1、贵州大学机械原理课程设计压片成型机指导教师戴明1.课题概述22.方案对比及优选33.机构参数计算8三维建模125.凸轮设计136.连杆运动学分析147.总结168.附录179.参考文献26压片成型机一、.课题概述1.压片成形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.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） 上冲头退出，下冲头随后顶出压好的片坯。（4） 料筛推
2、出片坯。3.设计要求(1).上冲头完成往复直移运动（铅垂上下）。因冲头上升后要留有料筛进入的空间，故冲头行程为100mm。因冲头压力较大，因而加压机构应有增力能力。(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。(3).料筛在模具型腔上方往复振动筛料，然后向左退回。待坯料成型并被推出型腔后，料筛在台面上右移约4550mm，推卸片坯。二.方案对比及优选 上冲头方案设计与分析：方案1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
3、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2说明：六杆机构（由摇杆滑块和曲柄摇杆组成）评估：可计算机构自由度F=3*5-2*7=1，此机构是一个六杆机构，曲柄为主动件，带动摇杆摇动及滑块上下运动，其有增力功能，机构简单。综合以上两个方案的优缺点，认为是使用方案二进行设计是比较好的选择。 送料机构方案设计与分析：主要作用是将坯料送至加工位置，且能实现往复运动要求，故有以下方案可供选择。方案一：曲柄滑块机构评估：计算机构自由度F=3*3-2*4=1，此机构能坯料送至加工位置，而且有急回特性，但是不是很容易筛料，不太理想。方案二：凸轮滑块机构评估：
4、计算机构自由度F=3*3-（2*3+1）-1=1此机构能将坯料送至加工位置，不但能够做往复运动，而且容易筛料，结构简单，易于控制。综上，选择方案二，自由度F=3n-(2pl+ph)=1。下冲头方案设计与分析：方案一：运用曲柄连杆机构实现下冲头的往复移动。但实现不了下冲头的间歇运动。方案二：为了更好的实现工作，下冲头需要较高的承受能力。凸轮机构（对心直动滚子推杆凸轮机构），结构简单，有较高的承受能力，还能实现间歇运动，满足运动要求。自由度F=3n-(2pl+ph),3*3-（2*3+1）-1=1，故可以选择。选择方案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。
5、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，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。若选用连杆机构，必须确定各构件的长度；选用凸轮机构，必须确定凸轮的理论轮廓线和实际轮廓线。确定设计方案根据上面对各机构选择的最佳方案，最终选用方案为：送料机构偏置曲柄滑块机构移动凸轮机构（）上冲头机构移动凸轮机构曲柄摇杆机构（）下冲头机构对心直动滚子推杆凸轮机构（）曲柄连杆机构三、机构参数计算A.减速机构的设计及尺寸计算根据选定的驱动电机的转速n=1440r/min和生产率为20片/min，所以机械传动系统的总速
6、比为：I=1440/20=72为方便配合各个机构的运动规律，总方案中齿轮1、2、3、4四个的转速均设定为20r/min，另外5、6、7三个齿轮的转速设定为40r/min，则行星轮系的齿轮设计如下：各齿轮压力角和模数均取标准值：=20 m=1 ha*=1 c*=，Z1=20 Z2=32 Z3=45 Z4=71在行星轮系中：nH=1440r/min i3H=1-i31H=1-( Z3Z1)/( Z2Z4)=20/1440=1/72 又iH3= nH / n3=72所以n3=20r/min综上可以刚好使齿轮一的转速为20r/min，故可以直接使用。B.连杆的设计与分析连杆的分析主要为上冲头中的六连杆
7、部分，它事由两个四杆机构组成，分别是摇杆滑块机构与曲柄摇杆机构，曲柄为主动件，带动摇杆摇动及滑块上下运动，完成上冲头的动作过程。1、摇杆滑块（图形如下） 假设AB=150mm BC=250mm,已知H=100mm 如图C2点为上冲头运动的最低点，根据冲头行程H=100mm，作图：可得冲头的起始运动点C1位置，如图所示，再以A为圆心，AB长为半径画弧，另以C1为圆心，BC长为半径画弧，两段圆弧交点即为点，用直尺量取摆角54。2、曲柄摇杆 假设机构的行程速比系数K= ，则极位夹角=180（K+1）/（K-1）=36，又由上已知摇杆AB150mm，摆角54， =36，则可设计一个四杆机构。如下所示。
8、作图：（1）以任意点A作任意角度的B1点和B2点（2）连接B1点和B2点，过B1点作线段B1B2的垂线，再以B2点量取与B1B2线成夹角为90-=54角度的线段，两者交点即为B1B2点，在三角形B1PB2中作任意两条线的中垂线交点即为圆心0，则可做该三角形的外接圆，即点E即在圆上。（3）假设点E在垂直于AD的右侧处，量取AE=130mm，连接EB2，EB1，由DE=（LEB2-LEB1）/2, 所以以点B2为圆心B2E长度为半径画弧交，则EB2于点F，则EF=2DE，分别以E，F为圆心相同半径画弧交两点，连接两点线段与EF交点即为点D,再以E点为圆心DE为半径画圆，圆弧即为D点的运动轨迹线。（
9、4）用直尺在图中可量得DE=55mm BD=145mm其中AB+DEAE+BD 满足杆长条件。综上，上冲头机构的尺寸为：摇杆AB =150mm 曲柄DE=55mm 连杆BD=145mm 机架AE=130mm 极位夹角=36 行程速比K=。如图：C.机械运动参数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，正确处理四个环节、合理安排各机构运动的先后顺序及具体运动行程是设计循环的关键。其中送料可以通过凸轮完成，压片有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推到滑道来完成。所以循环图就归为上冲头、下冲头、送料三个。 为了保证上冲头
10、、凸轮、送料机构这三个运动不冲突，在分析三者关系之后发现下冲头的运动是整个机构的关键部分，所以在设计机构运动循环图的时候，率先设计上下冲头。由于上下冲头关系密切，在运动的过程中，为了达到高效快速的效果，要保证两者互相之间运动不冲突。动作关系表如下：上冲头进进退退料筛退近休进远休下冲头退近休进远休通过分析计算可大致得到初步结论如下：有连杆机构中设定得行程速比系数K=，设前半段为X，后半段为Y，由函数关系有： X+Y=360 X/Y= 解得X=216 Y=144则运动规律：1 0216 上冲头下降100mm2 216360 上冲头上升100mm四、Pro/E三维建模为了更直观、更形象、跟容易被人理
11、解以及及时纠正数据设计的错误，Pro/E的三维建模很有必要，在实施实物制作前，可以提前看到效果，对不完善的地方，还可及时修正改善，在正式实施前就解决好，使得设计更加完善。在Pro/E三维建模过程中，首先根据已知计算数据创设各个零件，再根据设计图将各个零件按照规定程序组装，组成机构或机器，完成建模。建模过程中尤为注意的是零件尺寸必须按照所需尺寸设定，否则将会出现建模阻碍导致建模失败；其次便是各个零件或机构在连接过程中的连接方式及参照的选择，这些都是有可能导致建模失败的原因。所以，在三维建模过程中，应当加倍注意个中细节，才能完美建模。三维建模图如附录图XVI 。5、凸轮设计 送料机构凸轮： 基圆半
12、径r1=80mm, 偏距e=0,滚子半径10mm,推杆行程h=60mm运动规律：1 010 静止（装料） 2 1030 左移30mm3 3060 近休（卸料）4 6085 左移30mm5 85220 静止（压片）6 220300 右移60mm7 300360 远休送料机构循环图见附录图III 下冲头凸轮： 假定基圆半径r0=30mm ,偏距e=0,滚子半径10mm,推杆长度设为150mm，推杆行程h=21mm。运动规律：1 060 静止2 6085 下移3mm3 85194 近休4 194216 上升8mm5 216220 静止6 220280 上升16mm 7 280300 远休8 3003
13、60 下降21mm下凸轮机构循环图见附录图II6、连杆运动学分析电动机转速/（r/min）：1440； 生产率/(片/min)：20；冲头压力/N：150000；料筛高L=30mm,直径D=30mm；成品规格：20mm5mm。1.连杆机构位移与周期分析（图见附录图IV）由要求知，生产率为20件/min，所以每生产一件的时间周期为3s，冲头的输送长度为100mm。由位移时间图像分析可知，三维模型中对送料机构的周期T=3s，行程L=100mm，与设计的要求大体是一致的，因此符合要求。2.送料连杆机构的速度，加速度与周期分析（图见附录图V、图VI）已知连杆的运动是有急回运动的，其行程速比为，周期T=
14、3s，有分析速度时间图像可知，回程速度大于进程速度，其进程速度和回程速度特性是符合设计要求的。总 结在一段时间的设计过程中，我发现了许多的问题，在设计的过程中有许多我们平时都不太重视的东西，也有很多的难题，在这一段时间里我们每个人都是互相询问和帮助，这给了我很大的动力，有的不懂我们就会再一起讨论问题，设计完了我们就会回到宿舍去画图。设计的过程中，我感触最深的当属查阅了很多次设计书和指导书。为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准，一次次翻阅机械设计书是十分必要的，同时也是必不可少的。这次的机械设计我学到了很多以前在书本没有学到的东西，知识有了较大的提升，特别是对干粉压片机的结构原理与设计分析
15、更加清楚深刻。真用铅笔来做图真的很困难，怪不得大家都喜欢CAD。在这次课程设计中，充分利用了所学的机械原理知识，根据设计要求和设计分析，选用组合成机械系统运动方案，从而设计出结构简单，制造方便，性能优良，工作可靠的机械系统。这次课程设计让我充分体会到设计需要大胆创新这一层面。创新也是一个国家、一个社会、一个企业必不可少的，设计中的创新需要高度和丰富的创造性思维，没有创造性的构思，就没有产品的创新，产品也就不具有市场竞争性。在设计过程中，虽然我们的创新是简显的，但这也锻炼了我们的能力，更指明了我们努力的方向。整个设计我基本上还满意，由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。附 录图I 上冲头
16、机构循环图图II 下冲头机构循环图图III 送料机构循环图图IV 六杆机构s-t图图V 六杆机构v-t图图VI 六杆机构a-t图图VII 下冲头凸轮参数显示图VIII 下冲头凸轮参数设计分析图IX 下冲头凸轮行程分析图X 下冲头s、v、a分析图XI 送料机构凸轮参数显示图XII 送料机构凸轮参数设计分析图XIII 送料机构凸轮行程分析图XIV 送料机构凸轮s、v、a分析图XV 机构总图图XVI Pro/E三维建模图参考文献（1）孙桓、陈作模主编机械原理 高等教育出版社2000版；（2）朱保利、吴晖主编机械原理课程设计指导书 南昌航空工业学院出版2004版；（3）孟宪源、姜琪主编机构构型与应用 机械工业出版社2004版；（4）侯珍秀主编机械系统设计 哈尔滨工业大学出版社2000版；（5）黄继昌、徐巧鱼主编实用机械机构图册 人民邮电出版社1996版；（6）XX文库、道客巴巴等。
