機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告粉末成型壓機(jī)設(shè)計(jì)

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：粉末成型壓機(jī)班級(jí)：072073設(shè)計(jì)者：指導(dǎo)教師：中國地質(zhì)大學(xué)機(jī)電學(xué)院2009年7月目錄1. 題目2. 設(shè)計(jì)題目及任務(wù) 1設(shè)計(jì)題目 1設(shè)計(jì)任務(wù) 23運(yùn)動(dòng)方案 3.1上模沖壓機(jī)構(gòu) 33.2送料機(jī)構(gòu) 73.3脫模機(jī)構(gòu) 113.4總體方案 184.運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 195.小結(jié) 205.2設(shè)計(jì)小結(jié) 206.參考數(shù)目 21一、 題目：粉末成型壓機(jī)設(shè)計(jì)。二、 設(shè)計(jì)題目及任務(wù)：2.1 設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)粉末成型壓機(jī)，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(jī)器的整個(gè)工作過程（送料、壓形、脫離）均自動(dòng)完成。該機(jī)器可以壓制陶瓷圓形片坯、藥劑（片）等

2、。圖1圖2圖3粉料送粉器送粉器上沖頭上沖頭下沖頭下沖頭下沖頭送粉器壓片壓片壓片如上圖所示，粉末成型壓機(jī)的工藝動(dòng)作是：1. 送粉器運(yùn)動(dòng)到圓筒上方將下沖頭托上來的壓片推至左側(cè)，同時(shí)干粉料均勻篩入圓筒形型腔，下沖頭同時(shí)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(yùn)動(dòng)并擠壓粉料。（圖2）3上沖頭上升后下沖頭將壓好的壓片送出，同時(shí)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(jì)要求是：1.上模沖壓制機(jī)構(gòu)應(yīng)具有以下的運(yùn)動(dòng)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(diǎn)時(shí)在放慢速度而起到保壓作用。2.脫模機(jī)構(gòu)應(yīng)使下模沖頂出距離準(zhǔn)確，復(fù)位時(shí)要求速度

3、快而沖擊小。3.送粉機(jī)構(gòu)要求嚴(yán)格遵守壓制周期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。進(jìn)一步要求：讓上模沖和下模沖的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可調(diào)。主要技術(shù)參數(shù)要求：1. 每分鐘壓制次數(shù)為10-40次；2. 壓坯最大直徑為45mm；3. 上模沖最大行程為110mm；4. 送粉器行程為115mm；5. 脫模最大行程為45mm；6. 壓制及脫模能力最大為58kn；2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)1. 粉末成型壓機(jī)一般至少包括連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)在內(nèi)的三種機(jī)構(gòu)。2.畫出機(jī)器的運(yùn)動(dòng)方案簡圖與運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖時(shí)，可執(zhí)行構(gòu)件的動(dòng)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(gè)動(dòng)作的配合，在時(shí)間和空間上不能出現(xiàn)“干涉”。3.設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)，自行確定

4、運(yùn)動(dòng)規(guī)律，選擇基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑。計(jì)算凸輪廓線。4.設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪機(jī)構(gòu)。5.對(duì)連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。并進(jìn)行連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析，繪出運(yùn)動(dòng)線圖。6.編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。7.機(jī)器的計(jì)算機(jī)演示驗(yàn)證。三運(yùn)動(dòng)方案與運(yùn)動(dòng)分析3.1 上模沖壓機(jī)構(gòu)方案分析：上模沖本來是打算用一個(gè)圓盤凸輪作為執(zhí)行件（如圖1）的，但由于下壓要承受較大壓力，而凸輪是高副接觸，不能承受較大壓力。故而選用下面的滑塊搖桿機(jī)構(gòu)。圖13.1.1 運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì)：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倍的主動(dòng)件長度，所以主動(dòng)件應(yīng)該等于55mm。連桿則可根據(jù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律自行確定，我們?cè)谶@取140mm?；?/p>

5、塊直徑45mm，滑塊高度=50mm，滑塊軸套=70mm，上模沖質(zhì)量：9kg。 3.1.2運(yùn)動(dòng)模型建立：設(shè)原動(dòng)件在圖示位置為起點(diǎn)，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(dòng)件轉(zhuǎn)過的角度為，則由幾何條件可知，滑塊位移s與的關(guān)系：s=(c.2-b.2).0.5-(b.2+c.2-2*b*c*cos(pi/2-asin(sin(pi/2+)*b/c).0.5;模型圖如下：原動(dòng)件逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)滑塊先往上運(yùn)動(dòng)，到達(dá)最高點(diǎn)速度為0，接著滑塊向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行壓制運(yùn)動(dòng)，當(dāng)曲柄和連桿在同一直線時(shí)達(dá)到壓制極限位置。在次刻滑塊速度為0，且前后速度也較小，起到了設(shè)計(jì)所要求的保壓作用。3.1.

6、3運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果：其matlab程序如下：b=55;c=140;a=0:0.001:2*pi;y=(c.2-b2).0.5-(b.2+c.2-2*b*c*cos(pi/2-a-asin(sin(pi/2+a)*b/c).0.5;plot(x,y)位移s在一個(gè)周期內(nèi)的圖像如下：（注意其并非正弦曲線）再對(duì)上面的y求導(dǎo)，程序?yàn)椋篵=55;c=140;syms ay=(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; diff(a) ans = -7700/(22625+15400*sin(-a-asin(11/28*co

7、s(a)(1/2)*cos(-a-asin(11/28*cos(a)*(-1+11*sin(a)/(784-121*cos(x)2)(1/2)則其速度圖像程序?yàn)椋篴=55;c=140;x=0:0.001:2*pi;y=-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,y)得其在一個(gè)周期內(nèi)的速度圖像為：同理可得其加速度的程序和一個(gè)周期內(nèi)的圖像分別為：a=55;c=140;a=0:

8、0.001:2*pi; y=59290000./(22625+15400.*sin(-a-asin(11./28.*cos(a).(3./2).*cos(-a-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./(22625+15400.*sin(

9、-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)3.2 送料機(jī)構(gòu)方案分析：怎么樣實(shí)現(xiàn)送粉器的左右間歇運(yùn)動(dòng)。因?yàn)橥馆啓C(jī)構(gòu)的間歇運(yùn)動(dòng)是主要是依靠它自身的重力實(shí)現(xiàn)的，對(duì)實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)比較合適，但對(duì)左右運(yùn)動(dòng)好像有些不行。經(jīng)過思考后和查找課本后，我們發(fā)現(xiàn)圓柱凸輪可以實(shí)現(xiàn)左右間歇運(yùn)動(dòng)，只要在它的表面設(shè)計(jì)我們需要的曲線就能符合設(shè)計(jì)要求。3.2

10、.1運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì)右側(cè)圓柱凸輪尺寸：長度：115mm，直徑=50mm，送粉器長度：50mm；連桿長度可根據(jù)安裝需要自行確定。曲線輪廓見運(yùn)動(dòng)分析。3.2.2 運(yùn)動(dòng)模型建立設(shè)滾子在圓柱凸輪的最左邊為送粉器的位移0點(diǎn)，也即其下料位置和左極限位置。當(dāng)凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其位移隨著輪廓曲線的規(guī)律向右運(yùn)動(dòng)，當(dāng)達(dá)到最右端時(shí)再次停止運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行裝料。裝料完畢后再隨著曲線向左運(yùn)動(dòng)，如此循環(huán)。模型圖如下：3.2.3運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果由于考慮到送粉器行程為115mm。可得其位移程序和圖像為。x=-pi/6:0.001:pi/6;y=115/2*sin(3*x);plot(x,y);hold onx=pi/6:0.001:5*p

11、i/6;y=115/2;plot(x,y);hold onx=5*pi/6:0.001:7*pi/6;y=115/2*sin(3*x);plot(x,y);hold onx=7*pi/6:0.001:11*pi/6;y=-115/2;plot(x,y)hold off對(duì)位移求導(dǎo)得其速度程序和圖像為：x=-pi/6:0.001:pi/6;y=115*3/2*cos(3*x);plot(x,y);hold onx=pi/6:0.001:5*pi/6;y=0;plot(x,y);hold onx=5*pi/6:0.001:7*pi/6;y=115*3/2*cos(3*x);plot(x,y);hol

12、d onx=7*pi/6:0.001:11*pi/6;y=0;plot(x,y)同理再對(duì)其速度求導(dǎo)得其加速度的程序和圖像為：x=-pi/6:0.001:pi/6;y=-115*3*3/2*sin(3*x);plot(x,y);hold onx=pi/6:0.001:5*pi/6;y=0;plot(x,y);hold onx=5*pi/6:0.001:7*pi/6;y=-115*3*3/2*sin(3*x);plot(x,y);hold onx=7*pi/6:0.001:11*pi/6;y=0;plot(x,y)注：雖然加速有突變，但由于是在停止和啟動(dòng)時(shí)刻，對(duì)運(yùn)動(dòng)過程沒有大的影響，而且加速度突變

13、產(chǎn)生的是柔性沖擊，且突變量不是很大（不是從無窮大或無窮小突變），所以應(yīng)該可以滿足設(shè)計(jì)要求。3.3脫模機(jī)構(gòu)方案分析：下面同樣要承受較大壓力，但它要求有間歇運(yùn)動(dòng)，用滑塊搖桿機(jī)構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)，所以用以凸輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。但下模沖同樣要承受較大壓力，用凸輪同樣不能承受。為了解決這個(gè)方案，我們?cè)谙履_桿的下面加了一個(gè)彈簧，用以分擔(dān)凸輪所受壓力。3.3.1運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì)凸輪基圓半徑r=45mm ，遠(yuǎn)休半徑=105mm，下模沖高度=20mm，桿長=50mm。質(zhì)量=3kg。滾子半徑=10mm。輪廓曲線見后面運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果。3.3.2運(yùn)動(dòng)模型建立：以近休終點(diǎn)為凸輪起始位置，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，它先以正弦加速度規(guī)律進(jìn)行推程運(yùn)動(dòng)，角

14、度為2*pi/3，然后進(jìn)行遠(yuǎn)休，由于遠(yuǎn)休所需要的時(shí)間不長，故設(shè)計(jì)為pi/6，然后進(jìn)行余弦加速度規(guī)律進(jìn)行回程運(yùn)動(dòng)，角度為pi/3，最后為近休，由于要進(jìn)行壓制操作，故近休時(shí)間相對(duì)較長，為5*pi/6.3.3.3運(yùn)動(dòng)結(jié)果分析凸輪理論輪廓曲線程序：h=45;x=2*pi/3;x=0:0.001:2*pi/3;s=(h*(x/x)-sin(2*pi*x/x)/(2*pi);a=(45+s).*cos(x)；b=(45+s).*sin(x);plot(a,b)hold onx=2*pi/3:0.001:5*pi/6;s=45;a=(45+s).*cos(x);b=(45+s).*sin(x);plot(a

15、,b)hold onx=5*pi./6:0.001:7*pi./6;s=22.5*(1+cos(3*(x-5*pi./6);a=(45+s).*cos(x);b=(45+s).*sin(x);plot(a,b)hold onx=7*pi/6:0.001:2*pi;s=0;a=(45+s).*cos(x);b=(45+s).*sin(x);plot(a,b)hold off凸輪理論輪廓曲線：凸輪實(shí)際工作曲線程序及圖形（為了進(jìn)行比較含理論曲線）：h=45;r=10;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).*

16、cos(x);b=(45+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.*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; plot(y,z)hold on plot(a,

17、b) hold onx=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); p=m./(m.*m+n.*n).0.5; q=-n./(m.*m+n.*n).0.5; y=a-r.*q; z=b-r.*p; plot(y,z)hold onplot(a,b)hold onx=5*pi./6:0.001:7*pi./6;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

18、).*cos(x)-(135./2+45/2.*sin(3.*x).*sin(x); 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; z=b-r.*p; plot(y,z)hold onplot(a,b)hold onx=7*pi/6:0.001:2*pi;s=0;a=(45+s).*cos(x);b=(45+s).*sin(x);m=-45*sin(x);n=45*cos(x);p=m./(m.*m+n.*n)

19、.0.5; q=-n./(m.*m+n.*n).0.5; y=a-r.*q; z=b-r.*p; plot(y,z)hold onplot(a,b)hold off推桿位移程序及圖像：h=45;x=2*pi/3;x=0:0.001:2*pi/3;s=h*(x/x)-sin(2*x*pi/x)/(2*pi);plot(x,s)hold onx=2*pi/3:0.001:5*pi/6;s=45;plot(x,s)hold onx=5*pi./6:0.001:7*pi./6;s=22.5*(1+cos(3*(x-5*pi./6);plot(x,s)hold onx=7*pi/6:0.001:2*pi

20、;s=0;plot(x,s)hold off推桿速度程序與圖像分別為：h=45;x=2*pi/3;x=0:0.001:2*pi/3;v=135/2/pi-135/2*cos(3*x)/piplot(x,v)hold onx=2*pi/3:0.001:5*pi/6;v=0;plot(x,v)hold onx=5*pi./6:0.001:7*pi./6;v=135/2*cos(3*x); plot(x,v);hold onx=7*pi/6:0.001:2*pi;v=0;plot(x,v)hold off推桿加速的程序及圖形分別為：h=45;x=2*pi/3;x=0:0.001:2*pi/3;a=4

21、05/2*sin(3*x)/pi; plot(x,a);hold onx=2*pi/3:0.001:5*pi/6;a=0;plot(x,a);hold onx=5*pi./6:0.001:7*pi./6;a=-405/2*sin(3*x); plot(x,a);hold onx=7*pi/6:0.001:2*pi;a=0;plot(x,a);hold off3.4總體方案：3.4.1各個(gè)執(zhí)行件之間的距離尺寸設(shè)計(jì)：壓坯直徑為45mm，由各個(gè)執(zhí)行件的尺寸可得上下模的旋轉(zhuǎn)中心距離=上模沖曲柄長度+上模沖連桿長度+上模沖高度+壓片高度+下模沖高度+下模沖推桿長度+滾子半徑+近休半徑=55+140+50

22、+45+20+50+10+45=415mm傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：本方案把每分鐘壓制次數(shù)定為20次，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速選970r/min。由于三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在一個(gè)周期內(nèi)都是轉(zhuǎn)一圈，而他們的周期t=60/40=3s，三個(gè)執(zhí)行件的原動(dòng)件角速度都為w=20r/min。所以它們與電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)比都為i=20/970.3.4.2總體模型建立根據(jù)機(jī)構(gòu)的各個(gè)執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)出來相應(yīng)的尺寸后就可以使整個(gè)機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)了。只要安裝起始位置符合所設(shè)計(jì)的要求，就可以建立以下整體機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模型。詳細(xì)運(yùn)動(dòng)流程見運(yùn)動(dòng)流程圖。四運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖上沖頭、下沖頭與送粉器的動(dòng)作關(guān)系見表上沖頭向下運(yùn)動(dòng)向上運(yùn)動(dòng)送料篩向右運(yùn)動(dòng)在右側(cè)靜止向左運(yùn)動(dòng)在左側(cè)靜止下沖頭向

23、下運(yùn)動(dòng)停在下方向上運(yùn)動(dòng)停在上方五小結(jié) 5.1機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過程小結(jié)：本機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是我們組三人經(jīng)過精心思考和討論后最后確定下來的一個(gè)比較完美的機(jī)構(gòu)。由于它的三個(gè)執(zhí)行件都要有間歇運(yùn)動(dòng)，由此，我們最初想到了凸輪機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)。但由于上模沖是下壓機(jī)構(gòu)，它必須能承受較大的壓力，而凸輪機(jī)構(gòu)是高復(fù)傳動(dòng)，不能承受大的壓力，在這里我們遇到了我們的第一個(gè)難題。經(jīng)過思考，我們發(fā)現(xiàn)，其實(shí)上模沖不一定要是間歇運(yùn)動(dòng)，只要它的運(yùn)動(dòng)時(shí)間上和另外兩個(gè)機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)就行了。因此我們想到了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的增壓作用，而且曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析比起凸輪簡單多了。 在基本上解決了第二個(gè)問題后，我們遇到了第二個(gè)問題，那就是我們?cè)趺礃訉?shí)現(xiàn)送粉器的左右

24、間歇運(yùn)動(dòng)。因?yàn)橥馆啓C(jī)構(gòu)的間歇運(yùn)動(dòng)是主要是依靠它自身的重力實(shí)現(xiàn)的，對(duì)實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)比較合適，但對(duì)左右運(yùn)動(dòng)好像有些不行。經(jīng)過思考后和查找課本后，我們發(fā)現(xiàn)圓柱凸輪可以實(shí)現(xiàn)左右間歇運(yùn)動(dòng)，只要在它的表面設(shè)計(jì)我們需要的曲線就能符合設(shè)計(jì)要求。 最后一個(gè)機(jī)構(gòu)就是下模沖的盤型凸輪機(jī)構(gòu)。它也是這三個(gè)機(jī)構(gòu)里面最難的。一個(gè)是它的輪廓曲線的設(shè)計(jì)，另一個(gè)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(jì)例題以及所學(xué)的課本知識(shí)，再結(jié)合我們自己的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，我們列出了它的輪廓曲線方程和運(yùn)動(dòng)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(duì)matlab不是很熟悉，不會(huì)用。我們只能從頭開始學(xué)習(xí)matlab，經(jīng)過一天的對(duì)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