干粉压片机课程设计概论.docx
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干粉压片机课程设计概论
机械原理及设计综合课程设计说明书
设计题目:
干粉压片机
第一章、运动方案部分
一、机械原理及设计综合课程设计任务书
(一)、设计题目—————————————————————4
(二)、工作原理及工艺动作过程——————————————4
(三)、设计原始数据及设计要求——————————————4
(四)、设计方案提示———————————————————5
(五)、设计的主要任务——————————————————6
二、干粉压片机运动方案设计
(一)、设计题目分析
1、总功能分析————————————————————6
2、总功能分解————————————————————7
3、功能元求解————————————————————7
4、进行执行机构选型—————————————————7
5、三构件的具体方案设计———————————————8
(二)、机械运动方案的确定
————————————————10
(三)、干粉压片机运动循环图的设计
————————————10
(四)、执行机构的尺寸计算
1、上冲头机构设计——————————————————12
2、凸轮的设计————————————————————13
3、料筛凸轮轮廓的确定————————————————16
(五)、运动简图及运动线图
1、运动简图
—————————————————————17
2、运动线图
①用解析法对上冲头进行分析————————————18
②C语言编程———————————————————18
③编程数据输出——————————————————20
④作出运动线图——————————————————24
第三章、参考资料部分
———————————————————————60
第一章、运动方案部分
一、机械原理及设计综合课程设计任务书
(一)、设计题目:
干粉压片机
(二)、工作原理及工艺动作过程:
干粉压片机的功用是将不加粘结剂的干粉料压制成h圆型片坯,
其工艺动作的分解如下图所示:
(1)料筛在模具型腔上方往复振动,将干粉料筛入直径为、深度为y1的筒形型腔,然后向左退出45mm。
(2)下冲头下沉y2,以防上冲头进入型腔时把粉料扑出。
(3)上冲头进入型腔y2。
(4)上、下冲头同时加压,各移动(y1-h)/2,将产生压力F,要求保压一定时间,保压时间约占整个循环时间的1/10。
(5)上冲头退回,下冲头随后以稍慢速度向上运动,顶出压好的片坯。
(6)为避免干涉,待上冲头向上移动H后,料筛向右运动推走片坯,接着料筛往复振动,继续下一个运动循环。
(三)、设计原始数据及设计要求:
方案
h(mmmm)
n1(rpm)
H(mm)
F(N)
y1(mm)
y2(mm)
I
305
20
100
15000
21
3
II
284
25
95
13000
18
3
III
265
30
90
12000
19
3
工作条件:
三班制,连续运转,每台电动机同时带动50组冲头。
使用期限:
十年,大修期三年
生产批量:
小批量生产(少于十台)
生产条件:
中等规模机械厂制造,可加工7~8级精度的齿轮及蜗轮
动力来源:
电力,三相交流(220/380V)
转速的容许误差:
±5%
(四)、设计方案提示:
1、由以上工艺动作分解过程可知,该机械共需3个执行构件,即:
上冲头、下冲头和料筛。
设计时,需拟订运动循环图,各执行构件的起讫位置可视具体情况重叠安排,以增长执行构件的动作时间,减少加速度,但要保证不发生碰撞。
2、根据生产条件和粉料的特性,宜采用大压力压制。
上冲头的机构为主加压机构。
由于主加压机构所加压力甚大,用摩擦传动原理不甚合适;用液压传动原理,因顾及系统漏油会污染产品,也不宜采用;故宜采用电动机作为动力源,选择刚体推压传动原理。
3、由于压片机的工作压力较大,行程较短,一般采用肘杆式增力冲压机构作为主加压机构。
它是由曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串联而成。
为了“增力”,两机构的极限位置宜重合或接近。
4、为了保压,要求冲头在极限位置完全停歇是较困难的。
实际上,只要冲头在离极限位置0.4mm范围内的运动时间约为整周时间的1/10即可。
5、设冲压阶段的压力变化近似地与距离成线性关系。
将压制阶段所需功率除以一周的时间,得平均功率。
考虑到运动副摩擦和料筛运动所需的功率,实际所需功率约为平均功率的两倍。
6、为减少速度波动,应采用飞轮。
要求速度波动不均匀系数小于0.18。
计算飞轮转动惯量时,可不考虑其他构件的转动惯量。
7、减速器的具体方案可为展开式、分流式、同轴式、圆锥-圆柱等,按学号分配。
(五)、设计的主要任务:
1、运动方案部分:
根据工艺动作顺序和协调要求拟订运动循环图。
进行上冲头、下冲头和料筛三个执行机构的选型,列出形态学矩阵。
选择原动机及传动机构。
机械运动方案的评定和选择。
画出机械运动方案简图。
对传动机构和执行机构进行运动尺寸综合及运动和动力分析。
飞轮转动惯量的计算。
2、减速器部分:
选择电动机型号,确定总传动比,分配传动比,计算各轴运动和动力参数,传动零件(带轮、齿轮)的设计计算,轴的结构设计及强度校核,滚动轴承的选择和验算,键联接的选择和验算,联轴器的选择,设计减速器,绘制零件图,决定齿轮和轴承的润滑方式,选择润滑剂。
3、编写课程设计说明书
二、干粉压片机运动方案设计
(一)、设计题目分析
工作原理及工艺动作过程见任务书。
1、总功能分析
顾名思义,干粉压片机就是把干粉压制成具有一定形状厚度的片坯,一般采用黑箱法进行分析,分析见下。
2、总功能分解
由题目要求,该干粉压片机要求完成的工艺动作有一下五个:
(1)、送料:
为间歇直线运动
(2)、筛料:
筛子往复运动
(3)、加压:
下冲头先下移,上冲头再下移,然后一起加压,并保时成型
(4)、推出:
下冲头上升推出成型的片坯
(5)、送成品:
通过凸轮推动筛子来将成型的片坯挤到滑道
以上五个动作,加压时用上冲头和下冲头两个机构来完成的。
因此干粉压片机运动方案设计重点考虑料筛机构、上下冲头加压机构的选型和设计问题。
3、功能元求解
根据功能的要求,进行求解,各功能元分别可以用不同的机构来实现其运动及传动要求
上冲头运动A可以由移动推杆圆柱凸轮机构、曲柄导杆滑块机构、偏置曲柄
滑块机构、曲柄摇杆机构来实现;
送料机构B可以由涡轮蜗杆机构、移动凸轮机构、偏置曲柄滑块机构来实现;
下冲头运动C可以由双导杆间歇运动机构、移动凸轮机构、曲线槽导杆机构来实现。
4、进行执行机构选型:
根据上下冲头和料筛这三个执行构件动作要求和结构特点,可以选择表1——2常用的机构,即为执行机构的形态学矩阵。
表2—1三执行机构的形态学矩阵
上冲头
移动推杆圆柱凸轮机构
曲柄导杆滑块机构
偏置曲柄滑块机构
曲柄摇杆机构
蜗轮蜗杆运动机构
送料机构
涡轮蜗杆机构
移动凸轮机构
偏置曲柄滑块机构
下冲头
双导杆间歇运动机构
移动凸轮机构
曲线槽导杆机构
对心直动滚子推杆盘形凸轮机构
曲柄导杆滑块机构
5、三构件的具体方案设计
①上冲头的运动A:
要实现往复直线移动,还有考虑急回特性。
因此有以下方案可供选择:
(说明:
以下三图由上至下依次为图2—1,图2—2,图2—3)
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:
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3:
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。
②送料机构B:
主要作用是将坯料送至加工位置,对承载能力要求低。
故有以下方案可供采用:
图2—4图2—5
图2—4为凸轮机构,并采用弹簧连接,可获得较大的行程;图2—5为凸轮连杆机构,亦可实现往复振动贺间歇运动;图2—4所示机构方案更易达到运动要求,能满足往复振动和实现间歇运动。
③下冲头的运动C:
需要较高的承受能力、且需要实现间歇运动,可靠性好。
则有以下方案可供选择:
图2—6图2—7图2—8
图2—6所示为两个盘形凸轮推动同一个从动件方式,可实现预定的运动规律。
图2—7所示为对心直动滚子推杆盘形凸轮机构,结构简单、且能实现间歇运动,满足运动规律。
图2—8所示为曲柄导杆滑块机构,可满足较高的承受能力、具有较好的增力效果且能实现间歇运动。
故以上三种方案可为下冲头运动的机构。
双导杆运动机构,虽然也可作为下冲头的运动实现间歇运动,但构件数目较多、结构相对较上述较复杂,不可采用为宜。
所以选用图2—7方案
(二)、机械运动方案确定
图2—9
由机械运动方案设计,最终最优方案如图所示。
(三)、干粉压片机运动循环图的设计
从上述工艺过程可以看出,由主动件到执行有三支机构系统顺序动作;画出运动传递框图如下:
图2—10
从整个机器的角度上看,它是一种时序式组合机构系统,所以要拟定运动循环图,应以主动件的转角为横坐标(0——360),以机构执行构件的位移为纵坐标画出位移曲线。
运动循环图上的位移曲线主要着眼于运动的起迄位置,而不是其精确的运动规律。
料筛从推出片坯的位置经加料位置加料后退回最左边(起始位置)停歇。
下冲头即下沉3mm(如下图中②)。
下冲头下沉完毕,上冲头可下移到型腔入口处(如下图中③),待上冲头到达台面下3mm处时,下冲头开始上升;对粉料两面加压,这时上、下冲头各移动8mm(如图中④),然后两冲头停歇保压(如图中⑤),保压时间约0.3s相当于主动件转36度左右。
以后,上冲头先开始退出,下冲头稍后并稍慢地向上移动到台面平齐,顶出成形片坯(如图中⑥)。
下冲头停歇待卸片坯时;料筛已推进到形腔上方推卸片坯(如图中⑦)。
然后,下冲头下移21mm的同时,料筛振动使筛中粉料筛入形腔(如图中⑧)而进入下一个循环。
(四)、执行机构的尺寸计算
1、上冲头机构设计:
设定摇杆长度
选取λ=1.5代入公式:
r≤
得r≤394㎜
∴选取r=390㎜;
∴L=r×λ
=390×1.5=585㎜;
确定摇杆摆角根据右图,可知行程的计算公式为图2—11
h=L-[r×cosα+-r]
此时h=100㎜
算的摆角为32°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。
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;
DC0是摇杆在摆角最大时的位置;
DC12是摇杆与铅垂方向夹角为2°的位置;
DC3是摇杆铅垂时的位置;
由题意:
∵AC2=AB+BCAC0=BC-AB
∴AB=97㎜BC=171㎜
测量出∠B1AB1'=80°,为保压角
检验曲柄存在条件
CD=390mm,AB=97mm,BC=171mm,AD(机架)=462mm
满足杆长之和定理,即AD+AB 综上所述上冲头机构的尺寸设计如下: 曲柄97㎜曲柄连杆171㎜ 摇杆390㎜滑块连杆L585㎜ 2、凸轮的设计: 凸轮轮廓线的计算 凸轮基圆的确定 在实际设计中规定了凸轮机构压力角的许用值[α],对于直动从动件通常取[α]=
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