机械原理课程设计—压片机

机械原理课程设计课程设计说明书

压片成型机

目录

目录 (1)

一、设计题目： (3)

1. 压片成型机介绍 (3)

2. 设计说明 (3)

3. 压片成形机的工艺动作 (4)

4. 上冲头、下冲头与送料筛的动作关系 (4)

5. 压片成型机的设计原始数据 (4)

6. 设计要求 (6)

7. 设计提示 (7)

二、机构设计方案 (8)

1．上冲头设计 (9)

2．送料筛设计 (10)

3．下冲头设计 (11)

4．机构选择 (12)

5．运动协调设计 (13)

三、运动循环图设计 (13)

四、设计步骤 (14)

1. 上冲头摇杆滑块机构尺寸设计： (14)

2. 下冲头凸轮设计 (16)

3. 传动比设计 (18)

五、课程设计小结 (18)

六、参考书目 (19)

七、附录 (19)

一、设计题目：

1.压片成型机介绍

设计自动压片成形机，将具有一定湿度的粉状原料（如陶瓷干粉、药粉）定量送入压形位置，经圧制成形后脱离位置。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。

2.设计说明

1)压片成形机一般至少包括连杆机构和凸轮机构和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。拟订运动循环图时，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，计算凸轮轮廓线。

4)设计计算齿轮机构，确定传动比，选择适当的摸数。

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，还应该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)学生可进一步完成机器的计算机演示验证和凸轮的数控加工等。

3.压片成形机的工艺动作

①干粉料均匀筛入圆筒形型腔。

②下冲头下沉3mm，预防上冲头进入型腔是粉料扑出。

③上、下冲头同时加压，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。

⑤料筛推出片坯。

4.上冲头、下冲头与送料筛的动作关系

5.压片成型机的设计原始数据

1)上冲头完成往复直移运动（铅锤上下），下移至终点后有短时间的停歇，起保压作用，保压时间为左右。因冲头上升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，因而加压机构应有增力功能（如下图a所示）

2)下冲头先下沉3mm，然后上升8mm，加压后停歇保压，继而上升16mm，将成形片坯顶到与台面平齐后停歇，待料筛将片坯推离冲头后，再下移21mm，到待料位置（如下图b所示）。

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45～50mm，推卸片坯（如下图c所示）

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。

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±2o 范围内滑块的位移量≤。据此可得摇杆长度：

r ≤o o 2sin 2co -10.422--+λλs

式中:λ——摇杆滑块机构中连杆与摇杆长度之比，一般取1～2。? 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（±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，冲头在下极限位置附近的位移变化愈小，但机构尺寸愈大。

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。?

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冲、各杆质量m杆（各杆质心位于杆长中点）以及机器运转不均匀系数δ均见表，则各杆对质心轴的转动惯量可求。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。

二、机构设计方案

1．上冲头设计

方案一：

说明：凸轮旋转带动滚子运动，使杆1与杆2

运动，使上冲头上下往复运动，完全能达到保压要求。

但上冲头行程要求有90~100mm，凸轮机构尺寸将会变

得很大很笨重。

方案二：

说明：杆1带动杆2

运动，杆2使滑块往复运动，同时带动杆

3运动，从而达到所要求的上冲头的运动。

此方案可以满足保压要求，但是上冲头机

构制作工艺复杂，磨损较大，且需要加润

滑油，工作过程中污损比较严重。

方案三：

说明：此方案使用曲柄摇杆机构和摇杆滑

块机构串接而成，结构简单、轻盈，能满足保压

要求，并能够轻松达到上冲头的行程要求。

综合以上三个方案的优缺

点，认为是使用方案一进行设

计是比较好的择。

2．送料筛设计

方案一：

说明：送料机构选用圆柱凸轮机构，触头带动料筛左右来回移动送料筛。料筛前设计有斜铲方便推送成行片胚，当上下冲头完成压片，上冲头退回最

高点及下冲头顶出

片胚时料筛带着料

想右移动。到达圆

筒形腔口铲除片胚，同时左右小范围的筛动之后向做退回装料。

方案二：

说明：运用凸轮机构带动料筛作往

复运动。由于料筛行程很大故凸轮

基圆半径很大，在筛动过程中，圆柱形凸轮受到冲击很大，所以不宜采用。

方案三：

说明；运用如图所示凸轮机构实现料筛的往复运动。其缺点是凸轮结构轮廓线变化较大可能不能满足压力角要求。

3．下冲头设计

运用凸轮机构实

现下冲头的往复移

动。

4．机构选择

驱动方式采用电动机驱动。由已知的压片成形机的功能分解，分别选择相应的机构，以实现所需的各项功能。见表2。

表2 压片成形机的机构选型

5．运动协调设计

压片成形机是由曲柄滑块机构，凸轮机构组成。负责上冲头工作的曲柄周转一圈完成一次工作循环，同样下冲头盘形凸轮以同样的转速转一圈作为一个工作周期，制作出成品。其他的送料、齿轮机构作为辅助机构。

最终压片成形机设计如下图

说明：此方案使用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串接而成，结构简单、轻盈，能满足保压要求，并能够轻松达到上冲头的行程要求。由于此方案中，料筛采用凸轮机构，可使其达到往复振动的运动效果；下冲头也采用凸轮机构，可达到保压效果，且此方案的稳定性较好，故选用此方案。

三、运动循环图设计

从机构运动上来看，整个机构分为送料、压片、推出片坯、送成品，四个环节，正确处理这四个环节是设计循环图的关键，其中送料机构可以通过凸轮完成，压片由上下冲头共同作用完成，推出片坯由下冲头上升完成，送成品通过凸轮推动筛子来将成型的片坯挤到滑道。

为了保证上冲头、凸轮、送料机构这三个运动机构之间不冲突，在分析三者关系之后发现上下冲头的运动是整个机构的关键部分，所以在设计运动循环图时，率先设计的是上下冲头部分。由于下冲头与

上冲头之间关系最密切，又要保证互相之间不冲突。（附录一）

1) 以上冲头加压机构主动件转角为横坐标，以各机构执行

构件的位移为纵坐标画出位移曲线。循环运动图上的位移曲线主要着眼于运动的起迄位置，而不必准确表示出运动规律。

2) 拟定运动循环图时，可执行构件的动作起迄位置可根据

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) 从运动的特性来看，上，下冲头的运动轨迹在同一条竖

直移动导路上，并且与送料机构的运动轨迹垂直相交，所以应避免这三个机构各自的运动出现互相干涉的情况，如上，下冲头的运动速度的冲突，送料机构水平移动与上，下冲头竖直移动的运动冲突等，以确保各个机构的运动不发生冲突，从而保证各自设计功能的实现和机器正常的运作。

四、设计步骤

1. 上冲头摇杆滑块机构尺寸设计：

1) 设定摇杆的长度

选取λ= 代入公式： r ≤ o

o 2sin 2co -10.4

22--+λλs

得r ≤=

此处设计r 选取200mm

所以 mm L 2402.1200r =?=?=λ

2) 确定摇杆摆角

可知行程的计算公式为：

设h=100mm ，则可得出摆角为o

9.43与图解法所得出摆角大小相等 又因为题设要求摆角小于o

60 所以满足要求。

3) 通过图解法求出曲柄摇杆机构中曲柄与连杆的长度

如附录三所示，AB 为曲柄，BC 为连杆，DC 为摇杆

DC 2为摇杆铅锤时的位置，DC 1与DC 2的夹角为2°

DC 2是摇杆DC 的左极限位置，DC 0是摇杆的右极限位置

AC 2=AB 2+B 2C 2=328mm

AC 0=B 0C 0-AB 0=188mm

通过计算可得：

AB=70mm

BC=258mm

经测量，?

=

∠36

3

1

AB

B为稳压角

4)检验曲柄存在条件

曲柄连杆BC=258mm曲柄AB=70mm

摇杆CD=200滑块连杆CE=240mm机架AD=368mm

满足杆长之和定理，即AD+AB

2.下冲头凸轮设计

由于手工作图有较大误差，选用偏置式凸轮机构并不利于手工绘图，因此本人选用对心式凸轮机构。（附录四）

1)基圆半径r0的确定：

根据凸轮机构的压力角公式

or

e=0，取最大需用压力角为30°

再根据运动循环图上最大斜率

dσ

ds

=

可得r0大于等于16mm既可。

为了方便作图，取r0=70mm

综上所述可得重要参数r0=70mm e=0mm

根据反转法，对照运动循环图，画出凸轮机构的机构运动见图。

2)滚子直径的确定

当凸轮的理论廓线为内凹时，由于凸轮的工作廓线的曲率半径ρ等于理论廓线的曲率半径ρ与滚子半径r之和，这样，不论滚子a

半径大小如何，凸轮的工作廓线总是可以平滑地作出来。

ρ等当凸轮的理论轮廓曲线为外凸时，其工作廓线的曲率半径

a

于理论廓线的曲率半径ρ与滚子半径r之差。此时若ρ＝r，工作廓线的曲率半径为零，则工作廓线将出现尖点，这种现象称为变尖现象；若ρ

因此，对于外凸的凸轮轮廓曲线，应使滚子半径小于理论廓线的最小曲率半径ρmin。

由于测量误差的存在，为保险起见，手绘作图滚子直径应小于ρmin 。

根据凸轮机构的机构运动简图，本设计中滚子直径设置为10mm。

3. 传动比设计

课程设计中电动机转速为970r/min,生产效率为15片/min ，计算得凸轮转速为15r/min 系统的总传动比为

蜗杆全部为单头

Z 1=30 Z 2=97 Z 3=45

Z 4=97 Z 5=97 Z 6=30 Z 7=30 上冲头：min /15r 30

197979745970=??? 料筛：min /15r 30

19745970=?? 下冲头：min /15r 30

19745970=?? 动力传动简图见附录二。

五、课程设计小结

六、参考书目

陆宁、樊江玲机械原理（第二版）清华大学出版社，2008 裘建新机械原理课程设计高等教育出版社，2010

七、附录

附录一：运动循环图（A4纸）

附录二：传动机构简图（A4纸）

附录三：上冲头机构运动简图（A3纸)

附录四：下冲头凸轮机构轮廓图（A3纸）