機械原理課程設計壓片成形機

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1、 JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY 機械原理課程設計說明書 題目： 壓片成形機 學 院： 工學院 姓 名： 學 號： 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 年 級： 10級

2、 指導教師： 2012 年 06月12 日 1 設計題目 1.1 壓片成形機介紹 設計自動壓片成形機，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。 1.2 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

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、送料篩的設計要求是： （1）上沖頭完成往復直移運動（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，因而加壓機構應有增力功能（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振動篩料

4、，然后向左退回。待批料成型并被推出型腔后，料篩在臺面上右移45～50mm，推卸片坯（如圖8.3c所示） 圖8.3設計要求 1.4 上沖頭、下沖頭與送料篩的動作關系見表1 表1動作關系 上沖頭 進 退 送料篩 退 近休 進 遠休 下沖頭 退 近休 進 遠休 1.5 壓片成形機設計數(shù)據(jù) 電動機轉(zhuǎn)速/（r/min）：970； 生產(chǎn)率/(片/min)：20； 沖頭壓力/N：100 000； 機器運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)/δ：0.05；

5、M沖（kg)：9： m桿（kg)：3. 2 原動機的選擇 2.1 原動機的選擇主用參考下列條件： （1）現(xiàn)場能源供應條件、 （2）工作機載荷特性及其工作制度、 （3）工作機對起動、平穩(wěn)性、過載能力、調(diào)速和控制方等方面的要求。 （4）原動機是否工作可靠、操作與維修簡便，是否需要防塵、防爆、防腐等。 （5）原動機的初始成本與運行維護費用。 電機的容量主要由電動機運行時的發(fā)熱情況而定，而發(fā)熱又與其工作情況而定。工作機所需工作功率Pw，應由工作阻力和運動參數(shù)計算得來的，可按下式計算： Pw=Tn/9550 Kw

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

7、傳動比應在推薦范圍選?。▍⒁姍C械原理課程設計附錄２　機械傳動的特點和性能）。 （２） 使各級傳動的承載能力得到充分發(fā)揮，并使其結(jié)構尺寸協(xié)調(diào)勻稱。 （３） 使各級傳動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比，以避免某幾個輪齒的磨 損過分集中，降低噪聲和振動。 傳動系統(tǒng)采用四級減速機構，第一級為帶傳動，第二級為減速器傳動，第三級為帶傳動，第四級為帶傳動。按前述傳動比分配原則，為使傳動構件獲得較小尺寸，結(jié)構緊湊，可采用傳動比 先小后大”原則。因此初選ｉ１＝１.６，ｉ２＝３０。第二級減速器內(nèi)部齒輪結(jié)構如下圖所示

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。 又差動輪系的計算傳動比的公式得： 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,即傳動比i1H=30. 根據(jù)設計要求，上沖頭，下沖頭和送料篩同時進行，所以第三級和第 四級的傳動比為１。 3.3 各級傳動比的分配表 傳動比分配 i1 i2 i3 i4 1.6 30

9、 1 1 4 傳動機構的選擇與比較 通過查閱機械原理課程設計指導書，我們初步確定了傳動機構：摩擦輪傳動，帶傳動，鏈傳動，齒輪傳動，蝸桿傳動。各傳動的特點如下兩表A和B： 類別 摩擦輪傳動 帶傳動 鏈傳動 特點 運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小，可在運轉(zhuǎn)中調(diào)整傳動比；有過載保護作用，結(jié)構簡單；軸與軸承上的作用力很大，有滑動，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；摩擦型帶傳動有過載保護作用，結(jié)構簡單；成本低，安裝要求不高。外廓尺寸較大；摩擦型帶有滑動，不能用于分度鏈；由于摩擦生電，帶傳動不宜用于易燃場合；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；對惡劣環(huán)境有一定適應能力，工作可靠；作用在軸上的載荷小。運轉(zhuǎn)的瞬時速度不均勻，高速時不如帶傳動平穩(wěn)（但齒形鏈傳動較平穩(wěn)）；鏈條工作時，因磨損產(chǎn)生的伸長容易引起共振，因此需增設張緊和減震裝置 壽命 取決于材料的接觸強度和耐磨損能力 帶輪直徑大，帶的壽命長 與制造質(zhì)量有關５０００～１５０００ｈ 表Ａ 類別 齒輪傳動 蝸桿傳動 特點 承載能力和速度范圍大。傳動比恒定，采用行星傳動可獲得很大的傳動比，外廓尺寸小，工作可靠，效率高，非圓齒輪可實現(xiàn)變傳動比傳動。制造和安裝精度要求高；精度低時，運轉(zhuǎn)有噪聲；無過載保護作用 結(jié)構緊湊，單級傳動能得

11、到很大的傳動比；傳動平穩(wěn)，無噪聲；單頭蝸桿可制成自鎖機構。傳動比大、滑動速度低時效率低；中、高速傳動需用昂貴的減摩材料（如青銅）；制造精度要求高，刀具費用貴；鋼蝸桿蝸輪副已開始應用 壽命 取決于輪齒材料的接觸和彎曲疲勞強度以及抗膠合合耐磨損能力 制造精確，潤滑良好，壽命較長，低速傳動，磨損顯著 表Ｂ 根據(jù)設計要求、工藝性能、結(jié)構要求和總傳動比等條件選擇傳動系統(tǒng)類型，選定帶傳動和齒輪傳動。 5 執(zhí)行機構運動方案評估 5.1 上沖頭運動方案 方案1：肘桿式增力沖壓機構 說明：此方案使用曲柄搖桿機構和搖桿 滑塊機構串接而成，結(jié)構簡單、輕盈， 能滿足保壓要求，并

12、能夠輕松達到上沖頭 頭的行程要求。 方案2：曲柄連桿機構。 說明：用渦輪蝸桿帶動偏心飛輪轉(zhuǎn)動，連桿帶動上沖頭走往復運動。 缺點：制造水平要求高，切達不到怎呀要求。 方案3： 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，凸輪機構尺寸將會變得很大很笨重。 綜合以上三個方案的優(yōu)缺點，認為是使用方案一進行設計是比較好的擇。 5.2 料篩運動方案： 方案一; 說明：送料機構選用圓柱凸輪機構，觸頭帶動料篩左右來回移動送料篩。

13、料篩前設計有斜鏟方便推送成行片胚，當上下沖頭完成壓片，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：運用凸輪機構帶動料篩作往復運動。機構簡圖如下。 方案三： 說明；運用如圖所示凸輪機構實現(xiàn)料篩的往復運動。 其缺點是凸輪結(jié)構輪廓線變化較大可能不能滿足壓力角要求。 綜合以上對料篩的運動方案的分析，選擇方案以為最佳方案。 5.3 下沖頭運動方案設計 方案一：運用凸輪機構實現(xiàn)下沖頭的往復移 動。如圖： 方案二：運用曲柄連桿機構實現(xiàn)下沖頭的往復移動。但實現(xiàn)不了下沖頭的間歇運動。

14、 6 壓片機總體運動放案分析 6.1 方案一：如圖所示。 1 曲柄連桿機構 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 電動機 11 圓柱凸輪 14 下沖頭 15 料篩 16 上沖頭 動作說明: 1. 壓片成形機經(jīng)皮帶輪1級減速，減速器2級減速后由齒輪帶動圓柱凸輪轉(zhuǎn)動，使料篩作往復運動。由兩皮帶輪分別帶動兩蝸輪蝸桿機構。 2. 兩渦輪蝸桿分別帶動曲柄連桿機構、凸輪機構運動。 3. 曲柄連桿機構與搖桿滑塊機構串聯(lián)構成肘桿機構，是上沖頭作往復運動，并實現(xiàn)加壓。凸輪機構帶動下沖頭，使其作往復

15、運動。 6.2 方案二： 運動方案如圖所示， 1 電動機 2、3齒輪 4、5圓錐齒輪 6、17凸輪機構 7、19蝸桿 8、18蝸輪 9皮帶輪 10皮帶 11曲柄滑塊機構 12彈簧 13、振動篩 14、上沖頭 15、圓筒型腔 16、下沖頭 動作說明： 1. 壓片機在1電動機的帶動下，通過齒輪、圓錐齒輪、蝸輪蝸桿機構將動力傳到兩個凸輪機構上。 2. 兩凸輪又分別控制振動篩和凸輪機構，凸輪10通過皮帶傳動帶動14曲柄滑塊機構，最終帶動上沖頭、振動篩、下沖頭運動起來，從而使整個機構工作起來。 6.3 方案

16、三： 運動方案如圖所示； A:上沖頭 B：下沖頭 C：對心直動推桿盤形凸輪機構 D：凹槽凸輪 E：料篩 F：圓柱凸輪 G： 電動機 H：齒輪 I：圓錐齒輪 J：渦輪蝸桿 K：進料口 動作說明： 1） 由電動機G輸出原動力傳給H齒輪 2） 齒輪H通過三對錐齒輪分別傳動 3） 通過錐齒輪的傳動F圓柱凸輪轉(zhuǎn)動帶動E料篩左移 4） 原料通過K進料口送入料篩 5） 對心直動滾子推桿盤形凸輪機構轉(zhuǎn)動使下沖頭下移 6） 通過圓柱凸輪推動料篩右移把原料送到壓料胚口原料進入壓料桶內(nèi)之后E料篩又左移裝料 7） 通過傳動桿帶動渦輪蝸桿j帶動D

17、凹槽凸輪機構使上沖頭向下壓同時下沖頭向上壓并保持一段時間 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)送料同時通過料篩前鏟頭推到出料口，同時下沖頭下移料進壓料胚 10） 通過以上運動完成壓料，此后繼續(xù)重復 7 設計方案的評比和選擇 方 案 評 比 方案 評價 性能 方案一 方案二 方案三 工作性能 應用范圍較廣 可調(diào)性高 運轉(zhuǎn)精度大 應用范圍廣 可調(diào)性高 運轉(zhuǎn)精度一般 應用范圍廣 可調(diào)性一般 運轉(zhuǎn)精度一般 傳動性能 傳動性強 速度范圍大 噪聲小 傳動比大 承載

18、能力一般 傳動平穩(wěn) 噪音小 經(jīng)濟性 經(jīng)濟性一般 結(jié)構簡單 經(jīng)濟性好 經(jīng)濟性一般 結(jié)構緊湊性 較好 一般 好 綜述以上評比，方案一各個方面較好，最后確定方案一為最終方案。 8 機械系統(tǒng)運動循環(huán)圖 9 各運動構件計算分析數(shù)據(jù) 9.1 上沖頭機構設計： 設定搖桿長度 R ≤0.4／(1+a-cos2-) 式中:a=L/R――搖桿滑塊機構中連桿與搖桿長度之比，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，可知行程的計算公式為 h=L-[rcosα+-r] 此時h=100㎜ 算的擺角為33.6與測量出的圖中擺角大小相等 ∵題設要求擺角小于60 ∴滿足要求。 2. 通過圖解法求出曲柄搖桿機構中曲柄與連桿的長度 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的位置； DC1是搖桿鉛垂時的位置； 由題意: ∵AC1 = AB+ BC AC2 = BC-AB ∴AB=70㎜ BC=130㎜檢驗曲柄存在條件 CD=300mm，AB=70mm, BC=130mm, AD(機架)=361mm 滿足桿長之和定理，即AD+AB<

20、CD+BC,確保了曲柄的存在。 綜上所述 上沖頭機構的尺寸設計如下： 曲柄 70㎜ 曲柄連桿 130㎜ 搖桿300㎜ 滑塊連桿L 300 ㎜ 9.2 下沖頭中凸輪的設計： 1.凸輪基圓的確定 由運動循環(huán)圖最大斜率 40.1 因為此設計中的凸輪均為對心凸輪，則基圓半徑公式為： 為了使機構能順利工作，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)工程實踐的經(jīng)驗，推薦推程時許用壓力角取以下數(shù)值： 移動從動件，[α]=30～38 擺動從動件，[α]= 40～45 下沖頭

21、凸輪機構為移動從動件 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這兩點曲率半徑相對較小的地方畫盡量小的圓來確定其最小半徑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計： 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. 圓柱凸輪展開輪廓曲線 圓柱凸輪 10 主要參考資料 【1】 鄭文緯，吳克堅主編 《機械原理》第七版。北京：高等教育出版社，2011. 【2】 劉毅主編《機械原理課程設計》。武漢：華中科技大學出版社，2009. 17