機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書壓片成型機(jī)姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2020年1月9日目 錄目 錄1一、 設(shè)計(jì)題目：31. 壓片成型機(jī)介紹32. 設(shè)計(jì)說明33. 壓片成形機(jī)的工藝動作44. 上沖頭、下沖頭與送料篩的動作關(guān)系55. 壓片成型機(jī)的設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)56. 設(shè)計(jì)要求67. 設(shè)計(jì)提示7二、 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案91 上沖頭設(shè)計(jì)92 送料篩設(shè)計(jì)103 下沖頭設(shè)計(jì)114 機(jī)構(gòu)選擇125 運(yùn)動協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)13三、 運(yùn)動循環(huán)圖設(shè)計(jì)14四、 設(shè)計(jì)步驟151. 上沖頭搖桿滑塊機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)：152. 下沖頭凸輪設(shè)計(jì)163. 傳動比設(shè)計(jì)18五、 課程設(shè)計(jì)小結(jié)19六、 參考書目20七、 附錄20第 23 頁 共 24 頁1、 設(shè)計(jì)題目：1. 壓片成型機(jī)介紹設(shè)計(jì)自動壓片成形機(jī)，將具有一定濕度的粉狀原料（如陶瓷干粉、藥粉）定量送入壓形位置，經(jīng)圧制成形后脫離位置。機(jī)器的整個(gè)工作過程（送料、壓形、脫離）均自動完成。該機(jī)器可以壓制陶瓷圓形片坯、藥劑（片）等。2. 設(shè)計(jì)說明1) 壓片成形機(jī)一般至少包括連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)在內(nèi)的三種機(jī)構(gòu)。2) 畫出機(jī)器的運(yùn)動方案簡圖與運(yùn)動循環(huán)圖。擬訂運(yùn)動循環(huán)圖時(shí)，執(zhí)行構(gòu)件的動作起止位置可根據(jù)具體情況重疊安排，但必須滿足工藝上各個(gè)動作的配合，在時(shí)間和空間上不能出現(xiàn)干涉。3) 設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)，自行確定運(yùn)動規(guī)律，選擇基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑，計(jì)算凸輪輪廓線。4) 設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪機(jī)構(gòu)，確定傳動比，選擇適當(dāng)?shù)拿?shù)。5) 對連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動設(shè)計(jì)。并進(jìn)行連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析，繪出運(yùn)動線圖。如果是采用連桿機(jī)構(gòu)作為下沖壓機(jī)構(gòu)，還應(yīng)該進(jìn)行連桿機(jī)構(gòu)的動態(tài)靜力分析，計(jì)算飛輪轉(zhuǎn)動慣量。6) 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。7) 學(xué)生可進(jìn)一步完成機(jī)器的計(jì)算機(jī)演示驗(yàn)證和凸輪的數(shù)控加工等。3. 壓片成形機(jī)的工藝動作1 干粉料均勻篩入圓筒形型腔。2 下沖頭下沉3mm，預(yù)防上沖頭進(jìn)入型腔是粉料撲出。3 上、下沖頭同時(shí)加壓，并保持一段時(shí)間。4 上沖頭退出，下沖頭隨后頂出壓好的片坯。5 料篩推出片坯。4. 上沖頭、下沖頭與送料篩的動作關(guān)系上沖頭進(jìn)退送料篩退近休進(jìn)遠(yuǎn)休下沖頭退近休進(jìn)遠(yuǎn)休5. 壓片成型機(jī)的設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)電動機(jī)轉(zhuǎn)速/（r/min）970生產(chǎn)率/（片/min）15成品尺寸（xb）/（mm x mm）60x5沖頭壓力/N100 000機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)0.08M沖/Kg10M桿/Kg46. 設(shè)計(jì)要求1) 上沖頭完成往復(fù)直移運(yùn)動（鉛錘上下），下移至終點(diǎn)后有短時(shí)間的停歇，起保壓作用，保壓時(shí)間為0.4s左右。因沖頭上升后要留有料篩進(jìn)入的空間，故沖頭行程為90100mm。因沖頭壓力較大，因而加壓機(jī)構(gòu)應(yīng)有增力功能（如下圖a所示）2) 下沖頭先下沉3mm，然后上升8mm，加壓后停歇保壓，繼而上升16mm，將成形片坯頂?shù)脚c臺面平齊后停歇，待料篩將片坯推離沖頭后，再下移21mm，到待料位置（如下圖b所示）。3) 料篩在模具型腔上方往復(fù)振動篩料，然后向左退回。待批料成型并被推出型腔后，料篩在臺面上右移4550mm，推卸片坯（如下圖c所示）7. 設(shè)計(jì)提示各執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)包括：實(shí)現(xiàn)上沖頭運(yùn)動的主加壓機(jī)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)下沖頭運(yùn)動的輔助加壓機(jī)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)料篩運(yùn)動的上下料機(jī)構(gòu)。各執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須能滿足工藝上的運(yùn)動要求，可以有多種不同型式的機(jī)構(gòu)供選用。如連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等。由于壓片成形機(jī)的工作壓力較大，行程較短，一般采用肘桿式增力沖壓機(jī)構(gòu)作為主體機(jī)構(gòu)，它是由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串接而成。先設(shè)計(jì)搖桿滑塊機(jī)構(gòu)，為了保證，要求搖桿在鉛垂位置的2范圍內(nèi)滑塊的位移量0.4mm。據(jù)此可得搖桿長度：r式中:搖桿滑塊機(jī)構(gòu)中連桿與搖桿長度之比，一般取12。根據(jù)上沖頭的行程長度，即可得搖桿的另一極限位置，搖桿的擺角以小于60為宜。設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)時(shí)，為了“增力”，曲柄的回轉(zhuǎn)中心可在過搖桿活動鉸鏈、垂直于搖桿鉛垂位置的直線上適當(dāng)選取，以改善機(jī)構(gòu)在沖頭下極限位置附近的傳力性能。根據(jù)搖桿的三個(gè)極限位置（2位置和另一極限位置），設(shè)定與之對應(yīng)的曲柄三個(gè)位置，其中對應(yīng)于搖桿的兩個(gè)位置，曲柄應(yīng)在與連桿共線的位置，曲柄另一個(gè)位置可根據(jù)保壓時(shí)間來設(shè)定，則可根據(jù)兩連架桿的三組對應(yīng)位置來設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)完成后，應(yīng)檢查曲柄存在條件，若不滿足要求，則重新選擇曲柄回轉(zhuǎn)中心。也可以在選擇曲柄回轉(zhuǎn)中心以后，根據(jù)搖桿兩極限位置時(shí)曲柄和連桿共線的條件，確定連桿和曲柄長度，在檢查搖桿在鉛垂位置2時(shí)，曲柄對應(yīng)轉(zhuǎn)角是否滿足保壓時(shí)間要求。曲柄回轉(zhuǎn)中心距搖桿鉛垂位置愈遠(yuǎn)，機(jī)構(gòu)行程速比系數(shù)愈小，沖頭在下極限位置附近的位移變化愈小，但機(jī)構(gòu)尺寸愈大。輔助加壓機(jī)構(gòu)可采用凸輪機(jī)構(gòu)，推桿運(yùn)動線圖可根據(jù)運(yùn)動循環(huán)圖確定，要正確確定凸輪基圓半徑。為了便于傳動，可將篩料機(jī)構(gòu)置于主體機(jī)構(gòu)曲柄同側(cè)。整個(gè)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)采用一個(gè)電動機(jī)集中驅(qū)動。要注意主體機(jī)構(gòu)曲柄和凸輪機(jī)構(gòu)起始位置間的相位關(guān)系，否則機(jī)器將不能正常工作。可通過對主體機(jī)構(gòu)進(jìn)行的運(yùn)動分析以及沖頭相對于曲柄轉(zhuǎn)角的運(yùn)動線圖，檢查保壓時(shí)間是否近似滿足要求。進(jìn)行機(jī)構(gòu)動態(tài)靜力分析時(shí)，要考慮各桿（曲柄除外）的慣性力和慣性力偶，以及沖頭的慣性力。沖頭質(zhì)量m沖、各桿質(zhì)量m桿（各桿質(zhì)心位于桿長中點(diǎn)）以及機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)均見表8.5，則各桿對質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動慣量可求。認(rèn)為上下沖頭同時(shí)加壓和保壓時(shí)生產(chǎn)阻力為常數(shù)。飛輪的安裝位置由設(shè)計(jì)者自行確定，計(jì)算飛輪轉(zhuǎn)動慣量時(shí)可不考慮其他構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量。確定電動機(jī)所需功率時(shí)還應(yīng)考慮下沖頭運(yùn)動和料篩運(yùn)動所需功率。2、 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案1 上沖頭設(shè)計(jì)方案一：說明：凸輪旋轉(zhuǎn)帶動滾子運(yùn)動，使桿1與桿2運(yùn)動，使上沖頭上下往復(fù)運(yùn)動，完全能達(dá)到保壓要求。但上沖頭行程要求有90100mm，凸輪機(jī)構(gòu)尺寸將會變得很大很笨重。方案二：說明：桿1帶動桿2運(yùn)動，桿2使滑塊往復(fù)運(yùn)動，同時(shí)帶動桿3運(yùn)動，從而達(dá)到所要求的上沖頭的運(yùn)動。此方案可以滿足保壓要求，但是上沖頭機(jī)構(gòu)制作工藝復(fù)雜，磨損較大，且需要加潤滑油，工作過程中污損比較嚴(yán)重。方案三：說明：此方案使用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串接而成，結(jié)構(gòu)簡單、輕盈，能滿足保壓要求，并能夠輕松達(dá)到上沖頭的行程要求。綜合以上三個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，認(rèn)為是使用方案一進(jìn)行設(shè)計(jì)是比較好的擇。2 送料篩設(shè)計(jì)方案一：說明：送料機(jī)構(gòu)選用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)，觸頭帶動料篩左右來回移動送料篩。料篩前設(shè)計(jì)有斜鏟方便推送成行片胚，當(dāng)上下沖頭完成壓片，上沖頭退回最高點(diǎn)及下沖頭頂出片胚時(shí)料篩帶著料想右移動。到達(dá)圓筒形腔口鏟除片胚，同時(shí)左右小范圍的篩動之后向做退回裝料。方案二：說明：運(yùn)用凸輪機(jī)構(gòu)帶動料篩作往復(fù)運(yùn)動。由于料篩行程很大故凸輪基圓半徑很大，在篩動過程中，圓柱形凸輪受到?jīng)_擊很大，所以不宜采用。方案三：說明；運(yùn)用如圖所示凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)料篩的往復(fù)運(yùn)動。其缺點(diǎn)是凸輪結(jié)構(gòu)輪廓線變化較大可能不能滿足壓力角要求。3 下沖頭設(shè)計(jì)運(yùn)用凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)下沖頭的往復(fù)移動。4 機(jī)構(gòu)選擇驅(qū)動方式采用電動機(jī)驅(qū)動。由已知的壓片成形機(jī)的功能分解，分別選擇相應(yīng)的機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)所需的各項(xiàng)功能。見表2。功能執(zhí)行構(gòu)件工藝動作執(zhí)行機(jī)構(gòu)沖壓成形上沖頭直線上下往復(fù)運(yùn)動曲柄滑塊機(jī)構(gòu)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)沖壓成形下沖頭直線上下往復(fù)運(yùn)動盤形凸輪機(jī)構(gòu)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)橫向送料推頭直線左右往復(fù)運(yùn)動盤形凸輪機(jī)構(gòu)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)表2 壓片成形機(jī)的機(jī)構(gòu)選型5 運(yùn)動協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)壓片成形機(jī)是由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)組成。負(fù)責(zé)上沖頭工作的曲柄周轉(zhuǎn)一圈完成一次工作循環(huán)，同樣下沖頭盤形凸輪以同樣的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)一圈作為一個(gè)工作周期，制作出成品。其他的送料、齒輪機(jī)構(gòu)作為輔助機(jī)構(gòu)。最終壓片成形機(jī)設(shè)計(jì)如下圖說明：此方案使用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串接而成，結(jié)構(gòu)簡單、輕盈，能滿足保壓要求，并能夠輕松達(dá)到上沖頭的行程要求。由于此方案中，料篩采用凸輪機(jī)構(gòu)，可使其達(dá)到往復(fù)振動的運(yùn)動效果；下沖頭也采用凸輪機(jī)構(gòu)，可達(dá)到保壓效果，且此方案的穩(wěn)定性較好，故選用此方案。3、 運(yùn)動循環(huán)圖設(shè)計(jì)從機(jī)構(gòu)運(yùn)動上來看，整個(gè)機(jī)構(gòu)分為送料、壓片、推出片坯、送成品，四個(gè)環(huán)節(jié)，正確處理這四個(gè)環(huán)節(jié)是設(shè)計(jì)循環(huán)圖的關(guān)鍵，其中送料機(jī)構(gòu)可以通過凸輪完成，壓片由上下沖頭共同作用完成，推出片坯由下沖頭上升完成，送成品通過凸輪推動篩子來將成型的片坯擠到滑道。為了保證上沖頭、凸輪、送料機(jī)構(gòu)這三個(gè)運(yùn)動機(jī)構(gòu)之間不沖突，在分析三者關(guān)系之后發(fā)現(xiàn)上下沖頭的運(yùn)動是整個(gè)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部分，所以在設(shè)計(jì)運(yùn)動循環(huán)圖時(shí)，率先設(shè)計(jì)的是上下沖頭部分。由于下沖頭與上沖頭之間關(guān)系最密切，又要保證互相之間不沖突。（附錄一）1) 以上沖頭加壓機(jī)構(gòu)主動件轉(zhuǎn)角為橫坐標(biāo)，以各機(jī)構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件的位移為縱坐標(biāo)畫出位移曲線。循環(huán)運(yùn)動圖上的位移曲線主要著眼于運(yùn)動的起迄位置，而不必準(zhǔn)確表示出運(yùn)動規(guī)律。2) 擬定運(yùn)動循環(huán)圖時(shí)，可執(zhí)行構(gòu)件的動作起迄位置可根據(jù)具體情況重疊安排，但必須滿足工藝上各個(gè)動作的配合，在時(shí)間和空間上不能出現(xiàn)“干涉”。 3) 從運(yùn)動的特性來看，上，下沖頭的運(yùn)動軌跡在同一條豎直移動導(dǎo)路上，并且與送料機(jī)構(gòu)的運(yùn)動軌跡垂直相交，所以應(yīng)避免這三個(gè)機(jī)構(gòu)各自的運(yùn)動出現(xiàn)互相干涉的情況，如上，下沖頭的運(yùn)動速度的沖突，送料機(jī)構(gòu)水平移動與上，下沖頭豎直移動的運(yùn)動沖突等，以確保各個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動不發(fā)生沖突，從而保證各自設(shè)計(jì)功能的實(shí)現(xiàn)和機(jī)器正常的運(yùn)作。4、 設(shè)計(jì)步驟1. 上沖頭搖桿滑塊機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)：1) 設(shè)定搖桿的長度選取=1.2代入公式： r得r=358.2mm此處設(shè)計(jì)r選取200mm所以 2) 確定搖桿擺角可知行程的計(jì)算公式為：設(shè)h=100mm，則可得出擺角為與圖解法所得出擺角大小相等又因?yàn)轭}設(shè)要求擺角小于所以滿足要求。3) 通過圖解法求出曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中曲柄與連桿的長度如附錄三所示，AB為曲柄，BC為連桿，DC為搖桿DC2為搖桿鉛錘時(shí)的位置，DC1與DC2的夾角為2DC2是搖桿DC的左極限位置，DC0是搖桿的右極限位置AC2=AB2+B2C2=328mmAC0=B0C0-AB0=188mm通過計(jì)算可得：AB=70mmBC=258mm經(jīng)測量， 為穩(wěn)壓角4) 檢驗(yàn)曲柄存在條件曲柄連桿BC=258mm曲柄AB=70mm搖桿CD=200滑塊連桿CE=240mm機(jī)架AD=368mm滿足桿長之和定理，即AD+AB<CD+BC2. 下沖頭凸輪設(shè)計(jì)由于手工作圖有較大誤差，選用偏置式凸輪機(jī)構(gòu)并不利于手工繪圖，因此本人選用對心式凸輪機(jī)構(gòu)。（附錄四）1) 基圓半徑r0的確定：根據(jù)凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角公式 ore=0，取最大需用壓力角為30再根據(jù)運(yùn)動循環(huán)圖上最大斜率=22.91可得r0大于等于16mm既可。為了方便作圖，取r0=70mm綜上所述可得重要參數(shù)r0=70mm e=0mm根據(jù)反轉(zhuǎn)法，對照運(yùn)動循環(huán)圖，畫出凸輪機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動見圖。2) 滾子直徑的確定當(dāng)凸輪的理論廓線為內(nèi)凹時(shí)，由于凸輪的工作廓線的曲率半徑等于理論廓線的曲率半徑與滾子半徑r之和，這樣，不論滾子半徑大小如何，凸輪的工作廓線總是可以平滑地作出來。當(dāng)凸輪的理論輪廓曲線為外凸時(shí)，其工作廓線的曲率半徑等于理論廓線的曲率半徑與滾子半徑r之差。此時(shí)若r，工作廓線的曲率半徑為零，則工作廓線將出現(xiàn)尖點(diǎn)，這種現(xiàn)象稱為變尖現(xiàn)象；若<r，則工作廓線的曲率半徑為負(fù)值，這時(shí)，工作廓線出現(xiàn)交叉，致使推桿不能按預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動，這種現(xiàn)象稱為失真現(xiàn)象。因此，對于外凸的凸輪輪廓曲線，應(yīng)使?jié)L子半徑小于理論廓線的最小曲率半徑min 。由于測量誤差的存在，為保險(xiǎn)起見，手繪作圖滾子直徑應(yīng)小于0.8min 。根據(jù)凸輪機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，本設(shè)計(jì)中滾子直徑設(shè)置為10mm。3. 傳動比設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中電動機(jī)轉(zhuǎn)速為970r/min,生產(chǎn)效率為15片/min，計(jì)算得凸輪轉(zhuǎn)速為15r/min系統(tǒng)的總傳動比為蝸桿全部為單頭Z1=30 Z2=97 Z3=45Z4=97 Z5=97 Z6=30 Z7=30上沖頭：料篩：下沖頭：動力傳動簡圖見附錄二。5、 課程設(shè)計(jì)小結(jié)6、 參考書目陸寧、樊江玲 機(jī)械原理（第二版） 清華大學(xué)出版社，2008裘建新 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 高等教育出版社，20107、 附錄附錄一：運(yùn)動循環(huán)圖（A4紙）附錄二：傳動機(jī)構(gòu)簡圖（A4紙）附錄三：上沖頭機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖（A3紙)附錄四：下沖頭凸輪機(jī)構(gòu)輪廓圖（A3紙）