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機械原理課程設計說明書 機械原理課程設計 說明書 設計題目：壓片成形機 學院：汽車與交通學院 班級：車輛102 姓名：xxx 學號： 指導老師：韋丹柯 目錄 1.設計題目 …………………………… 1 2.工作原理及工藝動作過程 ………… 3 3.設計原始數(shù)據及設計要求 ………… 4 4.功能分解及機構選用………………… 5 5.重要機構方案評估及數(shù)據 …………………10 6.總設計方案圖及各執(zhí)行機構的尺寸計算……13 7.心得體會……………………………… 15 8.參考書目………………………………15 1.設計題目：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。 2. 工作原理及工藝動作過程 1. 干粉料均勻篩入圓筒形型腔。 2. 下沖頭下沉3mm，預防上沖頭進入型腔是粉料撲出。 3. 上、下沖頭同時加壓，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。 下沖頭 上沖頭 片坯 下沖頭 5. 料篩推出片坯。 其工藝動作的分解如圖1、2、3、4 料篩 型腔 下沖頭 粉料 21 3 5 下沖頭 上沖頭 8 3 .設計原始數(shù)據及設計要求 1、.壓片成形機設計數(shù)據 電動機轉速/（r/min）：1450； 生產率/(片/min)：10； 沖頭壓力/N：150 000； 機器運轉不均勻系數(shù)/δ：0.10； 2、上沖頭、下沖頭、送料篩的設計要求： 1).上沖頭完成往復直移運動（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（如圖 1.2a ）。 （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 ，到待料位置（如圖 1.2b ）。 （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 85~90mm ，推卸片坯(如圖1.2c) φ φ φ 圖1.2 4．功能分解及機構選用 該干粉壓片機通過一定的機械能把原料（干粉）壓制成成品，其功能分解如下圖 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：為間歇直線運動 , 這一動作可以通過凸輪完成 (2) 篩料：要求篩子往復震動，這一動作可以通過凸輪完成 (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，這一動作可以通過凸輪完成。 五．重要機構方案評估及數(shù)據 （1）上沖頭機構方案選用： 方案一： 方案一為一凸輪機構，能很好的實現(xiàn)所需要的運動變化，機構由一個凸輪為原動件帶動從動件做上下移動，應用范圍較廣可調性高運轉精度大，可完成工作需要。自由度：S=3n-2PL-PH=3*2-2*2-1=1 由于上沖頭總行程為100cm，使用凸輪機構會使凸輪的曲率半徑變大，滾子與凸輪的壓力角變大，容易磨損構件，基圓大小很難確定，設計難度高，也不容易生產加工，沖頭下壓力不足，導致產品不合格，所以方案一雖可行但不適用于上沖頭的設計使用，暫不選。 方案二： 方案二為一曲柄搖桿機構，由曲柄為主動件帶動搖桿搖動以及滑塊上下運動，應用范圍廣可調性高運轉精度較高計算自由度： S=3n-2PL-PH=3*3-2*4=1 可實現(xiàn)運動需要。具有很好的傳動性，結構簡單，經濟性好，工業(yè)制造較為簡單，維修跟換方便，可大批量制造生產，暫為最佳選擇。 綜上所述，在兩個方案中，方案二為最佳方案。 設定方案二中的各桿長度 設定搖桿長度 選取λ=1.5 代入公式 ： r≤ 得r≤657㎜ ∴選取r=500㎜; ∴L =r×λ=500×1.5=750㎜;即A=500mm，B=750mm 由下圖計算可知滑塊行程h=1250-1153.7933≈96mm，此時A桿轉過28°，即A桿右極限轉角為28°，滿足擺角小于60°的要求。 又因設計要求中上下沖頭需要有保壓時間為0.4s，推算桿A左極限位置到垂直位置角度為2°。計算形成速比系數(shù)K=180+62/180-62=2.05 具有急回特性。 通過圖解法可以求出曲柄搖桿機構中曲柄與連桿的長度，如下圖： 如圖所示，AB為搖桿，BC為連桿，ED為曲柄； 因為COS28=AB/AF+FE Tan28°=(BC+CE)/AB BC=EF+EC AB=AF=500mm ∴BC=146.2㎜ ED=79.9㎜ AE=566.3mm 檢驗曲柄存在條件 ED=79.9mm，BC=146.2mm, AF=500mm, AE(機架)=566.3mm 滿足桿長之和定理，即AD+AB≤CD+BC,確保了曲柄的存在。 綜上所述 上沖頭肘桿機構的尺寸設計如下： 曲柄 79.9㎜ 曲柄連桿 146.2㎜ 搖桿 500㎜ 滑塊連桿D 750 ㎜ （2）下沖頭機構設計方案 用凸輪驅動下沖頭 設計凸輪參數(shù)： 基圓半徑r。=40mm, 偏距e=0 ,滾子半徑r=10mm ，推桿行程h=21mm 最大壓力角為28.7891°，小于許用壓力角30°。 滿足要求的其運動規(guī)律為： 序號 凸輪轉動角度 推桿運動規(guī)律 1 0～100° 靜止不動 2 100°～120° 下沉3mm 3 120°～130° 近休止 4 130°～160° 上升8mm 5 160°～190° 保壓0.4s后靜止0.1s 6 190°～250° 上升16mm 7 250°～300° 遠休止 8 300°～360° 下降21mm （3）送料機構的設計方案 用凸輪驅動直桿使料篩進行送料和推片的運動 凸輪設計參數(shù)： 基圓半徑r。=110mm, 偏距e=0 ,滾子半徑r=10mm ，推桿行程h=90mm 最大壓力角為28.6372°，小于許用壓力角30°。 序號 凸輪轉動角度 推桿運動規(guī)律 1 0～30° 停在最大行程進行送料 2 30°～110° 退回到近休止處 3 110°～260° 近休止 4 260°～360° 推片 6、總設計方案圖及各執(zhí)行機構的尺寸計算 不選用該方案的原因：1、用到蝸輪蝸桿機構，齒輪配置不方便。 2、上沖頭不易實現(xiàn)保壓作用。3、送料機構僅用曲柄滑塊機構，難以實現(xiàn)送料機構的運動規(guī)律。4、方案中的三個重要機構的轉速難以實現(xiàn)同速轉動，從而不方便配置三者的運動規(guī)律來實現(xiàn)產品的生產。 下圖為方案二，即最終選用方案： 執(zhí)行機構的尺寸計算 根據選定的驅動電機的轉速 n=1250r/min 和生產率為 10件/min，它的機械傳動系統(tǒng)的總速比為： I=1250/10=145 為方便配合各個機構的運動規(guī)律，總方案中的除皮帶輪6以外的其他皮帶輪的轉速均設定為10r/min，其中皮帶輪6的轉速為30.2 r/min. 行星輪系的齒輪設計如下： 各齒輪壓力角和模數(shù)均取標準值：α=20 m=1 h*a=1 Z1=20 Z2=100 Z3=220 Z4=20 Z5=80 在行星輪系中：i1H=1- iH13=1+z3/z1=12 即 i1H= n1/nH=12 計算齒輪1和2的重合度： r1=mz1/2=1×20/2=10 mm r2=mz2/2=1×100/2=50 mm rb1=r1 cosα=9.4 0mm rb2=r2 cosα=46.98 mm ra1=r1+m h*a=1=10+1×1=11 mm ra2=r2+m h*a=1=50+1×1=51 mm αa1=arccos（rb1/ra1）=31.3o αa2=arccos（rb2/ra2）=22.9o εα=[z1(tanαa1-tanα)+z2(tanαa2-tanα)]/(2π)=1.73>1 即滿足齒輪連續(xù)傳動的條件。 因齒輪1和2的重合度能滿足要求，其他齒輪之間的重合度也滿足齒輪連續(xù)傳動的條件。 錐齒輪中：i45= n4/ n5= z5/z4=4 所以，i15= i1H* i45=48 皮帶輪6、7中， n6/ n7=R7/R6 其中R7= 60.2mm R6 =20mm 又因為n6= n5 nH= n4 n=n5=1250 r/min 綜上可以剛好使皮帶輪7的轉速為10r/min 七．心得體會 馬上就要課程設計答辯了，回想這3周的設計過程，我感到很累很累，但通過這次的課程設計，我學到了很多很多東西，大大提升了我的設計能力，給以后的畢業(yè)設計和工作積累了很多寶貴的經驗。在設計的過程中有許多我們平時都不太重視的東西，也遇到了有很多的難題，但我們并不退縮。每個人都是互相詢問和幫助，這給了我很大的動力，有的不懂我們就會再一起討論問題，經過無數(shù)次的討論，得出了很多很好的設計方案，這還培養(yǎng)了我們的團隊合作精神。設計的過程中，為了讓自己的設計更加完善，更加符合工程標準，我們查閱了很多次設計書和指導書，也上網查了很多資料，這是我感觸相當深的。 這次的課程設計讓我學到了很多以前在書本沒有學到的東西，知識有了較大的提升，特別是對干粉壓片機的結構原理與設計分析更加清楚深刻。這次的課程設計用到的圖，基本上是我們是用CAD畫的，這樣我更熟練地掌握了CAD畫圖的基本技能，為以后的工作儲備了應有的能力。在這次課程設計中，充分利用了所學的機械原理知識，根據設計要求和設計分析，選用組合成機械系統(tǒng)運動方案，從而設計出結構簡單，制造方便，性能優(yōu)良，工作可靠的機械系統(tǒng)。 這次課程設計讓我充分體會到設計需要大膽創(chuàng)新這一層面。創(chuàng)新也是一個國家、一個社會、一個企業(yè)必不可少的，設計中的創(chuàng)新需要高度和豐富的創(chuàng)造性思維，沒有創(chuàng)造性的構思，就沒有產品的創(chuàng)新，產品也就不具有市場競爭性。在設計過程中，雖然我們的創(chuàng)新思路還不夠好，但這也鍛煉了我們的能力，更指明了我們努力的方向。 由于水平有限，我們的設計方案難免會有錯誤，還望老師批評指正。希望答辯時，老師多提些問題，由此我可用更好地了解到自己的不足，以便課后加以彌補。 8．參考書目 《機械原理》華中科技大學出版社 《機械原理課程設計指導書》高等教育出版社 - 18 -