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1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目：壓片成形機(jī)機(jī)械工程系機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)0111091班10號(hào)設(shè)計(jì)者：陳夏君指導(dǎo)老師：許勇2011年6月30號(hào)目 錄1. 設(shè)計(jì)題目 1.1設(shè)計(jì)條件 1.2原始數(shù)據(jù) 2. 設(shè)計(jì)要求 3. 上沖頭設(shè)計(jì)方案評(píng)估 4. 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖設(shè)計(jì) 5. 連桿機(jī)構(gòu)尺寸計(jì)算 5.1 設(shè)計(jì)要求 5.2 設(shè)計(jì)過程 6. 凸輪機(jī)構(gòu)尺寸計(jì)算 6.1 基圓半徑的確定 6.2 滾子半徑的確定 7.心得體會(huì) 附錄： 附錄一： 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 附錄二： 上沖頭機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖 附錄三： 下沖頭凸輪輪廓圖 1. 設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)自動(dòng)壓片成形機(jī)，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(jī)器的整個(gè)工作過程（送料、壓形、脫離）均自動(dòng)完成。該機(jī)器可以壓制陶瓷圓形片坯、藥劑（片）等。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)見下表。方案號(hào)電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速/（r/min)生產(chǎn)率/(片/min)成品尺寸（d）/(mm,mm)沖頭壓力/N機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)/m沖/kgm桿/kgA145010100601500000.10125B9701560351000000.08104C9702040201000000.05931.1設(shè)計(jì)條件如圖1.1所示，壓片成形機(jī)的工藝動(dòng)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(yù)防上沖頭進(jìn)入型腔時(shí)粉料撲出（圖1.1b）。（3） 上、下沖頭同時(shí)加

3、壓（圖1.1c），并保持一段時(shí)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(jī)工藝動(dòng)作上沖頭、下沖頭、送料篩的設(shè)計(jì)要求是：（1） 上沖頭完成往復(fù)直移運(yùn)動(dòng)（鉛錘上下），下移至終點(diǎn)后有短時(shí)間的停歇，起保壓作用，保壓時(shí)間為0.4s左右。因沖頭上升后要留有料篩進(jìn)入的空間，故沖頭行程為90-100mm。因沖頭壓力較大，因而加壓機(jī)構(gòu)應(yīng)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(tái)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(fù)振動(dòng)篩料，然后向左退回。待批料成型并被推出型腔后，料篩在臺(tái)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(dòng)作關(guān)系見下表。上沖頭進(jìn)退送料篩退進(jìn)休進(jìn)遠(yuǎn)休下沖頭退進(jìn)休進(jìn)遠(yuǎn)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(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù) 0.10（4） 電機(jī)轉(zhuǎn)速 1450r/m2、 設(shè)計(jì)要求 （1）壓片成形機(jī)一般至少包括連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)在內(nèi)的三種機(jī)構(gòu)。 （2）畫出機(jī)器的運(yùn)動(dòng)方案簡圖與運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)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(gè)

5、動(dòng)作的配合，在時(shí)間和空間上不能出現(xiàn)干涉。3 （3）設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)、自行確定運(yùn)動(dòng)規(guī)律，選擇基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑，計(jì)算凸輪廓線。 （4）設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪機(jī)構(gòu)。 （5）對(duì)連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。并進(jìn)行連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析，繪出運(yùn)動(dòng)線圖。如果是采用連桿機(jī)構(gòu)作為下沖壓機(jī)構(gòu)，還應(yīng)進(jìn)行連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析，計(jì)算飛輪轉(zhuǎn)到慣量。 （6）編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。 （7）學(xué)生可進(jìn)一步完成完成機(jī)器的計(jì)算機(jī)演示驗(yàn)證、凸輪的數(shù)控加工等。 方案一評(píng)估：采用曲柄搖桿機(jī)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(shí)行程較短。它可通過改變各桿長度，從而方便的調(diào)整整個(gè)運(yùn)動(dòng)中的位移量和壓力角?？傻玫奖容^好的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，尺

6、寸和運(yùn)動(dòng)的幅度也不太大；又因?yàn)樗侨透睓C(jī)構(gòu)，宜用于低速、重載場合。3. 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖設(shè)計(jì)（詳見附錄一）4. 連桿機(jī)構(gòu)尺寸計(jì)算（詳見附錄二）5.1設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)時(shí)，為了“增力”，曲柄的回轉(zhuǎn)中心可在過搖桿活動(dòng)鉸鏈、垂直于搖桿鉛垂位置的直線上適當(dāng)選取，以改善機(jī)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(gè)極限位置（2位置和另一個(gè)極限位置），設(shè)定與之對(duì)應(yīng)的曲柄三個(gè)位置，其中兩個(gè)對(duì)應(yīng)于搖桿的兩個(gè)極限位置，曲柄應(yīng)在與連桿共線的位置，曲柄另一個(gè)位置可根據(jù)保壓時(shí)間來設(shè)定，因此可根據(jù)兩連架桿的三組對(duì)

7、應(yīng)位置來設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)完成后，應(yīng)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(gè)極限位置時(shí)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(shí)，注意曲柄對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角是否滿足保壓時(shí)間要求。曲柄回轉(zhuǎn)中心距搖桿鉛垂位置越遠(yuǎn)，機(jī)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(jī)構(gòu)尺寸越大。75.2設(shè)計(jì)過程 上沖頭機(jī)構(gòu)采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的形式，但因?yàn)樯蠜_頭是主壓機(jī)構(gòu)，所以還必須采用增力機(jī)構(gòu)。（1）由于壓片成形機(jī)的工作壓力較大，行程較短，一般采用肘桿式增力沖壓機(jī)構(gòu)作為主體機(jī)構(gòu)。它是由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串接而成。先設(shè)計(jì)搖桿滑塊機(jī)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(jī)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(dòng)機(jī)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(gè)極限位置。左偏2，有可以推出另一個(gè)極限位置。即確定C1、C2和E1、E2的位置。（3） 為求機(jī)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(duì)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(gè)機(jī)構(gòu)的保壓時(shí)間為0.4s，此時(shí)原動(dòng)件位置DCE變化到位置DC1E1，再回到原來位置。保壓時(shí)間約為0.4s，此時(shí)原動(dòng)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(shè)計(jì)要求。從AB3到AB1轉(zhuǎn)過的角度B3AB1=175，為上沖頭保壓之前，原動(dòng)件AB轉(zhuǎn)過的角度。（6）完成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。 6.凸輪機(jī)構(gòu)尺寸計(jì)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(yùn)動(dòng)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(dāng)e=0時(shí)，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(shí)際加工工藝，凸輪不宜過小，故本次設(shè)計(jì)中取rb=22mm為了減小推程壓力角，應(yīng)將從動(dòng)件導(dǎo)路向推程相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度瞬心的同側(cè)偏置。但必須注意，用導(dǎo)路

11、偏置法雖然可減小推程壓力角，但同時(shí)增大回程壓力角，所以偏距e不宜過大。本設(shè)計(jì)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(duì)照運(yùn)動(dòng)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(gè)尖點(diǎn)，這些尖點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致從動(dòng)件有一定的沖擊，從而導(dǎo)致下沖頭運(yùn)動(dòng)失真。因此要用圓弧經(jīng)行過渡。滾子半徑rT0.8min，此時(shí)實(shí)際輪廓為平坦的曲線。若rT=min，在凸輪實(shí)際輪廓上會(huì)出現(xiàn)尖點(diǎn)，尖點(diǎn)會(huì)改變?cè)ǖ倪\(yùn)動(dòng)規(guī)律。若rTmin，實(shí)際輪廓曲線產(chǎn)生交點(diǎn)，交點(diǎn)以上的輪廓曲線在實(shí)際加工時(shí)會(huì)被切去，使這一運(yùn)動(dòng)規(guī)律無法實(shí)現(xiàn)。綜上原理，設(shè)計(jì)

12、滾子直徑為4m在原有凸輪理論輪廓上畫滾子運(yùn)動(dòng)軌跡。滾子經(jīng)過的最里面的曲線即為凸輪實(shí)際輪廓。（詳見附錄三）7.心得體會(huì) 這次的機(jī)械設(shè)計(jì)，就我的想法而言，具有一點(diǎn)的難度。但同時(shí)，這次的設(shè)計(jì)具有很大的發(fā)揮空間，每個(gè)人的設(shè)計(jì)都是不一樣的。每個(gè)人都有自己的特點(diǎn)，特色。這樣的一個(gè)機(jī)會(huì)，是發(fā)展我們思維，開拓我們大腦的好時(shí)機(jī)。這次設(shè)計(jì)就凸輪而言，有無限的可能。每個(gè)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(gè)人是一摸一樣的。我們通過這次的機(jī)械設(shè)計(jì)，不僅僅要對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)有新的認(rèn)識(shí)，對(duì)機(jī)械原理課上老師教的，書本上寫的那些知識(shí)也是一次考驗(yàn)。只有擁有一定的理論能力才能在實(shí)際操作中發(fā)揮才能。學(xué)以致用！ 附錄一 附錄二 附錄三