武汉理工大学机械原理课程设计说明书
目录
1.任务分析 ………………………………………………………………………2 1.1 总功能分析 ………………………………………………………………2 1.2 总功能分解 ………………………………………………………………2 2.驱动装置的选择 ………………………………………………………………3 2.1 常用电动机的结构特征 …………………………………………………3 2.2 选定电动机的容量 ………………………………………………………3 3.选取设计方案 …………………………………………………………………3 3.1 方案的选取 ………………………………………………………………3 3.2 机构的选取 ………………………………………………………………4 3.2.1上冲头机构 …………………………………………………………4 3.2.2下冲头机构 …………………………………………………………4 3.2.3送料机构 …………………………………………………………4 4.运动方案的确定…………………………………………………………………6 4.1 方案的比较 ………………………………………………………………6 4.2 方案的评价 ………………………………………………………………8 5.执行机构运动循环图……………………………………………………………8 5.1执行构件的运动形式 ……………………………………………………8 5.2拟订运动循环图 …………………………………………………………10 6.主要尺寸设计 …………………………………………………………………10 6.1 齿轮的计算 …………………………………………………………11 6.2 凸轮轮廓的确定 …………………………………………………………11
6.2.1 下冲头凸轮轮廓的确定 ……………………………………………11 6.2.2 料筛凸轮轮廓的确定 ………………………………………………12 7.课程设计小结……………………………………………………………………14 8.参考文献 ………………………………………………………………………14
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1.任务分析
1.1 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：
能量 料 粉
机械加工 成品 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。
1.2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：要求筛子往复运动放料
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 得如下树状功能图：
2.驱动装置的选择
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选择电机类型：电动机是机器中运动和动力的来源，其种类很多，有电动机、内燃机、蒸汽机、水轮机、汽轮机、夜动机等。电动机结构简单、工作可靠、控制方便、维护容易，一般机械上大多数均采用电动机驱动。
2.1 常用电动机的结构特征
（1）Y系列三相异步电动机
该系列点击能防止水滴、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电动机。
（2）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。
2.2 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。
根据工艺参数及运动参数我们选择方案Ｃ，电动机转速９７０ｒ／ｍｉｎ
3．选取设计方案
3.1方案的选取
根据题目要求选取方案C进行课程设计。
在这个设计中，电动机的转速为970r/min,生产效率为20片/min，成品尺寸为40×20（mm,mm）,40mm为成品的直径。冲头压力为150kN,机器运转不均匀系数为0.05，冲头质量为9kg,杆的质量为m=3kg.
因此，由生产效率和电动机的转速可以得知，设计的工艺动作周期为3秒。
3.2机构的选取
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3.2.1上冲头机构：
要求：① 要实现往复直线运动，并且要有急回特性。有以下方案可供选择： a 方案中采用曲柄滑块机构，结构简单，尺寸较小，但滑块在行程末端只做瞬间停歇，保压效果不佳，运动规律不理想。
b 方案中采用转动凸轮推动滚子从动件，当滚子与凸轮廓线接触部分为同心圆弧是，从动件在行程末端停歇。
c 方案中采用肘杆式增力冲压机构，它是由曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串接而成，可得到较好的运动规律，且有增力加压效果
d 方案中为涡轮蜗杆传动，结构简单，承载能力大，有缓和冲击且能满足较理想的运动规律。
由以上分析可知c、d 方案为上冲头的机构较好
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3.2.2下冲头机构：
要求：①较高的承受能力 ②要实现间歇运动 ③可靠性要好 有以下方案可供选择：
a 方案中由两个盘形凸轮交替驱动滚子从动件，以实现预定的运动规律，可能会有小的冲击，且凸轮轮廓曲线的设计过程较为复杂
b 方案中为对心直动滚子推杆盘形凸轮机构，结构简单，能实现要求的运动规律，由于间歇运动较多，故凸轮轮廓曲线会比较复杂
以上两种方案均可作为下冲头的机构 3.2.3送料机构：
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a方案中为凸轮与连杆组合的机构，可获得较大的行程 b 方案中为圆柱凸轮机构，但圆柱凸轮加工复杂 c 方案中为偏置的曲柄滑块机构，结构简单，易制造 d 方案中为涡轮蜗杆传动机构，传动比较平稳 方案a、c、d较好
4.运动方案的确定
4.1 方案的比较
由以上分析可知，机构可能的运动方案有N= 2*2*3 = 12 种 。现初步确定其中较好的三个方案如下： 方案一：
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方案二： 方案三：
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4.2方案的评价：
运动精确性：方案一、二、三中的凸轮设计、齿轮设计和曲柄设计都是按照生产率20片／min来设计，因此其转动速度均为20r／min
运动平稳性:由于各方案中凸轮的尺寸较小，且工作速度不快，因此传动比较平稳。而方案二、三是以轴杆式增力冲压机构作为上冲头机构，可满足较大的压力；而方案一采用的是锥齿轮传动与曲柄滑块机构作为上冲头机构 ，提供压力时有可能造成运动不平稳。方案一、三送料均采用摆动从动件盘形凸轮——摇杆滑块机构，凸轮的压力角小。
结构紧凑性：三个方案均通过一个电动机实现送料、成形、分料工艺动作，且外形尺寸比较合理，机构较为紧凑。
经济性：方案一、三主要通过V带连接，价格比较适中；而方案二中锥齿轮较多，造价较高。
综合以上分析：三个方案均可满足要求，但方案三优点较多，在此选用方案三进行最后的机构综合设计。
5 .执行机构运动循环图
5.1执行构件的运动形式
显然该压片机应有三套机械传动系统所组成，即实现上冲头运动的加压传动系统，实现下冲头运动的辅助加压传动系统，实现料筛运动的上、下料传动系统。这三套传动系统中的上冲头、下冲头、料筛即为三个执行构件，它们的运动特性分别为：
a)上冲头完成往复(铅垂上下)直移运动，在下移至终点后有短时间停歇(起保压作用)。又因冲头上升后要留有料筛进入的空间，故冲头的行程约为9 0~100mm。冲头还受有较大的力。若机构主动件一转(2π)完成一个运动循环，则上冲头位移线图的形状大致如图a所示。
b) 下冲头也作上下直移运动，其运动规律较复杂，自初始位置过一段时间后先下沉3 mm，然后上升8mm加压，后停歇保压，继而上升1 6mm将成形片坯顶至与平台平齐后停歇，待料筛将片坯推离冲头后再下移2 1 mm到待装料的初始位置。冲头也受有较大的力。其位移线图大致如图b所示。
c) 料筛作水平直移运动，其运动规律也较复杂。待坯料成形并被推出型腔后，料筛再在台面上右移4 5~5 0mm，推开成形片坯。可看出料筛受力不大。其位移线图大致如图c所示。
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5.2拟订运动循环图
拟定运动循环图的目的是确定各机构执行构件动作的先后顺序、相位，以利于设计、装配和调试。根据上述工艺动作顺序可以拟定出表示三套传动系统中三个执行构件运动循环协调配合关系的运动循环图。由于上冲头所在的系统为主传动系统，其原动件每一转便完成一个运动循环，所以拟定运动循环图时，以该原动件的转角为横坐标(0°~3 6 0°)，以各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始位置，而不必准确表示其运动规律，故图上位移曲线均由直线段组成)。
6.主要尺寸设计
6.1 齿轮的计算
根据选定的驱动电机的转速n=970r／min和生产率20片／min，它的机械传动系统的总速比为：I=970／20=48.5 ，选用标准直齿圆柱齿轮
以下压力角和模数均取标准值α=20 , m = 5
第一级齿轮减速i1=2.425
z=29 z12=70
取蜗杆齿数z3=2 涡轮齿数z4=40
总传动比为 i=70×40÷29÷2≈48.5
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6.2 凸轮轮廓的确定
凸轮机构的最大的优点是：只要适当地设计出凸轮的轮廓线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且机构简单紧凑。
6.2.1 下冲头凸轮轮廓的确定
选取适当的比例尺，取为半径作圆；选取凸轮的基圆半径ro= mm,偏心距e=0mm，凸轮以等角速度沿逆时针方向回转，推杆的运动规律如图 所示。
先作相应于推程的一段凸轮廓线。为此，根据反转法原理，将凸轮机构按进行反转，此时凸轮静止不动，而推杆绕凸轮顺时针转动。按顺时针方向先量出推程运动角，再按一定的分度值（凸轮精度要求高时，分度值取小些，反之可以取小些）将此运动角分成若干等份并依据推杆的运动规律算出各分点时推杆的位移值S。
表3.1 下冲头推杆的运动规律
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 凸轮转动角度
根据以上位移曲线结合反转法得出凸轮的轮廓曲线如下：
推杆运动规律 共15页 第 11 页
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6.2.2 料筛凸轮轮廓的确定
以上为传动方案图局部，如图，使图中θ=90度，L1=L2=50mm
则有ψ=90º-arccos（S／2L1）,两边同时取正弦，得sinψ=S／100
其中S为料筛的位移，设 为凸轮的转角，而 的关系如下图：
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再根据sinψ=S／100将上图转化为
继而根据摆动从动件盘形凸轮机构的设计方法做出凸轮的轮廓曲线如下图：
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7.课程设计小结
通过这次机械原理课程设计，提高了我们综合运用机械原理课程理论的能力，培养了分析和解决一般机械运动实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。掌握了一些常用执行机构、传动机构或简单机器的设计方法和过程。
这次机械设计课程设计历时了一个多星期，时间上虽有些紧张，做设计的时候有些东西也是现学现卖。但这样的安排可以让我们利用一整段时间巩固和学习新的知识，把所用到实际设计当中。在所学理论知识的基础上也充分的发挥了创造性。各类资料的查询也熟练了很多。
在实际的设计过程中，我们也遇到了许多的困难，不过经过我们大家的团结努力，一点点克服了困难，最终作出了成品，我们还是很高兴的。
8.参考文献 [1] 彭文生、李志明、黄华梁主编。机械设计（第二版）；高等教育出版社，
2008.11
[2] 孙恒、陈作模、葛文杰主编。机械原理（第七版）；高等教育出版社，
2006
[3] 机械原理课程设计指导书；高等教育出版社，2005
[4] 石永刚，徐振华编著。凸轮机构设计。上海：上海科学技术出版社，1995
[5] 龚港义主编。机械课程设计指导书。北京：高等教育出版社，1990
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本科生课程设计成绩评定表
姓 名 专业、班级 课程设计题目： 课程设计答辩或质疑记录： 性 别 成绩评定依据： 最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
年 月 日
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