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1、机械原理课程设计压片机加压机构1、设计题目及要求1.1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，经压制成型后脱离位置。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（b）/（mm，mm）冲头压力/N机器运不均匀系数/B145010805150 0000.10125表1：设计参数压片成形机的工艺动作流程： 干粉料均匀筛入圆筒形型腔（图1.A）； 下冲头下沉3 mm，预防上冲头进入型腔时把粉料扑出(图1.B)； 上、下冲头同时
2、加压(图1.C，并保压一段时间，保压时间0.4s左右； 上冲头退出，下冲头随后顶出压好的片坯（图1.D）； 筛料推出片坯(图1.A)。图1：压片机工作流程1.2设计要求1.2.1工艺参数：(1) 要求将干粉压制成直径为80 mm，厚度为5 mm的圆形片坯；(2) 冲头压力：15吨（150000 N）；(3) 生产率：10片/分钟；(4) 机器运转不均匀系数：10%。1.2.2压片过程的执行机构：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动作
3、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，计算飞轮转动惯量。6) 编写设计计算说明书，可进一步完成机械的计算机演示实验和凸轮的数控加工等。2、运动方案2.1功能分解2.1.1 干粉料均匀筛入圆筒形型腔；2.1.2 下冲头下沉3 mm，预防上冲头进入型腔时把粉料扑出；2.1.3 上、下冲头同时加压，并保压一段时间；2.1.4 上冲头退出，下冲头随后
4、顶出压好的片坯；2.1.5 筛料推出片坯。2.2原动机的选择动机的运动形式主要是回转运动、往复摆动和往复直线运动等。当采用电动机、液压马达和气动马达等原动机时，原动件作连续回转运动，后两者也可作往复摆动；当采用往复式油缸、气缸或直线电动机等原动机时，原动件作往复直线运动。原动件选择是否恰当，对整个机械的性能、对机械传动系统的组成极其繁简程度将有直接影响。如在一般机械中用得最多的交流异步电动机，其同步转速有3000、1500、1000、750、600r/min等五种。在输出同样的功率时，电动机的转速越高，其尺寸重量也就越小，价格也越低。但当机械执行构件的速度很低时，若选用高速电动机，势必需要大减
5、速比的减速装置，可能会造成机械传动系统的过分庞大和制造成本的显著增加。 选择原动机的类型 影响原动机类型选择的因素较多，首先应考虑能源供应及环境要求，选择确定原动机的种类，再根据驱动效率、运动精度、负载大小、过载能力、调速要求、外形尺寸等因素，综合考虑工作机的工况和原动机的特点，具体分析，以选得合适的类型。需要指出的是，电动机有较高的驱动效率和运动精度，其类型和型号繁多，能满足不同类型工作机的要求且还具有良好的调速、启动和反向功能。现代的机电工业提供了大量的原动机供我们选择，就拿电动机来说，除了常用的交流异步电动机外，还有直流电动机、带变速装置的电动机、多速电动机、交流变频变速电动机、伺服电动
6、机、步进电动机、直线电动机、力矩马达等等。除此之外，弹簧、重锤等也常用来作原动机。各种原动机具有各自的特性和适用场合。选择与机械性能要求想适应的原动机的类型及其参数，是机械设计中的重要一环，必须给以足够的重视。总合各种因素我们选择电动机型号为:Y160L-6作为原动机。2.3机构选用2.3.1运动形式根据工艺过程，机构应具有一个模具 (圆筒形型腔) 和三个执行构件 (一个上冲头，一个下冲头和一个料筛)。三个执行构件的运动形式为：(1) 上冲头完成往复(铅垂上下)直移运动，下移至终点后有短时间的停歇，起保压作用，因冲头上升后要留有料筛进入的空间、故冲头行程约为90100 mm。若机构主动件一转
7、(2p)完成一个运动循环，则上冲头位移线图的形状大致如下图2.a所示。(2) 下冲头先下沉3 mm，然后上升8 mm (加压) 后停歇保压，继而上升16 mm，将成形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21 mm到待装料位置。上右移约4550 mm。其位移线图大致如下图2.b所示图2：三执行构件运动线(3) 料筛在模具型腔上方往复振动筛料，然后向左退回，待坯料成形并被推出型腔后，料筛复在台面上右移约4550 mm推卸成形片坯，其位移线图大致如下图2.c所示。上冲头、下冲头与送料筛的动作关系见下表：表2：上冲头、下冲头与送料筛的动作关系表 上冲头进 退送料筛退 近休 进 远休下
8、冲头退 近休 进 远休机械系统转换功能图图3：机械系统转换功能图机械系统方案的形态学矩阵表3：机械系统方案的形态学矩阵我们经综合分析上面的材料选择了涡轮蜗杆机构、齿轮机构、连杆机构和凸轮机构，也考虑到它们有如下的特点：2.3.2蜗轮蜗杆机构在本次设计中我们用蜗轮蜗杆机构与齿轮连接来传递运动，但在实际中涡轮蜗杆机构常用来传递两交错轴之间的运动和动力，蜗轮与蜗杆在其中间平面内相当于齿轮与齿条,蜗杆又与螺杆形状相似。蜗轮及蜗杆机构常被用於两轴交错、传动比大、传动功率不大或间歇工作的场合。蜗轮与蜗杆在使用中具有一定的方式和原理，在使用中具有一定的特点和性能：可以得到很大的传动比，比交错轴斜齿轮机构紧凑
9、；蜗杆传动相当於螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪音很小；两轮啮合齿面间为线接触，其承载能力大大高於交错轴斜齿轮机构；具有自锁性。当蜗杆的导程角小於啮合轮齿间的当量摩擦角时，机构具有自锁性，可实现反向自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。如在其重机械中使用的自锁蜗杆机构，其反向自锁性可起安全保护作用。涡轮与蜗杆在使用中能够显示一定的重要优势，传动效率较低，磨损较严重。蜗轮蜗杆啮合传动时，啮合轮齿间的相对滑动速度大，故摩擦损耗大、效率低。另一方面，相对滑动速度大使齿面磨损严重、发热严重，为了散热和减小磨损，常采用价格较为昂贵的减摩性与抗磨性较好的材料及良好的润滑装置，因而成本较
10、高蜗杆轴向力较大。2.3.3齿轮机构齿轮传动装置利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动，用主、从动轮轮齿直接、传递运动和动力的装置。按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。齿轮传动的优点：1） 瞬时传动比恒定，工作平稳性较高。2） 采用非圆齿轮，瞬时传动比可按所需变化规律设计。3） 传动比变化范围大，特别是采用行星传动时，传动比可到100200（单级），适用于减速或增速传动。4） 速度范围大，齿轮的圆周速度可从V0.1M/S达到200m/s，或更高；转速可从n1 r/min到20000r/min以上。5） 传递功率范围大，承载能力高。6） 传
11、动效率高，特别是精度较高的圆柱齿轮副，其效率可达=0.99以上；7） 结构紧凑，如使用少齿差传动，可使部件更为缩小，成为同轴线传动。8） 维护简便。2.3.4连杆机构我们选择连杆机构考虑到它具有以下一些传动特点：1) 运动副一般均为低副。 低副两运动副元素为面接触，压强较小，故的载荷；且有利于润滑，磨损较小；此外，运动副元素的几何形状较简单，便于加工制造。2) 构件多呈现为杆的形状（故常简称构件为杆）。因而可以很方便地用来达到增力、扩大行程和实现远距离传动等目的。此外，构件的几何形状也较简单，便于加工制造。3)可实现多种形式的运动变换和运动规律。在连杆机构中，当原动件的运动规律不变，可用改变各
12、构件的相对长度来使从动件得到不同的运动规律。4) 具有丰富的连杆曲线形状。在连杆机构中，连杆上各点的轨迹是各种不同形状的曲线(称为连杆曲线)，其形状还随着各构件相对长度的改变而改变，从而可以得到形式众多的连杆曲线，可满足不同轨迹的设计要求。2.3.4凸轮机构凸轮机构运动规律：凸轮机构可以将主动件凸轮的等速连续转动变换为从动件的往复直线运动或绕某定点的摆动，并依靠凸轮轮廓曲线准确地实现所要求的运动规律。特点和优点是：只要正确地设计凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任意给定的运动规律，且结构简单、紧凑、工作可靠。缺点是：凸轮与从动件之间为点或线接触，不易润滑，容易磨损。因此，凸轮机构多用于传力不大的
13、控制机构和调节机构凸轮机构的优点在于组成凸轮机构的构件数较少，结构比较简单，可实现多种形式的运动变换和运动规律，只要合理地设计凸轮的轮廓曲线就可以使从动件获得各种预期的运动规律，而且设计比较容易。与凸轮轮廓接触，并传递动力和实现预定的运动规律的构件，一般做往复直线运动或摆动，称为从动件。凸轮机构在应用中的基本特点在于能使从动件获得较复杂的运动规律。因为从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线，所以在应用时只要根据从动件的运动规律来设计凸轮的轮廓曲线就可以了。从动件与凸轮作点接触或线接触，有滚子从动件、平底从动件和尖端从动件等。尖端从动件能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，可实现任意运动，但尖端容易磨损，
14、适用于传力较小的低速机构中。为了使从动件与凸轮始终保持。凸轮机构广泛应用于各种自动机械、仪器和操纵控制装置。凸轮机构之所以得到如此广泛的应用，主要是由于凸轮机构可以实现各种复杂的运动要求，而且结构简单、紧凑。为确动凸轮的一种。一般情况下凸轮是主动的，但也有从动或固定的凸轮。多数凸轮是单自由度的，但也有双自由度的劈锥凸轮。凸轮机构结构紧凑，最适用于要求从动件作间歇运动的场合。2.4机构运动简图图4 ：运动机构简图设计2.5传动系统的选择、总传动比及其分配2.5.1传动系统的选择我们选择了蜗杆传动和带传动。蜗杆传动的优点在于：结构紧凑，单级传动能得到很大的传动比;传动平稳，无噪声；蜗杆还可以起到自
15、锁的作用。中、高速传动时需要用昂贵的减摩材料（如青铜）。带传动的优点在于:轴间的范围大，工作平稳，噪声小，可吸振缓冲;摩擦型带传动有过载保护的作用，结构简单；成本低，安装要求不高。但是在选择带传动时还需注意的是摩擦型带有滑动，不能用于分度链。2.5.2确定总传动比原动机选定后，根据原动机的额定转速n1和工作轴的转速n2，即可确定传动装置的总传动比： i=n1/n2并将总传动比按各级传动比进行分配：i=i1i2i3in式中：i1,i2,i3,in为各级传动的传动比。经分析得，该设计方案的总传动比可以如此计算：总传动比=电动机转速/生产率i=1450/10=1452.5.3传动比的分配原则传动比的合理分配直接影响到传动装置的外形尺寸、重量、润滑条件、拆装性能和整个机械的工作能力，是远动计算的重要组成部分。传动比分配大的主要要求：1) 各级传动比应在推荐范围内选取
