機械原理課程設計 15噸壓片機的加壓機構設計

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1、 目錄 機械原理設計任務書 …………………………………………………………3 第一章、選取設計方案…………………………………………………8 1-1 方案的選取……………………………………………………8 1-2 構件選取………………………………………………………8 第二章、壓片成形機設計示意圖………………………………………9 第三章．構件組合運動分析……………………………………………10 3-1 工藝動作分解……………………………………………….10 3-2 工藝順序……………………………………………………10 第四章、各構件尺寸及計算方

2、法………………………………………11 4-1 各桿尺寸及計算方法………………………………………11 4-2 凸輪尺寸及計算方法………………………………………11 4-3 傳動比設計…………………………………………………13 方案評價 ………………………………………………………………14 參考文獻 ………………………………………………………………14 致謝 ……………………………………………………………………………15 課程設計任務書 2009 —2010 學年第 2 學期 機械工程 學院（系、部） 機械

3、工程及其自動化 專業(yè) 機工081 班級 課程名稱： 機械原理課程設計 設計題目： 15噸壓片機的加壓機構設計 完成期限：自 2010 年 7 月 5 日至 2010 年 7 月 11 日共 1 周 內 容 及 任 務 一、設計的任務與主要技術參數(shù) 壓片機是將陶瓷干粉料壓制成直徑為34mm、厚度

4、為5mm的圓形片坯。其工藝過程是： (1) 干粉料均勻篩入團筒形型腔(圖a)； (2) 下沖頭下沉3mm，預防上沖頭進入型腔時將粉料撲出(圖b)； (3) 上、下沖頭同時加壓(圖c)，并保壓一段時間； (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) 其余設計參數(shù)是： 沖頭壓力 15噸(150000N)； 生產率 每分鐘10片； 機器運轉不均勻系數(shù) 10%； 驅動電機 2．8kw，1450r／min 二、設計工作量 要求：對設計任務課題進行工作原理和工藝動作分解，根據(jù)工藝動作和協(xié)調要求擬定運動循環(huán)圖，

5、進行執(zhí)行機構選型，構思該機械運動方案，并進行的選擇和評定，確定機械運動的總體方案，根據(jù)任務書中的技術參數(shù)，確定該機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構，作出 機構運動簡圖，對相關執(zhí)行機構的具體尺度進行分析與設計。 要求有設計說明書一份，相關圖紙一至兩張。（有條件的要求用三維動畫表述）。 進 度 安 排 起止日期 工作內容 7.5-7.6 構思該機械運動方案 7.7-7.9 運動分析及作圖 7.10-7.11 整理說明書與答辯 主要 參考 資料 ［1］ 朱理．機械原理［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2008：15-200 ［2］ 鄒慧君．機械原理課程設計［Ｍ］．北京：高等

6、教育出版社，2009：15-250 指導教師： 陳義莊 2010 年 月 日 系（教研室）主任： 王菊槐 2010 年 月 日 1 設計題目 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、藥粉）定量送入壓形位置，經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。該機器可以壓制陶瓷圓形片坯、藥劑（片）等。設計數(shù)據(jù)見表 1.1 。 表 1.1壓片成形機設計數(shù)據(jù) 如圖 1.2 所示，壓片成形機的工藝動作是： （ 1 ）干粉料均勻

7、篩入圓筒形型腔（圖 1.2 a ）。 （ 2 ）下沖頭下沉 3 mm ，預防上沖頭進人型腔時粉料撲出（圖 1.2b ） （ 3 ）上、下沖頭同時加壓（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（圖 1.2d ）。 （ 5 ）料篩推出片坯（圖 1.2a ）。 圖 1.2 壓片成形機工藝動作 上沖頭、下沖頭、送料篩的設計要求是： （ 1 ）上沖頭完成往復自移運動（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

8、 圖1.2 壓片成形機工藝動作 上沖頭、下沖頭、送料篩的設計要求是： （ 1 ）上沖頭完成往復自移運動（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，因而加壓機構應有增力功能（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

9、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 45 － 50 mm ，推卸片坯（如圖 1.3c 所示） 圖 1.3 設計要求 上沖頭、下沖頭與送料篩的動作關系見表 1.4 表 1.4 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 2 設計要求 （ l ）壓片成形機一般至少包括連桿機構、凸輪機構、齒輪機構在內的三種機構。 （ 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)行構件的動作起止位置可根據(jù)具體情況重疊安排，但必須滿足工藝上各個動作的配合，在時間和空間上

10、不能出現(xiàn)干涉。 （ 3 ）設計凸輪機構，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 ）設計計算齒輪機構。 （ 5 ）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，還應進行連桿機構的動態(tài)靜力分析，計算飛輪轉動慣量。 （ 6 ）編寫設計計算說明書。 （ 7 ）學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。 3 設計提示 （ 1 ）各執(zhí)行機構應包括：實現(xiàn)上沖頭運動的主加壓機構、實現(xiàn)下沖頭運動的輔助加壓機構。 實現(xiàn)料篩運動的上下料機構。各執(zhí)行機構必須能滿足工藝上的運動要求，可以有

11、多種不同型式的機構供選用。如連桿機構。凸輪機構等。 （ 2 ）由于壓片成形機的工作壓力較大，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范圍內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： ——搖桿滑塊機構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。設計曲柄搖桿機構時，為了“增力”，曲柄的回轉中心可在過搖桿活動鉸鏈、垂直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

12、力性能。根據(jù)搖桿的三個極限位置（位置和另一極限位置），設定與之對應的曲柄三個位置，其中兩個對應于搖桿的兩個極限位置，曲柄應在與連桿共線的位置，曲柄另一個位置可根據(jù)保壓時間來設定，因此可根據(jù)兩連架桿的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(jù)搖桿兩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正負2度時，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愈遠，機構行程速比系數(shù)愈小，沖頭在下極限位置附近的位移變化愈小，但機構尺寸愈大。 （ 3 ）輔助加壓機構可采用凸輪機構

13、，推桿運動線圖可根據(jù)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，可將篩料機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。 （ 4 ）可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 、各桿質量 （各桿質心位于桿長中點）以及機器運轉不均勻系數(shù) 均見表 1.1 ，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(shù)。飛輪的安裝位置由設計者

14、自行確定，計算飛輪轉動慣量時可不考慮其他構件的轉動慣量。確定電動機所需功率時還應考慮下沖頭運動和料篩運動所需功率。 第一章、選取設計方案 1-1 方案的選取 根據(jù)題目要求選取方案A進行課程設計。 在這個設計中，電動機的轉速為1450r/min,生產效率為10片/min，成品尺寸為805（mm,mm）,80mm為成品的直徑。沖頭壓力為150kN,機器運轉不均勻系數(shù)為0.10，沖頭質量為12kg,桿的質量為m=5kg. 因此，由生產效率和電動機的轉速可以得知，設計的工藝動作周期為6秒。 1-2機構的選取 為滿足設計要求，根據(jù)設計提示，本設計可選用四種機構

15、：a.搖桿滑塊機構b.曲柄搖桿機構c.凸輪機構d.齒輪機構 由電動機通過皮帶帶動齒輪機構轉動，再通過齒輪機構帶動凸輪機構和曲柄搖桿機構運動。為了完成機械系統(tǒng)的預定功能和生產過程，各執(zhí)行機構不僅要完成各自的執(zhí)行動作，而且相互之間必須協(xié)調一致。我們的設計方案要滿足先后性、時間不同性、空間協(xié)調性、操作協(xié)同性等要求。 第二章．壓片成形機設計示意圖 圖2.1壓片成形機設計示意圖 （其中機構3、輪凸1和凸輪2由一個電動機帶動，其轉速為1450r/min) （我組的張凈華，楊明磊設計結構圖）

16、 第三章、構件組合運動分解 3-1按工藝動作可分解為三個機構： （1）送料,脫離機構：凸輪做周期內帶有震蕩的直線往復運動 （2）上沖頭機構：往復直線運動 （3）下沖頭機構：往復直線運動 3-2工藝順序為： 1．移動料斗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)中成動循環(huán)末的位置向下移動21mm。這些型的藥片12推出（卸料），料斗的行程為100mm,同時將下沖頭5由上一循環(huán)末的位置向下移動作的時間占0.13個周期； 2．料斗振動，將粉料篩入型腔，該動作占0.25個周期； 3．料斗4移回原處，同時下沖頭5向下移動3mm,以防止上沖頭下壓時，將粉料撲出，該動作占

17、0.1個周期; 4．上沖頭10向下移動94mm，同時下沖頭5向上壓，行程為8mm，該動作占0.2個周期。接著保壓，其時間占0.2個周期； 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。該動作占0.12個周期。 在下圖中，圖2.1中凸輪連桿機構I完成工藝動作1、2、及3中的料斗動作；凸輪機構II完成動作1、3、4、及5上的下沖頭工作，連桿機構III完成工藝動作4和5中的上沖頭的動作。整個機構系統(tǒng)由一臺電動機帶動，因此構件1、6、7可裝在同一根分配軸上或分配軸控制。設分配軸的轉速為10r/min。 （上下沖頭是由我組成員共同完成）

18、 第四章、各構件尺寸及計算方法 4-1 各桿尺寸及計算方法 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9 150 500 51 240 200 250 150 120 200 表4.1. 4.1.2搖桿滑塊機構尺寸的設計 根據(jù)設計要求：桿5的行程行程為90～100mm，搖桿的擺角以小于 60度。先選定搖桿1的長度為150mm.為滿足運動行程要求，設擺角為56，在豎直方向上，偏向左方54，偏向右方2。由此可以設桿1與桿4之和的長度為x.則有下式： Ｘ－Ｘcos54=90～100mm之間的

19、某一個數(shù)。 搖桿在鉛垂位置的范圍內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： ——搖桿滑塊機構中連桿與搖桿長度之比，滿足 l ～ 2 。 由此可設計桿4長度為240mm。 4.1.3曲柄搖桿機構尺寸的設計 根據(jù)搖桿的三個極限位置（位置和另一極限位置），設定與之對應的曲柄三個位置，其中兩個對應于搖桿的兩個極限位置，曲柄應在與連桿共線的位置，曲柄另一個位置可根據(jù)保壓時間來設定，因此可根據(jù)兩連架桿的三組對應位置。得桿2的長度為500mm,桿3的長度為51mm。 4-2凸輪的尺寸及計算方法 先確定為基圓半徑為100mm,按照推桿的運動運動規(guī)律

20、(見圖1.3)，根據(jù)朱理主編《機械原理》一書中，第129頁5.3凸輪輪廓曲線的設計的設計方法，可得設計出滿足運動要求各凸輪的尺寸見下表。 基圓 行程 近休止角 遠休止角 凸輪1 100 mm 24mm 15 30 凸輪2 100mm 100mm 195 15 表4.2凸輪的尺寸 兩凸輪在一個周期內各時間的安排（見下表） 序號 凸輪1轉動時間6（s） 推桿運動規(guī)律 1 0～0.25s 等加速下降h=3mm 2 0.25～0.5s 近休 3 0. 5～1.5s 等加速上升h=8mm 4 1.5～2.75s 靜止不動

21、（保壓） 5 2.75～3s 等加速上升16mm(推出成品) 6 3～3.5S 遠休（待振動篩推成品） 7 3.5～3.75S 等加速下降h=21mm 8 3.75～6S 等待篩料 表4.3 凸輪1時間安排以及行程安排 序號 凸輪2轉動時間6（s） 致使振動篩的運動規(guī)律 1 0～0.25S 快速退回 2 0.25～3S 近休 3 3～3.5S 推出成品（同時開始下料） 4 3. 5～6S 振動篩料 表4.4 凸輪2時間安排以及行程安排 下圖是兩凸輪的形狀 凸輪1

22、 凸輪2 (我組的胡江林，吳鵬所作) 4-3傳動比設計 選取額定轉速為1450r/min的電動機，根據(jù)生產能力為10r/min，確定系統(tǒng)總傳動比為 i總=1450/10=145 n1=n2=n3=n4=10r/min 蝸輪蝸桿設計： 蝸桿3 z=2 蝸輪4 z=84 直齒輪設計：齒輪傳動比為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2 50 2mm 100mm 2m

23、m 2.5mm 124mm 115mm 直齒輪1 20 2mm 40mm 2mm 2.5mm 44mm 35mm 方案評價： 運動精確性：凸輪設計、錐齒輪設計和搖桿設計都是按照生產率10個/min來設計,因此凸輪和搖桿轉動速度都是10r/min。 運動平穩(wěn)性：由于凸輪的尺寸比較小,且工作速度不快,因此傳動較平穩(wěn)。 結構緊湊性：能通過一個電動機實現(xiàn)送料機構、成型、分料工藝動作，且外形尺寸比較合理，結構較緊湊。 經濟性：整體價格比較適中。 參考文獻： [1]《機械原理》（高等教育出版社）朱理 主編 [2]《機械原理課程設計手冊》（高等教育出版社）鄒慧君

24、 主編 [3]《機械原理全程導學及習題全解》（第七版）馬金盛 成九瑞 主審 郭衛(wèi)東主編 心得體會 通過這次機械原理課程設計，提高了我們綜合運用機械原理課程理論的能力，培養(yǎng)了分析和解決一般機械運動實際問題的能力，并使所學知識得到進一步鞏固、深化和擴展。掌握了一些常用執(zhí)行機構、傳動機構或簡單機器的設計方法和過程。 這次機械設計課程設計歷時了一個多星期，時間上雖有些緊張，做設計的時候有些東西也是現(xiàn)學現(xiàn)賣。但這樣的安排可以讓我們利用一整段時間鞏固和學習新的知識，把所學運用到實際設計當中。在所學理論知識的基礎上也充分的發(fā)揮了創(chuàng)造性。各類資料的查詢也熟練了很多。 在實際的設計過程中，我們也遇到了許多的困難，不過經過我們大家的團結努力，一點點克服了困難，最終作出了成品，我們還是很高興的。 學生簽名： 日 期： 13