壓片成形機-(畢業(yè))課程設(shè)計

1、上海工程技術(shù)大學(xué)機械原理課程設(shè)計 011109803李玲壓片成形機一、 設(shè)計題目1.1 設(shè)計目的機械設(shè)計是根據(jù)使用要求對機械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運動方式、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和形狀尺寸以及潤滑方式等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計算，并將其轉(zhuǎn)化成為制造依據(jù)的工作過程。機械設(shè)計是機械產(chǎn)品生產(chǎn)的第一步，是決定機械產(chǎn)品性能的最主要環(huán)節(jié)，整個過程蘊含著創(chuàng)新和發(fā)明。為了綜合運用機械原理課程的理論知識，分析和解決與本課程有關(guān)的實際問題，使所學(xué)的知識進(jìn)一步鞏固和加強，我們參加了此次的機械原理課程設(shè)計。1.2 功能要求及工作原理（1）總功能要求設(shè)計自動壓片成形機，將具有一定濕度的粉狀原料（如陶瓷干粉或藥粉）定量

2、送入壓形位置，經(jīng)壓制成后脫離該位置。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和藥劑（片）等。表1.2.1壓片成形機設(shè)計數(shù)據(jù)電動機轉(zhuǎn)速/（r/min）生產(chǎn)率/（片/min）成品尺寸（mm,mm）沖頭壓力/N機器運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù) M沖/M桿/145010100*60150 0000101259701560*35100 0000.081049702040*20100 0000.0593（2）工作原理1、壓片成型機工藝動作分解： 干粉料均勻篩入圓筒形型腔（圖1.2.2a）。 下沖頭下沉3mm，預(yù)防上沖頭進(jìn)入型腔時粉料撲出（圖1.2.2b）。 上和下沖頭同時加壓(圖1.

3、2.2c),并保持一段時間。 上沖頭退出，下沖頭隨后頂出壓好的片坯（圖1.2.2d）。 料篩推出片坯（圖1.2.2a）。 1.3 原始數(shù)據(jù)1、沖頭壓力 100 000N 150 000N2、生產(chǎn)率 15片/min 20片/min3、機器運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù) 0.08 0.104、電機轉(zhuǎn)速 970r/min 1450r/min1.4 設(shè)計要求（1）設(shè)計要求 壓片成形機一般至少包括連桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)和齒輪機構(gòu)在內(nèi)的三種機構(gòu)。 畫出機器的運動方案簡圖與運動循環(huán)圖。擬訂運動循環(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。 設(shè)計凸輪機構(gòu)，自行

4、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，計算凸輪輪廓線。 設(shè)計計算齒輪機構(gòu)，確定傳動比，選擇適當(dāng)?shù)拿?shù)。 對連桿機構(gòu)進(jìn)行運動設(shè)計。并進(jìn)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(yīng)該進(jìn)行連桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析，計算飛輪轉(zhuǎn)動慣量。 編寫設(shè)計計算說明書。 學(xué)生可進(jìn)一步完成機器的計算機演示驗證和凸輪的數(shù)控加工等。（2）上沖頭和下沖頭與料篩的設(shè)計要求圖1.3.2設(shè)計要求1 上沖頭完成往復(fù)直移(與動鉛垂上下)，下移至重點后有短時間的間歇，起保壓作用，保壓時間為0.4s左右。因為沖頭上升后要留有料篩進(jìn)入的空間，故沖頭行程為90100mm。因為沖頭壓力比較大，因

5、而加壓機構(gòu)應(yīng)有增力功能（圖1.3.2a）。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21mm,到待料位置（圖1.3.2b）。3 料篩在模具型腔上方往復(fù)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4550mm,推卸片坯（圖1.2.3c）。1.5 設(shè)計提示 各執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)包括：實現(xiàn)上沖頭運動的主加壓機構(gòu)和實現(xiàn)下沖頭運動的輔助加壓機構(gòu)和實現(xiàn)料篩運動的上下料機構(gòu)。各執(zhí)行機構(gòu)必須能滿足工藝的運動要求，可以有多種不同型式的機構(gòu)選用。 由于壓片成形機的工作壓力比較大，行程短，一般采用肘桿式增力

6、沖壓機構(gòu)作為主體機構(gòu)。它是由曲柄搖桿機構(gòu)滑塊機構(gòu)串接而成。先設(shè)計搖桿滑塊機構(gòu)，為了保壓，要求搖桿在鉛垂位置的±2°范圍內(nèi)的滑塊的位移量0.4mm。據(jù)此可得搖桿長度： 式中： 為搖桿滑塊機構(gòu)中連桿與搖桿長度之比，一般取12。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°為誼。設(shè)計曲柄搖桿機構(gòu)時，為了“增力”，曲柄的回轉(zhuǎn)中心可在搖桿活動鏈和垂于搖桿鉛垂位置的直線上適當(dāng)選取，以改善機構(gòu)在沖頭下極限位置附近的傳力性能。根據(jù)搖桿的三個極限位置（±2°位置和另一個極限位置），設(shè)定與之對應(yīng)的曲柄三個位置，其中兩個對應(yīng)于搖桿的兩個極限位

7、置，曲柄應(yīng)在與連桿共線的位置，曲柄另一個位置可根據(jù)保壓時間來設(shè)定，因此可根據(jù)兩連架桿懂得三組對應(yīng)位置來設(shè)計此機構(gòu)。設(shè)計完成后，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)搖柄兩個極限位置時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，應(yīng)該注意曲柄對應(yīng)轉(zhuǎn)角是否滿足保壓時間要求。曲柄回轉(zhuǎn)中心距搖桿鉛垂位置越遠(yuǎn)，機構(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，但機構(gòu)尺寸越大。 輔助加壓機構(gòu)可采用凸輪機構(gòu)，推桿運動線圖可以根據(jù)運動循環(huán)圖確定。設(shè)計時，要正確確定凸輪基圓半徑。為了便于傳動，可以將篩料機

8、構(gòu)置于主體機構(gòu)曲柄同側(cè)。整個機構(gòu)系統(tǒng)采用一個電動機集中驅(qū)動。要注意主體機構(gòu)曲柄和凸輪機構(gòu)起始位置間的相位關(guān)系，否則機器將不能正常工作。 可以通過對主體機構(gòu)進(jìn)行運動分析，以及沖頭相對于曲柄轉(zhuǎn)角的運動線圖，檢查保壓時間是否近似滿足要求。進(jìn)行機構(gòu)動態(tài)靜力分析時，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沖和各桿質(zhì)量m桿（各桿質(zhì)心位于桿長中點）以及機器運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)均見表1，則各桿對質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動慣量可求。認(rèn)為上下沖頭同時加壓和保壓時生產(chǎn)阻力為常數(shù)。飛輪的安裝位置由設(shè)計者自行確定，計算飛輪轉(zhuǎn)動慣量時可以不考慮其他機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量。確定電動機所需要功率時還要考慮下沖頭運動和篩料運

9、動所需功率。二、 上沖頭運動方案設(shè)計及選擇2.1 方案一此設(shè)計優(yōu)缺點：方案1采用的是凸輪機構(gòu)的設(shè)計方案。如圖所示，該機構(gòu)由2個可動構(gòu)件和機架組成，包含1個高副和2個低副，其自由度F = 3*2 - 2*2 - 1*1 = 1，其自由度也等于原動件個數(shù)，故其運動也確定。機構(gòu)中，能滿足上沖頭的設(shè)計保壓要求，不過在下壓過程中只依靠從動件自身的重力，下壓力不足，且傳動性不及方案1好，并且由于從動件的形成較大，故凸輪在設(shè)計制造時的尺寸也會很大，而且凸輪與滾子之間為點接觸易磨損。所以予以否決。2.2 方案二 此設(shè)計優(yōu)缺點：方案2采用的是氣缸做為動力的設(shè)計方案。如圖所示該機構(gòu)由7個可動構(gòu)件和機架組成，包含1

10、0個低副，其自由度為F = 3*7 - 2*10 = 1，其自由度也等于原動件個數(shù)，故其運動也確定。此機構(gòu)只需一個很小的力就能產(chǎn)生很大的頂升力，但對材料的要求很高，要實現(xiàn)整套機器的運動需要多個油泵，成本較高，且速度較慢。2.3 方案三此設(shè)計優(yōu)缺點：方案3采用的是連桿機構(gòu)的設(shè)計方案。如圖所示，該機構(gòu)由5個可動構(gòu)件和機架組成，包含6個轉(zhuǎn)動副和1個移動副，共計7個低副。故方案1所用機構(gòu)的自由度F = 3*5 - 2*7 = 1，其自由度等于原動件個數(shù)，故其運動確定。綜合以上三個上沖頭方案的優(yōu)缺點，認(rèn)為是使用方案三進(jìn)行設(shè)計是比較好的選擇。此方案3是在上沖頭方案中最好的一個，既能提供較大的工作壓力，行程

11、較短，也能有保壓功能,整體結(jié)構(gòu)簡單、輕盈，并能夠輕松達(dá)到上沖頭的行程要求。也是本次設(shè)計采用的方案。三、機構(gòu)組合、參數(shù)及運動協(xié)調(diào)設(shè)計3.1 機構(gòu)選擇:驅(qū)動方式采用電動機驅(qū)動。由已知的壓片成形機的功能分解，分別選擇相應(yīng)的機構(gòu)，以實現(xiàn)所需的各項功能。見表3。表3 壓片成形機的機構(gòu)選型功能執(zhí)行構(gòu)件工藝動作執(zhí)行機構(gòu)沖壓成形上沖頭直線上下往復(fù)運動曲柄滑塊機構(gòu)皮帶輪輪機構(gòu)沖壓成形下沖頭直線上下往復(fù)運動盤形凸輪機構(gòu)皮帶輪輪機構(gòu)橫向送料推頭直線左右往復(fù)運動盤形凸輪機構(gòu)皮帶輪輪機構(gòu)3.2 運動協(xié)調(diào)設(shè)計：壓片成形機是由曲柄滑塊機構(gòu)，凸輪機構(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

12、的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)一圈作為一個工作周期，制作出成品。其他的送料、齒輪機構(gòu)作為輔助機構(gòu)。最終壓片成形機設(shè)計如下圖：說明：此方案使用曲柄搖桿機構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)串接而成，結(jié)構(gòu)簡單、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，料篩采用凸輪機構(gòu)，可使其達(dá)到往復(fù)振動的運動效果；下沖頭也采用凸輪機構(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。四、運動循環(huán)圖設(shè)計（詳見附錄1）4.1 根據(jù)工藝動作擬定運動循環(huán)圖： 以上沖頭加壓機構(gòu)主動件轉(zhuǎn)角為橫坐標(biāo)，以各機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件的位移為縱坐標(biāo)畫出位移曲線。循環(huán)運動圖上的位移曲線主要著眼于運動的起迄位置，而不必準(zhǔn)確表示出運動規(guī)律。 擬定運動循環(huán)圖時，可

13、執(zhí)行構(gòu)件的動作起迄位置可根據(jù)具體情況重疊安排，但必須滿足工藝上各個動作的配合，在時間和空間上不能出現(xiàn)“干涉”。 從運動的特性來看，上，下沖頭的運動軌跡在同一條豎直移動導(dǎo)路上，并且與送料機構(gòu)的運動軌跡垂直相交，所以應(yīng)避免這三個機構(gòu)各自的運動出現(xiàn)互相干涉的情況，如上，下沖頭的運動速度的沖突，送料機構(gòu)水平移動與上，下沖頭豎直移動的運動沖突等，以確保各個機構(gòu)的運動不發(fā)生沖突，從而保證各自設(shè)計功能的實現(xiàn)和機器正常的運作。擬定運動循環(huán)圖：五、連桿機構(gòu)尺寸計算（見附錄2）5.1 設(shè)計要求（1）上沖頭行程為100mm左右（2）當(dāng)搖桿角度和鉛垂位置之間相差時，滑塊的位移小于0.4mm（即產(chǎn)生保壓的功能）（3）搖

14、桿的角度小于60度（4）曲柄搖桿 機構(gòu)必須具有一定急回特性，以致更多的時間用于加壓5.2 設(shè)計過程(1)由于壓片機的工作壓力較大，行程較短，一般采用肘桿式增力沖壓機構(gòu)作為主體機構(gòu)，它是由曲柄搖桿機構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)串聯(lián)而成。先設(shè)計搖桿滑塊機構(gòu)，為了保壓，要求搖桿在垂直位置的范圍內(nèi)，滑塊的位移量mm。據(jù)此可得搖桿長度式中 搖桿滑塊機構(gòu)中連桿與搖桿長度之比，一般取1-2。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)計機構(gòu)時，為了“增力”，曲柄的回轉(zhuǎn)中心可在搖桿活動鉸鏈、垂直于搖桿垂直位置的直線上適當(dāng)選取，以改善機構(gòu)在沖頭在下極限位置附近放的傳力性能。根據(jù)搖

15、桿的三個極限位置（位置和另一極限位置），設(shè)定與之對應(yīng)的曲柄上個位置，其中對應(yīng)搖桿的兩個位置，曲柄應(yīng)在于連桿共線的位置，曲柄的另一位置可以根據(jù)保壓時間來設(shè)定，則可根據(jù)兩連架桿的三組對應(yīng)位置來設(shè)計此機構(gòu)。設(shè)計完成后，應(yīng)該檢查曲柄的存在條件，若不滿足要求，則重新選擇曲柄的回轉(zhuǎn)中心。也可以選擇曲柄中心后，根據(jù)搖桿兩極限位置時曲斌和連桿共線的條件，確定連桿和曲柄的長度，再檢查搖桿在垂直位置時，曲柄對應(yīng)轉(zhuǎn)角是否滿足保壓時間要求。曲柄回轉(zhuǎn)中心據(jù)搖桿垂直位置越遠(yuǎn)，機構(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，但機構(gòu)尺寸越大。在這里我取=1,得328.3r=L=150mm,沖頭行程取100mm，算出

16、搖桿的擺角等于45°。（2）首先確定搖桿滑塊機構(gòu)中，滑塊能運動到的最低點位置，該位置為上沖頭所能下降到的極限位置，該位置位于滑塊處于的的垂直導(dǎo)路上，然后再根據(jù)上沖頭行程為100mm推出滑塊的另一極限位置，該位置為上沖頭所能達(dá)到的最高位置，由此時滑塊所在的極限位置可推算出搖桿的一個極限位置C1，要干的另一極限位置C2位于鉛錘位置左偏2°處。（3）根據(jù)設(shè)計10片所需的保壓時間為0.4s左右，要計算出在保壓時間內(nèi)曲柄所轉(zhuǎn)過角度的許用范圍，根據(jù)之前制定的一分鐘產(chǎn)量為15片的生產(chǎn)要求，保壓角的范圍在36°左右。(4) 在圖上取一點O，在O點以r為半徑畫圓弧，在在圓弧上分別取

17、點C1、C2、C點，使，C在豎直下方，OC1在與OC成2°，OC2與OC成45°使AC1=149mm,連接C2A，量出C2A=29mm，在C點以（此為桿BC長）=90為半徑畫圓，在A點以=60（此為桿CD長）為半徑畫圓，兩圓交于BO2、BO1兩點，連接ABO2、ABO1,量出ABO2 ABO1的弧長對應(yīng)角度為39°，滿足條件36°左右。在設(shè)計中，對于曲柄搖桿機構(gòu)，有L=60mm，L=89mm，L=150mm，L=135mm，滿足曲柄的存在條件：L+ L<L+ L，所以該設(shè)計方案及參數(shù)設(shè)計可行。 （圖見附錄2示意圖）5.3 設(shè)計改良經(jīng)過指導(dǎo)老師的指導(dǎo)

18、，我將其設(shè)計方案改變，我把上沖頭中與曲柄相連的機架安置在過搖桿C0位置的水平右側(cè)方向上。根據(jù)設(shè)計20片所需的保壓時間為0.4s左右，要計算出在保壓時間內(nèi)曲柄所轉(zhuǎn)過角度的許用范圍，根據(jù)之前制定的一分鐘產(chǎn)量為20片的生產(chǎn)要求，保壓角的范圍在48°左右，。故可根據(jù)此保壓角來確定機架的位置。先設(shè)一點A，將機架安放在點A處，測量出A點機架到搖桿兩個極限位置C1，C2的距離，便可計算出曲柄和連桿的長度，由此可得出當(dāng)搖桿兩次經(jīng)過C處時，曲柄轉(zhuǎn)過的角度，該角度即為設(shè)計機構(gòu)的保壓角。本次設(shè)計中，根據(jù)5.2中述說的設(shè)計要求，AC1=150，AC2=58，AB=46，BC=104，該設(shè)計方案及參數(shù)設(shè)計可行

19、，所得的保壓角為50°，符合設(shè)計要求。（圖見附錄4示意圖）六、運動循環(huán)圖設(shè)計校核（見附錄1與3） 根據(jù)以上運動分析，我將附錄1中的機器的運動循環(huán)圖設(shè)計校核如下： 1）0°60° 上沖頭勻速下降；下沖頭在停歇位置上方3mm處靜止不動，料篩往復(fù)振動，然后向左退回。 2）60°90° 上沖頭繼續(xù)迅速下降；下沖頭在60°時開始下沉，在90°時下沉到停歇位置，位移3mm；料篩保持靜止不動。 3）90°140° 上沖頭繼續(xù)勻速下降；下沖頭在停歇位置處保持靜止不動；料篩保持靜止不動。 4）140°171

20、76; 上沖頭繼續(xù)勻速下降，在171°時停止下降，等待保壓；下沖頭上升8mm，并且在160°時處于休止位置，等待保壓；料篩保持靜止不動。 5）171°210° 上，下沖頭開始進(jìn)行保壓，保持靜止不動；料篩保持靜止不動。 6）210°260° 上沖頭勻速回升；下沖頭在260°時開始勻速上升，位移為16mm ，等待料篩到位將成形片坯擠入滑道；料篩在260°時開始向右前進(jìn)。 7）260°310° 上沖頭繼續(xù)勻速回升；下沖頭保持靜止不動；料篩在310°時到位，將片坯擠入滑道，之后向左退回。 8）

21、310°360° 上沖頭繼續(xù)勻速上升，360°時上沖頭退回至最高處；下沖頭開始向下退回21mm,至帶料位置，等待下一周期開始；360° 時料篩退回至最左處。整一周期結(jié)束。 同理，將附錄3中的運動循環(huán)圖（對應(yīng)上沖頭設(shè)計圖4）按如上方法矯正。為避免260°290°這段上沖頭還沒上去，下沖頭上去了兩者發(fā)生碰撞，需要上沖頭的斜率要比下沖頭的斜率大，因此我對此做了驗證，驗證如下：度數(shù)上沖頭上升高度1(對應(yīng)循環(huán)圖附錄21)上沖頭上升高度2(對應(yīng)循環(huán)圖附錄3)下沖頭上升高度260°14.29 mm0 mm8 mm270°23.8

22、1 mm33.38 mm13.33 mm280°33.34 mm40.04 mm18.67 mm290°42.86 mm53.36 mm24 mm七、凸輪機構(gòu)尺寸計算（見附錄3）7.1 基圓半徑的確定根據(jù)運動循環(huán)圖設(shè)計的線路，該機構(gòu)為雙推程凸輪機構(gòu)。有循環(huán)圖和公式：（）化簡得：根據(jù)函數(shù)單調(diào)性只取兩點即可判斷其的最大值，在一點其 ; s=0 ; 所以 mm;另一點; s=8; ;=所以我取=28mm>，e=87.2 滾子半徑的確定在A3紙上畫出基圓，再每5度引一條直線，根據(jù)循環(huán)圖，在A3圖上作出理論輪廓線，求出最小的曲率半徑為，滾子半徑，所以我取r=3mm滿足條件，讓然

23、后作出實際輪廓線。下圖為初設(shè)計圖，由于凸輪不夠平滑，加工起來較為困難，所以我對運動時序圖進(jìn)行了角度修改。同時，為了方便凸輪加工，對尖角的地方進(jìn)行了倒角操作光滑的過渡了一下。八、最終設(shè)計方案：8.1 上沖頭：沖頭的位移和曲柄的轉(zhuǎn)角的關(guān)系是配合下沖頭盤形凸輪動作和時間，與上下沖頭相互配合，而送料機構(gòu)的動作一部分也是和上沖頭配合。已知上沖頭推程為100mm，周轉(zhuǎn)180°沖頭由最高點落至最低點，此時下沖頭剛好達(dá)到最大推程位置，同時在上沖頭由最高點落至型腔齊平高度前送料機構(gòu)完成往復(fù)振動篩料的動作并向左位移至最遠(yuǎn)端。表8.1.2 上沖頭和下沖頭與送料篩的動作關(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)休九、心得體會首先，我覺得老師給我們作類似的課程設(shè)計是十分必要的，這不僅可以提起我們對這門課的學(xué)習(xí)興趣，同時還可以在專業(yè)上用實踐鍛煉一下我們，使我們不但不在對所學(xué)專業(yè)感到陌生，而且還可以培養(yǎng)大家的積極性。雖然過去從未獨立應(yīng)用過繪圖軟件，但在學(xué)習(xí)的過程中帶著問題去學(xué)我發(fā)現(xiàn)效率好高，記得大一學(xué)CAD時覺得好難就是因為我們沒有把自己放在使用