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1、機械原理課程設計說明書 設計題目：壓片成形機機械工程系機械工程及自動化專業(yè)0111091班10號設計者：陳夏君指導老師：許勇2011年6月30號目 錄1. 設計題目 1.1設計條件 1.2原始數(shù)據(jù) 2. 設計要求 3. 上沖頭設計方案評估 4. 運動循環(huán)圖設計 5. 連桿機構(gòu)尺寸計算 5.1 設計要求 5.2 設計過程 6. 凸輪機構(gòu)尺寸計算 6.1 基圓半徑的確定 6.2 滾子半徑的確定 7.心得體會 附錄： 附錄一： 運動循環(huán)圖 附錄二： 上沖頭機構(gòu)運動簡圖 附錄三： 下沖頭凸輪輪廓圖 1. 設計題目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）定量送入壓型位置，經(jīng)壓制

2、成形后脫離該位置。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。設計數(shù)據(jù)見下表。方案號電動機 轉(zhuǎn)速/（r/min)生產(chǎn)率/(片/min)成品尺寸（d）/(mm,mm)沖頭壓力/N機器運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)/m沖/kgm桿/kgA145010100601500000.10125B9701560351000000.08104C9702040201000000.05931.1設計條件如圖1.1所示，壓片成形機的工藝動作是：（1） 干粉料均勻篩入圓筒形型腔（圖1.1a）。（2） 下沖頭下沉3mm，預防上沖頭進入型腔時粉料撲出（圖1.1b）。（3） 上、下沖頭同時加

3、壓（圖1.1c），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（圖1.1d）。（5） 料篩推出片坯（圖1.1a）。1圖1.1 壓片成形機工藝動作上沖頭、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(gòu)應有增力功能（如圖8.2a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2頭后，再下移21mm，到待料位置（如圖1

4、.2b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，料篩在臺面上右移約45-50mm，推卸片坯（如圖1.2c所示）。上沖頭、下沖頭與送篩的動作關(guān)系見下表。上沖頭進退送料篩退進休進遠休下沖頭退進休進遠休1.2 原始數(shù)據(jù)（1） 沖頭壓力 150KN（2） 生產(chǎn)率 10片/min（3） 機器運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù) 0.10（4） 電機轉(zhuǎn)速 1450r/m2、 設計要求 （1）壓片成形機一般至少包括連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、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。擬定運動循環(huán)圖時，執(zhí)行機構(gòu)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

5、動作的配合，在時間和空間上不能出現(xiàn)干涉。3 （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，計算凸輪廓線。 （4）設計計算齒輪機構(gòu)。 （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)，還應進行連桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析，計算飛輪轉(zhuǎn)到慣量。 （6）編寫設計計算說明書。 （7）學生可進一步完成完成機器的計算機演示驗證、凸輪的數(shù)控加工等。 方案一評估：采用曲柄搖桿機構(gòu)。此方案既能提供比較大的工作壓力，也有保壓功能。同時行程較短。它可通過改變各桿長度，從而方便的調(diào)整整個運動中的位移量和壓力角?？傻玫奖容^好的運動規(guī)律，尺

6、寸和運動的幅度也不太大；又因為它是全低副機構(gòu)，宜用于低速、重載場合。3. 運動循環(huán)圖設計（詳見附錄一）4. 連桿機構(gòu)尺寸計算（詳見附錄二）5.1設計要求 上沖頭行程約為100mm。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位置和另一個極限位置），設定與之對應的曲柄三個位置，其中兩個對應于搖桿的兩個極限位置，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，因此可根據(jù)兩連架桿的三組對

7、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)搖桿兩個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，注意曲柄對應轉(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越遠，機構(gòu)行程速比系數(shù)越小，沖頭在下極限位置附近的位移變化越小，但機構(gòu)尺寸越大。75.2設計過程 上沖頭機構(gòu)采用曲柄滑塊機構(gòu)的形式，但因為上沖頭是主壓機構(gòu)，所以還必須采用增力機構(gòu)。（1）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)

8、，為了保壓，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：式中：為搖桿滑塊機構(gòu)中連桿與搖桿長度之比，一般取12。已知生產(chǎn)率為20片/min，則每3秒生產(chǎn)一片，即電動機每3秒轉(zhuǎn)一圈，所以W1 = 2/ 3（rad/s），取= 1，所以L = r。帶入上式得：r 328.3mm。?。簉 = 300mm，L = 300mm。（2） 根據(jù)推程為100mm，可從鉛垂推出一個極限位置。左偏2，有可以推出另一個極限位置。即確定C1、C2和E1、E2的位置。（3） 為求機構(gòu)擁有急回特性，量得AC1和AC2分別為300mm和143.86mm。得到AB=78.07mm，BC=221.93m

9、m。（4） 校對部分參數(shù)： DC1與鉛垂的位置夾角=3460，符合要求。 E1E3=600-2*Cos(2)*300=0.3655 E1E3=0.3655mm0.4mm，符合要求。（5） 整個機構(gòu)的保壓時間為0.4s，此時原動件位置DCE變化到位置DC1E1，再回到原來位置。保壓時間約為0.4s，此時原動件轉(zhuǎn)速角度為3600.4/6=24左右。就是圖中從AB3到AB4所轉(zhuǎn)過的角度，量取的B3AB4=52 符合設計要求。從AB3到AB1轉(zhuǎn)過的角度B3AB1=175，為上沖頭保壓之前，原動件AB轉(zhuǎn)過的角度。（6）完成機構(gòu)運動簡圖。 6.凸輪機構(gòu)尺寸計算（詳見附錄三） 6.1基圓半徑的確定凸輪基圓半

10、徑的公式為： 根據(jù)運動循環(huán)圖中下沖頭S與的變化關(guān)系，以及推程和回程的許用壓力角，可得基圓半徑rb。當e=0時，如下：回程 3mm ds/d=-3/10=-0.3 =75 得 rb=2.92mm推程 8mm ds/d=8/20=0.4 =30 得 rb=7.31mm推程16mm ds/d=16/20=0.8 =30 得 rb=14.61mm程21mm ds/d=-21/60=-0.35 =75 得 rb=20.91mm取最大值，得rb=20.91mm。根據(jù)實際加工工藝，凸輪不宜過小，故本次設計中取rb=22mm為了減小推程壓力角，應將從動件導路向推程相對運動速度瞬心的同側(cè)偏置。但必須注意，用導路

11、偏置法雖然可減小推程壓力角，但同時增大回程壓力角，所以偏距e不宜過大。本設計中偏距e=10mm。綜上得出凸輪理論輪廓曲線的重要參考數(shù)據(jù)為：rb=22 mm e=10mm然后可用反轉(zhuǎn)法，對照運動循環(huán)圖，畫出凸輪理論輪廓。6.2滾子直徑的確定由6.1可得凸輪理論輪廓，但輪廓上有8個尖點，這些尖點會導致從動件有一定的沖擊，從而導致下沖頭運動失真。因此要用圓弧經(jīng)行過渡。滾子半徑rT0.8min，此時實際輪廓為平坦的曲線。若rT=min，在凸輪實際輪廓上會出現(xiàn)尖點，尖點會改變原定的運動規(guī)律。若rTmin，實際輪廓曲線產(chǎn)生交點，交點以上的輪廓曲線在實際加工時會被切去，使這一運動規(guī)律無法實現(xiàn)。綜上原理，設計

12、滾子直徑為4m在原有凸輪理論輪廓上畫滾子運動軌跡。滾子經(jīng)過的最里面的曲線即為凸輪實際輪廓。（詳見附錄三）7.心得體會 這次的機械設計，就我的想法而言，具有一點的難度。但同時，這次的設計具有很大的發(fā)揮空間，每個人的設計都是不一樣的。每個人都有自己的特點，特色。這樣的一個機會，是發(fā)展我們思維，開拓我們大腦的好時機。這次設計就凸輪而言，有無限的可能。每個人 都有自己心中的數(shù)據(jù)，而這就是人與人之間的不同。這世界上， 沒有2個人是一摸一樣的。我們通過這次的機械設計，不僅僅要對機械設計有新的認識，對機械原理課上老師教的，書本上寫的那些知識也是一次考驗。只有擁有一定的理論能力才能在實際操作中發(fā)揮才能。學以致用！ 附錄一 附錄二 附錄三