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湘潭大學興湘學院 畢業(yè)設計說明書 題 目： 干粉壓片機的設計 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 學 號： 2010963003 姓 名： 陳明慧 指導教師： 趙又紅 完成日期： 2014年5月27日 湘潭大學興湘學院 畢業(yè)論文（設計）任務書 論文（設計）題目： 干粉壓片機的設計 學號： 2010963003 姓名： 陳明慧 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 指導教師： 趙又紅 系主任： 劉柏希 一、主要內(nèi)容及基本要求 （1）將干粉壓制成直徑為30mm、厚度為5mm的圓形片坯。 （2）每分鐘生產(chǎn)25片；沖頭壓力150kN；機器運轉的不均勻系數(shù)小于10%；上沖頭總位移90～100mm。 （3）回程的平均速度為工作行程速度的1.2倍(行程速比系數(shù)K=1.2)。 （4）要求保壓一定時間，保壓時間約占整個循環(huán)時間的1/10。 （5）分析干粉壓片機工作原理和技術要求及構思方案（含方案比較）。 （6）完成干粉壓片機傳動系統(tǒng)的設計、機構設計和結構設計。主要零部件的受力分析和強度計算。繪制所設計方案的機構運動簡圖；繪制干粉壓片機的裝配圖及主要的零件圖。要求圖紙工作量2.5張A0圖紙以上（AutoCAD繪圖）。 （7）設計說明書一份，電子文檔一份。 （8）英文文獻翻譯（含原文）。要求：原文5000個單詞以上，中文翻譯要求通順。 二、重點研究的問題 （1）干粉壓片機總體方案設計（含加壓機構、送料機構等）。 （2）干粉壓片機傳動系統(tǒng)的設計。 （3）主執(zhí)行機構設計（機構選型）及其結構設計。 三、進度安排 各階段完成的內(nèi)容 起止時間 1 收集資料、查詢相關文獻 2014年1月18日～2月22日 2 掌握干粉壓片機工作原理和技術要求，進行方案構思與設計 2014年2月23日～ 3月8日 3 完成傳動系統(tǒng)及機構設計和主要零件設計計算 2014年3月9日～ 3月31日 4 繪制裝配圖和零件圖草圖 2014年4月1日～5月2日 5 完成裝配圖和零件圖的設計 2014年5月3日～5月15日 6 撰寫畢業(yè)設計說明書及英文文獻翻譯 2014年5月16日～ 5月26日 7 交畢業(yè)設計說明書，準備答辯 2014年5月 27 日～ 5月28日 四、應收集的資料及主要參考文獻 主要的收集資料有：機械設計手冊、干粉壓片機相關文獻 [1]朱保利，吳暉等編.機械原理課程設計指導書.南昌航空工業(yè)學院出版，2004 . [2]孟憲源，姜琪主編.機構構型與應用.機械工業(yè)出版社，2004 . [3]侯珍秀主編.機械系統(tǒng)設計.哈爾濱工業(yè)大學出版社，2000 . [4]黃繼昌、徐巧魚等編.實用機械機構圖冊.人民郵電出版社，1996. [5] 張維凱，王曙光. AutoCAD2007中文版標準教程．北京:清華大學出版社，2007. [6] 濮良貴，紀名剛.機械設計（第八版）.北京：高等教育出版社，2007. [7] 孫恒,陳作模.機械原理(第七版)。北京：高等教育出版社，2006. [8] 成大先主編.機械設計手冊.北京：化學工業(yè)出版社，2004. 湘潭大學興湘學院 畢業(yè)論文（設計）評閱表 學號 2010963003 姓名 陳明慧 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計）題目： 干粉壓片機的設計 評價項目 評 價 內(nèi) 容 選題 1.是否符合培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓練的目的； 2.難度、份量是否適當； 3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結合。 能力 1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力； 2.是否有綜合運用知識的能力； 3.是否具備研究方案的設計能力、研究方法和手段的運用能力； 4.是否具備一定的外文與計算機應用能力； 5.工科是否有經(jīng)濟分析能力。 論文 （設計）質量 1.立論是否正確，論述是否充分，結構是否嚴謹合理；實驗是否正確，設計、計算、分析處理是否科學；技術用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范； 2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何； 3.有無理論價值或實際應用價值，有無創(chuàng)新之處。 綜 合 評 價 該同學選題符合培養(yǎng)目標，體現(xiàn)了學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，難度適中。該同學具有一定的查閱文獻能力和研究方案的設計能力，且能綜合運用知識和翻譯外文。設計說明書中文字通順，有觀點提煉，文中的設計、計算、分析處理科學，技術用語較為準確，符號統(tǒng)一，圖表圖紙完備，引文規(guī)范。設計內(nèi)容具有一定的應用價值。 評閱人： 2014年5月 日 湘潭大學興湘學院 畢業(yè)論文（設計）鑒定意見 學號： 2010963003 姓名： 陳明慧 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計說明書） 42 頁 圖 表 9 張 論文（設計）題目： 干粉壓片機的設計 內(nèi)容提要：本次課題設計的干粉壓片機主要是將干粉壓制成直徑為30mm，厚度為5mm 的圓形片坯。壓片機每分鐘生產(chǎn)25片；沖頭壓力為150kN；機器運轉的不均勻系數(shù)小 于10%；上沖頭的總位移為90~100mm且回轉的平均速度為工作行程速度的1.2倍。 還要求保壓一定時間，保壓時間約占整個循環(huán)時間的1/10。根據(jù)之前干粉壓片機的設 計經(jīng)驗進行了總結和回顧，提出了下沖頭、上沖頭、送料、篩料、推片等一系列工藝 動作過程需要的機構可選類別，在保證達到設計的工藝動作的基礎上兼顧經(jīng)濟性，環(huán) 保性等特點進行了機構的設計，為了讓電機輸出足夠的扭矩，設計了一級圓柱齒輪與 二級圓柱齒輪傳動減速箱。這樣設計的干粉壓片機可以應用于藥片等的壓制有廣大的 應用前景。機械的整個工作過程通過減速機構的減速以及執(zhí)行機構的相互配合自動完 成。研究的重難點在于需要將各個減速機構的設計以及傳動過程中執(zhí)行機構的凸輪設 計研究以及各個機構之間相互配合關系設計。 指導教師評語 該同學所完成的干粉壓片機的設計合理。畢業(yè)設計說明書的論述合理，設計計算方法正確，格式符合要求。所繪制的裝配圖與零件圖錯誤較少，基本達到工程圖的要求。該同學具備了一定的專業(yè)理論的綜合運用能力，正確制定設計方案和解決問題的能力，工程能力，設計能力，計算機制圖，及外語能力，具備了工程師的基本素質。整個畢業(yè)設計工作體現(xiàn)了學科教學計劃的基本要求，所完成的工作達到了本科畢業(yè)設計要求，推薦成績?yōu)椤爸小?，可參與答辯。 指導教師： 2014年5 月 日 答辯簡要情況及評語 答辯小組組長： 2014年5 月 日 答辯委員會意見 答辯委員會主任： 2014年5 月 日 目錄 摘要 1 第一章 緒論 2 1.1干粉壓片機概述 2 1.2國內(nèi)外基本研究情況 2 1.3設計思路與方法 3 1.3.1研究步驟 3 1.3.3研究方法與措施 3 第二章 干粉壓片機設計要求 4 2.1 干粉壓片機數(shù)據(jù)要求 4 2.2 干粉壓片機的研究方法與成果 4 第三章 工藝過程分析 5 3.1工藝動作分解 5 3.2 運動分析 5 3.3 功能分解 7 第四章 方案的提出與比較 8 4.1各功能單元的解 8 4.2 方案分析與初步篩選 8 4.3 方案的對比與評價 9 第五章 減速系統(tǒng)的設計 14 5.1電動機的選擇 14 5.1.1電動機類型 14 5.1.2執(zhí)行機構所需功率 14 5.1.3電動機功率 14 5.2傳動比的確定，各軸功率以及帶傳動設計 15 5.2.1傳動比的確定 15 5.2.2計算各軸的轉速個功率 15 5.2.3設計V型帶輪的結構和尺寸和校對 16 5.3齒輪設計和校對 18 附：減速箱三視圖 23 第六章 上沖頭機構三維設計 24 6.1 齒輪箱的結構和尺寸確定 24 6.1.1齒輪箱的作用和工作原理 24 6.1.2兩齒輪的尺寸確定 24 6.2 六桿機構的三維設計 24 6.2.1軟件介紹說明 24 6.2.2四桿機構三維設計 25 6.2.3搖桿長度 28 6.2.4通過圖解法求出六桿機構中的曲柄和連桿長度 28 6.2.5檢驗曲柄存在的條件 28 6.2.6三維仿真設計 29 第七章 上沖頭機構設計 32 7.1 凸輪部分設計 32 7.1.1凸輪基圓的確定 32 7.1.2滾子圓形運動輪廓的確定 32 7.1.3滾子半徑的確定 32 7.1.4凸輪實際輪廓確定 33 7.2 曲柄滑塊三維建模設計 33 7.2.1機構運動軌跡 33 7.2.2零件建模與仿真設計 33 第八章 下沖頭機構三維設計 37 8.1 下沖頭凸輪機構設計 37 8.2 機構零件建模與仿真設計 38 第九章 總結 42 參考文獻 43 致謝 44 外文原文及翻譯………………………………………………………... 45 7 干粉壓片機的設計 摘要 本次干粉壓片機的設計首先對該機的定義進行了明確，而且對國內(nèi)外干粉壓片機的研究歷程進行了回顧同時對研究現(xiàn)狀進行了分析比較；根據(jù)之前干粉壓片機的設計經(jīng)驗進行了總結和回顧，提出了下沖頭、上沖頭、送料、篩料、推片等一系列工藝動作過程需要的機構可選類別，在保證達到設計的工藝動作的基礎上兼顧經(jīng)濟性，環(huán)保性等特點進行了機構的設計，為了讓電機輸出足夠的扭矩，設計了一級圓柱齒輪與二級圓柱齒輪傳動減速箱。在設計過程中使用了常規(guī)的CAD繪制圖紙，同時為了讓各個機構的運動更加簡單直觀，通過三維軟件Soldiworks進行設計機構的仿真運動。 關鍵詞：干粉壓片機；減速器；沖頭 The design of powder tablet machine Abstract The powder tablet press machine is designed first of a clear definition, and the course of the study in powder tablet press at home and abroad were reviewed research status simultaneously analyzed and compared. According to dry before tableting machine design experience summary and review of proposed lower punch, upper punch, a series of process action feeding, screening materials, films and other processes needed to push agencies optional categpory, taking into account the economic action in the design process to ensure that reached on the basis of environmental protection and other characteristics of the design agency, in order to allow sufficient torque output of the motor is designed with two primary spur gear cylindrical gear reducer. In the design process, using a conventional CAD drawings, while the various agencies in order to allow more movement simple and intuitive, motion simulation of three-dimensional software design agency Solidworks. Keyword: the powder tablet press machine, reducer, formed punch 第一章 緒論 1.1干粉壓片概述： 干粉壓片機的基本原理是是指傳動系統(tǒng)帶動執(zhí)行機構對粉末物質采取上下進行加壓形成片狀結構。干粉壓片機可以分為單片式壓片機，旋轉式壓片機，亞高速旋轉式壓片機、全自動高速壓片機以及旋轉式包芯壓片機等種類。 干粉壓片機裝配精度高，材質優(yōu)良耐磨損，穩(wěn)定可靠，干粉壓片機的應用從有制藥廠、電子元件廠，陶瓷廠，化工原料廠等，也可改進行異形沖模壓片的制作。國民經(jīng)濟各個部門迫切需要各種各樣性能好、能耗低、質優(yōu)價廉、的機械產(chǎn)品，例如在蚊香廠、魚藥飼料廠、消毒劑廠、催化劑廠等都需要這類設備進行輔助加工，應運而生的小型干粉壓片機受這些中小企業(yè)的青睞。面對目前國內(nèi)壓片機的現(xiàn)狀：壓片機規(guī)格眾多、數(shù)量大；操作簡單；技術含量較低，技術創(chuàng)新后力不足的壓片機的設備現(xiàn)狀：我國明確了高速高產(chǎn)、密閉性、模塊化、自動化、規(guī)?；跋冗M的檢測技術是國外壓片機技術最主要的發(fā)展方向。 1.2國內(nèi)外基本研究現(xiàn)狀： 壓片機國內(nèi)1949年，上海市的天祥華記鐵工廠仿造成英國式33沖壓片機；1951年，根據(jù)美國16沖壓片機改制成國產(chǎn)18沖壓片機；1957年，ZP25-4型壓片機；1960年，自行設計制造成功60-30型壓片機以及ZP33型、ZP19型壓片機。在“七五”期間，航空航天部206所HZP26高速壓片機研制成功。1980年，上海第一制藥機械廠設計制造了ZP-21W型壓片機受到好評。1987年微機控制技術應用后設計制造了P3100-37型旋轉式壓片機，具有自動控制片劑重量、壓力、自動數(shù)片、自動剔除廢片等功能，結構優(yōu)勢明顯。1997，年上海天祥健臺制藥機械有限公司研發(fā)了ZP100系列旋轉式壓片機、GZPK100系列高速旋轉式壓片機。進入21世紀，ZP系列旋轉式壓片機相繼出現(xiàn)：比較優(yōu)秀的有上海的ZP35A、山東聊城的ZP35D等。經(jīng)過多年的發(fā)展高速旋轉式壓片機在產(chǎn)量、壓力信號采集、剔廢等技術上有了長足的發(fā)展，最高產(chǎn)量一般都大于300000片/小時，最大預壓力20kN，最大主壓力80kN或10080kN。譬如，目前還出現(xiàn)了一些特殊用途的壓片機。例如實驗室用ZP5旋轉式壓片機、用于干粉壓片的干粉旋轉式壓片機、用于火藥片劑的防爆型ZPYG51系列旋轉式壓片機等。壓片機的發(fā)展是不斷前進的，目前主流的發(fā)展方向是高速高產(chǎn)、密閉性、模塊化、自動化、規(guī)模化以及檢測技術應用模式。 1.3設計思路與方法 1.3.1研究步驟 首先分析了干粉壓片機的工作原理，總體方案由壓制機構和送料機構兩部分組成，通過對送料機構和壓制機構集中類別方法的構思和比較后確定了較為合理和優(yōu)秀的一種，方案確定后進行具體的傳動機構設計以及傳送系統(tǒng)的設計，最后對主要的傳動機構進行了三維造型通過Solidworks的motion功能的應用，模擬主要的運動機構的運動模式。通過嚴密的原理分析以及合理的三維模擬制作出基本的壓片機結構，該機用料經(jīng)濟有較好的結構強度，達到預期的功能要求，外觀設計美觀。 1.3.2研究方法與措施： 查閱相關資料，培養(yǎng)感性認識；具體了解分析各個機構的設計、工作原理，加以創(chuàng)新，繪制草圖，提出初步設計理念；與老師同學交流討論，解決難題，比較方案，重復修改；整理結果，編寫正式的設計說明書，繪制工程圖。 第二章 干粉壓片機設計要求 本次設計的干粉壓片機要求是將干粉狀物質通過壓片機完成送料、壓制、推料等一系列預定的工藝過程完成設計要求。這樣設計的干粉壓片機可以應用于藥片等的壓制有廣大的應用前景。機械的整個工作過程通過減速機構的減速以及執(zhí)行機構的相互配合自動完成。研究的重難點在于需要將各個減速機構的設計以及傳動過程中執(zhí)行機構的凸輪設計研究以及各個機構之間相互配合關系設計。 2.1 干粉壓片機設計數(shù)據(jù)要求： （1）將干粉壓制成直徑為30mm、厚度為5mm的圓形片坯。 （2）每分鐘生產(chǎn)25片；沖頭壓力150kN；機器運轉的不均勻系數(shù)小于10%；上沖頭總位移90～100mm。 （3）回程的平均速度為工作行程速度的1.2倍(行程速比系數(shù)K=1.2)。 （4）要求保壓一定時間，保壓時間約占整個循環(huán)時間的1/10。 2.2 設計過程與成果： （1）分析干粉壓片機工作原理和技術要求及構思方案（含方案比較）。 （2）完成干粉壓片機傳動系統(tǒng)的設計、機構設計和結構設計。主要零部件的受力分析和強度計算。繪制所設計方案的機構運動簡圖；繪制干粉壓片機的裝配圖及主要的零件圖。要求圖紙工作量2.5張A0圖紙以上（AutoCAD繪圖）。 （3）設計說明書一份，電子文檔一份。 （4）英文文獻翻譯（含原文）。要求：原文5000個單詞以上，中文翻譯要求通順。 第三章 工藝過程分析 3.1工藝動作的分解： 干粉壓片機的功用是將不加粘結劑的干粉料壓制成f30′5圓型片坯其工藝動作分解流程如圖3-1： 圖3-1 工藝動作的分解流程 1．料篩在模具型腔上方往復振動，將干粉料篩入直徑為30的筒形型腔，然后向左退出。 2．下沖頭下沉y2，以防上沖頭進入型腔時把粉料撲出。 3．上沖頭進入型腔y2。 4．上、下沖頭同時加壓，各移動（y1-h）/2，將產(chǎn)生沖模壓力F，要求保壓1/10的運動周期，同一時間打開下料閥門，下一個循環(huán)待用的粉料進入補充篩料斗。 5．上沖頭退出到型腔外部，下沖頭隨后以稍慢速度向上運動，頂出壓好的片坯。 6．為防止干涉的發(fā)證，待上沖頭向上移動H后，料篩向右運動推走片坯，接著料篩往復振動，繼續(xù)下一個運動循環(huán)。 3.2 運動部件運動軌跡分析： 對流程圖動作要求進行研究后發(fā)現(xiàn)要實現(xiàn)我們預定額動作要求基本可以將動作進行分解，對每一部分進行分析判斷: 上沖頭基本運動為：下降-遠休-上升-近休； 上沖頭設計的設計主要需要進行兩方面考慮：一，本可以考慮使用曲柄滑塊機構進行運動的實現(xiàn)，但是運動過程中有中間停頓過程所以不進行該機構選用。二，考慮使用凸輪機構進行設計可以發(fā)現(xiàn)上沖頭要產(chǎn)生較大的壓力才能完成壓制過程，而凸輪機構產(chǎn)生的壓力比較小，不能完成設計要求。最后一確定用平面六桿機構作為上沖頭的執(zhí)行機構。壓力角在工作過程中不能過大，可通過改變兩個連桿的支點之間的距離以及桿的長度來調(diào)整，調(diào)整時要考慮到上沖頭在保壓時段的時間至少要占整周時間的1/10，即讓沖頭在離極限位置0.4mm范圍內(nèi)的主動桿要轉過至少36度。 下沖頭基本運動為：上升-中停-上升-遠休-下降-中停-下降-近休； 下沖頭的運動過程進行分析后可以發(fā)現(xiàn):首次上升的距離為（y1－h(huán)）/2,第二次上升的距離為(y1－h(huán))/2+y2+h，最后一次下降的距離為y2，由于該過程涉及到較多的設計要求并且考慮目前的行程已經(jīng)是可以確定的所以選用凸輪機構進行設計。凸輪機構的外形是設計的重難點，凸輪輪廓線設計過程中可以想象凸輪靜止不動，推桿相對于凸輪作反轉運動；同時又在其導軌內(nèi)作預期運動，推桿在完成該復合運動時所形成的頂尖軌跡就是凸輪廓線。這時基本的凸輪設計方法。 篩料斗的基本運動為：向右-震動-向左-停歇。 篩料斗的設計可以從他的運動工藝要求進行考慮：震動的實現(xiàn)是設計過程中首先要進行考慮的問題，一般情況下震動實現(xiàn)有如下幾種機構方法：1，通過用一段凸輪的彎曲起伏的外形來讓料篩進行震動。2，料篩運動到導槽處加入振蕩機構對料篩進行振動。方案對比后發(fā)現(xiàn)第二種較為復雜同時不容易完成，所以采用方法1較為合理。 從整個機械的角度來看，它是一種時序式組合機構系統(tǒng)，因此要擬定三個機構的運動循環(huán)圖。 以該主動件的轉角位橫坐標（0°～360°），機構執(zhí)行構件的位移為縱坐標做三個 機構的的直線式工作循環(huán)圖： 圖3-2 運動循環(huán)圖 篩料斗從壓片位置經(jīng)排出粉料后退回左邊補料位置停歇。下沖頭下沉。下沖頭下沉完畢，上沖頭可下移至型腔入口處。等上沖頭下平面略低于臺面時，下沖頭同時開始上升，上下沖頭同時對粉料兩面加壓。然后兩沖頭停歇保壓，保壓時間約為0.24s，即相當于主動件轉動36°左右。以后，上沖頭快速退回至起始位置，下沖頭稍慢地上升至上表面與臺面平齊，頂出成品片坯。下沖頭停歇待卸片坯時，篩料斗已經(jīng)到達型腔上方并將成品片坯推出至滑道上。最后，下沖頭下移，同時料篩小行程往復震動將粉料篩入型腔中，最終進入下一循環(huán)。 3.3功能分解： 該干粉壓片機通過一定的機械能將原料（粉狀物料）壓制成成品 圖3-3 總功能分解 設計該干粉壓片機，其總共能可分解成以下幾個工藝動作： （1）送料：本質為間歇直線往復運動，可通過凸輪完成； （2）篩料：要求篩料斗小行程往復運動； （3）從型腔推出片坯：通過下沖頭上升可完成； （4）送出成品：篩料斗從側面將成品片坯擠推入滑道； （5）上沖頭間歇往復直線運動，有急回等特性； （6）下沖頭間歇往復直線運動。 可作樹狀功能圖3-4： 圖3-4樹狀功能圖 第4章 方案提出與比較 4.1各功能單元的解： 執(zhí)行機構的形式設計是可以多種多樣的，為了不遺漏任何一種結構方案模式可以采用將單步的功能單元進行分解列出，然后每一步的功能單元的可能方案相互自由組合后即可得出最大化的方案集合。例如一個功能單元有m個解決原理，而每一種原理有n個，經(jīng)排列組合則該功能單元的解可以有mn個方案。如果把每個功能單元的解建立在一個直角坐標上，就產(chǎn)生一個獨立的“形態(tài)學矩陣”，根據(jù)矩陣的橫縱向組合方式即可得到最大化的功能數(shù)量集合。 4.2方案分析與初步篩選： 根據(jù)前面4.1進行分析的方法現(xiàn)列出所有功能單元的可能數(shù)量進行組合，如下表所示： 表4.1 各分部方案選擇矩陣 功能 元 功能元分解 1 2 3 4 一次減速a 帶傳動減速 蝸桿減速 齒輪減速 鏈傳動減速 二次減速b 帶傳動減速 鏈傳動減速 齒輪減速 蝸桿減速 上沖頭c 凸輪機構 曲柄導桿滑塊機構 偏置曲柄滑塊機構 六桿機構 送料機構d 移動凸輪機構 渦輪蝸桿機構 凸輪曲柄滑塊機構 偏置曲柄滑塊機構 下沖頭e 雙導桿間歇運動機構 移動凸輪機構 曲線槽導桿機構 雙凸輪聯(lián)動機構 從表中可以發(fā)現(xiàn)存在明顯不合理的機構組合方式可以進行首先刪除減小挑選范圍，同時結合實際生產(chǎn)中的機構組合評價進行篩選：運動要求；承載要求；運動精度要求工藝簡便；安全生產(chǎn)；動力源，同時考慮生產(chǎn)條件的限制條件，綜合以上各個因素后進行機構的擇優(yōu)選擇。 從表中左側欄一次減速、二次減速、上沖頭、送料機構、下沖頭的各個機構模式結合本次壓片機設計的實際工藝動作需要進行分析如下： 一次減速功能元：帶傳動結構簡單，傳動平穩(wěn)，緩沖吸震，適合壓片機的工作環(huán)境。價格低廉，安裝維修方便，噪聲小，可以優(yōu)先進行選擇；蝸桿傳動比大，傳動噪音小，但是裝配要求高，價格相對較貴，可備選；齒輪傳動效率高，結構緊湊，工作可靠且壽命長，傳動穩(wěn)定，但是安裝較為麻煩同時，成本過高，本次較大的傳動距離不適合該方案，故淘汰；鏈傳動噪音大，傳動相對沒有皮帶傳動平穩(wěn)，不適合壓片機的工況，故淘汰。 對于二次減速功能元：齒輪和蝸桿傳動穩(wěn)定，屬于定速比傳動同時精度較高可以較好滿足工況要求，可選用；帶傳動鏈傳動、不適宜該環(huán)境，故淘汰。 對于上沖頭功能元：根據(jù)前面的分析可知機構必須滿足往復直線運動，急回特性，同時由于滑塊需要油脂潤滑，污損嚴重且磨損較大，所以淘汰曲柄導桿滑塊機構；相比之下凸輪加工工藝性好，但是上沖頭行程較大，凸輪尺寸將較大，故備選；而備選的六桿機構結構簡單、輕盈，能滿足保壓要求，故優(yōu)先選擇。 對于送料功能元：選擇的是凸輪加曲柄滑塊組合機構，這樣避免了出現(xiàn)單獨使用時尺寸較大，非常笨重的缺點。 對于下沖頭功能元：下沖頭機構的運動特點是復雜，負載大，故淘汰曲線槽導桿機構；而雙導桿間歇運動機構根據(jù)以往的實際生產(chǎn)經(jīng)驗可知污染較大，不適合該壓片機構的實際生產(chǎn)故淘汰。相比之下雙凸輪聯(lián)動機構加工成本高，故備選；而單凸輪機構可優(yōu)先。 4.3方案比較與評價 機械運動方案的擬定和設計，可以根據(jù)4.2內(nèi)的分析，從備選方案和優(yōu)先選用方案以及可選方案中進行方案組合列出幾種備選方案如下，進行選擇。 方案一：如圖4—1所示 1 曲柄連桿機構 2、13 渦輪 3、12蝸桿 4、8、10皮帶輪 5 皮帶 6 齒輪 7 減速箱 9 電動機 11 圓柱凸輪 14 下沖頭 15 料篩 16 上沖頭 圖4—1 方案一運動簡圖 動作說明: 1. 壓片成形機經(jīng)皮帶輪1級減速，減速器2級減速后由齒輪帶動圓柱凸輪轉動，使料篩作往復運動。由兩皮帶輪分別帶動兩蝸輪蝸桿機構。 2. 兩渦輪蝸桿分別帶動曲柄連桿機構、凸輪機構運動。 3. 曲柄連桿機構與搖桿滑塊機構串聯(lián)構成肘桿機構，是上沖頭作往復運動，并實現(xiàn)加壓。凸輪機構帶動下沖頭，使其作往復運動。 方案二： 運動方案如圖4—2所示 圖4—2 方案二運動簡圖 1 電動機 2、3齒輪 4、5圓錐齒輪 6、17凸輪機構 7、19蝸桿 8、18蝸輪 9皮帶輪 10皮帶 11曲柄滑塊機構 12彈簧 13、振動篩 14、上沖頭 15、圓筒型腔 16、下沖頭 動作說明： 壓片機在電動機的帶動下，通過齒輪、圓錐齒輪、蝸輪蝸桿機構將動力傳到兩個 凸輪機構上。 兩凸輪又分別控制振動篩和凸輪機構，凸輪通過皮帶傳動帶動曲柄滑塊機構， 最終帶動上沖頭、振動篩、下沖頭運動起來，從而使整個機構工作起來。 方案三： 運動方案如圖4—3所示； 圖4—3 方案三運動簡圖 A:上沖頭 B：下沖頭 C：對心直動推桿盤形凸輪機構 D：凹槽凸輪 E：料篩 F：圓柱凸輪 G： 電動機 H：齒輪 I：圓錐齒輪 J：渦輪蝸桿 K：進料口 動作說明： 由電動機G輸出原動力傳給H齒輪，齒輪H通過三對錐齒輪分別傳動，通過錐齒輪的傳動F圓柱凸輪轉動帶動E料篩左移，原料通過K進料口送入料篩。對心直動推桿盤形凸輪機構轉動使下沖頭下移。通過圓柱凸輪推動料篩右移把原料送到壓料胚口原料進入壓料桶內(nèi)之后E料篩又左移裝料。通過傳動桿帶動渦輪蝸桿j帶動D凹槽凸輪機構使上沖頭向下壓同時下沖頭向上壓并保持一段時間。上沖頭上移回原位，下沖頭向上把壓好的成品推出壓料胚。料篩繼續(xù)送料同時通過料篩前鏟頭推到出料口，同時下沖頭下移料進壓料胚。通過以上運動完成壓料，此后繼續(xù)重復。 將列出的三種方案經(jīng)過分析和比較后擇優(yōu)進行選用，綜合考慮傳動的動作要求以及實際的工作工況，從節(jié)約成本和環(huán)保的要素進行考慮后發(fā)現(xiàn)方案一在三個方案中對比后，發(fā)現(xiàn)其可以實現(xiàn)干粉壓片及設計功能的情況下兼顧了成本因素，有效的做好了噪音低，傳動比可靠，環(huán)境污染小，工作平穩(wěn)等要素，所以選擇方案一作為本次設計方案。 表4.2 各方案比較 方 案 評 比 方案 評價 性能 方案一 方案二 方案三 工作性能 應用范圍較廣 可調(diào)性高 運轉精度大 應用范圍廣 可調(diào)性高 運轉精度一般 應用范圍廣 可調(diào)性一般 運轉精度一般 傳動性能 傳動性強 速度范圍大 噪聲小 傳動比大 承載能力一般 傳動平穩(wěn) 噪音小 經(jīng)濟性 經(jīng)濟性一般 結構簡單 經(jīng)濟性好 經(jīng)濟性一般 結構緊湊性 較好 一般 好 第五章 減速系統(tǒng)的設計： 5.1電動機的選擇： 5.1.1電動機類型： 按照工作要求和工作條件選用Y系列三相籠型異步電動機，全封閉自扇冷式結構，額定電壓380V。 5.1.2電動機功率： 選擇依據(jù)： 電動機所需工作功率： ——工作機的有效功率，單位（KW）。 ——從動機到工作輸送帶間的總效率。 故 其中：V帶傳動效率； 直齒輪傳動8級效率（油潤滑）； 滾子軸承效率（脂潤滑正常）； 彈性聯(lián)軸器； 5.1.3選擇電動機 由于該機械為制藥機械，主要針對工廠設計，故采用380V額定電壓，異步電機較直流電機實用方便，價格低廉，故采用三相電容啟動異步電動機作為動力源。電機型號YB2-160M2-8，其特性參見下表5.1： 表5.1 電機參數(shù) 型號 YB2-160M2-8 額定 功率kW 5.5 電流（380V）A 13.4 轉速r/min 750 效率% 負載 1.00 83 0.75 83.7 0.50 82.8 功率因數(shù) 補償 COSφ 負載 1.00 0.75 0.75 0.67 0.50 0.55 堵轉轉矩倍數(shù) 1.9 堵轉電流倍數(shù) 6 最大轉矩倍數(shù) 2.2 噪聲dB（A） 68 振動等級mm/s 2.8 轉動慣量kg.m2 0.61 尺寸mm 200*200*300 5.2傳動比的確定，各軸功率以及帶傳動設計 5.2.1傳動比的確定： 由設計要求可知，電動機的給定轉速，而生產(chǎn)率的給定值為25片/min，即執(zhí)行轉速。 故總傳動比大小可確定 根據(jù)《機械設計》（文獻[1]）中關于V型帶傳動比分配原則：由于V型帶傳動的傳動比不宜太大，一般≤7，故可分配=2.5，則。故可采用兩級減速箱。 取i帶=2.5（V 帶傳動比 i=2~4 合理） ∴i=i總/i帶=30/2.5=12 由課程設計圖 7-2，取高速級傳動比為 i = 4，那么 低速級傳動比 i2=i輪/i1=12/4=3，取i2=3. 實際總傳動比 i=2.5x4x3=30 傳動滾筒實際轉速 n'= nm/ i'=1440/30=48r / min 5.2.2計算各軸的轉速和功率 ①各軸的轉速： 電機輸出軸：1440 減速箱I軸：nⅡ=nⅠ/i帶=1440/2.5=576(r/min) 減速箱II軸：nⅢ=nⅡ/i齒=576/4=144(r/min) 減速箱III軸：nⅣ=nⅢ/i齒=144/3=48(r/min) ②各軸功率： 由《機械設計課程設計指導書》表9.2查得，帶傳動的效率；直齒輪傳動8級的效率；滾子軸承的效率，又，故： 計算各軸得輸入功率 PⅠ=4.34kW 軸Ⅰ（帶輪輸入軸）PⅡ=PⅠ×η帶=4.34×0.96=4.17KW 軸Ⅱ（減速器高速軸） PⅢ=PⅡ×η軸承×η齒輪=4.17×0.99×0.97=4.00KW 軸Ⅲ（減速器低速軸）PⅣ=PⅢ×η軸承×η齒輪=4.00×0.99×0.97=3.84KW 5.2.3設計V型帶輪的結構和尺寸和校對 ①確定計算功率： 其中——計算功率，kW； ——工作情況系數(shù)； ——所需傳遞的額定功率，kW； 根據(jù)《機械設計》（文獻[1]）表8-7，載荷變動較大，空、輕載啟動， 選取KA=1.1 則Pd = KAPx=1.1×4.34=4.774KW ②選擇V帶型，小帶輪轉速，。由《機械設計》（文獻[1]）圖8-11選擇A型V帶。取，因此，由《機械設計》（文獻[1]）表8.8進行圓整選擇。 ③驗證帶速度： 帶速V：V=πdd1n1/60×1000 =π×112×1440/60×1000 =8.39m/s 由于5m/s＜＜25m/s，故V帶合適。 ④確定中心距a和基準長度: 因為0. 7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2) 0. 7(112+280)≤a0≤2×(112+280) 所以有：274.3mm≤a0≤779mm 因此取確定中心距a≈a0+(Ld-Ld0)/2=500+(1600-1629.522)/2=485.239mm 由《機械設計》（文獻[1]）表8-2選取基帶長度 ⑤計算小帶輪上包角： α1=180°-(dd2-dd1)/a×57.3° =180°-(280-112)/485.239×57.3°=160.1615°>120°（適用） 因此符合設計驗證條件，故設計方案合理。 ⑥確定V型帶的根數(shù)Z： 計算單根V型帶的額定功率： 由且，根據(jù)《機械設計》（文獻[1]）表8-4b得。 根據(jù)和Z型帶查表8-4b得。 查《機械設計》（文獻[1]）表8-5得，查表8-2得， 故有 計算V型帶的根數(shù)Z： 故取4根 ⑦計算單根V型帶得初拉力的最小值： 由表8-3得Z型帶的單位長度， 所以： F0=156.41N 應使帶得實際初拉力。 ⑧帶輪的結構設計： 帶輪材料采用HT200，由于大帶輪的基準直徑故采用輪輻式；由于小帶輪的安裝直徑d=96，查的小帶輪為實心輪。 5.3齒輪設計和校對： ①第一對齒輪設計（類型、材料、精度、齒數(shù)） 選用直齒圓柱齒輪傳動； 由于干粉壓片機為一般工作機器，速度不高，所以采用8級精度（GB10095-88）； 查《機械設計》（文獻[1]）10-1表，選擇一級小齒輪材料為40Cr（調(diào)質），硬度為280HBS，二級大齒輪材料為45鋼（調(diào)質），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。選擇二級小齒輪材料為40Cr（調(diào)質），硬度為280HBS，三級大齒輪材料為45鋼（調(diào)質），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。 選擇一級小齒輪牙數(shù)，二級大齒輪齒數(shù)。選擇二級小齒輪牙數(shù)，二級大齒輪齒數(shù)。 ②按齒輪面接觸強度計算： 參考《機械設計》（文獻[1]）10-9a公式，即 確定公式內(nèi)各計算數(shù)值： 選擇載荷系數(shù)=1.3； 計算小齒輪傳遞的轉矩： 由《機械設計》表10-7可知，選擇齒寬系數(shù)φd=0.9 由《機械設計》表10-6查得材料的彈性影響系數(shù) 由《機械設計》圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度極限。 計算應力循環(huán)次數(shù) 由《機械設計》（文獻[1]）10-19圖，取解除疲勞壽命系數(shù) 計算接觸疲勞許用應力： 取失效概率為1%，安全系數(shù)s=1 ②計算： 試計算小齒輪分度圓直徑帶入中較小的值： 計算圓周速度： 計算齒寬b： 計算齒寬與齒高之比： 模數(shù) 齒高 所以齒寬與齒高之比 計算載荷系數(shù)： 根據(jù)一般情況選取8級精度，查《機械設計》（文獻[1]）圖10-8可得，動載系數(shù)=1.1 直齒輪； 由《機械設計》（文獻[1]）表10-2查得使系數(shù).50； 由《機械設計》（文獻[1]）表10-4用插值法查得8級精度、小齒輪相對稱位置時 由，查《機械設計》（文獻[1]）圖10-13得；故載荷系數(shù) 按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由《機械設計》（文獻[1]）10-10a得： 計算模數(shù)m ③按齒根彎曲疲勞強度計算： 由彎曲強度的設計計算公式： 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值： 由《機械設計》（文獻[1]）中圖10-20查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的的彎曲疲勞強度極限。 由《機械設計》（文獻[1]）圖10-18取彎曲壽命系數(shù)； 計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數(shù)，得 計算載荷系數(shù)： 查取齒形系數(shù)： 由《機械設計》（文獻[1]）表10-5查得 計算大、小齒輪并加以比較 大齒輪的數(shù)值大。 設計計算 對比計算結果，由曲面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲疲勞強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關，可取由彎曲強度算得的模數(shù)1.63并就近圓整為，按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑，，算出小齒輪的齒數(shù): ，大齒輪的齒數(shù): ，取。 ④幾何尺寸計算： 計算分度圓直徑： 計算中心距： 計算齒輪寬度： ?。积X輪1和2的幾何尺寸如下： ⑤驗算設計： 由設計過程知，故該設計滿足不發(fā)生根切的條件； 重合度驗算： 由 則 即該設計滿足重合度條件要求。 同理：二級減速齒輪1齒輪2尺寸如下： 圖5.1 減速箱三視圖 第六章 上沖頭機構設計 6.1齒輪箱的結構和尺寸確定 6.1.1齒輪箱的作用和工作原理： 齒輪箱是通過在不完全齒輪，根據(jù)運動時間和停歇時間的要求在從動輪上作出與主動輪相嚙合的輪齒。其余部分為鎖止圓弧。當兩輪齒進入嚙合時，與齒輪傳動一樣，無齒部分由鎖止圓弧定位使從動輪靜止，從而實現(xiàn)從動輪遠休的。 主動輪與從動輪傳動比i=0.9，然而主動輪有十分之一周期的位做齒，因此從動輪休止主動輪的十分之一個周期，故主動輪與從動輪的實際周期相同。 6.1.2兩齒輪的尺寸確定： 參照5.3，不難得出：齒輪箱的齒輪1齒輪2尺寸如下： 6.2六桿機構的三維設計： 6.2.1 Solidworks軟件介紹 ???Solidworks公司是專業(yè)從事三維機械設計、工程分析和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理軟件開發(fā)和營銷的跨國公司，其軟件產(chǎn)品Solidworks提供一系列的三維（3D）設計產(chǎn)品，幫助設計師減少設計時間，增加精確性，提高設計的創(chuàng)新性，并將產(chǎn)品更快推向市場。 Solidworks軟件組成： 1.2D到3D轉換工具 將2D工程圖拖到SolidWorks工程圖中的功能；支持包括外部參考的可重復使用2D幾何；視圖折疊工具，可以從DWG資料產(chǎn)生3D模型。 2.內(nèi)置零件分析 測試零件設計，分析設計的完整性。 3.機器設計工具 具有整套熔接結構設計和文件工具，以及完全關聯(lián)的鈑金功能。 4.模具設計工具 測試塑料射出制模零件的可制造性。 5.消費產(chǎn)品設計工具 保持設計中曲率的連續(xù)性，以及產(chǎn)品薄壁的內(nèi)凹零件，可加速消費性產(chǎn)品的設計。 6.對現(xiàn)成零組件的線上存取 讓3D CAD系統(tǒng)使用者透過市場上領先的線上目錄使用現(xiàn)在的零組件。 7.模型組態(tài)管理 在一個文件中產(chǎn)生零件或零組件模型的多個設計變化，簡化設計的重復使用。 8.零件模型建構 利用伸長、旋轉、薄件特征、進階薄殼、特征復制排列和鉆孔來產(chǎn)生設計。 9.曲面設計 使用有導引曲線的疊層拉伸和掃出產(chǎn)生復雜曲面、填空鉆孔，拖曳控制點以進行簡單的相切控制。直觀地修剪、延伸、圖化、縫織曲面、縮放和復制排列曲面。 6.2.2 六桿機構三維建模設計 為了更好的進行設計并能夠進行參數(shù)修改，更好完善設計所以各個運動機構的設計采用三維建模設計方案 1.頂座主要作用是固定上桿的上端點，建模設計如下 圖6-1 定座三維 2.曲柄輪此處的主要作用是轉動后利用側面凸輪曲點進行轉動驅動整個機構進行運動。尺寸如圖所示 圖6-2 曲柄輪 3.上連桿與頂部支座相互連接，同時下端與中部連桿與凸輪連桿兩點進行連接，尺寸如圖所示。其余例如中部桿和下部推桿結構與建模方法類似。 圖6-3 上連桿 4. 整個六桿機構建模完成后新建裝配總圖，對各個添加進入的零部件進行配合約束，以及尺寸進行約束定位，讓整個裝配體在軸向進行全部約束。在徑向轉動方向進行放松，為后續(xù)動畫仿真制作做準備。 圖6-4 約束與配合 圖6-5 四桿機構三維外形 6.2.3設定搖桿長度： 選取 代入公式： 解得r≤263mm 故選取r=260mm 所以L=r*=260*0.4=105mm 可知行程的計算公式為： 此時h=100mm 算的擺角為23°與測量出的圖中擺角大小相符。 因為題設要求擺角小于60°，故滿足要求。 6.2.4通過圖解法求出六桿機構中的曲柄與連桿的長度: 如圖所示， AB為曲柄，BC為連桿，DC為搖桿， DC’是搖桿在擺角最大時的位置； 依題意：因為AC=AB+BC AC’=BC-AB 所以AB=50mm BC=162mm 測量出BAB’=170°，為保壓角。 6.2.5檢驗曲柄存在的條件： CD=260mm，AB=50mm，BC=162mm，AD=335mm 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，上沖頭六桿機構的尺寸設計如下： 曲柄50mm 曲柄連桿162mm 搖桿260mm 沖頭連桿105mm 六桿機構三視圖6-6： 圖6-6六桿機構三視圖 6.2.6六桿機構的仿真設計 Solidworks的動畫制作有兩種：裝配體運動(動畫)及物理模擬(基本運動)。 圖6-7 四桿機構的仿真界面 一、裝配體運動(動畫)：裝配體零部件之間的相互運動，只跟零部件當前的狀態(tài)及位置有關，就是打開SolidWorks的裝配體才可以做動畫的。步驟如下： 首先點擊SolidWorks2012界面左最下面的Animator窗口(有時候會顯示“運動算例”或“動畫”)，Animator指的是“運動算例”或“動畫”。如想關閉運動算例窗口點擊模型；如欲放下, 點擊界面右下方的雙ν箭頭；如欲撤消, 右擊“運動算例”或“動畫”彈出的界面的生成新的運動算例項；如果出現(xiàn)“運動算例1”或“動畫1”或“運動算例2”或“動畫2”，可以把不要的給它刪除。點擊運動算例有或動畫或Animator，隨即出現(xiàn)制作動畫的操作界面，包括時間軸（時間滑桿）及模型樹（最左下區(qū)域）等。 首先設定動畫運動的總時間，并將運動的時間加以分配。例如在0秒到10秒之間想要哪個零部件從一個位置移動到另一個位置，以及零部件在此過程中的顯示狀態(tài)等。首先要按下“自動鍵碼”（這個很重要,因為它會在時間軸上自動放置一個鍵碼），馬達命令的添加如圖所示，為了方便觀看效果，這里初步設定轉速為20rpm。 圖6-8 馬達命令界面 點擊計算命令進行簡碼的重新計算，然后點擊播放按鈕進行播放，最后重新調(diào)整各個鍵碼的位置以及相互之間的運動聯(lián)系。 點擊保存按鈕選擇希望輸出的視頻格式以及視頻大小等選項后即可 圖6-9 視頻輸出 在暴風影音等主流視頻播放軟件中檢查輸出的視頻內(nèi)容是否正確 附有六桿仿真動畫視頻AVI格式 第七章 送料機構設計 7.1凸輪部分設計： 7.1.1凸輪基圓的確定： 由運動循環(huán)圖最大斜率40.1 為了使機構能順利工作，規(guī)定了壓力角的許用值[α]，在使α≤[α]的前提下，選取盡可能小的基圓半徑。根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，推薦推程時許用壓力角取以下數(shù)值： 移動從動件，[α]=30°~38° 擺動從動件，[α]=40°~45° 下沖頭凸輪機構為移動從動件α=40° 基圓半徑rb=30mm 7.1.2滾子圓心運動輪廓的確定： 將凸輪基圓以每份9°平均分割，根據(jù)篩料斗循環(huán)圖，確定每一段的升程與回程曲線。如圖所示7.1： 圖7.1 滾子圓形輪廓 7.1.3滾子半徑的確定： 在27°這兩點曲率半徑相對較小的地方畫盡量小的圓來確定其最小半徑r。＜0.8。所以，此處取滾子半徑為6 7.1.4凸輪實際輪廓確定： 以各滾子圓心做滾子輪廓 再以平滑曲線相切滾子，連接成為凸輪的實際輪廓 7.2 曲柄滑塊機構三維建模設計 7.2.1曲柄滑塊機構運動軌跡 曲柄滑塊機構的主要作用是將凸輪上的較小徑向位移放大并傳遞給料篩。如圖7.3所示： 圖7-2曲柄滑塊機構簡圖 當凸輪轉過一定角度B到達B’，曲桿轉過角BCB’，E向又平移至E’。 經(jīng)過詳細計算，解得BC=100mm，