压片成形机设计DOC

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机械原理课程设计

说明书

设计题目：自动压片成形机

专业：机械电子工程

课程名称：机械原理

班级：09机电1姓名：

学号：指导老师：

二零一一年六月二十二日

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目录

一、设计题目

二、原动机的选择

三、传动比的分派

四、传动机构的选择与比较

五、履行机构的选择与比较

六、机械系统运动方案的制定，比较与确立

七、机械系统运动方案循环图

八、机构的运动剖析与设计、机构运动剖析线图、凸轮设计图九、机构系统运动方案的构成原理与方法十、心得领会

十一、主要参照资料

十二、附件：压片成形机的机构系统

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一、设计题目

１、设计任务

一．设计自动压片成形机，将拥有必定湿度的粉状原料〔如

陶瓷干粉、药粉〕定量送入压形地点，经压制成型后

离开该地点。机器的整个工作过程〔送料、压形、脱

离〕均自动达成。该机器能够压制陶瓷圆形片坯、药

剂〔片〕等。设计数据见表８.５

表８.５压片成形机设计数据机器运成品尺寸转不均电动机转速生产率/〔φ*b〕/冲头压匀系数/m冲m杆方案号/〔r/min〕〔片/min〕〔mm，mm〕力/Nδ/kg/kgA14501080×5150000125B9701560×5100000104C9702040×510000093

如图８.２所示，压片成形机的工艺动作：

〔1〕干粉均匀筛入圆筒形型腔〔图８.２ａ〕

3

2〕下冲头下沉３ｍｍ，预防上冲头进入型腔时粉料扑出〔图

８.２ｂ〕

3〕上、下冲头同时加压〔图８.２ｃ〕，并保持一段时间。

4〕上冲头退出，下冲头随后顶出压好的片坯〔图〕。

5〕料筛推出片坯〔图〕。

图压片成形机工艺动作

上冲头、下冲头、送料筛的设计要求是：

1〕上冲头达成来去直移运动〔铅锤上下〕，下移至终点后有短时间的停留，起保压作用，保压时间为左右。因冲头

上涨后要留有料筛进入的空间，故冲头行程为90～100mm。因

冲头压力较大，因此加压机构应有增力功能〔以下图〕

4

〔2〕下冲头先下沉3mm，而后上涨8mm，加压后停留保压，既而上涨16mm，将成形片坯顶到与台面平齐后停留，待料筛将片坯推离冲头后，再下移21mm，到待料地点〔以下列图〕。

〔3〕料筛在模具型腔上方来去振动筛料，而后向左退回。待

批料成型并被推出型腔后，料筛在台面上右移45～50mm，推辞

片坯〔以下列图〕。

图设计要求

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上冲头、下冲头与送料筛的动作关系见表

表动作关系

上冲头进退

送料筛退近休进远休

下冲头退近休进远休

2、设计要求

〔1〕、压片成形机一般起码包含连杆机构、凸轮机构、齿轮机

构在内的三种机构。

〔2〕、画出机器的运动方案简图与运动循环图。制定运动循环

图时，履行机构的动作起止地点可依据详细的状况重叠安

排，但一定知足工艺上各个动作的配合，在时间和空间上

不可以出现干涉。

〔3〕、设计凸轮机构，自行确立运动规律，选择基圆半径，

校核最大压力角与最小曲率半径，计算凸轮廓线。

〔4〕、设计计算齿轮机构。

〔5〕、对连杆机构进行运动设计。并进行连杆机构的运动分

析，绘出运动线图。假如是采纳连杆机构作为下冲压机构，

还应进行连杆机构的动向静力剖析，计算飞轮转动惯量。

〔6〕、编写设计计算说明书。

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二、原动机的选择

1、原动机的选择主用参照以下条件：

〔1〕现场能源供应条件、

〔2〕工作机载荷特征及其工作制度、

〔3〕工作机对起动、安稳性、过载能力、调速和控制方等方

面的要求。

〔4〕原动机能否工作靠谱、操作与维修简易，能否需要防尘、

防爆、防腐等。

〔5〕原动机的初始本钱与运行保护花费。

2、常用电动机的构造特色

〔1〕、Y系列三相异步电动机

该系列电机能防备水滴、尘埃、铁屑或其余杂物浸入电

机内部，它是我国最近几年来研制成功的新式电动机。

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〔2〕电磁调速三相异步电动机

YCD电磁调速三相异步电动机，有组合式和整体式两种机构，这两种调速电动机为防备式，空气自冷，卧式安装，且无碳刷，集电环等滑动接触零件。

3、选定电动机的容量

电动机的容量选得适合与否，对电动机的工作和经济性都有影响。当容量小于工作要求时，电动机不可以保证工作装置的正常工作，或使用电动机因长久的过载而过早破坏；容量过大那么电动机的价钱高，能量不可以充分利用，且经常不在满载下运行，其效率和功率的因数都较低，造成浪费。

电机的容量主要由电动机运行时的发热状况而定，而发热又与其工作状况而定。工作机所需工作功率Pw，应由工作阻力和运动参数计算得来的，可按下式计算：

Pw=Tn/9550Kw

此中：T——工作机的阻力矩，N·mm；

n工作机的转速，r/min；

经过综合考虑决定采纳Y160M-6型号电动机〔额定电压

380V，额定频次50HZ，功率，额定转数970r/min〕

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三．传动比的分派

取定速970r/min

.确立比

机速ｎ=970r/min

凸速ｎI=20r/min

ｉ＝ｎ／ｎＩ＝９７０／２０＝４８．５

２．比的分派

将比按各行分派

ｉ＝ｉ１＊ｉ２＊ｉ３＊ｉ４⋯⋯ｉｎ〔式中ｉ１，ｉ２，ｉ

３，ｉ４⋯⋯ｉｎ各的比〕

比的分派要求：

〔１〕各比在介绍范取〔参机械原理程

附２机械的特色和性能〕。

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〔２〕使各级传动的承载能力获取充散发挥，并使其构造尺

寸协调均匀。

〔３〕使各级传动拥有最小的外形尺寸、最小的重量和中心

距。

〔４〕建议使用不行约分的传动比，以防备某几个轮齿的磨损过分集中，降低噪声和振动。

传动系统采纳四级减速机构，第一级为带传动，第二级为减速器传动，第三级为带传动，第四级为带传动。按前述传动比分派原那么，为使传动构件获取较小尺寸，构造紧凑，可采纳传动比“先小后大〞原那么。所以初选ｉ１＝１.６，ｉ２＝３０。第二级减速器内部齿轮构造如以下列图所示。

3

2

42H

1

5

61

387

图中各齿轮数位Z1＝30Z2=20Z3=70Z4=42Z5=20Z7=20Z8=42

从1齿轮输入600r/min,从H行星架输出20r/min,那么i=30,即

W1/WH=30，即当W1＝30时，Va＝Ｗ１Ｒ１＝900

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W1＝1,VR=W1*OR=50

关于2行星轮，2VR=VP-VQ=100,那么VP=1000,

W3=VP/R3=1000/70=100/7

当W=100/7,W=-30时，W=1,

现以1齿轮为主动，3齿轮为从动，增添右边轮系，使

i=30*7/100=21：10，即Z小:Z大=20:42

调整方向增添介轮Z6=22

依据设计要求，上冲头，下冲头和送料筛同时进行，所以第

三级和第四级的传动比为１。

３.各级传动比的分派表

传动比i1i2i3i4分派3011

四．传动机构的选择与比较

经过查阅机械原理课程设计指导书，我们初步确立了传动机

构：摩擦轮传动，带传动，链传动，齿轮传动，蜗杆传动。各传

动的特色以下两表A和B：

类型摩擦轮传动带传动链传动特色运行安稳，噪轴间距范围轴间距范围声小，可在运大，工作平大；链条元件转中调整传稳，噪声小，间形成的油

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动比；有过载

保护作用，结

构简单；轴与

轴承上的作

使劲很大，有

滑动，工作表

面磨损较快

寿命取决于资料

的接触强度

和耐磨损能

可吸振缓冲；膜能吸振；对摩擦型带传恶劣环境有动有过载保必定适应能护作用，构造力，工作可简单；本钱靠；作用在轴低，安装要求上的载荷小。不高。外廓尺运行的刹时寸较大；摩擦速度不均匀，型带有滑动，高速时不如不可以用于分带传动安稳度链；因为摩〔但齿形链擦生电，带传传动较平动不宜用于稳〕；链条工易燃场合；轴作时，因磨损和轴承上的产生的伸长作使劲大；带简单惹起共的寿命较短振，所以需增设张紧和减震装置带轮直径大，与制造质量带的寿命长相关５０００～１５０

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力００ｈ

表Ａ

类型齿轮传动蜗杆传动特色承载能力和速度范构造紧凑，单级传动围大。传动比恒定，能获取很大的传动采纳行星传动可获比；传动安稳，无噪得很大的传动比，外声；单头蜗杆可制成廓尺寸小，工作可自锁机构。传动比靠，效率高，非圆齿大、滑动速度低时效轮可实现变传动比率低；中、高速传动传动。制造和安装精需用昂贵的减摩材度要求高；精度低料〔如青铜〕；制造时，运行有噪声；无精度要求高，刀具费过载保护作用用贵；钢蜗杆蜗轮副已开始应用寿命取决于轮齿资料的制造精准，润滑良接触和曲折疲惫强好，寿命较长，低速度以及抗胶合合耐传动，磨损明显磨损能力

表Ｂ

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依据设计要求、工艺性能、构造要乞降总传动比等条件选择传动

系统种类，选定带传动和齿轮传动。

五．履行机构的选择与比较

履行机构分三局部：①实现上冲头上下运动的主加压机构；②实

现下冲头上下运动的协助加压机构；③实现料筛左右运动的上、

下料机构。各履行机构一定能知足工艺上的运动要求，能够有多

种不一样型式的机构供采纳。

形态学矩阵

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功能元解上冲头机齿轮机构连杆机构凸轮机构构Ａ１Ａ２Ａ３下冲头机曲线槽导凸轮机构连杆机构构杆机构Ｂ１Ｂ２Ｂ３送料机构蜗轮蜗杆凸轮机构曲柄滑块机构机构Ｃ１Ｃ２Ｃ３

系统解的可能方案数：Ｆ＝３×３×３＝２７此中列出较为理想的两种：①Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２②Ａ１＋Ｂ３＋Ｃ２

六．机械系统运动方案的制定，比较与确立

压片成型机运动方案制定

方案1方案2方案3方案4

减速A带传动齿轮传动带传动蜗杆传动

减速B齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动带传动

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上冲头运动偏置曲柄滑块挪动推杆圆柱曲柄导杆滑块C曲柄摇杆机构机构凸轮机构挪动凸轮机构〔间偏置曲柄滑块送料机构D歇挪动〕蜗轮蜗杆机构蜗轮蜗杆机构机构下冲头运动挪动凸轮机构〔间挪动凸轮机构双导杆间歇运曲线槽导杆机E歇挪动〕〔间歇挪动〕动机构构运动方案的比较

依据题目要求，减速Ａ：①链传动构造简单，运动安稳，噪声小，能和缓冲击，有过载保护作用，安装维修要求不高本钱低。②齿轮传动工作靠谱，效率高，易制造和精准加工。故可采纳带传动和齿轮传动。

减速Ｂ：齿轮或蜗杆传动能知足定速比传动要求，且精度较高，应用范围广，承载能力大的长处，故可采纳齿轮或蜗杆传动。

关于上冲头Ｃ，要实现来去直线运动，还有考虑急回特征。

所以选曲柄摇杆或曲柄滑块机构。

送料机构Ｄ主要作用是将坯料送到加工地点，且能实现间歇要求，对承载能力要求低，故采纳凸轮或蜗杆机构。

下冲头运动Ｅ固然需要较高的承载能力，但下冲头中能够加两个挡板来增添其承载能力，且要实现间歇要求，靠谱性好，故采纳凸轮机构达成下冲头的动作。

综上所述，可初步确立两个方案，方案１和方案２.

方案1表示图

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方案２表示图

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方案评论

机械运动方案的拟定和设计，最后要求经过剖析比较以供应最优的方

案。一个方案的好坏只有经过系统综合评论来确立。

下边用机械选型的评论系统，它可用视图的方法来表示：

依据个评论指标互相关系，成立评论模型为：

H=U1*U2*U3*U4*U5

在式中

U1=S1+S2

U2=S3+S4+S5+S6

U3=S7+S8+S9+S10

U4=S11+S12+S13+S14

U5=S15+S16+S17

上述表达式表示U1、U2、U3、U4、U5各指标之间采纳了乘法原那么，

而它们之间采纳了加法原那么

依据题目要求，比较以下表1：评论机构详细指标齿轮机曲柄摇简单四凸轮机蜗轮蜗带传动构杆机构杆机构构杆机构定速动随意性定传动定速比较差能根本上运动规律比转动比转动A定速比传传动抵达有随意和挪动和挪动动限精度传动精度高高高高较高高应用范围较广广较广较广较广广B可调性较好较差一般较好较差较差运行精度较高很高较高高较高高承载能力大大大较大较小大C加快度峰值小小较大较大较小小

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噪声小小一般较小较大较小耐磨性较好较好一般较好差较好靠谱性靠谱靠谱靠谱靠谱靠谱靠谱制造难度较易较难易易难较难制造偏差D敏感性敏感敏感敏感不敏感敏感敏感调整方便性较方便较方便较方便方便较麻烦方便能耗大小一般一般一般一般一般一般尺寸较大较小较小较大较小较小E重量较轻较重较轻较轻较重较重构造复杂性简单一般一般简单复杂复杂表１

表示上述两个机构方案的评论指标系统、评论值及计算结果。表中，

所以的指标值分为5个等级：

“很好、〞“好、“〞较好、〞“不太好、〞“不好，〞分别用1、、、、0表

示。以下表：

评论指标系统工程评论法方案1方案2U1S1S21S31U2S4S51S6S7U3S8S9S10S11U4S12S13S14S15U5S16S17

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H值

由表中H值可知，方案1较方案2好，故可优先采纳方案1为最

终方案。

七．机械系统运动循环图

从上述工艺过程能够看出，由主动件到履行件有三支机构系统次序动作，画出运动传达框图以下：

从整个机器的角度上看，它是一种时序式组合机构系统，所以要拟定运动循环图。

以该主动件的转角为横坐标〔0～360〕，以机构履行构件的位移为纵坐标画出位移曲线。运动循环图上的位移曲线主要着眼于运动的起迄地点，而不是其精准的运动规律。

料筛从推出片坯的地点经加料地点加料退后回最左侧〔开端地点〕停留。下冲头即下沉３mm〔如以下列图中②〕。同时，上冲头可下移到型腔进口处〔如图中③〕，待上冲头抵达台面下4mm处时，下冲头开始上涨，对粉料两面加压，这时，上、下冲头各挪动８mm〔如图中④〕，而后两冲头停留保压〔如图中⑤〕，保压时间约0.４s，即相当于主动件转６０度左右。此后，上冲头先开始退出，下冲头稍后并稍慢地身上挪动到和台面平齐，顶出成形片坯〔如图中⑥〕。下冲头停留待卸片坯时，料筛已推动到形腔上方推辞片坯〔如图中⑦〕。而后，下冲头下移2１mm的同时，料筛振动使筛中粉料筛入形腔〔如图中

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⑧〕而进入下一循环。

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八．机构的运动剖析与设计、机构运动剖析

线图、凸轮设计图

该机械系统包含从原动机到传动机构到各履行机构的传动系统。该机

械系统有三套工作履行机构，为使其成为一个单自由度机器，故将其

设计为等速联接机构。

三种履行机构的运动线图

1.上冲头设计

(1)确立曲柄滑块机构尺寸

因为压片成形机的工作压力较大，行程较短，所以采纳曲柄摇杆机构

和摇杆滑块机构串接而成。为了保压，要求摇杆在铅垂地点的±2°范

围内滑块的位移量≤。据此可得摇杆长度

R≤／(1+a-cos2-asin2)

式中:a=L/R――摇杆滑块机构中连杆与摇杆长度之比，一般取1～2。

我们选择a=1，那么R≤

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取R=300mm，那么L=R=300mm

确立曲柄摇杆机构尺寸。在压片地点，机构应有较好的传动角。所以，当摇杆在OAA地点时，曲柄摇杆机构的连杆AB’与OAA的夹角应靠近90°。此时，OB’假定选在AB’的延伸线上，那么AB’受力最小。故在此线上选一适合地点作OB。’详细选定OB’的地点时，可再考虑急回特征的要求，或摇杆速度靠近零的地区中位移变化比较缓和的要

求。它与机构尺寸的大概关系是：行程速度变化系数K或q1愈大，

在地点A时的位移变化较大，所以OB’距点A远一些好，但又遇到

机构尺寸和急回特征的限制，不可以获得太远。选定OB’此后，可定出

与OAA两个位移j3、j4〔或I、II、III三个地点〕对应的OB’B’的两个位移y3、y4〔或I、II、III三个地点〕。按上述命题设计出曲柄摇杆

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机构的尺度，角j0为两机构串连的相位角。设计结果以下列图。

后来，再对设计结果进行运动剖析，可获取机构正确的运动规律。最

后，再回到运动循环图上，检查它与其余履行构件的运动有否干涉的

状况出现。必需时可修正运动循环图。

2.凸轮机构的设计

下冲头中的凸轮

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对心直动从动件盘型凸轮轮廓曲率半径应大于或等于最小曲率半径

min。X(r0s)cosdssind〔0≤≤2〕dscosY(r0s)sind置动平底从动件轮廓方程ky''13k(1y'2)2得：r0s()s''()minr0mins()d2s()d2

〔0≤≤2〕

〔0≤≤2〕

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九．机构系统运动方案的构成原理与方法

机构系统方案的构成是将所选的履行机构构成假定干个可行的机构

系统，它应包含机构系统的型综合和机构系统的尺度综合。型综合是

确立机构的种类；尺度综合是确立所选机构的各运动尺寸。关于机构

系统的型综合包含各履行机构的履行动作的要求进行各机构的运动

尺度的计算和各机构动作时间序列确立，进而使各机构的输出运动完

全知足机械的工艺运动过程要求。

在机械运动系统中各履行机构的构成大多采纳串连形式和并联

形式。在构成机械运动系统方案时，它的形容性主要反应在保持各执

行机构运动的同步性、各履行机构输出运动的协调性以及各履行机构

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输出运动精度的般配性。

1、各履行机构运动的同步性

同步性是反应了机械运动系统在一个机械工作循环中各履行机

构有同样的工作周期，按必定的节拍达成机械工艺动作要求。往常情

况下，要求各履行机构的输入构件按同一转速或按必定的均匀速度比

转动，使各履行机构的运动周期同样。自然，在某些特别的机械工艺

动作过程，，个别履行机构的运动周期是其余履行机构的运动周期的

整数倍。那是，能够经过定传动比的机构传动来加以保证。

2、机构输出运动的协调性

在机械运动系统方案构成时，应试虑各机构的输出特征。机构的

输出运动特征包含：运动形式、运动轴线、运动方向和运动速率、机

械运动系统设计时先考虑采纳何种工作原理；工作原理确立后需构想

工艺动作过程。为了知足工艺动作需要，在构成机械运动系统方案时，

应使机构的运动特征切合规定要求，使各履行机构的运动互相协调。

3、机构输出运动精度的般配性

在进行机械运动系统方案构成时，还应试虑机构输出运动精

度的般配。因为机械的工艺动作过程是一个整体，关于构成的各

个动作精度都是有要求的。运动精度的般配性是指各机构的运动

精度能知足达成工艺动作的需要。选择过低的机构运动精度会使

机械没法工作。选择过高的机构运动精度会使制造和设计本钱提

高，同时也没有必需。

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十．心得领会

几日的机械原理程束了，在次践的程中学到了一

些除技术之外的其余西,略到了人在理技术示

出的秀品,更深切的领会到人与人之的那种互相合作的机

制,最重要的是自己一些的见解生了良性的化。

在社会一个大集