机械原理--干粉压片机设计说明书.

机械原理课程设计

题目：干粉压片机

学校：洛阳理工学院

院系：机电工程系

专业：计算机辅助设计与制造

班级：z080314

设计者：李腾飞（组长）李铁山杜建伟

指导老师：张旦闻

2013年12月22日星期日

课程设计评语

课程名称：干粉压片机的机构分析与设计

设计题目：干粉压片机

设计成员：李腾飞李铁山杜建伟

指导教师：

指导教师评语：

2013年12月22日星期日

前言

干粉压片机装配精度高，材质优良耐磨损，稳定可靠，被公认为全国受欢迎产品。特别是现在的小型干粉压片机，市场前景很好。很多小型企业不可能花高价去买大型的，而且得不尝试，所以小型压片机更少中小型企业青睐。例如蚊香厂、鱼药饲料厂、消毒剂厂、催化剂厂都相继使用。本机还可改为异形冲模压片。由于该机型相对于其他机型压力较大，压片速度适中，因而受到生产奶片、钙片、工业、电子异形片的厂家欢迎。相信本厂品会给您带来良好的企业效应。

日期：2013年12月22日星期日

目录

一. 设计题目 (5)

1.工作原理以及工艺过程 (5)

2.原始数据以及设计要求 (5)

二. 设计题目的分析 (5)

1. 总功能分析 (5)

2. 总功能分解 (5)

3. 功能元求解 (6)

4. 运动方案确定 (7)

5. 方案的评价 (9)

6. 运动循环图 (10)

7. 尺度计算 (11)

8.下冲头对心直动滚子推杆盘形凸轮机 (13)

9.下冲头对心直动滚子推杆盘形凸轮机的位移曲线 (13)

三. 干粉压片机各部件名称以及动作说明 (14)

四. 参考书目 (14)

五. 新得体会 (14)

1.1、设计题目

干粉压片机

1.2、工作原理及工艺动作过程

干粉压片机的功用是将不加粘结剂的干粉料（如陶瓷干粉、药粉）定量送入压形置压制成φ×h 圆型片坯，经压制成形后脱离该位置。机器的整个工作过程（送料、压形脱离）均自动完成。该机器可以压制陶瓷圆形片坯、药剂（片）等。

其工艺动作的分解如图1—1

图1—1 工艺动作分解

（ 1 ）料筛在模具型腔上方往复振动，将干粉料筛入直径为26mm 、深度为30m m的筒形型腔，然后向左退出45 mm 。

（ 2 ）下冲头下沉4mm ，以防上冲头进入型腔时把粉料扑出。

（ 3 ）上冲头进入型腔4mm 。

（ 4 ）上、下冲头同时加压，各移动12mm ，将产生压力，要求保压一定时间，保压时约占整个循环时间的1/10 。

（ 5 ）上冲头退回，下冲头随后以稍慢速度向上运动，顶出压好的片坯。

（ 6 ）为避免干涉，待上冲头向上移动90mm 后，料筛向右运动推走片坯，接着料筛往复振动，继续下一个运动循环。

1.2、设计原始数据及设计要求

(1) 精压成形制品生产率为每分钟24 件；

(2) 行程速比系数K=1.2

(3) 被压工件的外形是直径为26 mm ，厚度为5mm 的圆形片坯

2.1、总功能分析

根据题目要求，要最终将干粉压制成片坯。若要求获得质量较好的成品，可采用诸多方法。下面采用黑箱法进行分析：

由黑箱法分析可得到：为了达到高效、方便的目的，采用机械自动加工的方法比较好，因此本题采用了自动加工的方法压制片坯。

2.2、总功能分解

该干粉压片机通过一定的机械能把原料（干粉）压制成成品，其功能分解如图2—1

图2—1 总功能分解

设计干粉压片机，其总功能可以分解成以下几个工艺动作：

(1) 送料机构：为间歇直线运动, 这一动作可以通过凸轮上升段完成

(2) 筛料：要求筛子往复震动

(3) 推出片坯：下冲头上升推出成型的片坯

(4) 送成品：通过凸轮推动筛子来将成型的片坯挤到滑道

(5) 上冲头往复直线运动，最好实行快速返回等特性。

(6) 下冲头间歇直线运动。

例如下表所示的树状功能图：

图2—2树状功能分解

2.3、根据功能的要求，进行功能元求解

干粉压片机运动转换功能图如下：

图2—3运动转换功能

干粉压片机运动方案选择矩阵如图2—4 运动方案

图2—4 运动方案

由上表所列矩阵可知，可能的运动方案数目为N=4*4*4*3*3=576种。

从此方案中剔除明显不合理的，在进行综合评价：是否满足运动要求；是否满足载要求；运动精度；制造工艺；安全性；是否满足动力源、生产条件等限制。

根据题目要求，功能元减速A而言，带传动结构简单，运转平稳，噪声小，能缓和冲击，有过载保护作用，安装维修要求不高成本底。齿轮传动工作可靠，效率高，易制造和精确加工。故可选用带传动或蜗杆传动。

减速B ：齿轮或蜗杆传动能满足定速比传动要求，且精度较高。应用范围广，承载能力大的优点，故选齿轮或蜗杆传动。

对于上冲头运动C ，要实现往复直线移动，还有考虑急回特性。因此选曲柄滑块或摇杆机构。

送料机构D主要作用是将胚料送到加工位置，且能实现间歇要求，对承载能力要求低，故采用凸轮或蜗杆机构。

下冲头运动E虽然需要较高的承载能力，但下冲头中可以加两个挡板来增加其承载能力，且要实现间歇要求，可靠性好，故采用凸轮机构完成下冲头的动作。综上所述，可初步确定两个方案，如表中实线、虚线所示的方案

方案1 ：A3+B4+C3+D1+E2

方案2 ：A1+B3+C4+D2+E2

2.4、运动方案的确定

方案示意图如下：

图2—5 方案一

方

案

二

示

意

图图2—6 方案二

2.5、方案评价

机械运动方案的拟订和设计，最终要求通过分析比较以提供最优的方案。一个方案的优劣通

过系统综合评价来确定。

下面用机械选型的评价体系，它可用视图的方法来表示：

根据个评价指标相互关系，建立评价模型为：H=U1*U2*U3*U4*U5

在式中U1=S1+S2U2=S3+S4+S5+S6

U3=S7+S8+S9+S10 U4=S11+S12+S13+S14U5=S15+S16+S17

上述表达式表示U1、U2、U3、U4、U5各指标之间采用了乘法原则，而它们之间用了加法原则。

根据题目要求，功能元比较如表—1 ：方案中机构的性能、特点、评价

表示上述两个机构方案的评价指标体系、评价值及计算结果。表中，所以的指标值分为5 个等级：“很好”、“好”、“较好”、“不太好”、“不好”，分别用 1 、0.75 、0.5 、0.25 、0 表示。如表—2：

表—2

由表中H 值可知，方案 1 较方案 2 好，故可优先选用方案 1 为最终方案。2.6、运动循环图

从上述工艺过程可以看出，由主动件到执行件有三支机构系统顺序动作，画出运动传递框图如下图2—7

运

动

循

环

图

图2—7 循环图

从整个机器的角度上看，它是一种时序式组合机构系统，所以要拟订运动循环图。以该主动件的转角为横坐标（0~360 ），以机构执行构件的位移为纵坐标画出位移曲线。运动循环图上的位移曲线主要着眼于运动的起迄位置，而不是其精确的运动规律。料筛从推出片坯的位置经加料位置加料后退回最左边（起始位置）停歇。下冲头即下沉4mm （如下图中②）。下冲头下沉完毕，上冲头可下移到型腔入口处（如图中③），待上冲头到达台面下4mm 处时，下冲头开始上升，对粉料两面加压，这时，上、下冲头各移动12mm （如图中④），然后两冲头停歇保压（如图中⑤），保压时间约0.2s ，即相当于主动件转36 度左右。以后，上冲头先开始退出，下冲头稍后并稍慢地身上移动到和台面平齐，顶出成形片坯（如图中⑥）。下冲头停歇待卸片坯时，料筛已推进到形腔上方推卸片坯（如图中⑦）。然后，下冲头下移24cm 的同时，料筛振动使筛中粉料筛入形腔（如图中⑧）而进入下一循环。

2.7、尺度计算

A.

上

冲头

B. 下

冲头

C. 对

心直动滚子

推杆盘形凸轮机构 D. 曲柄滑块机构 E

曲柄滑块机构F. 蜗轮蜗杆机构 G. 蜗轮

蜗杆机构 H. 料筛 I. 圆锥齿轮

J.

圆锥齿

轮K

传动齿轮 M.

传

动 蜗杆

图2—8 方案说明图

执行机构的尺寸计算

根据选定的驱动电机 ( 在图中没画出 ) 的转速 n=940r/min 和 生产率为 24 件 / 分钟， 它传动系统的总速比为： I=940/24 =39.2 k=1.2

θ=180°*( k-1)/(k+1)=180°*(1.2-1)/(1.2+1)=16.4°

以下压力角和模数均取标准值 α =20 m=5 第一级皮带减速 I= 4 z 1=17 z 2= 68 第二级齿轮减速 I= 9.8 z 1=17 z 2= 167

已知如图：n 1=n 1′=n 1〞=24 r/min ； n 5 =n 6=24 r/min

取蜗杆齿数 z 3’ =z 5’ =4，则查表可知：d=50mm, θ=21°48′05″; z 6 =z 4 =53,

则 ：n 5′=n 6 z 6 /z 5 ′=318r/min=n 5

N 3 ’ =n 4 z 4 /z 3 ’ =318r/min=n 3

取 z 5 =20 z 3 =17 z 2’ =30 则 z 1’’ =n 5 z 5 /n 1’’

=265 ；d=mz=1325mm

δ3=arctan17/30=29.5°δ2’ =90°-29.5°=60.5°

n 2’ =n 2=n 3 =z 3/z 2’ =318*17/30=184r/min

取 z 2 =15 则 z 1 =115, δ1 =arctan15/115=7.43° δ2 =90° -7.43° =82.57° 综合以上计算可得定轴轮系传动 7 个齿轮设计如表—3：

表—3

电动机的选择 a)计算功率：

单个周期的时间：T=60/n1=60/25=2.4s 单个冲头周期做功：

W=F*（y1-h）*2/2 =15000*(21-5)/1000*2/2

=240J

单个冲头功率：P实际=W/T=240/2.4=100W 考虑到运动副摩擦和料筛运动所需的功率，∴实际所需的功率：P实际=2*P平均=200w 减速器功率：P总＝40*P实际=40*200= 8kW ∴干粉压片机所需总功率P总=8kW

P总= F*（y1-h）/1000*n1/60*80/1000=8(KW)

确定传动装置的效率η查表得：

弹性柱销联轴器的效率η1=0.99

一滚动球轴承的效率（脂润滑正常）η2=0.99 一对圆柱齿轮传动的效率η3=0.97 皮传动效率η4=0.96

锥齿轮的传递效率为η5=0.94

∴故总的传动装置的效率为η=η1·η23·η32·η4·η5

=0.99X0.993

X0.97X0.96X0.94=0.841

2.8、下冲头对心直动滚子推杆盘形凸轮机

C.

对

心

直

动

滚

子

推

杆

盘

形

凸

轮

机

构

图2—9 凸轮机构

2.9、下冲头对心直动滚子推杆盘形凸轮机的位移曲线

图2—10 位移曲线

3、干粉压片机动作说明

各级传动都为齿轮或蜗轮蜗杆传动，传动精度高，运动可靠；上冲头由曲柄滑块机构带动运动精度高，移动料筛Ｈ至下冲头的型腔上方等待装料，并将上一循环已成型的工件推出（卸料）然后料筛震动，将粉料筛入型腔，下冲头下沉一定深度Y ，以防止上冲头向下压制时将粉料扑出然后上冲头继续向下，下冲头向上加压，并在一定时间内保持一定的压力；而后上冲头快速退出下冲头随着将成型的工件推出型腔，这便完成了一个循环周期。由于要求每分钟制成成品24 件。所以要求C 、D 、E 转速同步，且转速均为24r/min 。

4、参考书目

（1 ）孙桓、陈作模主编《机械原理》高等教育出版社，2000 （2 ）朱保利、吴晖等编《机械原理课程设计指导书》南昌航空工业学院出版

（3 ）孟宪源、姜琪主编《机构构型与应用》机械工业出版社，2004

（4 ）侯珍秀主编《机械系统设计》哈尔滨工业大学出版社，2000 （5 ）黄继昌、徐巧鱼等编《实用机械机构图册》人民邮电出版社，1996

5、心得体会

这是我们步入大学之后的第一次做课程设计，但在张老师的指导和同学的互相帮助下还是按时完成了设计。这次设计让我体会很深，也学到了很多新东西。

在这次课程设计中，充分利用了所学的机械原理知识，根据使用要求和功能分析，选用组合成机械系统运动方案，从而设计出结构简单，组合成机械系统运动方案，制造方便，性能优良，工作可靠的机械系统。

这次课程设计，不仅让我们把自己所学的知识运用到实际生活中去，设计一些对社会有用的机构，也让我们深刻体会到团体合作的重要性，因为在以后的学习和工作中，但靠我们自己个人的力量是远远不够的，积聚大家的智慧，才能创造出令人满意的产品来。

这次课程设计在张老师的指导下和其他组员的协助下共同完成，如果没有他们的指导和协助很难把此次课程设计做好。在此非常感谢张老师的指导和其他组员的协助。