機械原理課程設(shè)計--粉末成型壓機設(shè)計

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文檔簡介

1、　　設(shè)計題目：粉末成型機　　小組成員： 　　所在班級： 　　指導(dǎo)教師： 　　完成日期：年月日　　目錄

2、;　　題目 .....................................3　　設(shè)計題目及任務(wù) ..........................................3　　1.1設(shè)計題目 ................

3、...........................3　　1.2設(shè)計任務(wù) ...........................................5　　2.運動方案 ...........................................5　　2.1方案1

4、 ............................................5　　2.2方案2 ............................................6　　2.3總方案 ..............................

5、.............7　　3.運動循環(huán)圖 ................. ..........................8　　4.上沖模機構(gòu) ..........................................9　　5.下沖模機構(gòu)

6、 .........................................12 　　6.送料機構(gòu) .........................................18　　7.總結(jié) ................................

7、.........21　　題目：粉末成型壓機設(shè)計　　第1章設(shè)計題目及任務(wù)　　1.1 設(shè)計題目　　設(shè)計粉末成型壓機，將具有一定濕度的粉狀原料（如陶瓷干粉、藥粉）定量送入壓形位置，經(jīng)壓制成形后脫離該位置。機器的整個工作過程（送料、壓

8、形、脫離）均自動完成。該機器可以壓制陶瓷圓形片坯、藥劑（片）等。 　　如上圖所示，粉末成型壓機的工藝動作是：　　(1). 送粉器運動到圓筒上方將下沖頭托上來的壓片推至左側(cè)，同時干粉料均勻篩入圓筒形型腔，下沖頭同時下降（圖1）。　　(2)．送粉器退至右側(cè)，下沖頭下降停止后上沖頭開始向下運動并擠壓

9、粉料。（圖2）　　(3)．上沖頭上升后下沖頭將壓好的壓片送出，同時送粉器已經(jīng)裝好下次的粉料準(zhǔn)備推送壓片。　　上沖頭、下沖頭、送料篩的設(shè)計要求是：　　1.上模沖壓制機構(gòu)應(yīng)具有以下的運動特性：快速接近粉料，慢速等速壓制，壓制到位后停歇片刻保壓或接近壓制行程終點時在放慢速度而起到保壓作用。&

10、lt;p>　　2.脫模機構(gòu)應(yīng)使下模沖頂出距離準(zhǔn)確，復(fù)位時要求速度快而沖擊小。　　3.送粉機構(gòu)要求嚴(yán)格遵守壓制周期的運動規(guī)律。　　進一步要求：讓上模沖和下模沖的運動規(guī)律可調(diào)。　　主要技術(shù)參數(shù)要求：　　每分鐘壓制次數(shù)為10-40次；

11、　　壓坯最大直徑為45mm；　　上模沖最大行程為110mm；　　送粉器行程為115mm；　　脫模最大行程為45mm；　　壓制及脫模能力最大為58kN；　　1.2 設(shè)計任

12、務(wù)　　1. 粉末成型壓機一般至少包括連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)在內(nèi)的三種機構(gòu)。　　2.畫出機器的運動方案簡圖與運動循環(huán)圖。擬定運動循環(huán)圖時，可執(zhí)行構(gòu)件的動作起止位置可根據(jù)具體情況重疊安排，但必須滿足工藝上各個動作的配合，在時間和空間上不能出現(xiàn)“干涉”。　　3.設(shè)計凸輪機構(gòu)，自行確定運動規(guī)律，

13、選擇基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑。計算凸輪廓線。　　4.設(shè)計計算齒輪機構(gòu)。　　5.對連桿機構(gòu)進行運動設(shè)計。并進行連桿機構(gòu)的運動分析，繪出運動線圖。　　6.編寫設(shè)計計算說明書。　　7.機器的計算機演示驗證。

14、;　　第2章運動方案　　2.1方案1　　如圖所示由主動件圓輪通過連桿帶動送粉器進行往復(fù)運動實現(xiàn)送粉功能，主動件通過連桿帶動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪然后帶動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪帶動連桿，連桿帶動上模上下運動，實現(xiàn)壓制功能。主動件圓輪通過連桿帶動圓輪運動，圓輪通過連桿帶動凸輪運動，凸輪帶動下模上下運動，實現(xiàn)下模的

15、功能。　　優(yōu)點：各部件傳動精確，無較大的傳動誤差，各部件均能按設(shè)計路線運動，均能滿足功能要求，而且設(shè)計簡便，制作簡單。　　缺點：連桿與凸輪、圓輪、齒輪之間的連接之處，受力和磨損較大，生命周期可能較短，在平時可能增大生產(chǎn)成本。　　2.2方案2<p&

16、gt;　　如圖所示，需要3個主動件帶動，帶動上模的凸輪，而凸輪帶動連桿運動，連桿做上下運動。送粉器：主動件帶動連桿，連桿帶動送粉器運動，送粉器做左右運動。下模：主動件又帶動凸輪運動，凸輪帶動連桿運動，連桿帶動下模上下運動。　　優(yōu)點：傳動簡單，能實現(xiàn)功能要求。　　缺點：需要使用3個動力機構(gòu)，浪費電能，而且不能較好的實現(xiàn)同步運動和同速運動，而且上模不能承受較

17、大的壓力，不能實現(xiàn)壓制功能。　　故缺點影響較大，可能使其運動功能受到影響。　　2.3總方案的確定　　有上述可知，方案2對實現(xiàn)粉末成型壓機的功能有較大影響，對其運動影響較大。而方案1則能較好的滿足粉末成型壓機的要求。故我們選擇方案1.

18、　2.3.1總方案：方案1傳動機構(gòu)的確定　　行星輪系尺寸確定：　　W3=20rad/min i3H=1-z1z2'/z2z3’=n3/nH　　n3=2.08 r/min=n4 nH=1000 r/min　　z1

19、z2'/z2z3=49/50 i3H=1/50　　取z1=20 z2=20 z2'=49 z3=50 　　第3章運動循環(huán)圖 　　0 π/12 2π/3 5π/6 7π/6 4π/3 9π/610π/676π/42 11π/6<

20、;/p>　　第4章上沖模機構(gòu)　　4.1上沖模機構(gòu)尺寸確定　　由技術(shù)參數(shù)要求上模沖的最大行程為110mm可知，它的最大行程應(yīng)該等于2倍的圓心到連桿的距離，所以應(yīng)該等于55mm，那么齒輪應(yīng)大于55mm。連桿則可根據(jù)運動規(guī)律自行確定，我們在這取140mm。　　滑塊直徑45mm，滑塊高度

21、=50mm，上模沖質(zhì)量：9kg。　　由題目要求可以得到所有需要的尺寸。　　4.2運動分析　　4.2.1運動模型建立 　　為了方便分析，我們將齒輪與連桿的連線假想成一個連桿。如圖（1）所示：

22、　　設(shè)原動件在圖示位置為起點，即轉(zhuǎn)過的角度為0. 滑塊在圖示位置位移為0，向上為正，向下為負(fù)，設(shè)原動件轉(zhuǎn)過的角度為ａ，則由幾何條件可知，滑塊位移s與ａ的關(guān)系：　　數(shù)學(xué)運算公式　　S=(c.^2-b.^2).^0.5-(b.^2+c.^2-2*b*c*cos(pi/2-ａ-asin(sin(pi/2+ａ)*b/c)))

23、.^0.5;　　圖（1）　　4.2.2運動曲線　　上沖模運動中位移與角度的曲線圖如圖（2），其matlab程序見附錄（1） 　　圖（2）位移與角度圖像

24、　　上沖模運動中速度與角度的曲線圖如圖（3），其matlab程序見附錄（2）　　圖（3）速度與角度圖像　　上沖模運動中加速度與角度的曲線圖如圖（4），其matlab程序見附錄（3）　　圖（4）加速度與角度的圖像<b&g

25、t;　　4.2.3結(jié)果總結(jié)　　由上述曲線圖（2）（3）（4）可以知道，該機構(gòu)的尺寸能實現(xiàn)功能，符合要求。 　　第5章下沖模機構(gòu)　　5.1下沖模尺寸設(shè)計　　凸輪基圓半徑r=45mm ，遠(yuǎn)休半徑=105mm，下模沖高度

26、=20mm，桿長=50mm。質(zhì)量=3kg。滾子半徑=10mm。輪廓曲線見后面運動分析結(jié)果。　　5.2下沖模機構(gòu)中凸輪機構(gòu)類型的選擇　　凸輪選擇移動凸輪，推桿選擇滾子推桿，即直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)。因為這種機構(gòu)推桿由于滾子與凸輪輪廓之間為滾動摩擦，所以磨損較小，故可用來傳遞較大的動力，在本設(shè)計中可以來傳遞提升材料的動力。<p

27、>　　5.3下沖模機構(gòu)中推桿運動規(guī)律的選擇　　由于題目中要實現(xiàn)下沖模的上頂材料和間歇功能，所以我們可以選擇變加速直線運動和變減速直線運動。由于可以很好的實現(xiàn)其要求的間歇和上傳運動。因此我們可以選擇變速直線運動。　　5.4凸輪輪廓確定　　以近休終點為凸輪起始位置，根據(jù)設(shè)計

28、要求，它先以正弦加速度規(guī)律進行推程運動，角度為2*pi/3，然后進行遠(yuǎn)休，由于遠(yuǎn)休所需要的時間不長，故設(shè)計為pi/6，然后進行余弦加速度規(guī)律進行回程運動，角度為pi/3，最后為近休，由于要進行壓制操作，故近休時間相對較長，為5*pi/6.　　推桿運動中位移與角度的曲線圖如圖（5），其matlab程序見附錄（4）　　圖（5）推桿位移與角度的圖像</p

29、>　　推桿運動中速度與角度的曲線圖如圖（6），其matlab程序見附錄（5）　　圖（6）推桿速度與角度關(guān)系　　如圖（5）其推程：S=h((a/a0)-sin(2πa/a0)/(2π))　　遠(yuǎn)休止：s=45

30、　回程：S=h(1-cos(πa/a0))/2　　近休止：s=0　　理論輪廓線方程式：　　x=(s。+s)sina+ecosa　　y=(s。+s)cosa-esina<

31、;p>　　工作輪廓方程式：　　tanθ=dx/dy=(dx/da)/(-dy/da)=sinθ/cosθ　　dx/da=(ds/da-e)sina+(s。+s)cosa　　dy/da=(ds/da-e)cosa-(s。+s)sina<p&g

32、t;　　cinθ=(dx/da)/((dx/da)^2+(dy/da)^2)^0.5　　cosθ=-(dy/da)/((dx/da)^2+(dy/da)^2)^0.5　　=> x'=x±r。cosθ　　y'=y±r。sinθ&l

33、t;b>　　壓力角：　　tanθ=((ds/da)-e)/((r。^2-e^2)^0.5+s)　　凸輪運動階段　　推程：s=h((a1/a0)-sin(2πa1)/(2π))　　回程：s=10ha3^3/a0

34、^3-15ha3^4/a0^4+6ha3^5/a0^5　　5.4.1繪制凸輪實際與理想輪廓曲線：　　由上述計算，運用matlab分析凸輪機構(gòu)的輪廓曲線，運算程序見附錄（6），曲線如圖（7）　　圖（7）凸輪實際輪廓線與理論輪廓線的比較　　5.4.2凸輪壓力角的驗算</

35、p>　　由課本可以知道壓力角的計算公式：　　壓力角：　　tanθ=((ds/da)-e)/((r。^2-e^2)^0.5+s)　　運用公式編寫matlab程序，然后從程序中讀出最大壓力角即可　　凸輪推程壓力

36、角的曲線圖如圖（8），其matlab程序見附錄（7）　　圖（8）凸輪推程壓力角　　凸輪回程壓力角的曲線圖如圖（9），其matlab程序見附錄（8）　　圖（9）凸輪回程壓力角　　由圖（8）（9），可以讀出最大壓力角　　凸輪推程壓力角

37、θmax=28.71 °<30°　　凸輪回程壓力角θ=-23.22°<30°　　很明顯由上可以得知凸輪壓力角符合要求。　　第6章送料機構(gòu) 　　6.1送料機構(gòu)尺寸確定<p

38、>　　由技術(shù)參數(shù)要求送粉器行程的最大行程為115mm可知，它的最大行程應(yīng)該等于2倍的圓心到連桿的距離，所以距離應(yīng)該等于57.5mm。連桿則可根據(jù)運動規(guī)律自行確定，我們在這取130mm。與送粉器固連的桿忽略不計。　　由題目要求可以得到所有需要的尺寸。　　6.2運動分析

39、6.2.1運動模型建立　　為了方便分析，我們將齒輪與連桿的連線假想成一個連桿。如圖所示：　　設(shè)原動件在圖示位置為起點，即轉(zhuǎn)過的角度為0. 滑塊在圖示位置位移為0，向上為正，向下為負(fù)，設(shè)原動件轉(zhuǎn)過的角度為ａ，則由幾何條件可知，滑塊位移s與ａ的關(guān)系：　　數(shù)學(xué)運算公式</p&

40、gt;　　S=(c.^2-b.^2).^0.5-(b.^2+c.^2-2*b*c*cos(pi/2-ａ-asin(sin(pi/2+ａ)*b/c))).^0.5;　　6.2.2運動曲線　　送料機構(gòu)中位移與角度的曲線圖如圖（10），其matlab程序見附錄（9）<p&

41、gt;　　圖（10）位移與角度的圖像　　送料機構(gòu)中速度與角度的曲線圖如圖（11），其matlab程序見附錄（10） 　　圖（11）其速度與角度的圖像　　送料機構(gòu)加速度與角度的曲線圖如圖（12），其matlab程序見附錄（11）　　圖（1

42、2）加速度與角度的圖像　　第7章總結(jié)　　小組總結(jié)：　　本粉末成型壓機機構(gòu)設(shè)計是我們小組兩人經(jīng)過多天的思考和討論以及老師的指點修改，最終確定下來的一個比較完美的方案。經(jīng)過思考，我們發(fā)現(xiàn)，其實上模沖不一非要是間歇運動，只要它的運動時間上

43、和另外兩個機構(gòu)協(xié)調(diào)就行了。因此我們想到了偏心輪機構(gòu)，而且偏心輪機構(gòu)的運動分析比起凸輪簡單多了。　　對于送粉器，經(jīng)過思考后和查找課本后，我們決定使用和上模沖一樣的機構(gòu)，而且可以很好的實現(xiàn)其要求的功能。　　最難得就是就是下模沖的移動凸輪機構(gòu)。因為一個是它的輪廓曲線的設(shè)計，另一個是它也要受壓，必須能承受較大壓力。經(jīng)過查找書上的凸輪設(shè)計例題以及所學(xué)的課本知識，再

44、結(jié)合我們自己的機構(gòu)設(shè)計要求，我們列出了它的輪廓曲線方程和運動曲線。接下來的關(guān)鍵步驟就是怎么根據(jù)它的輪廓方程把它的輪廓曲線用電腦畫出來。我們只能通過MATLAB來畫！但我們都對MATLAB不是很熟悉，不會用。我們只能從頭開始學(xué)習(xí)MATLAB，經(jīng)過一天的對MATLAB的書籍的略讀和幾天邊學(xué)邊用的摸索，我們終于把凸輪的輪廓曲線及所有的運動圖像畫出來了。這是我們設(shè)計最后成功的關(guān)鍵一步。為了解決第二個問題，我們經(jīng)過仔細(xì)分析和思考，最終找到了解決方

45、案：那就是在它的推桿上安裝一個彈性系數(shù)較大的彈簧同于分擔(dān)凸輪所受壓力。就這樣，我們把每一個問題都一一攻破。取得了最后的成功。　　總的來說，這次機構(gòu)的設(shè)計還算成功，但可能由于自己對書本知識的深刻了解和掌握程度不夠以及對一些常用畫圖設(shè)計軟件的熟練程度不夠和時間的有限，這次設(shè)計可能還有不少具體問題和細(xì)節(jié)不夠完善，或者有的地方還有待修改和改進！我們愿虛心聽取老師的意見進行完善！&

46、lt;p>　　第8章參考文獻　　機械原理（第七版）孫桓陳作模葛文杰高等教育出版社　　MATLAB R2008 控制系統(tǒng)動態(tài)仿真實例教程謝仕宏化學(xué)工業(yè)出社　　機械原理課程設(shè)計師忠秀王繼榮機械工業(yè)出版社<

47、;/p>　　Solidworks 產(chǎn)品設(shè)計實例教程詹迪維機械工業(yè)出版社 　　附錄：　　（1）上沖模位移與角度的程序　　>> b=55;　　c=140;

48、　　a=0:0.001:2*pi;　　s=(c.^2-b^2).^0.5-(b.^2+c.^2-2*b*c*cos(pi/2-a-asin(sin(pi/2+a)*b/c))).^0.5;　　plot(a,s)&l

49、t;b>　　>> grid　　上沖模速度與角度的程序　　>> b=55;　　c=140;　　a=0:0.001:2*pi;

50、　　v=-7700./(22625+15400.*sin(-a-asin(11./28.*cos(a)))).^(1./2).*cos(-a-asin(11./28.*cos(a))).*(-1+11.*sin(a)./(784-121.*cos(a).^2).^(1./2));　　plot(a,v)

51、;　　上沖模加速度與角度的程序　　>> b=55;　　c=140;　　a=0:0.001:2*pi;　　v=-7700./(22625+15400.*sin(-a-asin(11./2

52、8.*cos(a)))).^(1./2).*cos(-a-asin(11./28.*cos(a))).*(-1+11.*sin(a)./(784-121.*cos(a).^2).^(1./2));　　plot(a,v)　　>> grid<

53、p>　　>> b=55;　　c=140;　　a=0:0.001:2*pi;　　y=59290000./(22625+15400.*sin(-a-asin(11./28.*cos(a)))).^(3./2).*cos(-a

54、-asin(11./28.*cos(a))).^2.*(-1+11.*sin(a)./(784-121.*cos(a).^2).^(1./2)).^2+7700./(22625+15400.*sin(-a-asin(11./28.*cos(a)))).^(1./2).*sin(-a-asin(11./28.*cos(a))).*(-1+11.*sin(a)./(784-121.*cos(a).^2).^(1./2)).^2-7700./

55、(22625+15400.*sin(-a-asin(11./28.*cos(a)))).^(1./2).*cos(-a-asin(11./28.*cos(a))).*(11.*cos(a)./(784-121.*cos(a).^2).^(1./2)-1331.*sin(a).^2./(784-121.*cos(a).^2).^(3./2).*cos(a));　　plot(a,y

56、)　　>> grid　?。?）下沖模推桿位移程序：　　h=45;　　X=2*pi/3;

57、;　　x=0:0.001:2*pi/3;　　s=h*((x/X)-sin(2*x*pi/X)/(2*pi));　　plot(x,s)　　hold on　　x=2*pi/3:0.001:5*pi/6

58、;　　s=45;　　plot(x,s)　　hold on　　x=5*pi./6:0.001:7*pi./6;　　s=

59、22.5*(1+cos(3*(x-5*pi./6)));　　plot(x,s)　　hold on　　x=7*pi/6:0.001:2*pi;　　s=0;<

60、;/p>　　plot(x,s)　　hold off　?。?）下沖模推桿速度程序：　　h=45;　　X=2*pi

61、/3;　　x=0:0.001:2*pi/3;　　v=135/2/pi-135/2*cos(3*x)/pi　　plot(x,v)　　hold on<

62、p>　　x=2*pi/3:0.001:5*pi/6;　　v=0;　　plot(x,v)　　hold on　　x=5*pi./6:0.001:7*pi./

63、6;　　v=135/2*cos(3*x);　　plot(x,v);　　hold on　　x=7*pi/6:0.001:2*pi;　　v=0;</p&

64、gt;　　plot(x,v)　　hold off　　凸輪實際和理論輪廓線比較程序：　　h=45;　　r=10;<

65、/b>　　X=2*pi/3;　　x=0:0.001:2*pi/3;　　s=h*((x/X)-sin(2*x*pi/X)/(2*pi));　　a=(45+s).*cos(x);　　b=(4

66、5+s).*sin(x);　　m=(135./2./pi-135./2.*cos(3.*x)./pi).*cos(x)-(45+135./2.*x./pi-45./2.*sin(3.*x)./pi).*sin(x);　　n=(135./2./pi-135./2.*cos(3.*x)./pi).*sin(x)+(45+135./2.*x./pi-45./2

67、.*sin(3.*x)./pi).*cos(x);　　p=m./(m.*m+n.*n).^0.5;　　q=-n./(m.*m+n.*n).^0.5;　　y=a-r.*q;　　z=b-r.*p;&l

68、t;/p>　　plot(y,z)　　hold on　　plot(a,b)　　hold on

69、　x=2*pi/3:0.001:5*pi/6;　　s=45;　　a=(45+s).*cos(x);　　b=(45+s).*sin(x);　　m=-90*sin(x);　　n=90*cos(x)

70、;　　p=m./(m.*m+n.*n).^0.5;　　q=-n./(m.*m+n.*n).^0.5;　　y=a-r.*q;　　z=b-r.*p;<b

71、>　　plot(y,z)　　hold on　　plot(a,b)　　hold on　　x=5*pi./6:0.001:7*pi./6

72、;　　s=22.5.*(1+cos(3.*(x-5*pi./6)));　　a=(45+s).*cos(x);　　b=(45+s).*sin(x);　　m=135./2.*cos(3.*x).*cos(x)-(135./2+45/2.*sin(3.*x)).*sin(x);

73、　　n=135./2.*cos(3.*x).*sin(x)+(135./2+45/2.*sin(3.*x)).*cos(x);　　p=m./(m.*m+n.*n).^0.5;　　q=-n./(m.*m+n.*n).^0.5;　　y=a-r.*q;<

74、/b>　　z=b-r.*p;　　plot(y,z)　　hold on　　plot(a,b)

75、　　hold on　　x=7*pi/6:0.001:2*pi;　　s=0;　　a=(45+s).*cos(x);　　b=(45+s).*sin(x);&l

76、t;p>　　m=-45*sin(x);　　n=45*cos(x);　　p=m./(m.*m+n.*n).^0.5;　　q=-n./(m.*m+n.*n).^0.5;　　y=a-r.*q;

77、　　z=b-r.*p;　　plot(y,z)　　hold on　　plot(a,b)　　hold of

78、f　　凸輪推程壓力角程序　　X=2*pi/3;　　h=45;　　x=0:0.001:2*pi/3;

79、;　　s=h*((x/X)-sin(2*x*pi/X)/(2*pi));　　M=135/(2*pi)-135*cos(3*x)/(2*pi);　　r=atan(M./(45+s));　　R=50*r;　　plot(x,R);</

80、p>　　凸輪回程壓力角程序：　　X=2*pi/3;　　x=5*pi./6:0.001:7*pi./6;　　s=22.5*(1+cos(3*(x-5*pi./6)));　　M=-3*sin(3*x-2.5*p

81、i);　　r=atan(M./(45+s));　　R=500*r;　　plot(x,R);　　送料機構(gòu)中位移與角度程序：　　>> b=57.5;<

82、p>　　c=130;　　a=0:0.001:2*pi;　　s=(c.^2-b^2).^0.5-(b.^2+c.^2-2*b*c*cos(pi/2-a-asin(sin(pi/2+a)*b/c))).^0.5;　　plot(a,s)&

83、lt;/p>　　>> grid　　送料機構(gòu)中速度與角度程序：　　>> b=57.5;　　c=130;　　a=0:0.001:2*pi;</

84、p>　　v=-7700./(22625+15400.*sin(-a-asin(11./28.*cos(a)))).^(1./2).*cos(-a-asin(11./28.*cos(a))).*(-1+11.*sin(a)./(784-121.*cos(a).^2).^(1./2));　　plot(a,v)&

85、lt;p>　　>> grid　　送料機構(gòu)中加速度與角度程序：　　>> b=57.5;　　c=130;　　a=0:0.001:2*pi;<

86、p>　　v=-7700./(22625+15400.*sin(-a-asin(11./28.*cos(a)))).^(1./2).*cos(-a-asin(11./28.*cos(a))).*(-1+11.*sin(a)./(784-121.*cos(a).^2).^(1./2));　　plot(a,v)<

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89、sin(a)./(784-121.*cos(a).^2).^(1./2)).^2-7700./(22625+15400.*sin(-a-asin(11./28.*cos(a)))).^(1./2).*cos(-a-asin(11./28.*cos(a))).*(11.*cos(a)./(784-121.*cos(a).^2).^(1./2)-1331.*sin(a).^2./(784-121.*cos(a).^2).^(3./2).*c

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