压片成形机
一、 设计题目
设计目的
机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸以及润滑方式等进行构思、分析和计算，并将其转化成为制造依据的工作过程。
机械设计是机械产品生产的第一步，是决定机械产品性能的最主要环节，整个过程蕴含着创新和发明。为了综合运用机械原理课程的理论知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，使所学的知识进一步巩固和加强，我们参加了此次的机械原理课程设计。
（1）总功能要求
设计自动压片成形机，将具有一定湿度的粉状原料（如陶瓷干粉或药粉）定量送入压形位置，经压制成后脱离该位置。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和药剂（片）等。
表1.2.1压片成形机设计数据
电动机转速/（r/min） 1450 生产率/（片/min） 10 成品尺寸（mm,mm） 冲头压力/N 机器运转不均匀系数 0．10 M冲/㎏ M杆/㎏ 100*60 150 000 12 5 970 15 60*35 100 000 0.08 10 4 970 20 40*20 100 000 0.05 9 3 （2）工作原理
1 1、压片成型机工艺动作分解：
⑴ 干粉料均匀筛入圆筒形型腔（图1.2.2a）。
⑵ 下冲头下沉3mm，预防上冲头进入型腔时粉料扑出（图1.2.2b）。 ⑶ 上和下冲头同时加压(图1.2.2c),并保持一段时间。 ⑷ 上冲头退出，下冲头随后顶出压好的片坯（图1.2.2d）。 ⑸ 料筛推出片坯（图1.2.2a）。
原始数据
1、冲头压力 100 000N 150 000N 2、生产率 15片/min 20片/min 3、机器运转不均匀系数 0.08 0.10 4、
电机转速 970r/min 1450r/min
二．设计要求
2 （1）设计要求
⑴ 压片成形机一般至少包括连杆机构和凸轮机构和齿轮机构在内的三种机构。 ⑵ 画出机器的运动方案简图与运动循环图。拟订运动循环图时，执行构件的动作起止位置可根据具体情况重叠安排，但必须满足工艺上各个动作的配合，在时间和空间上不能出现干涉。
⑶ 设计凸轮机构，自行确定运动规律，选择基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径，计算凸轮轮廓线。
⑷ 设计计算齿轮机构，确定传动比，选择适当的摸数。
⑸ 对连杆机构进行运动设计。并进行连杆机构的运动分析，绘出运动线图。如果是采用连杆机构作为下冲压机构，还应该进行连杆机构的动态静力分析，计算飞轮转动惯量。
⑹ 编写设计计算说明书。
⑺ 学生可进一步完成机器的计算机演示验证和凸轮的数控加工等。
（2）上冲头和下冲头与料筛的设计要求
图1.3.2设计要求
⑴ 上冲头完成往复直移(与动铅垂上下)，下移至重点后有短时间的间歇，
3 起保压作用，保压时间为0.4s左右。因为冲头上升后要留有料筛进入的空间，故冲头行程为90~100mm。因为冲头压力比较大，因而加压机构应有增力功能（图1.3.2a）。
⑵ 下冲头先下沉3mm,然后上升8mm，加压后停歇保压，继而上升16mm，将
成形片坯顶到与台面平齐后停歇，待料筛将片坯推离冲头后，再下移18mm,到待料位置（图1.3.2b）。
⑶ 料筛在模具型腔上方往复振动筛料，然后向左退回。待批料成型并被推
出型腔后，料筛在台面上右移约45~50mm,推卸片坯（图1.2.3c）。
设计提示
⑴ 各执行机构应包括：实现上冲头运动的主加压机构和实现下冲头运动的辅助加压机构和实现料筛运动的上下料机构。各执行机构必须能满足工艺的运动要求，可以有多种不同型式的机构选用。
⑵ 由于压片成形机的工作压力比较大，行程短，一般采用肘杆式增力冲压机构
作为主体机构。它是由曲柄摇杆机构滑块机构串接而成。先设计摇杆滑块机构，为了
保压，要求摇杆在铅垂位置的±2°范围内的滑块的位移量≦0.4mm。据此可得摇杆长度：
式中： 为摇杆滑块机构中连杆与摇杆长度之比，一般取1~2。根据
上冲头的行程长度，即可得摇杆的另一极限位置，摇杆的摆角以小于60°为宜。设计曲柄摇杆机构时，为了“增力”，曲柄的回转中心可在摇杆活动链和垂于摇杆铅垂位置的直线上适当选取，以改善机构在冲头下极限位置附近的传力性能。根据摇杆的三个极限位置（±2°位置和另一个极限位置），设定与之对应的曲柄三个位置，其中两个对应于摇杆的两个极限位置，曲柄应在与连杆共线的位置，
4 曲柄另一个位置可根据保压时间来设定，因此可根据两连架杆懂得三组对应位置来设计此机构。设计完成后，应检查曲柄存在条件，若不满足要求，则重新选择曲柄回转中心。也可以在选择曲柄回转中心以后，根据摇柄两个极限位置时曲柄和连杆共线的条件，确定连杆和曲柄长度。在检查摇杆在铅垂位置±2°时，应该注意曲柄对应转角是否满足保压时间要求。曲柄回转中心距摇杆铅垂位置越远，机构行程速比系数越小，冲头在下极限位置附近的位移变化越小，但机构尺寸越大。
⑶ 辅助加压机构可采用凸轮机构，推杆运动线图可以根据运动循环图确定。设计时，要正确确定凸轮基圆半径。为了便于传动，可以将筛料机构置于主体机构曲柄同侧。整个机构系统采用一个电动机集中驱动。要注意主体机构曲柄和凸轮机构起始位置间的相位关系，否则机器将不能正常工作。
⑷ 可以通过对主体机构进行运动分析，以及冲头相对于曲柄转角的运动线图，检查保压时间是否近似满足要求。进行机构动态静力分析时，要考虑各杆（曲柄除外）的惯性力和惯性力偶，以及冲头的惯性力。冲头质量m冲和各杆质量m
杆（各杆质心位于杆长中点）以及机器运转不均匀系数均见表
1，则各杆对质心
轴的转动惯量可求。认为上下冲头同时加压和保压时生产阻力为常数。飞轮的安装位置由设计者自行确定，计算飞轮转动惯量时可以不考虑其他机构的转动惯量。确定电动机所需要功率时还要考虑下冲头运动和筛料运动所需功率。
三．运动方案评估（上冲头为主）
上冲头运动方案设计及选择 方案一
此设计优缺点：
方案1采用的是凸轮机构的设计方案。如图所示，该机构由2个可动构件和机架组成，包含1个高副和2个低副，其自由度F = 3*2 - 2*2 - 1*1 = 1，其自由度也等于原动件个数，故其运动也确定。
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