压片成型机课程设计机械设计制造专业讲解

1、专 业：机械设计制造及其自动化班级：B130205姓名：张军指导老师：阮红芳2016年1月5日目录一、前言 2二、课程设计目的 3三、压片成型机工作原理及工艺流程分析 3四、设计要求及参数 5 4-1设计要求与部分参数 5 4-2设计提示 7五、设计方案 8 5-1整体机构动作分析 8 5-2单元机构动作分析 8 5-3单元机构方案拟定 9 5-4机构整体系统方案拟定 10 5-5单元机构参数计算 12 5-6传动比设计及动力选取 15 5-7系统综合方案评价 17六、自我评价与总结 17七、参考书目 18一. 前言现在世界各国间的竞争主要表现为综合国力的竞争。要提高我国综合国力，就要 在一切

2、生产部门实现生产的机械化和自动化，这就需要创造出大量的、种类繁多的、新 颖优良的机械来装备各行各业，为各行业的高速发展创造有利条件。而任何新技术、新 成果的获得，莫不依赖于机械工业的支持。所以，机械工业是国家综合国力发展的基石。为了满足各行各业和广大人民群众日益增长的新需求，就需要创造出越来越多的新产品。现代机械工业对创造型人才的渴求与日俱增。当今世界正经历着一场新的技术革 命，新概念、新理论、新方法、新工艺不断出现，作为向各行各业提供装备的机械工业 也得到了迅猛发展。现代机械日益向高速、重载、高精度、高效率、低噪声等方向发展， 对机械行业的要求也越来越苛刻。压片成型机是指利用传动系统将电动机

3、的转速降低带动执行机构对粉末物质采取 上下进行加压而成片状。根据压片成型机的传动系统和执行机构不同，压片成型机可以 分为单片式压片机，旋转式压片机，亚高速旋转式压片机、全自动高速压片机以及旋转 式包芯压片机。压片成型机的使用行业很广泛。如制药厂、电子元件厂、陶瓷厂、化工 原料厂等等，而且压片机还能用来做冲压设备。国内压片机的现状：（1）压片机规格众多、数量大；（2）操作简单；（3）技术含 量较低，技术创新后力不足。国外压片机的现状： 高速高产、密闭性、模块化、自动化、 规模化及先进的检测技术是国外压片机技术最主要的发展方向本说明书采用图形与文字结合的方式对压片成型机进行设计解读。二. 课程设计

4、目的机械设计是一个逐步求精和细化的过程，随着设计过程的发展，产品结构和参数 将逐渐清晰和不断完善。设计方案是多解的，能够满足一定功能和要求的设计方案不 是唯一的，所以机械设计过程也是一个创新的过程。机械设计根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方 式、各个零件的材料和形状尺寸以及润滑方式等进行构思、分析和计算，并将其转化 为制造依据。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，整个过程蕴涵着创新和发明。随着现代科技的发展，压片机涉及的行业越来越广泛，高科技、高效率，低成本 已成为现代压片机的一个重要的发展趋势。与国外的压片机相比，我国生产的压片机 规

5、模小、产量低、技术含量较低。压片成型机是将干粉压制成圆形片坯状的装置。本 文以压片机为研究对象，以造价低、结构简单为基础，通过方案对比及力的分析，从而设计出合适的压片成型机。为了进一步掌握机械原理课程的理论知识，将课堂所学知识运用于实践，理解和 加深机械原理和设计方法，为今后专业课程的学习打下一定基础，我积极参加了这次 课程设计。三. 压片成型机工作原理及工艺流程分析我们对机构进行运动学分析可采用图解法分析和解析法分析在此，我们采用解析 法，应用C语言程序进行分析。杆组法运动学分析原理，由机构的组成原理可知，任何 平面机构都可分解为原动件、基本杆组和机架三个部分，每一个原动件为一个单杆构 件分

6、别对单杆构件和常见的基本杆组进行运动学分析，并编制成相应的子程序，在对整个机构进行运动分析时，根据机构组成情况的不同，依次调用这些子程序，从而完 成对整体机构的运动分析。根据各功能元的解， 动力源可以采用电动机、汽油机、蒸汽透平机、液压机、气 动马达等；上下加压则可采用凸轮机构、齿轮机构、连杆机构、液压缸等；送料可采用 连杆机构、齿轮机构、槽轮机构等.这样可组合的方案达上百种。冲压机构的应用非常 广泛，以压片成型机为例，其中的冲压机构对压痕机的性能影响很大。它要求机构中的 滑块在工艺行程中速度尽可能均匀且施加于曲柄的平衡力矩尽可能小，为此有必要对各构件进行优化分析。运动及受力分析。冲压机构，由

7、一曲柄摇杆机构及一摇杆滑块机构组成的多杆机构。 采用解析法，建立起3种目标函数，运用罚函数法进行程序编制及计算，进行优化设计。 首先，按机构的组成原理将机构分解成若干基本杆组，对每一个基本杆组编制相应的运 动分析和受力分析的子程序， 对具体某一机构只须建立一个简单的主程序和调用相应的 子程序即可。通过对压片机的模态分析，动力学谐响应分析，得出了压片机在不同工作 频率范围下的响应，在此基础上对整体结构进行了力的优化，有效的抑制了共振现象的 发生，解决了机器工作时振动和噪音的问题，分析结果对压片机的设计具有很实用的理 论参考价值。连杆机构推动的推板式送料装置能够实现冲压生产的自动送料， 该机构与斜

8、楔推动 的推板式送料机构和杠杆推动的推板送料装置相比，可实现较大的行程“。设计连杆迭 料机构所需考虑的因素较多，直观性较差容易导致设计失误因此设计了用于优化机 构各杆长、送料行程、送料加速度等的多目标函数，综合连杆机构成立的条件、机构大 小限制、运动参数要求等建立约束条件，采用直观的可视化方法对优化结果和连杆送料 机构的运动特性进行分析。压片成型机的功用是将不加粘结剂的干粉料（如陶瓷干粉、药粉）定量送入压形置 压制成 X h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。该机器可以压制陶瓷圆形片坯、药剂（片）等。其工艺流程 是：（1）干粉料均匀筛入团筒形

9、型腔 （ 图 a） ；（2）下冲头下沉3mm预防上冲头进入型腔时将粉料扑出（图b）；（3）上、下冲头同时加压 （ 图 c） ，并保压一段时间；（4）上冲头退出，下冲头随后顶出压好的片坯 （ 图 d） ；（5）料筛推出片坯（图 e） 。其设计参数为：冲头压力150KN;生产率每分钟10片；机器运转不均匀系数1 0%;驱动电机可任选。四 . 设计要求及参数4-1设计要求与部分参数上冲头、下冲头、送料筛的设计要求是：1 ） 上冲头完成往复自移运动 （铅锤上下），下移至终点后有短时间的停歇， 起保压 作用，保压时间为 0.4S 左右。因冲头上升后要留有料筛进人的空间，故冲头 行程为90100mm。因冲

10、头压力较大，因而加压机构应有增力功能（图 a ）;（2）下冲头先下沉3 mm,然后上升8 mm,加压后停歇保压，继而上升16 mm，将成 形片坯顶到与台内平齐后停歇，待料筛将片坯推离冲头后，再下移 21 mm ， 到待料位置（图 b ）;3） 料筛在模具型腔上方往复振动筛料，然后向左退回。待批料成型并被推出型腔 后，料筛在台面上右移约 45 50 mm ，推卸片坯（图 c）。上冲头、下冲头与送料筛的动作关系见下表: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. 压片成形机一般至少包括连杆机构、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。拟定运动循

11、环图时，可执行构件的动作起止位置可 根据具体情况重叠安排，但必须满足工艺上各个动作的配合，在时间和空间上不能出现“干涉”。3. 设计凸轮机构，自行确定运动规律，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。如果是采用连杆机 构作为下冲压机构，还应进行连杆机构的动态静力分析，计算飞轮转动惯量。6. 编写设计计算说明书。7. 可进一步完成：机器的计算机演示验证、凸轮的数控加工等。 4-2 设计提示1. 各执行机构应包括：实现上冲头运动的主加压机构、实现下冲头运动的辅助加压机构、实现 料筛运动

12、的上下料机构。各执行机构必须能满足工艺上的运动要求，可以有多种不同型式的机构供 选用。如连杆机构、凸轮机构等。2. 由于压片成形机的工作压力较大，行程较短，一般采用肘杆式增力冲压机构作为主体机构， 它是由曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串接而成。先设计摇杆滑块机构，为了保证，要求摇杆在铅垂 位置的土 2o范围内滑块的位移量w 0.4mm。据此可得摇杆长度：04rw 1 - cos2 -、2 - sin2 2二丄式中 r 摇杆滑块机构中连杆与摇杆长度之比，一般取 12。根据上冲头的行程长度，即可得摇杆的另一极限位置，摇杆的摆角以小于60o为宜。设计曲柄摇杆机构时，为了“增力”，曲柄的回转中心可在过摇杆

13、活动铰链、垂直于摇杆铅垂位置的直线上 适当选取，以改善机构在冲头下极限位置附近的传力性能。根据摇杆的三个极限位置（土2o位置和另一极限位置），设定与之对应的曲柄三个位置，其中对应于摇杆的两个位置，曲柄应在与连杆共 线的位置，曲柄另一个位置可根据保压时间来设定，则可根据两连架杆的三组对应位置来设计此机构。设计完成后，应检查曲柄存在条件，若不满足要求，则重新选择曲柄回转中心。也可以在选择 曲柄回转中心以后，根据摇杆两极限位置时曲柄和连杆共线的条件，确定连杆和曲柄长度，在检查 摇杆在铅垂位置 2o 时，曲柄对应转角是否满足保压时间要求。曲柄回转中心距摇杆铅垂位置愈 远，机构行程速比系数愈小，冲头在下

14、极限位置附近的位移变化愈小，但机构尺寸愈大。3. 辅助加压机构可采用凸轮机构，推杆运动线图可根据运动循环图确定，要正确确定凸轮基圆 半径。为了便于传动，可将筛料机构置于主体机构曲柄同侧。整个机构系统采用一个电动机集中驱 动。要注意主体机构曲柄和凸轮机构起始位置间的相位关系，否则机器将不能正常工作。4. 可通过对主体机构进行的运动分析以及冲头相对于曲柄转角的运动线图，检查保压时间是否 近似满足要求。进行机构动态静力分析时，要考虑各杆（曲柄除外）的惯性力和惯性力偶，以及冲头的惯性力。冲头质量 m中、各杆质量 m干（各杆质心位于杆长中点） 以及机器运转不均匀系数 s均见表 8.5 ，则各杆对质心轴的

15、转动惯量可求。认为上下冲头同时加压和保压时生产阻力为常数。飞 轮的安装位置由设计者自行确定，计算飞轮转动惯量时可不考虑其他构件的转动惯量。确定电动机 所需功率时还应考虑下冲头运动和料筛运动所需功率。五. 设计方案5-1 整体机构动作分析此（机械系统）压片机作用是从外界获取动力和原料（粉料）将它们加工成产品（5mm厚的片坯）。作用关系如下图所示。压片机单元部分分解图： 其中筛料机构还有把成品片坯推出来的作用，整套传动系统可以让压片机每个 部分动作协调。5-2 单元机构动作分析（1） 上冲头：直线上下运动，最好具有急回特性，在下止点有停歇或近似停歇。（2）下冲头：直线上下运动，行程较小，运动具有间

16、歇性。（3）筛料机构：直线往复运动，具有“推”的动作。（4）传动机构：是其他机构动作协调，有减速作用。 5-3 单元机构方案拟定1） 上冲头：机构具有增力功能，初步确定方案有如下几种：(2)下冲头：机构具有间歇运动，行程较小(24mm ,初步确定方案有下面两种：a2 .b2.(3) 筛料机构：具有直线往复运动，且要有“推”的动作。初步方案有:C3 5-4机构整体系统方案拟定综合考虑，实行上冲头运动的住加压机构、实现下冲头运动的辅助加压机构、实 现筛料运动的上下料机构。上冲头采用肘杆式增力冲压机构，由曲柄摇杆机构和摇杆 滑块机构串接而成，因此，选用c1；下冲头要求运动精确，辅助加压，行程小，因此

17、 采用a2,下部采用对心直动凸轮机构；筛料机构要求直线往复运动，而且要有“推” 的动作，因此采用凸轮机构容易实现，选 c3。各级传动都为齿轮或蜗轮蜗杆传动，传动精度高，运动可靠；上冲头由曲柄滑块 机构带动运动精度高，移动料筛H至下冲头的型腔上方等待装料，并将上一循环已成型 的工件推出(卸料)然后料筛震动，将粉料筛入型腔，下冲头下沉一定深度 丫，以防 止上冲头向下压制时将粉料扑出然后上冲头继续向下，下冲头向上加压，并在一定时间 内保持一定的压力；而后上冲头快速退出下冲头随着将成型的工件推出型腔，这便完成了一个循环周期。系统运动简图综合综合运动协作关系 5-5 单元机构参数计算上冲头机构：要求摇杆

18、在垂直位置土 2o范围内滑块位移量w 0.4mmr（1-： - ） w 0.4mm r w 656.6mm取摇杆摆角为40o,滑块行程90mm杆L3=L5。2L（1-2 近匸严）=90mmL3= L5 = 192.3mm据几何关系：L4= L3n： L . - = 229.2mm取和上冲头一体的杆L6=200mm取h1=300mm, 1、2、34组成的曲柄摇杆机构，要求L3摆角为40o两个极限位置方程：hl2 + L32 + L42 = (L2 - LI)2f Ll = 597 mm(L2 = 48 3.4mm下冲头机构：对心直动凸轮机构，其运动线图A、B、C、D E、F、G H各处采用正弦修

19、正，以保证无刚性冲击。 正弦加速运动规律推程方程为s=h( S / S o)-sin(2 nS / S o)/(2 n )u =hw 1-cos(2 nS / S o)/ S 022a=2 n h w sin(2 nS / S 0)/ S 0回程时的运动方程为：s=h1-( S / S 0 )+s in(2 nS / S 0 )/(2 n )u =hw cos(2 nS / S 0 )/ S 02 2a=-2 n h w sin(2 nS / S 0 )/ S 0取CD段分析：h1修正区段：将h=2*h1 ; S 0=2 S 1带入上述三式，得到：S=h 1( S / S 1)-sin( n

20、S / S 1)/ n 式中 S (0, S 1)式中 S ( S 1 , S 0- S 2)u =h w 1-cos( n S / S 1)/ S 1a=n h1 w 2sin( n S / S 1)/ S 12(h-h 1-h2)区段为等速运动区段，其运动方程为:S=h 1+(h-h 1-h 2)( S - S 1)/( S 0- S 1- S 2)u =(h-h 1-h 2) w /( S 0- S 1- S 2)a=0h2区段为正弦加速度减速区段，其运动方程为：s=h-h 2( S 0- S )/ S +bsin n ( S 0- S )/ S 2/ n 2 2式中 S ( S 0-

21、S 2, S 0)a=-h 2 3 n sin n ( S o- S )/ S 2)/ S 2令S = S 1 ,则=得到2h1/ S i=(h-h 1 -h 2)/( S 0- S 1- S 2)令S = S 0- S 2，贝u二得到2h2/ S 2=(h-h 1 -h 2)/( S 0- S 1- S 2)联立方程，得到h1= S1h/(2S0-S1-S 2)h2= S2h/(2S0-S仁S 2)取 S 1= S 2= n /12 ，又知 S 0= n /6+ n /12= n /4 , h=8mm, 进而求解得到：h仁h2=2mm凸轮基圆半径取80mm,由其修正后的运动线图作为驱动尺寸，

22、绘得凸轮如下： 筛料机构：也是对心直动凸轮机构，几何封闭。运动线图如下：各个折点处用二次多项式运动规律修正，凸轮基圆半径取100mm,已修正后的运动线图作为驱动尺寸，绘得其形状为： 5-6传动比设计及动力选取驱动电机选择：转速1450(r/mi n)，功率：6KW. 每分钟生产10片，目标曲柄、凸轮转速为10r/mi n. 减速目标：1450r/min f 10r/mi n. ?总=145 齿轮模数m=4，压力角a=20o.传动系统直齿轮，锥齿轮，蜗杆部分参数:名称参数齿数Z模数m(mm)分度圆直径d(mm)基圆直径db转速r/min1蜗轮轮20252锥齿轮5842325003锥齿轮20480

23、14504直齿轮874348327.05005锥齿轮2541005006直齿轮304120112.814507锥齿轮2541005008蜗杆4505009蜗轮202510蜗杆45050011蜗轮202512蜗杆450500 5-7系统综合方案评价系统功能：实现了目标运动功能，能自动完成生产活动；运动性能：精确传动比，实现精确周期性动作，凸轮摇杆等基圆较大，而且运 动速度不是很快，系统运行平稳；工作性能：达到目标生产速率；动力性能：6kw电动机驱动，动力满足要求；系统整体结构：比较紧凑；经济性：用到两对锥齿轮，三对蜗轮蜗杆，加工成本可能会高。六. 自我评价与总结通过此次课程设计，我进一步加深了对机械原理的理解，也知道了课本和现实实 践的差距