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1、机械原理课程设计目录一、课题- 02二、机构总体设计- 03三、机构具体设计 3.1上冲模机构设计- 04 3.2脱模机构设计- 21 3.2.1滚子直动对心盘形凸轮设计- 213.2.2平底推杆直动对心盘形凸轮设计- 34 3.2.3分析比较- 453.3送粉机构设计- 46 3.3.1设计分析- 46 3.3.2摆动推杆凸轮设计- 47 3.3.3连杆机构设计- 59四、机构动力设计- 80五、参考文献- 82课题：粉末成形压机一 工作原理及工艺动作过程粉末冶金是将金属等粉末的混合料，通过压制成型和烧结而制成零件或成品材料的一种工艺方法。在压制长径比h/d11.5的圆柱体压坯时，可采用单向
2、压制，即压制时仅一个方向施力。压制过程中，阴模固定不动，其他执行动作如图1所示。 送料器上粉后返回，上冲模开始 上冲模压制到位，下行压制粉末，下冲模固定不动 下冲模固定不动 （a） （b） 上冲模上行回位，下 送粉器推坯下料冲模上顶压坯脱模 下冲模固定不动 （C） （d） 送粉器到位后上料准备回位 下冲模下行回位，准备循环 （e）二设计要求1. 上冲模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（约0.4秒左右）保压或接近压制行程终点时再放慢而几道保压作用。2. 脱模机构应使下冲模顶出距离准确，复位时要求速度快而冲击小。3. 送粉机构要严格遵守压制周期的运动规律
3、。4. 进一步要求：让上冲模和下冲模的行程可调。 三. 主要技术要求 1每分钟压制次数为1040次； 2.压坯最大直径为45mm;3.上冲模最大行程为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;一：机构总体设计成型压机的总体设计如图一所示。该成型压机包括三个机构：上冲模机构、下冲模机构（脱模机构）、送粉机构。图 1上冲模机构由一个曲柄摇杆机构（1、2、3）和一个三杆滑块机构（3、4、5）并联，其功能是： 曲柄1做回转运动，带动摇杆3在一定范围内摆动，并且具有急回特性。 摇杆3与连杆4铰接，进而带动冲头5做直线运动。 上冲模在冲压完成
4、后停歇0.30.4S，之后有一个急回过程。脱模机构由下冲模即推杆与圆盘凸轮组成。其功能是： 在凸轮停歇，上冲模做冲压动作时凸轮与推杆不接触，此时推杆由机架拖住。这样，在冲压过程中推杆上受到的压力就不会作用到凸轮上。 脱模机构能使下冲模顶出距离准确。 回程（复位）时速度快而冲击小。送粉机构由一个滚子摆杆偏心圆盘机构与一个摇杆滑块机构串联而成。其功能是： 具有间歇送料和急回特性 送料的同时将已压制好的坯送离工作区域二机构具体设计 （1）上冲模机构设计：设计选定LCD =LBC =L4=200mm，上冲模的行程为100mm。即构件2,3,4的长度均为200mm。先对曲柄摇杆机构进行作图分析：图 21
5、假定CD杆运动到竖直位置时，AB杆与BC杆恰好共线，且此时BC与水平方向的夹角为30。BC与B”C”分别是BC杆运动的两个极限位置。进而计算出杆CD的摆动角为41.4计算得C”CD=69.3。则C”CB=30+C”CD-90=9.3AB与BC共线，A铰链的位置在直线B”C”上，现假设LAB =X，则有AC=200+X。还有AB”与B”C”重合，则AC”=200-X。进而由余弦定理得：COSC”CB=(200+X)2+2002-(200-X)2/2x100x1.414(200+X)解得X=68.78mm即曲柄1的长度约等于68.8mm。进一步计算其机位夹角f=9.97，即其机位夹角约等于10，从
6、而得该机构的行程速比系数K=1.17。最后得到的上冲模机构简图如下图三。图 32现对进行运动分析：图 4计算得LAD=242mm、LAE=LAB+LBC=268.8mm、AD与水平线的夹角为15.773现以AD为基准进行机构的运动分析：f1(q2,q3)=(LBCcosq2 +LCDcosq3 )(LAD+LABcosq1 )f2(q2,q3)=(LCDsinq3 LBC sinq2 )LABsinq1 该方程组的雅克比矩阵为J：LBC sinq2 -LCDsinq3J= -LBCcosq2 LCDcosq3接着进行MATLAB编程，对机构的运动进行分析：位移分析：原函数：function y
7、=rrrposi(x)%script used to implement Newton-Raphson mechod for%solving nonlinear position of RRR bar group%Input parameters%x(1)=theta-1%x(2)=theta-2 guess value%x(3)=theta-3 guess value%x(4)=LAB%x(5)=LBC%x(6)=LCD%x(7)=LAD%Output parameters%y(2)=theta-2%y(3)=theta-3%y(4)=theta-4%theta2=x(2);theta3=x
8、(3);%epsilon=1.0E-6;%f=x(5)*cos(theta2)+x(6)*cos(theta3)-x(7)-x(4)*cos(x(1); x(6)*sin(theta3)-x(5)*sin(theta2)-x(4)*sin(x(1);%while norm(f)epsilon J=-x(5)*sin(theta2) -x(6)*sin(theta3); -x(5)*cos(theta2) x(6)*cos(theta3); dth=inv(J)*(-1.0*f); theta2=theta2+dth(1); theta3=theta3+dth(2); f=x(5)*cos(th
9、eta2)+x(6)*cos(theta3)-x(7)-x(4)*cos(x(1); x(6)*sin(theta3)-x(5)*sin(theta2)-x(4)*sin(x(1);norm(f);end;y(1)=theta2;y(2)=theta3;主程序：clcclearx1=linspace(0,2*pi,180);x=zeros(length(x1),7);for n=1:180x(n,:)=x1(:,n) 40*pi/180 55*pi/180 68.8 200 200 242;endp=zeros(length(x1),2);for k=1:180y= shangchongm(x
10、(k,:);p(k,:)=y;end得到P矩阵。得到的P矩阵的第二列是q3在曲柄1转过360的过程中对应各个位置的值。得摇杆与竖直线的夹角矩阵为q=90-p(:,1)*(180/pi)-15.77。输出图像：图 5上冲模的行程方程为：X= 2x200xcosq-300输出上冲模行程随q1 摆动角度变化的图像：图 6分析上冲模的行程图像可知，上冲模在一个周期内约有0.33S的停歇时间。接下来分析机构运动的加速度： f1(q2,q3)=(LBCcosq2 +LCDcosq3 )(LAD+LABcosq1 )f2(q2,q3)=(LCDsinq3 LBC sinq2 )LABsinq1对时间t求导数
11、得到：-2LBCSin2-3LCDSin3=-1LABSin13LCDCos3-2LBCCos2=1LABCos1 -LBCSin2 -LCDSin3 2 -LBCCos2 LCDCos3 3 -LABSin1 =1LABCos11=2/=rad/s再次求导数得到：-2LBCSin2-22LBCCos2-3LCDSin3-32LCDCos3=-12LABCos13LCDCos3-32LCDSin3-2LBCCos2+22LBCSin2=-12LABSin1 -LBCSin2 -LCDSin3 2 = LCDCos3 -LBCCos23 1LABCos1 2LBCCos2 3LCDCos3 1
12、2-1LABSin1 -2LBCSin2 3LCDSin3 3依据速度方程和加速度方程进行MATLAB编程。速度分析：主函数：function y=scmvel(x)%Input parameters%x(1)=theta-1%x(2)=theta-2%x(3)=theta-3%x(4)=dtheta-1%x(5)=LAB%x(6)=LBC%x(7)=LCD%x(8)=LDA%Outout parameters%y(1)=dtheta-2%y(2)=dtheta-3%A=-x(6)*sin(x(2) -x(7)*sin(x(3); -x(6)*cos(x(2) x(7)*cos(x(3);B=
13、-x(5)*sin(x(1); x(5)*cos(x(1)*x(4);y=inv(A)*B;主程序： x2=x1 p(:,1) p(:,2) pi*ones(180,1) 68.8*ones(180,1) 200*ones(180,1).200*ones(180,1) 242*ones(180,1); m=zeros(2,180); for k=1:180y2=scmvel(x2(k,:);m(:,k)=y2;end得到的m矩阵的第二行是CD杆的角速度进一步输出CD杆角速度图像：图 7上冲模的速度函数V=-W3x400xsinq3输出上冲模速度图像： 图 8求加速度：主函数：function
14、y=scma(x)%Input parameters%x(1)=theta-1%x(2)=theta-2%x(3)=theta-3%x(4)=dtheta-1%x(5)=dtheta-2%x(6)=dtheta-3%x(7)=LAB%x(8)=LBC%x(9)=LCD%x(10)=LAD%Outout parameters%y(1)=a2%y(2)=a3%A=-x(8)*sin(x(2) -x(9)*sin(x(3); x(9)*cos(x(3) -x(8)*cos(x(2);B=-x(4)*x(7)*cos(x(1) x(5)*x(8)*cos(x(2) x(6)*x(9)*cos(x(3)
15、; -x(4)*x(7)*sin(x(1) -x(5)*x(8)*sin(x(2) x(6)*x(9)*sin(x(3);C=x(4);x(5);x(6);y=inv(A)*B*C;主程序： x3=x1 p(:,1) p(:,2) pi*ones(180,1) m(1,:) m(2,:) 0.0688*ones(180,1).0.200*ones(180,1) 0.200*ones(180,1) 0.242*ones(180,1); n=zeros(2,180);for k=1:180y3=scma(x3(k,:);n(:,k)=y3;end 得到的n矩阵的第二行是CD杆的角加速度。输出杆CD
16、运动的角加速度图像：图 9上冲模加速度： A=zeros(1,180); for k=1:180A(k)=-0.4*n(2,k)*sin(p(k,2)-0.4*m(2,k)2*cos(p(k,2);end输出上冲模加速度图像：图 10整理数据列表：表一 上冲模运动分析数据表q1/radq2/radq3/radW2（rad/s）W3（rad/s）a2/(rad/m2)a3/(rad/m2)0 0.0351 0.0702 0.1053 0.1404 0.1755 0.2106 0.2457 0.2808 0.3159 0.3510 0.3861 0.4212 0.4563 0.4914 0.526
17、5 0.5616 0.5967 0.6318 0.6669 0.7020 0.7371 0.7722 0.8073 0.8424 0.8775 0.9126 0.9477 0.9828 1.0179 1.0530 1.0881 1.1233 1.1584 1.1935 1.2286 1.2637 1.2988 1.3339 1.3690 1.4041 1.4392 1.4743 1.5094 1.5445 1.5796 1.6147 1.6498 1.6849 1.7200 1.7551 1.7902 1.8253 1.8604 1.8955 1.9306 1.9657 2.0008 2.03
18、59 2.0710 2.1061 2.1412 2.1763 2.2114 2.2465 2.2816 2.3167 2.3518 2.3869 2.4220 2.4571 2.4922 2.5273 2.5624 2.5975 2.6326 2.6677 2.7028 2.7379 2.7730 2.8081 2.8432 2.8783 2.9134 2.9485 2.9836 3.0187 3.0538 3.0889 3.1240 3.1591 3.1942 3.2293 3.2644 3.2995 3.3347 3.3698 3.4049 3.4400 3.4751 3.5102 3.5
19、453 3.5804 3.6155 3.6506 3.6857 3.7208 3.7559 3.7910 3.8261 3.8612 3.8963 3.9314 3.9665 4.0016 4.0367 4.0718 4.1069 4.1420 4.1771 4.2122 4.2473 4.2824 4.3175 4.3526 4.3877 4.4228 4.4579 4.4930 4.5281 4.5632 4.5983 4.6334 4.6685 4.7036 4.7387 4.7738 4.8089 4.8440 4.8791 4.9142 4.9493 4.9844 5.0195 5.
20、0546 5.0897 5.1248 5.1599 5.1950 5.2301 5.2652 5.3003 5.3354 5.3705 5.4056 5.4407 5.4758 5.5110 5.5461 5.5812 5.6163 5.6514 5.6865 5.7216 5.7567 5.7918 5.8269 5.8620 5.8971 5.9322 5.9673 6.0024 6.0375 6.0726 6.1077 6.1428 6.1779 6.2130 6.2481 6.28320.6809 0.6733 0.6659 0.6588 0.6520 0.6454 0.6391 0.
21、6331 0.6274 0.6220 0.6168 0.6120 0.6074 0.6031 0.5991 0.5954 0.5920 0.5888 0.5859 0.5834 0.5811 0.5790 0.5773 0.5759 0.5747 0.5738 0.5732 0.5728 0.5728 0.5730 0.5735 0.5743 0.5753 0.5767 0.5783 0.5802 0.5824 0.5848 0.5876 0.5906 0.5939 0.5975 0.6014 0.6056 0.6100 0.6148 0.6199 0.6252 0.6309 0.6369 0
22、.6432 0.6498 0.6568 0.6640 0.6716 0.6795 0.6878 0.6964 0.7053 0.7146 0.7242 0.7341 0.7444 0.7550 0.7660 0.7773 0.7890 0.8010 0.8133 0.8259 0.8389 0.8521 0.8656 0.8794 0.8935 0.9078 0.9223 0.9370 0.9518 0.9668 0.9819 0.9971 1.0122 1.0274 1.0425 1.0576 1.0725 1.0872 1.1017 1.1160 1.1299 1.1435 1.1567
23、1.1695 1.1818 1.1936 1.2048 1.2155 1.2256 1.2350 1.2438 1.2520 1.2594 1.2662 1.2723 1.2776 1.2823 1.2862 1.2895 1.2920 1.2939 1.2950 1.2955 1.2953 1.2945 1.2931 1.2910 1.2883 1.2851 1.2813 1.2770 1.2721 1.2667 1.2609 1.2545 1.2478 1.2406 1.2330 1.2250 1.2166 1.2080 1.1989 1.1896 1.1800 1.1701 1.1599
24、 1.1495 1.1389 1.1281 1.1171 1.1059 1.0945 1.0831 1.0715 1.0598 1.0479 1.0361 1.0241 1.0121 1.0001 0.9880 0.9759 0.9638 0.9518 0.9398 0.9278 0.9158 0.9040 0.8922 0.8805 0.8689 0.8574 0.8461 0.8348 0.8237 0.8128 0.8021 0.7915 0.7811 0.7709 0.7608 0.7510 0.7414 0.7321 0.7229 0.7140 0.7054 0.6970 0.688
25、8 0.68090.6809 0.6888 0.6970 0.7054 0.7140 0.7229 0.7321 0.7414 0.7510 0.7608 0.7709 0.7811 0.7915 0.8021 0.8128 0.8237 0.8348 0.8461 0.8574 0.8689 0.8805 0.8922 0.9040 0.9158 0.9278 0.9398 0.9518 0.9638 0.9759 0.9880 1.0001 1.0121 1.0241 1.0361 1.0479 1.0598 1.0715 1.0831 1.0945 1.1059 1.1171 1.128
26、1 1.1389 1.1495 1.1599 1.1701 1.1800 1.1896 1.1989 1.2080 1.2166 1.2250 1.2330 1.2406 1.2478 1.2545 1.2609 1.2667 1.2721 1.2770 1.2813 1.2851 1.2883 1.2910 1.2931 1.2945 1.2953 1.2955 1.2950 1.2939 1.2920 1.2895 1.2862 1.2823 1.2776 1.2723 1.2662 1.2594 1.2520 1.2438 1.2350 1.2256 1.2155 1.2048 1.19
27、36 1.1818 1.1695 1.1567 1.1435 1.1299 1.1160 1.1017 1.0872 1.0725 1.0576 1.0425 1.0274 1.0122 0.9971 0.9819 0.9668 0.9518 0.9370 0.9223 0.9078 0.8935 0.8794 0.8656 0.8521 0.8389 0.8259 0.8133 0.8010 0.7890 0.7773 0.7660 0.7550 0.7444 0.7341 0.7242 0.7146 0.7053 0.6964 0.6878 0.6795 0.6716 0.6640 0.6
28、568 0.6498 0.6432 0.6369 0.6309 0.6252 0.6199 0.6148 0.6100 0.6056 0.6014 0.5975 0.5939 0.5906 0.5876 0.5848 0.5824 0.5802 0.5783 0.5767 0.5753 0.5743 0.5735 0.5730 0.5728 0.5728 0.5732 0.5738 0.5747 0.5759 0.5773 0.5790 0.5811 0.5834 0.5859 0.5888 0.5920 0.5954 0.5991 0.6031 0.6074 0.6120 0.6168 0.
29、6220 0.6274 0.6331 0.6391 0.6454 0.6520 0.6588 0.6659 0.6733 0.6809-0.6954 -0.6718 -0.6478 -0.6235 -0.5990 -0.5742 -0.5493 -0.5241 -0.4989 -0.4735 -0.4480 -0.4225 -0.3969 -0.3713 -0.3457 -0.3202 -0.2946 -0.2692 -0.2437 -0.2183 -0.1930 -0.1677 -0.1425 -0.1174 -0.0923 -0.0673 -0.0423 -0.0174 0.0075 0.
30、0324 0.0572 0.0821 0.1070 0.1320 0.1569 0.1820 0.2071 0.2324 0.2578 0.2833 0.3089 0.3348 0.3608 0.3871 0.4136 0.4403 0.4673 0.4946 0.5222 0.5500 0.5782 0.6066 0.6354 0.6644 0.6938 0.7234 0.7533 0.7835 0.8138 0.8444 0.8751 0.9058 0.9366 0.9673 0.9978 1.0282 1.0581 1.0877 1.1166 1.1448 1.1721 1.1983 1
31、.2233 1.2468 1.2687 1.2887 1.3067 1.3224 1.3356 1.3460 1.3535 1.3579 1.3590 1.3565 1.3504 1.3406 1.3269 1.3092 1.2877 1.2621 1.2328 1.1995 1.1627 1.1222 1.0784 1.0315 0.9817 0.9292 0.8744 0.8175 0.7587 0.6985 0.6371 0.5747 0.5117 0.4484 0.3849 0.3216 0.2586 0.1962 0.1345 0.0737 0.0140 -0.0445 -0.1017 -0.1575 -0.2118 -0.2645 -0.3156 -0.3650 -0.4127 -0.4586 -0.5028 -0.5453 -0.5859 -0.6248 -0.6620 -0.6974 -0.7310 -0.7630 -0.7933 -0.8218 -0.8488 -0.8741 -0.8978 -0.