機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)-壓片機(jī).doc
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機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書 壓片成型機(jī) 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2020年1月9日 目 錄 目 錄 1 一、 設(shè)計(jì)題目： 3 1. 壓片成型機(jī)介紹 3 2. 設(shè)計(jì)說明 3 3. 壓片成形機(jī)的工藝動(dòng)作 4 4. 上沖頭、下沖頭與送料篩的動(dòng)作關(guān)系 5 5. 壓片成型機(jī)的設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù) 5 6. 設(shè)計(jì)要求 6 7. 設(shè)計(jì)提示 7 二、 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 9 1． 上沖頭設(shè)計(jì) 9 2． 送料篩設(shè)計(jì) 10 3． 下沖頭設(shè)計(jì) 11 4． 機(jī)構(gòu)選擇 12 5． 運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì) 13 三、 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖設(shè)計(jì) 14 四、 設(shè)計(jì)步驟 15 1. 上沖頭搖桿滑塊機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)： 15 2. 下沖頭凸輪設(shè)計(jì) 16 3. 傳動(dòng)比設(shè)計(jì) 18 五、 課程設(shè)計(jì)小結(jié) 19 六、 參考書目 20 七、 附錄 20 第 23 頁 共 24 頁 1、 設(shè)計(jì)題目： 1. 壓片成型機(jī)介紹 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）定量送入壓形位置，經(jīng)圧制成形后脫離位置。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。 2. 設(shè)計(jì)說明 1) 壓片成形機(jī)一般至少包括連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(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(jiǎn)圖與運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。擬訂運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖時(shí)，執(zhí)行構(gòu)件的動(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)動(dòng)作的配合，在時(shí)間和空間上不能出現(xiàn)干涉。 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)算凸輪輪廓線。 4) 設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪機(jī)構(gòu)，確定傳動(dòng)比，選擇適當(dāng)?shù)拿?shù)。 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)該進(jìn)行連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析，計(jì)算飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 6) 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。 7) 學(xué)生可進(jìn)一步完成機(jī)器的計(jì)算機(jī)演示驗(yàn)證和凸輪的數(shù)控加工等。 3. 壓片成形機(jī)的工藝動(dòng)作 1 干粉料均勻篩入圓筒形型腔。 2 下沖頭下沉3mm，預(yù)防上沖頭進(jìn)入型腔是粉料撲出。 3 上、下沖頭同時(shí)加壓，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。 5 料篩推出片坯。 4. 上沖頭、下沖頭與送料篩的動(dòng)作關(guān)系 上沖頭 進(jìn) 退 送料篩 退 近休 進(jìn) 遠(yuǎn)休 下沖頭 退 近休 進(jìn) 遠(yuǎn)休 5. 壓片成型機(jī)的設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/（r/min） 970 生產(chǎn)率/（片/min） 15 成品尺寸（Φxb）/（mm x mm） 60x5 沖頭壓力/N 100 000 機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)δ 0.08 M沖/Kg 10 M桿/Kg 4 6. 設(shè)計(jì)要求 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（如下圖a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頭后，再下移21mm，到待料位置（如下圖b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45～50mm，推卸片坯（如下圖c所示） 7. 設(shè)計(jì)提示 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)包括：實(shí)現(xiàn)上沖頭運(yùn)動(dòng)的主加壓機(jī)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)下沖頭運(yùn)動(dòng)的輔助加壓機(jī)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)料篩運(yùn)動(dòng)的上下料機(jī)構(gòu)。各執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須能滿足工藝上的運(yùn)動(dòng)要求，可以有多種不同型式的機(jī)構(gòu)供選用。如連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等。 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)，為了保證，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(zhǎng)度： r≤ 式中:λ——搖桿滑塊機(jī)構(gòu)中連桿與搖桿長(zhǎng)度之比，一般取1～2。 根據(jù)上沖頭的行程長(zhǎng)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位置和另一極限位置），設(shè)定與之對(duì)應(yīng)的曲柄三個(gè)位置，其中對(duì)應(yīng)于搖桿的兩個(gè)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，則可根據(jù)兩連架桿的三組對(duì)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)搖桿兩極限位置時(shí)曲柄和連桿共線的條件，確定連桿和曲柄長(zhǎng)度，在檢查搖桿在鉛垂位置2時(shí)，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愈遠(yuǎn)，機(jī)構(gòu)行程速比系數(shù)愈小，沖頭在下極限位置附近的位移變化愈小，但機(jī)構(gòu)尺寸愈大。 輔助加壓機(jī)構(gòu)可采用凸輪機(jī)構(gòu)，推桿運(yùn)動(dòng)線圖可根據(jù)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖確定，要正確確定凸輪基圓半徑。為了便于傳動(dòng)，可將篩料機(jī)構(gòu)置于主體機(jī)構(gòu)曲柄同側(cè)。整個(gè)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)采用一個(gè)電動(dòng)機(jī)集中驅(qū)動(dòng)。要注意主體機(jī)構(gòu)曲柄和凸輪機(jī)構(gòu)起始位置間的相位關(guān)系，否則機(jī)器將不能正常工作。 可通過對(duì)主體機(jī)構(gòu)進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)分析以及沖頭相對(duì)于曲柄轉(zhuǎn)角的運(yùn)動(dòng)線圖，檢查保壓時(shí)間是否近似滿足要求。進(jìn)行機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析時(shí)，要考慮各桿（曲柄除外）的慣性力和慣性力偶，以及沖頭的慣性力。沖頭質(zhì)量m沖、各桿質(zhì)量m桿（各桿質(zhì)心位于桿長(zhǎng)中點(diǎn)）以及機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)δ均見表8.5，則各桿對(duì)質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可求。認(rèn)為上下沖頭同時(shí)加壓和保壓時(shí)生產(chǎn)阻力為常數(shù)。飛輪的安裝位置由設(shè)計(jì)者自行確定，計(jì)算飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)可不考慮其他構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。確定電動(dòng)機(jī)所需功率時(shí)還應(yīng)考慮下沖頭運(yùn)動(dòng)和料篩運(yùn)動(dòng)所需功率。 2、 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 1． 上沖頭設(shè)計(jì) 方案一： 說明：凸輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)滾子運(yùn)動(dòng)，使桿1與桿2運(yùn)動(dòng)，使上沖頭上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完全能達(dá)到保壓要求。但上沖頭行程要求有90~100mm，凸輪機(jī)構(gòu)尺寸將會(huì)變得很大很笨重。 方案二： 說明：桿1帶動(dòng)桿2運(yùn)動(dòng)，桿2使滑塊往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)桿3運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到所要求的上沖頭的運(yùn)動(dòng)。此方案可以滿足保壓要求，但是上沖頭機(jī)構(gòu)制作工藝復(fù)雜，磨損較大，且需要加潤(rùn)滑油，工作過程中污損比較嚴(yán)重。 方案三： 說明：此方案使用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串接而成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕盈，能滿足保壓要求，并能夠輕松達(dá)到上沖頭的行程要求。 綜合以上三個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，認(rèn)為是使用方案一進(jìn)行設(shè)計(jì)是比較好的擇。 2． 送料篩設(shè)計(jì) 方案一： 說明：送料機(jī)構(gòu)選用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)，觸頭帶動(dòng)料篩左右來回移動(dòng)送料篩。料篩前設(shè)計(jì)有斜鏟方便推送成行片胚，當(dāng)上下沖頭完成壓片，上沖頭退回最高點(diǎn)及下沖頭頂出片胚時(shí)料篩帶著料想右移動(dòng)。到達(dá)圓筒形腔口鏟除片胚，同時(shí)左右小范圍的篩動(dòng)之后向做退回裝料。 方案二： 說明：運(yùn)用凸輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)料篩作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于料篩行程很大故凸輪基圓半徑很大，在篩動(dòng)過程中，圓柱形凸輪受到?jīng)_擊很大，所以不宜采用。 方案三： 說明；運(yùn)用如圖所示凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)料篩的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。其缺點(diǎn)是凸輪結(jié)構(gòu)輪廓線變化較大可能不能滿足壓力角要求。 3． 下沖頭設(shè)計(jì) 運(yùn)用凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)下沖頭的往復(fù)移 動(dòng)。 4． 機(jī)構(gòu)選擇 驅(qū)動(dòng)方式采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。由已知的壓片成形機(jī)的功能分解，分別選擇相應(yīng)的機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)所需的各項(xiàng)功能。見表2。 功能 執(zhí)行構(gòu)件 工藝動(dòng)作 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 沖壓成形 上沖頭 直線上下往復(fù)運(yùn)動(dòng) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu) 沖壓成形 下沖頭 直線上下往復(fù)運(yùn)動(dòng) 盤形凸輪機(jī)構(gòu) 蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu) 橫向送料 推頭 直線左右往復(fù)運(yùn)動(dòng) 盤形凸輪機(jī)構(gòu) 蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu) 表2 壓片成形機(jī)的機(jī)構(gòu)選型 5． 運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì) 壓片成形機(jī)是由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)組成。負(fù)責(zé)上沖頭工作的曲柄周轉(zhuǎn)一圈完成一次工作循環(huán)，同樣下沖頭盤形凸輪以同樣的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)一圈作為一個(gè)工作周期，制作出成品。其他的送料、齒輪機(jī)構(gòu)作為輔助機(jī)構(gòu)。 最終壓片成形機(jī)設(shè)計(jì)如下圖 說明：此方案使用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串接而成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕盈，能滿足保壓要求，并能夠輕松達(dá)到上沖頭的行程要求。由于此方案中，料篩采用凸輪機(jī)構(gòu)，可使其達(dá)到往復(fù)振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)效果；下沖頭也采用凸輪機(jī)構(gòu)，可達(dá)到保壓效果，且此方案的穩(wěn)定性較好，故選用此方案。 3、 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖設(shè)計(jì) 從機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)上來看，整個(gè)機(jī)構(gòu)分為送料、壓片、推出片坯、送成品，四個(gè)環(huán)節(jié)，正確處理這四個(gè)環(huán)節(jié)是設(shè)計(jì)循環(huán)圖的關(guān)鍵，其中送料機(jī)構(gòu)可以通過凸輪完成，壓片由上下沖頭共同作用完成，推出片坯由下沖頭上升完成，送成品通過凸輪推動(dòng)篩子來將成型的片坯擠到滑道。 為了保證上沖頭、凸輪、送料機(jī)構(gòu)這三個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間不沖突，在分析三者關(guān)系之后發(fā)現(xiàn)上下沖頭的運(yùn)動(dòng)是整個(gè)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部分，所以在設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖時(shí)，率先設(shè)計(jì)的是上下沖頭部分。由于下沖頭與上沖頭之間關(guān)系最密切，又要保證互相之間不沖突。（附錄一） 1) 以上沖頭加壓機(jī)構(gòu)主動(dòng)件轉(zhuǎn)角為橫坐標(biāo)，以各機(jī)構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件的位移為縱坐標(biāo)畫出位移曲線。循環(huán)運(yùn)動(dòng)圖上的位移曲線主要著眼于運(yùn)動(dòng)的起迄位置，而不必準(zhǔn)確表示出運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 2) 擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖時(shí)，可執(zhí)行構(gòu)件的動(dòng)作起迄位置可根據(jù)具體情況重疊安排，但必須滿足工藝上各個(gè)動(dòng)作的配合，在時(shí)間和空間上不能出現(xiàn)“干涉”。 3) 從運(yùn)動(dòng)的特性來看，上，下沖頭的運(yùn)動(dòng)軌跡在同一條豎直移動(dòng)導(dǎo)路上，并且與送料機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡垂直相交，所以應(yīng)避免這三個(gè)機(jī)構(gòu)各自的運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)互相干涉的情況，如上，下沖頭的運(yùn)動(dòng)速度的沖突，送料機(jī)構(gòu)水平移動(dòng)與上，下沖頭豎直移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)沖突等，以確保各個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不發(fā)生沖突，從而保證各自設(shè)計(jì)功能的實(shí)現(xiàn)和機(jī)器正常的運(yùn)作。 4、 設(shè)計(jì)步驟 1. 上沖頭搖桿滑塊機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)： 1) 設(shè)定搖桿的長(zhǎng)度 選取λ=1.2 代入公式： r≤ 得r≤=358.2mm 此處設(shè)計(jì)r選取200mm 所以 2) 確定搖桿擺角 可知行程的計(jì)算公式為： 設(shè)h=100mm，則可得出擺角為與圖解法所得出擺角大小相等 又因?yàn)轭}設(shè)要求擺角小于 所以滿足要求。 3) 通過圖解法求出曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中曲柄與連桿的長(zhǎng)度 如附錄三所示，AB為曲柄，BC為連桿，DC為搖桿 DC2為搖桿鉛錘時(shí)的位置，DC1與DC2的夾角為2 DC2是搖桿DC的左極限位置，DC0是搖桿的右極限位置 AC2=AB2+B2C2=328mm AC0=B0C0-AB0=188mm 通過計(jì)算可得： AB=70mm BC=258mm 經(jīng)測(cè)量， 為穩(wěn)壓角 4) 檢驗(yàn)曲柄存在條件 曲柄連桿BC=258mm曲柄AB=70mm 搖桿CD=200滑塊連桿CE=240mm機(jī)架AD=368mm 滿足桿長(zhǎng)之和定理，即AD+AB下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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