机械原理课程设计--粉料压片成形机

课程设计（课程实习）机械设计与制造主体实践(一)院（系、部）：机械工程学院姓名：同组成员：班级：指导教师签名：目录2一、设计题目3（一）设计题目3（二）设计要求3(三)设计任务4二、方案分析与设计4（一）执行机构的选择与分析41、循环图的分析确定42、运动方案的拟定与选择63、机构的运动分析与设计10(1)上冲头设计10(2)下冲头设计16(3)料筛设计19（二）电动机的选择21（三）传动机构的选择与减速器的设计22（四）飞轮的设计23（五）心得体会25（六）参考文献26机械原理课程设计3——粉料压片成形机一、设计题目（一）设计题目1、设计题目及原始数据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。数据见表1。表1压片成形机设计数据方案号电动机转速r/min生产率片/min成品尺寸（Φ×d）mm，mm冲头压力kNδM冲/kgM杆/kgA13506024×2060,0000.10125B9703060×35120,0000.0824102、压片成形机的工艺动作（1）干粉料均匀筛入圆筒形型腔（图1a）。（2）下冲头下沉3mm，预防上冲头进入型腔时粉料扑出（图1b）。（3）上、下冲头同时加压（图1c），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1d）。（5）料筛推出片坯（图1e）图14片坯粉料料筛上冲头下冲头(a)(b)(c)(d)(e)（二）设计要求1、上冲头完成往复直移运动（铅垂上下），下移至终点后有短时间的停歇，起保压作用，保压时间为0.4秒左右。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。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，将成型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。3、料筛在模具型腔上方往复筛料，然后退回。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。(三)设计任务1、各执行机构应包括：实现上冲头运动的主加压机构、实现下冲头运动的辅助加压机构、实现料筛运动的上下料机构。满足上述运动可采用连杆机构、凸轮机构等。辅助加压机构可采用凸轮机构2、设计传动系统并确定其传动比分配，并在图纸上画出传动系统图；3、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，可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”；4、设计机构；5、对机构进行运动设计,绘出运动线图。进行机构的动态静力分析，计算飞轮转动惯量；6、将机构做成三维模型，实现模拟运动；57、编写设计计算说明书。二、方案分析与设计（一）执行机构的选择与分析1、循环图的分析确定根据压片机的工艺动作可得各个机构的动作如下：上冲头：往复运动。下降压紧药片，保压0.4s，上升。下冲头：复杂的往复运动。首先下降3mm，接着上升8mm，保压0.4s，上升16mm，间歇一段时间后，下降21mm。再间歇一段时间。料筛：将料送出，筛料，返回，间歇一段时间后重复动作。由各个机构的动作可画出其运动循环图如图2所示：图2料筛051015202530350153045607590105120135150165180195210225240255270285300315330345360φs上冲头0204060801000153045607590105120135150165180195210225240255270285300315330345360φs6下冲头0510152025300153045607590105120135150165180195210225240255270285300315330345360φs则其运动关系如表2所示：表2上冲头进休退下冲头休退进休进休退料筛退休进筛可将其运动表示为树状功能图：图32、运动方案的拟定与选择根据循环图及树状图，可得三个机构都做往复运动，且都有间歇运动。上冲头是主加压机构，故可选曲柄滑块机构，或六杆机构来实现增力。下冲头运动和7筛料机构可用凸轮机构来实现其运动。筛料机构做往复运动，故可以使用曲柄滑块机构，也可用凸轮机构实现其运动。设计各个部分的机构如表3所示表3方案上冲头下冲头料筛1曲柄滑块机构平底凸轮机构曲柄滑块机构2六杆机构滚子凸轮机构滚子凸轮机构上冲头方案：方案一：曲柄滑块机构方案二：8六杆机构选择:选择方案二。理由：六杆机构将曲柄滑块的急回特性进一步扩大，同时使行程得到扩大，效率高。六杆机构接近死点位置所具有的传力特征来实现增力，比曲柄滑块的增力效果好，能够更好的实现加压。故选择六杆机构作为上冲头的加压机构。下冲头方案：方案一：平底凸轮机构方案二：9滚子凸轮机构选择：选择方案二。理由：选择凸轮机构易实现下冲头复杂的运动。首先我们想到的是方案一，因为方案一的压力角为零，传力效果好，但当画出凸轮轮廓线时，有曲率半径小于零的地方，故方案一不可行，选择滚子凸轮机构。料筛方案：方案一：方案二：选择：选择方案二。理由：曲柄滑块机构能够实现料筛的往复运动，但不易实现料筛的间歇运动及筛料的过程。凸轮机构能够很好的实现料筛的间歇运动，且能够实现筛料的过程。故选用凸轮来控制料筛。10总方案：根据以上分析可得最终方案如图4所示（六杆机构的曲柄与齿轮结合，由不完全齿轮实现机构的间歇）图43、机构的运动分析与设计1.上冲头设计六杆机构的计算设计数据：六杆机构已知的数据如表4，六杆机构的中心距x，构件3的上下极限位置角ψ，ψ1，滑块5的行程H，曲柄的转速n，则要求的为各杆的长度，以及ｙ的长度。表4X(mm)Kψ()ψ1()H(mm)DE/CDn(r/min)801.43090911.660数值计算第一步分析：曲柄滑块机构六杆机构示意图11（1）尺寸计算图5将杆3，杆4，滑块5拆下来分析，将图顺时针旋转90°，如图5，以便于分析。并以C点为原点，滑块5的道路方向为x轴方向，垂直方向为y轴方向。对CD1E1分析：60cosx31lD60sin31lyD2121124)-(DDEyxxl346.1ll由以上各式可求得：3184.1xlE①对CD2E2分析：432llxE346.1ll由以上两式可求得：326.2lxE②且HxxE1E2-③由①②③联立求得：2313l1964l（2）运动分析对于图中所示的曲柄滑块机构已知曲柄的转速n1=60r/min，各从动构件的12运动可由表5中所列公式求出。计算结果见附件一,结果画出的滑块的速度、加速度曲线如图6所示。此曲柄滑块机构为对心曲柄滑块机构，故无急回特性。当曲柄不是匀速转动的时候便有了急回特性。此时最大压力角为38°,小于40°,符合要求。表5曲柄滑块机构运动分析连杆2滑块3转角：)sinarcsin(1122角速度：12112coscos角加速度：22212121112coscossincossin其中：beba21;位移：21coscosbaxC速度：2211sinsinbavC加速度：22222121sincoscosbbaaC图6滑块的速度v0500100015002000050100150200250300350400φv13滑块的加速度a77307740775077607770778077907800050100150200250300350400φa第二步分析：曲柄摇杆机构曲柄滑块机构的曲柄在六杆机构中只做摆动，即曲柄摇杆机构的摇杆。有上一步分析可得曲柄滑块中曲柄的长度，即曲柄摇杆中摇杆的长度。由已知数据中的其急回系数为K=1.4,计算可得其极位夹角为3018014.114.118011KK，则对曲柄摇杆的设计及为已知摇杆的长度、两个极限位置，以及四杆机构的极位夹角，求各杆的长度，则可用图解法进行分析并求解。如图7图714将图旋转180°，即为六杆机构时的机构，如图8图8对此四杆机构进行运动分析，分析数据见附件二，分析的速度、加速度曲线15如图9图9v-φ050100150200250050100150200250300350400φvca-φ0100200300400500600050100150200250300350400φa求得1l=23,2l=62,３l=123，Y=92。将此四杆机构在软件中计算得最大压力角为37°，符合压力角的要求，故此机构成立。故可得1l＝23,2l=62,３l=123,４l=196，即六杆机构的各个尺寸已求出，可画出六杆机构的精确结构如图10。此六杆机构无间歇运动，可让曲柄由不完全齿轮带动，就实现其间歇运动(此齿轮的系数确定见附件三)。图1016四杆机构的摇杆及曲柄滑块的曲柄，将曲柄滑块的曲柄位置改为四杆机构中17摇杆的位置，将曲柄滑块的曲柄的速度改为四杆机构中摇杆的速度，可得出一组滑块的速度，加速度曲线，此速度与加速度曲线则为六杆机构中滑块的速度，加速度曲线，如图11。由图可得，滑块向下运动的速度小于回来时的速度，即实现了急回特性。图11v—φ0100200300400500050100150200250300350400φva-φ7737.767737.777737.787737.797737.87737.817737.827737.837737.847737.85050100150200250300350400φa2.下冲头设计下冲头采用滚子凸轮机构完成其动作。根据循环图构造凸轮。若直接使用循环图中的位移曲线，则有较大的刚性冲击，使得运动时有较大的惯性力，从而有震动。为使凸轮工作时无突变的加速度，故计算时采用3—4—5多项式来计算位移。计算时所用公式如表6，用excel表格计算，计算数据中有确定其位移、速度、加速度曲线，凸轮的理论廓线、实际廓线，确定基圆半径，计算压力角。计算数据见附件二。其位移、速度、加速度曲线，及凸轮理论廓线、实际廓线，如图12所示18表6凸轮计算公式推程504030615-10hs40302002-30hv302002023-60ha回程5'00104'00103'0010-6--15-10-1hs4'00103'00102'0010'0--2--30h-v5'00102'0010'00102'0-2-3--60h-a理论廓线：os)(ysin)(x00csrsr实际廓线：22'22'/-/ddyddxddxryyddyddxddyrxxrr压力角：srdds0/tan19图12s-φ-5051015202530050100150200250300350400φsv-φ-300-200-1000100200300050100150200250300350400φsa-φ-6000-4000-20000200040006000050100150200250300350400φa20凸轮廓