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1、機械原理課程 機械創(chuàng)新設計說明書 設計名稱：壓片成型機專業(yè)： 班級： 組長： 組員： 指導教師： 2012年05月14日—— 2011年05月21日 目錄 刖百 課程設計目的 壓片機工作原理及工藝流程 1. 設計題目 2. 設計方案提示 3. 設計任務（設計要求） 4. 編寫設計計算說明書； a. 上沖頭設計 b. 凸輪機構的設計 構件組合運動分析五、自我評價與總結 六參考書目 、七、附圖 、八、？ 、/、▲ 刖百 作為一名機械類專業(yè)學生

2、，在今后學習和工作中總會遇到許多關于機械設計和使用 方法方面的問題。 現(xiàn)在世界各國間的競爭主要表現(xiàn)為綜合和國力的競爭。要提高我國綜合國力，就 要在一切生產部門實現(xiàn)生產的機械化和自動化，這就需要創(chuàng)造出大M的、種類繁多 的、新穎優(yōu)良的機械來裝備各行各業(yè)，為各行業(yè)的高速發(fā)展創(chuàng)造有利條件。而任何 新技術、新成果的獲得，莫不依賴于機械工業(yè)的支持。所以，機械工業(yè)是國家綜合國 力發(fā)展的基石。 為了滿足各行各業(yè)和廣大人民群眾日益增長的新需求，就需要創(chuàng)造出越來越多的 新產品?，F(xiàn)代機械工業(yè)對創(chuàng)造型人才的渴求與日俱增。當今世界正經歷著一場新的 技術革命，新概念、新理論、新方法、新工藝不斷出現(xiàn)，作為

3、向各行各業(yè)提供裝備的 機械工業(yè)也得到了迅猛發(fā)展?，F(xiàn)代機械日益向高速、重載、高精度、高效率、低噪聲 等方向發(fā)展，對機械行業(yè)的要求也越來越苛刻。 本說明書采用圖形與文字結合的方式對莫物料壓片機機進行設計解讀 二、課程設計目的 機械設計是一個逐步求精和細化的過程，隨著設計過程的發(fā)展，產品結構和參數(shù)將 逐漸清晰和不斷完善。設計方案是多解的，能夠滿足一定功能和要求的設計方案不是 唯一的，所以機械設計過程也是一個創(chuàng)新的過程。 機械設計根據(jù)使用要求對機械的工作原理、結構、運動方式、力和能M的傳遞方 式、各個零件的材料和形狀尺寸以及潤滑方式等進行構思、分析和計算，并將其轉化為 制造依據(jù)。機

4、械設計是機械產品生產的第一步，是決定機械產品性能的最主要環(huán)節(jié)， 整個過程蘊涵著創(chuàng)新和發(fā)明。 為了進一步掌握機械原理課程的理論知識，將課堂所學知識運用于實踐，理解和加 深機械原理和設計方法，為今后專業(yè)課程的學習打一定基礎，我們積極參加了這次機 械創(chuàng)新設計。 三、壓片機工作原理及工藝流程 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:送入壓形位置，經壓制成形后脫離該位置。機器的整個工作過程（送料、壓形、 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。 (b) (c) (d) 壓片成形機設計數(shù)據(jù)表

5、 萬案號 電動機轉速 r/min 生產率片/min 成品尺寸（① xd） Mmmm 沖頭壓力kg m沖kg m桿kg A 1450 10 100X60 15,000 0.10 12 5 B 970 15 60x35 10,000 0.08 10 4 C 970 20 40x20 10,000 0.05 9 3 圖1壓片成形機工藝動作 壓片成形機的工藝動作是，如圖1所示： （1）干粉料均勻篩入圓筒形型腔（圖1a）。 （2）下沖頭下沉3mm預防上沖頭進入型腔時粉料撲出（圖1b） （3）上、下沖頭同時加壓（圖1c）,

6、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1d）。 （5）料篩推出片坯（圖1e） S上 (b) ±_zn,. -I「L-3 (c) 上沖頭、下沖頭、送料篩的設計要求是： (1) 上沖頭完成往復宜移運動(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0.4秒左右。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(圖2a)。 (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 將成型片坯頂?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

7、 到待料位置(圖2b)。 (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(圖2c)。 上沖頭、下沖頭與送料篩的動作關系見下表。 動作關系表 上沖頭 進 退 送料篩 退 近休 進 遠休 下沖頭 退 近休 進 遠休 2.設計方案提示 (1)各執(zhí)行機構應包括：實現(xiàn)上沖頭運動的主加壓機構、實現(xiàn)下沖頭運動的輔助加壓機構、實現(xiàn)料篩運 動的上下料機構。各執(zhí)行機構必須能滿足工藝上的運動要求，可以有多種不 同型式的機構供選用。如連桿機構、凸輪機構等。 (2)由于壓片成形機的工作壓力較大，行

8、程較短，一般采用肘桿式增力沖壓機構作為主體 機構，它是由曲柄搖桿機構和搖桿滑塊機構串接而成。先設計搖桿 滑塊機構，為了保證，要求搖桿在鉛垂位置的士2o范圍內滑塊的位移Mw0.4mm 據(jù)此可得搖桿長度 0.4 r<1+扎一cos2°一1九$_sin22" _L 式中r——搖桿滑塊機構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 60o為宜。設計曲柄搖桿機構時，為了“增力”，曲柄的回轉中心可在過搖桿活動較 鏈、垂宜于搖桿鉛垂位置的宜線上適當選取，以改善機構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（士2o

9、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。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中心。也可以在選擇曲柄回轉中心以后，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士2o時，曲柄對應轉角是否滿足保壓時間要求。曲柄回轉中心距搖桿鉛垂位置愈遠，機構行程速比系數(shù)愈小，沖頭在下極限位置附近的位移變化愈小，但 機構尺寸愈大。 （3）輔助加壓機構可采用凸輪機構，推桿運動線圖可根據(jù)運動循環(huán)圖

10、確定，要正確 確定凸輪基圓半徑。為了便于傳動，可將篩料機構置于主體機構曲柄同側。整個機構系 統(tǒng)采用一個電動機集中驅動。要注意主體機構曲柄和凸輪機構起始位置間的相位關系， 否則機器將不能正常工作。 （4）可通過對主體機構進行的運動分析以及沖頭相對于曲柄轉角的運動線圖，檢查 保壓時間是否近似滿足要求。進行機構動態(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Mm沖、各桿質Mm桿 （各桿質心位于桿長中點）以及機器運轉不均勻系數(shù)S均見表8.5，則各桿對質心軸的 轉動慣M可求。認為上下沖頭同時加壓和保壓時生產阻力為常數(shù)。飛輪的 安裝位置由設計者自行確定

11、，計算飛輪轉動慣M時可不考慮其他構件的轉動慣i。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。 3 .設計任務（設計要求） （1）壓片成形機一般至少包括連桿機構、凸輪機構、齒輪機構在內的三種機 構; (2) 設計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配,并在圖紙上畫出傳動系統(tǒng)圖。 (3) 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，可執(zhí)行構件的動 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”； (4) 設計凸輪機構，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； (5) 設計計

12、算齒輪機構； (6)對連桿機構進行運動設計。并進行連桿機構的運動分析，繪出運動線圖。如果是 采用連桿機構作為下沖壓機構，還應進行連桿機構的動態(tài)靜力分析，計算飛輪轉動慣 i ⑺三個方案圖 方案一； 方案三

13、 4 .編寫設計計算說明書； 該機械系統(tǒng)包含從原動機到傳動機構到各執(zhí)行機構的傳動系統(tǒng)。該機械系統(tǒng)有三套工作 執(zhí)行機構，為使其成為一個單自由度機器，故將其設計為等速聯(lián)接機構。 電動機額定轉速為970r/min的電動機，生產率為Q=15片/min,根據(jù)這些數(shù)據(jù)有： 則機械運動循環(huán)時間T=1/Q=(1x60)/15=4s 由此可知上沖頭、下沖頭和送料斗循環(huán)運動一次需要4s的時間，也就是驅動上沖頭、下沖頭和送料斗的圓盤和凸輪要4s轉一轉，即轉速n=15r/min。因此從原動機到凸輪有降速，如下圖： 確定齒輪1的齒數(shù)Z1=26，齒輪2的齒數(shù)Z2=26，渦輪齒數(shù)Z=50，蝸桿齒

14、數(shù)Z=1,在這個系統(tǒng)中，所有的蝸輪蝸桿都是相同的，兩對宜齒圓錐齒輪也是一樣的，圓錐齒輪只改變 方向，不改變速度，因此有如下計算： I25=n5/n2=Z2/Z5=20/26 貝Un2=(26*n5)/20 又齒輪2的轉速和蝸桿8的轉速一樣，有n2=n8,則： I89=n8/n9=n2/n9=Z9/Z8 n9=(n2*Z8)/Z9=(26*n1*Z8)/(20*Z9)=15r/min 由上可得系統(tǒng)中的圓盤和凸輪的轉速都為15r/min 2 5U 8 傳動比計算圖 a.上沖頭設計 (1) 確定曲柄滑塊機構尺寸 由于壓片成形機的工作壓力較大，行程較短，所以采用曲柄搖桿

15、機構和搖桿 滑塊機構串接而成。為了保壓，要求搖桿在鉛垂位置的士20范圍內滑塊的位移 iw0.4mm據(jù)此可得搖桿長度： 0.4 rW1;;'';-cos2-2—sin22 二L 式中r——搖桿滑塊機構中連桿與搖桿長度之比，一般取1?2。 取入=1.5,將入代入以下公式: 1% -COS2 -. 2 -sin 22 04r 得rw394 選取搖桿r=390mm =L 又-r,連桿 L=Xxr=1.5x390=585mm 對應上沖頭機構中的桿件， 此處的r為BD桿，L為DE桿。 上沖頭機構圖 (2) 確定曲柄搖桿機構尺寸 用圖解法求解曲柄AC和連桿CD 的

16、長度: 附圖可以確定較鏈中心A的位置，過A點分別作與CD桿的連線AD1AD2 又因為AD仁CD-AC,AD古CMAC AD1=166mmAD2=550mn; 計算得： AC=192mmCD=358mm 綜上，的上沖頭各桿件的尺寸如下 AC=192mmCD=358mm BD=390mmDE=585mm (3)檢驗曲柄存在條件： 由pro/e得出AB=526于是有： AB+ACwCD+BD 有：AB+AC=526+192=718mm CD+BD=358+390=748mm 由上可知AB+AWCD+BD成立，滿足桿長條件，且最短桿為曲柄，所以該機構有 曲柄存在。 b.

17、凸輪機構的設計 (1)下沖頭中的凸輪： 由于壓片成形機的工作壓力較大，因此選擇宜動滾子推桿盤型凸輪，根據(jù)行程要 求及工藝要求設定凸輪的基圓半徑R0=80mpi偏心距e=0,滾子半徑r0=4mm,凸輪以等角 速度w轉動，推桿行程h=3mm具推桿運動路線圖如下：  c.送料凸輪 要使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。送料機構主要作用是將坯料送到 加工位置，且能實現(xiàn)間歇要求，對承載能力要求低，故采用凸輪機構。 設計送料凸輪的基圓半徑R0=100mn偏心距e=0,滾子半徑r0=5mm凸輪以 等角速

18、度w轉動，其推桿運動路線圖如下表： 55 四.構件組合運動分析 1、按工藝動作可分解為三個機構： (1)送料，脫離機構：凸輪做周期內帶有震蕩的宜線往復運動 (2)上沖頭機構：往復宜線運動 (3)下沖頭機構：往復宜線運動 2、工藝順序為： (1)送料料斗將粉料裝好料，移動到型腔上方篩料，篩料之前將片坯成型好后推出(卸 料)，料斗的行程為50mm行程動作占據(jù)0.11個周期的時間 (2)料斗振動，將粉料篩入型腔，該動作占0.25個周期； (3)料斗移回原處，同時下沖頭向下移動3mm以防止上沖頭下壓時，將粉料撲出，該 動作占0.194個周期； (4)上沖頭向下移動90mm

19、同時下沖頭向上壓，行程為8mm該動作占0.42個周期。接著保壓，其時間占0.1個周期； (5)上沖頭快速退回至起始位置。下沖頭上升16mm將成品推出型腔。該動作占0.16 個周期。 五.自我評價與總結 通過此次機械創(chuàng)新設計，我進一步加深了對機械原理的理解，也知道了課本和現(xiàn)實 實踐的差距?！凹埳系脕斫K覺淺，絕知此事要躬行?！痹诮淌艺n堂上根本發(fā)現(xiàn)不了太多問 題，只有實踐中才會發(fā)現(xiàn)問題。 這次機械創(chuàng)新設計，我收獲了很多。從設計選題，初步構思到動手精確繪圖這個 過程中，我學會了細心與耐心。綜合各科所學知識，運用計算機對設計數(shù)據(jù)進行模擬仿 真，運用計算機輔助設計制造軟件對設計零件進行精

20、確繪制。最后設計說明書的編寫， 讓我的計算機操作水平進一步提高。當然，在這個設計過程中也發(fā)現(xiàn)了很多問題，感覺 到自己所學知識的局限性，這也明確今后專業(yè)課學習的方向。 我們小組共5名同學，都積極參加設計工作，一起討論，確定方案并進行計算， 都為設計成果做出了貢獻。時間很快就過去了，我們積極完成了設計任務，不能說完成的 結果很優(yōu)秀，但至少我們盡自己所能，付出很大努力。 這兩周，我們在完成設計的同時，培養(yǎng)了團隊協(xié)作、不怕困難、勇于挑戰(zhàn)、敢于創(chuàng)新 的精神，相信我們收獲的這些將受益終生。無論在今后學習、工作還是生活中，我們都 將抱著一個科學嚴謹?shù)膽B(tài)度，超越自我、創(chuàng)造價值。 六、參考書目 1 .鄭文緯吳克堅.機械原理（第七版）:東南大學機械學學科組:高等 教育出版社 2 .裘建新,機械原理課程設計,高等教育出版社