1、課程設計說明書課程名稱：壓片成型機專 業：機械設計制造及其自動化班 級： B130205姓 名：張 軍指導老師：阮紅芳2016年1月5 日目錄一、前言 2二、課程設計目的 3三、壓片成型機工作原理及工藝流程分析 3四、設計要求及參數 5§ 4-1設計要求與部分參數 5§ 4-2設計提示 7五、設計方案 8§ 5-1整體機構動作分析 8§ 5-2單元機構動作分析 8§ 5-3單元機構方案擬定 9§ 5-4機構整體系統方案擬定 10§ 5-5單元機構參數計算 12§5-6 傳動比設計及動力選取 15§ 5-7

2、系統綜合方案評價 17六、自我評價與總結 17七、參考書目 18刖百現在世界各國間的競爭主要表現為綜合國力的競爭。要提高我國綜合國力，就要 在一切生產部門實現生產的機械化和自動化，這就需要創造出大量的、種類繁多的、新 穎優良的機械來裝備各行各業，為各行業的高速發展創造有利條件。而任何新技術、新 成果的獲得，莫不依賴于機械工業的支持。所以，機械工業是國家綜合國力發展的基石。為了滿足各行各業和廣大人民群眾日益增長的新需求，就需要創造出越來越多的新產品?，F代機械工業對創造型人才的渴求與日俱增。當今世界正經歷著一場新的技術革 命，新概念、新理論、新方法、新工藝不斷出現，作為向各行各業提供裝備的機械工業

3、 也得到了迅猛發展?，F代機械日益向高速、重載、高精度、高效率、低噪聲等方向發展， 對機械行業的要求也越來越苛刻。壓片成型機是指利用傳動系統將電動機的轉速降低帶動執行機構對粉末物質采取 上下進行加壓而成片狀。根據壓片成型機的傳動系統和執行機構不同，壓片成型機可以 分為單片式壓片機，旋轉式壓片機，亞高速旋轉式壓片機、全自動高速壓片機以及旋轉 式包芯壓片機。壓片成型機的使用行業很廣泛。如制藥廠、電子元件廠、陶瓷廠、化工 原料廠等等，而且壓片機還能用來做沖壓設備。國內壓片機的現狀：（1）壓片機規格眾多、數量大;（2）操作簡單；（3）技術含 量較低，技術創新后力不足。國外壓片機的現狀： 高速高產、密閉性

4、、模塊化、自動化、 規?；跋冗M的檢測技術是國外壓片機技術最主要的發展方向。本說明書采用圖形與文字結合的方式對壓片成型機進行設計解讀。2 .課程設計目的機械設計是一個逐步求精和細化的過程，隨著設計過程的發展，產品結構和參數 將逐漸清晰和不斷完善。設計方案是多解的，能夠滿足一定功能和要求的設計方案不 是唯一的，所以機械設計過程也是一個創新的過程。機械設計根據使用要求對機械的工作原理、結構、運動方式、力和能量的傳遞方 式、各個零件的材料和形狀尺寸以及潤滑方式等進行構思、分析和計算，并將其轉化 為制造依據。機械設計是機械產品生產的第一步，是決定機械產品性能的最主要環 節，整個過程蘊涵著創新和發明。隨

5、著現代科技的發展，壓片機涉及的行業越來越廣泛，高科技、高效率，低成本 已成為現代壓片機的一個重要的發展趨勢。與國外的壓片機相比，我國生產的壓片機 規模小、產量低、技術含量較低。壓片成型機是將干粉壓制成圓形片坯狀的裝置。本 文以壓片機為研究對象，以造價低、結構簡單為基礎，通過方案對比及力的分析，從而設計出合適的壓片成型機。為了進一步掌握機械原理課程的理論知識，將課堂所學知識運用于實踐，理解和 加深機械原理和設計方法，為今后專業課程的學習打下一定基礎，我積極參加了這次 課程設計。3 .壓片成型機工作原理及工藝流程分析我們對機構進行運動學分析可采用圖解法分析和解析法分析.在此，我們采用解析 法，應用

6、c語言程序進行分析。桿組法運動學分析原理，由機構的組成原理可知，任何 平面機構都可分解為原動件、基本桿組和機架三個部分，每一個原動件為一個單桿構 件.分別對單桿構件和常見的基本桿組進行運動學分析，并編制成相應的子程序，在對整個機構進行運動分析時，根據機構組成情況的不同，依次調用這些子程序，從而完 成對整體機構的運動分析。根據各功能元的解， 動力源可以采用電動機、汽油機、蒸汽透平機、液壓機、氣 動馬達等；上下加壓則可采用凸輪機構、齒輪機構、連桿機構、液壓缸等；送料可采用 連桿機構、齒輪機構、槽輪機構等.這樣可組合的方案達上百種。沖壓機構的應用非常 廣泛，以壓片成型機為例，其中的沖壓機構對壓痕機的

7、性能影響很大。它要求機構中的 滑塊在工藝行程中速度盡可能均勻且施加于曲柄的平衡力矩盡可能小，為此有必要對各構件進行優化分析。運動及受力分析。沖壓機構，由一曲柄搖桿機構及一搖桿滑塊機構組成的多桿機構。 采用解析法，建立起3種目標函數，運用罰函數法進行程序編制及計算，進行優化設計。 首先，按機構的組成原理將機構分解成若干基本桿組，對每一個基本桿組編制相應的運動分析和受力分析的子程序，對具體某一機構只須建立一個簡單的主程序和調用相應的子程序即可。通過對壓片機的模態分析，動力學諧響應分析，得出了壓片機在不同工作頻率范圍下的響應，在此基礎上對整體結構進行了力的優化，有效的抑制了共振現象的發生，解決了機器

8、工作時振動和噪音的問題，分析結果對壓片機的設計具有很實用的理論參考價值。連桿機構推動的推板式送料裝置能夠實現沖壓生產的自動送料，該機構與斜楔推動的推板式送料機構和杠桿推動的推板送料裝置相比，可實現較大的行程“。設計連桿迭料機構所需考慮的因素較多，直觀性較差容易導致設計失誤因此設計了用于優化機構各桿長、送料行程、送料加速度等的多目標函數，綜合連桿機構成立的條件、機構大小限制、運動參數要求等建立約束條件，采用直觀的可視化方法對優化結果和連桿送料機構的運動特性進行分析。壓片成型機的功用是將不加粘結劑的干粉料（如陶瓷干粉、藥粉）定量送入壓形置壓制成 小X h圓型片坯，經壓制成形后脫離該位置。機器的整個

9、工作過程（送料、壓形、脫離）均自動完成。該機器可以壓制陶瓷圓形片坯、藥劑（片）等。其工藝流程是：（1） 干粉料均勻篩入團筒形型腔（圖 a）；（2） 下沖頭下沉3mm預防上沖頭進入型腔時將粉料撲出（圖b）;（3） 上、下沖頭同時加壓（ 圖 c） ，并保壓一段時間；（4） 上沖頭退出，下沖頭隨后頂出壓好的片坯（ 圖 d） ；（5） 料篩推出片坯（圖e） 。其設計參數為：沖頭壓力150KN;生產率每分鐘10片；機器運轉不均勻系數10%;驅動電機可任選。四 . 設計要求及參數4-1 設計要求與部分參數上沖頭、下沖頭、送料篩的設計要求是：1） 上沖頭完成往復自移運動（鉛錘上下）， 下移至終點后有短時間的

10、停歇，起保壓作用，保壓時間為0.4S 左右。因沖頭上升后要留有料篩進人的空間，故沖頭行程為90100mm。因沖頭壓力較大，因而加壓機構應有增力功能（圖 a）;（2）下沖頭先下沉3 mm然后上升8 mm,加壓后停歇保壓，繼而上升16 mm,將成形片坯頂到與臺內平齊后停歇，待料篩將片坯推離沖頭后，再下移21 mm ，到待料位置（圖b ）；3） 料篩在模具型腔上方往復振動篩料，然后向左退回。待批料成型并被推出型腔后，料篩在臺面上右移約4550 mm,推卸片坯（圖c）。上沖頭、下沖頭與送料篩的動作關系見下表:上沖頭進退送料篩退近休進遠休下沖頭退近休進遠休2.設計要求1 .壓片成形機一般至少包括連桿機構

11、、凸輪機構、齒輪機構在內的三種機構。2 .畫出機器的運動方案簡圖與運動循環圖。擬定運動循環圖時，可執行構件的動作起止位置可 根據具體情況重疊安排，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“干涉”。3 .設計凸輪機構，自行確定運動規律，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 .設計計算齒輪機構。5 .對連桿機構進行運動設計。并進行連桿機構的運動分析，繪出運動線圖。如果是采用連桿機 構作為下沖壓機構，還應進行連桿機構的動態靜力分析，計算飛輪轉動慣量。6 .編寫設計計算說明書。7 .可進一步完成：機器的計算機演示驗證、凸輪的數控加工等。§ 4-2 設計

12、提示1 .各執行機構應包括：實現上沖頭運動的主加壓機構、實現下沖頭運動的輔助加壓機構、實現 料篩運動的上下料機構。各執行機構必須能滿足工藝上的運動要求，可以有多種不同型式的機構供 選用。如連桿機構、凸輪機構等。2 .由于壓片成形機的工作壓力較大，行程較短，一般采用肘桿式增力沖壓機構作為主體機構， 它是由曲柄搖桿機構和搖桿滑塊機構串接而成。先設計搖桿滑塊機構，為了保證，要求搖桿在鉛垂 位置的士 2o范圍內滑塊白位移量w 0.4mm。據此可得搖桿長度：0.4rw 1 + 九-cos2口 - J-2 sin2 2 口=L式中一 r 搖桿滑塊機構中連桿與寸§桿長度之比，一般取12。根據上沖頭

13、的行程長度，即可得搖桿的另一極限位置，搖桿的擺角以小于60o為宜。設計曲柄搖桿機構時，為了 “增力”，曲柄的回轉中心可在過搖桿活動較鏈、垂直于搖桿鉛垂位置的直線上適當選取，以改善機構在沖頭下極限位置附近的傳力性能。根據搖桿的三個極限位置（土2o位置和另一極限位置），設定與之對應的曲柄三個位置，其中對應于搖桿的兩個位置，曲柄應在與連桿共線的位置，曲柄另一個位置可根據保壓時間來設定，則可根據兩連架桿的三組對應位置來設計此機構。設計完成后，應檢查曲柄存在條件，若不滿足要求，則重新選擇曲柄回轉中心。也可以在選擇曲柄回轉中心以后，根據搖桿兩極限位置時曲柄和連桿共線的條件，確定連桿和曲柄長度，在檢查搖桿在

14、鉛垂位置±2o 時，曲柄對應轉角是否滿足保壓時間要求。曲柄回轉中心距搖桿鉛垂位置愈遠，機構行程速比系數愈小，沖頭在下極限位置附近的位移變化愈小，但機構尺寸愈大。3. 輔助加壓機構可采用凸輪機構，推桿運動線圖可根據運動循環圖確定，要正確確定凸輪基圓半徑。為了便于傳動，可將篩料機構置于主體機構曲柄同側。整個機構系統采用一個電動機集中驅動。要注意主體機構曲柄和凸輪機構起始位置間的相位關系，否則機器將不能正常工作。4. 可通過對主體機構進行的運動分析以及沖頭相對于曲柄轉角的運動線圖，檢查保壓時間是否近似滿足要求。進行機構動態靜力分析時，要考慮各桿（曲柄除外）的慣性力和慣性力偶，以及沖頭的慣性

15、力。沖頭質量 m中、各桿質量 m干（各桿質心位于桿長中點）以及機器運轉不均勻系數 s均見表 8.5 ，則各桿對質心軸的轉動慣量可求。認為上下沖頭同時加壓和保壓時生產阻力為常數。飛輪的安裝位置由設計者自行確定，計算飛輪轉動慣量時可不考慮其他構件的轉動慣量。確定電動機所需功率時還應考慮下沖頭運動和料篩運動所需功率。五.設計方案§ 5-1 整體機構動作分析此（機械系統）壓片機作用是從外界獲取動力和原料（粉料）將它們加工成產品（5mm厚的片坯）。作用關系如下圖所示。壓片機單元部分分解圖： 其中篩料機構還有把成品片坯推出來的作用，整套傳動系統可以讓壓片機每個部分動作協調。§ 5-2

16、單元機構動作分析（1） 上沖頭：直線上下運動，最好具有急回特性，在下止點有停歇或近似停歇。（2） 下沖頭：直線上下運動，行程較小，運動具有間歇性。（3） 篩料機構：直線往復運動，具有“推”的動作。（4） 傳動機構：是其他機構動作協調，有減速作用。5-3 單元機構方案擬定（5） 上沖頭：機構具有增力功能，初步確定方案有如下幾種：a1.b1.C1.(2)下沖頭：機構具有間歇運動，行程較小(24mm，初步確定方案有下面兩種：a2 .b2.(3) 篩料機構：具有直線往復運動，且要有“推”的動作。初步方案有：a3b3C3§ 5-4機構整體系統方案擬定綜合考慮，實行上沖頭運動的住加壓機構、實現下

17、沖頭運動的輔助加壓機構、實 現篩料運動的上下料機構。上沖頭采用肘桿式增力沖壓機構，由曲柄搖桿機構和搖桿 滑塊機構用接而成，因此，選用cl;下沖頭要求運動精確，輔助加壓，行程小，因此 采用a2,下部采用對心直動凸輪機構；篩料機構要求直線往復運動，而且要有“推” 的動作，因此采用凸輪機構容易實現，選 c3o各級傳動都為齒輪或蝸輪蝸桿傳動，傳動精度高，運動可靠；上沖頭由曲柄滑塊 機構帶動運動精度高，移動料篩H至下沖頭的型腔上方等待裝料，并將上一循環已成型 的工件推出(卸料)然后料篩震動，將粉料篩入型腔，下沖頭下沉一定深度Y ,以防止上沖頭向下壓制時將粉料撲出然后上沖頭繼續向下，下沖頭向上加壓，并在一

18、定時間 內保持一定的壓力；而后上沖頭快速退出下沖頭隨著將成型的工件推出型腔，這便完成了一個循環周期。系統運動簡圖綜合綜合運動協作關系§ 5-5 單元機構參數計算上沖頭機構：要求搖桿在垂直位置±2。范圍內滑塊位移量0 0.4mmr(1- cos 2°)< 0.4mm. r < 656.6mm取搖桿才i角為40o,滑塊行程90mm桿L3=L5。2L(1-尸 90mm二 L3= L5 = 192.3mm據幾何關系：L4= L3 H=229.2mm取和上沖頭一體的桿L6=200mm 取h1=300mm, 1、2、34組成的曲柄搖桿機構，要求L3擺角為40o兩個

19、極限位置方程:31加=勺簽亦hl2 + L32 + L42 = (L2 - LI)f L1 = 59,7mm(L2 = 48 3.4mm下沖頭機構：對心直動凸輪機構，具運動線圖A、B、C、D E、F、G H&處采用正弦修正，以保證無剛性沖擊。 正弦加速運動規律推程方程為s=h（ 6 / 6 0）-sin（2 九 6 / 6 0）/（2 兀）u=hco1-cos（2 兀6/6。）/ 6。a=2 兀 hw2sin（2 兀 6 / 6。）/ 6。2回程時的運動方程為：_ _ . . 一 '_ . _ 一 ' 一一 一s=h1-（ 6/6。）+sin（2 兀 6 / 6。）/（

20、2 九）u =hco cos（2 九 6 / 6。）/ 6。a=-2 兀 h 2sin（2 兀 6 / 6。）/ 6。2WCDlS分析：hl修正區段：將h=2*hi ; 6。=26 i帶入上述三式，得到：S=h i( 6/6 i)-sin(兀 5/5i)/ 兀u =hw 1-cos(兀 6 / 6 i)/ 6 ia=Tt hi c/sin(兀 6/ 6 i)/ 6 i2式中 6 C (。，6 i)(h-h i-h2)區段為等速運動區段，具運動方程為：S=h i+(h-h i-h 2)( 6-6 i)/( 6。- 6 i- 6 2)U =(h-h i-h 2) Cl) /( 6。- 6 i- 6

21、 2)a=0式中 6 C ( 6 i , 6。- 62)h2區段為正弦加速度減速區段，其運動方程為：s=h-h 2( 6。- 6 )/ 6 +h2sin兀(6。- 6 )/ 6 少 冗U =hco/ 6 2-h2 cos兀(6 0- 6)/ ")/ 6 2a=-h2CD27tsin冗(60-6)/")/也2式中 6 C ( 60-也，6。)令6 = 6i ,則&得到2h1/6 i=(h-h i-h2)/(60-61-62)令6 = 6 0- 6 2 ,貝IJ二 得至IJ2h2/&2=(h-h i-h2)/(60-61-62)聯立方程，得到h1=6 ih/(2

22、 60-61-62)h2= 6 2h/(2 60-61-62)取 6尸62=兀/12 ，又知 6 0=兀/6+ 九/12=兀/4 , h=8mm , 進而求解得到：h1=h2=2mm凸輪基圓半徑取80mm,由其修正后的運動線圖作為驅動尺寸，繪得凸輪如下： 篩料機構：也是對心直動凸輪機構，幾何封閉。運動線圖如下：各個折點處用二次多項式運動規律修正，凸輪基圓半徑取 100mm,已修正后的運 動線圖作為驅動尺寸，繪得其形狀為：§ 5-6傳動比設計及動力選取驅動電機選擇：轉速1450(r/min),功率：6KW.每分鐘生產10片，目標曲柄、凸輪轉速為10r/min.減速目標：1450r/mi

23、n - 10r/min. ?總.=145齒輪模數m=4,壓力角o=20o.傳動系統直齒輪，錐齒輪，蝸桿部分參數:名稱參數齒數Z模數m(mm)分度圓直徑d(mm)基圓直徑db轉速r/min1蝸輪輪20252錐齒輪5842325003錐齒輪2048014504意齒輪874348327.05005錐齒輪2541005006意齒輪304120112.814507錐齒輪2541005008蝸桿4505009蝸輪202510蝸桿45050011蝸輪202512蝸桿450500§ 5-7系統綜合方案評價系統功能：實現了目標運動功能，能自動完成生產活動；運動性能：精確傳動比，實現精確周期性動作，凸輪搖桿等基圓較大，而且運 動速度不是很快，系統運行平穩；工作性能：達到目標生產速率；動力性能：6kwft動機驅動，動力滿足要求；系統整體結構：比較緊湊；經濟性：用到兩對錐齒輪，三對蝸輪蝸桿，加工成本可能會高。六.自我評價與總結通過此次課程設計，我進一步加深了對機械原理的理解，也知