機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)壓片成形機(jī)

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1、 JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 題目： 壓片成形機(jī) 學(xué) 院： 工學(xué)院 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 年 級(jí)： 10級(jí)

2、 指導(dǎo)教師： 2012 年 06月12 日 1 設(shè)計(jì)題目 1.1 壓片成形機(jī)介紹 設(shè)計(jì)自動(dòng)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(guò)程（送料、壓形、脫離）均自動(dòng)完成。該機(jī)器可以壓制陶瓷圓形片坯、藥劑（片）等。 1.2 壓片成形機(jī)的工藝動(dòng)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

3、沖頭退出，下沖頭隨后頂出壓好的片坯。 （5） 料篩推出片坯。 1.3 上沖頭、下沖頭、送料篩的設(shè)計(jì)要求是： （1）上沖頭完成往復(fù)直移運(yùn)動(dòng)（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90～100mm。因沖頭壓力較大，因而加壓機(jī)構(gòu)應(yīng)有增力功能（如圖8.3a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(tái)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（如圖8.3所示）。 （3）料篩在模具型腔上方往復(fù)振動(dòng)篩料

4、，然后向左退回。待批料成型并被推出型腔后，料篩在臺(tái)面上右移45～50mm，推卸片坯（如圖8.3c所示） 圖8.3設(shè)計(jì)要求 1.4 上沖頭、下沖頭與送料篩的動(dòng)作關(guān)系見(jiàn)表1 表1動(dòng)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 1.5 壓片成形機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/（r/min）：970； 生產(chǎn)率/(片/min)：20； 沖頭壓力/N：100 000； 機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)/δ：0.05；

5、M沖（kg)：9： m桿（kg)：3. 2 原動(dòng)機(jī)的選擇 2.1 原動(dòng)機(jī)的選擇主用參考下列條件： （1）現(xiàn)場(chǎng)能源供應(yīng)條件、 （2）工作機(jī)載荷特性及其工作制度、 （3）工作機(jī)對(duì)起動(dòng)、平穩(wěn)性、過(guò)載能力、調(diào)速和控制方等方面的要求。 （4）原動(dòng)機(jī)是否工作可靠、操作與維修簡(jiǎn)便，是否需要防塵、防爆、防腐等。 （5）原動(dòng)機(jī)的初始成本與運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。 電機(jī)的容量主要由電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱情況而定，而發(fā)熱又與其工作情況而定。工作機(jī)所需工作功率Pw，應(yīng)由工作阻力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算得來(lái)的，可按下式計(jì)算： Pw=Tn/9550 Kw

6、 其中：T——工作機(jī)的阻力矩，Nmm； n---工作機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min； 經(jīng)過(guò)綜合考慮決定選用Y160M-6型號(hào)電動(dòng)機(jī)（額定電壓380V，額定頻率50HZ，功率7.5KW，額定轉(zhuǎn)數(shù)970r/min） 3 傳動(dòng)比的分配 選取額定轉(zhuǎn)速為970r/min 3.1 確定總傳動(dòng)比 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速ｎ=970r/min 凸輪轉(zhuǎn)速ｎI(lǐng)=20r/min ｉ總＝ｎ／ｎＩ＝９７０／２０＝４８．５ 3.2 傳動(dòng)比的分配 將總傳動(dòng)比按各級(jí)傳動(dòng)進(jìn)行分配 ｉ總＝ｉ１xｉ２xｉ３xｉ４……ｉｎ（式中ｉ１，ｉ２，ｉ３，ｉ４……ｉｎ為各級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比） 傳動(dòng)比的分配要求： （１） 各級(jí)

7、傳動(dòng)比應(yīng)在推薦范圍選?。▍⒁?jiàn)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)附錄２　機(jī)械傳動(dòng)的特點(diǎn)和性能）。 （２） 使各級(jí)傳動(dòng)的承載能力得到充分發(fā)揮，并使其結(jié)構(gòu)尺寸協(xié)調(diào)勻稱(chēng)。 （３） 使各級(jí)傳動(dòng)具有最小的外形尺寸、最小的重量和中心距。 （４） 建議使用不可約分的傳動(dòng)比，以避免某幾個(gè)輪齒的磨 損過(guò)分集中，降低噪聲和振動(dòng)。 傳動(dòng)系統(tǒng)采用四級(jí)減速機(jī)構(gòu)，第一級(jí)為帶傳動(dòng)，第二級(jí)為減速器傳動(dòng)，第三級(jí)為帶傳動(dòng)，第四級(jí)為帶傳動(dòng)。按前述傳動(dòng)比分配原則，為使傳動(dòng)構(gòu)件獲得較小尺寸，結(jié)構(gòu)緊湊，可采用傳動(dòng)比 先小后大”原則。因此初選ｉ１＝１.６，ｉ２＝３０。第二級(jí)減速器內(nèi)部齒輪結(jié)構(gòu)如下圖所示

8、 其中Z1=20，Z2=30，Z3=80，Z4=45, Z5=23,Z6=48,Z7=20. 且各齒輪的模數(shù)M=2，壓力角a=20度。 又差動(dòng)輪系的計(jì)算傳動(dòng)比的公式得： i13=（w1-wH)/(w3-wH)=-z3/z1 又n1=600r/min,n3=600/i74=-600/4.8=-125r/min 代入上式得 wh=20r/min,即傳動(dòng)比i1H=30. 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，上沖頭，下沖頭和送料篩同時(shí)進(jìn)行，所以第三級(jí)和第 四級(jí)的傳動(dòng)比為１。 3.3 各級(jí)傳動(dòng)比的分配表 傳動(dòng)比分配 i1 i2 i3 i4 1.6 30

9、 1 1 4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇與比較 通過(guò)查閱機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)，我們初步確定了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：摩擦輪傳動(dòng)，帶傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)，蝸桿傳動(dòng)。各傳動(dòng)的特點(diǎn)如下兩表A和B： 類(lèi)別 摩擦輪傳動(dòng) 帶傳動(dòng) 鏈傳動(dòng) 特點(diǎn) 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小，可在運(yùn)轉(zhuǎn)中調(diào)整傳動(dòng)比；有過(guò)載保護(hù)作用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；軸與軸承上的作用力很大，有滑動(dòng)，工作表面磨損較快 軸間距范圍大，工作平穩(wěn)，噪聲小，可吸振緩沖；摩擦型帶傳動(dòng)有過(guò)載保護(hù)作用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；成本低，安裝要求不高。外廓尺寸較大；摩擦型帶有滑動(dòng)，不能用于分度鏈；由于摩擦生電，帶傳動(dòng)不宜用于易燃場(chǎng)合；軸和軸承上的作用力大；帶的壽命較短 軸間距范

10、圍大；鏈條元件間形成的油膜能吸振；對(duì)惡劣環(huán)境有一定適應(yīng)能力，工作可靠；作用在軸上的載荷小。運(yùn)轉(zhuǎn)的瞬時(shí)速度不均勻，高速時(shí)不如帶傳動(dòng)平穩(wěn)（但齒形鏈傳動(dòng)較平穩(wěn)）；鏈條工作時(shí)，因磨損產(chǎn)生的伸長(zhǎng)容易引起共振，因此需增設(shè)張緊和減震裝置 壽命 取決于材料的接觸強(qiáng)度和耐磨損能力 帶輪直徑大，帶的壽命長(zhǎng) 與制造質(zhì)量有關(guān)５０００～１５０００ｈ 表Ａ 類(lèi)別 齒輪傳動(dòng) 蝸桿傳動(dòng) 特點(diǎn) 承載能力和速度范圍大。傳動(dòng)比恒定，采用行星傳動(dòng)可獲得很大的傳動(dòng)比，外廓尺寸小，工作可靠，效率高，非圓齒輪可實(shí)現(xiàn)變傳動(dòng)比傳動(dòng)。制造和安裝精度要求高；精度低時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)有噪聲；無(wú)過(guò)載保護(hù)作用 結(jié)構(gòu)緊湊，單級(jí)傳動(dòng)能得

11、到很大的傳動(dòng)比；傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)噪聲；單頭蝸桿可制成自鎖機(jī)構(gòu)。傳動(dòng)比大、滑動(dòng)速度低時(shí)效率低；中、高速傳動(dòng)需用昂貴的減摩材料（如青銅）；制造精度要求高，刀具費(fèi)用貴；鋼蝸桿蝸輪副已開(kāi)始應(yīng)用 壽命 取決于輪齒材料的接觸和彎曲疲勞強(qiáng)度以及抗膠合合耐磨損能力 制造精確，潤(rùn)滑良好，壽命較長(zhǎng)，低速傳動(dòng)，磨損顯著 表Ｂ 根據(jù)設(shè)計(jì)要求、工藝性能、結(jié)構(gòu)要求和總傳動(dòng)比等條件選擇傳動(dòng)系統(tǒng)類(lèi)型，選定帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)。 5 執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案評(píng)估 5.1 上沖頭運(yùn)動(dòng)方案 方案1：肘桿式增力沖壓機(jī)構(gòu) 說(shuō)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(jiǎn)單、輕盈， 能滿足保壓要求，并

12、能夠輕松達(dá)到上沖頭 頭的行程要求。 方案2：曲柄連桿機(jī)構(gòu)。 說(shuō)明：用渦輪蝸桿帶動(dòng)偏心飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿帶動(dòng)上沖頭走往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 缺點(diǎn)：制造水平要求高，切達(dá)不到怎呀要求。 方案3： 說(shuō)明：凸輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)滾子運(yùn)動(dòng)，使桿1與桿2運(yùn)動(dòng)，使上沖頭上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完全能達(dá)到保壓要求。但上沖頭行程要求有90~100mm，凸輪機(jī)構(gòu)尺寸將會(huì)變得很大很笨重。 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。 5.2 料篩運(yùn)動(dòng)方案： 方案一; 說(shuō)明：送料機(jī)構(gòu)選用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)，觸頭帶動(dòng)料篩左右來(lái)回移動(dòng)送料篩。

13、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(dòng)。到達(dá)圓筒形腔口鏟除片胚，同時(shí)左右小范圍的篩動(dòng)之后向做退回裝料。 方案二： 說(shuō)明：運(yùn)用凸輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)料篩作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下。 方案三： 說(shuō)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(dòng)。 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。 綜合以上對(duì)料篩的運(yùn)動(dòng)方案的分析，選擇方案以為最佳方案。 5.3 下沖頭運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 方案一：運(yùn)用凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)下沖頭的往復(fù)移 動(dòng)。如圖： 方案二：運(yùn)用曲柄連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)下沖頭的往復(fù)移動(dòng)。但實(shí)現(xiàn)不了下沖頭的間歇運(yùn)動(dòng)。

14、 6 壓片機(jī)總體運(yùn)動(dòng)放案分析 6.1 方案一：如圖所示。 1 曲柄連桿機(jī)構(gòu) 2、13 渦輪 3、12蝸桿 4、8、10皮帶輪 5 皮帶 6 齒輪 7 減速箱 9 電動(dòng)機(jī) 11 圓柱凸輪 14 下沖頭 15 料篩 16 上沖頭 動(dòng)作說(shuō)明: 1. 壓片成形機(jī)經(jīng)皮帶輪1級(jí)減速，減速器2級(jí)減速后由齒輪帶動(dòng)圓柱凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使料篩作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由兩皮帶輪分別帶動(dòng)兩蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)。 2. 兩渦輪蝸桿分別帶動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。 3. 曲柄連桿機(jī)構(gòu)與搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)構(gòu)成肘桿機(jī)構(gòu)，是上沖頭作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)加壓。凸輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)下沖頭，使其作往復(fù)

15、運(yùn)動(dòng)。 6.2 方案二： 運(yùn)動(dòng)方案如圖所示， 1 電動(dòng)機(jī) 2、3齒輪 4、5圓錐齒輪 6、17凸輪機(jī)構(gòu) 7、19蝸桿 8、18蝸輪 9皮帶輪 10皮帶 11曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 12彈簧 13、振動(dòng)篩 14、上沖頭 15、圓筒型腔 16、下沖頭 動(dòng)作說(shuō)明： 1. 壓片機(jī)在1電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下，通過(guò)齒輪、圓錐齒輪、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)將動(dòng)力傳到兩個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)上。 2. 兩凸輪又分別控制振動(dòng)篩和凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪10通過(guò)皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)14曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，最終帶動(dòng)上沖頭、振動(dòng)篩、下沖頭運(yùn)動(dòng)起來(lái)，從而使整個(gè)機(jī)構(gòu)工作起來(lái)。 6.3 方案

16、三： 運(yùn)動(dòng)方案如圖所示； A:上沖頭 B：下沖頭 C：對(duì)心直動(dòng)推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu) D：凹槽凸輪 E：料篩 F：圓柱凸輪 G： 電動(dòng)機(jī) H：齒輪 I：圓錐齒輪 J：渦輪蝸桿 K：進(jìn)料口 動(dòng)作說(shuō)明： 1） 由電動(dòng)機(jī)G輸出原動(dòng)力傳給H齒輪 2） 齒輪H通過(guò)三對(duì)錐齒輪分別傳動(dòng) 3） 通過(guò)錐齒輪的傳動(dòng)F圓柱凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)E料篩左移 4） 原料通過(guò)K進(jìn)料口送入料篩 5） 對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)使下沖頭下移 6） 通過(guò)圓柱凸輪推動(dòng)料篩右移把原料送到壓料胚口原料進(jìn)入壓料桶內(nèi)之后E料篩又左移裝料 7） 通過(guò)傳動(dòng)桿帶動(dòng)渦輪蝸桿j帶動(dòng)D

17、凹槽凸輪機(jī)構(gòu)使上沖頭向下壓同時(shí)下沖頭向上壓并保持一段時(shí)間 8） 上沖頭上移回原位，下沖頭向上把壓好的成品推出壓料胚 9） 料篩繼續(xù)送料同時(shí)通過(guò)料篩前鏟頭推到出料口，同時(shí)下沖頭下移料進(jìn)壓料胚 10） 通過(guò)以上運(yùn)動(dòng)完成壓料，此后繼續(xù)重復(fù) 7 設(shè)計(jì)方案的評(píng)比和選擇 方 案 評(píng) 比 方案 評(píng)價(jià) 性能 方案一 方案二 方案三 工作性能 應(yīng)用范圍較廣 可調(diào)性高 運(yùn)轉(zhuǎn)精度大 應(yīng)用范圍廣 可調(diào)性高 運(yùn)轉(zhuǎn)精度一般 應(yīng)用范圍廣 可調(diào)性一般 運(yùn)轉(zhuǎn)精度一般 傳動(dòng)性能 傳動(dòng)性強(qiáng) 速度范圍大 噪聲小 傳動(dòng)比大 承載

18、能力一般 傳動(dòng)平穩(wěn) 噪音小 經(jīng)濟(jì)性 經(jīng)濟(jì)性一般 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 經(jīng)濟(jì)性好 經(jīng)濟(jì)性一般 結(jié)構(gòu)緊湊性 較好 一般 好 綜述以上評(píng)比，方案一各個(gè)方面較好，最后確定方案一為最終方案。 8 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 9 各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件計(jì)算分析數(shù)據(jù) 9.1 上沖頭機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)： 設(shè)定搖桿長(zhǎng)度 R ≤0.4／(1+a-cos2-) 式中:a=L/R――搖桿滑塊機(jī)構(gòu)中連桿與搖桿長(zhǎng)度之比，一般取1～2。 我們選擇a=1，則R≤328.3mm 取R=300mm，則L=R=300mm 1. 確定搖桿擺角

19、根據(jù)右圖，可知行程的計(jì)算公式為 h=L-[rcosα+-r] 此時(shí)h=100㎜ 算的擺角為33.6與測(cè)量出的圖中擺角大小相等 ∵題設(shè)要求擺角小于60 ∴滿足要求。 2. 通過(guò)圖解法求出曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中曲柄與連桿的長(zhǎng)度 如圖所示，AB為曲柄，BC為連桿，DC為搖桿； DC2是搖桿在擺角最大時(shí)的位置； DC1是搖桿鉛垂時(shí)的位置； 由題意: ∵AC1 = AB+ BC AC2 = BC-AB ∴AB=70㎜ BC=130㎜檢驗(yàn)曲柄存在條件 CD=300mm，AB=70mm, BC=130mm, AD(機(jī)架)=361mm 滿足桿長(zhǎng)之和定理，即AD+AB<

20、CD+BC,確保了曲柄的存在。 綜上所述 上沖頭機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)如下： 曲柄 70㎜ 曲柄連桿 130㎜ 搖桿300㎜ 滑塊連桿L 300 ㎜ 9.2 下沖頭中凸輪的設(shè)計(jì)： 1.凸輪基圓的確定 由運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖最大斜率 40.1 因?yàn)榇嗽O(shè)計(jì)中的凸輪均為對(duì)心凸輪，則基圓半徑公式為： 為了使機(jī)構(gòu)能順利工作，規(guī)定了壓力角的許用值[α]，在使α≤[α]的前提下，選取盡你可能小的基圓半徑。根據(jù)工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，推薦推程時(shí)許用壓力角取以下數(shù)值： 移動(dòng)從動(dòng)件，[α]=30～38 擺動(dòng)從動(dòng)件，[α]= 40～45 下沖頭

21、凸輪機(jī)構(gòu)為移動(dòng)從動(dòng)件 α=38基圓半rb=26.8mm. 將凸輪基圓以每份10平均分割，根據(jù)下沖頭循環(huán)圖，確定每一段的升程與回程曲線。特別指出，期中160~240為保壓段，此段保持1.33秒的休止。 3.滾子半徑的確定 在330這兩點(diǎn)曲率半徑相對(duì)較小的地方畫(huà)盡量小的圓來(lái)確定其最小半徑ρmin=1.15mm.ρ＜0.8ρmin.所以，此處取滾子半徑ρ=9.2mm.2.凸輪輪廓的確定：再由作圖法，得以下凸輪輪廓圖。 9.3 料篩中圓柱凸輪的設(shè)計(jì)： 由其位移線圖可在CAD中作出圓柱凸輪的軌跡。取圓柱直徑為20mm. 圓柱凸輪展開(kāi)輪廓曲線 圓柱凸輪 10 主要參考資料 【1】 鄭文緯，吳克堅(jiān)主編 《機(jī)械原理》第七版。北京：高等教育出版社，2011. 【2】 劉毅主編《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》。武漢：華中科技大學(xué)出版社，2009. 17