压片成型机.docx

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1、1压片成形机一、 设计题目设计目的机械设计是依据使用要求对机械的工作原理、构造、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和外形尺寸以及润滑方式等进展构思、分析和计算， 并将其转化成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，是打算机械产品性能的最主要环节，整个过程蕴含着创和制造。为了综合运用机械原理课程的理论学问，分析和解决与本课程有关的实际问题，使所学的学问进一步稳固和加强，我们参与了此次的机械原理课程设计。1总功能要求设计自动压片成形机，将具有肯定湿度的粉状原料如陶瓷干粉或药粉定量送入压形位置，经压制成后脱离该位置。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

2、压制陶瓷圆形片坯和药剂片等。表 1.2.1 压片成形机设计数据电动机转生产率/机器运转速/片成品尺寸冲头压力不均匀系r/min/minmm,mm/N数M冲/M杆/145010100*60150 0000101259701560*35100 0000.081049702040*20100 0000.05932工作原理1、压片成型机工艺动作分解： 干粉料均匀筛入圆筒形型腔图 1.2.2a。 下冲头下沉 3mm，预防上冲头进入型腔时粉料扑出图 1.2.2b。 上和下冲头同时加压(图 1.2.2c),并保持一段时间。 上冲头退出，下冲头随后顶出压好的片坯图 1.2.2d。 料筛推出片坯图 1.2.2a

3、。原始数据1、冲头压力100 000N150 000N2、生产率15 片/min20 片/min3、机器运转不均匀系数0.080.104、电机转速970r/min1450r/min二设计要求2（1） 设计要求 压片成形机一般至少包括连杆机构和凸轮机构和齿轮机构在内的三种机构。 画出机器的运动方案简图与运动循环图。拟订运动循环图时，执行构件的动作起止位置可依据具体状况重叠安排，但必需满足工艺上各个动作的协作，在时间和空间上不能消灭干预。 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，计算凸轮轮廓线。 设计计算齿轮机构，确定传动比，选择适当的摸数。 对连杆机构进展运动

4、设计。并进展连杆机构的运动分析，绘出运动线图。假设是承受连杆机构作为下冲压机构，还应当进展连杆机构的动态静力分析，计算飞轮转动惯量。 编写设计计算说明书。 学生可进一步完成机器的计算机演示验证和凸轮的数控加工等。（2） 上冲头和下冲头与料筛的设计要求图 1.3.2 设计要求 上冲头完成往复直移(与动铅垂上下)，下移至重点后有短时间的间歇，3起保压作用，保压时间为 0.4s 左右。由于冲头上升后要留有料筛进入的空间，故冲头行程为 90100mm。由于冲头压力比较大，因而加压机构应有增力功能图 1.3.2a。 下冲头先下沉 3mm,然后上升 8mm，加压后停留保压，继而上升 16mm，将成形片坯顶

5、到与台面平齐后停留，待料筛将片坯推离冲头后，再下移 18mm, 到待料位置图 1.3.2b。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 4550mm,推卸片坯图 1.2.3c。设计提示 各执行机构应包括：实现上冲头运动的主加压机构和实现下冲头运动的关心加压机构和实现料筛运动的上下料机构。各执行机构必需能满足工艺的运动要求，可以有多种不同型式的机构选用。 由于压片成形机的工作压力比较大，行程短，一般承受肘杆式增力冲压机构作为主体机构。它是由曲柄摇杆机构滑块机构串接而成。先设计摇杆滑块机构， 为了保压，要求摇杆在铅垂位置的2范围内的滑块的位移量0.4

6、mm。据此可得摇杆长度：式中：为摇杆滑块机构中连杆与摇杆长度之比，一般取 12。依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为宜。设计曲柄摇杆机构时，为了“增力”，曲柄的回转中心可在摇杆活动链和垂于摇杆铅垂位置的直线上适中选取，以改善机构在冲头下极限位置四周的传力性能。依据摇杆的三个极限位置2位置和另一个极限位置，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，4曲柄另一个位置可依据保压时间来设定，因此可依据两连架杆懂得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，假设不满足要求，则重选择曲柄回转中心。也可以在选择曲柄

7、回转中心以后，依据摇柄两个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 2时，应当留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置越 远，机构行程速比系数越小，冲头在下极限位置四周的位移变化越小，但机构尺寸越大。 关心加压机构可承受凸轮机构，推杆运动线图可以依据运动循环图确定。设计时，要正确确定凸轮基圆半径。为了便于传动，可以将筛料机构置于主体机构曲柄同侧。整个机构系统承受一个电动机集中驱动。要留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。 可以通过对主体机构进展运动分析，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

8、似满足要求。进展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 m 冲和各杆质量 m杆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，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以不考虑其他机构的转动惯量。确定电动机所需要功率时还要考虑下冲头运动和筛料运动所需功率。三运动方案评估上冲头为主上冲头运动方案设计及选择方案一此设计优缺点：方案 1 承受的是凸轮机构的设计方案。如下图，该机构由 2 个可动构件和机架组成，包含 1 个高副和 2 个低副， 其自由度 F = 3*2

9、 - 2*2 - 1*1 = 1，其自由度也等于原动件个数，故其运动也确定。5机构中，能满足上冲头的设计保压要求，不过在下压过程中只依靠从动件自身的重力，下压力缺乏，且传动性不及方案 1 好，并且由于从动件的形成较大， 故凸轮在设计制造时的尺寸也会很大，而且凸轮与滚子之间为点接触易磨损。所以予以拒绝。方案二此设计优缺点：方案 2 承受的是气缸做为动力的设计方案。如下图该机构由 7 个可动构件和机架组成，包含 10 个低副，其自由度为 F = 3*7- 2*10 = 1，其自由度也等于原动件个数，故其运动也确定。此机构只需一个很小的力就能产生很大的顶升力，但对材料的要求很高，要实现整套机器的运动

10、需要多个油泵，本钱较高， 且速度较慢。方案三此设计优缺点：方案 3 承受的是连杆机构的设计方案。如下图，该机构由 5 个可动构件和机架组成，包含 6 个转动副和 1 个移动副，共计 7 个低副。故方案 1 所用机构的自由度F = 3*5- 2*7 = 1 ，其自由度等于原动件个数，故其运动确定。此方案 3 是在上冲头方案中最好的一63.1机构选择:7个，既能供给较大的工作压力，行程较短，也能有保压功能,整体构造简洁、轻快，并能够轻松到达上冲头的行程要求。也是本次设计承受的方案。驱动方式承受电动机驱动。由的压片成形机的功能分解，分别选择相应的机构，以实现所需的各项功能。见表 3。功能执行构件工艺

11、动作执行机构直线上下往冲压成形上冲头曲柄滑块机构皮带轮轮机构复运动直线上下往冲压成形下冲头盘形凸轮机构皮带轮轮机构复运动直线左右往横向送料推头盘形凸轮机构皮带轮轮机构复运动表 3 压片成形机的机构选型3.2运动协调设计：压片成形机是由曲柄滑块机构，凸轮机构组成。负责上冲头工作的曲柄周转一圈完成一次工作循环，同样下冲头盘形凸轮以同样的转速转一圈作为一个工作周期，制作出成品。其他的送料、齿轮机构作为关心机构。最终压片成形机设计如以下图：说明：此方案使用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串接而成，构造简洁、轻快， 能满足保压要求，并能够轻松到达上冲头的行程要求。由于此方案中，料筛承受凸轮机构，可使其到达往复

12、振动的运动效果；下冲头也承受凸轮机构，可到达保压效果，且此方案的稳定性较好，应选用此方案。四、运动循环图设计详见附录 1 依据工艺动作拟定运动循环图 以上冲头加压机构主动件转角为横坐标，以各机构执行构件的位移为纵坐标画出位移曲线。循环运动图上的位移曲线主要着眼于运动的起迄位置，而不必准确表示出运动规律。 拟定运动循环图时，可执行构件的动作起迄位置可依据具体状况重叠安排，但必需满足工艺上各个动作的协作，在时间和空间上不能消灭“干预”。 从运动的特性来看，上，下冲头的运动轨迹在同一条竖直移动导路上，并且与送料机构的运动轨迹垂直相交，所以应避开这三个机构各自的运动消灭相互干8涉的状况，如上，下冲头的

13、运动速度的冲突，送料机构水平移动与上，下冲头竖直移动的运动冲突等，以确保各个机构的运动不发生冲突，从而保证各自设计功能的实现和机器正常的运作。拟定运动循环图：见附录 1五、连杆机构尺寸计算见附录 25.1 设计要求（1） 上冲头行程为 100mm 左右（2） 当摇杆角度和铅垂位置之间相差时，滑块的位移小于 0.4mm即产生保压的功能（3） 摇杆的角度小于 60 度（4） 曲柄摇杆 机构必需具有肯定急回特性，以致更多的时间用于加压5.2 设计过程(1)由于压片机的工作压力较大，行程较短，一般承受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联而成。先设计摇杆滑块机构，为了保压

14、，要求摇杆在垂直位置的范围内，滑块的位移量mm。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 1-2。依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为宜。设计机构时，为了“增力”，曲柄的回转中心可在摇杆活动铰链、垂直于摇杆垂直位置的直线上适中选取，以改善机构在冲头在下极限位置四周放的9传力性能。依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上个位置，其中对应摇杆的两个位置，曲柄应在于连杆共线的位置，曲柄的另一位置可以依据保压时间来设定，则可依据两连架杆的三组对应位置来设计此机构。设计完成后，应当检查曲柄的存在条件，假设不满足要求，则重选择曲

15、柄的回转中心。也可以选择曲柄中心后，依据摇杆两极限位置时曲斌和连杆共线的条件，确定连杆和曲柄的长度，再检查摇杆在垂直位置 时，曲柄对应转角是否满足保压时间要求。曲柄回转中心据摇杆垂直位置越远，机构行程速比系数越小，冲头在下极限位置四周的位移变化越小，但机构尺寸越大。在这里我取=1.5,得 r394r=240mm,冲头行程取 100mm，算出摇杆的摆角等于 44。（2） 首先确定摇杆滑块机构中，滑块能运动到的最低点位置，该位置为上冲头所能下降到的极限位置，该位置位于滑块处于的的垂直导路上，然后再依据上冲头行程为 100mm 推出滑块的另一极限位置，该位置为上冲头所能到达的最高位置，由此时滑块所在

16、的极限位置可推算出摇杆的一个极限位置 C3，要干的另一极限位置 C1 位于铅锤位置左偏 2处。（3） 依据设计 20 片所需的保压时间为 0.30.6s 之间，要计算出在保压时间内曲柄所转过角度的许用范围，依据之前制定的一分钟产量为 20 片的生产要求， 保压角的范围在 3672之间。(4) 在图上取一点 D，在 D 点以 r 为半径画圆弧，在在圆弧上分别取点 C1、C2、C3、C 点，使，C 在竖直下方，OC1 在与 OC 成 2，OC2 与 OC 成 2使 AC1=396mm,连接 AC3，量出AC3=216mm，在C2 点以AC1+AC3/2此为杆 BC 长=306 为半径画圆，在A 点

17、以AC3AC1/2=90此为杆AB 长为半径画圆，两圆交于 B2、B1 两点，连接 AB2、AB1,量出 AB2 AB1 的弧长对应角度为 30*2=60，满足条件在 3672之间。在设计中，对于曲柄摇杆机构，有 L AB =90mm，L BC =306mm，L DC =240mm，L AD =348mm，满足曲柄的存在条件：L AB + L AD L BC + L DC ，所以该设计方案及参数设计可行。图见附录 2 示意图10六、运动循环图设计校核见附录 1 与 3依据以上运动分析，我将附录 1 中的机器的运动循环图设计校核如下： 1060上冲头匀速下降；下冲头在停留位置上方 3mm 处静止

18、不动，料筛往复振动，然后向左退回。26080上冲头连续快速下降；下冲头在 60时开头下沉，在 80时下沉到停留位置，位移 3mm；料筛保持静止不动。380135上冲头连续匀速下降；下冲头在停留位置处保持静止不动；料筛保持静止不动。4135145上冲头连续匀速下降，在 145时停顿下降，等待保压； 下冲头上升 8mm，并且在145时处于休止位置，等待保压；料筛保持静止不动。5145207上，下冲头开头进展保压，保持静止不动；料筛保持静止不动。6220245上冲头匀速上升；下冲头在220时开头匀速上升，位移为16mm ，等待料筛到位将成形片坯挤入滑道；料筛在 230时开头向右前进。7245265上

19、冲头连续匀速上升；下冲头保持静止不动；料筛在250 时到位，将片坯挤入滑道，之后向左退回。8265285360上冲头连续匀速上升，360时上冲头退回至最高处； 下冲头在 285处开头向下退回 21mm,至带料位置，等待下一周期开头；360 时料筛退回至最左处。整一周期完毕。七、凸轮机构尺寸计算见附录 3 基圆半径确实定依据循环图和公式：，e=0八、最终设计方案：8.1 上冲头：冲头的位移和曲柄的转角的关系是协作下冲头盘形凸轮动作和时间，与上下冲头相互协作，而送料机构的动作一局部也是和上冲头协作。上冲头推程为100mm，周转 145冲头由最高点落至最低点，此时下冲头刚好到达最大推程位置，同时在上

20、冲头由最高点落至型腔齐平高度前送料机构完成往复振动筛料的动作并向左位移至最远端。表 8.1.2上冲头和下冲头与送料筛的动作关系1213上冲头进退送料筛退近休进远休下冲头退近休进远休九、心得体会开头的时候，我还以为课程设计就是像大一时候的工程制图似的画两张 A3 图纸那样简洁。后来开课后我才知道，原来课程设计并非那么机械的画图，在画图之前必需要自己设计制定方案以及经过许很多多的计算才能得到最优方案。得知这些以后，我对课程设计有了深厚的兴趣。我本人格外宠爱教师给我们作类似的课程设计，由于这不仅可以提起我们对这门课的学习兴趣，同时还可以在专业上用实践熬炼一下我们，使我们不但不在对所学专业感到生疏，而

21、且还可以培育大家的乐观性。我比较宠爱自己动手做一些东西，所以通过课下的时间我学习了 UG 绘图软件，没想到这次竟然用到了，通过软件绘图的效率比自己动手画要高好多，而且准确，这才是关键，这次的曲柄摇杆机构以及凸轮我都是先用软件画出来测量了准确的数值之后才在图纸上用手绘制的，我感觉这样不仅效率高而且精度高。在课程设计过程中，我们应当在弄懂原理的前提下渐渐的一步一步的做，我开头就赶着做，结果却越做越忙。我们做设计不要墨守成规，应当有改进创的精神。实际上，在弄懂了试验原理的根底上，我们的时间是充分的，做试验应当是游刃有余的。我们都知道态度打算一切，你把握学问的多少也全在自己对待学习的态度。在设计的过程中我们应当留意培育自己的独立分析问题，和解决问题的力量。在写画连杆机构的时候有很多不懂，于是去问教师，教师的启发了我，而我也学会了自己独立思考。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14力，培育了分析和解决一般机械运动实际问题的力量，并使所学学问得到进一步稳固、深化和扩展。期望以后学校和系里能够开设更多类似的课程，能够让我们得到更好的熬炼。十、参考文献：（1） 裘建，机械原理课程设计指导书，2023（2） 申永胜，机械原理教程第 2 版，2023