贵州大学机械原理课程设计压片成型机指导教师戴明.docx
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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………………………………………………………2
2.方案对比及优选………………………………………………3
3.机构参数计算…………………………………………………8
4.ProE三维建模…………………………………………………12
5.凸轮设计………………………………………………………13
6.连杆运动学分析………………………………………………14
7.总结……………………………………………………………16
8.附录……………………………………………………………17
9.参考文献………………………………………………………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45~50mm,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:
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。
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:
α=20m=1ha*=1c*=0.25,Z1=20Z2=32Z3=45Z4=71
在行星轮系中:
nH=1440r/min
i3H=1-i31H=1-(Z3·Z1)/(Z2·Z4)=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=150mmBC=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B1点,用直尺量取摆角Φ=54°。
2、曲柄摇杆
假设机构的行程速比系数K=1.5,则极位夹角θ=180°(K+1)/(K-1)=36°,又由上已知摇杆AB=150mm,摆角Φ=54°,θ=36°,则可设计一个四杆机构。
如下所示。
作图:
(1)以任意点A作任意Φ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°-θ=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。
(4)用直尺在图中可量得DE=55mmBD=145mm
其中AB+DE≤AE+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θ=36°行程速比K=1.5。
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、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=1.5,设前半段为X,后半段为Y,由函数关系有:
X+Y=360°
X/Y=1.5
解得X=216°Y=144°
则运动规律:
10°—216°上冲头下降100mm
2216°—360°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:
基圆半径r1=80mm,偏距e=0,滚子半径10mm,推杆行程h=60mm
运动规律:
10°—10°静止(装料)
210°—30°左移30mm
330°—60°近休(卸料)
460°—85°左移30mm
585°—220°静止(压片)
6220°—300°右移60mm
7300°—360°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:
10°—60°静止
260°—85°下移3mm
385°—194°近休
4194°—216°上升8mm
5216°—220°静止
6220°—280°上升16mm
7280°—300°远休
8300°—360°下降21mm
下凸轮机构循环图见附录图II
6、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:
20mm×5mm。
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1.5,周期T=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XVIPro/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。
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