机械原理专业课程设计压片机.docx

机械原理课程设计课程设计说明书

压片成型机

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学 号：
指导老师：

2024年5月27日

目 录
目 录 1
一、 设计题目： 3
1. 压片成型机介绍 3
2. 设计说明 3
3. 压片成形机工艺动作 4
4. 上冲头、下冲头和送料筛动作关系 5
5. 压片成型机设计原始数据 5
6. 设计要求 6
7. 设计提醒 7
二、 机构设计方案 9
1． 上冲头设计 9
2． 送料筛设计 10
3． 下冲头设计 11
4． 机构选择 12
5． 运动协调设计 13
三、 运动循环图设计 14
四、 设计步骤 15
1. 上冲头摇杆滑块机构尺寸设计： 15
2. 下冲头凸轮设计 16
3. 传动比设计 18
五、 课程设计小结 19
六、 参考书目 20
七、 附录 20

一、 设计题目：

1. 压片成型机介绍
设计自动压片成形机，将含有一定湿度粉状原料（如陶瓷干粉、药粉）定量送入压形位置，经圧制成形后脱离位置。机器整个工作过程（送料、压形、脱离）均自动完成。该机器能够压制陶瓷圆形片坯、药剂（片）等。
2. 设计说明
1) 压片成形机通常最少包含连杆机构和凸轮机构和齿轮机构在内三种机构。
2) 画出机器运动方案简图和运动循环图。拟订运动循环图时，实施构件动作起止位置可依据具体情况重合安排，但必需满足工艺上各个动作配合，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，校核最大压力角和最小曲率半径，计算凸轮轮廓线。
4) 设计计算齿轮机构，确定传动比，选择合适摸数。
5) 对连杆机构进行运动设计。并进行连杆机构运动分析，绘出运动线图。假如是采取连杆机构作为下冲压机构，还应该进行连杆机构动态静力分析，计算飞轮转动惯量。
6) 编写设计计算说明书。
7) 学生可深入完成机器计算机演示验证和凸轮数控加工等。

3. 压片成形机工艺动作
①　 干粉料均匀筛入圆筒形型腔。
②　 下冲头下沉3mm，预防上冲头进入型腔是粉料扑出。
③　 上、下冲头同时加压，并保持一段时间。
④　 上冲头退出，下冲头随即顶出压好片坯。
⑤　 料筛推出片坯。

4. 上冲头、下冲头和送料筛动作关系

上冲头
进
退
送料筛
退
近休
进
远休
下冲头
退
近休
进
远休

5. 压片成型机设计原始数据

电动机转速/（r/min）
970
生产率/（片/min）
15
成品尺寸（Φxb）/（mm x mm）
60x5
冲头压力/N
100 000
机器运转不均匀系数δ
0.08
M冲/Kg
10
M杆/Kg
4

6. 设计要求
1) 上冲头完成往复直移运动（铅锤上下），下移至终点后有短时间停歇，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入空间，故冲头行程为90～100mm。因冲头压力较大，所以加压机构应有增力功效（以下图a所表示）
2) 下冲头先下沉3mm，然后上升8mm，加压后停歇保压，继而上升16mm，将成形片坯顶到和台面平齐后停歇，待料筛将片坯推离冲头后，再下移21mm，到待料位置（以下图b所表示）。
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45～50mm，推卸片坯（以下图c所表示）

7. 设计提醒
各实施机构应包含：实现上冲头运动主加压机构、实现下冲头运动辅助加压机构、实现料筛运动上下料机构。各实施机构必需能满足工艺上运动要求，能够有多个不一样型式机构供选择。如连杆机构、凸轮机构等。
因为压片成形机工作压力较大，行程较短，通常采取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，为了确保，要求摇杆在铅垂位置±2º范围内滑块位移量≤0.4mm。据此可得摇杆长度：

r≤

式中:λ——摇杆滑块机构中连杆和摇杆长度之比，通常取1～2。 
依据上冲头行程长度，即可得摇杆另一极限位置，摇杆摆角以小于60º为宜。设计曲柄摇杆机构时，为了“增力”，曲柄回转中心可在过摇杆活动铰链、垂直于摇杆铅垂位置直线上合适选择，以改善机构在冲头下极限位置周围传力性能。依据摇杆三个极限位置（±2º位置和另一极限位置），设定和之对应曲柄三个位置，其中对应于摇杆两个位置，曲柄应在和连杆共线位置，曲柄另一个位置可依据保压时间来设定，则可依据两连架杆三组对应位置来设计此机构。设计完成后，应检验曲柄存在条件，若不满足要求，则重新选择曲柄回转中心。也能够在选择曲柄回转中心以后，依据摇杆两极限位置时曲柄和连杆共线条件，确定连杆和曲柄长度，在检验摇杆在铅垂位置±2º时，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愈远，机构行程速比系数愈小，冲头在下极限位置周围位移改变愈小，但机构尺寸愈大。
辅助加压机构可采取凸轮机构，推杆运动线图可依据运动循环图确定，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。整个机构系统采取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相位关系，不然机器将不能正常工作。 
可经过对主体机构进行运动分析和冲头相对于曲柄转角运动线图，检验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）惯性力和惯性力偶，和冲头惯性力。冲头质量m冲、各杆质量m杆（各杆质心在杆长中点）和机器运转不均匀系数δ均见表8.5，则各杆对质心轴转动惯量可求。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它构件转动惯量。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。
二、 机构设计方案
1． 上冲头设计
方案一：
说明：凸轮旋转带动滚子运动，使杆1和杆2运动，使上冲头上下往复运动，完全能达成保压要求。但上冲头行程要求有90~100mm，凸轮机构尺寸将会变得很大很粗笨。

方案二：
说明：杆1带动杆2运动，杆2使滑块往复运动，同时带动杆3运动，从而达成所要求上冲头运动。此方案能够满足保压要求，不过上冲头机构制作工艺复杂，磨损较大，且需要加润滑油，工作过程中污损比较严重。

方案三：
说明：此方案使用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串接而成，结构简单、轻盈，能满足保压要求，并能够轻松达成上冲头行程要求。

综合以上三个方案优缺点，认为是使用方案一进行设计是比很好择。
2． 送料筛设计
方案一：
说明：送料机构选择圆柱凸轮机构，触头带动料筛左右往返移动送料筛。料筛前设计有斜铲方便推送成行片胚，当上下冲头完成压片，上冲头退回最高点及下冲头顶出片胚时料筛带着料想右移动。抵达圆筒形腔口铲除片胚，同时左右小范围筛动以后向做退回装料。
方案二：
说明：利用凸轮机构带动料筛作往复运动。因为料筛行程很大故凸轮基圆半径很大，在筛动过程中，圆柱形凸轮受到冲击很大，所以不宜采取。
方案三：
说明；利用图所表示凸轮机构实现料筛往复运动。其缺点是凸轮结构轮廓线改变较大可能不能满足压力角要求。

3． 下冲头设计
利用凸轮机构实现下冲头往复移
动。

4． 机构选择

驱动方法采取电动机驱动。由已知压片成形机功效分解，分别选择对应机构，以实现所需各项功效。见表2。

功效
实施构件
工艺动作
实施机构
冲压成形
上冲头
直线上下往复运动
曲柄滑块机构
蜗轮蜗杆机构
冲压成形
下冲头
直线上下往复运动
盘形凸轮机构
蜗轮蜗杆机构
横向送料
推头
直线左右往复运动
盘形凸轮机构
蜗轮蜗杆机构
表2 压片成形机机构选型

5． 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。负责上冲头工作曲柄周转一圈完成一次工作循环，一样下冲头盘形凸轮以一样转速转一圈作为一个工作周期，制作出成品。其它送料、齿轮机构作为辅助机构。
最终压片成形机设计以下图

说明：此方案使用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串接而成，结构简单、轻盈，能满足保压要求，并能够轻松达成上冲头行程要求。因为此方案中，料筛采取凸轮机构，可使其达成往复振动运动效果；下冲头也采取凸轮机构，可达成保压效果，且此方案稳定性很好，故选择此方案。
三、 运动循环图设计
从机构运动上来看，整个机构分为送料、压片、推出片坯、送成品，四个步骤，正确处理这四个步骤是设计循环图关键，其中送料机构能够经过凸轮完成，压片由上下冲头共同作用完成，推出片坯由下冲头上升完成，送成品经过凸轮推进筛子来将成型片坯挤到滑道。
为了确保上冲头、凸轮、送料机构这三个运动机构之间不冲突，在分析三者关系以后发觉上下冲头运动是整个机构关键部分，所以在设计运动循环图时，率先设计是上下冲头部分。因为下冲头和上冲头之间关系最亲密，又要确保相互之间不冲突。（附录一）
1) 以上冲头加压机构主动件转角为横坐标，以各机构实施构件位移为纵坐标画出位移曲线。循环运动图上位移曲线关键着眼于运动起迄位置，而无须正确表示出运动规律。
2) 确定运动循环图时，可实施构件动作起迄位置可依据具体情况重合安排，但必需满足工艺上各个动作配合，在时间和空间上不能出现“干涉”。
3) 从运动特征来看，上，下冲头运动轨迹在同一条竖直移动导路上，而且和送料机构运动轨迹垂直相交，所以应避免这三个机构各自运动出现相互干涉情况，如上，下冲头运动速度冲突，送料机构水平移动和上，下冲头竖直移动运动冲突等，以确保各个机构运动不发生冲突，从而确保各自设计功效实现和机器正常运作。
四、 设计步骤
1. 上冲头摇杆滑块机构尺寸设计：
1) 设定摇杆长度
选择λ=1.2
代入公式： r≤

得r≤=358.2mm

此处设计r选择200mm
所以

2) 确定摇杆摆角
可知行程计算公式为：

设h=100mm，则可得出摆角为和图解法所得出摆角大小相等
又因为题设要求摆角小于
所以满足要求。
3) 经过图解法求出曲柄摇杆机构中曲柄和连杆长度
如附录三所表示，AB为曲柄，BC为连杆，DC为摇杆
DC2为摇杆铅锤时位置，DC1和DC2夹角为2°
DC2是摇杆DC左极限位置，DC0是摇杆右极限位置
AC2=AB2+B2C2=328mm
AC0=B0C0-AB0=188mm
经过计算可得：
AB=70mm
BC=258mm
经测量， 为稳压角
4) 检验曲柄存在条件
曲柄连杆BC=258mm曲柄AB=70mm
摇杆CD=200滑块连杆CE=240mm机架AD=368mm
满足杆长之和定理，即AD+AB<CD+BC

2. 下冲头凸轮设计
因为手工作图有较大误差，选择偏置式凸轮机构并不利于手工绘图，所以本人选择对心式凸轮机构。（附录四）
1) 基圆半径r0确实定：
依据凸轮机构压力角公式
or
e=0，取最大需用压力角为30°
再依据运动循环图上最大斜率=22.91
可得r0大于等于16mm既可。
为了方便作图，取r0=70mm
总而言之可得关键参数r0=70mm e=0mm
依据反转法，对照运动循环图，画出凸轮机构机构运动见图。
2) 滚子直径确实定
当凸轮理论廓线为内凹时，因为凸轮工作廓线曲率半径等于理论廓线曲率半径ρ和滚子半径r之和，这么，不管滚子半径大小怎样，凸轮工作廓线总是能够平滑地作出来。
当凸轮理论轮廓曲线为外凸时，其工作廓线曲率半径等于理论廓线曲率半径ρ和滚子半径r之差。此时若ρ＝r，工作廓线曲率半径为零，则工作廓线将出现尖点，这种现象称为变尖现象；若ρ<r，则工作廓线曲率半径为负值，这时，工作廓线出现交叉，致使推杆不能按预期运动规律运动，这种现象称为失真现象。
所以，对于外凸凸轮轮廓曲线，应使滚子半径小于理论廓线最小曲率半径ρmin 。
因为测量误差存在，为保险起见，手绘作图滚子直径应小于0.8ρmin 。
依据凸轮机构机构运动简图，本设计中滚子直径设置为10mm。
3. 传动比设计
课程设计中电动机转速为970r/min,生产效率为15片/min，计算得凸轮转速为15r/min系统总传动比为

蜗杆全部为单头
Z1=30 Z2=97 Z3=45
Z4=97 Z5=97 Z6=30 Z7=30
上冲头：
料筛：
下冲头：
动力传动简图见附录二。
五、 课程设计小结

六、 参考书目
陆宁、樊江玲 机械原理（第二版） 清华大学出版社，
裘建新 机械原理课程设计 高等教育出版社，

七、 附录
附录一：运动循环图（A4纸）
附录二：传动机构简图（A4纸）
附录三：上冲头机构运动简图（A3纸)
附录四：下冲头凸轮机构轮廓图（A3纸）