析在Camtrax輸入運(yùn)動(dòng)信息: 圖 12利用Camtrax 軟件不斷對凸輪進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),既要保證運(yùn)動(dòng)規(guī)律,使凸輪的壓力角滿足a=30°,又使推桿運(yùn)動(dòng)無沖擊,并使機(jī)構(gòu)盡量緊湊。最終選定凸輪基圓半徑為r0=130mm,滾子半徑為rr=30mm。設(shè)定凸輪運(yùn)動(dòng)周期為2S。運(yùn)行軟件,畫出凸輪輪廓圖: 圖 13 輸出推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖像: 圖 14 輸出推桿運(yùn)動(dòng)速度圖像: 圖 15輸出推桿運(yùn)動(dòng)加速度圖像: 圖16 輸出凸

18、輪各個(gè)位置的壓力角圖像: 圖17分析圖15和圖16可知該凸輪在運(yùn)動(dòng)過程中加速度過度平穩(wěn),無沖擊,并且壓力角滿足設(shè)計(jì)要求。SolidWorks建模結(jié)果如圖: 圖18輸出該凸輪的各項(xiàng)數(shù)據(jù)列表: 2.機(jī)構(gòu)為平底推桿直動(dòng)對心圓盤凸輪依據(jù)上述行程分析在Camtrax輸入運(yùn)動(dòng)信息: 圖19利用Camtrax 軟件不斷對凸輪進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),既要保證運(yùn)動(dòng)規(guī)律,使凸輪的壓力角滿足a=30°,又使推桿運(yùn)動(dòng)無沖擊,并使機(jī)構(gòu)盡量緊湊,凸輪輪廓不出現(xiàn)失真。最終選定凸輪基圓半徑為r=180mm,導(dǎo)軌長度L=100mm。設(shè)定凸輪運(yùn)動(dòng)周期為2S。運(yùn)行軟件,畫出凸輪輪廓圖: 圖20輸出推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖像: 圖21輸出推桿

19、運(yùn)動(dòng)速度圖像: 圖22 輸出推桿運(yùn)動(dòng)加速度圖像: 圖23分析圖21可知該凸輪在運(yùn)動(dòng)過程中加速度過度平穩(wěn),無沖擊。輸出該凸輪各項(xiàng)數(shù)據(jù)。 分析比較兩個(gè)形式的凸輪都能滿足運(yùn)動(dòng)及功能要求,但是比較兩者的基本尺寸發(fā)現(xiàn)平底推桿對心直動(dòng)圓盤凸輪的基圓半徑要180mm才能滿足功能及力學(xué)要求,但是滾子推桿對心直動(dòng)圓盤凸輪在滿足相同功能及力學(xué)要求是所需的最小基圓半徑只要130mm。從機(jī)構(gòu)尺寸,緊湊的角度考慮,脫模機(jī)構(gòu)選用滾子推桿對心直動(dòng)圓盤凸輪,即第一種設(shè)計(jì)方案。(3送粉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì): 圖24該機(jī)構(gòu)由擺動(dòng)推桿凸輪機(jī)構(gòu)與搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸:擺動(dòng)推桿L3=30mm、搖桿L4=200mm、連桿L5=400m

20、m、擺桿3與機(jī)架鉸接的位置和連桿與料斗鉸接的位置在同一條水平線上,且鉸鏈A 到陰模中心線的距離L=500mm。料斗的寬度d=60mm。滾子半徑r r=15mm。搖桿L4與擺動(dòng)推桿L3固連在一起,兩桿成90°夾角。由料斗的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)主動(dòng)件的角度擺動(dòng)規(guī)律,進(jìn)而設(shè)計(jì)擺桿凸輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律?？紤]料斗運(yùn)動(dòng)與上沖模機(jī)構(gòu)以及脫模機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào),先設(shè)計(jì)其運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下:00.4s:料斗停在陰模口的正上方,進(jìn)行加粉。此時(shí)連桿AB與水平線的夾角為49.46°。此時(shí)對應(yīng)的擺動(dòng)推桿L3與水平線的夾角為40.54°。0.50.6s:料斗在這個(gè)時(shí)間段有一個(gè)急回動(dòng)作,急回一個(gè)料斗的寬度即60mm。連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到ABC處時(shí),AB桿與水平線的夾角為65.28°。此時(shí)對應(yīng)的擺動(dòng)推桿L3與水平線的夾角為24.72°,即在這段時(shí)間內(nèi),擺動(dòng)推桿的擺角從40.54°減小到24.72°,為保證運(yùn)動(dòng)加速度的平穩(wěn),這段時(shí)間凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律我們設(shè)計(jì)為擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律(cycloidal。0.70.9s:料斗在這段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)做回程運(yùn)動(dòng),回程60mm,相比于過程這個(gè)時(shí)間段經(jīng)歷比較長。連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)