机械原理课程设计——压片成形机

一、设计题目：压片成形机

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）定量送入压型位置，经压制成形后(厚5mm)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。设计数据表格如表1所示。

图1 压片成形机工艺动作

如图1所示，压片成形机的工艺动作是：

1. 料筛在模具型腔上方往复振动筛料，将干粉料均匀筛入圆筒形型腔，然后退回（图1a ）。

2. 下冲头下沉3mm，预防上冲头进入型腔时粉料扑出（图1b ）。

3. 上、下冲头同时加压（图1c ），下冲头上升8mm，上冲头下降11mm，保持0.4s。

4. 上冲头退出，下冲头继续上升16mm，将成形片坯顶到与台面平齐后停歇（图1d ）。

5. 片坯被推出（图1e ），下冲头再下移21mm到待料位置（图1b）。

6. 因上冲头上升后要留有料筛进入的空间，故其行程为90-100mm。因冲头压力较大，因而加压机构应有增力功能。

设计

1. 压片成形机一般至少包括凸轮机构、齿轮机构和连杆机构在内的三种机构；至少设计出三种能实现该分类机运动形式要求的机构。

2. 设计传动系统，并确定其传动比分配（皮带传动传动比i ≈ 2 ，每级齿轮传动传动比i ≤ 7.5 ）。

3. 画出机器的运动方案示意图，机构运动简图与运动循环图。拟定运动循环图时，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”。

4. 设计凸轮机构，自行确定从动件运动规律，选择凸轮基圆半径，校核其最大压力角，计算凸轮廓线。

5. 设计计算齿轮机构，连杆机构。

6. 对压片成型机进行三维造型和动态仿真，并画出料筛，上，下冲头的位移，速度和加速度曲线。

7. 编写设计计算说明书。

二、机器功能分析

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0.4秒左右。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（图2a ）。

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，将成型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（图2b）。

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，料筛在台面上右移约45～50mm，推卸片坯（2c）。

S上

Φ

图2 设计要求

上冲头、下冲头与送料筛的动作关系见表2。

三、运动方案设计

3.1上冲头运动

方案1：

A,B,C,D四个杆件，D上固连上冲头，该机构满足加压机构应有的增力功能。但是此机构的设计比较麻烦，尤其是各个杆件的尺寸设计时计算比较繁琐，而且比较容易发生各个杆件之间的干涉。

方案2：

1为涡轮蜗杆，2为偏置曲柄滑块机构。该机构简单，产生的压力较大，满足上冲头的增力要求，传动比较平稳、准确，但是成本较高，效率比较低。

方案3：

涡轮蜗杆和曲柄导杆滑块机构，满足上冲头的设计要求，但较复杂，运动的稳定性不好，造价较高。

综上选择方案2

3.2下冲头运动

方案

凸轮机构，下冲头的设计要求有三个休止阶段，即：药粉进入型腔后下冲头下降3mm并休止，压制完成后的休止和将药片推出型腔时的休止。选用凸轮机构就能很好地实现此运动要求，而且设计方便，容易实现，但是机构的磨损较大。

方案2：

曲柄滑块机构，1为滑块，2

为冲头，该方案摩擦较大，且产生较大压力，易磨损，运动的稳定性不高。 综上选择方案1。

3.3料筛运动

方案1：

四杆机构，可以完成基本动作，造价相对便宜，但不能很好的完成筛料过程，而且运动的平稳性不够，故不是理想的选择。

该机构在充分利用凸轮机构的基础上，加入了创新思维，使得料筛到达型腔上方时来回小幅度震动，完成筛料动作，而且运动比较平稳，但是蜗轮蜗杆传动效率较低，且造价很高，在要求不高的情况下可以选用皮带代替。

四、运动方案拟定及运动循环图

组装方案一(辜美章)：

A：电动机B:凸轮C:连杆机构D:上冲头E:料筛F:下冲头G:与带轮固连的连杆

动作过程：

1.电机的转动通过皮带传动使得凸轮B和连杆G运动起来，凸轮B运动通

过皮带传送使得连杆机构C运动。

2.凸轮B转动带动料筛运动，使得药粉进入型腔，而后料筛移开

3.连杆G运动完成下冲头的向下运动

4.连杆机构C运动使得上冲头D向下运动

5.上冲头与下冲头做相对运动，完成压片

6.上冲头退回，下冲头向上运动到与台面相平，将压片推出

7.料筛移动使压片移开，一个周期运动完成，如此往复

组装方案二（房成亮）:

A：电动机B：上冲头C：凸轮机构D：料筛E：与涡轮固连的凸轮F：下冲头

动作过程：

1.电机的运动通过轮系传给各个蜗轮蜗杆机构，从而实现上下冲头和料筛的

往返运动

2.凸轮C转动，带动料筛移动，使得药粉进入型腔，而后料筛移开

3.凸轮E转动，实现下冲头F的小幅度下沉运动

4.涡轮通过连杆使上冲头B向下运动

5.上冲头与下冲头做相对运动，完成压片

6.上冲头B退回，下冲头F向上运动到与台面相平，将压片推出

7.料筛移动使压片移开，一个周期运动完成，如此往复

组装方案三（江长云）：

A:电动机B:蜗杆机构C:上冲头D:与连杆滑块机构固连的带轮E:料筛F:下冲头G:与凸轮机构固连的带轮

动作过程:

1.电动机A转动经蜗轮蜗杆机构B带动上冲头上下运动，同时与蜗杆机构

固连的带轮通过皮带传动给D，从而带动料筛E运动，另一方面带轮D 通过皮带使带轮G运动，通过其固连的凸轮使得下冲头F完成动作过程

2.带轮D运动，通过连杆带动料筛移动，使得药粉进入型腔，而后料筛移开

3.凸轮转动，实现下冲头F的小幅度下沉运动

4.蜗轮蜗杆机构通过其上的连杆滑块机构使上冲头C向下运动

5.上冲头与下冲头做相对运动，完成压片

6.上冲头C退回，下冲头F向上运动到与台面相平，将压片推出

7.料筛移动使压片移开，一个周期运动完成，如此往复