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1、机械原理课程设计报告设计题目：粉末成型压机班级：072073设计者：指导教师：中国地质大学机电学院2009年7月目录1. 题目2. 设计题目及任务 1设计题目 1设计任务 23运动方案 3.1上模冲压机构 33.2送料机构 73.3脱模机构 113.4总体方案 184.运动循环图 195.小结 205.2设计小结 206.参考数目 21一、 题目：粉末成型压机设计。二、 设计题目及任务：2.1 设计题目设计粉末成型压机，将具有一定湿度的粉状原料（如陶瓷干粉、药粉）定量送入压形位置，经压制成形后脱离该位置。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
2、。图1图2图3粉料送粉器送粉器上冲头上冲头下冲头下冲头下冲头送粉器压片压片压片如上图所示，粉末成型压机的工艺动作是：1. 送粉器运动到圆筒上方将下冲头托上来的压片推至左侧，同时干粉料均匀筛入圆筒形型腔，下冲头同时下降（图1）。2送粉器退至右侧，下冲头下降停止后上冲头开始向下运动并挤压粉料。（图2）3上冲头上升后下冲头将压好的压片送出，同时送粉器已经装好下次的粉料准备推送压片。上冲头、下冲头、送料筛的设计要求是：1.上模冲压制机构应具有以下的运动特性：快速接近粉料，慢速等速压制，压制到位后停歇片刻保压或接近压制行程终点时在放慢速度而起到保压作用。2.脱模机构应使下模冲顶出距离准确，复位时要求速度
3、快而冲击小。3.送粉机构要求严格遵守压制周期的运动规律。进一步要求：让上模冲和下模冲的运动规律可调。主要技术参数要求：1. 每分钟压制次数为10-40次；2. 压坯最大直径为45mm；3. 上模冲最大行程为110mm；4. 送粉器行程为115mm；5. 脱模最大行程为45mm；6. 压制及脱模能力最大为58kN；2.2 设计任务1. 粉末成型压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，可执行构件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动作的配合，在时间和空间上不能出现“干涉”。3.设计凸轮机构，自行确定
4、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。6.编写设计计算说明书。7.机器的计算机演示验证。三运动方案与运动分析3.1 上模冲压机构方案分析：上模冲本来是打算用一个圆盘凸轮作为执行件（如图1）的，但由于下压要承受较大压力，而凸轮是高副接触，不能承受较大压力。故而选用下面的滑块摇杆机构。图13.1.1 运动尺寸设计：由技术参数要求上模冲的最大行程为110mm可知，它的最大行程应该等于2倍的主动件长度，所以主动件应该等于55mm。连杆则可根据运动规律自行确定，我们在这取140mm。滑
5、块直径45mm，滑块高度=50mm，滑块轴套=70mm，上模冲质量：9kg。 3.1.2运动模型建立：设原动件在图示位置为起点，即转过的角度为0. 滑块在图示位置位移为0，向上为正，向下为负，设原动件转过的角度为，则由几何条件可知，滑块位移s与的关系：S=(c.2-b.2).0.5-(b.2+c.2-2*b*c*cos(pi/2-asin(sin(pi/2+)*b/c).0.5;模型图如下：原动件逆时针转动，带动滑块先往上运动，到达最高点速度为0，接着滑块向下运动，进行压制运动，当曲柄和连杆在同一直线时达到压制极限位置。在次刻滑块速度为0，且前后速度也较小，起到了设计所要求的保压作用。3.1.
6、3运动分析结果：其MATLAB程序如下：b=55;c=140;a=0:0.001:2*pi;y=(c.2-b2).0.5-(b.2+c.2-2*b*c*cos(pi/2-a-asin(sin(pi/2+a)*b/c).0.5;plot(x,y)位移s在一个周期内的图像如下：（注意其并非正弦曲线）再对上面的y求导，程序为：b=55;c=140;syms ay=(c.2-b.2).0.5-(b.2+c.2-2*b*c*cos(pi/2-a-asin(sin(pi/2+a)*b/c).0.5; diff(a) ans = -7700/(22625+15400*sin(-a-asin(11/28*co
7、s(a)(1/2)*cos(-a-asin(11/28*cos(a)*(-1+11*sin(a)/(784-121*cos(x)2)(1/2)则其速度图像程序为：a=55;c=140;x=0:0.001:2*pi;y=-7700./(22625+15400.*sin(-a-asin(11./28.*cos(a).(1./2).*cos(-a-asin(11./28.*cos(a).*(-1+11.*sin(a)./(784-121.*cos(a).2).(1./2); plot(a,y)得其在一个周期内的速度图像为：同理可得其加速度的程序和一个周期内的图像分别为：a=55;c=140;a=0:
8、0.001:2*pi; y=59290000./(22625+15400.*sin(-a-asin(11./28.*cos(a).(3./2).*cos(-a-asin(11./28.*cos(a).2.*(-1+11.*sin(a)./(784-121.*cos(a).2).(1./2).2+7700./(22625+15400.*sin(-a-asin(11./28.*cos(a).(1./2).*sin(-a-asin(11./28.*cos(a).*(-1+11.*sin(a)./(784-121.*cos(a).2).(1./2).2-7700./(22625+15400.*sin(
9、-a-asin(11./28.*cos(a).(1./2).*cos(-a-asin(11./28.*cos(a).*(11.*cos(a)./(784-121.*cos(a).2).(1./2)-1331.*sin(a).2./(784-121.*cos(a).2).(3./2).*cos(a); plot(a,y)3.2 送料机构方案分析：怎么样实现送粉器的左右间歇运动。因为凸轮机构的间歇运动是主要是依靠它自身的重力实现的，对实现上下运动比较合适，但对左右运动好像有些不行。经过思考后和查找课本后，我们发现圆柱凸轮可以实现左右间歇运动，只要在它的表面设计我们需要的曲线就能符合设计要求。3.2
10、.1运动尺寸设计右侧圆柱凸轮尺寸：长度：115mm，直径=50mm，送粉器长度：50mm；连杆长度可根据安装需要自行确定。曲线轮廓见运动分析。3.2.2 运动模型建立设滚子在圆柱凸轮的最左边为送粉器的位移0点，也即其下料位置和左极限位置。当凸轮逆时针转动时，其位移随着轮廓曲线的规律向右运动，当达到最右端时再次停止运动，进行装料。装料完毕后再随着曲线向左运动，如此循环。模型图如下：3.2.3运动分析结果由于考虑到送粉器行程为115mm。可得其位移程序和图像为。x=-pi/6:0.001:pi/6;y=115/2*sin(3*x);plot(x,y);hold onx=pi/6:0.001:5*p
11、i/6;y=115/2;plot(x,y);hold onx=5*pi/6:0.001:7*pi/6;y=115/2*sin(3*x);plot(x,y);hold onx=7*pi/6:0.001:11*pi/6;y=-115/2;plot(x,y)hold off对位移求导得其速度程序和图像为：x=-pi/6:0.001:pi/6;y=115*3/2*cos(3*x);plot(x,y);hold onx=pi/6:0.001:5*pi/6;y=0;plot(x,y);hold onx=5*pi/6:0.001:7*pi/6;y=115*3/2*cos(3*x);plot(x,y);hol
12、d onx=7*pi/6:0.001:11*pi/6;y=0;plot(x,y)同理再对其速度求导得其加速度的程序和图像为：x=-pi/6:0.001:pi/6;y=-115*3*3/2*sin(3*x);plot(x,y);hold onx=pi/6:0.001:5*pi/6;y=0;plot(x,y);hold onx=5*pi/6:0.001:7*pi/6;y=-115*3*3/2*sin(3*x);plot(x,y);hold onx=7*pi/6:0.001:11*pi/6;y=0;plot(x,y)注：虽然加速有突变，但由于是在停止和启动时刻，对运动过程没有大的影响，而且加速度突变
13、产生的是柔性冲击，且突变量不是很大（不是从无穷大或无穷小突变），所以应该可以满足设计要求。3.3脱模机构方案分析：下面同样要承受较大压力，但它要求有间歇运动，用滑块摇杆机构不能实现，所以用以凸轮机构来实现。但下模冲同样要承受较大压力，用凸轮同样不能承受。为了解决这个方案，我们在下模冲杆的下面加了一个弹簧，用以分担凸轮所受压力。3.3.1运动尺寸设计凸轮基圆半径r=45mm ，远休半径=105mm，下模冲高度=20mm，杆长=50mm。质量=3kg。滚子半径=10mm。轮廓曲线见后面运动分析结果。3.3.2运动模型建立：以近休终点为凸轮起始位置，根据设计要求，它先以正弦加速度规律进行推程运动，角度为2*pi/3，然后进行远休，由于远休所需要的时间不长，故设计为pi/6，然后进行余弦加速度规律进行回程运动，角度为pi/3，最后为近休，由于要进行压制操作，故近休时间相对较长，为5*pi/6.3.
