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1、上海工程技术大学机械原理课程设计 压片成形机机械原理课程设计说明书设计题目 压片成形机汽车学院 机械设计制造及其自动化专业0611071班 号设计者 指导老师 2009年 6月 15日目录一、 设计题目2二、 设计要求2三、 设计提示3四、 运压片成形机的工艺动作及功能分解4压片成形机工艺动作分解4工作原理4上冲头和下冲头与料筛的设计要求5五、 运动方案及选择6方案一6方案二7方案三8最终方案8六、 传动方案设计9七、机构组合、参数及运动协调设计9 机构选用10 机构组合10 运动协调设计10 设计计算10 运动循环图12八、 设计图纸13九、 心得体会14十、 参考文献14压片成形机一、设计
2、题目设计自动压片成形机，将具有一定湿度的粉状原料（如陶瓷干粉或药粉）定量送入压形位置，经压制成后脱离该位置。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和药剂（片）等。表1 压片成形机设计数据电动机转速/（r/min）生产率/（片/min）成品尺寸（mm,mm）冲头压力/N机器运转不均匀系数 M冲/M杆/14501080*5150000010125二、设计要求 压片成形机一般至少包括连杆机构和凸轮机构和齿轮机构在内的三种机构。 画出机器的运动方案简图与运动循环图。拟订运动循环图时，执行构件的动作起止位置可根据具体情况重叠安排，但必须满足工艺上各个动作的配合，在时
3、间和空间上不能出现干涉。 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。 设计计算齿轮机构，确定传动比，选择适当的摸数。 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，还应该进行连杆机构的动态静力分析，计算飞轮转动惯量。 编写设计计算说明书。 学生可进一步完成机器的计算机演示验证和凸轮的数控加工等。三、设计提示 各执行机构应包括：实现上冲头运动的主加压机构和实现下冲头运动的辅助加压机构和实现料筛运动的上下料机构。各执行机构必须能满足工艺的运动要求，可以有多种不同型式的机构选用。 由于压片成形机的工
4、作压力比较大，行程短，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滑块机构串接而成。先设计摇杆滑块机构，为了保压，要求摇杆在铅垂位置的2范围内的滑块的位移量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。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为谊。设计曲柄摇杆机构时，为了“增力”，曲柄的回转中心可在摇杆活动链和垂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
5、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懂得三组对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，根据摇柄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，应该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。 辅助加压机构可采用凸轮机构，推杆运动线图可以根据运动循环图确定。设计时，要正确确定凸轮基圆半径。为了便于传动，可以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
6、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。 可以通过对主体机构进行运动分析，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冲和各杆质量m杆（各杆质心位于杆长中点）以及机器运转不均匀系数均见表1，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以不考虑其他机构的转动惯量。确定电动机所需要功率时还要考虑下冲头运动和筛料运动所需功率。四、压片成形机的工艺动作1、压片
7、成型机工艺动作分解： 干粉料均匀筛入圆筒形型腔（图1a）。 下冲头下沉3mm，预防上冲头进入型腔时粉料扑出（图1b）。 上和下冲头同时加压(图1c),并保持一段时间。 上冲头退出，下冲头随后顶出压好的片坯（图1d）。 料筛推出片坯（图1a）。 2、工作原理：(a) (b)(c) (d)3、上冲头和下冲头与料筛的设计要求 上冲头完成往复直移(与动铅垂上下)，下移至重点后有短时间的间歇，起保压作用，保压时间为0.4s左右。因为冲头上升后要留有料筛进入的空间，故冲头行程为90100mm。因为冲头压力比较大，因而加压机构应有增力功能（图2a）。 下冲头先下沉3mm,然后上升8mm，加压后停歇保压，继而
8、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头后，再下移21mm,到待料位置（图2b） 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）。五、运动方案及选择方案1、方案2、方案3、4比较优缺点按照前述的方案评选原则，充分分析各方案的优缺点，然后选出较合适的方案。方案一和方案二都采用了凸轮机构和曲柄滑块机构，凸轮机构虽然能得到理想的运动规律，但要使从动件达到较大的行程，凸轮的向径就必须比较大了，于是凸轮机构的运动空间也比较大了，而凸轮与从动件是高副接触，不宜用于低速、大压力的场合。方案三是将曲柄滑块机构
9、和曲柄摇杆机构串联，则可得到比较好的运动规律，尺寸和运动的幅度也不致太大。又因为他是全低副机构，宜用于低速、重载场合。前两个方案虽也可以达到所要求的机构功能，但均不如第三个方案的结构简洁，所以第三个方案是比较合适的。六、传动方案设计按照设计要求，压片成形机的生产节拍为每分钟15片，所以分配轴的转速为10r/min，选取额定转速为1450r/min的电动机，总传动比：I总 = 1450/10 = 145传动系统采用三级减速机构，第一级为带传动选取传动比为6；第二级和第三级为锥齿轮传动，选取传动比分别为4.3和2.4。选取齿轮模数m=1，则齿轮齿数为：Z1=20, Z2=86,Z3=20=Z7,Z
10、4=Z5=Z6=Z8=50。皮带轮带动的两盘形凸轮机构轮径之比为1：1 七、机构组合、参数及运动协调设计1、机构选择:驱动方式采用电动机驱动。由已知的压片成形机的功能分解，分别选择相应的机构，以实现所需的各项功能。见表3。表3 压片成形机的机构选型功能执行构件工艺动作执行机构设计矩阵冲压成形上冲头直线上下往复运动曲柄滑块机构皮带轮轮机构A1冲压成形下冲头直线上下往复运动盘形凸轮机构皮带轮轮机构A2横向送料推头直线左右往复运动盘形凸轮机构皮带轮轮机构A3 冲压机构（上冲头）考虑用曲柄滑块机构完成冲压所需的上下往复基本运动。用A1表示冲压机构的设计矩阵。 冲压机构（下冲头）采用圆柱凸轮机构完成冲压
11、所需的上下往复基本运动。用A2表示冲压机构的设计矩阵。 送料机构在初步的方案里采用凸轮连杆机构较为适宜，但由于时间的关系及设计能力有限，在设计的过程中遇到了诸多困难，很多问题，特别是连杆的长度和连杆与凸轮之间的配合问题还有待解决，故退而求其次，在最终的方案里，送料机构选择采用了凸轮机构配合弹簧来实现横向送料运动，请老师见凉。设计矩阵用A3表示。2、机构组合:由于A1和A2是相互配合，有停歇、保压，实现冲压运动，为使机构结构紧凑，考虑合并使用。3、运动协调设计：压片成形机是由曲柄滑块机构，凸轮机构组成。负责上冲头工作的曲柄周转一圈完成一次工作循环，同样下冲头盘形凸轮以同样的转速转一圈作为一个工作
12、周期，制作出成品。其他的送料、齿轮机构作为辅助机构。4、设计计算：1、r0.41+-cos2-2-sin22设 =0.74， r279mm，设上冲头行程为90mm， 2r-2rcos2=90，r=105.5mmL=78mm设r的最大摇摆角度AOD=57，即AOB=2，BOD=55； 曲柄摇杆位置为自定义，曲柄长49mm。见3#图纸。以B点为圆心,L为半径画圆与以C点为圆心，49mm为半径画圆，交与E、F两点，ECF=34，为保压角。极位夹角为ECG=21。2、rb=dsdetan-s2+e2e=0,ds=16,d=0.08，tg=27.18，e=0。rb=100mm。4、运动循环图：最终选择方
13、案：（1）上冲头：冲头的位移和曲柄的转角的关系是配合下冲头盘形凸轮动作和时间，与上下冲头相互配合，而送料机构的动作一部分也是和上冲头配合。已知上冲头推程为100mm，周转180冲头由最高点落至最低点，此时下冲头刚好达到最大推程位置，同时在上冲头由最高点落至型腔齐平高度前送料机构完成往复振动筛料的动作并向左位移至最远端。（2）下冲头：在送料机构往复振动和上冲头开始下降的时候，此时下冲头在0-30时保持位移不变之后先下沉3mm，继而再保持30位移不变。然后上升8mm并加压后停歇保压，时间为0.4s，盘形凸轮转过的角度为36。在下冲头盘形凸轮保压后转过30时上冲头落至最低点，冲压动作完成。而后上冲头
14、开始回升，曲柄转过6后凸轮继续推程，转过40后在料筛被推至型腔上方之前达到最大推程高度。而后在最高点保持44，在料筛将成型品推出型腔后下降至原先的启始位置，至此凸轮完成一次工作。根据生产率为10r/min，以上动作完成所需的时间为1.5s。（3）送料机构：启始位置位移为10mm，当送料盘形凸轮分别转过15、30、45，料筛完成往复振动。由于上冲头由最高点落至型腔上方，其曲柄转过的角度为55左右，为避免料筛不和上冲头碰撞，因此设计为送料盘形凸轮转过50时将料筛送回左端最远处。而后等下冲头将成型品推倒型腔上方时再用料筛把成型品推出并回到启始位置。表2 上冲头和下冲头与送料筛的动作关系 上冲头 进
15、退送料筛 退 近休 进 远休下冲头 退 近休 进 远休八、设计图纸：（1）方案设计图（2）送料凸轮机构图 （3）冲头凸轮机构图（4）方案设计简图及运动循环图九、心得体会：首先，我觉得老师给我们作类似的课程设计是十分必要的，这不仅可以提起我们对这门课的学习兴趣，同时还可以在专业上用实践锻炼一下我们，使我们不但不在对所学专业感到陌生，而且还可以培养大家的积极性。其次，我觉得应该培养我们的团队合作精神，让几个人一起作这样的课程设计我想会更好的发挥我们的特长。作为一名机械系，机械设计制造及自动化大二的学生，我觉得能做类似的课程设计是十分有意义，而且是十分必要的。在已度过的大二的时间里我们大多数接触的是
16、专业基础课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去锻炼我们的实践面？如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？我想做类似的作业就为我们提供了良好的实践平台。我们是在作设计，但我们不是艺术家。他们可以抛开实际，尽情在幻想的世界里翱翔，我们是工程师，一切都要有据可依.有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。虽然过去从未独立应用过绘图软件，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率好高，记得大一学CAD时觉得好难就是因为我们没有把自己放在使用者的角度，单单是为了学而学，这样效率当然不会高。边学边用这样才会提高效率，这是我作本次课程设计的第二大收获。十、参考文献：（1） 裘建新，机械原理课程设计指导书，2005（2） 申永胜，机械原理教程（第2版），200516