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1、机械原理课程设计说明书 设计题目：压片成形机机械工程系机械工程及自动化专业0111091班10号设计者：陈夏君指导老师：许勇2011年6月30号目 录1. 设计题目 1.1设计条件 1.2原始数据 2. 设计要求 3. 上冲头设计方案评估 4. 运动循环图设计 5. 连杆机构尺寸计算 5.1 设计要求 5.2 设计过程 6. 凸轮机构尺寸计算 6.1 基圆半径的确定 6.2 滚子半径的确定 7.心得体会 附录： 附录一： 运动循环图 附录二： 上冲头机构运动简图 附录三： 下冲头凸轮轮廓图 1. 设计题目设计自动压片成形机，将具有一定湿度的粉状原料（如：陶瓷干粉、药粉）定量送入压型位置，经压制
2、成形后脱离该位置。机器的整个工作过程（送料、压形、脱离）均自动完成。该机器可以压制陶瓷圆形片坯、药剂（片）等。设计数据见下表。方案号电动机 转速/（r/min)生产率/(片/min)成品尺寸（d）/(mm,mm)冲头压力/N机器运转不均匀系数/m冲/kgm杆/kgA145010100601500000.10125B9701560351000000.08104C9702040201000000.05931.1设计条件如图1.1所示，压片成形机的工艺动作是：（1） 干粉料均匀筛入圆筒形型腔（图1.1a）。（2） 下冲头下沉3mm，预防上冲头进入型腔时粉料扑出（图1.1b）。（3） 上、下冲头同时加
3、压（图1.1c），并保持一段时间。（4） 上冲头退出，下冲头随后顶出压好的片坯（图1.1d）。（5） 料筛推出片坯（图1.1a）。1图1.1 压片成形机工艺动作上冲头、下冲头、送料筛的设计要求是：（1） 上冲头完成往复直移运动（铅锤上下），下移至终点后有短时间的停歇，起保压作用，保压时间为0.4s左右。因冲头上升后要留有料筛进入的空间，故冲头行程为90-100mm。因冲头压力较大，因而加压机构应有增力功能（如图8.2a所示）。（2） 下冲头先下沉3mm，然后上升8mm,加压后停歇保压，继而上升16mm，将成形片坯顶到与台面平齐后停歇，待料筛将片坯推离冲2头后，再下移21mm，到待料位置（如图1
4、.2b所示）。（3） 料筛在模具型腔上方往复振动筛料，然后向左退回。待批料成型并被推出型腔后，料筛在台面上右移约45-50mm，推卸片坯（如图1.2c所示）。上冲头、下冲头与送筛的动作关系见下表。上冲头进退送料筛退进休进远休下冲头退进休进远休1.2 原始数据（1） 冲头压力 150KN（2） 生产率 10片/min（3） 机器运转不均匀系数 0.10（4） 电机转速 1450r/m2、 设计要求 （1）压片成形机一般至少包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构在内的三种机构。 （2）画出机器的运动方案简图与运动循环图。拟定运动循环图时，执行机构的动作起止位置可根据具体情况重叠安排，但必须满足工艺上各个
5、动作的配合，在时间和空间上不能出现干涉。3 （3）设计凸轮机构、自行确定运动规律，选择基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径，计算凸轮廓线。 （4）设计计算齿轮机构。 （5）对连杆机构进行运动设计。并进行连杆机构的运动分析，绘出运动线图。如果是采用连杆机构作为下冲压机构，还应进行连杆机构的动态静力分析，计算飞轮转到惯量。 （6）编写设计计算说明书。 （7）学生可进一步完成完成机器的计算机演示验证、凸轮的数控加工等。 方案一评估：采用曲柄摇杆机构。此方案既能提供比较大的工作压力，也有保压功能。同时行程较短。它可通过改变各杆长度，从而方便的调整整个运动中的位移量和压力角。可得到比较好的运动规律，尺
6、寸和运动的幅度也不太大；又因为它是全低副机构，宜用于低速、重载场合。3. 运动循环图设计（详见附录一）4. 连杆机构尺寸计算（详见附录二）5.1设计要求 上冲头行程约为100mm。根据上冲头的行程长度，即可得摇杆的另一极限位置，摇杆的摆角以小于60为宜。设计曲柄摇杆机构时，为了“增力”，曲柄的回转中心可在过摇杆活动铰链、垂直于摇杆铅垂位置的直线上适当选取，以改善机构在冲头下极限位置附近的传力性能。根据摇杆的三个极限位置（2位置和另一个极限位置），设定与之对应的曲柄三个位置，其中两个对应于摇杆的两个极限位置，曲柄应在与连杆共线的位置，曲柄另一个位置可根据保压时间来设定，因此可根据两连架杆的三组对
7、应位置来设计此机构。设计完成后，应检查曲柄存在条件，若不满足要求，则重新选择曲柄回转中心。也可以在选择曲柄回转中心以后，根据摇杆两个极限位置时曲柄和连杆共线的条件，确定连杆和曲柄长度。在检查摇杆在铅垂位置2时，注意曲柄对应转角是否满足保压时间要求。曲柄回转中心距摇杆铅垂位置越远，机构行程速比系数越小，冲头在下极限位置附近的位移变化越小，但机构尺寸越大。75.2设计过程 上冲头机构采用曲柄滑块机构的形式，但因为上冲头是主压机构，所以还必须采用增力机构。（1）由于压片成形机的工作压力较大，行程较短，一般采用肘杆式增力冲压机构作为主体机构。它是由曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串接而成。先设计摇杆滑块机构
8、，为了保压，要求摇杆在铅垂位置的2范围内滑块的位移量0.4mm。据此可得摇杆长度：式中：为摇杆滑块机构中连杆与摇杆长度之比，一般取12。已知生产率为20片/min，则每3秒生产一片，即电动机每3秒转一圈，所以W1 = 2/ 3（rad/s），取= 1，所以L = r。带入上式得：r 328.3mm。取：r = 300mm，L = 300mm。（2） 根据推程为100mm，可从铅垂推出一个极限位置。左偏2，有可以推出另一个极限位置。即确定C1、C2和E1、E2的位置。（3） 为求机构拥有急回特性，量得AC1和AC2分别为300mm和143.86mm。得到AB=78.07mm，BC=221.93m
9、m。（4） 校对部分参数： DC1与铅垂的位置夹角=3460，符合要求。 E1E3=600-2*Cos(2)*300=0.3655 E1E3=0.3655mm0.4mm，符合要求。（5） 整个机构的保压时间为0.4s，此时原动件位置DCE变化到位置DC1E1，再回到原来位置。保压时间约为0.4s，此时原动件转速角度为3600.4/6=24左右。就是图中从AB3到AB4所转过的角度，量取的B3AB4=52 符合设计要求。从AB3到AB1转过的角度B3AB1=175，为上冲头保压之前，原动件AB转过的角度。（6）完成机构运动简图。 6.凸轮机构尺寸计算（详见附录三） 6.1基圆半径的确定凸轮基圆半
10、径的公式为： 根据运动循环图中下冲头S与的变化关系，以及推程和回程的许用压力角，可得基圆半径rb。当e=0时，如下：回程 3mm ds/d=-3/10=-0.3 =75 得 rb=2.92mm推程 8mm ds/d=8/20=0.4 =30 得 rb=7.31mm推程16mm ds/d=16/20=0.8 =30 得 rb=14.61mm程21mm ds/d=-21/60=-0.35 =75 得 rb=20.91mm取最大值，得rb=20.91mm。根据实际加工工艺，凸轮不宜过小，故本次设计中取rb=22mm为了减小推程压力角，应将从动件导路向推程相对运动速度瞬心的同侧偏置。但必须注意，用导路
11、偏置法虽然可减小推程压力角，但同时增大回程压力角，所以偏距e不宜过大。本设计中偏距e=10mm。综上得出凸轮理论轮廓曲线的重要参考数据为：rb=22 mm e=10mm然后可用反转法，对照运动循环图，画出凸轮理论轮廓。6.2滚子直径的确定由6.1可得凸轮理论轮廓，但轮廓上有8个尖点，这些尖点会导致从动件有一定的冲击，从而导致下冲头运动失真。因此要用圆弧经行过渡。滚子半径rT0.8min，此时实际轮廓为平坦的曲线。若rT=min，在凸轮实际轮廓上会出现尖点，尖点会改变原定的运动规律。若rTmin，实际轮廓曲线产生交点，交点以上的轮廓曲线在实际加工时会被切去，使这一运动规律无法实现。综上原理，设计
12、滚子直径为4m在原有凸轮理论轮廓上画滚子运动轨迹。滚子经过的最里面的曲线即为凸轮实际轮廓。（详见附录三）7.心得体会 这次的机械设计，就我的想法而言，具有一点的难度。但同时，这次的设计具有很大的发挥空间，每个人的设计都是不一样的。每个人都有自己的特点，特色。这样的一个机会，是发展我们思维，开拓我们大脑的好时机。这次设计就凸轮而言，有无限的可能。每个人 都有自己心中的数据，而这就是人与人之间的不同。这世界上， 没有2个人是一摸一样的。我们通过这次的机械设计，不仅仅要对机械设计有新的认识，对机械原理课上老师教的，书本上写的那些知识也是一次考验。只有拥有一定的理论能力才能在实际操作中发挥才能。学以致用！ 附录一 附录二 附录三
