壓片成型機(jī)課程設(shè)計武漢理工大學(xué)

1、目錄1. 任務(wù)分析 2 1.1 總功能分析 2 1.2 總功能分解 22.驅(qū)動裝置的選擇 3 2.1 常用電動機(jī)的結(jié)構(gòu)特征 3 2.2 選定電動機(jī)的容量 33. 選取設(shè)計方案 3 3.1 方案的選取 3 3.2 機(jī)構(gòu)的選取 4 3.2.1上沖頭機(jī)構(gòu) 4 3.2.2下沖頭機(jī)構(gòu) 4 3.2.3送料機(jī)構(gòu) 44. 運動方案的確定6 4.1 方案的比較 6 4.2 方案的評價 85. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動循環(huán)圖8 5.1執(zhí)行構(gòu)件的運動形式 8 5.2擬訂運動循環(huán)圖 106. 主要尺寸設(shè)計 10 6.1 齒輪的計算 11 6.2 凸輪輪廓的確定 11 6.2.1 下沖頭凸輪輪廓的確定 11 6.2.2 料篩凸輪輪

2、廓的確定 127.課程設(shè)計小結(jié)148.參考文獻(xiàn) 141.任務(wù)分析1.1 總功能分析 根據(jù)題目要求，要最終將干粉壓制成片坯。若要求獲得質(zhì)量較好的成品，可采用諸多方法。下面采用黑箱法進(jìn)行分析：機(jī)械加工 能量 成品 料 粉 由黑箱法分析可得到：為了達(dá)到高效、方便的目的，采用機(jī)械自動加工的方法比較好，因此，本題采用了自動加工的方法壓制片坯。1.2總功能分解 設(shè)計干粉壓片機(jī)，其總功能可以分解成以下幾個工藝動作：1) 送料機(jī)構(gòu)：為間歇直線運動,這一動作可以通過凸輪上升段完成2) 篩料：要求篩子往復(fù)運動放料3) 推出片坯：下沖頭上升推出成型的片坯4) 送成品：通過凸輪推動篩子來將成型的片坯擠到滑道5) 上沖

3、頭往復(fù)直線運動，最好實行快速返回等特性6) 下沖頭間歇直線運動得如下樹狀功能圖：2. 驅(qū)動裝置的選擇選擇電機(jī)類型：電動機(jī)是機(jī)器中運動和動力的來源，其種類很多，有電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、蒸汽機(jī)、水輪機(jī)、汽輪機(jī)、夜動機(jī)等。電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、控制方便、維護(hù)容易，一般機(jī)械上大多數(shù)均采用電動機(jī)驅(qū)動。2.1 常用電動機(jī)的結(jié)構(gòu)特征 （1）Y系列三相異步電動機(jī) 該系列點擊能防止水滴、灰塵、鐵屑或其他雜物浸入電機(jī)內(nèi)部，它是我國近年來研制成功的電動機(jī)。 （2）電磁調(diào)速三相異步電動機(jī)有組合式和整體式兩種機(jī)構(gòu)，這兩種調(diào)速電動機(jī)為防護(hù)式，空氣自冷，臥式安裝，且無碳刷，集電環(huán)等滑動接觸部件。2.2 選定電動機(jī)的容量電動機(jī)

4、的容量選得合適與否，對電動機(jī)的工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。當(dāng)容量小于工作要求時，電動機(jī)不能保證工作裝置的正常工作，或使用電動機(jī)因長期的過載而過早損壞；容量過大則電動機(jī)的價格高，能量不能充分利用，且常常不在滿載下運行，其效率和功率的因數(shù)都較低，造成浪費。根據(jù)工藝參數(shù)及運動參數(shù)我們選擇方案，電動機(jī)轉(zhuǎn)速3選取設(shè)計方案3.1方案的選取 根據(jù)題目要求選取方案C進(jìn)行課程設(shè)計。在這個設(shè)計中，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為970r/min,生產(chǎn)效率為20片/min，成品尺寸為4020（mm,mm）,40mm為成品的直徑。沖頭壓力為150kN,機(jī)器運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)為0.05，沖頭質(zhì)量為9kg,桿的質(zhì)量為m=3kg.因此，由生產(chǎn)效率和電

5、動機(jī)的轉(zhuǎn)速可以得知，設(shè)計的工藝動作周期為3秒。3.2機(jī)構(gòu)的選取上沖頭機(jī)構(gòu)：要求： 要實現(xiàn)往復(fù)直線運動，并且要有急回特性。有以下方案可供選擇：a 方案中采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸較小，但滑塊在行程末端只做瞬間停歇，保壓效果不佳，運動規(guī)律不理想。b 方案中采用轉(zhuǎn)動凸輪推動滾子從動件，當(dāng)滾子與凸輪廓線接觸部分為同心圓弧是，從動件在行程末端停歇。c 方案中采用肘桿式增力沖壓機(jī)構(gòu)，它是由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串接而成，可得到較好的運動規(guī)律，且有增力加壓效果d 方案中為渦輪蝸桿傳動，結(jié)構(gòu)簡單，承載能力大，有緩和沖擊且能滿足較理想的運動規(guī)律。由以上分析可知c、d 方案為上沖頭的機(jī)構(gòu)較好3.2.2下

6、沖頭機(jī)構(gòu)：要求：較高的承受能力 要實現(xiàn)間歇運動 可靠性要好有以下方案可供選擇：a 方案中由兩個盤形凸輪交替驅(qū)動滾子從動件，以實現(xiàn)預(yù)定的運動規(guī)律，可能會有小的沖擊，且凸輪輪廓曲線的設(shè)計過程較為復(fù)雜b 方案中為對心直動滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，能實現(xiàn)要求的運動規(guī)律，由于間歇運動較多，故凸輪輪廓曲線會比較復(fù)雜以上兩種方案均可作為下沖頭的機(jī)構(gòu)3.2.3送料機(jī)構(gòu)：a方案中為凸輪與連桿組合的機(jī)構(gòu)，可獲得較大的行程b 方案中為圓柱凸輪機(jī)構(gòu)，但圓柱凸輪加工復(fù)雜c 方案中為偏置的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，易制造d 方案中為渦輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)，傳動比較平穩(wěn)方案a、c、d較好4.運動方案的確定4.1 方案的比較由

7、以上分析可知，機(jī)構(gòu)可能的運動方案有N= 2*2*3 = 12 種 。現(xiàn)初步確定其中較好的三個方案如下：方案一：方案二：方案三：4.2方案的評價：運動精確性：方案一、二、三中的凸輪設(shè)計、齒輪設(shè)計和曲柄設(shè)計都是按照生產(chǎn)率20片min來設(shè)計，因此其轉(zhuǎn)動速度均為20rmin運動平穩(wěn)性:由于各方案中凸輪的尺寸較小，且工作速度不快，因此傳動比較平穩(wěn)。而方案二、三是以軸桿式增力沖壓機(jī)構(gòu)作為上沖頭機(jī)構(gòu)，可滿足較大的壓力；而方案一采用的是錐齒輪傳動與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為上沖頭機(jī)構(gòu) ，提供壓力時有可能造成運動不平穩(wěn)。方案一、三送料均采用擺動從動件盤形凸輪搖桿滑塊機(jī)構(gòu)，凸輪的壓力角小。結(jié)構(gòu)緊湊性：三個方案均通過一個電動

8、機(jī)實現(xiàn)送料、成形、分料工藝動作，且外形尺寸比較合理，機(jī)構(gòu)較為緊湊。經(jīng)濟(jì)性：方案一、三主要通過V帶連接，價格比較適中；而方案二中錐齒輪較多，造價較高。綜合以上分析：三個方案均可滿足要求，但方案三優(yōu)點較多，在此選用方案三進(jìn)行最后的機(jī)構(gòu)綜合設(shè)計。5 .執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動循環(huán)圖5.1執(zhí)行構(gòu)件的運動形式顯然該壓片機(jī)應(yīng)有三套機(jī)械傳動系統(tǒng)所組成，即實現(xiàn)上沖頭運動的加壓傳動系統(tǒng)，實現(xiàn)下沖頭運動的輔助加壓傳動系統(tǒng)，實現(xiàn)料篩運動的上、下料傳動系統(tǒng)。這三套傳動系統(tǒng)中的上沖頭、下沖頭、料篩即為三個執(zhí)行構(gòu)件，它們的運動特性分別為：a)上沖頭完成往復(fù)(鉛垂上下)直移運動，在下移至終點后有短時間停歇(起保壓作用)。又因沖頭上升后

9、要留有料篩進(jìn)入的空間，故沖頭的行程約為9 0100mm。沖頭還受有較大的力。若機(jī)構(gòu)主動件一轉(zhuǎn)(2)完成一個運動循環(huán)，則上沖頭位移線圖的形狀大致如圖a所示。b) 下沖頭也作上下直移運動，其運動規(guī)律較復(fù)雜，自初始位置過一段時間后先下沉3 mm，然后上升8mm加壓，后停歇保壓，繼而上升1 6mm將成形片坯頂至與平臺平齊后停歇，待料篩將片坯推離沖頭后再下移2 1 mm到待裝料的初始位置。沖頭也受有較大的力。其位移線圖大致如圖b所示。c) 料篩作水平直移運動，其運動規(guī)律也較復(fù)雜。待坯料成形并被推出型腔后，料篩再在臺面上右移4 55 0mm，推開成形片坯。可看出料篩受力不大。其位移線圖大致如圖c所示。5.

10、2擬訂運動循環(huán)圖擬定運動循環(huán)圖的目的是確定各機(jī)構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件動作的先后順序、相位，以利于設(shè)計、裝配和調(diào)試。根據(jù)上述工藝動作順序可以擬定出表示三套傳動系統(tǒng)中三個執(zhí)行構(gòu)件運動循環(huán)協(xié)調(diào)配合關(guān)系的運動循環(huán)圖。由于上沖頭所在的系統(tǒng)為主傳動系統(tǒng)，其原動件每一轉(zhuǎn)便完成一個運動循環(huán)，所以擬定運動循環(huán)圖時，以該原動件的轉(zhuǎn)角為橫坐標(biāo)(03 6 0)，以各執(zhí)行構(gòu)件的位移為縱坐標(biāo)畫出位移曲線(運動循環(huán)圖上的位移曲線主要著眼于運動的起始位置，而不必準(zhǔn)確表示其運動規(guī)律，故圖上位移曲線均由直線段組成)。6.主要尺寸設(shè)計6.1 齒輪的計算 根據(jù)選定的驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速n=970rmin和生產(chǎn)率20片min，它的機(jī)械傳動系統(tǒng)的總速比為

11、：I=97020=48.5 ，選用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪以下壓力角和模數(shù)均取標(biāo)準(zhǔn)值=20 , m = 5第一級齒輪減速=2.425 =29 =70取蝸桿齒數(shù)=2 渦輪齒數(shù)=40總傳動比為 i=704029248.56.2 凸輪輪廓的確定凸輪機(jī)構(gòu)的最大的優(yōu)點是：只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運動規(guī)律，而且機(jī)構(gòu)簡單緊湊。6.2.1 下沖頭凸輪輪廓的確定選取適當(dāng)?shù)谋壤撸榘霃阶鲌A；選取凸輪的基圓半徑ro= mm,偏心距e=0mm，凸輪以等角速度沿逆時針方向回轉(zhuǎn)，推桿的運動規(guī)律如圖 所示。先作相應(yīng)于推程的一段凸輪廓線。為此，根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理，將凸輪機(jī)構(gòu)按進(jìn)行反轉(zhuǎn)，此時凸輪靜止不動

12、，而推桿繞凸輪順時針轉(zhuǎn)動。按順時針方向先量出推程運動角，再按一定的分度值（凸輪精度要求高時，分度值取小些，反之可以取小些）將此運動角分成若干等份并依據(jù)推桿的運動規(guī)律算出各分點時推桿的位移值S。表3.1 下沖頭推桿的運動規(guī)律序號凸輪轉(zhuǎn)動角度推桿運動規(guī)律123456789根據(jù)以上位移曲線結(jié)合反轉(zhuǎn)法得出凸輪的輪廓曲線如下：6.2.2 料篩凸輪輪廓的確定 以上為傳動方案圖局部，如圖，使圖中=90度，L1=L2=50mm則有=90-arccos（S2L1）,兩邊同時取正弦，得sin=S100其中S為料篩的位移，設(shè) 為凸輪的轉(zhuǎn)角，而 的關(guān)系如下圖：再根據(jù)sin=S100將上圖轉(zhuǎn)化為 繼而根據(jù)擺動從動件盤形

13、凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法做出凸輪的輪廓曲線如下圖：7. 課程設(shè)計小結(jié) 通過這次機(jī)械原理課程設(shè)計，提高了我們綜合運用機(jī)械原理課程理論的能力，培養(yǎng)了分析和解決一般機(jī)械運動實際問題的能力，并使所學(xué)知識得到進(jìn)一步鞏固、深化和擴(kuò)展。掌握了一些常用執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)或簡單機(jī)器的設(shè)計方法和過程。 這次機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計歷時了一個多星期，時間上雖有些緊張，做設(shè)計的時候有些東西也是現(xiàn)學(xué)現(xiàn)賣。但這樣的安排可以讓我們利用一整段時間鞏固和學(xué)習(xí)新的知識，把所學(xué)運用到實際設(shè)計當(dāng)中。在所學(xué)理論知識的基礎(chǔ)上也充分的發(fā)揮了創(chuàng)造性。各類資料的查詢也熟練了很多。在實際的設(shè)計過程中，我們也遇到了許多的困難，不過經(jīng)過我們大家的團(tuán)結(jié)努力，一點點克服了困難，最終作出了成品，我們還是很高興的。8. 參考文獻(xiàn)1 彭文生、李志明、黃華梁主編。機(jī)械設(shè)計（第二版）；高等教育出版社，2008.112 孫恒、陳作模