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1、课程设计课程名称： 机械原理 学 院： 机械工程学院 专 业： 机械电子工程 姓 名： 陆 * 楠 学 号： 0908*317 年 级： 09级 任课教师： 余述* 2012年 1月 5 日注：本文仅供参考目录一、 机械原理课程设计任务书3二、原动机的选择7三、动机构的选择与比较8四、执行机构的选择与比较9五、机械系统运动方案的拟定与比较11六、机械系统的运动循环图14七、机构的设计与运动和动力分析15八、传动比设计24九、完成设计所用方法及其原理的简要说明25十、构件组合运动分析26十一、调用的子程序名27十二、自编的主程序32十三、心得体会41十四、参考文献43一、 机械原理课程设计任务书
2、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。设计数据见下表。 压片成形机设计数据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kgm kgm kgA1450101006015,000 0.10125B97015603510,0000.08104C97020402010,0000.0593 图1 压片成形机工艺动作压片成形机的工艺动作是,如图1所示: (1)干粉料均匀筛入圆筒形型腔（图1a）。 (2)下
3、冲头下沉3mm，预防上冲头进入型腔时粉料扑出（图1b）。 (3)上、下冲头同时加压（图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1d）。 (5)料筛推出片坯（图1e）。图二上冲头、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0.4秒左右。因冲头上升后要留有料筛进入的空间，故冲头行程为90100mm。因冲头压力较大，因而加压机构应有增力功能（图2a）。 (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，将成型片坯顶到与台面平齐后停歇，待料筛将片坯推离冲头后，再下移
4、21mm，到待料位置（图2b）。 (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4550mm，推卸片坯（图2c）。上冲头、下冲头与送料筛的动作关系见下表。动作关系表上冲头进退送料筛退近休进远休下冲头退近休进远休2.设计方案提示 (1)各执行机构应包括：实现上冲头运动的主加压机构、实现下冲头运动的辅助加压机构、实现料筛运动的上下料机构。各执行机构必须能满足工艺上的运动要求，可以有多种不同型式的机构供选用。如连杆机构、凸轮机构等。 (2)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
5、串接而成。先设计摇杆滑块机构，为了保证，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r式中摇杆滑块机构中连杆与摇杆长度之比，一般取12。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位置和另一极限位置），设定与之对应的曲柄三个位置，其中对应于摇杆的两个位置，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，则可根据两连架杆的三组对应位置来设计此机构。设计完成后，
6、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，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愈远，机构行程速比系数愈小，冲头在下极限位置附近的位移变化愈小，但机构尺寸愈大。 (3)辅助加压机构可采用凸轮机构，推杆运动线图可根据运动循环图确定，要正确确定凸轮基圆半径。为了便于传动，可将筛料机构置于主体机构曲柄同侧。整个机构系统采用一个电动机集中驱动。要注意主体机构曲柄和凸轮机构起始位置间的相位关系，否则机器将不能正常工作。 (4)可通过对主体机构进行的运
7、动分析以及冲头相对于曲柄转角的运动线图，检查保压时间是否近似满足要求。进行机构动态静力分析时，要考虑各杆（曲柄除外）的惯性力和惯性力偶，以及冲头的惯性力。冲头质量m、各杆质量m（各杆质心位于杆长中点）以及机器运转不均匀系数均见表8.5，则各杆对质心轴的转动惯量可求。认为上下冲头同时加压和保压时生产阻力为常数。飞轮的安装位置由设计者自行确定，计算飞轮转动惯量时可不考虑其他构件的转动惯量。确定电动机所需功率时还应考虑下冲头运动和料筛运动所需功率。3.设计任务（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)设计传动系统并确定其传动比分配，并在图纸上画出传
8、动系统图； (3)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”； (4)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； (5)设计计算齿轮机构； (6)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，计算飞轮转动惯量； (7)编写设计计算说明书；二、原动机的选择1、原动机的选择主用参考下列条件：（1）现场能源供应条件。（2）工作机载荷特性及其工作制度。
9、（3）工作机对起动、平稳性、过载能力、调速和控制方等方面的要求。（4）原动机是否工作可靠、操作与维修简便，是否需要防尘、防爆、防腐等。（5）原动机的初始成本与运行维护费用。2、常用电动机的结构特征（1）Y系列三相异步电动机 该系列电机能防止水滴、灰尘、铁屑或其他杂物浸入电机内部，它是我国近年来研制成功的新型电动机。（2）电磁调速三相异步电动机 YCD电磁调速三相异步电动机，有组合式和整体式两种机构，这两种调速电动机为防护式，空气自冷，卧式安装，且无碳刷，集电环等滑动接触部件。3、选定电动机的容量 电动机的容量选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。当容量小于工作要求时，电动机不能保证工作
10、装置的正常工作，或使用电动机因长期的过载而过早损坏；容量过大则电动机的价格高，能量不能充分利用，且常常不在满载下运行，其效率和功率的因数都较低，造成浪费。 电机的容量主要由电动机运行时的发热情况而定，而发热又与其工作情况而定。工作机所需工作功率Pw，应由工作阻力和运动参数计算得来的，可按下式计算：Pw=Tn/9550 Kw 其中：T工作机的阻力矩，Nmm； n-工作机的转速，r/min；经过综合考虑决定选用Y160M-6型号电动机（额定电压380V，额定频率50HZ，功率7.5KW，额定转数970r/min）三、传动机构的选择与比较 通过查阅机械原理课程设计指导书，我们初步确定了传动机构：摩擦
11、轮传动，带传动，链传动，齿轮传动，蜗杆传动。各传动的特点如下：1. 摩擦轮传动：运转平稳，噪声小，可在运转中调整传动比；有过载保护作用，结构简单；轴与轴承上的作用力很大，有滑动，工作表面磨损较快；寿命取决于材料的接触强度和耐磨损能力。2. 带传动：轴间距范围大，工作平稳，噪声小，可吸振缓冲；摩擦型带传动有过载保护作用，结构简单；成本低，安装要求不高。外廓尺寸较大；摩擦型带有滑动，不能用于分度链；由于摩擦生电，带传动不宜用于易燃场合；轴和轴承上的作用力大；带的寿命较短。3. 链传动：轴间距范围大；链条元件间形成的油膜能吸振；对恶劣环境有一定适应能力，工作可靠；作用在轴上的载荷小。运转的瞬时速度不
12、均匀，高速时不如带传动平稳（但齿形链传动较平稳）；链条工作时，因磨损产生的伸长容易引起共振，因此需增设张紧和减震装置。4. 齿轮传动：承载能力和速度范围大。传动比恒定，采用行星传动可获得很大的传动比，外廓尺寸小，工作可靠，效率高，非圆齿轮可实现变传动比传动。制造和安装精度要求高；精度低时，运转有噪声；无过载保护作用；寿命取决于轮齿材料的接触和弯曲疲劳强度以及抗胶合合耐磨损能力。5. 蜗杆传动：结构紧凑，单级传动能得到很大的传动比；传动平稳，无噪声；单头蜗杆可制成自锁机构。传动比大、滑动速度低时效率低；中、高速传动需用昂贵的减摩材料（如青铜）；制造精度要求高，刀具费用贵；钢蜗杆蜗轮副已开始应用；
13、制造精确，润滑良好，寿命较长，低速传动，磨损显著。 根据设计要求、工艺性能、结构要求和总传动比、减速机构等条件选择传动系统类型为齿轮传动和蜗杆传动、带轮传动。四、执行机构的选择与比较 执行机构分三部分：实现上冲头上下运动的主加压机构；实现下冲头上下运动的辅助加压机构；实现料筛左右运动的上、下料机构。各执行机构必须能满足工艺上的运动要求，可以有多种不同型式的机构供选用，根据我组的讨论得出如下几种方案。（1）上冲头设计方案上冲头的运动要实现往复直线移动，还有考虑急回特性。而且能够保压，因此设计有以下方案： 图三、上冲头比较 比较：由于压片成形机的工作压力较大，行程较短，采用上述的上冲头一在行程上加压及保压上能满足要求，但是要一定的压力必须要求偏心轮有很大转矩。因此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成，如上图中的上冲头二机构。（2） 下冲头设计方案 图四、下冲头比较比较：要使下冲头先下沉3mm，然后上升8mm，加压后停歇保压，继而上升16mm，将成型片坯顶到与台面平齐后停歇，待料筛将片坯推离冲头后，再下移21mm，到待料位置，从上图可以看出，在只用一个凸轮的时候完成4各动作，凸轮的实际轮廓曲线形状将会很怪异，在实际执行起来会出现力量不够，且一个凸轮分配四
