机械原理课程设计
院 校：安阳工学院
专 业：机械设计制造及其自动化 班 级：08机制一班 设 计 者： 刘凤然 学 号：200801010003 指导老师：韩向可
日 期：2010.6.7-2010.6.13
机械原理课程设计
题目：压片成型机 学校：安阳工学院 院系：机械工程系
专业：机械设计制造及其自动化 班级：一班 设计者：刘凤然 指导老师：韩向可
课 程 设 计 任 务 书
设计题目 学生姓名 刘凤然 所在院系 机械工程系 压片机 专业、年级、08机制一班 班 设计要求：(1) 精压成形制品生产率为每分钟 20件； (2) 行程速比系数 K=1.2 学生应完成的工作：设计干粉压片机 (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。 参考文献阅读：（1）孙桓、陈作模主编.机械原理.高等教育出版社，2006，第七版 （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，2004 工作计划：一、思考（ 6.7 ） 二、画图（ 6.8-6.11 ） 三、写说明书（ 6.12-6.13 ） 任务下达日期： 2010 年 6 月 7 日 任务完成日期： 2010 年 6 月 13 日 指导教师（签名）： 学生（签名）：
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 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6 1. 总功能分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6 2. 总功能分解 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3. 功能元求解 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4. 运动方案确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5. 方案的评价 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6. 运动循环图 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 7. 尺度计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 8.下冲头对心直动滚子推杆盘形凸轮机„„„„„„„„„„„„ 9.下冲头对心直动滚子推杆盘形凸轮机的位移曲线„„„„„„„ 三. 压片成形机各部件名称以及动作说明 „„„„„„„„„„„„四. 参考书目 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„五. 新得体会 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
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6 6 7 8 10 11 12 12 13 13 13
1.1、设 计 题 目 压片成形机
1.2、 工作原理及工艺动作过程
压片成型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 80mm 、深度为 10m 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
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(1) 精压成形制品生产率为每分钟 20片； (2) 行程速比系数 K=1.2
(3) 被压工件的外形是直径为 80 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
设计压片成型机，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。
2.3、根据功能的要求，进行功能元求解 压片成型机运动转换功能图如下：
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图2—2运动转换功能
图2—3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 运动方案示意图如下：
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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。
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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+S2 U2=S3+S4+S5+S6
U3=S7+S8+S9+S10 U4=S11+S12+S13+S14 U5=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 —1 评价 性能指标 具体指标 带传动 齿轮机构 曲杆滑块机构 简单六杆机构 任意性较定比传动 差能达到有限精度 高 较高 凸轮机构 蜗轮蜗杆机构 定比传动和移动
A1运动规A功能 律 A2传动精度 B1应用范围 B工作性能 B2可调性 B3运动精度 B4承载能力 C1加速度峰值 C C2噪音 C3耐磨性 C4可靠性 D1制造难度 D D2制造误差敏感性 D3调整方便性 定比传动 定比传动和移动 基本上任意 高 高 较高 高 较广 很好 较高 广 较差 较高 较广 一般 较高 较广 较好 高 较广 较差 较高 广 较差 高 大 大 大 较大 较小 大 小 小 较好 可靠 较易 小 小 较好 可靠 较难 较大 一般 一般 可靠 易 较大 较小 较好 可靠 易 较小 较大 差 可靠 难 小 较小 较好 可靠 较难 敏感 敏感 敏感 不敏感 敏感 敏感 较方便 较便 较方便 方便 较麻烦 方便 第 9 页 共 14 页
D4能耗大小 E1尺寸 E E2重量 E3结果复杂度 一般 较大 较轻 简单 一般 较小 较重 一般 一般 较小 较轻 一般 一般 较大 较轻 简单 一般 较小 较重 复杂 一般 较小 较重 复杂 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 方案一 方案二 S1 0.75 0.75 U1 S2 1 0.75 S3 1 0.75 S4 0.75 0.5 U2 S5 0.75 1 S6 0.75 0.75 S7 0.75 0.75 S8 0.75 0.5 U3 S9 0.75 0.5 S10 0.75 0.75 S11 0.75 0.5 S12 0.5 0.5 U4 S13 0.75 0.5 S14 0.5 0.5 S15 0.75 0.75 S16 0.5 0.75 U5 S17 0.75 0.75 H值 85.31 56.95 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
评价指标 系统工程评价法 第 10 页 共 14 页
动传递框图如下图2—7
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
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=970r/min 和 生产率为 20 件 / 分钟， 它传动系统的总速比为： I=970/20 =48.5 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 z1=17 z2= 68 第二级齿轮减速 I= 9.8 z1=17 z2= 167
已知如图：n1=n1′=n1〞=24 r/min ； n5 =n6=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°
n2’ =n2=n3 =z3/z2’ =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：
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表—3
2.8、下冲头对心直动滚子推杆盘形凸轮机
对心直动滚子推杆盘形凸轮机构C. 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
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位移曲线规注律：采取余弦加速度运动图2—10 位移曲线
3 压片成型机动作说明
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。
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指导教师评语： 课程设计报告成绩： ，占总成绩比例： 课程设计其它环节成绩： 环节名称： ，成绩： ，占总成绩比例： 环节名称： ，成绩： ，占总成绩比例： 环节名称： ，成绩： ，占总成绩比例： 总 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日 本次课程设计负责人意见： 负责人签字： 年 月 日
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