机械原理课程设计压片机.docx
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机械原理课程设计压片机
机械原理课程设计
说明书
设计题目压片成形机
汽车工程系汽车工程（中美）专业汽车工程
班号0621081班
设计者王佩玉
指导教师韩丽华
2010年7月2日
目录
1.设计题目………………………………………………………3
2.设计要求………………………………………………………3
3.设计过程…………………………………………………3
4.设计内容………………………………………………………6
5.设计步骤………………………………………………………8
6.附录……………………………………………………………11
机械原理课程设计
——压片成形机
前言
机械设计是一个逐步求精和细化的过程，随着设计过程的发展，产品结构和参数将逐渐清晰和不断完善。
设计方案是多解的，能够满足一定功能和要求的设计方案不是唯一的，所以机械设计过程也是一个创新的过程。
机械设计根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸以及润滑方式等进行构思、分析和计算，并将其转化为制造依据。
机械设计是机械产品生产的第一步，是决定机械产品性能的最主要环节，整个过程蕴涵着创新和发明。
为了进一步掌握机械原理课程的理论知识，将课堂所学知识运用于实践，理解和加深机械原理和设计方法，为今后专业课程的学习打一定基础，我们积极参加了这次机械创新设计。
一、.设计题目
1.1 干粉压片机的概述
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。
压片机在欧美压片机出现的较早。
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有限公司研发了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，北京国药龙立科技有限公司的GZPLS-620系列高速旋转式压片机、上海天祥健台制药机械有限公司的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。
1.2、 工作原理及工艺动作过程
干粉压片机的功用是将不加粘结剂的干粉料（如陶瓷干粉、药粉）定量送入压形置压制成 φ × h 圆型片坯， 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。
其工艺动作的分解如图1—1
图1—1 工艺动作分解
（ 1 ） 料筛在模具型腔上方往复振动，将干粉料筛入直径为 26mm 、深度为 30m m的筒形型腔，然后向左退出 45 mm 。
（ 2 ） 下冲头下沉 3mm ，以防上冲头进入型腔时把粉料扑出。
（ 3 ） 上冲头进入型腔 4mm 。
（ 4 ） 上、下冲头同时加压，各移动 12mm ，将产生压力，要求保压一定时间，保压时约占整个循环时间的 1/10 。
（ 5 ） 上冲头退回，下冲头随后以稍慢速度向上运动，顶出压好的片坯。
（ 6 ） 为避免干涉，待上冲头向上移动 90mm 后，料筛向右运动推
走片坯，接着料筛往复振动，继续下一个运动循环。
1.3压片机工艺流程
压片机是将陶瓷干粉或煤粉料压制成厚度为5mm的圆形片坯。
其工艺流程是：
（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。
1.4.压片成形机设计数据
电动机转速/（r/min）：
1450；生产率/（片/min）：
10；
冲头压力/N：
150000；机器运转不均匀系数/δ：
0.10；
下冲头
上冲头
8
5
3
21
二、设计要求
1.将陶瓷干粉料直接34mm,厚度5mm的圆形片坯后，接料装箱运走。
2设计参数：
冲头压力为15吨（150000N）；生产率为每分钟25片；
驱动电机的功率为1.7KW—2.8KW，转速n=940r/min—1410r/min。
3.工艺过程
（1）干粉料均匀筛入圆筒形型腔。
（2）下冲头下沉3，以防止上冲头向下进入型腔时讲粉料扑出
（3）上、下冲头同时加压，并保压一段时间（0.4s左右）。
（4）上冲头退出，下冲头随后顶出压好的片坯。
（5）料筛推离压好的片坯。
（6）接料并装箱。
三．设计过程
3.1、总功能分析
根据题目要求，要最终将干粉压制成片坯。
若要求获得质量较好的成品，可采用诸多方法。
下面采用黑箱法进行分析：
由黑箱法分析可得到：
为了达到高效、方便的目的，采用机械自动加工的方法比较好，因此本题采用了自动加工的方法压制片坯。
3.2、总功能分解
该干粉压片机通过一定的机械能把原料（干粉）压制成成品，其功能分解如图2—1
图2—1 总功能分解
设计干粉压片机，其总功能可以分解成以下几个工艺动作：
（1） 送料机构：
为 间歇直线运动 , 这一动作可以通过凸轮上升段完成
（2） 筛料：
要求筛子往复震动
（3） 推出片坯：
下冲头上升推出成型的片坯
（4） 送成品：
通过凸轮推动筛子来将成型的片坯挤到滑道
（5） 上冲头往复直线运动，最好实行快速返回等特性。
（6） 下冲头间歇直线运动。
例如下表所示的树状功能图：
图2—2树状功能分解
3.3、根据功能的要求，进行功能元求解 干粉压片机运动转换功能图如下：
3.4运动方案评估
上冲头设计方案
方案1
说明：
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2
说明：
凸轮旋转带动滚子运动，使杆1与杆2运动，使上冲头上下往复运动，完全能达到保压要求。
但上冲头行程要求有90~100mm，凸轮机构尺寸将会变得很大很笨重。
方案3：
说明：
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。
综合以上三个方案的优缺点，认为是使用方案三进行设计是比较好的选择。
下冲头与料筛设计方案
如自己画的
四、设计内容
4.1选择方案
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。
此方案中，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。
若选用连杆机构，必须确定各构件的长度；选用凸轮机构，必须确定凸轮的理论轮廓线和实际轮廓线。
4.2绘制加压机构的机构运动简图
五、设计步骤
5．1.上冲头机构设计：
1.设定摇杆长度
选取λ=1.5代入公式：
r≤
得r≤394㎜
∴选取r=390㎜;
∴L=r×λ
=390×1.5=585㎜;
2.确定摇杆摆角根据右图，可知行程的计算公式为
h=L-[r×cosα+
-r]
此时h=100㎜
算的摆角为32°与测量出的图中摆角大小相等
∵题设要求摆角小于60°
∴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，AB为曲柄，BC为连杆，DC为摇杆；
DC0是摇杆在摆角最大时的位置；
DC12是摇杆与铅垂方向夹角为2°的位置；
DC3是摇杆铅垂时的位置；
由题意:
∵AC2=AB+BCAC0=BC-AB
∴AB=97㎜BC=171㎜
测量出∠B1AB1'=80°，为保压角
4.检验曲柄存在条件
CD=390mm，AB=97mm,BC=171mm,AD（机架）=462mm
满足杆长之和定理，即AD+AB综上所述上冲头机构的尺寸设计如下：
曲柄97㎜曲柄连杆171㎜
摇杆390㎜滑块连杆L585㎜
5-2.凸轮的设计：
1.凸轮基圆的确定
由运动循环图最大斜率40.1
因为此设计中的凸轮均为对心凸轮，则基圆半径公式为：
为了使机构能顺利工作，规定了压力角的许用值[α]，在使α≤[α]的前提下，选取尽你可能小的基圆半径。
根据工程实践的经验，推荐推程时许用压力角取以下数值：
移动从动件，[α]=30°～38°摆动从动件，[α]=40°～45
下冲头凸轮机构为移动从动件α=40°
基圆半径rb=26.8mm.
2.凸轮轮廓的确定
将凸轮基圆以每份10°平均分割，根据下冲头循环图，确定每一段的升程与回程曲线。
特别指出，期中160°~240°为保压段，此段保持1.33秒的休止。
3.滚子半径的确定
在330°这两点曲率半径相对较小的地方画尽量小的圆来确定其最小半径ρmin=1.15mm.ρ＜0.8ρmin.所以，此处取滚子半径ρ=9.2mm.
六．心得与体会
在一周多的实习设计过程中，我发现了许多的问题，，在设计的过程中有许多我们平时都不太重视的东西，也有很多的难题，再这一周多里我们每个人都是互相询问和帮助，这给了我很大的动力，有的不懂我们就会再一起讨论问题，设计完了我们就会回到宿舍去画图。
设计的过程中，我感触最深的当属查阅了很多次设计书和指导书。
为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准，一次次翻阅机械设计书是十分必要的，同时也是必不可少的。
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。
真用铅笔来做图真的很困难，怪不得大家都喜欢CAD。
在这次课程设计中，充分利用了所学的机械原理知识，根据设计要求和设计分析，选用`组合成机械系统运动方案，从而设计出结构简单，制造方便，性能优良，工作可靠的机械系统。
这次课程设计让我充分体会到设计需要大胆创新这一层面。
创新也是一个国家、一个社会、一个企业必不可少的，设计中的创新需要高度和丰富的创造性思维，没有创造性的构思，就没有产品的创新，产品也就不具有市场竞争性。
在设计过程中，虽然我们的创新是简显的，但这也锻炼了我们的能力，更指明了我们努力的方向。
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。
六．心得与体会
回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。
实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。
果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终的完美结果。
六．心得与体会
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关~~~~~~~方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。
实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。
改正，不断领悟，不断获取。
最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。
在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可
六．心得与体会
在已度过的一年半大学生活里我们大多数接触的是专业基础课。
我们在课堂上把握的仅仅是专业基础课的理论面，如何往面对现实中的各种机械设计？
如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中往呢？
我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。
在做本次课程设计的过程中，我感慨最深确当属查阅了很多次设计书和指导书。
为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准，一次次翻阅机械设计书是十分必要的，同时也是必不可少的。
我们做的是课程设计，而不是艺术家的设计。
艺术家可以抛开实际，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。
记得我曾经设计了一个很“艺术化”的减速器箱盖吊钩，然后找老师询问，结果马上被老师否定了，由于这样的设计，理论上可用，实际上加工困难，增加产品本钱。
所以我们工程师搞设计不要以为自己是艺术家，除非是外形包装设计。
作为一名专业学生把握一门或几门制图软件同样是必不可少的，固然本次课程设计没有要求用 auto CAD制图，但我却在整个设计过程中都用到了它。
用cad制图方便简洁，易修改，速度快，我的设计，大部分尺寸都是在cad上设计出来的，然后按这尺寸画在图纸上。
这样，有了尺寸就能很好的控制图纸的布局。
另外，课堂上也有部分知识不太清楚，于是我又不得不边学边用，时刻巩固所学知识，这也是我作本次课程设计的第二大收获。
整个设计我基本上还满足，由于水平有限，难免会有错误，还看老师批评指正。
希看答辩时，老师多提些题目，由此我可用更好地了解到自己的不足，以便课后加以弥补。
六．心得与体会
1.理论和实践同等重要。
理论能指导实践，使你能事半功倍，实践能上升成为理论，为以后的设计打下基础。
从校门走出后,一定要重视实践经验的积累,要多学多问。
把学校学习的专业知识综合的应用起来，这非常重 要。
2.机械设计需要个人不断积累不断思考，不能为了机械而机械，一定要有自己的想法，形成自己的风格，也要 有创新。
3.现在纯机械已经越来越少了,一般要求我们会一点电或者控制方面的知识了,还有就是会3D绘图和有限元分析 也好好学学。
4.做事的态度很重要!
凡事都要全力以赴，认真努力去做!
5.把技术搞好就必须安心的学习，虚心向别人请教，耐心的对待每一个问题，不放过任何一个自己遇到的问题，要善于发现问题。
6.设计人员要不断的学习新知识，完善自己的知识结构，活到老学到老!
7.对国外的新设备要跟踪,在设计上要有创新,搞设计的人一定要稳重,小心,仔细,对自己的设计要多提问题,有点自问自答的感觉!
8.多到车间，多与一线老工人交流交流，你会发现让你豁然开朗的感觉的!
9.多多帮助你能帮上的人，这是双赢的行为!
10.外语非常重要，特别是口语。
行业的专业英语也非常重要，这将对你看国外的资料以及与国外的技术人员交流有很大的帮助!
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