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机械原理课程机械创新设计说明书设计名称：压片成型机专业：班级：组长：组员：指导教师：2012年05月14日——2011年05月21日目录一、前言······························································二、课程设计目的················································三、压片机工作原理及工艺流程························1.设计题目······················································2.设计方案提示···················································3.设计任务（设计要求）········································4.编写设计计算说明书；·······································a.上冲头设计·························b.凸轮机构的设计·······················四．构件组合运动分析····································五、自我评价与总结·········································六、参考书目···········································七、附图·························································前言作为一名机械类专业学生，在今后学习和工作中总会遇到许多关于机械设计和使用方法方面的问题。现在世界各国间的竞争主要表现为综合和国力的竞争。要提高我国综合国力，就要在一切生产部门实现生产的机械化和自动化，这就需要创造出大量的、种类繁多的、新颖优良的机械来装备各行各业，为各行业的高速发展创造有利条件。而任何新技术、新成果的获得，莫不依赖于机械工业的支持。所以，机械工业是国家综合国力发展的基石。为了满足各行各业和广大人民群众日益增长的新需求，就需要创造出越来越多的新产品。现代机械工业对创造型人才的渴求与日俱增。当今世界正经历着一场新的技术革命，新概念、新理论、新方法、新工艺不断出现，作为向各行各业提供装备的机械工业也得到了迅猛发展。现代机械日益向高速、重载、高精度、高效率、低噪声等方向发展，对机械行业的要求也越来越苛刻。本说明书采用图形与文字结合的方式对某物料压片机机进行设计解读。二、课程设计目的机械设计是一个逐步求精和细化的过程，随着设计过程的发展，产品结构和参数将逐渐清晰和不断完善。设计方案是多解的，能够满足一定功能和要求的设计方案不是唯一的，所以机械设计过程也是一个创新的过程。机械设计根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸以及润滑方式等进行构思、分析和计算，并将其转化为制造依据。机械设计是机械产品生产的第一步，是决定机械产品性能的最主要环节，整个过程蕴涵着创新和发明。为了进一步掌握机械原理课程的理论知识，将课堂所学知识运用于实践，理解和加深机械原理和设计方法，为今后专业课程的学习打一定基础，我们积极参加了这次机械创新设计。三、压片机工作原理及工艺流程1.设计题目设计自动压片成形机，将具有一定湿度的粉状原料（如陶瓷干粉、药粉）定量送入压形位置，经压制成形后脱离该位置。机器的整个工作过程（送料、压形、脱离）均自动完成。该机器可以压制陶瓷圆形片坯、药剂（片）等。设计数据见下表。压片成形机设计数据表方案号电动机转速r/min生产率片/min成品尺寸（Φ×d）Mm，mm冲头压力kgδm冲kgm杆kgA145010100×6015,0000.10125B9701560×3510,0000.08104C9702040×2010,0000.0593片坯粉料料筛上冲头下冲头(a)(b)(c)(d)(e)图1压片成形机工艺动作压片成形机的工艺动作是,如图1所示:(1)干粉料均匀筛入圆筒形型腔（图1a）。(2)下冲头下沉3mm，预防上冲头进入型腔时粉料扑出（图1b）。(3)上、下冲头同时加压（图1c），并保持一段时间。(4)上冲头退出，下冲头随后顶出压好的片坯（图1d）。(5)料筛推出片坯（图1e）。S上S下S料(a)(b)(c)上冲头、下冲头、送料筛的设计要求是：(1)上冲头完成往复直移运动（铅锤上下），下移至终点后有短时间的停歇，起保压作用，保压时间为0.4秒左右。因冲头上升后要留有料筛进入的空间，故冲头行程为90～100mm。因冲头压力较大，因而加压机构应有增力功能（图2a）。(2)下冲头先下沉3mm，然后上升8mm，加压后停歇保压，继而上升16mm，将成型片坯顶到与台面平齐后停歇，待料筛将片坯推离冲头后，再下移21mm，到待料位置（图2b）。(3)料筛在模具型腔上方往复振动筛料，然后向左退回。待批料成型并被推出型腔后，料筛在台面上右移约45～50mm，推卸片坯（图2c）。上冲头、下冲头与送料筛的动作关系见下表。动作关系表上冲头进退送料筛退近休进远休下冲头退近休进远休2.设计方案提示(1)各执行机构应包括：实现上冲头运动的主加压机构、实现下冲头运动的辅助加压机构、实现料筛运动的上下料机构。各执行机构必须能满足工艺上的运动要求，可以有多种不同型式的机构供选用。如连杆机构、凸轮机构等。(2)由于压片成形机的工作压力较大，行程较短，一般采用肘杆式增力冲压机构作为主体机构，它是由曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串接而成。先设计摇杆滑块机构，为了保证，要求摇杆在铅垂位置的±2º范围内滑块的位移量≤0.4mm。图二据此可得摇杆长度r≤2sin2cos14.022式中rL——摇杆滑块机构中连杆与摇杆长度之比，一般取1～2。根据上冲头的行程长度，即可得摇杆的另一极限位置，摇杆的摆角以小于60º为宜。设计曲柄摇杆机构时，为了“增力”，曲柄的回转中心可在过摇杆活动铰链、垂直于摇杆铅垂位置的直线上适当选取，以改善机构在冲头下极限位置附近的传力性能。根据摇杆的三个极限位置（±2º位置和另一极限位置），设定与之对应的曲柄三个位置，其中对应于摇杆的两个位置，曲柄应在与连杆共线的位置，曲柄另一个位置可根据保压时间来设定，则可根据两连架杆的三组对应位置来设计此机构。设计完成后，应检查曲柄存在条件，若不满足要求，则重新选择曲柄回转中心。也可以在选择曲柄回转中心以后，根据摇杆两极限位置时曲柄和连杆共线的条件，确定连杆和曲柄长度，在检查摇杆在铅垂位置±2º时，曲柄对应转角是否满足保压时间要求。曲柄回转中心距摇杆铅垂位置愈远，机构行程速比系数愈小，冲头在下极限位置附近的位移变化愈小，但机构尺寸愈大。(3)辅助加压机构可采用凸轮机构，推杆运动线图可根据运动循环图确定，要正确确定凸轮基圆半径。为了便于传动，可将筛料机构置于主体机构曲柄同侧。整个机构系统采用一个电动机集中驱动。要注意主体机构曲柄和凸轮机构起始位置间的相位关系，否则机器将不能正常工作。(4)可通过对主体机构进行的运动分析以及冲头相对于曲柄转角的运动线图，检查保压时间是否近似满足要求。进行机构动态静力分析时，要考虑各杆（曲柄除外）的惯性力和惯性力偶，以及冲头的惯性力。冲头质量m冲、各杆质量m杆（各杆质心位于杆长中点）以及机器运转不均匀系数δ均见表8.5，则各杆对质心轴的转动惯量可求。认为上下冲头同时加压和保压时生产阻力为常数。飞轮的安装位置由设计者自行确定，计算飞轮转动惯量时可不考虑其他构件的转动惯量。确定电动机所需功率时还应考虑下冲头运动和料筛运动所需功率。3.设计任务（设计要求）(1)压片成形机一般至少包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构在内的三种机构；(2)设计传动系统并确定其传动比分配，并在图纸上画出传动系统图。(3)画出机器的运动方案简图与运动循环图。拟定运动循环图时，可执行构件的动作起止位置可根据具体情况重叠安排，但必须满足工艺上各个动作的配合，在时间和空间上不能出现“干涉”；(4)设计凸轮机构，自行确定运动规律，选择基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径。计算凸轮廓线；(5)设计计算齿轮机构；(6)对连杆机构进行运动设计。并进行连杆机构的运动分析，绘出运动线图。如果是采用连杆机构作为下冲压机构，还应进行连杆机构的动态静力分析，计算飞轮转动惯量(7)三个方案图方案一；方案二;方案三。4.编写设计计算说明书；该机械系统包含从原动机到传动机构到各执行机构的传动系统。该机械系统有三套工作执行机构，为使其成为一个单自由度机器，故将其设计为等速联接机构。电动机额定转速为970r/min的电动机，生产率为Q=15片/min，根据这些数据有：则机械运动循环时间T=1/Q=(1x60)/15=4s由此可知上冲头、下冲头和送料斗循环运动一次需要4s的时间，也就是驱动上冲头、下冲头和送料斗的圆盘和凸轮要4s转一转，即转速n=15r/min。因此从原动机到凸轮有降速，如下图：确定齿轮1的齿数Z1=26，齿轮2的齿数Z2=26，涡轮齿数Z=50,蜗杆齿数Z=1，在这个系统中，所有的蜗轮蜗杆都是相同的，两对直齿圆锥齿轮也是一样的，圆锥齿轮只改变方向，不改变速度，因此有如下计算：I25=n5/n2=Z2/Z5=20/26则n2=(26*n5)/20又齿轮2的转速和蜗杆8的转速一样，有n2=n8,则：I89=n8/n9=n2/n9=Z9/Z8n9=(n2*Z8)/Z9=(26*n1*Z8)/(20*Z9)=15r/min由上可得系统中的圆盘和凸轮的转速都为15r/min传动比计算图a.上冲头设计(1)确定曲柄滑块机构尺寸由于压片成形机的工作压力较大，行程较短，所以采用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串接而成。为了保压，要求摇杆在铅垂位置的±2°范围内滑块的位移量≤0.4mm。据此可得摇杆长度：r≤2sin2cos14.022式中rL——摇杆滑块机构中连杆与摇杆长度之比，一般取1～2。取λ=1.5，将λ代入以下公式：r≤2sin2cos14.022得r≤394选取摇杆r=390mm又rL，连杆L=λxr=1.5×390=585mm对应上冲头机构中的杆件，此处的r为BD杆，L为DE杆。上冲头机构图(2)确定曲柄摇杆机构尺寸用图解法求解曲柄AC和连杆CD的长度：附图可以确定铰链中心A的位置，过A点分别作与CD杆的连线AD1、AD2，又因为AD1＝CD－AC，AD2＝CD＋AC；AD1＝166mm，AD2＝550mm；计算得：AC＝192mm，CD＝358mm；综上，的上冲头各杆件的尺寸如下AC=192mmCD=358mmBD=390mmDE=585mm（3）检验曲柄存在条件:由pro/e得出AB=526，于是有：AB+AC≤CD+BD有：AB+AC=526+192=718mmCD+BD=358+390=748mm由上可知AB+AC≤CD+BD成立，满足杆长条件，且最短杆为曲柄，所以该机构有曲柄存在。b.凸轮机构的设计（1）下冲头中的凸轮：由于压片成形机的工作压力较大，因此选择直动滚子推杆盘型凸轮，根据行程要求及工艺要求设定凸轮的基圆半径R0=80mm，偏心距e=0，滚子半径r0=4mm,凸轮以等角速度w转动，推杆行程h=3mm，其推杆运动路线图如下:c.送料凸轮要使料筛在模具型腔上方往复振动筛料，然后向左退回。待批料成型并被推出型腔后，料筛在台面上右移约45～50mm，推卸片坯。送料机构主要作用是将坯料送到加工位置，且能实现间歇要求，对承载能力要求低，故采用凸轮机构。设计送料凸轮的基圆半径R0=100mm,偏心距e=0，滚子半径r0=5mm，凸轮以等角速度w转动，其推杆运动路线图如下表：四．构件组合运动分析1、按工艺动作可分解为三个机构：（1）送料,脱离机构：凸轮做周期内带有震荡的直线往复运动（2）上冲头机构：往复直线运动