机械原理课程设计参考实例

15吨压片机１.设计题目1.1设计目的1.2功能要求及工作原理1.3原始数据和设计要求１.１设计目的机械设计是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的工作过程。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。为了综合运用机械原理课程的理论知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，使所学知识进一步巩固和加深，我们参加了此次的机械原理课程设计。1.2功能要求及工作原理(1）总功能要求:将干粉料压制成圆形片胚（2）工作原理:15吨压片机系统的工作原理及工艺动作分解如图5.1所示。移动粉筛3至模具1的型腔上方等待装料，并将上一循环已成型的工件2推出（卸料）；然后粉筛震动，将粉料筛入型腔；下冲头5下沉一定深度，以防止上冲头4向上压制时将粉料扑出；然后上冲头向下，下冲头向上加压，并在一定时间内保持一定的压力；而后上冲头快速退出，下冲头随着将成型的工件推出型腔。原理图1.2功能要求及工作原理1.3原始数据和设计要求（1）被压工件的外形是直径为34mm，厚度为5mm的圆形片坯。（2）冲头压力为15吨（150000N）。（3）生产率为每分钟25片（4）机器运转不均匀系数为10%。（5）驱动电动机的功率为2.2kw,940r/min（6）上冲头行程为90～100mm下冲头5先下沉3mm，然后上升8mm后停歇(保压)，继而上升16mm后停歇,等粉筛将片坯推离冲头后下移21mm；粉筛3在模具1的上方往复振动筛料，然后向左退回，待坯料成形并被推出型腔后，粉筛复在台面上右移约45～50mm推卸成形片坯。2.运动方案设计工作原理和工艺动作分解(1)送料：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)冲压：上冲头向下冲压粉料，下冲头向上挤压粉料(4)推出片坯：下冲头上升推出成型的片坯(5)送成品：通过凸轮推动筛子来将成型的片坯挤到滑道上述五个动作，冲压和推出片坯相对简单，关键是要将送料和筛料两个过程时间要配合的非常恰当，这样来说就对机构提出较高的要求。我们设计过两个方案，一个是用曲柄滑块（左右方向）来推动筛子前行，等它到达预定的地方，我们在用一个带有弹簧的滑块（前后方向）来推动，实现前后振动的目的；但是这样做有一个很大的缺陷，就是加上一个前后方向的机构将会对solidworks造型产生较大的困难，而且多一个机构就又需要多一个动力引进，时间配合上就比较烦琐。3．根据工艺动作拟订运动循环图对于15吨压片机运动循环图主要是确定送料，筛料，和上冲头冲压，下冲头冲压四个执行构件的先后顺序，相位，以利对各执行构件的设计，装配和调试。循环图3．根据工艺动作拟订运动循环图4．机构选型根据上，下冲头和送料机，筛料机这四个执行构件动作要求和结构特点，可以选择以下机构。上冲头曲柄导杆滑块机构偏置曲柄滑块机构蜗轮蜗杆机构下冲头固定转动凸轮机构送料机锯齿状凸轮偏置曲柄滑块机构蜗轮蜗杆机构筛料机锯齿状凸轮弹簧曲柄滑块机构根据上面所示的四个执行构件的机构形态，可以求出15吨压片机的运动方案数为：N=3*1*3*2=18根据2中的分析，我们原本选定上冲头为偏置曲柄滑块机构，而下冲头为固定移动凸轮，送料机和筛料机都选为锯齿状凸轮。这样比较简单。但是在实际操作中，我们发现锯齿状凸轮难以制作，所以我们又改为偏置曲柄滑块机构，具体机构简图见7中。5．机械运动方案的选择和评定6.机械传动系统的速比和变速机构根据选定的驱动电机的转速和冲压机的生产能力以及要求达到的运转效率。它的机械传动系统的总速比为：I=940/25=37.6第一级皮带减速I=3z1=17z2=51第二级齿轮减速I=3.176z1=17z2=54第三级齿轮减速I=3.94z2’=17z3=677.机械运动方案简图按已选定的三个执行机构的形式组成的机械运动方案，画出它的机构运动示意图。如下图所示：方案一：上冲头为蜗杆蜗轮带动的偏置滑块,这个也是我们采用的方案。方案二：曲柄滑块+弹簧振动，蜗轮蜗杆进退主视图上图中为第二种方案的侧视图和主视图，也是计划中能圆满完成各种要求的，主视图两个滑块推动筛子左右移动，而侧视图中带有弹簧和一个曲柄滑块让筛子能在指定位置前后振动，达到筛料的目的。上冲头使用偏置滑块，而下冲头使用凸轮机构。侧视图方案三：上冲头为偏心曲柄滑块上冲头参数：H=90mmk=1.5θ=36e=40ω=25r/min理论a=39.5mmb=77.5mm实际a=39.7mmb=89.52mm8.机构运动分析速度加速度位移速度加速度位移滑块滑块参数：H=80mmk=1.5θ=36e=50理论a=30.5mmb=86.5mm实际a=36.2mmb=67mm速度加速度位移速度加速度位移下冲头凸轮h=2h1δ0=2δ11正弦s=h1[δ/δ1sin(πδ/δ1)/π]v=h1ω[1-cos(πδ/δ1)]/δ1a=πh1ω^2sin(πδ/δ1)/δ12等速s=h(1-δ/δ0’)v=-hω/δ0’a=03等速s=h(1-δ/δ0’)v=hω/δ0’a=04停s=hv=0a=05等速s=h(1-δ/δ0’)v=hω/δ0’a=06停s=hv=0a=07等速s=h(1-δ/δ0’)v=-hω/δ0’a=08正弦s=h[1s/s0+sin(2πδ/δ0’)/2π]v=hω[cos(2πδ/δ0’)-1]/δ0’a=-2πhω^2sin(πδ/δ0’)/δ0’^2振动机构我们设计了一个能在某一段时间内实现往复震动的凸轮，那就是在凸轮的边缘某段设计成锯齿状，这样就节省机构和避免造型的烦琐，但是它也有一个缺陷，那就是由于它们是高副接触，磨损比较严重。相对第一种方案来说，它还是比较实际和简便，所以我们选择了第二种。振动图振动图