機械原理課程設計-壓片機.doc
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機械原理課程設計課程設計說明書 壓片成型機 姓 名： 學 號： 指導教師： 2020年1月9日 目 錄 目 錄 1 一、 設計題目： 3 1. 壓片成型機介紹 3 2. 設計說明 3 3. 壓片成形機的工藝動作 4 4. 上沖頭、下沖頭與送料篩的動作關(guān)系 5 5. 壓片成型機的設計原始數(shù)據(jù) 5 6. 設計要求 6 7. 設計提示 7 二、 機構(gòu)設計方案 9 1． 上沖頭設計 9 2． 送料篩設計 10 3． 下沖頭設計 11 4． 機構(gòu)選擇 12 5． 運動協(xié)調(diào)設計 13 三、 運動循環(huán)圖設計 14 四、 設計步驟 15 1. 上沖頭搖桿滑塊機構(gòu)尺寸設計： 15 2. 下沖頭凸輪設計 16 3. 傳動比設計 18 五、 課程設計小結(jié) 19 六、 參考書目 20 七、 附錄 20 第 23 頁 共 24 頁 1、 設計題目： 1. 壓片成型機介紹 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。 2. 設計說明 1) 壓片成形機一般至少包括連桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)和齒輪機構(gòu)在內(nèi)的三種機構(gòu)。 2) 畫出機器的運動方案簡圖與運動循環(huán)圖。擬訂運動循環(huán)圖時，執(zhí)行構(gòu)件的動作起止位置可根據(jù)具體情況重疊安排，但必須滿足工藝上各個動作的配合，在時間和空間上不能出現(xiàn)干涉。 3) 設計凸輪機構(gòu)，自行確定運動規(guī)律，選擇基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑，計算凸輪輪廓線。 4) 設計計算齒輪機構(gòu)，確定傳動比，選擇適當?shù)拿?shù)。 5) 對連桿機構(gòu)進行運動設計。并進行連桿機構(gòu)的運動分析，繪出運動線圖。如果是采用連桿機構(gòu)作為下沖壓機構(gòu)，還應該進行連桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析，計算飛輪轉(zhuǎn)動慣量。 6) 編寫設計計算說明書。 7) 學生可進一步完成機器的計算機演示驗證和凸輪的數(shù)控加工等。 3. 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 上沖頭退出，下沖頭隨后頂出壓好的片坯。 5 料篩推出片坯。 4. 上沖頭、下沖頭與送料篩的動作關(guān)系 上沖頭 進 退 送料篩 退 近休 進 遠休 下沖頭 退 近休 進 遠休 5. 壓片成型機的設計原始數(shù)據(jù) 電動機轉(zhuǎn)速/（r/min） 970 生產(chǎn)率/（片/min） 15 成品尺寸（Φxb）/（mm x mm） 60x5 沖頭壓力/N 100 000 機器運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)δ 0.08 M沖/Kg 10 M桿/Kg 4 6. 設計要求 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(gòu)應有增力功能（如下圖a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（如下圖b所示）。 3) 料篩在模具型腔上方往復振動篩料，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（如下圖c所示） 7. 設計提示 各執(zhí)行機構(gòu)應包括：實現(xiàn)上沖頭運動的主加壓機構(gòu)、實現(xiàn)下沖頭運動的輔助加壓機構(gòu)、實現(xiàn)料篩運動的上下料機構(gòu)。各執(zhí)行機構(gòu)必須能滿足工藝上的運動要求，可以有多種不同型式的機構(gòu)供選用。如連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等。 由于壓片成形機的工作壓力較大，行程較短，一般采用肘桿式增力沖壓機構(gòu)作為主體機構(gòu)，它是由曲柄搖桿機構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)串接而成。先設計搖桿滑塊機構(gòu)，為了保證，要求搖桿在鉛垂位置的2范圍內(nèi)滑塊的位移量≤0.4mm。據(jù)此可得搖桿長度： r≤ 式中:λ——搖桿滑塊機構(gòu)中連桿與搖桿長度之比，一般取1～2。 根據(jù)上沖頭的行程長度，即可得搖桿的另一極限位置，搖桿的擺角以小于60為宜。設計曲柄搖桿機構(gòu)時，為了“增力”，曲柄的回轉(zhuǎn)中心可在過搖桿活動鉸鏈、垂直于搖桿鉛垂位置的直線上適當選取，以改善機構(gòu)在沖頭下極限位置附近的傳力性能。根據(jù)搖桿的三個極限位置（2位置和另一極限位置），設定與之對應的曲柄三個位置，其中對應于搖桿的兩個位置，曲柄應在與連桿共線的位置，曲柄另一個位置可根據(jù)保壓時間來設定，則可根據(jù)兩連架桿的三組對應位置來設計此機構(gòu)。設計完成后，應檢查曲柄存在條件，若不滿足要求，則重新選擇曲柄回轉(zhuǎn)中心。也可以在選擇曲柄回轉(zhuǎn)中心以后，根據(jù)搖桿兩極限位置時曲柄和連桿共線的條件，確定連桿和曲柄長度，在檢查搖桿在鉛垂位置2時，曲柄對應轉(zhuǎn)角是否滿足保壓時間要求。曲柄回轉(zhuǎn)中心距搖桿鉛垂位置愈遠，機構(gòu)行程速比系數(shù)愈小，沖頭在下極限位置附近的位移變化愈小，但機構(gòu)尺寸愈大。 輔助加壓機構(gòu)可采用凸輪機構(gòu)，推桿運動線圖可根據(jù)運動循環(huán)圖確定，要正確確定凸輪基圓半徑。為了便于傳動，可將篩料機構(gòu)置于主體機構(gòu)曲柄同側(cè)。整個機構(gòu)系統(tǒng)采用一個電動機集中驅(qū)動。要注意主體機構(gòu)曲柄和凸輪機構(gòu)起始位置間的相位關(guān)系，否則機器將不能正常工作。 可通過對主體機構(gòu)進行的運動分析以及沖頭相對于曲柄轉(zhuǎn)角的運動線圖，檢查保壓時間是否近似滿足要求。進行機構(gòu)動態(tài)靜力分析時，要考慮各桿（曲柄除外）的慣性力和慣性力偶，以及沖頭的慣性力。沖頭質(zhì)量m沖、各桿質(zhì)量m桿（各桿質(zhì)心位于桿長中點）以及機器運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)δ均見表8.5，則各桿對質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動慣量可求。認為上下沖頭同時加壓和保壓時生產(chǎn)阻力為常數(shù)。飛輪的安裝位置由設計者自行確定，計算飛輪轉(zhuǎn)動慣量時可不考慮其他構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量。確定電動機所需功率時還應考慮下沖頭運動和料篩運動所需功率。 2、 機構(gòu)設計方案 1． 上沖頭設計 方案一： 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(gòu)尺寸將會變得很大很笨重。 方案二： 說明：桿1帶動桿2運動，桿2使滑塊往復運動，同時帶動桿3運動，從而達到所要求的上沖頭的運動。此方案可以滿足保壓要求，但是上沖頭機構(gòu)制作工藝復雜，磨損較大，且需要加潤滑油，工作過程中污損比較嚴重。 方案三： 說明：此方案使用曲柄搖桿機構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)串接而成，結(jié)構(gòu)簡單、輕盈，能滿足保壓要求，并能夠輕松達到上沖頭的行程要求。 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。 2． 送料篩設計 方案一： 說明：送料機構(gòu)選用圓柱凸輪機構(gòu)，觸頭帶動料篩左右來回移動送料篩。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(gòu)帶動料篩作往復運動。由于料篩行程很大故凸輪基圓半徑很大，在篩動過程中，圓柱形凸輪受到?jīng)_擊很大，所以不宜采用。 方案三： 說明；運用如圖所示凸輪機構(gòu)實現(xiàn)料篩的往復運動。其缺點是凸輪結(jié)構(gòu)輪廓線變化較大可能不能滿足壓力角要求。 3． 下沖頭設計 運用凸輪機構(gòu)實現(xiàn)下沖頭的往復移 動。 4． 機構(gòu)選擇 驅(qū)動方式采用電動機驅(qū)動。由已知的壓片成形機的功能分解，分別選擇相應的機構(gòu)，以實現(xiàn)所需的各項功能。見表2。 功能 執(zhí)行構(gòu)件 工藝動作 執(zhí)行機構(gòu) 沖壓成形 上沖頭 直線上下往復運動 曲柄滑塊機構(gòu) 蝸輪蝸桿機構(gòu) 沖壓成形 下沖頭 直線上下往復運動 盤形凸輪機構(gòu) 蝸輪蝸桿機構(gòu) 橫向送料 推頭 直線左右往復運動 盤形凸輪機構(gòu) 蝸輪蝸桿機構(gòu) 表2 壓片成形機的機構(gòu)選型 5． 運動協(xié)調(diào)設計 壓片成形機是由曲柄滑塊機構(gòu)，凸輪機構(gòu)組成。負責上沖頭工作的曲柄周轉(zhuǎn)一圈完成一次工作循環(huán)，同樣下沖頭盤形凸輪以同樣的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)一圈作為一個工作周期，制作出成品。其他的送料、齒輪機構(gòu)作為輔助機構(gòu)。 最終壓片成形機設計如下圖 說明：此方案使用曲柄搖桿機構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)串接而成，結(jié)構(gòu)簡單、輕盈，能滿足保壓要求，并能夠輕松達到上沖頭的行程要求。由于此方案中，料篩采用凸輪機構(gòu)，可使其達到往復振動的運動效果；下沖頭也采用凸輪機構(gòu)，可達到保壓效果，且此方案的穩(wěn)定性較好，故選用此方案。 3、 運動循環(huán)圖設計 從機構(gòu)運動上來看，整個機構(gòu)分為送料、壓片、推出片坯、送成品，四個環(huán)節(jié)，正確處理這四個環(huán)節(jié)是設計循環(huán)圖的關(guān)鍵，其中送料機構(gòu)可以通過凸輪完成，壓片由上下沖頭共同作用完成，推出片坯由下沖頭上升完成，送成品通過凸輪推動篩子來將成型的片坯擠到滑道。 為了保證上沖頭、凸輪、送料機構(gòu)這三個運動機構(gòu)之間不沖突，在分析三者關(guān)系之后發(fā)現(xiàn)上下沖頭的運動是整個機構(gòu)的關(guān)鍵部分，所以在設計運動循環(huán)圖時，率先設計的是上下沖頭部分。由于下沖頭與上沖頭之間關(guān)系最密切，又要保證互相之間不沖突。（附錄一） 1) 以上沖頭加壓機構(gòu)主動件轉(zhuǎn)角為橫坐標，以各機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件的位移為縱坐標畫出位移曲線。循環(huán)運動圖上的位移曲線主要著眼于運動的起迄位置，而不必準確表示出運動規(guī)律。 2) 擬定運動循環(huán)圖時，可執(zhí)行構(gòu)件的動作起迄位置可根據(jù)具體情況重疊安排，但必須滿足工藝上各個動作的配合，在時間和空間上不能出現(xiàn)“干涉”。 3) 從運動的特性來看，上，下沖頭的運動軌跡在同一條豎直移動導路上，并且與送料機構(gòu)的運動軌跡垂直相交，所以應避免這三個機構(gòu)各自的運動出現(xiàn)互相干涉的情況，如上，下沖頭的運動速度的沖突，送料機構(gòu)水平移動與上，下沖頭豎直移動的運動沖突等，以確保各個機構(gòu)的運動不發(fā)生沖突，從而保證各自設計功能的實現(xiàn)和機器正常的運作。 4、 設計步驟 1. 上沖頭搖桿滑塊機構(gòu)尺寸設計： 1) 設定搖桿的長度 選取λ=1.2 代入公式： r≤ 得r≤=358.2mm 此處設計r選取200mm 所以 2) 確定搖桿擺角 可知行程的計算公式為： 設h=100mm，則可得出擺角為與圖解法所得出擺角大小相等 又因為題設要求擺角小于 所以滿足要求。 3) 通過圖解法求出曲柄搖桿機構(gòu)中曲柄與連桿的長度 如附錄三所示，AB為曲柄，BC為連桿，DC為搖桿 DC2為搖桿鉛錘時的位置，DC1與DC2的夾角為2 DC2是搖桿DC的左極限位置，DC0是搖桿的右極限位置 AC2=AB2+B2C2=328mm AC0=B0C0-AB0=188mm 通過計算可得： AB=70mm BC=258mm 經(jīng)測量， 為穩(wěn)壓角 4) 檢驗曲柄存在條件 曲柄連桿BC=258mm曲柄AB=70mm 搖桿CD=200滑塊連桿CE=240mm機架AD=368mm 滿足桿長之和定理，即AD+AB
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