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机械原理课程设计说明书设计题目自动压片成形机专业机械电子工程课程名称机械原理班级09机电1姓名学号指导老师二零一一年六月二十二日目录
一、设计题目
二、原动机的选择
三、传动比的分配
四、传动机构的选择与比较
五、执行机构的选择与比较
六、机械系统运动方案的拟定,比较与确定
七、机械系统运动方案循环图
八、机构的运动分析与设计、机构运动分析线图、凸轮设计图
九、机构系统运动方案的组成原理与方法
十、心得体会
十一、主要参考资料
十二、附件压片成形机的机构系统
一、设计题目1、设计任务1.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、药粉)定量送入压形位置,经压制成型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)等设计数据见表8.5表8.5 压片成形机设计数据方案号电动机转速/(r/min)生产率/(片/min)成品尺寸(φ*b)/(mm,mm)冲头压力/N机器运转不均匀系数/δm冲/kgm杆/kgA14501080×
51500000.10125B9701560×
51000000.08104C9702040×
51000000.0593如图8.2所示,压片成形机的工艺动作
(1)干粉均匀筛入圆筒形型腔(图8.2a)
(2)下冲头下沉3mm,预防上冲头进入型腔时粉料扑出(图8.2b)
(3)上、下冲头同时加压(图8.2c),并保持一段时间
(4)上冲头退出,下冲头随后顶出压好的片坯(图
8.2d)
(5)料筛推出片坯(图
8.2a)图
8.2压片成形机工艺动作上冲头、下冲头、送料筛的设计要求是
(1)上冲头完成往复直移运动(铅锤上下),下移至终点后有短时间的停歇,起保压作用,保压时间为
0.4s左右因冲头上升后要留有料筛进入的空间,故冲头行程为90~100mm因冲头压力较大,因而加压机构应有增力功能(如图
8.3a所示)
(2)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21mm,到待料位置(如图
8.3所示)
(3)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45~50mm,推卸片坯(如图
8.3c所示)图
8.3设计要求上冲头、下冲头与送料筛的动作关系见表
8.6表
8.6动作关系上冲头进退送料筛退近休进远休下冲头退近休进远休
2、设计要求
(1)、压片成形机一般至少包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构在内的三种机构
(2)、画出机器的运动方案简图与运动循环图拟定运动循环图时,执行机构的动作起止位置可根据具体的情况重叠安排,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
(3)、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,计算凸轮廓线
(4)、设计计算齿轮机构
(5)、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,还应进行连杆机构的动态静力分析,计算飞轮转动惯量
(6)、编写设计计算说明书
二、原动机的选择
1、原动机的选择主用参考下列条件
(1)现场能源供应条件、
(2)工作机载荷特性及其工作制度、
(3)工作机对起动、平稳性、过载能力、调速和控制方等方面的要求
(4)原动机是否工作可靠、操作与维修简便,是否需要防尘、防爆、防腐等
(5)原动机的初始成本与运行维护费用
2、常用电动机的结构特征
(1)、Y系列三相异步电动机该系列电机能防止水滴、灰尘、铁屑或其他杂物浸入电机内部,它是我国近年来研制成功的新型电动机
(2)电磁调速三相异步电动机YCD电磁调速三相异步电动机,有组合式和整体式两种机构,这两种调速电动机为防护式,空气自冷,卧式安装,且无碳刷,集电环等滑动接触部件
3、选定电动机的容量电动机的容量选得合适与否,对电动机的工作和经济性都有影响当容量小于工作要求时,电动机不能保证工作装置的正常工作,或使用电动机因长期的过载而过早损坏;容量过大则电动机的价格高,能量不能充分利用,且常常不在满载下运行,其效率和功率的因数都较低,造成浪费电机的容量主要由电动机运行时的发热情况而定,而发热又与其工作情况而定工作机所需工作功率Pw,应由工作阻力和运动参数计算得来的,可按下式计算Pw=Tn/9550Kw其中T——工作机的阻力矩,N·mm;n---工作机的转速,r/min;经过综合考虑决定选用Y160M-6型号电动机(额定电压380V,额定频率50HZ,功率
7.5KW,额定转数970r/min)三.传动比的分配选取额定转速为970r/min
1.确定总传动比电动机转速n=970r/min凸轮转速nI=20r/mini总=n/nI=970/20=48.52.传动比的分配将总传动比按各级传动进行分配i总=i1*i2*i3*i4……in(式中i1,i2,i3,i4……in为各级传动的传动比)传动比的分配要求
(1)各级传动比应在推荐范围选取(参见机械原理课程设计附录2 机械传动的特点和性能)
(2)使各级传动的承载能力得到充分发挥,并使其结构尺寸协调匀称
(3)使各级传动具有最小的外形尺寸、最小的重量和中心距
(4)建议使用不可约分的传动比,以避免某几个轮齿的磨损过分集中,降低噪声和振动传动系统采用四级减速机构,第一级为带传动,第二级为减速器传动,第三级为带传动,第四级为带传动按前述传动比分配原则,为使传动构件获得较小尺寸,结构紧凑,可采用传动比“先小后大”原则因此初选i1=1.6,i2=30第二级减速器内部齿轮结构如下图所示图中各齿轮数位Z1=30Z2=20Z3=70Z4=42Z5=20Z7=20Z8=42从1齿轮输入600r/min从H行星架输出20r/min则i=30即W1/WH=30,即当W1=30时,Va=W1R1=900W1=1VR=W1*OR=50对于2行星轮,2VR=VP-VQ=100则VP=1000W3=VP/R3=1000/70=100/7当W=100/7W=-30时,W=1现以1齿轮为主动,3齿轮为从动,添加右侧轮系,使i=30*7/100=2110,即Z小:Z大=20:42调整方向增加介轮Z6=22根据设计要求,上冲头,下冲头和送料筛同时进行,所以第三级和第四级的传动比为13.各级传动比的分配表传动比分配i1i2i3i
41.63011四.传动机构的选择与比较 通过查阅机械原理课程设计指导书,我们初步确定了传动机构摩擦轮传动,带传动,链传动,齿轮传动,蜗杆传动各传动的特点如下两表A和B类别摩擦轮传动带传动链传动特点运转平稳,噪声小,可在运转中调整传动比;有过载保护作用,结构简单;轴与轴承上的作用力很大,有滑动,工作表面磨损较快轴间距范围大,工作平稳,噪声小,可吸振缓冲;摩擦型带传动有过载保护作用,结构简单;成本低,安装要求不高外廓尺寸较大;摩擦型带有滑动,不能用于分度链;由于摩擦生电,带传动不宜用于易燃场合;轴和轴承上的作用力大;带的寿命较短轴间距范围大;链条元件间形成的油膜能吸振;对恶劣环境有一定适应能力,工作可靠;作用在轴上的载荷小运转的瞬时速度不均匀,高速时不如带传动平稳(但齿形链传动较平稳);链条工作时,因磨损产生的伸长容易引起共振,因此需增设张紧和减震装置寿命取决于材料的接触强度和耐磨损能力带轮直径大,带的寿命长与制造质量有关5000~15000h表A类别齿轮传动蜗杆传动特点承载能力和速度范围大传动比恒定,采用行星传动可获得很大的传动比,外廓尺寸小,工作可靠,效率高,非圆齿轮可实现变传动比传动制造和安装精度要求高;精度低时,运转有噪声;无过载保护作用结构紧凑,单级传动能得到很大的传动比;传动平稳,无噪声;单头蜗杆可制成自锁机构传动比大、滑动速度低时效率低;中、高速传动需用昂贵的减摩材料(如青铜);制造精度要求高,刀具费用贵;钢蜗杆蜗轮副已开始应用寿命取决于轮齿材料的接触和弯曲疲劳强度以及抗胶合合耐磨损能力制造精确,润滑良好,寿命较长,低速传动,磨损显著表B根据设计要求、工艺性能、结构要求和总传动比等条件选择传动系统类型,选定带传动和齿轮传动五.执行机构的选择与比较执行机构分三部分
①实现上冲头上下运动的主加压机构;
②实现下冲头上下运动的辅助加压机构;
③实现料筛左右运动的上、下料机构各执行机构必须能满足工艺上的运动要求,可以有多种不同型式的机构供选用形态学矩阵功能元解上冲头机构齿轮机构A1连杆机构A2凸轮机构A3下冲头机构曲线槽导杆机构B1凸轮机构B2连杆机构B3送料机构蜗轮蜗杆机构C1凸轮机构C2曲柄滑块机构C3系统解的可能方案数F=3×3×3=27其中列出较为理想的两种
①A2+B2+C2
②A1+B3+C2六.机械系统运动方案的拟定,比较与确定压片成型机运动方案拟定方案1方案2方案3方案4减速A带传动齿轮传动带传动蜗杆传动减速B齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动带传动上冲头运动C曲柄摇杆机构偏置曲柄滑块机构移动推杆圆柱凸轮曲柄导杆滑块机构送料机构D移动凸轮机构(间歇移动)蜗轮蜗杆机构蜗轮蜗杆机构偏置曲柄滑块机构下冲头运动E移动凸轮机构(间歇移动)移动凸轮机构(间歇移动)双导杆间歇运动机构曲线槽导杆机构运动方案的比较根据题目要求,减速A
①链传动结构简单,运动平稳,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低
②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和齿轮传动减速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,故可选用齿轮或蜗杆传动对于上冲头C,要实现往复直线运动,还有考虑急回特性因此选曲柄摇杆或曲柄滑块机构送料机构D主要作用是将坯料送到加工位置,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,方案1和方案2.方案1示意图方案2示意图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只有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+S6U3=S7+S8+S9+S10U4=S11+S12+S13+S14U5=S15+S16+S17上述表达式表示U
1、U
2、U
3、U
4、U5各指标之间采用了乘法原则,而它们之间采用了加法原则根据题目要求,比较如下表1机构具体指标评价带传动齿轮机构曲柄摇杆机构简单四杆机构凸轮机构蜗轮蜗杆机构A运动规律定速比传动定速动比转动和移动定速比传动任意性较差能达到有限精度基本上任意定传动比转动和移动传动精度高高高高较高高B应用范围较广广较广较广较广广可调性较好较差一般较好较差较差运转精度较高很高较高高较高高承载能力大大大较大较小大C加速度峰值小小较大较大较小小噪声小小一般较小较大较小耐磨性较好较好一般较好差较好可靠性可靠可靠可靠可靠可靠可靠D制造难度较易较难易易难较难制造误差敏感性敏感敏感敏感不敏感敏感敏感调整方便性较方便较方便较方便方便较麻烦方便能耗大小一般一般一般一般一般一般E尺寸较大较小较小较大较小较小重量较轻较重较轻较轻较重较重结构复杂性简单一般一般简单复杂复杂表1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表示如下表 评价指标系统工程评价法方案1方案2U1S
10.
750.75S
210.75U2S
310.75S
40.
750.5S
50.751S
60.
750.75U3S
70.
750.75S
80.
750.5S
90.
750.5S
100.
750.75U4S
110.
750.5S
120.
50.5S
130.
750.75S
140.
50.5U5S
150.
750.75S
160.
50.75S
170.
750.75H值
85.
3156.95由表中H值可知,方案1较方案2好,故可优先选用方案1为最终方案七.机械系统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3mm(如下图中
②)同时,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8mm(如图中
④),然后两冲头停歇保压(如图中
⑤),保压时间约
0.4s,即相当于主动件转60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21mm的同时,料筛振动使筛中粉料筛入形腔(如图中
⑧)而进入下一循环八.机构的运动分析与设计、机构运动分析线图、凸轮设计图该机械系统包含从原动机到传动机构到各执行机构的传动系统该机械系统有三套工作执行机构,为使其成为一个单自由度机器,故将其设计为等速联接机构三种执行机构的运动线图
1.上冲头设计1确定曲柄滑块机构尺寸由于压片成形机的工作压力较大,行程较短,所以采用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串接而成为了保压,要求摇杆在铅垂位置的±2°范围内滑块的位移量≤
0.4mm据此可得摇杆长度R≤
0.4/1+a-cos2-式中:a=L/R――摇杆滑块机构中连杆与摇杆长度之比,一般取1~2我们选择a=1,则R≤
328.3mm取R=300mm,则L=R=300mm2确定曲柄摇杆机构尺寸在压片位置,机构应有较好的传动角所以,当摇杆在OAA位置时,曲柄摇杆机构的连杆AB’与OAA的夹角应接近90°此时,OB’若选在AB’的延长线上,则AB’受力最小故在此线上选一适当位置作OB’具体选定OB’的位置时,可再考虑急回特性的要求,或摇杆速度接近零的区域中位移变化比较平缓的要求它与机构尺寸的大致关系是行程速度变化系数K或q1愈大,在位置A时的位移变化较大,所以OB’距点A远一些好,但又受到机构尺寸和急回特性的限制,不能取得太远选定OB’以后,可定出与OAA两个位移j
3、j4(或I、II、III三个位置)对应的OB’B’的两个位移y
3、y4(或I、II、III三个位置)按上述命题设计出曲柄摇杆机构的尺度,角j0为两机构串联的相位角设计结果如图所示其后,再对设计结果进行运动分析,可得到机构正确的运动规律最后,再回到运动循环图上,检查它与其它执行构件的运动有否干涉的情况出现必要时可修正运动循环图
2.凸轮机构的设计下冲头中的凸轮对心直动从动件盘型凸轮轮廓曲率半径应大于或等于最小曲率半径(0≤≤)置动平底从动件轮廓方程得(0≤≤2)(0≤≤2)九.机构系统运动方案的组成原理与方法机构系统方案的组成是将所选的执行机构构成若干个可行的机构系统,它应包括机构系统的型综合和机构系统的尺度综合型综合是确定机构的类型;尺度综合是确定所选机构的各运动尺寸对于机构系统的型综合包括各执行机构的执行动作的要求进行各机构的运动尺度的计算和各机构动作时间序列确定,从而使各机构的输出运动完全满足机械的工艺运动过程要求在机械运动系统中各执行机构的组成大多采用串联形式和并联形式在组成机械运动系统方案时,它的形容性主要反映在保持各执行机构运动的同步性、各执行机构输出运动的协调性以及各执行机构输出运动精度的匹配性
1、各执行机构运动的同步性同步性是反映了机械运动系统在一个机械工作循环中各执行机构有相同的工作周期,按一定的节拍完成机械工艺动作要求通常情况下,要求各执行机构的输入构件按同一转速或按一定的平均速度比转动,使各执行机构的运动周期相同当然,在某些特殊的机械工艺动作过程,,个别执行机构的运动周期是其他执行机构的运动周期的整数倍那是,可以通过定传动比的机构传动来加以保证
2、机构输出运动的协调性在机械运动系统方案组成时,应考虑各机构的输出特性机构的输出运动特性包括运动形式、运动轴线、运动方向和运动速率、机械运动系统设计时先考虑采用何种工作原理;工作原理确定后需构思工艺动作过程为了满足工艺动作需要,在组成机械运动系统方案时,应使机构的运动特性符合规定要求,使各执行机构的运动相互协调
3、机构输出运动精度的匹配性在进行机械运动系统方案组成时,还应考虑机构输出运动精度的匹配因为机械的工艺动作过程是一个整体,对于组成的各个动作精度都是有要求的运动精度的匹配性是指各机构的运动精度能满足完成工艺动作的需要选择过低的机构运动精度会使机械无法工作选择过高的机构运动精度会使制造和设计成本提高,同时也没有必要十.心得体会几天的机械原理课程设计结束了,在这次实践的过程中学到了一些除技能以外的其他东西领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化在社会这样一个大群体里面沟通自然是为人处世的基本如何协调彼此的关系值得我们去深思和体会在实习设计当中依靠与被依靠对我的触及很大有些人很有责任感把这样一种事情当成是自己的重要任务并为之付出了很大的努力不断的思考自己所遇到的问题而有些人则不以为然总觉得自己的弱势…..其实在生活中这样的事情也是很多的当我们面对很多问题的时候所采取的具体行动也是不同的这当然也会影响我们的结果很多时候问题的出现所期待我们的是一种解决问题的心态而不是看我们过去的能力到底有多强那是一种态度的端正和目的的明确只有这样把自己身置于具体的问题之中我们才能更好的解决问题在这种相互协调合作的过程中口角的斗争在所难免关键是我们如何的处理遇到的分歧而不是一味的计较和埋怨.这不仅仅是在类似于这样的协调当中生活中的很多事情都需要我们有这样的处理能力面对分歧大家要消除误解相互理解增进了解达到谅解…..也许很多问题没有想象中的那么复杂关键还是看我们的心态那种处理和解决分歧的心态因为毕竟我们的出发点都是很好的课程设计也是一种学习同事优秀品质的过程比如我组的唐佳苗同学她有那种耐得住寂寞的心态在学习上取得了很多傲人的成绩,但是我所赞赏的还是她追求的过程当遇到问题的时候那种斟酌的态度就值得我们每一位学习人家是在用心造就自己的任务而且孜孜不倦追求卓越我们过去有位老师说得好有些事情的产生是有原因的别人能在诸如学习上取得了不一般的成绩那绝对不是侥幸或者巧合那是自己付出劳动的成果的彰显那是自己辛苦过程的体现这种不断上进认真一致的心态也必将导致一个人在生活和学习的各个方面做的很完美那种追求的锲而不舍的过程是相同的这就是一种优良的品质它将指引着一个人意气风发更好走好自己的每一步在今后的学习中一定要戒骄戒躁态度端正虚心认真….要永远的记住一句话:态度决定一切十一.主要参考资料1.李瑞琴 编著.机构系统创新设计.国防工业出版社,20082.裘建新主编.机械原理课程设计指导书.高等教育出版社,20053.刘会英杨志强张明勤编.机械原理.机械工业出版社,第二版4.黄继昌、徐巧鱼等编.实用机械机构图册.人民邮电出版社,1996附件H12387653421。