机械原理课程设计——粉末成型机完整版

机械原理课程设计目录工艺原理与工艺运动.........................................................................3设计要求.............................................................................................4技术要求...............................................................................................4运动方案确定.......................................................................................5运动循环图...........................................................................................详细设计.............................................................................................6上冲膜设计..........................................................................6下冲模设计..........................................................................16方案一详细设计...........................................................方案二详细设计...........................................................方案比较..............................................................................40送粉机构设计......................................................................41凸轮机构设计...............................................................曲柄滑块机构设计.......................................................机构动力设计........................................................................................50心得总结.................................................................................................参考文献.................................................................................................附件....................................................................................................51机械原理课程设计2一、工作原理及工艺运动过程粉末冶金是将金属等粉末的混合料，通过压制成型和烧结而制成零件或成品材料的一种工艺方法。在压制长径比h/d=1~的原助理压坯时，可采用单项压制，及压制时进一个方向施力。压制过程中，阴模固定不变，其他执行件动作如图1所示送料器上粉后返回，上冲模开始上冲模压制到位，下行压制粉末，下冲模固定不动下冲模固定不动（a）（b）上冲模上行回位，下送粉器推坯下料冲模上顶压坯脱模下冲模固定不动（c）（d）机械原理课程设计3送粉器到位后上料准备回位下冲模下行回位，准备循环(e)二．设计要求：1、上模冲压制机构应具有一下的运动特性：快速接近粉料，慢速等速压制，压制到位后停歇片刻（约0.4秒左右）保持或接近压制行程终点时在放慢速度而起到保压作用。2、脱模机构应使夏末冲顶出距离准确，复位时要求速度快而冲击小3、送粉机构要严格遵守压制周期的运动行程4、进一步要求：让上模冲和下模冲的行程可调三.技术要求1每分钟压制次数为10~40次；2.压坯最大直径为45mm;3.上冲模最大行程为110mm;4.送粉器行程为115mm;5.脱模最大行程为45mm;6.压制及脱模能力最大为58KN;机械原理课程设计4四、运动方案确定成型压机的总体设计如下图所示。该成型压机包括三个机构：上冲模机构、下冲模机构（脱模机构）、送粉机构，为保证机构运动协调，各机构运动间拟用皮带传动。本报告构思了两种方案：方案一如图（1）所示（1）运动特点如下：（一）、上冲模机构由一个曲柄摇杆机构（1、2、3）和一个三杆滑块机构（3、4、5）并联，其功能是：（1）曲柄1做回转运动，带动摇杆3在一定范围内摆动，并且具有急回特性。（2）摇杆3与连杆4铰接，进而带动冲头5做直线运动。（3)上冲模在冲压完成后停歇0.3~0.4S，之后有一个急回过程。（二）、脱模机构由下冲模即平底推杆与圆盘凸轮组成。其功能是：（1）在凸轮停歇，上冲模做冲压动作时凸轮与推杆相切，此时推杆由机架托住。这样，在冲压过程中推杆上受到的压力就不会作用到凸轮上。（2）脱模机构能使下冲模顶出距离准确。（3）回程（复位）时速度快而冲击小。（三）、送粉机构由一个滚子摆杆偏心圆盘机构与一个摇杆滑块机构串联而成。其功能是：（1）具有间歇送料和急回特性（2）送料的同时将已压制好的坯送离工作区域方案二如图（2）所示机械原理课程设计5（2）其基本运动特点与方案一相同，对于上冲膜采用滚子推杆与圆盘凸轮，同样可以实现冲压停歇时，所有力由机架承受，减少对凸轮的冲击。方案比较：方案一和方案二均可行，方案二采用滚子推杆凸轮可以减少凸轮的半径，同时滚子推杆的运动特性较平底推杆凸轮的好，综合以上因素，我们最终选取方案二，为了进一步应用所学的知识，我们将对两种方案进行分析对比，证明结论的准确性。机械原理课程设计6五、运动循环图1、机构工艺动作分解（1）上冲头完成上下往复直线运动：下移至终点后有短时间停歇，起保压作用；因冲头上升后腰留有料筛进入的空间，上冲头的最大行程为110mm,筛子高度拟定为40mm，冲模在膜道中的行程为35mm，故上冲头在回程为30mm至冲程行程为30mm间为送粉机构留有一段时间。机构主动件转一转完成一个运动循环。（2）下冲头在初始阶段保持停歇，当上冲头压制完成后回程阶段，随后下冲头立即向上运动，中间间隔时间约为0.1s，下冲头运动40mm后再次停歇，此时筛子将成品推出，当成品重心在机架上后，下冲头急回至初始位置准备接受粉料。（3）送粉机构的运动范围行程为115mm，当上冲头在回程30mm至冲程30mm之间时需在模口停留，以实现推出成品和完成送粉过程。2、拟定运动循环图按照工艺运动循序和行程协调要求拟定运动循环图，以主动件的角度为横坐标，各构件的运动行程为纵坐标有：拟定的循环图如上，其具体的运动规律在分析中需要具体化，图中只初步反映出三者运动的协调性。机械原理课程设计7六、详细设计（1）上冲模机构设计：整体结构图如下所示：选取每分钟压制次数为30次，即轮的周期为2s,为了分析方便选取LCD=LBC=LCE=220mm，上冲模的行程为110mm。先对曲柄摇杆机构进行作图分析：当杆CD处于竖直状态时，AB杆和BC杆正好共线，假设此时AB杆与水平方向的夹角为30°，B1C1与B2C2分别是BC杆运动的两个极限位置，根据对称性有Cos∠C1DC2=(C2D-C2E)/C1D=(220-110/2)/220=0.75得到CD杆的摆角为∠C1DC2=41.4°,根据几何关系有∠C1C2D=69.3°则∠C1C2A=30°+69.3°-90°=9.3°设AB=X，则AC2=220+X，AC1=220-X。机械原理课程设计8在三角形AC1C2中利用余弦定理得：C1C2=2*CD*Sin（∠C1DC2/2）=2*220*Sin(21.2°）=159.11mmCos∠C1C2A=（AC22+C1C22-AC12）/（2*AC2*C1C2）即Cos（9.3°）=[(220+X)2+159.112-(220-X)2]/(2*(220+X)*159.11得：X=75.64mm即取曲柄的长度为75.6mm在三角形C1C2A中利用正弦定理求得极位夹角为10.26°约等于10.3°，即取极位夹角为10.3°得该机构的行程速比系数K=1.12。在三角形AC2D中，利用正弦定理有AD2=AC22+C2D2-2*AC2*C2D*Cos60°得AD=265.98mm,取整得AD=266mm进行运动分析：在图中AD与水平方向夹角为16°，在分析过程中对数据无影响，为CD杆与铅垂位置的夹角，通过角可以求解出上冲膜的行程，其中=3-106°，运动分析时选取AD为机架进行分析，AD=266mm，AE=295.6mm。根据封闭矢量位置方程式LAB+LBC=LAD+LDC列出式子如下：LBCCos（2）+LABCos（1）-（LCDCos（3）+LAD）=0LBCSin（2）+LABSin（1）-LCDSin（3）=0令f1(2,3)=LBCCos（2）+LABCos（1）-（LCDCos（3）+LAD）f2(2,3)=LBCSin（2）+LABSin（1）-LCDSin（3）求出雅可比矩阵为机械原理课程设计9–LBCsin2LCDsin3J=-LBCcos2-LCDcos3根据上述两式子编制M函数见附录一，输入下列参数得到相关图像有：根据循环图可知在上冲膜回程近30mm处作为分界点有x1=linspace(-pi,pi,360);/*每取一度进行分析*/x=zeros(length(x1),7);forn=1:360x(n,:)=[x1(:,n)20*pi/180110*pi/18075.6220220266];endp=zeros(length(x1),2);fork=1:360y=rrrposi1(x(k,:));p(k,:)=y;endp输入参数得到相应的图像：plot(x1,p(:,2))xlabel('theta1')ylabel('theta3/rad')q=p(:,2)*180/pi-106plot(x1,q)xlabel('theta1')ylabel('摆角/°')axis([-pipi042])z=2*220*cos(q*pi/180)-330plot(x1,z,'b:')xlabel('theta1')ylabel('行程/mm')输出3角度图像如下：机械原理课程设计10因为=3-106°，进而可以得到摆角的图像如下：机械原理课程设计11上冲膜行程图由上图可知，上冲膜存在一定近0.3s的停歇，因而可以实现保压功能，由图像可以看出，初始角度为-π时能够满足条件。进行速度分析：根据上述位置方程对时间求导得到下式：f1(2,3)=LBCCos（2）+LABCos（1）-（LCDCos（3）+LAD）=0f2(2,3)=LBCSin（2）+LABSin（1）-LCDSin（3）=0-W2LBCSin（2）+W3LCDSin（3）-W1LABSin（1）=0W2LBCCos（2）-W3LCDCos（3)+W1LABCos（1）=0-LBCSin（2）LCDS