机械原理课程设计-粉末成形压机.docx

机械原理课程设计粉末成形压机姓名： 班级： 专业：机械设计制造及其自动化指导老师：日期：2015.06.27目录目录2一、设计题目3设计目的3二、题目与设计要求31.工作原理及工艺动作过程32.设计要求63.主要技术参数要求6三、方案设计与分析71.上模冲压机构方案82.送料机构方案103.下模冲压机构方案114.电机及其传动系统拟定135.总机构方案14四、执行机构设计151.上模冲压机构设计152.送粉机构设计：203.下模冲压机构设计274.传动系统参数确31五、课程设计小结：32参考文献34附录页35附录一35附录二36附录三37一、 设计题目设计目的机械设计是机械产品生产的第一步，是决定机械产品性能的最主要环节，整个过程蕴含着创新和发明。为了综合运用机械原理课程的理论知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，使所学知识进一步巩固和加深，我们参加了此次的机械原理课程设计。粉末压制成形，在压模中利用外加压力的粉末成形方法。又称粉末模压成形。压制成形过程由装粉、压制和脱模组成。通过压制成型制成零件或成品材料的一种工艺方法。将一定量的金属粉末送入压制的位置，压制成厚度为h，直径为圆型片坯，经压制成形后脱离该位置。机器的整个工作过程（送料、压形、脱离）均自动完成。二、 题目与设计要求1. 工作原理及工艺动作过程粉末冶金是将金属等粉末的混合物，通过压制成型和烧结而制成零件或成品材料的一种工艺方法。在压制长径比h/d a=zeros(1,180);for k=1:180a(k)=-0.4*n(2,k)*sin(p(k,2)-0.4*m(2,k)2*cos(p(k,2);end输出上冲模加速度图像：图4-92. 送粉机构设计：图4-10该机构由摆动推杆凸轮机构与摇杆滑块机构串联而成。机构设计尺寸：摆动推杆l3=30mm、摇杆l4=200mm、连杆l5=400mm、摆杆3与机架铰接的位置和连杆与送料机构铰接的位置在同一条水平线上，且铰链a到阴模中心线的距离l=500mm。送料机构的宽度d=60mm。滚子半径rr=15mm。摇杆l4与摆动推杆l3固连在一起，两杆成90夹角。l3与凸轮相切于m，凸轮回转中心o与a的连线相对于ac夹角为30度，ao=150mm。由送料机构的运动规律来设计连杆机构主动件的角度摆动规律，进而设计摆杆凸轮的运动规律。考虑送料机构运动与上冲模机构以及脱模机构运动的协调，先设计其运动规律如下： 00.4s：送料机构停在阴模口的正上方，进行加粉。此时连杆ab与水平线的夹角为49.46。此时对应的摆动推杆l3与水平线的夹角为40.54。计算得om=127.8mm。 0.50.6s：送料机构在这个时间段有一个急回动作，急回一个送料机构的宽度即60mm。连杆机构运动到abc处时，ab杆与水平线的夹角为65.28。此时对应的摆动推杆l3与水平线的夹角为24.72，即在这段时间内，摆动推杆的摆角从40.54减小到24.72，此时om=120.0mm。为保证运动加速度的平稳，这段时间凸轮运动规律我们设计为摆线运动规律（cycloidal）。 0.70.9s：送料机构在这段时间内继续做回程运动，回程60mm，相比于过程这个时间段经历比较长。连杆机构运动到ab”c”处时，ab”杆与水平线的夹角为80.76。此时对应的摆动推杆l3与水平线的夹角为9.24，即在这段时间内，摆动推杆的摆角从24.72减小到9.24，此时om=113.2mm。为保证运动加速度的平稳，这段时间凸轮运动规律我们仍设计为摆线运动规律（cycloidal）。 1.01.3s：送料机构停歇取粉。连杆不动，凸轮此段时间是空行程，保持9.24的摆角不变。om=113.2mm。 1.42.0s：送料机构向前做送料运动，直至运动到阴模口的上方。此段时间内，送料机构的行程是120mm，对应的摇杆ab从80.76的位置变化到49.46。对应的摆动推杆的摆角从9.24变化到40.54。计算得om=127.8mm。这段时间内凸轮摆动推杆的运动规律仍然设计为摆线规律（cycloidal）。具体设计：摆动推杆凸轮设计：按照上述分析的凸轮运动规律设计凸轮。依据上述行程分析在camtrax输入运动信息：图4-11利用camtrax不断对凸轮进行优化设计，最终选定凸轮为偏心凸轮。运行软件画出凸轮：图4-12输出摆动推杆位移规律图像：图4-13输出摆动推杆运动速度图像：图4-14输出摆动推杆运动加速度图像：图4-15输出摆动推杆运动在各个位置时的压力角图像：图4-16分析该图可见该凸轮的压力角满足a=11.3a=35的摆动推杆设计要求。输出凸轮在各个位置的曲率半径图像：图4-17并且由该软件输出地曲率半径列表中可知，该凸轮的最小曲率半径为57.17mm。即凸轮的基圆半径为57.17mm。分析：分析图4-15可知该凸轮在运动过程中加速度过度平稳，图4-16知压力角也满足设计要求。连杆机构设计：图4-18如图，以铰链a和c所在的水平线为x轴，铰链a处为原点。设ab与x轴的夹角为q，bc与x轴负方向的夹角为f。现依据中队凸轮运动规律的设计，来分析连杆机构中主动件ab以及送料机构即铰链c的运动规律。由于摆动推杆与连杆的主动件ab固连，则ab杆的运动角速度及角加速度均与摆动推杆相同。先分析ab的角度q的运动规律：49.46+15.82(-72)/36 sin2(-72)/36/2pi/18065.28+15.48(-108)/54 sin2(-108)/54/2pi/18080.76-31.3(-234)/126 sin2(-234)/126/ 2pi/180摆动推杆的运动规律是摆线规律，依据摆动推杆的摆动角度与q的关系在matlab中编程【3】，分析ab杆运动的摆动角q的规律：x=ones(1,360);for k=1:72x(k)=49.46*pi/180;end y=linspace(73,108,36);for k=1:36x(k+72)=(49.46+15.82*(y(k)-72)/36-sin(2*pi*(y(k)-72)/36)/2/pi)*pi/180;end y=linspace(109,162,54);for k=1:54x(k+108)=(65.28+15.48*(y(k)-108)/54-sin(2*pi*(y(k)-108)/54)/2/pi)*pi/180;endfor k=1:72x(k+162)=80.76*pi/180;end y=linspace(235,360,126);for k=1:126x(k+234)=(80.76-31.3*(y(k)-234)/126-sin(2*pi*(y(k)-234)/126)/2/pi)*pi/180;end输出的q变化图像为：图4-19依据图4-19列出送料机构的运动学方程：x=0.2cos+0.4cos-0.38 v=x=-0.2sin -0.4 sina=0.2sin-0.22cos+2cos-0.4sin相关方程有三个：sin=0.5sincos2sin=1/2cos-1/22sin=（1/2cos-1/22sin+2sin）/cos依据送料机构运动的行程方程，用matlab编程【4】：s=zeros(1,360);for k=1:360s(k)=(200*cos(x(k)+400*cos(asin(0.5*sin(x(k)-380);endplot(linspace(1,360,360),s)输出的送料机构的运动行程规律图像为：图4-20由camtrax获得摆动推杆的运动角速度矩阵，输入到matlab中【5】，输出ab杆运动角速度图像：图4-21由camtrax获得摆动推杆的运动角加速度矩阵，输入到matlab中，输出ab杆运动角加速度图像：图4-22依据运动方程，进行matlab编程【8】，分析送料机构运动速度：v=zeros(1,360);for k=1:360v(k)=-0.2*sin(x(k)*w(k)-0.4*0.5*sin(x(k)*w2(k);endplot(linspace(1,360,360),v)输出的送料机构的运动速度图像为：图4-23依据运动方程，进行matlab编程【9】，分析送料机构运动加速度：a=ones(1,360);for k=1:360a(k)=-0.02*a(k)*sin(x(k)-0.2*w(k)2*cos(x(k)-0.4*x2(k)2*sqrt(1-0.25*sin(x(k)-0.4*(0.5*a(k)*cos(x(k)-0.5*w(k)2*cos(x(k)+x2(k)2*0.5*sin(x2(k)/sqrt(1-0.25*sin(x(k)*0.5*sin(x(k);end输出的送料机构运动加速度图像为：图4-243. 下模冲压机构设计3.3.1 运动尺寸确定：由于题目中要实现下冲模的上顶材料和间歇功能，所以我们可以选择变加速直线运动和变减速直线运动。凸轮选择直动滚子推杆盘形凸轮机构，凸轮基圆半径r=150mm ，远休半径=190mm，滚子半径=10mm。（2）脱模机构设计：这里运用camtrax软件对凸轮进行设计。由第一步对上冲模机构的设计列出下冲模的时间表：下冲模运动时间表时间/s00.25 0.250.50.51.5 1.52下冲运动顶部停歇急回底部停歇缓慢上推现依据表进行脱模机构的凸轮设计。凸轮的动作时间分布为：（周期为2s）0.5s1.5s：推杆悬空（挂在机架上），保持行程s=1501.5s2s:推杆以摆线规律（cycloidal）上顶40mm，使推杆加速度过度平稳，没有冲击0-0.25s：推杆保持s=190mm0.25s0.5s：推杆以摆线规律（cycloidal）急回，速度快，无冲击具体设计阴模及推杆尺寸设计，如图：图4-25机构为滚子对心直动推杆圆盘凸轮依据上述行程分析在camtrax输入运动信息：图4-26利用camtrax软件不断对凸轮进行优化设计，既要保证运动规律，使凸轮的压力角满足a=30，又使推杆运动无冲击，并使机构尽量紧凑【10】。最终选定凸轮基圆半径为r0=150mm，滚子半径为rr=10mm。设定凸轮运动周期为2s。运行软件，画出凸轮轮廓图：图4-27输出推杆位移规律图像：图4-28输出推杆运动速度图像：图4-29输出推杆运动加速度图像：图4-30输出凸轮各个位置的压力角图像：图4-31分析图4-29和图4-30可知该凸轮在运动过程中加速度过度平稳，无冲击，并且分析图4-31可知压力角最大为a=26.2a=30，满足设计要求。输出凸轮在各个位置的曲率半径图像：图4-32并且由该软件输出地曲率半径列表中可知，该凸轮的最小曲率半径为62.4mm。即凸轮的基圆半径为62.4mm。4. 传动系统参数确设计的各齿轮数据为：模数m=2 压力角=20 h a*=1.0z1z2z2z3z3z4z4z5z6z6z7齿数z1860206018452020204040分度圆d361204012036904040408080齿顶高ha22222222222齿根高hf2.52.52.52.52.52.52.52.52.52.52.5基圆db33.83112.7637.59112.7633.884.637.5937.5937.5975.1775.17齿距p22222222222齿厚s中心距:z1z2=78、z2z3= 80 、z3z4=63 、 z4z5=40、z5z6=40 、z6z7=80 i12=3.3 i23=3 i34=2.5 i45=1 i56=1 i67=1i=i12*i23*i34*i45*i56*i67=3.3*3*2.5*1*1*1=25经计算分析满足设计要求。查询机械手册得齿轮传动的机械效率为0.920.96，取为=0.95计算得电机的额定功率 p额=p/3 = 6636/0.953 w = 7739w所以选择额定功率为8kw，转速为750r/min的同步电机。五、课程设计小结：蔡旗：在这次的课程设计中我主要负责上冲模机构的设计、部分图形的绘制以及部分的排版工作。当然，在课程设计的过程中，我们也遭遇到了困境。比方说：各机构之间的连接传动、各构件合理的尺寸设计、以及对整体循环过程的理解。当我刚刚准备设计上冲模机构时。首先是面对设计任务时的迷茫，没有完全明白机构的要求，也就无从下手，在参考了很多的文献之后才逐渐有所明白。在设计的过程中我遇到的最大的问题就是matlab软件的使用，即使在做完课设后也依然不是很熟悉。因为这次的课设时间紧迫，所以没有更多的时间去仔细的学习matlab，所以在编程的过程中只能去套用搜索到的相关的模板，但是这只是一时的，以后还要逐步加强这方面的应用。而对于cad绘图，因为大一的时候已经学过了cad的使用，所以在课设的过程中没有遇到太大的困难。在这次的课程设计中，虽然我做的并不理想，但还是收获了很多东西。在做课程设计的过程中，将课程上学习的内容与实际相结合，加深了对知识的理解与应用，其次就是学习了matlab和cad的基本使用，收获了很多的知识。课程设计的目的也是为了让我们更好的认识和使用书本知识，由理论走向实际。对我们更好的学习专业内容大有裨益！曹攀辉：看了功能分析首先想到的的就是凸轮结构，然后在设计凸轮的时候画图是一个大问题，最后下载了一个camtrax64插件，学习一下教程，画凸轮就容易多了。尺寸的确定，近休止远休止和角度的确定凸轮就画好了。matlab不是太熟悉，时间又紧张，所以程序是改网上版的。最后的动力输入机构设计的时候是25:1的传动比，本来是想用一对齿轮完成这个比例的，结果发现齿数相差太大，小齿轮容易疲劳，就选用了三组齿轮联合传动。杨友鹏：通过这次课程设计，让我更加深刻了解课本知识，和以往对知识的疏忽得以补充，在这次的课程设计中，我主要设计和分析送料机构，这部分主要利用了凸轮的远休止与近休止来实现送料，并通过连杆机构使送料行程达到要求，并能在撤回时与一个急回过程，整个设计过程利用了camtrax、cad、matlab，虽然开始时在这些软件上废了较大的力气，但是这次的课程设计给我相当的基础知识，为我以后工作打下了严实的基础。参考文献【1】 孙恒，陈作模.机械原理.7版.北京：高等教育出版社，2006【2】 曲秀全.基于/matlabsimulink平面连杆机构的动态仿真.黑龙江：哈尔滨工业大学出版社，2007【3】 高会生，李新叶，胡志奇译.matlab原理与工程应用.2版.北京：电子工业出版社，2006【4】 贺超英.matlab应用与实验教程.北京：电子工业出版社，2010【5】 王宏.matlab6.5及其在信号处理中的应用.北京：清华大学出版社，2004【6】 同济大学数学系.线性代数.北京：高等教育出版社，2009【7】 同济大学数学系.高等数学. 北京：高等教育出版社，2008【8】 雷培，刘云霞.基于matlab的四连杆机构运动分析.机械工程与自动化.2009年4月，第2期【9】 董长虹，余海啸.matlab接口技术与应用.北京：国防工业出版社，2004【10】 周品，何正风.matlab数值分析.北京：机械工业出版社，2009【11】张建民，白景岭.理论力学.武汉：中国地质大学出版社，200640附录页附录一function y=rrrposi(x)%script used to implement newton-raphson mechod for%solving nonlinear position of rrr bar group%input parameters%x(1)=theta-1%x(2)=theta-2 guess value%x(3)=theta-3 guess value%x(4)=lab%x(5)=lbc%x(6)=lcd%x(7)=lad%output parameters%y(2)=theta-2%y(3)=theta-3%y(4)=theta-4%theta2=x(2);theta3=x(3);%epsilon=1.0e-6;%f=x(5)*cos(theta2)+x(6)*cos(theta3)-x(7)-x(4)*cos(x(1);x(6)*sin(theta3)-x(5)*sin(theta2)-x(4)*sin(x(1);%while norm(f)epsilon j=-x(5)*sin(theta2) -x(6)*sin(theta3); -x(5)*cos(theta2) x(6)*cos(theta3);dth=inv(j)*(-1.0*f); theta2=theta2+dth(1); theta3=theta3+dth(2); f=x(5)*cos(theta2)+x(6)*cos(theta3)-x(7)-x(4)*cos(x(1);x(6)*sin(theta3)-x(5)*sin(theta2)-x(4)*sin(x(1);norm(f);end;y(1)=theta2;y(2)=theta3;主程序：clcclearx1=linspace(0,2*pi,180);x=zeros(length(x1),7);for n=1:180x(n,:)=x1(:,n) 40*pi/180 55*pi/180 68.8 200 200 242;endp=zeros(length(x1),2);for k=1:180y= shangchongm(x(k,:);p(k,:)=y;end附录二function y=scmvel(x)%input parameters%x(1)=theta-1%x(2)=theta-2%x(3)=theta-3%x(4)=dtheta-1%x(5)=lab%x(6)=lbc%x(7)=lcd%x(8)=lda%outout parameters%y(1)=dtheta-2%y(2)=dtheta-3%a=-x(6)*sin(x(2) -x(7)*sin(x