..機械原理課程設計報告設計題目：粉末成型壓機__072073設計者：陸茶魁、龔良、郝進指導曾曉惠、王玉丹中國地質(zhì)大學機電學院20XX7月目錄題目設計題目及任務………………1設計題目………………1設計任務………………23．運動方案3.1上模沖壓機構(gòu)……………33.2送料機構(gòu)……………73.3脫模機構(gòu)……………113.4總體方案……………184.運動循環(huán)圖……………195.小結(jié)……………205.2設計小結(jié)……………206.參考數(shù)目……………21題目：粉末成型壓機設計。設計題目及任務：2.1設計題目設計粉末成型壓機,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。機器的整個工作過程〔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。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,粉末成型壓機的工藝動作是：1.送粉器運動到圓筒上方將下沖頭托上來的壓片推至左側(cè),同時干粉料均勻篩入圓筒形型腔,下沖頭同時下降〔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動并擠壓粉料?！矆D23．上沖頭上升后下沖頭將壓好的壓片送出,同時送粉器已經(jīng)裝好下次的粉料準備推送壓片。上沖頭、下沖頭、送料篩的設計要求是：1.上模沖壓制機構(gòu)應具有以下的運動特性：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時在放慢速度而起到保壓作用。2.脫模機構(gòu)應使下模沖頂出距離準確,復位時要求速度快而沖擊小。3.送粉機構(gòu)要求嚴格遵守壓制周期的運動規(guī)律。進一步要求：讓上模沖和下模沖的運動規(guī)律可調(diào)。主要技術(shù)參數(shù)要求：每分鐘壓制次數(shù)為10-40次；壓坯最大直徑為45mm；上模沖最大行程為110mm；送粉器行程為115mm；脫模最大行程為45mm；壓制及脫模能力最大為58kN；2.2設計任務1.粉末成型壓機一般至少包括連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)在內(nèi)的三種機構(gòu)。2.畫出機器的運動方案簡圖與運動循環(huán)圖。擬定運動循環(huán)圖時,可執(zhí)行構(gòu)件的動作起止位置可根據(jù)具體情況重疊安排,但必須滿足工藝上各個動作的配合,在時間和空間上不能出現(xiàn)"干涉"。3.設計凸輪機構(gòu),自行確定運動規(guī)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(gòu)。5.對連桿機構(gòu)進行運動設計。并進行連桿機構(gòu)的運動分析,繪出運動線圖。6.編寫設計計算說明書。7.機器的計算機演示驗證。三．運動方案與運動分析3.1上模沖壓機構(gòu)方案分析：上模沖本來是打算用一個圓盤凸輪作為執(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構(gòu)。圖1運動尺寸設計：由技術(shù)參數(shù)要求上模沖的最大行程為110mm可知,它的最大行程應該等于2倍的主動件長度,所以主動件應該等于55mm。連桿則可根據(jù)運動規(guī)律自行確定,我們在這取140mm?；瑝K直徑45mm,滑塊高度=50mm,滑塊軸套=70mm,上模沖質(zhì)量：9kg。運動模型建立：設原動件在圖示位置為起點,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,設原動件轉(zhuǎn)過的角度為ａ,則由幾何條件可知,滑塊位移s與ａ的關系：S=<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;模型圖如下：原動件逆時針轉(zhuǎn)動,帶動滑塊先往上運動,到達最高點速度為0,接著滑塊向下運動,進行壓制運動,當曲柄和連桿在同一直線時達到壓制極限位置。在次刻滑塊速度為0,且前后速度也較小,起到了設計所要求的保壓作用。運動分析結(jié)果：其MATLAB程序如下：b=55;c=140;a=0:0.001:2*pi;y=<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;plot<x,y>位移s在一個周期內(nèi)的圖像如下：〔注意其并非正弦曲線再對上面的y求導,程序為：b=55;c=140;symsay=<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*cos<a>>>>^<1/2>*cos<-a-asin<11/28*cos<a>>>*<-1+11*sin<a>/<784-121*cos<x>^2>^<1/2>>則其速度圖像程序為：a=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>>>得其在一個周期內(nèi)的速度圖像為：同理可得其加速度的程序和一個周期內(nèi)的圖像分別為：a=55;c=140;a=0:0.001:2*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<-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送料機構(gòu)方案分析：怎么樣實現(xiàn)送粉器的左右間歇運動。因為凸輪機構(gòu)的間歇運動是主要是依靠它自身的重力實現(xiàn)的,對實現(xiàn)上下運動比較合適,但對左右運動好像有些不行。經(jīng)過思考后和查找課本后,我們發(fā)現(xiàn)圓柱凸輪可以實現(xiàn)左右間歇運動,只要在它的表面設計我們需要的曲線就能符合設計要求。運動尺寸設計右側(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。曲線輪廓見運動分析。運動模型建立設滾子在圓柱凸輪的最左邊為送粉器的位移0點,也即其下料位置和左極限位置。當凸輪逆時針轉(zhuǎn)動時,其位移隨著輪廓曲線的規(guī)律向右運動,當達到最右端時再次停止運動,進行裝料。裝料完畢后再隨著曲線向左運動,如此循環(huán)。模型圖如下：運動分析結(jié)果由于考慮到送粉器行程為115mm?？傻闷湮灰瞥绦蚝蛨D像為。x=-pi/6:0.001:pi/6;y=115/2*sin<3*x>;plot<x,y>;holdonx=pi/6:0.001:5*pi/6;y=115/2;plot<x,y>;holdonx=5*pi/6:0.001:7*pi/6;y=115/2*sin<3*x>;plot<x,y>;holdonx=7*pi/6:0.001:11*pi/6;y=-115/2;plot<x,y>holdoff對位移求導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>;holdonx=pi/6:0.001:5*pi/6;y=0;plot<x,y>;holdonx=5*pi/6:0.001:7*pi/6;y=115*3/2*cos<3*x>;plot<x,y>;holdonx=7*pi/6:0.001:11*pi/6;y=0;plot<x,y>>>同理再對其速度求導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>;holdonx=pi/6:0.001:5*pi/6;y=0;plot<x,y>;holdonx=5*pi/6:0.001:7*pi/6;y=-115*3*3/2*sin<3*x>;plot<x,y>;holdonx=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時刻,對運動過程沒有大的影響,而且加速度突變產(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,所以應該可以滿足設計要求。3.3脫模機構(gòu)方案分析：下面同樣要承受較大壓力,但它要求有間歇運動,用滑塊搖桿機構(gòu)不能實現(xiàn),所以用以凸輪機構(gòu)來實現(xiàn)。但下模沖同樣要承受較大壓力,用凸輪同樣不能承受。為了解決這個方案,我們在下模沖桿的下面加了一個彈簧,用以分擔凸輪所受壓力。運動尺寸設計凸輪基圓半徑r=45mm,遠休半徑=105mm,下模沖高度=20mm,桿長=50mm。質(zhì)量=3kg。滾子半徑=10mm。輪廓曲線見后面運動分析結(jié)果。運動模型建立：以近休終點為凸輪起始位置,根據(jù)設計要求,它先以正弦加速度規(guī)律進行推程運動,角度為2*pi/3,然后進行遠休,由于遠休所需要的時間不長,故設計為pi/6,然后進行余弦加速度規(guī)律進行回程運動,角度為pi/3,最后為近休,由于要進行壓制操作,故近休時間相對較長,為5*pi/6.3.3.3運動結(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>holdonx=2*pi/3:0.001:5*pi/6;s=45;a=<45+s>.*cos<x>;b=<45+s>.*sin<x>;plot<a,b>holdonx=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>holdonx=7*pi/6:0.001:2*pi;s=0;a=<45+s>.*cos<x>;b=<45+s>.*sin<x>;plot<a,b>holdoff凸輪理論輪廓曲線：凸輪實際工作曲線程序及圖形〔為了進行比較含理論曲線：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>.*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>holdonplot<a,b>holdonx=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>holdonplot<a,b>holdonx=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>.*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>holdonplot<a,b>holdonx=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>.^0.5;q=-n./<m.*m+n.*n>.^0.5;y=a-r.*q;z=b-r.*p;plot<y,z>holdonplot<a,b>holdoff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>holdonx=2*pi/3:0.001:5*pi/6;s=45;plot<x,s>holdonx=5*pi./6:0.001:7*pi./6;s=22.5*<1+cos<3*<x-5*pi./6>>>;plot<x,s>holdonx=7*pi/6:0.001:2*pi;s=0;plot<x,s>holdoff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>holdonx=2*pi/3:0.001:5*pi/6;v=0;plot<x,v>holdonx=5*pi./6:0.001:7*pi./6;v=135/2*cos<3*x>;plot<x,v>;holdonx=7*pi/6:0.001:2*pi;v=0;plot<x,v>holdoff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=405/2*sin<3*x>/pi;plot<x,a>;holdonx=2*pi/3:0.001:5*pi/6;a=0;plot<x,a>;holdonx=5*pi./6:0.001:7*pi./6;a=-405/2*sin<3*x>;plot<x,a>;holdonx=7*pi/6:0.001:2*pi;a=0;plot<x,a>;holdoff3.4總體方案：各個執(zhí)行件之間的距離尺寸設計：壓坯直徑為45mm,由各個執(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+45+20+50+10+45=415mm傳動機構(gòu)設計：本方案把每分鐘壓制次數(shù)定為20次,電動機轉(zhuǎn)速選970r/min。由于三個執(zhí)行機構(gòu)在一個周期內(nèi)都是轉(zhuǎn)一圈,而他們的周期T=60/40=3s,三個執(zhí)行件的原動件角速度都為w=20r/min。所以它們與電動機的傳動比都為i=20/970.總體模型建立根據(jù)機構(gòu)的各個執(zhí)行件的運動規(guī)律設計出來相應的尺寸后就可以使整個機構(gòu)協(xié)調(diào)運動了。只要安裝起始位置符合所設計的要求,就可以建立以下整體機構(gòu)運動模型。詳細運動流程見運動流程圖。四．運動循環(huán)圖上沖頭、下沖頭與送粉器的動作關系見表上沖頭向下運動向上運動送料篩向右運動在右側(cè)靜止向左運動在左側(cè)靜止下沖頭向下運動停在下方向上運動停在上方五．小結(jié)5.1機構(gòu)設計過程小結(jié)：本機構(gòu)設計是我們組三人經(jīng)過精心思考和討論后最后確定下來的一個比較完美的機構(gòu)。由于它的三個執(zhí)行件都要有間歇運動,由此,我們最初想到了凸輪機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)間歇運動。但由于上模沖是下壓機構(gòu),它必須能承受較大的壓力,而凸輪機構(gòu)是高復傳動,不能承受大的壓力,在這里我們遇到了我們的第一個難題。經(jīng)過思考,我們發(fā)現(xiàn),其實上模沖不一定要是間歇運動,只要它的運動時間上和另外兩個機構(gòu)協(xié)調(diào)就行了。因此我們想到了曲柄滑塊機構(gòu)的增壓作用,而且曲柄滑塊機構(gòu)的運動分析比起凸輪簡單多了。在基本上解決了第二個問題后,我們遇到了第二個問題,那就是我們怎么樣實現(xiàn)送粉器的左右間歇運動。因為凸輪機構(gòu)的間歇運動是主要是依靠它自身的重力實現(xiàn)的,對實現(xiàn)上下運動比較合適,但對左右運動好像有些不行。經(jīng)過思考后和查找課本后,我們發(fā)現(xiàn)圓柱凸輪可以實現(xiàn)左右間歇運動,只要在它的表面設計我們需要的曲線就能符合設計要求。最后一個機構(gòu)就是下模沖的盤型凸輪機構(gòu)。它也是這三個機構(gòu)里面最難的。一個是它的輪廓曲線的設計,另一個是它也要受壓,必須能承受較大壓力。經(jīng)過查找書上的凸輪設計例題以及所學的課本知識,再結(jié)合我們自己的機構(gòu)設計要求,我們列出了它的輪廓曲線方程和運動曲線。接下來的關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MATLAB不是很熟悉,不會用。我們只能從頭開始學習MATLAB,經(jīng)過一天的對MATLAB的書籍的略讀和幾天邊學邊用的摸索,我們終于把凸輪的輪廓曲線