机械原理课程设计压片成形机

JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY机械原理课程设计说明书题目： 压片成形机 学 院： 工学院 姓 名： 学 号： 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 10级 指导教师： 2012 年 06月12 日1 设计题目1.1 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。1.2 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、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。 1.3 上冲头、下冲头、送料筛的设计要求是： （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0.4s左右。因冲头上升后要留有料筛进入的空间，故冲头行程为90100mm。因冲头压力较大，因而加压机构应有增力功能（如图8.3a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（如图8.3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4550mm，推卸片坯（如图8.3c所示）图8.3设计要求1.4 上冲头、下冲头与送料筛的动作关系见表1表1动作关系上冲头进退送料筛退近休进远休下冲头退近休进远休1.5 压片成形机设计数据电动机转速/（r/min）：970； 生产率/(片/min)：20；冲头压力/N：100 000； 机器运转不均匀系数/：0.05；M冲（kg)：9： m杆（kg)：3. 2 原动机的选择2.1 原动机的选择主用参考下列条件：（1）现场能源供应条件、（2）工作机载荷特性及其工作制度、（3）工作机对起动、平稳性、过载能力、调速和控制方等方面的要求。（4）原动机是否工作可靠、操作与维修简便，是否需要防尘、防爆、防腐等。（5）原动机的初始成本与运行维护费用。 电机的容量主要由电动机运行时的发热情况而定，而发热又与其工作情况而定。工作机所需工作功率Pw，应由工作阻力和运动参数计算得来的，可按下式计算：Pw=Tn/9550 Kw其中：T工作机的阻力矩，Nmm； n-工作机的转速，r/min；经过综合考虑决定选用Y160M-6型号电动机（额定电压380V，额定频率50HZ，功率7.5KW，额定转数970r/min）3 传动比的分配选取额定转速为970r/min3.1 确定总传动比电动机转速=970r/min凸轮转速I=20r/min总3.2 传动比的分配将总传动比按各级传动进行分配总xxx（式中，为各级传动的传动比）传动比的分配要求：（） 各级传动比应在推荐范围选取（参见机械原理课程设计附录机械传动的特点和性能）。（） 使各级传动的承载能力得到充分发挥，并使其结构尺寸协调匀称。（） 使各级传动具有最小的外形尺寸、最小的重量和中心距。（） 建议使用不可约分的传动比，以避免某几个轮齿的磨损过分集中，降低噪声和振动。传动系统采用四级减速机构，第一级为带传动，第二级为减速器传动，第三级为带传动，第四级为带传动。按前述传动比分配原则，为使传动构件获得较小尺寸，结构紧凑，可采用传动比先小后大”原则。因此初选.，。第二级减速器内部齿轮结构如下图所示其中Z1=20，Z2=30，Z3=80，Z4=45, Z5=23,Z6=48,Z7=20.且各齿轮的模数M=2，压力角a=20度。又差动轮系的计算传动比的公式得： i13=（w1-wH)/(w3-wH)=-z3/z1又n1=600r/min,n3=600/i74=-600/4.8=-125r/min代入上式得 wh=20r/min,即传动比i1H=30.根据设计要求，上冲头，下冲头和送料筛同时进行，所以第三级和第 四级的传动比为。3.3 各级传动比的分配表传动比分配i1i2i3i41.630114 传动机构的选择与比较通过查阅机械原理课程设计指导书，我们初步确定了传动机构：摩擦轮传动，带传动，链传动，齿轮传动，蜗杆传动。各传动的特点如下两表A和B：类别摩擦轮传动带传动链传动特点运转平稳，噪声小，可在运转中调整传动比；有过载保护作用，结构简单；轴与轴承上的作用力很大，有滑动，工作表面磨损较快轴间距范围大，工作平稳，噪声小，可吸振缓冲；摩擦型带传动有过载保护作用，结构简单；成本低，安装要求不高。外廓尺寸较大；摩擦型带有滑动，不能用于分度链；由于摩擦生电，带传动不宜用于易燃场合；轴和轴承上的作用力大；带的寿命较短轴间距范围大；链条元件间形成的油膜能吸振；对恶劣环境有一定适应能力，工作可靠；作用在轴上的载荷小。运转的瞬时速度不均匀，高速时不如带传动平稳（但齿形链传动较平稳）；链条工作时，因磨损产生的伸长容易引起共振，因此需增设张紧和减震装置寿命取决于材料的接触强度和耐磨损能力带轮直径大，带的寿命长与制造质量有关表类别齿轮传动蜗杆传动特点承载能力和速度范围大。传动比恒定，采用行星传动可获得很大的传动比，外廓尺寸小，工作可靠，效率高，非圆齿轮可实现变传动比传动。制造和安装精度要求高；精度低时，运转有噪声；无过载保护作用结构紧凑，单级传动能得到很大的传动比；传动平稳，无噪声；单头蜗杆可制成自锁机构。传动比大、滑动速度低时效率低；中、高速传动需用昂贵的减摩材料（如青铜）；制造精度要求高，刀具费用贵；钢蜗杆蜗轮副已开始应用寿命取决于轮齿材料的接触和弯曲疲劳强度以及抗胶合合耐磨损能力制造精确，润滑良好，寿命较长，低速传动，磨损显著表 根据设计要求、工艺性能、结构要求和总传动比等条件选择传动系统类型，选定带传动和齿轮传动。5 执行机构运动方案评估5.1 上冲头运动方案方案1：肘杆式增力冲压机构说明：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头的行程要求。方案2：曲柄连杆机构。说明：用涡轮蜗杆带动偏心飞轮转动，连杆带动上冲头走往复运动。缺点：制造水平要求高，切达不到怎呀要求。方案3：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90100mm，凸轮机构尺寸将会变得很大很笨重。 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。5.2 料筛运动方案：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。机构简图如下。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。综合以上对料筛的运动方案的分析，选择方案以为最佳方案。 5.3 下冲头运动方案设计方案一：运用凸轮机构实现下冲头的往复移动。如图：方案二：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。6 压片机总体运动放案分析6.1 方案一：如图所示。1 曲柄连杆机构 2、13 涡轮 3、12蜗杆 4、8、10皮带轮 5 皮带 6 齿轮 7 减速箱 9 电动机 11 圆柱凸轮 14 下冲头 15 料筛 16 上冲头动作说明:1. 压片成形机经皮带轮1级减速，减速器2级减速后由齿轮带动圆柱凸轮转动，使料筛作往复运动。由两皮带轮分别带动两蜗轮蜗杆机构。2. 两涡轮蜗杆分别带动曲柄连杆机构、凸轮机构运动。3. 曲柄连杆机构与摇杆滑块机构串联构成肘杆机构，是上冲头作往复运动，并实现加压。凸轮机构带动下冲头，使其作往复运动。6.2 方案二：运动方案如图所示，1 电动机 2、3齿轮 4、5圆锥齿轮 6、17凸轮机构 7、19蜗杆 8、18蜗轮 9皮带轮 10皮带 11曲柄滑块机构 12弹簧 13、振动筛 14、上冲头 15、圆筒型腔 16、下冲头动作说明： 1. 压片机在1电动机的带动下，通过齿轮、圆锥齿轮、蜗轮蜗杆机构将动力传到两个凸轮机构上。 2. 两凸轮又分别控制振动筛和凸轮机构，凸轮10通过皮带传动带动14曲柄滑块机构，最终带动上冲头、振动筛、下冲头运动起来，从而使整个机构工作起来。6.3 方案三：运动方案如图所示；A:上冲头 B：下冲头 C：对心直动推杆盘形凸轮机构D：凹槽凸轮 E：料筛 F：圆柱凸轮 G： 电动机 H：齿轮I：圆锥齿轮 J：涡轮蜗杆 K：进料口动作说明：1） 由电动机G输出原动力传给H齿轮2） 齿轮H通过三对锥齿轮分别传动3） 通过锥齿轮的传动F圆柱凸轮转动带动E料筛左移4） 原料通过K进料口送入料筛5） 对心直动滚子推杆盘形凸轮机构转动使下冲头下移6） 通过圆柱凸轮推动料筛右移把原料送到压料胚口原料进入压料桶内之后E料筛又左移装料7） 通过传动杆带动涡轮蜗杆j带动D凹槽凸轮机构使上冲头向下压同时下冲头向上压并保持一段时间8） 上冲头上移回原位，下冲头向上把压好的成品推出压料胚9） 料筛继续送料同时通过料筛前铲头推到出料口，同时下冲头下移料进压料胚10） 通过以上运动完成压料，此后继续重复7 设计方案的评比和选择方 案 评 比方案评价 性能 方案一方案二方案三工作性能应用范围较广可调性高运转精度大应用范围广可调性高运转精度一般应用范围广可调性一般运转精度一般传动性能传动性强速度范围大噪声小传动比大承载能力一般传动平稳噪音小经济性经济性一般结构简单经济性好经济性一般结构紧凑性较好一般好综述以上评比，方案一各个方面较好，最后确定方案一为最终方案。8 机械系统运动循环图9 各运动构件计算分析数据9.1 上冲头机构设计：设定摇杆长度 R 0.4(1+a-cos2-)式中:a=L/R摇杆滑块机构中连杆与摇杆长度之比，一般取12。 我们选择a=1，则R328.3mm 取R=300mm，则L=R=300mm1. 确定摇杆摆角根据右图，可知行程的计算公式为h=L-rcos+-r 此时h=100算的摆角为33.6与测量出的图中摆角大小相等题设要求摆角小于60满足要求。2. 通过图解法求出曲柄摇杆机构中曲柄与连杆的长度如图所示，AB为曲柄，BC为连杆，DC为摇杆；DC2是摇杆在摆角最大时的位置；DC1是摇杆铅垂时的位置；由题意: AC1 = AB+ BC AC2 = BC-ABAB=70 BC=130检验曲柄存在条件 CD=300mm，AB=70mm, BC=130mm, AD(机架)=361mm满足杆长之和定理，即AD+ABCD+BC,确保了曲柄的存在。综上所述 上冲头机构的尺寸设计如下：曲柄 70 曲柄连杆 130摇杆300 滑块连杆L 300 9.2 下冲头中凸轮的设计：1.凸轮基圆的确定由运动循环图最大斜率 40.1因为此设计中的凸轮均为对心凸轮，则基圆半径公式为：为了使机构能顺利工作，规定了压力角的许用值，在使的前提下，选取尽你可能小的基圆半径。根据工程实践的经验，推荐推程时许用压力角取以下数值：移动从动件，=3038 摆动从动件，= 4045下冲头凸轮机构为移动从动件 =38基圆半rb=26.8mm.将凸轮基圆以每份10平均分割，根据下冲头循环图，确定每一段的升程与回程曲线。特别指出，期中160240为保压段，此段保持1.33秒的休止。3.滚子半径的确定在330这两点曲率半径相对较小的地方画尽量小的圆来确定其最小半径min=1.15mm.0.8min.所以，此处取滚子半径=9.2mm.2.凸轮轮廓的确定：再由作图法，得以下凸轮轮廓图。9.3 料筛中圆柱凸轮的设计：由其位移线图可在CAD中作出圆柱凸轮的轨迹。取圆柱直径为20mm.圆柱凸轮展开轮廓曲线 圆柱凸轮10 主要参考资料【1】 郑文纬，吴克坚主编 机械原理第七版。北京：高等教育出版社，2011.【2】 刘毅主编机械原理课程设计。武汉：华中科技大学出版社，2009.17