机械原理课程设计 15吨压片机的加压机构设计.doc

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1、目录机械原理设计任务书 3第一章、选取设计方案8 1-1 方案的选取8 1-2 构件选取8第二章、压片成形机设计示意图9第三章构件组合运动分析10 3-1 工艺动作分解.10 3-2 工艺顺序10第四章、各构件尺寸及计算方法11 4-1 各杆尺寸及计算方法11 4-2 凸轮尺寸及计算方法11 4-3 传动比设计13方案评价 14参考文献 14致谢 15课程设计任务书2009 2010 学年第 2 学期 机械工程 学院（系、部） 机械工程及其自动化 专业 机工081 班级课程名称： 机械原理课程设计 设计题目： 15吨压片机的加压机构设计 完成期限：自 2010 年 7 月 5 日至 2010

2、年 7 月 11 日共 1 周内容及任务一、设计的任务与主要技术参数压片机是将陶瓷干粉料压制成直径为34mm、厚度为5mm的圆形片坯。其工艺过程是：(1)干粉料均匀筛入团筒形型腔(图a)；(2)下冲头下沉3mm，预防上冲头进入型腔时将粉料扑出(图b)；(3)上、下冲头同时加压(图c)，并保压一段时间；(4)上冲头退出，下冲头随后顶出压好的片坯(图d)；(5)料筛推出片坯(图e) 其余设计参数是： 冲头压力 15吨(150000N)； 生产率 每分钟10片； 机器运转不均匀系数 10%；驱动电机 28kw，1450rmin二、设计工作量要求：对设计任务课题进行工作原理和工艺动作分解，根据工艺动作

3、和协调要求拟定运动循环图，进行执行机构选型，构思该机械运动方案，并进行的选择和评定，确定机械运动的总体方案，根据任务书中的技术参数，确定该机械传动系统的速比和变速机构，作出机构运动简图，对相关执行机构的具体尺度进行分析与设计。要求有设计说明书一份，相关图纸一至两张。（有条件的要求用三维动画表述）。进度安排起止日期工作内容7.5-7.6构思该机械运动方案7.7-7.9运动分析及作图7.10-7.11整理说明书与答辩主要参考资料1 朱理机械原理北京：高等教育出版社，2008：15-2002 邹慧君机械原理课程设计北京：高等教育出版社，2009：15-250指导教师： 陈义庄 2010 年 月 日系

4、（教研室）主任： 王菊槐 2010 年 月 日1 设计题目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。设计数据见表 1.1 。表 1.1压片成形机设计数据如图 1.2 所示，压片成形机的工艺动作是：（ 1 ）干粉料均匀筛入圆筒形型腔（图 1.2 a ）。（ 2 ）下冲头下沉 3 mm ，预防上冲头进人型腔时粉料扑出（图 1.2b ）（ 3 ）上、下冲头同时加压（图 1.2c ），并保持一段日间。（ 4 ）上冲头退出，下冲头随后顶出压好的片坯（

5、图 1.2d ）。（ 5 ）料筛推出片坯（图 1.2a ）。图 1.2 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 ）上冲头完成往复自移运动（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人的空间，故冲头行程为 90 100mm 。因冲 图1.2 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 ）上冲头完成往复自移运动（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人的空间，故冲头行程为 90 100mm 。因冲头厂力较大，因而加压机构应有增力功

6、能（如图 1.3a 所示）。（ 2 ）下冲头先下沉 3 mm ，然后上升 8 mm ，加压后停歇保压，继而上升 16 mm ，将成形片坯顶到与台内平齐后停歇，待料筛将片坯推离冲头后，再下移 21 mm ，到待料位置（如图 1.3b 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，料筛在台面上右移约 45 50 mm ，推卸片坯（如图 1.3c 所示）图 1.3 设计要求上冲头、下冲头与送料筛的动作关系见表 1.4表 1.4 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（ l ）压片成形机一般至少包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构在

7、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。（ 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。（ 7 ）学生可进一步完成机器的计算机演示验证、凸轮的数控加工等。3 设计提示（ 1 ）各执行机构应

8、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。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。如连杆机构。凸轮机构等。（ 2 ）由于压片成形机的工作压力较大，行程较短，一般采用肘杆式增力冲压机构作为主体机构。它是由曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串接而成。先设计摇杆滑块机构，为了保压，要求摇杆在铅垂位置的范围内滑块的位移量生成的位移量小于等于0.4mm 。据此可得摇杆长度式中： 摇杆滑块机构中连杆与摇杆长度之比，一般取 l 2 。根据上冲头的行程长度，即可得摇杆的另一极限位置，摇杆的摆角以小于 60度为宜。设计曲柄摇杆机构时，为了“增

9、力”，曲柄的回转中心可在过摇杆活动铰链、垂直于摇杆铅垂位置的直线上适当选取，以改善机构在冲头下极限位置附近的传力性能。根据摇杆的三个极限位置（位置和另一极限位置），设定与之对应的曲柄三个位置，其中两个对应于摇杆的两个极限位置，曲柄应在与连杆共线的位置，曲柄另一个位置可根据保压时间来设定，因此可根据两连架杆的三组对应位置来设计此机构。设计完成后，应检查曲柄存在条件，若不满足要求，则重新选择曲柄回转中心。也可以在选择曲柄回转中心以后，根据摇杆两极限位置时曲柄和连杆共线的条件，确定连杆和曲柄长度。在检查摇杆在铅垂位置正负2度时，注意曲柄对应转角是否满足保压时间要求。曲柄回转中心距摇杆铅垂位愈远，机构

10、行程速比系数愈小，冲头在下极限位置附近的位移变化愈小，但机构尺寸愈大。（ 3 ）辅助加压机构可采用凸轮机构，推杆运动线图可根据运动循环图确定。设计时，要正确确定凸轮基圆半径。为了便于传动，可将筛料机构置于主体机构曲柄同侧。整个机构系统采用一个电动机集中驱动。要注意主体机构曲柄和凸轮机构起始位置间的相位关系，否则机器将不能正常工作。（ 4 ）可通过对主体机构进行运动分析以及冲头相对于曲柄转角的运动线图，检查保压时间是否近似满足要求。进行机构动态静力分析时，要考虑各杆（曲柄除外）的惯性力和惯性力偶，以及冲头的惯性力。冲头质量 、各杆质量 （各杆质心位于杆长中点）以及机器运转不均匀系数 均见表 1.

11、1 ，则各杆对质心轴的转动惯量可求。认为上下冲头同时加压和保压时生产阻力为常数。飞轮的安装位置由设计者自行确定，计算飞轮转动惯量时可不考虑其他构件的转动惯量。确定电动机所需功率时还应考虑下冲头运动和料筛运动所需功率。 第一章、选取设计方案1-1 方案的选取根据题目要求选取方案A进行课程设计。在这个设计中，电动机的转速为1450r/min,生产效率为10片/min，成品尺寸为805（mm,mm）,80mm为成品的直径。冲头压力为150kN,机器运转不均匀系数为0.10，冲头质量为12kg,杆的质量为m=5kg.因此，由生产效率和电动机的转速可以得知，设计的工艺动作周期为6秒。1-2机构的选取为满

12、足设计要求，根据设计提示，本设计可选用四种机构：a.摇杆滑块机构b.曲柄摇杆机构c.凸轮机构d.齿轮机构由电动机通过皮带带动齿轮机构转动，再通过齿轮机构带动凸轮机构和曲柄摇杆机构运动。为了完成机械系统的预定功能和生产过程，各执行机构不仅要完成各自的执行动作，而且相互之间必须协调一致。我们的设计方案要满足先后性、时间不同性、空间协调性、操作协同性等要求。 第二章压片成形机设计示意图图2.1压片成形机设计示意图 （其中机构3、轮凸1和凸轮2由一个电动机带动，其转速为1450r/min) （我组的张净华，杨明磊设计结构图） 第三章、构件组合运动分解3-1按工艺动作可分解为三个机构：（1）送料,脱离机

13、构：凸轮做周期内带有震荡的直线往复运动（2）上冲头机构：往复直线运动（3）下冲头机构：往复直线运动3-2工艺顺序为：1移动料斗4，将粉料送至模具11的型腔上方等待装料，并将上一循环中成动循环末的位置向下移动21mm。这些型的药片12推出（卸料），料斗的行程为100mm,同时将下冲头5由上一循环末的位置向下移动作的时间占0.13个周期；2料斗振动，将粉料筛入型腔，该动作占0.25个周期；3料斗4移回原处，同时下冲头5向下移动3mm,以防止上冲头下压时，将粉料扑出，该动作占0.1个周期;4上冲头10向下移动94mm，同时下冲头5向上压，行程为8mm，该动作占0.2个周期。接着保压，其时间占0.2个

14、周期；5上冲头5快速退回至起始位置。下冲头5上升16mm，将成品12推出型腔。该动作占0.12个周期。在下图中，图2.1中凸轮连杆机构I完成工艺动作1、2、及3中的料斗动作；凸轮机构II完成动作1、3、4、及5上的下冲头工作，连杆机构III完成工艺动作4和5中的上冲头的动作。整个机构系统由一台电动机带动，因此构件1、6、7可装在同一根分配轴上或分配轴控制。设分配轴的转速为10r/min。 （上下冲头是由我组成员共同完成） 第四章、各构件尺寸及计算方法4-1 各杆尺寸及计算方法4.1.1 各杆的尺寸（单位：mm）杆1杆2杆3杆4杆5杆6杆7杆8杆9150500512402002501501202

15、00表4.1.4.1.2摇杆滑块机构尺寸的设计根据设计要求：杆5的行程行程为90100mm，摇杆的摆角以小于 60度。先选定摇杆1的长度为150mm.为满足运动行程要求，设摆角为56，在竖直方向上，偏向左方54，偏向右方2。由此可以设杆1与杆4之和的长度为x.则有下式：cos54=90100mm之间的某一个数。摇杆在铅垂位置的范围内滑块的位移量生成的位移量小于等于0.4mm。 根据以下公式：式中： 摇杆滑块机构中连杆与摇杆长度之比，满足 l 2 。由此可设计杆4长度为240mm。4.1.3曲柄摇杆机构尺寸的设计根据摇杆的三个极限位置（位置和另一极限位置），设定与之对应的曲柄三个位置，其中两个对

16、应于摇杆的两个极限位置，曲柄应在与连杆共线的位置，曲柄另一个位置可根据保压时间来设定，因此可根据两连架杆的三组对应位置。得杆2的长度为500mm,杆3的长度为51mm。4-2凸轮的尺寸及计算方法先确定为基圆半径为100mm,按照推杆的运动运动规律(见图1.3)，根据朱理主编机械原理一书中，第129页5.3凸轮轮廓曲线的设计的设计方法，可得设计出满足运动要求各凸轮的尺寸见下表。基圆行程近休止角远休止角凸轮1100 mm24mm1530凸轮2100mm100mm19515表4.2凸轮的尺寸 两凸轮在一个周期内各时间的安排（见下表）序号凸轮1转动时间6（s）推杆运动规律100.25s等加速下降h=3

17、mm20.250.5s近休30. 51.5s等加速上升h=8mm41.52.75s静止不动（保压）52.753s等加速上升16mm(推出成品)633.5S远休（待振动筛推成品）73.53.75S等加速下降h=21mm83.756S等待筛料表4.3 凸轮1时间安排以及行程安排序号凸轮2转动时间6（s）致使振动筛的运动规律100.25S快速退回20.253S近休333.5S推出成品（同时开始下料）43. 56S振动筛料表4.4 凸轮2时间安排以及行程安排下图是两凸轮的形状 凸轮1 凸轮2 (我组的胡江林，吴鹏所作)4-3传动比设计选取额定转速为1450r/min的电动机，根据生产能力为10r/mi

18、n，确定系统总传动比为i总=1450/10=145n1=n2=n3=n4=10r/min蜗轮蜗杆设计：蜗杆3 z=2蜗轮4 z=84直齿轮设计：齿轮传动比为2.5具体数据如表4.5所示：表4.5 直齿轮参数表名称齿数模数分度圆齿顶高齿根高齿顶圆齿根圆直齿轮2502mm100mm2mm2.5mm124mm115mm直齿轮1202mm40mm2mm2.5mm44mm35mm方案评价：运动精确性：凸轮设计、锥齿轮设计和摇杆设计都是按照生产率10个/min来设计,因此凸轮和摇杆转动速度都是10r/min。运动平稳性：由于凸轮的尺寸比较小,且工作速度不快,因此传动较平稳。结构紧凑性：能通过一个电动机实现

19、送料机构、成型、分料工艺动作，且外形尺寸比较合理，结构较紧凑。经济性：整体价格比较适中。参考文献：1机械原理（高等教育出版社）朱理 主编2机械原理课程设计手册（高等教育出版社）邹慧君 主编3机械原理全程导学及习题全解（第七版）马金盛 成九瑞 主审 郭卫东主编 心得体会 通过这次机械原理课程设计，提高了我们综合运用机械原理课程理论的能力，培养了分析和解决一般机械运动实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。掌握了一些常用执行机构、传动机构或简单机器的设计方法和过程。 这次机械设计课程设计历时了一个多星期，时间上虽有些紧张，做设计的时候有些东西也是现学现卖。但这样的安排可以让我们利用一整段时间巩固和学习新的知识，把所学运用到实际设计当中。在所学理论知识的基础上也充分的发挥了创造性。各类资料的查询也熟练了很多。 在实际的设计过程中，我们也遇到了许多的困难，不过经过我们大家的团结努力，一点点克服了困难，最终作出了成品，我们还是很高兴的。学生签名： 日 期：