压片成形机的设计课程设计.docx

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压片成形机的设计课程设计

机械原理课程设计

说明书

设计题目：

压片成形机

一、设计题目

二、原动机的选择

三、传动比的分配

四、传动机构的选择与比较

五、执行机构的选择与比较

六、机械系统运动方案的拟定，比较与确定

七、机械系统运动方案循环图

八、机构的运动分析与设计、机构运动分析线图、凸轮设计图

九、机构系统运动方案的组成原理与方法

十、心得体会

十一、主要参考资料

十二、附件：

压片成形机的机构简图及运动过程

一、设计题目

１、设计任务：

一．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。

设计数据见表８.５

表8.5

方案号

电动机转速/（r/min）

生产率/（片/min）

成品尺寸（φ*b）/（mm，mm）

冲头压力/N

机器运转不均匀系数/δ

m冲/kg

m杆/kg

1400

100×5

180000

0.08

1000

80×5

120000

0.05

1000

60×5

100000

0.03

如图８.２所示，压片成形机的工艺动作：

（1）干粉均匀筛入圆筒形型腔（图８.２ａ）。

（2）下冲头下沉３ｍｍ，预防上冲头进入型腔时粉料扑出（图８.２ｂ）。

（3）上、下冲头同时加压（图８.２ｃ），并保持一段时间。

（4）上冲头退出，下冲头随后顶出压好的片坯（图8.2d）。

（5）料筛推出片坯（图8.2a）。

图8.2压片成形机工艺动作

上冲头、下冲头、送料筛的设计要求是：

（1）上冲头完成往复直移运动（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入的空间，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（如图8.3a所示）。

（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（如图8.3所示）。

（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45～50mm，推卸片坯（如图8.3c所示）。

图8.3设计要求

上冲头、下冲头与送料筛的动作关系见表8.6

表8.6动作关系

上冲头

进

退

送料筛

退

近休

进

远休

下冲头

退

近休

进

远休

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，执行机构的动作起止位置可根据具体的情况重叠安排，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。

（6）、编写设计计算说明书。

二、原动机的选择

1、原动机的选择主用参考下列条件：

（1）现场能源供应条件。

（2）工作机载荷特性及其工作制度。

（3）工作机对起动、平稳性、过载能力、调速和控制方等方面的要求。

（4）原动机是否工作可靠、操作与维修简便，是否需要防尘、防爆、防腐等。

（5）原动机的初始成本与运行维护费用。

2、常用电动机的结构特征：

（1）、Y系列三相异步电动机

该系列电机能防止水滴、灰尘、铁屑或其他杂物浸入电机内部，它是我国近年来研制成功的新型电动机。

（2）电磁调速三相异步电动机

YCD电磁调速三相异步电动机，有组合式和整体式两种机构，这两种调速电动机为防护式，空气自冷，卧式安装，且无碳刷，集电环等滑动接触部件。

3、选定电动机的容量：

电动机的容量选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。

当容量小于工作要求时，电动机不能保证工作装置的正常工作，或使用电动机因长期的过载而过早损坏；容量过大则电动机的价格高，能量不能充分利用，且常常不在满载下运行，其效率和功率的因数都较低，造成浪费。

电机的容量主要由电动机运行时的发热情况而定，而发热又与其工作情况而定。

工作机所需工作功率Pw，应由工作阻力和运动参数计算得来的，可按下式计算：

Pw=Tn/9700Kw

其中：

T——工作机的阻力矩，N·mm；

n---工作机的转速r/min；

经过综合考虑决定选用Y160M-6型号电动机（额定电压380V，额定频率50HZ，功率7.5KW，额定转数970r/min）

三．传动比的分配

选取额定转速为970r/min

1、确定总传动比：

电动机转速ｎ=970r/min

凸轮转速ｎI=20r/min

ｉ总＝ｎ／ｎＩ＝９７０／２０＝４８．５

２、传动比的分配：

将总传动比按各级传动进行分配

ｉ总＝ｉ１＊ｉ２＊ｉ３＊ｉ４……ｉｎ（式中ｉ１，ｉ２，ｉ３，ｉ４……ｉｎ为各级传动的传动比）

传动比的分配要求：

（1）各级传动比应在推荐范围选取（参见机械原理课程设计附录２　机械传动的特点和性能）。

（2）使各级传动的承载能力得到充分发挥，并使其结构尺寸协调匀称。

（3）使各级传动具有最小的外形尺寸、最小的重量和中心距。

（4）建议使用不可约分的传动比，以避免某几个轮齿的磨

损过分集中，降低噪声和振动。

传动系统采用四级减速机构，第一级为带传动，第二级为减速器传动，第三级为带传动，第四级为带传动。

按前述传动比分配原则，为使传动构件获得较小尺寸，结构紧凑，可采用传动比“先小后大”原则。

因此初选ｉ１＝2，ｉ２＝97/4。

第二级减速器内部齿轮结构如下图所示。

图中各齿轮数位Z1=20Z2=10Z3=50Z4=10，Z5=97，Z7=20Z8=42

从6齿轮输入485r/min,从1齿轮输出20r/min,则i=2,即W1/WH=20，即当W1＝20时，Va＝Ｗ１Ｒ１＝900

W1＝1,VR=W1*OR=20

对于2行星轮，2VR=VP-VQ=100,则VP=1000,

W3=VP/R3=1000/70=100/7

当W=100/7,W=-50时，W=1,

现以1齿轮为主动，3齿轮为从动，添加右侧轮系，并根据传动比公式

i16=n1/n6=Z2Z4Z6/Z1Z3Z5

求得Z6=40

根据设计要求，上冲头，下冲头和送料筛同时进行，所以第三级和第四级的传动比为１。

3、各级传动比的分配表：

传动比分配

97/4

四．传动机构的选择与比较

通过查阅机械原理课程设计指导书，我们初步确定了传动机构：

摩擦轮传动，带传动，链传动，齿轮传动，蜗杆传动。

各传动的特点如下两表A和B：

类别

摩擦轮传动

带传动

链传动

特点

运转平稳，噪声小，可在运转中调整传动比；有过载保护作用，结构简单；轴与轴承上的作用力很大，有滑动，工作表面磨损较快

轴间距范围大，工作平稳，噪声小，可吸振缓冲；摩擦型带传动有过载保护作用，结构简单；成本低，安装要求不高。

外廓尺寸较大；摩擦型带有滑动，不能用于分度链；由于摩擦生电，带传动不宜用于易燃场合；轴和轴承上的作用力大；带的寿命较短

轴间距范围大；链条元件间形成的油膜能吸振；对恶劣环境有一定适应能力，工作可靠；作用在轴上的载荷小。

运转的瞬时速度不均匀，高速时不如带传动平稳（但齿形链传动较平稳）；链条工作时，因磨损产生的伸长容易引起共振，因此需增设张紧和减震装置

寿命

取决于材料的接触强度和耐磨损能力

带轮直径大，带的寿命长

与制造质量有关５０００～１５０００ｈ

表Ａ

类别

齿轮传动

蜗杆传动

特点

承载能力和速度范围大。

传动比恒定，采用行星传动可获得很大的传动比，外廓尺寸小，工作可靠，效率高，非圆齿轮可实现变传动比传动。

制造和安装精度要求高；精度低时，运转有噪声；无过载保护作用

结构紧凑，单级传动能得到很大的传动比；传动平稳，无噪声；单头蜗杆可制成自锁机构。

传动比大、滑动速度低时效率低；中、高速传动需用昂贵的减摩材料（如青铜）；制造精度要求高，刀具费用贵；钢蜗杆蜗轮副已开始应用

寿命

取决于轮齿材料的接触和弯曲疲劳强度以及抗胶合合耐磨损能力

制造精确，润滑良好，寿命较长，低速传动，磨损显著

表Ｂ

根据设计要求、工艺性能、结构要求和总传动比等条件选择传动系统类型，选定其传动和齿轮传动。

五．执行机构的选择与比较

执行机构分三部分：

①实现上冲头上下运动的主加压机构；②实现下冲头上下运动的辅助加压机构；③实现料筛左右运动的上、下料机构。

各执行机构必须能满足工艺上的运动要求，可以有多种不同型式的机构供选用。

形态学矩阵

功能元解

上冲头机构

齿轮机构

Ａ１

连杆机构

Ａ２

凸轮机构

Ａ３

下冲头机构

曲线槽导杆机构

Ｂ１

凸轮机构

Ｂ２

连杆机构

Ｂ３

送料机构

蜗轮蜗杆机构

Ｃ１

凸轮机构

Ｃ２

曲柄滑块机构

Ｃ３

系统解的可能方案数：

Ｆ＝３×３×３＝２７

其中列出较为理想的两种：

①Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２　

②Ａ１＋Ｂ３＋Ｃ２

六、机械系统运动方案的拟定，比较与确定

压片成型机运动方案拟定

方案1

方案2

方案3

方案4

减速A

带传动

齿轮传动

带传动

蜗杆传动

减速B

齿轮传动

蜗杆传动

带传动

上冲头运动C

曲柄摇杆机构

偏置曲柄滑块机构

移动推杆圆柱凸轮

曲柄导杆滑块机构

送料机构D

移动凸轮机构（间歇移动）

蜗轮蜗杆机构

偏置曲柄滑块机构

下冲头运动E

移动凸轮机构（间歇移动）

双导杆间歇运动机构

曲线槽导杆机构

运动方案的比较

根据题目要求，减速Ａ：

①链传动结构简单，运动平稳，噪声小，能缓和冲击，有过载保护作用，安装维修要求不高成本低。

②齿轮传动工作可靠，效率高，易制造和精确加工。

故可选用带传动和齿轮传动。

减速Ｂ：

齿轮或蜗杆传动能满足定速比传动要求，且精度较高，应用范围广，承载能力大的优点，故可选用齿轮或蜗杆传动。

对于上冲头Ｃ，要实现往复直线运动，还有考虑急回特性。

因此选曲柄摇杆或曲柄滑块机构。

送料机构Ｄ主要作用是将坯料送到加工位置，且能实现间歇要求，对承载能力要求低，故采用凸轮或蜗杆机构。

下冲头运动Ｅ虽然需要较高的承载能力，但下冲头中可以加两个挡板来增加其承载能力，且要实现间歇要求，可靠性好，故采用凸轮机构完成下冲头的动作。

综上所述，可初步确定两个方案，方案１和方案２.

方案示意图1

方案２示意图

方案评价

机械运动方案的拟订和设计，最终要求通过分析比较以提供最优的方案。

一个方案的优劣只有通过系统综合评价来确定。

下面用机械选型的评价体系，它可用视图的方法来表示：

根据个评价指标相互关系，建立评价模型为：

H=U1*U2*U3*U4*U5

在式中

U1=S1+S2

U2=S3+S4+S5+S6

U3=S7+S8+S9+S10

U4=S11+S12+S13+S14

U5=S15+S16+S17

上述表达式表示U1、U2、U3、U4、U5各指标之间采用了乘法原则，而它们之间采用了加法原则

根据题目要求，比较如下表1：

机构

具体指标

评价

带传动

齿轮机构

曲柄摇杆机构

简单四杆机构

凸轮机构

蜗轮蜗杆机构

运动规律

定速比传动

定速动比转动和移动

定速比传动

任意性较差能达到有限精度

基本上任意

定传动比转动和移动

传动精度

高

较高

高

应用范围

较广

广

较广

广

可调性

较好

较差

一般

较好

较差

运转精度

较高

很高

较高

高

较高

高

承载能力

大

较大

较小

大

加速度峰值

小

较大

较小

小

噪声

小

一般

较小

较大

较小

耐磨性

较好

一般

较好

差

较好

可靠性

可靠

制造难度

较易

较难

易

难

较难

制造误差敏感性

敏感

不敏感

敏感

调整方便性

较方便

方便

较麻烦

方便

能耗大小

一般

尺寸

较大

较小

较大

较小

重量

较轻

较重

较轻

较重

结构复杂性

简单

一般

简单

复杂

表１

表示上述两个机构方案的评价指标体系、评价值及计算结果。

表中，所以的指标值分为5个等级：

“很好”、“好”、“较好”、“不太好”、“不好”，分别用1、0.75、0.5、0.25、0表示。

如下表：

评价指标

系统工程评价法

方案1

方案2

0.75

0.5

0.75

0.5

0.75

0.5

S10

0.75

S11

0.75

0.5

S12

0.5

S13

0.75

S14

0.5

S15

0.75

S16

0.5

0.75

S17

0.75

H值

85.31

56.95

由表中H值可知，方案1较方案2好，故可优先选用方案1为最终方案。

七．机械系统运动循环图

从上述工艺过程可以看出，由主动件到执行件有三支机构系统顺序动作，画出运动传递框图如下：

从整个机器的角度上看，它是一种时序式组合机构系统，所以要拟订运动循环图。

以该主动件的转角为横坐标（0～360），以机构执行构件的位移为纵坐标画出位移曲线。

运动循环图上的位移曲线主要着眼于运动的起迄位置，而不是其精确的运动规律。

料筛从推出片坯的位置经加料位置加料后退回最左边（起始位置）停歇。

下冲头即下沉３mm（如下图中②）。

同时，上冲头可下移到型腔入口处（如图中③），待上冲头到达台面下4mm处时，下冲头开始上升，对粉料两面加压，这时，上、下冲头各移动８mm（如图中④），然后两冲头停歇保压（如图中⑤），保压时间约0.４s，即相当于主动件转６０度左右。

以后，上冲头先开始退出，下冲头稍后并稍慢地身上移动到和台面平齐，顶出成形片坯（如图中⑥）。

下冲头停歇待卸片坯时，料筛已推进到形腔上方推卸片坯（如图中⑦）。

然后，下冲头下移2１mm的同时，料筛振动使筛中粉料筛入形腔（如图中⑧）而进入下一循环。

八．机构的运动分析与设计、机构运动分析线图、凸轮设计图

该机械系统包含从原动机到传动机构到各执行机构的传动系统。

该机械系统有三套工作执行机构，为使其成为一个单自由度机器，故将其设计为等速联接机构。

三种执行机构的运动线图

1.上冲头设计：

（1）确定曲柄滑块机构尺寸

由于压片成形机的工作压力较大，行程较短，所以采用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串接而成。

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。

据此可得摇杆长度

R≤0.4／（1+a-cos2-

）

式中:

a=L/R――摇杆滑块机构中连杆与摇杆长度之比，一般取1～2。

我们选择a=1，则R≤328.3mm

取R=300mm，则L=R=300mm

（2）确定曲柄摇杆机构尺寸。

在压片位置，机构应有较好的传动角。

所以，当摇杆在OAA位置时，曲柄摇杆机构的连杆AB’与OAA的夹角应接近90°。

此时，OB’若选在AB’的延长线上，则AB’受力最小。

故在此线上选一适当位置作OB’。

具体选定OB’的位置时，可再考虑急回特性的要求，或摇杆速度接近零的区域中位移变化比较平缓的要求。

它与机构尺寸的大致关系是：

行程速度变化系数K或q1愈大，在位置A时的位移变化较大，所以OB’距点A远一些好，但又受到机构尺寸和急回特性的限制，不能取得太远。

选定OB’以后，可定出与OAA两个位移j3、j4（或I、II、III三个位置）对应的OB’B’的两个位移y3、y4（或I、II、III三个位置）。

按上述命题设计出曲柄摇杆机构的尺度，角j0为两机构串联的相位角。

设计结果如图所示。

其后，再对设计结果进行运动分析，可得到机构正确的运动规律。

最后，再回到运动循环图上，检查它与其它执行构件的运动有否干涉的情况出现。

必要时可修正运动循环图。

2.凸轮机构的设计：

下冲头中的凸轮

对心直动从动件盘型凸轮轮廓曲率半径应大于或等于最小曲率半径

。

（0≤

≤

）

置动平底从动件轮廓方程

得：

（0≤

≤2

）

（0≤

≤2

）

九．机构系统运动方案的组成原理与方法

机构系统方案的组成是将所选的执行机构构成若干个可行的机构系统，它应包括机构系统的型综合和机构系统的尺度综合。

型综合是确定机构的类型；尺度综合是确定所选机构的各运动尺寸。

对于机构系统的型综合包括各执行机构的执行动作的要求进行各机构的运动尺度的计算和各机构动作时间序列确定，从而使各机构的输出运动完全满足机械的工艺运动过程要求。

在机械运动系统中各执行机构的组成大多采用串联形式和并联形式。

在组成机械运动系统方案时，它的形容性主要反映在保持各执行机构运动的同步性、各执行机构输出运动的协调性以及各执行机构输出运动精度的匹配性。

1、各执行机构运动的同步性：

同步性是反映了机械运动系统在一个机械工作循环中各执行机构有相同的工作周期，按一定的节拍完成机械工艺动作要求。

通常情况下，要求各执行机构的输入构件按同一转速或按一定的平均速度比转动，使各执行机构的运动周期相同。

当然，在某些特殊的机械工艺动作过程，，个别执行机构的运动周期是其他执行机构的运动周期的整数倍。

那是，可以通过定传动比的机构传动来加以保证。

2、机构输出运动的协调性：

在机械运动系统方案组成时，应考虑各机构的输出特性。

机构的输出运动特性包括：

运动形式、运动轴线、运动方向和运动速率、机械运动系统设计时先考虑采用何种工作原理；工作原理确定后需构思工艺动作过程。

为了满足工艺动作需要，在组成机械运动系统方案时，应使机构的运动特性符合规定要求，使各执行机构的运动相互协调。

3、机构输出运动精度的匹配性：

在进行机械运动系统方案组成时，还应考虑机构输出运动精度的匹配。

因为机械的工艺动作过程是一个整体，对于组成的各个动作精度都是有要求的。

运动精度的匹配性是指各机构的运动精度能满足完成工艺动作的需要。

选择过低的机构运动精度会使机械无法工作。

选择过高的机构运动精度会使制造和设计成本提高，同时也没有必要。

十．心得体会

几天的机械原理课程设计结束了，在这次实践的过程中学到了一些除技能以外的其他东西,领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质,更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制,最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化。

在社会这样一个大群体里面,沟通自然是为人处世的基本,如何协调彼此的关系值得我们去深思和体会。

在实习设计当中依靠与被依靠对我的触及很大,有些人很有责任感,把这样一种事情当成是自己的重要任务,并为之付出了很大的努力,不断的思考自己所遇到的问题。

而有些人则不以为然,总觉得自己的弱势…..其实在生活中这样的事情也是很多的,当我们面对很多问题的时候所采取的具体行动也是不同的,这当然也会影响我们的结果。

很多时候问题的出现所期待我们的是一种解决问题的心态,而不是看我们过去的能力到底有多强,那是一种态度的端正和目的的明确,只有这样把自己身置于具体的问题之中,我们才能更好的解决问题。

在这种相互协调合作的过程中,口角的斗争在所难免,关键是我们如何的处理遇到的分歧,而不是一味的计较和埋怨.这不仅仅是在类似于这样的协调当中,生活中的很多事情都需要我们有这样的处理能力,面对分歧大家要消除误解,相互理解,增进了解,达到谅解…..也许很多问题没有想象中的那么复杂,关键还是看我们的心态,那种处理和解决分歧的心态,因为毕竟我们的出发点都是很好的。

课程设计也是一种学习同事优秀品质的过程。

比如我组的唐佳苗同学,她有那种耐得住寂寞的心态。

在学习上取得了很多傲人的成绩，但是我所赞赏的还是她追求的过程,当遇到问题的时候,那种斟酌的态度就值得我们每一位学习,人家是在用心造就自己的任务,而且孜孜不倦,追求卓越。

我们过去有位老师说得好,有些事情的产生是有原因的,别人能在诸如学习上取得了不一般的成绩,那绝对不是侥幸或者巧合,那是自己付出劳动的成果的彰显,那是自己辛苦过程的体现。

这种不断上进,认真一致的心态也必将导致一个人在生活和学习的各个方面做的很完美,那种追求的锲而不舍的过程是相同的,这就是一种优良的品质,它将指引着一个人意气风发,更好走好自己的每一步。

在今后的学习中,一定要戒骄戒躁,态度端正,虚心认真….要永远的记住一句话:

态度决定一切。

十一．主要参考资料

（1）李瑞琴　编著．机构系统创新设计．国防工业出版社，2008

（2）裘建新主编．机械原理课程设计指导书．高等教育出版社，2005

（3）刘会英杨志强张明勤编．机械原理．机械工业出版社，第二版

（4）黄继昌、徐巧鱼等编.实用机械机构图册.人民邮电出版社，1996

（5）孙恒、陈作模主编.机械原理.高等教育出版社，2000

（6）朱保利、吴晖等编.机械原理课程设计指导书.南昌航空工业学院出版社，2004

（7）孟宪源、姜琪主编.机构型与应用.机械工业出版社，2004

（8）彭文生、李志明、黄华梁主编.机械设计（第二版）；高等教育出版社，2008.11

（9）机械原理课程设计指导书.高等教育出版社，2005

（10）石永刚，徐振华编.凸轮机构设计.上海：

上海科学技术出版社，1995

附件

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

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指导教师签名：

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使用授权说明

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按照学校要求

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