機械原理課程設(shè)計-壓片機.doc
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機械原理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 壓片成型機 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2020年1月9日 目 錄 目 錄 1 一、 設(shè)計題目： 3 1. 壓片成型機介紹 3 2. 設(shè)計說明 3 3. 壓片成形機的工藝動作 4 4. 上沖頭、下沖頭與送料篩的動作關(guān)系 5 5. 壓片成型機的設(shè)計原始數(shù)據(jù) 5 6. 設(shè)計要求 6 7. 設(shè)計提示 7 二、 機構(gòu)設(shè)計方案 9 1． 上沖頭設(shè)計 9 2． 送料篩設(shè)計 10 3． 下沖頭設(shè)計 11 4． 機構(gòu)選擇 12 5． 運動協(xié)調(diào)設(shè)計 13 三、 運動循環(huán)圖設(shè)計 14 四、 設(shè)計步驟 15 1. 上沖頭搖桿滑塊機構(gòu)尺寸設(shè)計： 15 2. 下沖頭凸輪設(shè)計 16 3. 傳動比設(shè)計 18 五、 課程設(shè)計小結(jié) 19 六、 參考書目 20 七、 附錄 20 第 23 頁 共 24 頁 1、 設(shè)計題目： 1. 壓片成型機介紹 設(shè)計自動壓片成形機，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。機器的整個工作過程（送料、壓形、脫離）均自動完成。該機器可以壓制陶瓷圓形片坯、藥劑（片）等。 2. 設(shè)計說明 1) 壓片成形機一般至少包括連桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)和齒輪機構(gòu)在內(nèi)的三種機構(gòu)。 2) 畫出機器的運動方案簡圖與運動循環(huán)圖。擬訂運動循環(huán)圖時，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動作的配合，在時間和空間上不能出現(xiàn)干涉。 3) 設(shè)計凸輪機構(gòu)，自行確定運動規(guī)律，選擇基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑，計算凸輪輪廓線。 4) 設(shè)計計算齒輪機構(gòu)，確定傳動比，選擇適當(dāng)?shù)拿?shù)。 5) 對連桿機構(gòu)進行運動設(shè)計。并進行連桿機構(gòu)的運動分析，繪出運動線圖。如果是采用連桿機構(gòu)作為下沖壓機構(gòu)，還應(yīng)該進行連桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析，計算飛輪轉(zhuǎn)動慣量。 6) 編寫設(shè)計計算說明書。 7) 學(xué)生可進一步完成機器的計算機演示驗證和凸輪的數(shù)控加工等。 3. 壓片成形機的工藝動作 1 干粉料均勻篩入圓筒形型腔。 2 下沖頭下沉3mm，預(yù)防上沖頭進入型腔是粉料撲出。 3 上、下沖頭同時加壓，并保持一段時間。 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 退 送料篩 退 近休 進 遠休 下沖頭 退 近休 進 遠休 5. 壓片成型機的設(shè)計原始數(shù)據(jù) 電動機轉(zhuǎn)速/（r/min） 970 生產(chǎn)率/（片/min） 15 成品尺寸（Φxb）/（mm x mm） 60x5 沖頭壓力/N 100 000 機器運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)δ 0.08 M沖/Kg 10 M桿/Kg 4 6. 設(shè)計要求 1) 上沖頭完成往復(fù)直移運動（鉛錘上下），下移至終點后有短時間的停歇，起保壓作用，保壓時間為0.4s左右。因沖頭上升后要留有料篩進入的空間，故沖頭行程為90～100mm。因沖頭壓力較大，因而加壓機構(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45～50mm，推卸片坯（如下圖c所示） 7. 設(shè)計提示 各執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)包括：實現(xiàn)上沖頭運動的主加壓機構(gòu)、實現(xiàn)下沖頭運動的輔助加壓機構(gòu)、實現(xiàn)料篩運動的上下料機構(gòu)。各執(zhí)行機構(gòu)必須能滿足工藝上的運動要求，可以有多種不同型式的機構(gòu)供選用。如連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等。 由于壓片成形機的工作壓力較大，行程較短，一般采用肘桿式增力沖壓機構(gòu)作為主體機構(gòu)，它是由曲柄搖桿機構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)串接而成。先設(shè)計搖桿滑塊機構(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:λ——搖桿滑塊機構(gòu)中連桿與搖桿長度之比，一般取1～2。 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)計曲柄搖桿機構(gòu)時，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)的曲柄三個位置，其中對應(yīng)于搖桿的兩個位置，曲柄應(yīng)在與連桿共線的位置，曲柄另一個位置可根據(jù)保壓時間來設(shè)定，則可根據(jù)兩連架桿的三組對應(yīng)位置來設(shè)計此機構(gòu)。設(shè)計完成后，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，曲柄對應(yīng)轉(zhuǎn)角是否滿足保壓時間要求。曲柄回轉(zhuǎn)中心距搖桿鉛垂位置愈遠，機構(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，但機構(gòu)尺寸愈大。 輔助加壓機構(gòu)可采用凸輪機構(gòu)，推桿運動線圖可根據(jù)運動循環(huán)圖確定，要正確確定凸輪基圓半徑。為了便于傳動，可將篩料機構(gòu)置于主體機構(gòu)曲柄同側(cè)。整個機構(gòu)系統(tǒng)采用一個電動機集中驅(qū)動。要注意主體機構(gòu)曲柄和凸輪機構(gòu)起始位置間的相位關(guān)系，否則機器將不能正常工作。 可通過對主體機構(gòu)進行的運動分析以及沖頭相對于曲柄轉(zhuǎn)角的運動線圖，檢查保壓時間是否近似滿足要求。進行機構(gòu)動態(tài)靜力分析時，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）以及機器運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)δ均見表8.5，則各桿對質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動慣量可求。認為上下沖頭同時加壓和保壓時生產(chǎn)阻力為常數(shù)。飛輪的安裝位置由設(shè)計者自行確定，計算飛輪轉(zhuǎn)動慣量時可不考慮其他構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量。確定電動機所需功率時還應(yīng)考慮下沖頭運動和料篩運動所需功率。 2、 機構(gòu)設(shè)計方案 1． 上沖頭設(shè)計 方案一： 說明：凸輪旋轉(zhuǎn)帶動滾子運動，使桿1與桿2運動，使上沖頭上下往復(fù)運動，完全能達到保壓要求。但上沖頭行程要求有90~100mm，凸輪機構(gòu)尺寸將會變得很大很笨重。 方案二： 說明：桿1帶動桿2運動，桿2使滑塊往復(fù)運動，同時帶動桿3運動，從而達到所要求的上沖頭的運動。此方案可以滿足保壓要求，但是上沖頭機構(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構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)串接而成，結(jié)構(gòu)簡單、輕盈，能滿足保壓要求，并能夠輕松達到上沖頭的行程要求。 綜合以上三個方案的優(yōu)缺點，認為是使用方案一進行設(shè)計是比較好的擇。 2． 送料篩設(shè)計 方案一： 說明：送料機構(gòu)選用圓柱凸輪機構(gòu)，觸頭帶動料篩左右來回移動送料篩。料篩前設(shè)計有斜鏟方便推送成行片胚，當(dāng)上下沖頭完成壓片，上沖頭退回最高點及下沖頭頂出片胚時料篩帶著料想右移動。到達圓筒形腔口鏟除片胚，同時左右小范圍的篩動之后向做退回裝料。 方案二： 說明：運用凸輪機構(gòu)帶動料篩作往復(fù)運動。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；運用如圖所示凸輪機構(gòu)實現(xiàn)料篩的往復(fù)運動。其缺點是凸輪結(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 運用凸輪機構(gòu)實現(xiàn)下沖頭的往復(fù)移 動。 4． 機構(gòu)選擇 驅(qū)動方式采用電動機驅(qū)動。由已知的壓片成形機的功能分解，分別選擇相應(yīng)的機構(gòu)，以實現(xiàn)所需的各項功能。見表2。 功能 執(zhí)行構(gòu)件 工藝動作 執(zhí)行機構(gòu) 沖壓成形 上沖頭 直線上下往復(fù)運動 曲柄滑塊機構(gòu) 蝸輪蝸桿機構(gòu) 沖壓成形 下沖頭 直線上下往復(fù)運動 盤形凸輪機構(gòu) 蝸輪蝸桿機構(gòu) 橫向送料 推頭 直線左右往復(fù)運動 盤形凸輪機構(gòu) 蝸輪蝸桿機構(gòu) 表2 壓片成形機的機構(gòu)選型 5． 運動協(xié)調(diào)設(shè)計 壓片成形機是由曲柄滑塊機構(gòu)，凸輪機構(gòu)組成。負責(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)一圈作為一個工作周期，制作出成品。其他的送料、齒輪機構(gòu)作為輔助機構(gòu)。 最終壓片成形機設(shè)計如下圖 說明：此方案使用曲柄搖桿機構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)串接而成，結(jié)構(gòu)簡單、輕盈，能滿足保壓要求，并能夠輕松達到上沖頭的行程要求。由于此方案中，料篩采用凸輪機構(gòu)，可使其達到往復(fù)振動的運動效果；下沖頭也采用凸輪機構(gòu)，可達到保壓效果，且此方案的穩(wěn)定性較好，故選用此方案。 3、 運動循環(huán)圖設(shè)計 從機構(gòu)運動上來看，整個機構(gòu)分為送料、壓片、推出片坯、送成品，四個環(huán)節(jié)，正確處理這四個環(huán)節(jié)是設(shè)計循環(huán)圖的關(guān)鍵，其中送料機構(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、送料機構(gòu)這三個運動機構(gòu)之間不沖突，在分析三者關(guān)系之后發(fā)現(xiàn)上下沖頭的運動是整個機構(gòu)的關(guān)鍵部分，所以在設(shè)計運動循環(huán)圖時，率先設(shè)計的是上下沖頭部分。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) 以上沖頭加壓機構(gòu)主動件轉(zhuǎn)角為橫坐標(biāo)，以各機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件的位移為縱坐標(biāo)畫出位移曲線。循環(huán)運動圖上的位移曲線主要著眼于運動的起迄位置，而不必準(zhǔn)確表示出運動規(guī)律。 2) 擬定運動循環(huán)圖時，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動作的配合，在時間和空間上不能出現(xiàn)“干涉”。 3) 從運動的特性來看，上，下沖頭的運動軌跡在同一條豎直移動導(dǎo)路上，并且與送料機構(gòu)的運動軌跡垂直相交，所以應(yīng)避免這三個機構(gòu)各自的運動出現(xiàn)互相干涉的情況，如上，下沖頭的運動速度的沖突，送料機構(gòu)水平移動與上，下沖頭豎直移動的運動沖突等，以確保各個機構(gòu)的運動不發(fā)生沖突，從而保證各自設(shè)計功能的實現(xiàn)和機器正常的運作。 4、 設(shè)計步驟 1. 上沖頭搖桿滑塊機構(gòu)尺寸設(shè)計： 1) 設(shè)定搖桿的長度 選取λ=1.2 代入公式： r≤ 得r≤=358.2mm 此處設(shè)計r選取200mm 所以 2) 確定搖桿擺角 可知行程的計算公式為： 設(shè)h=100mm，則可得出擺角為與圖解法所得出擺角大小相等 又因為題設(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為搖桿鉛錘時的位置，DC1與DC2的夾角為2 DC2是搖桿DC的左極限位置，DC0是搖桿的右極限位置 AC2=AB2+B2C2=328mm AC0=B0C0-AB0=188mm 通過計算可得： AB=70mm BC=258mm 經(jīng)測量， 為穩(wěn)壓角 4) 檢驗曲柄存在條件 曲柄連桿BC=258mm曲柄AB=70mm 搖桿CD=200滑塊連桿CE=240mm機架AD=368mm 滿足桿長之和定理，即AD+AB下載提示(請認真閱讀)
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