干粉压片机设计毕业论文.docx
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干粉压片机设计毕业论文
一．前言
干粉压片机是指利用传动系统将电动机的转速降低带动执行机构对粉末物质采取上下进行加压而成片状。
根据干粉压片机的传动系统和执行机构不同，干粉压片机可以分为单片式压片机，旋转式压片机，亚高速旋转式压片机、全自动高速压片机以及旋转式包芯压片机。
干粉压片机的使用行业很广泛。
如制药厂、电子元件厂、陶瓷厂、化工原料厂等等，而且压片机还能用来做冲压设备。
压片机在欧美出现的较早。
而在国内到1949年，上海市的天祥华记铁工厂仿造成英国式33冲压片机；1951年，根据美国16冲压片机改制成国产18冲压片机，这是国内制造的最早制药机械；1957年，设计制造了ZP25-4型压片机；1960年，自行设计制造成功60-30型压片机，具有自动旋转、压片的功能。
同年还设计制造了ZP33型、ZP19型压片机。
“七五”期间，航空航天部206所HZP26高速压片机研制成功。
1980年，上海第一制药机械厂设计制造了ZP-21W型压片机，达到国际上世纪80年代初的先进水平，属国内首创产品。
1987年，引进联邦德国Fette公司微机控制技术，设计制造了P3100-37型旋转式压片机，具有自动控制片剂重量、压力、自动数片、自动剔除废片等功能，封闭结构严密、净化程度达到GMP要求。
1997年,上海天祥健台制药机械研发了ZP100系列旋转式压片机、GZPK100系列高速旋转式压片机。
进入21世纪，随着GMP认证的深入，完全符合GMP的ZP系列旋转式压片机相继出现：
上海的ZP35A、山东聊城的ZP35D等。
高速旋转式压片机在产量、压力信号采集、剔废等技术上有了长足的发展，最高产量一般都大于300000片/小时，最大预压力20kN，最大主压力80kN或10080kN。
譬如，北京国药龙立科技的GZPLS-620系列高速旋转式压片机、上海天祥健台制药机械的GZPK3000系列高速旋转式压片机、北京航空制造工程研究所的PG50系列高速旋转式压片机等。
随着制造加工工艺水平、自动化控制技术的提高以及压片机使用厂家各种不同的特殊需求，各种特殊用途的压片机也相继出现。
譬如，实验室用ZP5旋转式压片机、用于干粉压片的干粉旋转式压片机、用于火药片剂的防爆型ZPYG51系列旋转式压片机等。
国内压片机的现状：
（1）压片机规格众多、数量大；
（2）操作简单；（3）技术含量较低，技术创新后力不足。
国外压片机的现状：
高速高产、密闭性、模块化、自动化、规模化及先进的检测技术是国外压片机技术最主要的发展方向。
一.压片机工作原理及工艺流程…………………………………3
1.1工艺参数………………………………………………………3
1.2工艺流程………………………………………………………3
二．设计要求及参数………………………………………………4
2.1上冲头，下冲头，送料筛的设计要求………………………4
2.2设计要求………………………………………………………4
三．设计过程………………………………………………………5
3.1上冲头方案分析………………………………………………5
3.2下冲头设计方案………………………………………………6
3.3料筛设计方案…………………………………………………7
3.4总方案示意图…………………………………………………8
3.5方案选取………………………………………………………9
3.6综合运动协作关系……………………………………………9
四．单元机构参数计算……………………………………………10
4.1上冲头设计……………………………………………………10
4.2下冲头设计……………………………………………………12
4.3用解析法对上冲头进行分析…………………………………13
4.4用图解法对上冲头进行分析…………………………………15
五．机构运动模拟仿真……………………………………………17
六．心得体会………………………………………………………20
七．参考书目………………………………………………………20
一．压片机工作原理及工艺流程
1.工艺参数
（1）冲头压力150ＫＮ
（2）生产率每分钟２５片
（3）将陶瓷干粉或煤粉料压制成厚度为5mmr=34mm的圆形片坯。
（4）机器运转不均匀系数１０％
2.工艺流程
（1）干粉料均匀筛入团筒形型腔（图a）；
（2）下冲头下沉3mm，预防上冲头进入型腔时将粉料扑出（图b）；
（3）上、下冲头同时加压（图c），并保压一段时间；
（4）上冲头退出，下冲头随后顶出压好的片坯（图d）；
（5）料筛推出片坯。
干粉压片机的工艺过程图
二．设计要求及参数
1上冲头、下冲头、送料筛的设计要求
（1）上冲头完成往复自移运动（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0.4S左右。
因冲头上升后要留有料筛进人的空间，故冲头行程为90～100mm。
因冲头压力较大，因而加压机构应有增力功能（图a）；
（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，将成形片坯顶到与台内平齐后停歇，待料筛将片坯推离冲头后，再下移21mm，到待料位置（图b）；
（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45～50mm，推卸片坯（图c）。
上冲头、下冲头与送料筛的动作关系见表3
2．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）画出机器的运动方案简图与运动循环图。
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。
三．设计过程
3.1上冲头方案分析
序号
方案简图
优缺点
方案1
用涡轮蜗杆带动偏心飞轮转动，连杆带动上冲头走往复运动。
制造水平要求高，且达不到设计要求。
方案2
杆1带动杆2运动，杆2使滑块往复运动，同时带动杆3运动，从而达到所要求的上冲头的运动。
此方案可以满足保压要求，但是上冲头机构制作工艺复杂，磨损较大，且需要加润滑油，工作过程中污损比较严重。
方案3
此方案使用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串接而成，结构简单、轻盈，能满足保压要求，并能够轻松达到上冲头的行程要求。
3.2下冲头设计方案
序号
方案简图
优缺点
方案1
此方案可以满足保压要求，但下冲头机构制过于简单。
不能达到要求。
方案2
凸轮旋转带动滚子运动，使杆1与杆2运动，使下冲头上下往复运动，完全能达到保压要求。
但是有磨损，运动不利索。
方案3
此方案使用凸轮机构结构简单、轻盈，能满足保压要求，并能够轻松达到上冲头的行程要求。
3.3料筛设计方案
序号
方案简图
优缺点
方案1
凸轮结构轮廓线变化较大可能不能满足压力角要求
方案2
送料机构选用圆柱凸轮机构，触头带动料筛左右来回移动送料筛。
料筛前设计有斜铲方便推送成行片胚，当上下冲头完成压片，上冲头退回最高点及下冲头顶出片胚时料筛带着料想右移动。
到达圆筒形腔口铲除片胚，同时左右小范围的筛动之后向做退回装料
方案3
能够满足所需要求。
3.4总方案示意图
方案一示意图
方案三示意图
3.5方案选取
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°范围内滑块的位移量≤0.4mm。
方案3中，料筛采用凸轮机构，可使其达到往复振动的运动效果；下冲头也采用凸轮机构，可达到保压效果，且此方案的稳定性较好，故选用此方案。
3.6综合运动协作关系：
四．单元机构参数计算
4.1上冲头设计
选取λ=1代入公式
r≤
得r≤328㎜
∴选取r=165㎜
∴L=r×λ上冲头分析简图
=165×1=165㎜
可知行程的计算公式为:
h=L-[r×cosα+
-r]
此时h=100㎜
求得的摆角为45.8°
∴满足3个要求
（1）滑块有90—100的行程
（2）曲柄的转角在60度左右
（3）在178---182的范围内滑块的位移不大于0.4mm（近似停歇）
（3）通过图解法求出曲柄摇杆机构中曲柄与连杆的长度
1.
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，AB为曲柄，BC为连杆，DC为摇杆；
DC2是摇杆在摆角最大时的位置；
图1-9上冲头运动分析简图
DC1是摇杆铅垂时的位置；
由题意:
∵AC1=AB+BCAC2=BC-AB
∴AB=71㎜，BC=226㎜检验曲柄存在条件.
AD=233mm.
满足杆长之和定理，即AD+AB各杆及机架尺寸如下表（单位mm）
杆AB
杆BC
杆CD
杆CE
机架AD
71
226
165
165
233
4.2下冲头设计
序号
凸轮1的转动角度
推杆的运动规律
1
80º～90º
等加速下降3mm
2
90º～110º
近休
3
110º～140º
等加速上升8mm
4
140º～230º
静止不动（保压）
5
230º～260º
等加速上升16mm（推出成品）
6
260º～290º
远休（待筛料推成品）
7
290º～320º
等加速下降h=21mm
8
320º～80º
等待筛料
r=|ds/dφ/tanα-s|
移动从动件[α]=30°-38°
摇动从动件[α]=40°-45°
下冲头凸轮机构为摇动从动件α=40°
基圆半径rb=26.8mm
滚子半径ρ=mm
ρ=9.2mm
下冲头凸轮基圆R=26.8mm行程h=24mm近休角=20°远休角=30°
凸轮为对心直动凸轮机构，其运动线图
4.3用解析法对上冲头进行分析
l1+l2+l3+l4=0
l3+l5+s=0
则l1cosθ1+l2cosθ2=l4+l3cosθ3
l1sinθ1+l2sinθ2=l3sinθ3
l3cosΦ3+l5cosΦ5=s
l3sinΦ3=l5sinΦ5
速度分析
对时间求导得
l1ω1sinθ1++l2ω2sinθ2=l3ω3sinθ3
l1ω1cosθ1+l2ω2cosθ2=l3ω3cosθ3
l3ω3sinΦ3+l5ω5sinΦ5=-v
l3ω3cosΦ3=l5ω5cosΦ5
ω3=ω1l1sin（θ1-θ2）/l3sin（θ3-θ2）
ω2=ω1l1sin（θ1-θ3）/l3sin（θ2-θ3）
ω5=l3ω3cosΦ3/l5cosΦ5
v=l3ω3sinΦ3+l3ω3cosΦ3tanΦ5
加速度分析
l1ω1ω1cosθ1+l2α2sinθ2+l2ω2ω2cosθ2=l3α3sinθ3+l3ω3ω3cosθ3
-l1ω1ω1sinθ1+l2α2cosθ2-l2ω2ω2sinθ2=l3α3cosθ3-l3ω3ω3sinθ3
α3=l1ω1ω1cos（θ1-θ2）+ω2ω2l2-ω3ω3l3cos（θ3-θ2）/l3sin（θ3-θ2）
α2=-l1ω1ω1cos（θ1-θ3）+ω3ω3l3-ω2ω2l2cos（θ2-θ3）/l3sin（θ3-θ2）
α5=l3α3ω3sinΦ3/l5ω5sinΦ5
a=l3α3ω3cosΦ3+l3α3ω3sinΦ3tanΦ5
4.4用图解法法对上冲头进行分析
（1）组一
组一图
（2）组二
组二图
五.机构运动模拟仿真
利用MTLAB对上冲头进行运动仿真模拟。
1.高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来；
2.具有完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化；
3.友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学者易于学习和掌握；
4.功能丰富的应用工具箱（如信号处理工具箱、通信工具箱等），为用户提供了大量方便实用的处理工具。
5.利用matlab运动分析功能对仿真结果及各参数进行分析。
运动分析及各参数分析图
MATLAB程序
%crank_rocker_main
clear;
l1=71;
l2=165;
l3=226;
l4=233;
omega1=36;
alpha1=0;
hd=pi/180;du=180/pi;
m=-1;
forn1=1:
360
theta1=（n1-1）*hd;
aa=2*l1*l3*sin（theta1）;
bb=2*l3*（l1*cos（theta1）-l4）;
cc=l2*l2-l1*l1-l3*l3-l4*l4+2*l1*l4*cos（theta1）;
theta3（n1）=2*atan（（aa+m*sqrt（aa*aa+bb*bb-cc*cc））/（bb-cc））;
s1=l3*sin（theta3）-l1*sin（theta1）;
theta2（n1）=atan（s1/（l4+l3*cos（theta3）-l1*cos（theta1）））;
omega3（n1）=omega1*l1*sin（theta1-theta2）/l3/sin（theta3-theta2）;
omega2（n1）=-omega1*l1*sin（theta1-theta3）/l2/sin（theta2-theta3）;
s3=l2*omega2（n1）*omega2（n1）+l1*omega1*omega1*cos（theta1-theta2）-l3*omega3（n1）*omega3（n1）*cos（theta3-theta2）;
s2=l3*omega3（n1）*omega3（n1）-l1*omega1*omega1*cos（theta1-theta3）-l2*omega2（n1）*omega2（n1）*cos（theta2-theta3）;
alpha3（n1）=s3/（l3*sin（theta3-theta2））;
alpha2（n1）=s2/（l2*sin（theta2-theta3））;
theta0=45.8*hd;
l5=165;
theta4（n1）=theta3（n1）-（pi-theta0）;
theta5（n1）=asin（-l3*sin（theta4（n1））/l5）;
ae=l3+l5-（l3*cos（theta4）+l5*cos（theta5））;
omega5（n1）=-l3*omega3（n1）*cos（theta4（n1））/l5/cos（theta5（n1））;
v6（n1）=-l3*omega3（n1）*sin（theta4（n1））-l5*omega5（n1）*sin（theta5（n1））;
r3（n1）=l3*omega3（n1）^2*sin（theta4（n1））+l5*omega5（n1）^2*sin（theta5（n1））;
alpha5（n1）=r3（n1）/l5/cos（theta5（n1））;
a6（n1）=-l3*omega3（n1）^2*cos（theta4（n1））-l5*alpha5（n1）*cos（theta5（n1））-l5*omega5（n1）^2*sin（theta5（n1））;
end
figure
（1）;
n1=1:
360;
subplot（2,3,1）;
plot（n1,theta4*du,'k'）;
title（'角位移相图'）;
xlabel（'曲柄转角\phi_1/\circ'）
ylabel（'角位移/\circ'）
gridon;
holdon;
text（140,50,'\phi_4'）
subplot（2,3,2）;
plot（n1,omega3,'k'）;
title（'角速度线图'）;
xlabel（'曲柄转角\phi_1/\circ'）
ylabel（'角速度/rad\cdots^{-1}'）
gridon;holdon;
text（100,-10,'\omega_2'）
text（100,25,'\omega_3'）
subplot（2,3,3）;
plot（n1,alpha3,'k'）;
title（'角加速度线图'）;
xlabel（'曲柄转角\phi_1/\circ'）
ylabel（'角加速度/rad\cdots^{-2}'）
gridon;
holdon;
text（300,-800,'\alpha_2'）
text（300,800,'\alpha_3'）
subplot（2,3,5）;
plot（n1,v6,'k'）;
title（'滑块速度'）;
xlabel（'曲柄转角\phi_1/\circ'）
ylabel（'速度/mm\cdots'）
gridon;
holdon;
subplot（2,3,6）;
plot（n1,a6,'k'）;
title（'滑块加速度'）;
xlabel（'曲柄转角\phi_1/\circ'）
ylabel（'加速度/mm\cdots^{-2}'）
gridon;
holdon;
subplot（2,3,4）;
plot（n1,ae,'k'）;
title（'滑块位移'）;
xlabel（'曲柄转角\phi_1/\circ'）
ylabel（'位移/mm'）
gridon;
holdon;
六．心得体会
这是我们步入大学之后的第一次做课程设计，但在王娜老和刘琨明老师的指导和各组员的互相帮助下还是按时完成了设计。
这次设计让我体会很深，也学到了很多新东西。
这次的机械设计我学到了很多以前在书本没有学到的东西，知识有了较大的提升，特别是对干粉压片机的结构原理与设计分析更加清楚深刻。
在这次课程设计中，充分利用了所学的机械原理知识，根据使用要求和功能分析，选用组合成机械系统运动方案，从而设计出结构简单，组合成机械系统运动方案，制造方便，性能优良，工作可靠的机械系统。
这次课程设计，不仅让我们把自己所学的知识运用到实际生活中去，设计一些对社会有用的机构，也让我们深刻体会到团体合作的重要性，因为在以后的学习和工作中，但靠我们自己个人的力量是远远不够的，积聚大家的智慧，才能创造出令人满意的产品来。
整个设计我基本上还满意，由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。
希望答辩时，老师多提些问题，由此我可用更好地了解到自己的不足，以便课后加以弥补。
再次感谢期间王娜老和刘琨明老师的指导。
七．参考书目
（1）孙桓、陈作模主编《机械原理》高等教育出版社，2006
（2）王静朱贤华等编《机械原理课程设计》华中科技大学出版科技
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