機械原理課程設計機械原理課程設計說明書設計題目：壓片成形機汽車工程系車輛工程專業目錄1.設計題目 22.設計要求 33.設計提示 44.運動方案評估 55.連桿、曲柄尺寸計算 65.1設定搖桿長度 65.2確定搖桿擺角 65.3通過圖解法求出曲柄搖桿機構中曲柄與連桿的長度 76.凸輪基圓半徑以及滾子直徑的計算確定 86.1凸輪的基圓半徑計算 86.2凸輪輪廓的確定 86.3滾子半徑的確定 8附錄1：運動循環圖（A4紙） 8附錄2：上沖頭機構運動簡圖（A3紙） 8附錄3：下沖頭凸輪機構輪廓圖（A3紙） 8

1.設計題目(本小組所采用的生產率為15片/min，并采用方案B)計自動壓片成形機，將具有一定濕度的粉末狀原料（如陶瓷干粉、藥粉）定量輸入壓形位置，經壓制成型后脫離該位置。機器的整個工作過程（送料、壓形、脫離）均自動完成。該機可壓制陶瓷圓形片坯、藥劑（片）等。設計數據見表1.1。表1.1壓片成形機設計數據方案號電動機轉速/(r/min)生產率/(片/min)成品尺寸（）（mm，mm）沖頭壓力/N機器運轉不均勻系數/m沖/kgm桿/kgA14501080x51500000.10125B9701560x51000000.08104C9702040x51000000.0593如圖1.2所示，壓片成形機的工藝動作是：（1）干粉料均勻篩入圓筒形型腔，如圖1.2（1）。（2）下沖頭下沉3mm，預防上沖頭進入型腔使粉料撲出，如圖1.2（2）。（3）上沖頭進入型腔后，下沖頭開始上升，如圖1.2（3），上下沖頭同時加壓并保持一段時間，如圖1.2（4）。

（4）上沖頭退出，下沖頭隨后頂出壓好的片坯，如圖1.2（5）。（5）料篩推出片坯，如圖1.2（6）。圖1.2工藝動作圖上沖頭、下沖頭、送料篩的設計要求是：（1）上沖頭完成往復直移運動（鉛垂上下），下移至終點后有段時間的停歇，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入的空間，故沖頭行程為為90～100mm。因沖頭壓力較大，因而加壓機構應有增力功能（如圖1.3a所示）。圖1.3（2）下沖頭先下沉3mm，然后上升8mm，加壓后停歇保壓，繼而上升16mm，將成形片坯頂到與臺面平齊后停歇，待料篩將片坯推離沖頭后，再下移21mm，到待料位置（如圖1.3b所示）。（3）料篩在模具型腔上方往復震動篩料，然后向左退回。帶批料成形并被推出型腔后，料篩在臺面上右移約45～50mm，推卸片坯（如圖1.3c所示）。上沖頭、下沖頭與送料篩的動作關系見表1.4。表1.4動作關系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）壓片成形機至少應包括連桿機構、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，執行機構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，計算圖輪廓線。（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，會出運動線圖。如果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）學生可進一步完成：凸輪的數控加工、半自動轉床的計算機演示驗證等。3.設計提示（1）個執行機構應包括：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。個執行機構必須能滿足工藝上的運動要求，可以有多種不同形式的機構供選用。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，為了保壓，要求搖桿鉛垂位置的±2°范圍內滑塊的位移量≤0.4mm。據此刻的搖桿長度式中：=—搖桿滑塊機構中連桿與搖桿長度之比，一般取1～2。根據上沖頭的行程長度，即可的搖桿的另一極限位置，搖桿的擺角以小于60°為宜。設計曲柄搖桿機構時，為了“増力”，曲柄的回轉中心可在過搖桿活動鉸鏈、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（±2°位置和另一極限位置），設定與之對應的曲柄三個位置，其中兩個對英語要干的兩個極限位置，曲柄應在與連桿共線的位置，曲柄的另一個位置可根據保壓時間來設定，因此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。也可在選擇曲柄回轉中心以后，根據搖桿兩極限位置是曲柄和連桿共線的條件，確定連桿和曲柄的長度。在檢查要趕在鉛垂位置±2°時，注意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越遠，機構行程速比系數越小，沖頭在下極限位置附近的位移變化越小，但機構尺寸越大。（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。設計時，要正確確定凸輪基圓半徑。為了便于轉動，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。要注意主體機構起始位之間的相位關系，否則機器將不能正工作。（4）可通過對主體機構進行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，以及沖頭的慣性力。沖頭質量m沖、各桿質量m桿（各桿質心位于桿長中點）以及機器運轉不均勻系數均見表1.1，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它構件的轉動慣量。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。4.運動方案評估上沖頭設計方案選取要求：要實現往復直線運動，并且要有急回特性。上沖頭完成往復直移運動（鉛錘上下），下移至終點后有短時間的停歇，起保壓作用，保壓時間為0.4秒左右。因沖頭上升后要留有料篩進入的空間，故沖頭行程為90mm—100mm。因沖頭壓力較大，因而加壓機構應有增力功能。方案一：曲柄滑塊說明：桿1帶動桿2運動，桿2使滑塊往復運動，同時帶動桿3運動，從而達到所要求的上沖頭的運動。此方案可以滿足保壓要求，但是上沖頭機構制作工藝復雜，磨損較大，且需要加潤滑油，工作過程中污損比較嚴重。方案二：凸輪滾子說明：凸輪旋轉帶動滾子運動，使桿1與桿2運動，使上沖頭上下往復運動，完全能達到保壓要求。但上沖頭行程要求有90~100mm，凸輪機構尺寸將會變得很大很笨重。方案三：曲柄搖桿說明：此方案使用曲柄搖桿機構和搖桿滑塊機構串接而成，可以提供較大的工作壓力，結構簡單、輕盈，能滿足保壓要求，并能夠輕松達到上沖頭的行程要求。對上述三種方案進行對比和分析第三種方案最為有效，傳動效果好且能夠達到設計的要求。故選第三種5.連桿、曲柄尺寸計算5.1設定搖桿長度：選取λ=1.5代入公式：得r≤393mm∴選取r=200mm;∴L=λ×r=200×1.5=300mm5.2確定搖桿擺角根據上圖，可知行程的計算公式為此時h=90mmL=300mmr=200mm算的擺角α=44.5°與測量出的圖中擺角大小相等又∵題設要求擺角小于60°∴滿足要求。5.3通過圖解法求出曲柄搖桿機構中曲柄與連桿的長度DC2是搖桿在擺角最大時的位置；DC1是搖桿與鉛垂方向夾角為2°的位置；由題意:∵AC2=B2C2-AB2AC1=B1C1+AB1又因為有圖測得AC1=142mm,AC2=72mm測得AB=35㎜BC=107㎜測量出保壓角為∠B1AB1'=36°檢驗曲柄存在條件：CD=200mm，AB=69mm,BC=218mm,AD(機架)=220mm滿足桿長之和定理，即AD+AB<CD+BC,確保了曲柄的存在。綜上所述上沖頭機構的尺寸設計如下：曲柄69㎜曲柄連桿218㎜搖桿200㎜滑塊連桿300㎜如圖所示，AB為曲柄，BC為曲柄連桿，DC為搖桿，CE為滑塊連桿詳情見附錄26.凸輪基圓半徑以及滾子直徑的計算確定6.1凸輪的基圓半徑計算由運動循環圖可以得在推程過程中最大的斜率，因為此設計中的凸輪均為對心凸輪，則基圓半徑公式為：

為了使機構能順利工作，規定了壓力角的許用值[α]，在使α《[α]的前提下，選取盡你可能大的基圓半徑。根據工程實踐的經驗，推薦推程時許用壓力角取以下數值：移動從動件

，

擺動從動件，所以下沖頭凸輪機構為移動從動件α=40°，解得基圓半徑.為52.3≤rb≤83.2mm。所以取基圓半徑rb=80mm.此時壓力角為31o。6.2凸輪輪廓的確定將凸輪基圓平均分割，根據下沖頭循