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1、机械原理课程设计 说明书设计题目 压片成形机机械系机械设计制造及其自动化专业101班设计者XXX学号指导教师XXX2012年6月21日目 录l 设计题目1l 设计要求3l 方案设计与分析4送料机构方案设计与分析4上冲头方案设计与分析5下冲头方案设计与分析6l 确定设计方案图拟7l 设计过程及主要零件结构设计8上冲头机构设计 8下冲头机构设计10料筛机构设计11传动系统的传动比分配 12l 机械运动工艺过程及循环图 16 机械运动工艺过程16机械运动循环图16l 设计总结（心得体会） 17l 主要参考书目 17机械原理课程设计 压片成形机一：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
2、（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。如图示，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a）（2） 下冲头下沉3mm，预防上冲头进入型腔时粉料扑出（b）（3） 上下冲头同时加压，并保持一段时间（图c）（4） 上冲头退出，下冲头随后顶出压片的好坯（图d）（5） 筛料推出片坯（图e） 如图所示，上冲头，下冲头，送料筛的设计要求如下：（1） 上冲头完成直线往复运动（铅垂上下），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筛料进入空
3、间，故冲头行程为90mm到100mm。因冲头压力较大，因而加压机构要有增力功能（如下图所示）。（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（如下图所示）。（3） 料筛在模具型腔上方往复振动料筛，然后向左退回。待批料成形并被推出型腔后，料筛在台面上向右移45mm到55mm，推卸片坯（如下图所示）。如图所示，上冲头，下冲头，送料筛的动作关系见下表：动作关系表压片成形机设计数据如下：电动机转速/（r/min）：1450； 生产率/(片/min)：10；冲头压力/N：150 000； 机器
4、运转不均匀系数/：0.10；二：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） 画出机器运动的运动方案简图和运动循环图。拟定运动循环图时，执行构件的动作起止位置可根据具体情况重叠安排，但必须满足工艺上的各个动作的配合，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，绘制运动线图。如果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。（6） 编写设计说明书。三：方案设
5、计与分析（1） 送料机构方案设计与分析：主要作用是将坯料送至加工位置，且能实现往复运动要求，故有以下方案可供选择。方案A评估：此方案是曲柄滑块机构，能够将坯料送至加工位置，而且有急回特性，但是不是很容易筛料，不是太理想。方案B 评估：此方案能够将坯料送至加工位置，不但能够往复运动，而且很容易筛料，结构简单，易于控制。方案选择：方案B（2） 上冲头方案设计与分析：上冲头要实现往复直线运动，还要有急回特性，而且能够保压，故有以下方案可供选择。方案A评估：上冲头要求冲头压力较大，此方案为曲柄摇杆机构，由曲柄为主动件带动摇杆摇动以及滑块上下运动，能够很好地执行要求，此机构有增力功能，结构简单。方案B评
6、估：此方案凸轮旋转带动滚子运动，使上冲头上下往复运动，能够完成运动要求，但是此机构增力功能不够，冲头下压力不足，不能很好地进行施压设计难度高。方案选择：方案A（3） 下冲头方案设计与分析：需要较高的承受能力，而且要实现间歇运动。方案A评估：此方案为对心直动滚子推杆凸轮机构，结构简单，有较高的承受能力，而且能实现间歇运动，能满足运动要求。方案B评估：此方案为端面圆柱凸轮机构，能够实现运动要求，但是设计难度大，也不易生产加工。方案选择：方案A四：确定设计方案图拟综合上述方案，可得总方案如图所示：1电动机；2带传动；3、5同步齿形链传动；4送料机构；6下冲头机构；7上冲头机构；8减速器五：设计过程及
7、主要零件结构设计（1） 上冲头机构设计1.设定摇杆长度选取=1.5 代入公式 ：r得r394 所以选取r=390; 得L =r=3901.5=585;对应上冲头机构的杆件，此处r为BD杆，L为DE杆。h2.确定摇杆摆角根据右图，可知行程的计算公式为h=L-rcos+-r此时h=100计算的摆角为32与测量出的图中摆角大小相等因为题设要求摆角小于60，所以满足要求。3.通过图解法求出曲柄摇杆机构中曲柄与连杆的长度如图所示作图，因为AD=CD-AC,AD=CD+AC,所以AD=229mm，AD=428mm，计算得AC=100mm，CD=328mm。综上所述，上冲头各杆件尺寸如下：AC=100mm，
8、CD=328mm，BD=390mm，DE=585mm，AB=510mm满足杆长之和定理，即AC+ABCD+BD，确保曲柄存在。4.连杆机构运动分析如下图所示是曲柄摇杆机构的位移时间图像，竖直向上的为位移，水平为时间；从1运动到2的位移为100mm，耗时3.25s，平均速度为30.8mm/s，加速度为0；从2运动到3的位移为100mm，耗时2.75s，平均速度为36.4mm/s加速度为0；综上所述，上冲头的行程为在03.25s时做速度为-30.8mm/s的匀速运动，在3.256s时做速度为36.4mm/s的匀速运动，此种设计有急回特性，节省了整个流程的总时间提高了生产效率，但由于在2点速度发生突
9、变会产生刚性冲击，对机构会产生一定影响。（2） 下冲头机构设计由于压片成形机的工作压力较大，因此选择直动滚子推杆盘型凸轮，根据行程要求及工艺要求，设定凸轮的基圆半径R=40mm，偏心距e=0，滚子半径r=1mm推杆运动规律如下：序号凸轮运动角转角推杆运动规律106060休止2609030推杆下降39010515休止410519590推杆上升519521924推杆上升621924021推杆上升724030060休止830036060推杆下降得到从动件位移线图及凸轮轮廓线如下图由公式解得最大压力角=32。由于凸轮廓线15mm，则取凸轮机构的最小曲率半径为=10mm。（3） 料筛机构设计送料机构主要
10、功能是将坯料送到加工位置，且能实现间歇要求，对承载能力要求较低，采用凸轮机构完成。 设计送料凸轮基圆半径40mm，偏心距0，滚子半径1mm，其推杆运动规律如下表：序号凸轮运动角转角推杆运动规律101212推程2123018休止3306030回程460240180休止5240360120推程得到筛料机构位移线图及凸轮轮廓线如下图（4） 传动系统的传动比分配选定电动机转速n=1450r/min，按设计要求凸轮转速应为n=10r/min1.确定传动比：传动比i =n/n=1452.传动比的分配：i（式中，为各级传动的传动比）传动系统采用四级减速机构，第一级为带传动，第二级为减速器传动，第三级为带传动
11、，第四级为带传动。按前述传动比分配原则，为使传动构件获得较小尺寸，结构紧凑，可采用传动比“先小后大”原则。因此初选2.5，58。第一级带参数表如下表所示名称传动比i皮带轮直径皮带轮11:2.520mm皮带轮250mm减速器内部齿轮结构如下所示由于58，所以从齿轮6输入580 r/min，从齿轮1输出10r/min。图中各齿轮齿数为Z=58，Z=Z=10，Z=Z=50，根据传动比公式i=n/n= ZZZ/ZZZ,求得Z=25。根据设计要求，上冲头，下冲头和送料筛同时进行，所以第三级和第四级的传动比为。3各级传动比的分配表传动比分配2.558114减速器内部齿轮设计与计算减速器为一般工作机器，速度
12、不高，故齿轮选用8级精度，对其中齿轮1跟齿轮2这一对齿轮进行计算，Z=10，Z=50，得i=5,设计齿轮均为标准圆柱直齿轮，且模数均为2mm，齿顶高(h)均为2mm，齿根高(h)均为2.5mm，分度圆压力角=20，则 d=mz=20mm； d=mz=100mm； d= mzcos=18.8mm； d= mzcos=94mm；d=d+2h=24mm； d=d+2h=104mm；d=d-2h=15mm； d=d-2h=95mm；p= p=m =6.28mm； s=p/2=3.14mm；p=mcos=6mm； a=(d+ d)/2=60mm；大致示意图如图所示。同理可得其余齿轮主要参数：减速器内部齿
13、轮主要参数名称齿数模数分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径直齿轮6252mm50mm54mm45mm直齿轮5582mm116mm120mm111mm直齿轮4102mm20mm24mm15mm直齿轮3502mm100mm104mm95mm直齿轮2102mm20mm24mm15mm直齿轮1502mm100mm104mm95mm六：机械运动工艺过程及循环图（1）机械运动工艺过程从整个机器的角度上看，它是一种时序式组合机构系统，所以要拟订运动循环图。料筛从推出片坯的位置经加料位置加料后退回最左边（起始位置）停歇。下冲头即下沉mm。同时，上冲头可下移到型腔入口处，待上冲头到达台面下1mm 处时，下冲头开始上升，对粉料两面加压，这时，上、下冲头各移动mm，然后两冲头以相同速度上升，达到停歇保压效果，保压时间约0.s。以后，上冲头先开始退出，下冲头稍后并稍慢地身上移动到和台面平齐，顶出成形片坯。下冲头停歇待卸片坯时，料筛已推进到形腔上方推卸片坯。然后，下冲头下移2mm的同时，
