壓片成形機-(畢業(yè))課程設計

1、上海工程技術大學機械原理課程設計 011109803李玲壓片成形機一、 設計題目1.1 設計目的機械設計是根據使用要求對機械的工作原理、結構、運動方式、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和形狀尺寸以及潤滑方式等進行構思、分析和計算，并將其轉化成為制造依據的工作過程。機械設計是機械產品生產的第一步，是決定機械產品性能的最主要環(huán)節(jié)，整個過程蘊含著創(chuàng)新和發(fā)明。為了綜合運用機械原理課程的理論知識，分析和解決與本課程有關的實際問題，使所學的知識進一步鞏固和加強，我們參加了此次的機械原理課程設計。1.2 功能要求及工作原理（1）總功能要求設計自動壓片成形機，將具有一定濕度的粉狀原料（如陶瓷干粉或藥粉）定量

2、送入壓形位置，經壓制成后脫離該位置。機器的整個工作過程（送料-壓形-脫離）均自動完成。該機器可以壓制陶瓷圓形片坯和藥劑（片）等。表1.2.1壓片成形機設計數據電動機轉速/（r/min）生產率/（片/min）成品尺寸（mm,mm）沖頭壓力/N機器運轉不均勻系數 M沖/M桿/145010100*60150 0000101259701560*35100 0000.081049702040*20100 0000.0593（2）工作原理1、壓片成型機工藝動作分解： 干粉料均勻篩入圓筒形型腔（圖1.2.2a）。 下沖頭下沉3mm，預防上沖頭進入型腔時粉料撲出（圖1.2.2b）。 上和下沖頭同時加壓(圖1.

3、2.2c),并保持一段時間。 上沖頭退出，下沖頭隨后頂出壓好的片坯（圖1.2.2d）。 料篩推出片坯（圖1.2.2a）。 1.3 原始數據1、沖頭壓力 100 000N 150 000N2、生產率 15片/min 20片/min3、機器運轉不均勻系數 0.08 0.104、電機轉速 970r/min 1450r/min1.4 設計要求（1）設計要求 壓片成形機一般至少包括連桿機構和凸輪機構和齒輪機構在內的三種機構。 畫出機器的運動方案簡圖與運動循環(huán)圖。擬訂運動循環(huán)圖時，執(zhí)行構件的動作起止位置可根據具體情況重疊安排，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干涉。 設計凸輪機構，自行

4、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，計算凸輪輪廓線。 設計計算齒輪機構，確定傳動比，選擇適當的摸數。 對連桿機構進行運動設計。并進行連桿機構的運動分析，繪出運動線圖。如果是采用連桿機構作為下沖壓機構，還應該進行連桿機構的動態(tài)靜力分析，計算飛輪轉動慣量。 編寫設計計算說明書。 學生可進一步完成機器的計算機演示驗證和凸輪的數控加工等。（2）上沖頭和下沖頭與料篩的設計要求圖1.3.2設計要求1 上沖頭完成往復直移(與動鉛垂上下)，下移至重點后有短時間的間歇，起保壓作用，保壓時間為0.4s左右。因為沖頭上升后要留有料篩進入的空間，故沖頭行程為90100mm。因為沖頭壓力比較大，因

5、而加壓機構應有增力功能（圖1.3.2a）。2 下沖頭先下沉3mm,然后上升8mm，加壓后停歇保壓，繼而上升16mm，將成形片坯頂到與臺面平齊后停歇，待料篩將片坯推離沖頭后，再下移21mm,到待料位置（圖1.3.2b）。3 料篩在模具型腔上方往復振動篩料，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4550mm,推卸片坯（圖1.2.3c）。1.5 設計提示 各執(zhí)行機構應包括：實現上沖頭運動的主加壓機構和實現下沖頭運動的輔助加壓機構和實現料篩運動的上下料機構。各執(zhí)行機構必須能滿足工藝的運動要求，可以有多種不同型式的機構選用。 由于壓片成形機的工作壓力比較大，行程短，一般采用肘桿式增力

6、沖壓機構作為主體機構。它是由曲柄搖桿機構滑塊機構串接而成。先設計搖桿滑塊機構，為了保壓，要求搖桿在鉛垂位置的±2°范圍內的滑塊的位移量0.4mm。據此可得搖桿長度： 式中： 為搖桿滑塊機構中連桿與搖桿長度之比，一般取12。根據上沖頭的行程長度，即可得搖桿的另一極限位置，搖桿的擺角以小于60°為誼。設計曲柄搖桿機構時，為了“增力”，曲柄的回轉中心可在搖桿活動鏈和垂于搖桿鉛垂位置的直線上適當選取，以改善機構在沖頭下極限位置附近的傳力性能。根據搖桿的三個極限位置（±2°位置和另一個極限位置），設定與之對應的曲柄三個位置，其中兩個對應于搖桿的兩個極限位

7、置，曲柄應在與連桿共線的位置，曲柄另一個位置可根據保壓時間來設定，因此可根據兩連架桿懂得三組對應位置來設計此機構。設計完成后，應檢查曲柄存在條件，若不滿足要求，則重新選擇曲柄回轉中心。也可以在選擇曲柄回轉中心以后，根據搖柄兩個極限位置時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±2°時，應該注意曲柄對應轉角是否滿足保壓時間要求。曲柄回轉中心距搖桿鉛垂位置越遠，機構行程速比系數越小，沖頭在下極限位置附近的位移變化越小，但機構尺寸越大。 輔助加壓機構可采用凸輪機構，推桿運動線圖可以根據運動循環(huán)圖確定。設計時，要正確確定凸輪基圓半徑。為了便于傳動，可以將篩料機

8、構置于主體機構曲柄同側。整個機構系統(tǒng)采用一個電動機集中驅動。要注意主體機構曲柄和凸輪機構起始位置間的相位關系，否則機器將不能正常工作。 可以通過對主體機構進行運動分析，以及沖頭相對于曲柄轉角的運動線圖，檢查保壓時間是否近似滿足要求。進行機構動態(tài)靜力分析時，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。沖頭質量m沖和各桿質量m桿（各桿質心位于桿長中點）以及機器運轉不均勻系數均見表1，則各桿對質心軸的轉動慣量可求。認為上下沖頭同時加壓和保壓時生產阻力為常數。飛輪的安裝位置由設計者自行確定，計算飛輪轉動慣量時可以不考慮其他機構的轉動慣量。確定電動機所需要功率時還要考慮下沖頭運動和篩料運

9、動所需功率。二、 上沖頭運動方案設計及選擇2.1 方案一此設計優(yōu)缺點：方案1采用的是凸輪機構的設計方案。如圖所示，該機構由2個可動構件和機架組成，包含1個高副和2個低副，其自由度F = 3*2 - 2*2 - 1*1 = 1，其自由度也等于原動件個數，故其運動也確定。機構中，能滿足上沖頭的設計保壓要求，不過在下壓過程中只依靠從動件自身的重力，下壓力不足，且傳動性不及方案1好，并且由于從動件的形成較大，故凸輪在設計制造時的尺寸也會很大，而且凸輪與滾子之間為點接觸易磨損。所以予以否決。2.2 方案二 此設計優(yōu)缺點：方案2采用的是氣缸做為動力的設計方案。如圖所示該機構由7個可動構件和機架組成，包含1

10、0個低副，其自由度為F = 3*7 - 2*10 = 1，其自由度也等于原動件個數，故其運動也確定。此機構只需一個很小的力就能產生很大的頂升力，但對材料的要求很高，要實現整套機器的運動需要多個油泵，成本較高，且速度較慢。2.3 方案三此設計優(yōu)缺點：方案3采用的是連桿機構的設計方案。如圖所示，該機構由5個可動構件和機架組成，包含6個轉動副和1個移動副，共計7個低副。故方案1所用機構的自由度F = 3*5 - 2*7 = 1，其自由度等于原動件個數，故其運動確定。綜合以上三個上沖頭方案的優(yōu)缺點，認為是使用方案三進行設計是比較好的選擇。此方案3是在上沖頭方案中最好的一個，既能提供較大的工作壓力，行程

11、較短，也能有保壓功能,整體結構簡單、輕盈，并能夠輕松達到上沖頭的行程要求。也是本次設計采用的方案。三、機構組合、參數及運動協(xié)調設計3.1 機構選擇:驅動方式采用電動機驅動。由已知的壓片成形機的功能分解，分別選擇相應的機構，以實現所需的各項功能。見表3。表3 壓片成形機的機構選型功能執(zhí)行構件工藝動作執(zhí)行機構沖壓成形上沖頭直線上下往復運動曲柄滑塊機構皮帶輪輪機構沖壓成形下沖頭直線上下往復運動盤形凸輪機構皮帶輪輪機構橫向送料推頭直線左右往復運動盤形凸輪機構皮帶輪輪機構3.2 運動協(xié)調設計：壓片成形機是由曲柄滑塊機構，凸輪機構組成。負責上沖頭工作的曲柄周轉一圈完成一次工作循環(huán)，同樣下沖頭盤形凸輪以同樣

12、的轉速轉一圈作為一個工作周期，制作出成品。其他的送料、齒輪機構作為輔助機構。最終壓片成形機設計如下圖：說明：此方案使用曲柄搖桿機構和搖桿滑塊機構串接而成，結構簡單、輕盈，能滿足保壓要求，并能夠輕松達到上沖頭的行程要求。由于此方案中，料篩采用凸輪機構，可使其達到往復振動的運動效果；下沖頭也采用凸輪機構，可達到保壓效果，且此方案的穩(wěn)定性較好，故選用此方案。四、運動循環(huán)圖設計（詳見附錄1）4.1 根據工藝動作擬定運動循環(huán)圖： 以上沖頭加壓機構主動件轉角為橫坐標，以各機構執(zhí)行構件的位移為縱坐標畫出位移曲線。循環(huán)運動圖上的位移曲線主要著眼于運動的起迄位置，而不必準確表示出運動規(guī)律。 擬定運動循環(huán)圖時，可

13、執(zhí)行構件的動作起迄位置可根據具體情況重疊安排，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“干涉”。 從運動的特性來看，上，下沖頭的運動軌跡在同一條豎直移動導路上，并且與送料機構的運動軌跡垂直相交，所以應避免這三個機構各自的運動出現互相干涉的情況，如上，下沖頭的運動速度的沖突，送料機構水平移動與上，下沖頭豎直移動的運動沖突等，以確保各個機構的運動不發(fā)生沖突，從而保證各自設計功能的實現和機器正常的運作。擬定運動循環(huán)圖：五、連桿機構尺寸計算（見附錄2）5.1 設計要求（1）上沖頭行程為100mm左右（2）當搖桿角度和鉛垂位置之間相差時，滑塊的位移小于0.4mm（即產生保壓的功能）（3）搖

14、桿的角度小于60度（4）曲柄搖桿 機構必須具有一定急回特性，以致更多的時間用于加壓5.2 設計過程(1)由于壓片機的工作壓力較大，行程較短，一般采用肘桿式增力沖壓機構作為主體機構，它是由曲柄搖桿機構和搖桿滑塊機構串聯而成。先設計搖桿滑塊機構，為了保壓，要求搖桿在垂直位置的范圍內，滑塊的位移量mm。據此可得搖桿長度式中 搖桿滑塊機構中連桿與搖桿長度之比，一般取1-2。根據上沖頭的行程長度，即可得搖桿的另一極限位置，搖桿的擺角以小于60°為宜。設計機構時，為了“增力”，曲柄的回轉中心可在搖桿活動鉸鏈、垂直于搖桿垂直位置的直線上適當選取，以改善機構在沖頭在下極限位置附近放的傳力性能。根據搖

15、桿的三個極限位置（位置和另一極限位置），設定與之對應的曲柄上個位置，其中對應搖桿的兩個位置，曲柄應在于連桿共線的位置，曲柄的另一位置可以根據保壓時間來設定，則可根據兩連架桿的三組對應位置來設計此機構。設計完成后，應該檢查曲柄的存在條件，若不滿足要求，則重新選擇曲柄的回轉中心。也可以選擇曲柄中心后，根據搖桿兩極限位置時曲斌和連桿共線的條件，確定連桿和曲柄的長度，再檢查搖桿在垂直位置時，曲柄對應轉角是否滿足保壓時間要求。曲柄回轉中心據搖桿垂直位置越遠，機構行程速比系數越小，沖頭在下極限位置附近的位移變化越小，但機構尺寸越大。在這里我取=1,得328.3r=L=150mm,沖頭行程取100mm，算出

16、搖桿的擺角等于45°。（2）首先確定搖桿滑塊機構中，滑塊能運動到的最低點位置，該位置為上沖頭所能下降到的極限位置，該位置位于滑塊處于的的垂直導路上，然后再根據上沖頭行程為100mm推出滑塊的另一極限位置，該位置為上沖頭所能達到的最高位置，由此時滑塊所在的極限位置可推算出搖桿的一個極限位置C1，要干的另一極限位置C2位于鉛錘位置左偏2°處。（3）根據設計10片所需的保壓時間為0.4s左右，要計算出在保壓時間內曲柄所轉過角度的許用范圍，根據之前制定的一分鐘產量為15片的生產要求，保壓角的范圍在36°左右。(4) 在圖上取一點O，在O點以r為半徑畫圓弧，在在圓弧上分別取

17、點C1、C2、C點，使，C在豎直下方，OC1在與OC成2°，OC2與OC成45°使AC1=149mm,連接C2A，量出C2A=29mm，在C點以（此為桿BC長）=90為半徑畫圓，在A點以=60（此為桿CD長）為半徑畫圓，兩圓交于BO2、BO1兩點，連接ABO2、ABO1,量出ABO2 ABO1的弧長對應角度為39°，滿足條件36°左右。在設計中，對于曲柄搖桿機構，有L=60mm，L=89mm，L=150mm，L=135mm，滿足曲柄的存在條件：L+ L<L+ L，所以該設計方案及參數設計可行。 （圖見附錄2示意圖）5.3 設計改良經過指導老師的指導

18、，我將其設計方案改變，我把上沖頭中與曲柄相連的機架安置在過搖桿C0位置的水平右側方向上。根據設計20片所需的保壓時間為0.4s左右，要計算出在保壓時間內曲柄所轉過角度的許用范圍，根據之前制定的一分鐘產量為20片的生產要求，保壓角的范圍在48°左右，。故可根據此保壓角來確定機架的位置。先設一點A，將機架安放在點A處，測量出A點機架到搖桿兩個極限位置C1，C2的距離，便可計算出曲柄和連桿的長度，由此可得出當搖桿兩次經過C處時，曲柄轉過的角度，該角度即為設計機構的保壓角。本次設計中，根據5.2中述說的設計要求，AC1=150，AC2=58，AB=46，BC=104，該設計方案及參數設計可行

19、，所得的保壓角為50°，符合設計要求。（圖見附錄4示意圖）六、運動循環(huán)圖設計校核（見附錄1與3） 根據以上運動分析，我將附錄1中的機器的運動循環(huán)圖設計校核如下： 1）0°60° 上沖頭勻速下降；下沖頭在停歇位置上方3mm處靜止不動，料篩往復振動，然后向左退回。 2）60°90° 上沖頭繼續(xù)迅速下降；下沖頭在60°時開始下沉，在90°時下沉到停歇位置，位移3mm；料篩保持靜止不動。 3）90°140° 上沖頭繼續(xù)勻速下降；下沖頭在停歇位置處保持靜止不動；料篩保持靜止不動。 4）140°171

20、76; 上沖頭繼續(xù)勻速下降，在171°時停止下降，等待保壓；下沖頭上升8mm，并且在160°時處于休止位置，等待保壓；料篩保持靜止不動。 5）171°210° 上，下沖頭開始進行保壓，保持靜止不動；料篩保持靜止不動。 6）210°260° 上沖頭勻速回升；下沖頭在260°時開始勻速上升，位移為16mm ，等待料篩到位將成形片坯擠入滑道；料篩在260°時開始向右前進。 7）260°310° 上沖頭繼續(xù)勻速回升；下沖頭保持靜止不動；料篩在310°時到位，將片坯擠入滑道，之后向左退回。 8）

21、310°360° 上沖頭繼續(xù)勻速上升，360°時上沖頭退回至最高處；下沖頭開始向下退回21mm,至帶料位置，等待下一周期開始；360° 時料篩退回至最左處。整一周期結束。 同理，將附錄3中的運動循環(huán)圖（對應上沖頭設計圖4）按如上方法矯正。為避免260°290°這段上沖頭還沒上去，下沖頭上去了兩者發(fā)生碰撞，需要上沖頭的斜率要比下沖頭的斜率大，因此我對此做了驗證，驗證如下：度數上沖頭上升高度1(對應循環(huán)圖附錄21)上沖頭上升高度2(對應循環(huán)圖附錄3)下沖頭上升高度260°14.29 mm0 mm8 mm270°23.8

22、1 mm33.38 mm13.33 mm280°33.34 mm40.04 mm18.67 mm290°42.86 mm53.36 mm24 mm七、凸輪機構尺寸計算（見附錄3）7.1 基圓半徑的確定根據運動循環(huán)圖設計的線路，該機構為雙推程凸輪機構。有循環(huán)圖和公式：（）化簡得：根據函數單調性只取兩點即可判斷其的最大值，在一點其 ; s=0 ; 所以 mm;另一點; s=8; ;=所以我取=28mm>，e=87.2 滾子半徑的確定在A3紙上畫出基圓，再每5度引一條直線，根據循環(huán)圖，在A3圖上作出理論輪廓線，求出最小的曲率半徑為，滾子半徑，所以我取r=3mm滿足條件，讓然

23、后作出實際輪廓線。下圖為初設計圖，由于凸輪不夠平滑，加工起來較為困難，所以我對運動時序圖進行了角度修改。同時，為了方便凸輪加工，對尖角的地方進行了倒角操作光滑的過渡了一下。八、最終設計方案：8.1 上沖頭：沖頭的位移和曲柄的轉角的關系是配合下沖頭盤形凸輪動作和時間，與上下沖頭相互配合，而送料機構的動作一部分也是和上沖頭配合。已知上沖頭推程為100mm，周轉180°沖頭由最高點落至最低點，此時下沖頭剛好達到最大推程位置，同時在上沖頭由最高點落至型腔齊平高度前送料機構完成往復振動篩料的動作并向左位移至最遠端。表8.1.2 上沖頭和下沖頭與送料篩的動作關系上沖頭 進 退送料篩 退 近休 進 遠休下沖頭 退 近休 進 遠休九、心得體會首先，我覺得老師給我們作類似的課程設計是十分必要的，這不僅可以提起我們對這門課的學習興趣，同時還可以在專業(yè)上用實踐鍛煉一下我們，使我們不但不在對所學專業(yè)感到陌生，而且還可以培養(yǎng)大家的積極性。雖然過去從未獨立應用過繪圖軟件，但在學習的過程中帶著問題去學我發(fā)現效率好高，記得大一學CAD時覺得好難就是因為我們沒有把自己放在使用