機械原理自動壓片機課程設計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目 錄專心-專注-專業(yè)1 緒論隨著科學技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，國民經(jīng)濟各個部門迫切需要各種各樣的質(zhì)量優(yōu)、性能好、能耗低、價格廉的機械產(chǎn)品。其中，產(chǎn)品設計是決定產(chǎn)品性能、質(zhì)量、水平、市場競爭能力和經(jīng)濟效益的重要環(huán)節(jié)。產(chǎn)品的設計包括機械設備的功能分析、工作原理方案設計和機械運動方案設計等。這些設計內(nèi)容可作為機械原理課程設計的內(nèi)容。很明顯，產(chǎn)品設計本身如果存在問題，常常屬于根本性的問題，可能造成機械產(chǎn)品災難性的失誤。因此我們必須重視對學生進行機械原理設計能力的培養(yǎng)。為了培養(yǎng)學生的開發(fā)和創(chuàng)新機械產(chǎn)品的能力，高等學校工科本科機械原理課程教學基本要求中對機械原理課程設計提出的要

2、求是：“結(jié)合一個簡單的機械系統(tǒng)，綜合運用所學理論和方法，使學生受到擬定機械運動方案的初步訓練，并能對方案中的某些機構(gòu)進行分析和設計?！痹跈C械原理課程中加強機械運動簡圖能力的培養(yǎng)，已越來越為廣大師生所認識。1.1課程設計題目課程設計題目：自動壓片成形機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)壓制成形后脫離該位置。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)見表 1.1 表 1.1 壓片成形機設計數(shù)據(jù) 1.2 工藝動作的分解（1）送料,脫離機構(gòu)：凸輪做周期內(nèi)帶有震蕩的直線往復運動（2）上沖頭機構(gòu)：往

3、復直線運動 （3）下沖頭機構(gòu)：往復直線運動1.2.1壓片成形機的工藝動作如圖 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 1.1 a ）。 （ 2 ）下沖頭下沉 3 mm ，預防上沖頭進人型腔時粉料撲出（圖 1.1b ）。 （ 3 ）上、下沖頭同時加壓（圖 1.1c ），并保持一段日間。 圖 1.1 壓片成形機工藝動作 （ 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 ）。1.3 設計要求（ l ）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

4、循環(huán)圖。擬定運動循環(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)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、凸輪的數(shù)控加工等。1.3.1上沖頭、下沖頭、送料篩的設計上沖頭、下沖頭、送料篩的設計要求是：

5、（ 1 ）上沖頭完成往復自移運動（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 。因沖頭上升后要留有料篩進人的空間，故沖頭行程為 90 100mm 。因沖頭廠力較大，因而加壓機構(gòu)應有增力功能（如圖 1.2a 所示）。 圖1.2 設計要求 （ 2 ）下沖頭先下沉 3 mm ，然后上升 8 mm ，加壓后停歇保壓，繼而上升 16 mm ，將成形片坯頂?shù)脚c臺內(nèi)平齊后停歇，待料篩將片坯推離沖頭后，再下移 21 mm ，到待料位置（如圖 1.2b 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 50 mm

6、，推卸片坯（如圖 1.2c 所示）。 上沖頭、下沖頭與送料篩的動作關(guān)系見表 1.3 表 1.2 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 2 課程設計題目分析2.1 總功能分析根據(jù)題目要求，要最終將干粉壓制成片坯。若要求獲得質(zhì)量較好的成品，可采用諸多方法。下面采用黑箱法進行分析： 圖2.1 總功能分析圖由黑箱法分析可得到：為了達到高效、方便的目的，采用機械自動加工的方法比較好，因此，本題采用了自動加工的方法壓制片坯。2.2 總功能分解設計干粉壓片機，其總功能可以分解成以下幾個工藝動作：(1)、送料機構(gòu)：為間歇直線運動,這一動作可以通過凸輪上升段完成。(2)

7、、篩料：要求篩子往復震動。(3)、推出片坯：下沖頭上升推出成型的片坯。(4)、送成品：通過凸輪推動篩子來將成型的片坯擠到滑道。(5)、上沖頭往復直線運動，最好實行快速返回等特性。(6)、下沖頭間歇直線運動。得如下表所示的樹狀功能圖： 圖2.2 樹狀功能圖2.3 自動壓片機的設計參數(shù)的選擇電動機：970 r/min生產(chǎn)率：20 片/min成品尺寸：直徑×厚度（mm×mm）60×35沖頭壓力：150N機械運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)：0.05沖頭質(zhì)量：10 Kg2.4自動壓片機的方案 表2.1 自動壓片機方案選擇矩陣功能元 功能元分解1234減速A帶傳動鏈傳動齒輪傳動蝸桿傳動減速B

8、帶傳動鏈傳動齒輪傳動蝸桿傳動上沖頭運動C移動推桿圓柱凸輪曲柄導桿滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)送料機構(gòu)D渦輪蝸桿機構(gòu)移動凸輪機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)下沖頭運動E雙導桿間歇運動機構(gòu)移動凸輪機構(gòu)曲線槽導桿機構(gòu)由上表所列矩陣可知，可能的運動方案數(shù)目為N=4*4*4*3*3=576 種.從此方案中剔除明顯不合理的，在進行綜合評價：是否滿足運動要求；是否滿足承載要求；運動精度；制造工藝；安全性；是否滿足動力源、生產(chǎn)條件等限制。根據(jù)題目要求，功能元減速A 而言，帶傳動結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小，能緩和沖擊，有過載保護作用，安裝維修要求不高成本底。齒輪傳動工作可靠，效率高，易制造和精確加工。故可選用帶傳動

9、或蝸桿傳動。減速B：齒輪或蝸桿傳動能滿足定速比傳動要求，且精度較高。應用范圍廣，承載能力大的優(yōu)點，故選齒輪或蝸桿傳動。對于上沖頭運動C，要實現(xiàn)往復直線移動，還有考慮急回特性，且要有一段保壓時間。因此選曲柄滑塊或搖桿機構(gòu)。送料機構(gòu)D 主要作用是將胚料送到加工位置，且能實現(xiàn)間歇要求，對承載能力要求低，故采用凸輪或蝸桿機構(gòu)。下沖頭運動E 雖然需要較高的承載能力，但下沖頭中可以加兩個擋板來增加其承載能力，且要實現(xiàn)間歇要求，可靠性好，故采用凸輪機構(gòu)完成下沖頭的動作。根據(jù)上述優(yōu)缺點的比較，我選出了方案為：A1+B3+C4+D2+E2 表2.2 所選執(zhí)行機構(gòu)優(yōu)缺點詳細比較機械形式優(yōu)點缺點帶傳動1）能起緩沖和

10、吸振作用，可使傳動平穩(wěn)，噪聲小。2）過載時，帶在輪面上打滑，可以防止損壞其他零件，起安全保護作用。3）適用于兩軸中心距較大的場合。4）結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，維護方便，成本低廉。1）因為帶傳動受摩擦力和帶的彈性交形的影響，所以不能保證準確的傳動比。2）效率較低 齒輪傳動1）能保證恒定的瞬時傳動比，傳遞運動準確可靠。2）傳遞功率的范圍比較寬，可以從很小的功率直到幾萬馬力經(jīng)過磨齒的齒輪傳動圓周速度可達100米秒；3）機械傳動效率比較高，一般圓柱齒輪傳動效率可達98以上，而且使用壽命也較長。4）齒輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊，體積比較小。1）傳動噪音比較大，對沖擊比較放敏感，不宜用在軸線距離較大的部件上。2）齒輪制

11、造精度要求比較高，不能緩沖，高速傳動精度不夠是有噪音，無過載保護，相應的成本也比較高凸輪機構(gòu)設計適當?shù)耐馆嗇喞€便可以獲得任意預定的運動規(guī)律而且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。凸輪和從動件之間為高副接觸，壓強較大，易于磨損，一般只用于傳遞動力不大的場合。連桿機構(gòu)運動副均為低副，可承受較大的載荷，利于潤滑，磨損較小，形狀簡單，便于制造。但原動件的運動規(guī)律不變可用改變構(gòu)件的相對長度得到不同的運動規(guī)律由于連桿結(jié)構(gòu)的運動必須經(jīng)過中間關(guān)鍵進行傳遞，因而傳遞路線較長，易產(chǎn)生較大的誤差積累，機械效率降低。在運動過程中，連桿及滑塊的質(zhì)心都在做變速運動，所產(chǎn)生的慣性力難以消除，不宜用于高速運動。2.5 自動壓片機機械運動簡圖

12、根據(jù)以上各執(zhí)行機構(gòu)的選型，和各執(zhí)行機構(gòu)的位置，做出機構(gòu)運動簡圖如下： 2.3 壓片機機械運動示意簡圖注：A.帶傳動 B.移動凸輪 C.幾何封閉移動凸輪焊接在渦輪上2.6 運動循環(huán)圖要保證系統(tǒng)的正常工作，須使三個執(zhí)行機構(gòu)協(xié)調(diào)運動，故需做機構(gòu)運動的協(xié)調(diào)設計，即機械運動循環(huán)圖的設計，現(xiàn)分析如下：所選系統(tǒng)具有一個模具 (圓筒形型腔) 和三個執(zhí)行構(gòu)件 (一個上沖頭，一個下沖頭和一個料篩)。根據(jù)工藝過程，三個執(zhí)行構(gòu)件的運動形式為：(1) 上沖頭完成往復(鉛垂上下)直移運動，下移至終點后有短時間的停歇，起保壓作用，因沖頭上升后要留有料篩進入的空間、故沖頭行程約為90100 mm。若機構(gòu)主動件一轉(zhuǎn) (2p)完

13、成一個運動循環(huán)，則上沖頭位移線圖的形狀大致如圖2.4 a所示。(2) 下沖頭先下沉3 mm，然后上升8 mm (加壓) 后停歇保壓，繼而上升16 mm，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21 mm到待裝料位置。其位移線圖大致如圖2.4 b所示。 圖2.4 三執(zhí)行機構(gòu)的運動線圖 (3) 料篩在模具型腔上方往復振動篩料，然后向左退回，待坯料成形并被推出型腔后，料篩再在臺面上右移約4550 mm推移成形片坯，其位移線圖大致如圖2.4 c所示。(4) 各執(zhí)行機構(gòu)的運動協(xié)調(diào) 擬定運動循環(huán)圖的目的是確定各機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件動作的先后順序、相位，以利于設計、裝配和調(diào)試。上沖頭加壓機構(gòu)主動

14、件每轉(zhuǎn)完成1個運動循環(huán)，所以擬訂運動循環(huán)圖時，以該主動件的轉(zhuǎn)角作為橫坐標 (0°360°)，以各機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件的位移為縱坐標畫出位移曲線。運動循環(huán)圖上的位移曲線主要著眼于運動的起止位置，而不必準確表示出運動規(guī)律。 圖2.5 壓片機的運動循環(huán)圖例如，料篩退出加料位置 (圖2-15中線段) 后停歇。料篩剛退出，下沖頭即開始下沉3 mm (圖2.5中)。下沖頭下沉完畢，上沖頭可下移到型腔入口處 (圖2.5中)，待上沖頭到達臺面下3 mm處時，下沖頭開始上升，對粉料兩面加壓，這時，上、下沖頭各移8 mm (圖2.5中)，然后兩沖頭停歇保壓 (圖2-15中)，保壓時間約0.4秒，即相當

15、于主動件轉(zhuǎn)60°左右。以后，上沖頭先開始退出，下沖頭稍后并稍慢地向上移動到和臺面平齊，頂出成形片坯 (圖2.5中)。下沖頭停歇待卸片坯時，料篩推進到型腔上方推移片坯 (圖2.5中)。下沖頭下移21 mm的同時，料篩振動粉料 (圖2.5中) 而進入下一個循環(huán)。擬定運動循環(huán)圖 (圖2.5) 時，還要注意一個問題，即各機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件的動作起止位置可視具體情況重疊安排。例如上沖頭還未退到上頂點，料篩即可開始移動送進；而料篩尚未完全退回，上沖頭已開始下行，只要料篩和上沖頭不發(fā)生碰撞 (阻擋) 即行。這樣安排，可增長執(zhí)行構(gòu)件的運動時間，減小加速度，從而改善機構(gòu)的運動和動力性能。確定運動循環(huán)圖后，即

16、可據(jù)此擬訂合適的運動規(guī)律曲線，進行機構(gòu)設計。必要時，再對設計的機構(gòu)進行運動分析，用分析得到的位移規(guī)律到運動循環(huán)圖上觀察機構(gòu)運動是否協(xié)調(diào)。若有不當之處，應將運動循環(huán)圖作適當修正。3 執(zhí)行機構(gòu)的設計和傳動比的計算根據(jù)運動循環(huán)圖所確定的運動規(guī)律對三個機構(gòu)分別進行設計。此外，當各機構(gòu)按運動循環(huán)圖確定的相位關(guān)系安裝以后，應能作適當?shù)恼{(diào)整，故在機構(gòu)之間還需設置能調(diào)整相位的環(huán)節(jié) (也可能是機構(gòu))。3.1 曲柄搖桿増力機構(gòu)設計曲柄搖桿増力機構(gòu)設計，其圖如下：根據(jù)科學的計算，可以畫出如圖3.1所示的的曲柄搖桿増力機構(gòu)，選取了合適的桿長，從而滿足上沖頭有90l00 mm的行程而曲柄轉(zhuǎn)角則在60°左右，同

17、時在保壓時上沖頭的位移不大于0.4 mm或更小 。根據(jù)數(shù)據(jù)科學計算得出桿長A=60mm,桿長B=245mm，桿長C=50mm,桿長D=150mm,桿長E=150mm。且上沖頭為直接為60mm的圓柱，圓柱高度為20mm。其后，再對設計結(jié)果進行運動分析，可得到機構(gòu)正確的運動規(guī)律。最后，再回到運動循環(huán)圖上，檢查它與其它執(zhí)行構(gòu)件的運動有否干涉的情況出現(xiàn),必要時可修正運動循環(huán)圖。 圖3.1 曲柄搖桿増力機構(gòu)3.2 盤形凸輪B的設計盤形凸輪B的設計，其圖如下： 圖3.2 盤形凸輪B盤形凸輪B，經(jīng)過計算取基圓半徑R=50mm，在圖3.2左圖中小圓即為基圓，按照滾子的位移從1位置開始，根據(jù)圖2.7右圖，每隔2

18、0°即選取1個點按照角度和位移得出1-18個位置，用曲線連接各個位置點，從而得到如左圖的所求凸輪。其中圖3.2左圖中A為安裝的開始位置，即為圖2.5 運動循環(huán)圖下沖頭的起始位置180度處。B為凸輪的基圓中心，也為此凸輪的轉(zhuǎn)動中心。齒輪軸安裝于其中。下沖頭為直接為60mm的圓柱，圓柱高度為40mm，桿長為100mm33 幾何封閉凸輪C的設計幾何封閉凸輪C的設計，其圖如下： 圖3.3 焊接在渦輪上是幾何封閉凸輪C由于送料機構(gòu)要往返運動，要實現(xiàn)這個目的，選用的凸輪需選擇幾何封閉凸輪。如圖3.3所示，根據(jù)計算選擇了基圓半徑R=50mm，即圖中上圖小圓。根據(jù)圖3.3下圖中，每隔20°

19、取點位置，據(jù)角度和滾子位移選取了1-13個位置點，1-2間為與基圓的圓弧重合，按順序連接2-13間各點，再整體向外偏移10mm, 從而得到所求凸輪如上圖所示。由于要在45-50mm處震動料篩，故在滾子處設計成波浪形，從而實現(xiàn)料篩的震動，滾子處也是凸輪的起始安裝位置。圖中的機架位置即為凸輪的轉(zhuǎn)動中心。圖中A為安裝的起始位置點，滾輪直徑為8mm。經(jīng)過計算桿長B=95mm,C=30mm,D=40mm,且B、C焊接在一起成為一個構(gòu)件。3.4 帶傳動和齒輪傳動比的計算 圖3.4 執(zhí)行機構(gòu)傳動比計算圖上圖中各字母指代如下：A、帶傳動B、盤形凸輪C、幾何封閉凸輪焊接在渦輪上D、上沖頭E、下沖頭F、渦輪G、蝸

20、桿H、傳動錐齒輪I、傳動直齒輪J、料篩根據(jù)選定的驅(qū)動電機(圖3.4)的轉(zhuǎn)速n=970r/min 和生產(chǎn)率為20片/分鐘，它的機械傳動系統(tǒng)的總速比為：I=970/20=48.5以下壓力角和模數(shù)均取標準值 a=20°3mm第一級皮帶減速：電動機的皮帶輪的半徑為R,取R=20mm,R1=60mm.則有I=n/n1=R1/RI=3 n1=n*R/R1=970×20÷60=323.4r/min第二級齒輪減速：由圖2.9可得到n1=n1=323.4 取z1=15 z2=60I=n1/n2=z2/z1n2=n1×z1÷z2=323.4×15÷60=81.6r/min又由n2=n2=81.6r/min 且n3=n3=n3=n3=20r/min即可得出 I=n2/n34 z2=15 z3=60由圖可以看出n5=n8=20r/min 取z4=6 m=3 則查表得 d1=45 z5=30 n4=n5×z5÷z4=100r/min=n4取z4=15 z3=n4×z4