1、武漢理工大學機械原理課程設計說明書目 錄1.設計分析 2 1.1總功能分析22 原動機選擇 32.1常用電動機的結構特征32.2選定電動機的容量33執行機構的選擇與比較33.1方案的選取33.2機構的選取44運動方案確定74.1 方案的比較74.2方案的評價115 .執行機構運動循環圖115.1執行構件的運動形式115.2擬訂運動循環圖136.主要尺寸設計146.1傳動比的計算146.2 凸輪輪廓的確定146.3上沖頭肘桿式增力沖壓機構確定176.4齒輪設計187.課程設計小結198.參考文獻191.設計分析1.1 總功能分析 根據題目要求，要最終將干粉壓制成片坯。若要求獲得質量較好的成品，可

2、采用諸多方法。下面采用黑箱法進行分析：機械加工 能量 成品 料 粉 由黑箱法分析可得到：為了達到高效、方便的目的，采用機械自動加工的方法比較好，因此，本題采用了自動加工的方法壓制片坯。 設計干粉壓片機，其總功能可以分解成以下幾個工藝動作：1) 送料機構：為間歇直線運動,這一動作可以通過凸輪上升段完成2) 篩料：要求篩子往復運動放料3) 推出片坯：下沖頭上升推出成型的片坯4) 送成品：通過凸輪推動篩子來將成型的片坯擠到滑道5) 上沖頭往復直線運動，最好實行快速返回等特性6) 下沖頭間歇直線運動得如下樹狀功能圖：2原動機選擇選擇電機類型：電動機是機器中運動和動力的來源，其種類很多，有電動機、內燃機

3、、蒸汽機、水輪機、汽輪機、夜動機等。電動機結構簡單、工作可靠、控制方便、維護容易，一般機械上大多數均采用電動機驅動。2.1常用電動機的結構特征（1）Y系列三相異步電動機該系列點擊能防止水滴、灰塵、鐵屑或其他雜物浸入電機內部，它是我國近年來研制成功的電動機。（2）電磁調速三相異步電動機有組合式和整體式兩種機構，這兩種調速電動機為防護式，空氣自冷，臥式安裝，且無碳刷，集電環等滑動接觸部件。2.2選定電動機的容量電動機的容量選得合適與否，對電動機的工作和經濟性都有影響。當容量小于工作要求時，電動機不能保證工作裝置的正常工作，或使用電動機因長期的過載而過早損壞；容量過大則電動機的價格高，能量不能充分利

4、用，且常常不在滿載下運行，其效率和功率的因數都較低，造成浪費。根據工藝參數及運動參數我們選擇方案B，電動機轉速970r/min。3執行機構的選擇與比較。3.1方案的選取根據題目要求選取方案B進行課程設計。在這個設計中，電動機的轉速為970r/min,生產效率為15片/min，成品尺寸為6035（mm, mm）,60mm為成品的直徑。沖頭壓力為100kN,機器運轉不均勻系數為0.08，沖頭質量為10kg,桿的質量為m=4kg。因此，由生產效率和電動機的轉速可以得知，設計的工藝動作周期為4秒。3.2機構的選取3.2.1上沖頭機構：要求：要實現往復直線運動，并且要有急回特性。有以下方案可供選擇：a方

5、案中采用肘桿式增力沖壓機構，它是由曲柄搖桿機構和搖桿滑塊機構串接而成。可得到較好的運動規律，有增力加壓效果，結構簡單，方便加工制造，易于維修。b方案中采用半齒輪與齒條傳動。保壓時間容易確定，但保壓時壓力不足，且齒輪加工安裝困難，價格較高。c方案中采用轉動凸輪推動滾子從動件，當滾子與凸輪輪廓線接觸部分為同心圓弧是，從動件在行程末端停歇。d方案中采用曲柄滑塊機構，結構簡單，尺寸較小，但滑塊在行程末端只做瞬間停歇，保壓效果不佳，運動規律不理想。 a b c d3.2.2下沖頭機構：要求：較高的承受能力 要實現間歇運動 可靠性要好有以下方案可供選擇：a方案中由兩個盤形凸輪交替驅動滾子從動件，以實現預定

6、的運動規律，可能會有小的沖擊，且凸輪輪廓曲線的設計過程較為復雜。b方案中為對心直動滾子推桿盤形凸輪機構，結構簡單，能實現要求的運動規律，由于間歇運動較多，故凸輪輪廓曲線會比較復雜。c方案中為圓柱凸輪帶動菱形支架運動，支架結構簡單易于生產制造，但沖頭承載能力一般，且安裝復雜，運動規律不易確定。abc3.2.3篩料機構：a方案中為凸輪與連桿組合的機構，可獲得較大的行程。b 方案中為圓柱凸輪機構，容易完成規定的動作。c 方案中為偏置的曲柄滑塊機構，結構簡單，易制造。abc4.運動方案確定：4.1 方案的比較：由以上分析可知，機構可能的運動方案有N= 4*3*3 =36種 。現初步確定其中較好的三個方

7、案如下：4.2方案的評價：運動精確性：方案一、二、三中的凸輪設計、齒輪設計和曲柄設計都是按照生產率15片min來設計，因此其轉動速度均為15rmin。運動平穩性:由于各方案中凸輪的尺寸較小，且工作速度不快，因此傳動比較平穩。而方案一、三是以軸桿式增力沖壓機構作為上沖頭機構，可滿足較大的壓力；而方案二采用的是半齒輪帶動齒條做上下運動作為上沖頭機構 ，保壓時間易確定，但保壓時壓力不足，齒輪進入齒條時會有一定的沖擊。方案二、三送料均采用滾子從動件對心直動盤形凸輪滑塊機構，凸輪的壓力角小。結構緊湊性：三個方案均通過一個電動機實現送料、成形、分料工藝動作，且外形尺寸比較合理，機構較為緊湊。經濟性：方案一

8、、二主要通過V帶連接，價格比較適中；而方案三中錐齒輪較多，造價較高。綜合以上分析：三個方案均可滿足要求，但方案一優點較多，在此選用方案一進行最后的機構綜合設計。5 .執行機構運動循環圖5.1執行構件的運動形式顯然該壓片機應有三套機械傳動系統所組成，即實現上沖頭運動的加壓傳動系統，實現下沖頭運動的輔助加壓傳動系統，實現料篩運動的左、右料傳動系統。這三套傳動系統中的上沖頭、下沖頭、料篩即為三個執行構件，它們的運動特性分別為：a)上沖頭完成往復(鉛垂上下)直移運動，在下移至終點后有短時間停歇(起保壓作用)。又因沖頭上升后要留有料篩進入的空間，故沖頭的行程約為9 0100mm。沖頭還受有較大的力。若機

9、構主動件一轉(2)完成一個運動循環，則上沖頭位移線圖的形狀大致如圖a所示。b) 下沖頭也作上下直移運動，其運動規律較復雜，自初始位置過一段時間后先下沉3 mm，然后上升8mm加壓，后停歇保壓，繼而上升1 6mm將成形片坯頂至與平臺平齊后停歇，待料篩將片坯推離沖頭后再下移2 1 mm到待裝料的初始位置。沖頭也受有較大的力。其位移線圖大致如圖b所示。c) 料篩作水平直移運動，其運動規律也較復雜。待坯料成形并被推出型腔后，料篩再在臺面上右移4 55 0mm，推開成形片坯。可看出料篩受力不大。其位移線圖大致如圖c所示。abc5.2擬訂運動循環圖擬定運動循環圖的目的是確定各機構執行構件動作的先后順序、相

10、位，以利于設計、裝配和調試。根據上述工藝動作順序可以擬定出表示三套傳動系統中三個執行構件運動循環協調配合關系的運動循環圖。由于上沖頭所在的系統為主傳動系統，其原動件每一轉便完成一個運動循環，所以擬定運動循環圖時，以該原動件的轉角為橫坐標(03 6 0)，以各執行構件的位移為縱坐標畫出位移曲線(運動循環圖上的位移曲線主要著眼于運動的起始位置，而不必準確表示其運動規律，故圖上位移曲線均由直線段組成)。上沖頭進退送料退近休進遠休下沖頭退近休進遠休6.主要尺寸設計6.1傳動比的計算根據選定的驅動電機的轉速n=970rmin和生產率15片min，它的機械傳動系統的總速比為：I=9701565。選取蝸桿的

11、軸向壓力角=20 , m = 4。第一級帶傳動=2；第二級蝸輪蝸桿傳動，蝸桿頭數為Z1=2，蝸輪頭數為Z2=65。總傳動比 i=2652=65。6.2 凸輪輪廓的確定6.2.1 下沖頭凸輪輪廓的確定因凸輪的推程許用壓力角=30，回程許用壓力角 7080。下沖頭在上升和下降時均為等速運動。取最大速度因數Vmax=1，下凸輪I的推程角為=20，升程為h=8mm，使用諾謨圖法確定凸輪基圓半徑r0=50mm。用該基圓半徑驗證下凸輪II的最大推程壓力角=30，回程壓力角=70，均符合要求。先作相應于推程的一段凸輪輪廓線。為此根據反轉法原理，將凸輪機構按進行反轉，此時凸輪靜止不動，而推桿繞凸輪轉動。先量出

12、推程運動角，再按一定的分度值（凸輪精度要求高時，分度值取小些）將此運動角分成若干等份并依據推桿的運動規律算出各分點時推桿的位移值S。經校核凸輪最小曲率半徑，滾子半徑取5mm。優化后的位移曲線：序號凸輪I、II轉動角度推桿運動規律180靜止280勻速下降3mm330靜止420勻速上升8mm540靜止640勻速上升16mm745靜止825勻速下降21mm根據以上位移曲線結合反轉法得出凸輪的輪廓曲線如下：6.2.2 料篩凸輪輪廓的確定通過優化料篩凸輪的位移曲線，使推程壓力角小于30，計算圓柱凸輪的半徑r25mm，取最小值，得到凸輪的實際輪廓線如下：6.3上沖頭肘桿式增力沖壓機構確定因要求搖桿在鉛垂位

13、置的2范圍內滑塊的位移量0.4mm，壓力角50，使兩搖桿長度相等，算得139mmL328mm，取L=300mm。使曲柄處機架位于上沖頭行程最大時兩搖桿連線的中垂線上。極限位置時曲柄與連架桿共線，可得曲柄長度為75mm，連架桿長度為135mm，兩機架距離為360mm。因75+360=135+300,所以曲柄存在。搖桿轉過2時曲柄轉過40，保壓時間為0.44秒，符合要求。壓力角為34，符合要求。6.4齒輪設計名稱代號計算結果模數m4mm壓力角20分度圓直徑dd1=128mm,d2=128mm齒頂高ha4mm齒根高hf5mm全齒高h9mm頂隙c1mm齒頂圓直徑da136mm齒根圓直徑df118mm齒

14、距p12.6mm齒厚s6.3mm齒槽寬e6.3mm中心距a128mm基圓齒距p211.8mm齒數zz1=32,z2=327.課程設計小結通過這次機械原理課程設計，提高了我們綜合運用機械原理課程理論的能力，培養了分析和解決一般機械運動實際問題的能力，并使所學知識得到進一步鞏固、深化和擴展。掌握了一些常用執行機構、傳動機構或簡單機器的設計方法和過程。 這次機械設計課程設計歷時了一個多星期，時間上雖有些緊張，做設計的時候有些東西也是現學現賣。但這樣的安排可以讓我們利用一整段時間鞏固和學習新的知識，把所學運用到實際設計當中。在所學理論知識的基礎上也充分的發揮了創造性。各類資料的查詢也熟練了很多。在實際的設計過程中，我們也遇到了許多