機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)

1、中國地質(zhì)（武漢）大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：粉末成型壓機(jī)專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化設(shè) 計(jì) 者：朱航 胡昱輝 王昱同指導(dǎo)教師：曾小慧 目 錄1、 課程設(shè)計(jì)題目及要求 - 1.1 工作原理及工藝動(dòng)作過程 - 1.2 設(shè)計(jì)要求 - 1.3 主要技術(shù)要求 -2、 運(yùn)動(dòng)方案的確定- 2.1上模沖壓制機(jī)構(gòu) - 2.1.1方案一：凸輪壓制機(jī)構(gòu) - 2.1.2 方案二：六桿機(jī)構(gòu) - 2.2下模沖機(jī)構(gòu) - 2.2.1凸輪機(jī)構(gòu) - 2.3 送粉器機(jī)構(gòu) - 2.3.1 方案一：曲柄滑塊機(jī)構(gòu) - 2.3.2 方案二：彈簧力封閉頂尖凸輪機(jī)構(gòu) - 2.4傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) - 2.5總體設(shè)計(jì) -3、 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 -4、

2、具體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 4.1上模沖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 4.2 下模沖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 4.3送粉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) -5、 課程設(shè)計(jì)體會(huì)感想 -6、 參考文獻(xiàn) -7、 附錄 -一、課程設(shè)計(jì)題目及要求 1.1工作原理及工藝動(dòng)作過程粉末冶金是將金屬等粉末的混合料，通過壓制成型和燒結(jié)而制成零件或成品材料的一種工藝方法。在壓制長徑比h/d11.5的圓柱體壓坯時(shí)，可采用單向壓制，即壓制時(shí)僅一個(gè)方向施力。壓制過程中，陰模固定不動(dòng)，其他執(zhí)行動(dòng)作如圖1所示。 送料器上粉后返回，上沖模開始 上沖模壓制到位，下行壓制粉末，下沖模固定不動(dòng) 下沖模固定不動(dòng) 圖（1） 圖（2） 上沖模上行回位，下 送粉器推坯下料沖模上頂壓坯脫模 下沖模固定不

3、動(dòng) 圖（3） 圖（4） 送粉器到位后上料準(zhǔn)備回位 下沖模下行回位，準(zhǔn)備循環(huán) 圖（5）1.2設(shè)計(jì)要求1. 上沖模壓制機(jī)構(gòu)應(yīng)具有以下的運(yùn)動(dòng)特性：快速接近粉料，慢速等速壓制，壓制到位后停歇片刻（約0.4秒左右）保壓或接近壓制行程終點(diǎn)時(shí)再放慢而幾道保壓作用。2. 脫模機(jī)構(gòu)應(yīng)使下沖模頂出距離準(zhǔn)確，復(fù)位時(shí)要求速度快而沖擊小。3. 送粉機(jī)構(gòu)要嚴(yán)格遵守壓制周期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。4. 進(jìn)一步要求：讓上沖模和下沖模的行程可調(diào)。 1.3主要技術(shù)要求 1每分鐘壓制次數(shù)為1040次； 2.壓坯最大直徑為45mm;3.上沖模最大行程為110mm; 4.送粉器行程為115mm;5.脫模最大行程為45mm; 6.壓制及脫模能力最大

4、為58KN;二、運(yùn)動(dòng)方案的確定2.1 上模沖壓制機(jī)構(gòu) 2.1.1方案一：凸輪壓制機(jī)構(gòu) 圖（6） 凸輪機(jī)構(gòu)可以滿足運(yùn)動(dòng)要求，實(shí)現(xiàn)短暫的停歇，但由題目可知，上模沖沖壓時(shí)，最大壓力可以達(dá)到58KN,然而凸輪與上模沖之間形成的是高副，在承受到如此大的力的時(shí)候，會(huì)磨損非常嚴(yán)重，從而會(huì)影響到凸輪以后的工作和整體機(jī)件的穩(wěn)定性，所以我們放棄了這個(gè)方案。2.1.2 方案二：六桿機(jī)構(gòu) 圖（7）通過查閱資料我們發(fā)現(xiàn)，六桿機(jī)構(gòu)可以承受較大壓力，但對(duì)于短暫停歇不能完全滿足，不過通過改變桿長，我們能夠在一個(gè)較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)較小位移，從而達(dá)到距離變化不大的保壓過程，這樣就可以實(shí)現(xiàn)我們?cè)O(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 經(jīng)過兩種方案的對(duì)比分析我

5、們最終選定六桿機(jī)構(gòu)作為我們的上模沖機(jī)構(gòu)2.2 下模沖機(jī)構(gòu) 2.2.1 凸輪機(jī)構(gòu) 圖（8）下模沖由于要實(shí)現(xiàn)上升、下降、停止三種運(yùn)動(dòng)，而且為了達(dá)到壓制效果，時(shí)間上還必須與上模沖配合好，運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，所以我們選擇使用凸輪機(jī)構(gòu)。由于在沖壓過程中，下面需要承受很大的壓力，所以我們選用的是一組對(duì)心直動(dòng)滾子凸輪，這樣一來下模沖受到的壓力就可以傳導(dǎo)到基座上，避免機(jī)構(gòu)受力過大，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)損壞。2.3送粉器機(jī)構(gòu)2.3.1曲柄滑塊機(jī)機(jī)構(gòu) 圖（9）該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，基本能實(shí)現(xiàn)所需功能，并且在送完料后，可利用該機(jī)構(gòu)的急回特性，節(jié)省了空回行程的時(shí)間，可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。另外便于計(jì)算。但是送料時(shí)沒有時(shí)間停留，送料完成后也不能停歇，

6、不能完全滿足要求。2.3.2 彈簧力封閉尖頂推桿凸輪機(jī)構(gòu) 圖（10）可以利用凸輪遠(yuǎn)休過程很好地實(shí)現(xiàn)停歇卸料階段，并且可以很好地控制其周期運(yùn)動(dòng)規(guī)律，所以彈簧力封閉尖頂推桿凸輪機(jī)構(gòu)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。由于既要左右運(yùn)動(dòng)，還要有停留時(shí)間，運(yùn)動(dòng)相對(duì)復(fù)雜，但受力又不大，最后綜合考量，我們決定選用凸輪機(jī)構(gòu)2.4 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)粉末成形壓機(jī) 參數(shù)要求：每分鐘壓制次數(shù)為1040次，又由于壓制及脫模能力最大為58KN； 由P=FV可知，當(dāng)功率一定時(shí)，速度越小，力F越大，這樣，如果選取轉(zhuǎn)速較低的電機(jī)，就可以提供上模沖的較大壓制力，因此我們選取的電機(jī)轉(zhuǎn)速為:n1=1000r/min; 通過減速機(jī)構(gòu)獲得所需相應(yīng)轉(zhuǎn)速 圖（1

7、1） 取Z1=Z4=7Z3=Z6=39 ,則最終減速機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速為N N=Z1·Z4/ (Z1+Z3)·(Z4+Z6） N=23.15r/min傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)皮帶傳動(dòng)是我們這個(gè)團(tuán)隊(duì)所能想到最簡單也是最有效的傳動(dòng)方式，將減速后的動(dòng)力直接用皮帶輪傳動(dòng)至每一個(gè)構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖（12）所示 圖（12）2.5總體設(shè)計(jì)最終方案我們確定，上模沖使用六桿機(jī)構(gòu)，下模沖使用彈簧力封閉頂尖凸輪機(jī)構(gòu)，送粉器使用凸輪機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)系統(tǒng)使用皮帶和齒輪，原電機(jī)使用轉(zhuǎn)速為n1=1000r/min的異步電機(jī)，總體機(jī)構(gòu)簡圖如圖（13） 圖（13）3、 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖循環(huán)過程：（1） 送粉器送粉后返回，上模沖開始下行壓

8、制粉末，下模沖固定不變。（2） 上模沖壓制到位，下模沖固定不動(dòng)。（3） 上模沖上行回位，下模沖上頂壓胚脫模。（4） 送料器推壓胚下料，下模沖固定不動(dòng)。（5） 送粉器到位后上粉，下模沖下行回位，然后開始下一輪循環(huán)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖如圖（13）所示 圖（13）4、 具體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1上模沖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)選定LCD =LBC =L4=200mm，上沖模的行程為100mm。即構(gòu)件2,3,4的長度均為200mm。先對(duì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行作圖分析：圖 14（1）假定CD桿運(yùn)動(dòng)到豎直位置時(shí)，AB桿與BC桿恰好共線，且此時(shí)BC與水平方向的夾角為30°。BC與B”C”分別是BC桿運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)極限位置。進(jìn)而計(jì)算出桿CD

9、的擺動(dòng)角為41.4°計(jì)算得C”CD=69.3°。則C”CB=30°+C”CD-90°=9.3°AB與BC共線，A鉸鏈的位置在直線B”C”上，現(xiàn)假設(shè)LAB =X，則有AC=200+X。還有AB”與B”C”重合，則AC”=200-X。進(jìn)而由余弦定理得：COSC”CB=(200+X)2+2002-(200-X)2/2x100x1.414(200+X)解得X=68.78mm即曲柄1的長度約等于68.8mm。進(jìn)一步計(jì)算其機(jī)位夾角f=9.97°，即其機(jī)位夾角約等于10°，從而得該機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)K=1.17。最后得到的上沖模機(jī)構(gòu)簡圖如

10、下圖三。圖 15（2）現(xiàn)對(duì)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析：圖 16計(jì)算得LAD=242mm、LAE=LAB+LBC=268.8mm、AD與水平線的夾角為15.77°（3）現(xiàn)以AD為基準(zhǔn)進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析：f1(q2,q3)=(LBCcosq2 +LCDcosq3 )(LAD+LABcosq1 )f2(q2,q3)=(LCDsinq3 LBC sinq2 )LABsinq1 該方程組的雅克比矩陣為J：LBC sinq2 -LCDsinq3J= -LBCcosq2 LCDcosq3接著進(jìn)行MATLAB編程，對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析：位移分析：參見附錄1運(yùn)行源程序得到P矩陣。得到的P矩陣的第二列是q3在曲柄1轉(zhuǎn)

11、過360°的過程中對(duì)應(yīng)各個(gè)位置的值。得搖桿與豎直線的夾角矩陣為q=90-p(:,1)'*(180/pi)-15.77。輸出圖像：圖 17 上沖模的行程方程為：X= 2x200xcosq-300輸出上沖模行程隨q1 擺動(dòng)角度變化的圖像：圖 18分析上沖模的行程圖像可知，上沖模在一個(gè)周期內(nèi)約有0.33S的停歇時(shí)間。接下來分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的加速度： f1(q2,q3)=(LBCcosq2 +LCDcosq3 )(LAD+LABcosq1 )f2(q2,q3)=(LCDsinq3 LBC sinq2 )LABsinq1對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)數(shù)得到：-2LBCSin2-3LCDSin3=-1LABS

12、in13LCDCos3-2LBCCos2=1LABCos1 -LBCSin2 -LCDSin3 2 -LBCCos2 LCDCos3 3 -LABSin1 =1LABCos11=2/=rad/s再次求導(dǎo)數(shù)得到：-2LBCSin2-22LBCCos2-3LCDSin3-32LCDCos3=-12LABCos13LCDCos3-32LCDSin3-2LBCCos2+22LBCSin2=-12LABSin1 -LBCSin2 -LCDSin3 2 = LCDCos3 -LBCCos23 1LABCos1 2LBCCos2 3LCDCos3 1 2-1LABSin1 -2LBCSin2 3LCDSin3 3依據(jù)速度方程和加速度方程進(jìn)行MATLAB編程。速度分析：參見附錄2運(yùn)行源程序得到的m矩陣的第二行是CD桿的角速度進(jìn)一步輸出CD桿角速度圖像： 圖 19上沖模的速度函數(shù)V=-W3x400xsinq3輸出上沖模速度圖像： 圖 20求加速度：參見附錄3運(yùn)行源程序得到的n矩陣的第二行是CD桿的角加速度。輸出桿CD運(yùn)動(dòng)的角加速度圖像：圖 21上沖模加速度：>> A=zeros(1,180);>> for k=1:180A(k)=-0.4*n(2,k)*