机械原理及设计综合课程设计说明书
设计题目：干粉压片机
目 录
第一章、运动方案部分
一、机械原理及设计综合课程设计任务书
（一）、设计题目—————————————————————4 （二）、工作原理及工艺动作过程——————————————4 （三）、设计原始数据及设计要求——————————————4 （四）、设计方案提示———————————————————5 （五）、设计的主要任务——————————————————6
二、干粉压片机运动方案设计
（一）、设计题目分析
1、总功能分析————————————————————6 2、总功能分解————————————————————7 3、功能元求解————————————————————7 4、进行执行机构选型—————————————————7 5、三构件的具体方案设计———————————————8 （二）、机械运动方案的确定
————————————————10 （三）、干粉压片机运动循环图的设计
————————————10 （四）、执行机构的尺寸计算
1、上冲头机构设计——————————————————12 2、凸轮的设计————————————————————13 3、料筛凸轮轮廓的确定————————————————16 （五）、运动简图及运动线图
1、运动简图
—————————————————————17
2、运动线图
①用解析法对上冲头进行分析————————————18 ②C语言编程———————————————————18 ③编程数据输出——————————————————20 ④作出运动线图——————————————————24
第三章、参考资料部分
———————————————————————60
第一章、运动方案部分
一、机械原理及设计综合课程设计任务书 （一）、设计题目： 干粉压片机 （二）、工作原理及工艺动作过程：
干粉压片机的功用是将不加粘结剂的干粉料压制成φ⨯h圆型片坯， 其工艺动作的分解如下图所示：
（1）料筛在模具型腔上方往复振动，将干粉料筛入直径为φ、深度为y1的筒形型腔，然后向左退出45mm。
（2）下冲头下沉y2，以防上冲头进入型腔时把粉料扑出。 （3）上冲头进入型腔y2。
（4）上、下冲头同时加压，各移动（y1-h）/2，将产生压力F，要求保压一定时间，保压时间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。
。
工作条件：三班制，连续运转，每台电动机同时带动50组冲头。 使用期限：十年，大修期三年 生产批量：小批量生产（少于十台）
生产条件：中等规模机械厂制造，可加工7~8级精度的齿轮及蜗轮 动力来源：电力，三相交流（220/380V） 转速的容许误差：±5% （四）、设计方案提示：
1、由以上工艺动作分解过程可知，该机械共需3个执行构件，即：
上冲头、下冲头和料筛。设计时，需拟订运动循环图，各执行构件的起讫位置可视具体情况重叠安排，以增长执行构件的动作时间，减少加速度，但要保证不发生碰撞。
2、根据生产条件和粉料的特性，宜采用大压力压制。上冲头的机构为主加压机构。由于主加压机构所加压力甚大，用摩擦传动原理不甚合适；用液压传动原理，因顾及系统漏油会污染产品，也不宜采用；故宜采用电动机作为动力源，选择刚体推压传动原理。
3、由于压片机的工作压力较大，行程较短，一般采用肘杆式增力冲压机构作为主加压机构。它是由曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串联而成。为了“增力”，两机构的极限位置宜重合或接近。
4、为了保压，要求冲头在极限位置完全停歇是较困难的。实际上，只要冲头在离极限位置0.4mm范围内的运动时间约为整周时间的1/10即可。
5、设冲压阶段的压力变化近似地与距离成线性关系。将压制阶段所需功率除以一周的时间，得平均功率。考虑到运动副摩擦和料筛运动所需的功率，实际所需功率约为平均功率的两倍。
6、为减少速度波动，应采用飞轮。要求速度波动不均匀系数小于0.18。计算飞
轮转动惯量时，可不考虑其他构件的转动惯量。
7、减速器的具体方案可为展开式、分流式、同轴式、圆锥－圆柱等，按学号分配。
（五）、设计的主要任务： 1、运动方案部分：
根据工艺动作顺序和协调要求拟订运动循环图。
进行上冲头、下冲头和料筛三个执行机构的选型，列出形态学矩阵。 选择原动机及传动机构。 机械运动方案的评定和选择。 画出机械运动方案简图。
对传动机构和执行机构进行运动尺寸综合及运动和动力分析。 飞轮转动惯量的计算。 2、减速器部分：
选择电动机型号，确定总传动比，分配传动比，计算各轴运动和动力参数，传动零件（带轮、齿轮）的设计计算，轴的结构设计及强度校核，滚动轴承的选择和验算，键联接的选择和验算，联轴器的选择，设计减速器，绘制零件图，决定齿轮和轴承的润滑方式，选择润滑剂。 3、编写课程设计说明书 二、干粉压片机运动方案设计 （一）、设计题目分析
工作原理及工艺动作过程见任务书。 1、总功能分析
顾名思义，干粉压片机就是把干粉压制成具有一定形状厚度的片坯，一般采用黑箱法进行分析，分析见下。 2、总功能分解
由题目要求，该干粉压片机要求完成的工艺动作有一下五个： （1）、送料：为间歇直线运动 （2）、筛料：筛子往复运动
（3）、加压：下冲头先下移，上冲头再下移，然后一起加压，并保时成型 （4）、推出：下冲头上升推出成型的片坯
（5）、送成品：通过凸轮推动筛子来将成型的片坯挤到滑道
以上五个动作，加压时用上冲头和下冲头两个机构来完成的。因此干粉压片机运动方案设计重点考虑料筛机构、上下冲头加压机构的选型和设计问题。 3、功能元求解
根据功能的要求，进行求解，各功能元分别可以用不同的机构来实现其运动及传动要求
上冲头运动A可以由移动推杆圆柱凸轮机构、曲柄导杆滑块机构、偏置曲柄 滑块机构、曲柄摇杆机构来实现 ;
送料机构B可以由涡轮蜗杆机构、移动凸轮机构、偏置曲柄滑块机构来实现; 下冲头运动C可以由双导杆间歇运动机构、移动凸轮机构、曲线槽导杆机构来实现。
4、进行执行机构选型：
根据上下冲头和料筛这三个执行构件动作要求和结构特点，可以选择表1——2常用的机构，即为执行机构的形态学矩阵。
表2—1三执行机构的形态学矩阵
5、三构件的具体方案设计
①上冲头的运动A：要实现往复直线移动，还有考虑急回特性。因此有以下方案
可供选择： （说明：以下三图由上至下依次为图2—1，图2—2,图2—3） 方案1
说明：杆1带动杆2运动，杆2使滑块往复运动，同时带动杆3运动，从而达到所要求的上冲头的运动。此方案可以满足保压要求，但是上冲头机构制作工艺复杂，磨损较大，且需要加润滑油，工作过程中污损比较严重。 方案2
说明：凸轮旋转带动滚子运动，使杆1与杆2运动，使上冲头上下往复运动，完全能达到保压要求。但上冲头行程要求有90~100mm，凸轮机构尺寸将会变得很大很笨重。 方案3：
说明：此方案使用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串接而成，结构简单、轻盈，能满足保压要求，并能够轻松达到上冲头的行
程要求。
②送料机构B：主要作用是将坯料送至加工位置，对承载能力要求低。故有以下方案可供采用：
图2—4 图2—5
图2—4为凸轮机构，并采用弹簧连接，可获得较大的行程；图2—5为凸轮连杆机构，亦可实现往复振动贺间歇运动；图2—4所示机构方案更易达到运动要求，能满足往复振动和实现间歇运动。
③下冲头的运动C：需要较高的承受能力、且需要实现间歇运动，可靠性好。则有
以
下
方
案
可
供
选
择
：
图2—6 图2—7 图2—8
图2—6所示为两个盘形凸轮推动同一个从动件方式，可实现预定的运动规律。图2—7所示为对心直动滚子推杆盘形凸轮机构，结构简单、且能实现间歇运动，满足运动规律。图2—8所示为曲柄导杆滑块机构，可满足较高的承受能力、具有较好的增力效果且能实现间歇运动。故以上三种方案可为下冲头运动的机构。双导杆运动机构，虽然也可作为下冲头的运动实现间歇运动，但构件数目较多、结构相对较上述较复杂，不可采用为宜。所以选用图2—7方案 （二）、机械运动方案确定
图2—9
由机械运动方案设计，最终最优方案如图所示。 （三）、干粉压片机运动循环图的设计
从上述工艺过程可以看出，由主动件到执行有三支机构系统顺序动作；
画出运动
传
递框图如下：
料筛 图2—10
从整个机器的角度上看，它是一种时序式组合机构系统，所以要拟定运动循环图，应以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）。下冲头下沉完毕，上冲头可下移到型腔入口处（如下图中③），待上冲头到达台面下3mm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0.3s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向上移动到台面平齐，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）而进入下一个循环。 （四）、执行机构的尺寸计算 1、上冲头机构设计： 设定摇杆长度
选取λ=1.5 代入公式 ：r≤
0.4
1+λ-cos2︒-λ2
-
sin2
2︒
得r≤394㎜ ∴选取r=390㎜; ∴L =r³λ =390³1.5=585㎜;
确定摇杆摆角根据右图，可知行程的计算公式为 h=L-[r³cosα+L2-(r×sinα)2-r] 此时h=100㎜
算的摆角为32°与测量出的图中摆角大小相等 ∵题设要求摆角小于60° ∴满足要求。
通过图解法求出曲柄摇杆机构中曲柄与连杆的长度 如图所示，AB为曲柄，BC为连杆，DC为摇杆； DC0是摇杆在摆角最大时的位置；
DC12是摇杆与铅垂方向夹角为2°的位置；
h
图2—11
DC3是摇杆铅垂时的位置；
由题意: ∵AC2 = AB+ BC AC0 = BC-AB ∴AB=97㎜ BC=171㎜ 测量出∠B1AB1'=80°，为保压角 检验曲柄存在条件
CD=390mm，AB=97mm, BC=171mm, AD(机架)=462mm 满足杆长之和定理，即AD+AB
在实际设计中规定了凸轮机构压力角的许用值[α]，对于直动从动件通常取[α]=30°—40°。此处取凸轮机构最大压力角为α现的最大压力角α
max≤[α
max=32
°
。由于机械系统要求下
冲头的承载能力较大，且欲系统结构紧凑，因而凸轮机构在运动的某一个位置出
]的前提下，基圆半径尽可能小。由于下冲头为对心直
动滚子推杆盘形凸轮机构。
|d|
ϕ-ηδe²²²²² 1 =arct(e=0) ²22
s+r0-e
由：α
S=18mm ²²²²²² 2 下冲头的循环图 ²²²²²² 3 由以上三式知可取r0=40mm
则由于凸轮廓线ρ
min≥1—5mm,则取凸轮机构的最小曲率半径为ρmin=10mm。
滚子半径的确定rT
由于滚子半径rT必须小于理认轮廓线外凸部分的最小曲率半径ρrT=0.8ρ
min=8mm
min
，因此取
从动件的运动规律
为避免产生振动和冲击，且要求传动较平稳，则取从动件在推程转折处以圆弧过渡，行程为H=18 mm；回程以相同规律返回。 从动件位移线图及凸轮轮廓线如下
图2—12 ⑤下冲头凸轮轮廓的确定
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。
选取适当的比例尺，取为半径作圆；选取凸轮的基圆半径ro= 40 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。 根据以上位移曲线结合反转法得出凸轮的轮廓曲线如下：
图2—13
3、 料筛凸轮轮廓的确定
其中S为料筛的位移，设δ为凸轮的转角，而δ—S的关系如下图：
图2—14
继而可根据下冲头凸轮机构的设计方法，做出料筛凸轮的轮廓曲线如下图：
图2—15 （五）、运动简图及运动线图 1、运动简图
图2—16
2、运动线图
①用解析法对上冲头进行分析: 由课本P42-P43所述，（1）α=ϕ3-148︒
h=l+r-[rcosα+l2-(rsinα)2]
v=rsinα∙w3+
rsinαcosα∙w3l2-(rsinα)2
a=rcosα∙w+rsinα∙α3+2
3
2rw3cos2α+0.5rsin2α∙w3
2-(rsinα)2
-
0.5rsin2α∙w3∙(rsinα∙w3-v)
l2-(rsinα)2
②C语言编程： #include
#include #define PI 3.1415926 void main() { int i;
double m,a,b,c,n,d,h,l,r,s,t,w,v,z; FILE *fp;
fp=fopen("myf1.out","w");
printf("角度 位移 \n");
fprintf(fp,"角度 位移 \n"); for(i=0;i
{ m=i*PI/180.0; a=462-97*cos(m); b=-97*sin(m);
c=(a*a+b*b+390*390-171*171)/(2*390); if(a=c)
d=2*atan(-a/b);
else
速度 速度加速度加速度
d=2*atan((b+sqrt(a*a+b*b-c*c))/(a-c));
n=d-PI*148/180;
l=atan((b+390*sin(n)/(a+390*cos(n)))); r=2.0/3*PI;
s=-r*97*sin(m-n)/171/sin(l-n); t=r*97*sin(m-l)/390/sin(n-l);
w=(171*s*s+97*r*r*cos(m-l)-390*t*t*cos(n-l))/390/sin(n-l); h=581+390-390*cos(n)-sqrt(585*585-390*sin(n)*390*sin(n));
v=390*sin(n)*t+(390*sin(n)*cos(n)*t)/sqrt(585*585-390*390*sin(n)*sin(n));
z=390*cos(n)*t*t+390*sin(n)*w+(sqrt(585*585-390*390*sin(n)*sin(n))*(390*c
os(n)*cos(n)*t*t-390*sin(n)*sin(n)*t*t+390*sin(n)*cos(n)*w)-390*sin(n)*cos(n)*t*(390*sin(n)*t-v))/(585*585-390*390*sin(n)*sin(n)); }
} fclose(fp);
printf("%4d %15f %15f %15f \n",i,h,v,z); fprintf(fp,"%4d %15f %15f %15f \n",i,h,v,z);
③编程数据输出
角度 位移 速度 加速度 0 92.983333 -128.082352 198.492177
5 76.583440 106.569505 164.213338 10 61.774424 96.604693 120.262099 15 48.763270 84.331927 86.674392 20 37.638582 72.212974 63.032311 25 28.378933 60.885644 46.930582 30 20.872376 35 14.942452 40 10.375815 45 6.947471 50 4.441103 55 2.663432 60 1.452761 65 0.682578 70 0.261421 75 0.130197 80 0.258021 85 0.637366 90 1.279111 95 2.207832 100 3.457561 105 5.068094 50.623645 41.554673 33.718883 27.092153 21.599431 17.125091 13.522380 10.622547 8.243607 6.198547 4.302710 2.380167 0.268960 -2.174798 -5.073930 -8.528185 35.964834 28.154775 22.034592 16.627760 11.372329 6.027681 0.580940 -4.836060 -10.013558 -14.712734 -18.697817 -21.754254 -23.696519 -24.369069 -23.643511 -21.414344
110 7.081876 -12.613074 -17.594907 115 9.541426 -17.379400 -12.114582 120 12.487263 -22.853296 -4.917848 125 15.956267 -29.036641 4.034509 130 19.980403 -35.907648 14.761719 135 24.585766 140 29.791878 145 35.611196 150 42.048788 155 49.102143 160 56.761092 165 65.007809 170 73.816885 175 83.155447 180 92.983327 185 103.253268 190 113.911149 195 124.896251 200 136.141530 205 147.573925 210 159.114668 -43.421473 -51.510560 -60.084297 -69.027055 -78.192312 -87.386083 -96.315172 -104.380053 -115.273479 -130.340377 -140.149885 -147.425083 -152.075161 -156.294614 -159.372028 -160.930723 27.256378 41.473619 57.313219 74.587577 92.956981 111.776782 129.657897 142.787921 170.201115 200.779199 219.900443 230.071027 263.302506 302.792764 344.663551 386.938154
215 170.679618 -160.690224 428.022008
220 182.179597 -158.410933 466.315943
225 193.520727 -153.879839 500.081714
230 204.604767 -146.909637 527.393536
235 215.329427 -137.344106 546.138778
240 225.588670
245 235.272983
250 244.269621
255 252.462838
260 259.734121
265 265.962482
270 271.024873
275 274.796851
280 277.153642
285 277.971848
290 277.132050
295 274.522660
300 270.045365
305 263.622471
310 255.206312
315 244.790602
-125.067543 -110.017489 -92.200245 -71.708419 -48.739147 -23.610820 3.224814 31.179098 59.535629 87.475575 114.120509 138.590809 160.073595 177.890767 191.556103 200.811824 554.065481 548.886849 528.457251 491.032289 435.614856 362.367076 273.033325 171.276869 62.795606 -44.925377 -143.318924 -223.877293 -279.546414 -306.043189 -302.717486 -272.680272
320 232.423104 205.639185 -222.144025
325 218.218357 206.243561 -159.174501
330 202.368439 203.020297 -92.219417
335 185.149081 196.512490 -28.796142
340 166.918239 187.377537 25.392938
345 148.104690 176.398091
350 129.185646 164.684275
355 110.654626 155.391555
④作出运动线图
由以上数据可作出运动线图如下
图2—
17
66.810463 93.881479 105.714486
图2—
18
图2—19
第三章、参考资料部分
[1]机械设计 吴克坚、于晓红、钱瑞明主编，高等教育出版社，2006年5月
[2]机械设计第八版 濮良贵、纪名刚主编，高等教育出版社，2009年5月
[3]机械设计课程设计指导书 龚溎义主编，高等教育出版社，2002年5月
[4]机械零件手册第五版 周开勤主编，高等教育出版社，2002年5月
[5]工程图学第二版 鲁屛宇主编，机械工业出版社，2010年7月
[6]机械设计课程设计图册第三版 龚溎义主编，高等教育出版社，2009年2月
[7]机械原理课程设计手册 邹慧君主编，高等教育出版社，2002年5月
[8]程序设计基础（C语言）丁海军、何坤金、王林、景雪琴 编著，北京航空航
天出版社2009年8月
机械原理及设计综合课程设计说明书
设计题目：干粉压片机
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第一章、运动方案部分
一、机械原理及设计综合课程设计任务书
（一）、设计题目—————————————————————4 （二）、工作原理及工艺动作过程——————————————4 （三）、设计原始数据及设计要求——————————————4 （四）、设计方案提示———————————————————5 （五）、设计的主要任务——————————————————6
二、干粉压片机运动方案设计
（一）、设计题目分析
1、总功能分析————————————————————6 2、总功能分解————————————————————7 3、功能元求解————————————————————7 4、进行执行机构选型—————————————————7 5、三构件的具体方案设计———————————————8 （二）、机械运动方案的确定
————————————————10 （三）、干粉压片机运动循环图的设计
————————————10 （四）、执行机构的尺寸计算
1、上冲头机构设计——————————————————12 2、凸轮的设计————————————————————13 3、料筛凸轮轮廓的确定————————————————16 （五）、运动简图及运动线图
1、运动简图
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2、运动线图
①用解析法对上冲头进行分析————————————18 ②C语言编程———————————————————18 ③编程数据输出——————————————————20 ④作出运动线图——————————————————24
第三章、参考资料部分
———————————————————————60
第一章、运动方案部分
一、机械原理及设计综合课程设计任务书 （一）、设计题目： 干粉压片机 （二）、工作原理及工艺动作过程：
干粉压片机的功用是将不加粘结剂的干粉料压制成φ⨯h圆型片坯， 其工艺动作的分解如下图所示：
（1）料筛在模具型腔上方往复振动，将干粉料筛入直径为φ、深度为y1的筒形型腔，然后向左退出45mm。
（2）下冲头下沉y2，以防上冲头进入型腔时把粉料扑出。 （3）上冲头进入型腔y2。
（4）上、下冲头同时加压，各移动（y1-h）/2，将产生压力F，要求保压一定时间，保压时间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。
。
工作条件：三班制，连续运转，每台电动机同时带动50组冲头。 使用期限：十年，大修期三年 生产批量：小批量生产（少于十台）
生产条件：中等规模机械厂制造，可加工7~8级精度的齿轮及蜗轮 动力来源：电力，三相交流（220/380V） 转速的容许误差：±5% （四）、设计方案提示：
1、由以上工艺动作分解过程可知，该机械共需3个执行构件，即：
上冲头、下冲头和料筛。设计时，需拟订运动循环图，各执行构件的起讫位置可视具体情况重叠安排，以增长执行构件的动作时间，减少加速度，但要保证不发生碰撞。
2、根据生产条件和粉料的特性，宜采用大压力压制。上冲头的机构为主加压机构。由于主加压机构所加压力甚大，用摩擦传动原理不甚合适；用液压传动原理，因顾及系统漏油会污染产品，也不宜采用；故宜采用电动机作为动力源，选择刚体推压传动原理。
3、由于压片机的工作压力较大，行程较短，一般采用肘杆式增力冲压机构作为主加压机构。它是由曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串联而成。为了“增力”，两机构的极限位置宜重合或接近。
4、为了保压，要求冲头在极限位置完全停歇是较困难的。实际上，只要冲头在离极限位置0.4mm范围内的运动时间约为整周时间的1/10即可。
5、设冲压阶段的压力变化近似地与距离成线性关系。将压制阶段所需功率除以一周的时间，得平均功率。考虑到运动副摩擦和料筛运动所需的功率，实际所需功率约为平均功率的两倍。
6、为减少速度波动，应采用飞轮。要求速度波动不均匀系数小于0.18。计算飞
轮转动惯量时，可不考虑其他构件的转动惯量。
7、减速器的具体方案可为展开式、分流式、同轴式、圆锥－圆柱等，按学号分配。
（五）、设计的主要任务： 1、运动方案部分：
根据工艺动作顺序和协调要求拟订运动循环图。
进行上冲头、下冲头和料筛三个执行机构的选型，列出形态学矩阵。 选择原动机及传动机构。 机械运动方案的评定和选择。 画出机械运动方案简图。
对传动机构和执行机构进行运动尺寸综合及运动和动力分析。 飞轮转动惯量的计算。 2、减速器部分：
选择电动机型号，确定总传动比，分配传动比，计算各轴运动和动力参数，传动零件（带轮、齿轮）的设计计算，轴的结构设计及强度校核，滚动轴承的选择和验算，键联接的选择和验算，联轴器的选择，设计减速器，绘制零件图，决定齿轮和轴承的润滑方式，选择润滑剂。 3、编写课程设计说明书 二、干粉压片机运动方案设计 （一）、设计题目分析
工作原理及工艺动作过程见任务书。 1、总功能分析
顾名思义，干粉压片机就是把干粉压制成具有一定形状厚度的片坯，一般采用黑箱法进行分析，分析见下。 2、总功能分解
由题目要求，该干粉压片机要求完成的工艺动作有一下五个： （1）、送料：为间歇直线运动 （2）、筛料：筛子往复运动
（3）、加压：下冲头先下移，上冲头再下移，然后一起加压，并保时成型 （4）、推出：下冲头上升推出成型的片坯
（5）、送成品：通过凸轮推动筛子来将成型的片坯挤到滑道
以上五个动作，加压时用上冲头和下冲头两个机构来完成的。因此干粉压片机运动方案设计重点考虑料筛机构、上下冲头加压机构的选型和设计问题。 3、功能元求解
根据功能的要求，进行求解，各功能元分别可以用不同的机构来实现其运动及传动要求
上冲头运动A可以由移动推杆圆柱凸轮机构、曲柄导杆滑块机构、偏置曲柄 滑块机构、曲柄摇杆机构来实现 ;
送料机构B可以由涡轮蜗杆机构、移动凸轮机构、偏置曲柄滑块机构来实现; 下冲头运动C可以由双导杆间歇运动机构、移动凸轮机构、曲线槽导杆机构来实现。
4、进行执行机构选型：
根据上下冲头和料筛这三个执行构件动作要求和结构特点，可以选择表1——2常用的机构，即为执行机构的形态学矩阵。
表2—1三执行机构的形态学矩阵
5、三构件的具体方案设计
①上冲头的运动A：要实现往复直线移动，还有考虑急回特性。因此有以下方案
可供选择： （说明：以下三图由上至下依次为图2—1，图2—2,图2—3） 方案1
说明：杆1带动杆2运动，杆2使滑块往复运动，同时带动杆3运动，从而达到所要求的上冲头的运动。此方案可以满足保压要求，但是上冲头机构制作工艺复杂，磨损较大，且需要加润滑油，工作过程中污损比较严重。 方案2
说明：凸轮旋转带动滚子运动，使杆1与杆2运动，使上冲头上下往复运动，完全能达到保压要求。但上冲头行程要求有90~100mm，凸轮机构尺寸将会变得很大很笨重。 方案3：
说明：此方案使用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串接而成，结构简单、轻盈，能满足保压要求，并能够轻松达到上冲头的行
程要求。
②送料机构B：主要作用是将坯料送至加工位置，对承载能力要求低。故有以下方案可供采用：
图2—4 图2—5
图2—4为凸轮机构，并采用弹簧连接，可获得较大的行程；图2—5为凸轮连杆机构，亦可实现往复振动贺间歇运动；图2—4所示机构方案更易达到运动要求，能满足往复振动和实现间歇运动。
③下冲头的运动C：需要较高的承受能力、且需要实现间歇运动，可靠性好。则有
以
下
方
案
可
供
选
择
：
图2—6 图2—7 图2—8
图2—6所示为两个盘形凸轮推动同一个从动件方式，可实现预定的运动规律。图2—7所示为对心直动滚子推杆盘形凸轮机构，结构简单、且能实现间歇运动，满足运动规律。图2—8所示为曲柄导杆滑块机构，可满足较高的承受能力、具有较好的增力效果且能实现间歇运动。故以上三种方案可为下冲头运动的机构。双导杆运动机构，虽然也可作为下冲头的运动实现间歇运动，但构件数目较多、结构相对较上述较复杂，不可采用为宜。所以选用图2—7方案 （二）、机械运动方案确定
图2—9
由机械运动方案设计，最终最优方案如图所示。 （三）、干粉压片机运动循环图的设计
从上述工艺过程可以看出，由主动件到执行有三支机构系统顺序动作；
画出运动
传
递框图如下：
料筛 图2—10
从整个机器的角度上看，它是一种时序式组合机构系统，所以要拟定运动循环图，应以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）。下冲头下沉完毕，上冲头可下移到型腔入口处（如下图中③），待上冲头到达台面下3mm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0.3s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向上移动到台面平齐，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）而进入下一个循环。 （四）、执行机构的尺寸计算 1、上冲头机构设计： 设定摇杆长度
选取λ=1.5 代入公式 ：r≤
0.4
1+λ-cos2︒-λ2
-
sin2
2︒
得r≤394㎜ ∴选取r=390㎜; ∴L =r³λ =390³1.5=585㎜;
确定摇杆摆角根据右图，可知行程的计算公式为 h=L-[r³cosα+L2-(r×sinα)2-r] 此时h=100㎜
算的摆角为32°与测量出的图中摆角大小相等 ∵题设要求摆角小于60° ∴满足要求。
通过图解法求出曲柄摇杆机构中曲柄与连杆的长度 如图所示，AB为曲柄，BC为连杆，DC为摇杆； DC0是摇杆在摆角最大时的位置；
DC12是摇杆与铅垂方向夹角为2°的位置；
h
图2—11
DC3是摇杆铅垂时的位置；
由题意: ∵AC2 = AB+ BC AC0 = BC-AB ∴AB=97㎜ BC=171㎜ 测量出∠B1AB1'=80°，为保压角 检验曲柄存在条件
CD=390mm，AB=97mm, BC=171mm, AD(机架)=462mm 满足杆长之和定理，即AD+AB
在实际设计中规定了凸轮机构压力角的许用值[α]，对于直动从动件通常取[α]=30°—40°。此处取凸轮机构最大压力角为α现的最大压力角α
max≤[α
max=32
°
。由于机械系统要求下
冲头的承载能力较大，且欲系统结构紧凑，因而凸轮机构在运动的某一个位置出
]的前提下，基圆半径尽可能小。由于下冲头为对心直
动滚子推杆盘形凸轮机构。
|d|
ϕ-ηδe²²²²² 1 =arct(e=0) ²22
s+r0-e
由：α
S=18mm ²²²²²² 2 下冲头的循环图 ²²²²²² 3 由以上三式知可取r0=40mm
则由于凸轮廓线ρ
min≥1—5mm,则取凸轮机构的最小曲率半径为ρmin=10mm。
滚子半径的确定rT
由于滚子半径rT必须小于理认轮廓线外凸部分的最小曲率半径ρrT=0.8ρ
min=8mm
min
，因此取
从动件的运动规律
为避免产生振动和冲击，且要求传动较平稳，则取从动件在推程转折处以圆弧过渡，行程为H=18 mm；回程以相同规律返回。 从动件位移线图及凸轮轮廓线如下
图2—12 ⑤下冲头凸轮轮廓的确定
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。
选取适当的比例尺，取为半径作圆；选取凸轮的基圆半径ro= 40 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。 根据以上位移曲线结合反转法得出凸轮的轮廓曲线如下：
图2—13
3、 料筛凸轮轮廓的确定
其中S为料筛的位移，设δ为凸轮的转角，而δ—S的关系如下图：
图2—14
继而可根据下冲头凸轮机构的设计方法，做出料筛凸轮的轮廓曲线如下图：
图2—15 （五）、运动简图及运动线图 1、运动简图
图2—16
2、运动线图
①用解析法对上冲头进行分析: 由课本P42-P43所述，（1）α=ϕ3-148︒
h=l+r-[rcosα+l2-(rsinα)2]
v=rsinα∙w3+
rsinαcosα∙w3l2-(rsinα)2
a=rcosα∙w+rsinα∙α3+2
3
2rw3cos2α+0.5rsin2α∙w3
2-(rsinα)2
-
0.5rsin2α∙w3∙(rsinα∙w3-v)
l2-(rsinα)2
②C语言编程： #include
#include #define PI 3.1415926 void main() { int i;
double m,a,b,c,n,d,h,l,r,s,t,w,v,z; FILE *fp;
fp=fopen("myf1.out","w");
printf("角度 位移 \n");
fprintf(fp,"角度 位移 \n"); for(i=0;i
{ m=i*PI/180.0; a=462-97*cos(m); b=-97*sin(m);
c=(a*a+b*b+390*390-171*171)/(2*390); if(a=c)
d=2*atan(-a/b);
else
速度 速度加速度加速度
d=2*atan((b+sqrt(a*a+b*b-c*c))/(a-c));
n=d-PI*148/180;
l=atan((b+390*sin(n)/(a+390*cos(n)))); r=2.0/3*PI;
s=-r*97*sin(m-n)/171/sin(l-n); t=r*97*sin(m-l)/390/sin(n-l);
w=(171*s*s+97*r*r*cos(m-l)-390*t*t*cos(n-l))/390/sin(n-l); h=581+390-390*cos(n)-sqrt(585*585-390*sin(n)*390*sin(n));
v=390*sin(n)*t+(390*sin(n)*cos(n)*t)/sqrt(585*585-390*390*sin(n)*sin(n));
z=390*cos(n)*t*t+390*sin(n)*w+(sqrt(585*585-390*390*sin(n)*sin(n))*(390*c
os(n)*cos(n)*t*t-390*sin(n)*sin(n)*t*t+390*sin(n)*cos(n)*w)-390*sin(n)*cos(n)*t*(390*sin(n)*t-v))/(585*585-390*390*sin(n)*sin(n)); }
} fclose(fp);
printf("%4d %15f %15f %15f \n",i,h,v,z); fprintf(fp,"%4d %15f %15f %15f \n",i,h,v,z);
③编程数据输出
角度 位移 速度 加速度 0 92.983333 -128.082352 198.492177
5 76.583440 106.569505 164.213338 10 61.774424 96.604693 120.262099 15 48.763270 84.331927 86.674392 20 37.638582 72.212974 63.032311 25 28.378933 60.885644 46.930582 30 20.872376 35 14.942452 40 10.375815 45 6.947471 50 4.441103 55 2.663432 60 1.452761 65 0.682578 70 0.261421 75 0.130197 80 0.258021 85 0.637366 90 1.279111 95 2.207832 100 3.457561 105 5.068094 50.623645 41.554673 33.718883 27.092153 21.599431 17.125091 13.522380 10.622547 8.243607 6.198547 4.302710 2.380167 0.268960 -2.174798 -5.073930 -8.528185 35.964834 28.154775 22.034592 16.627760 11.372329 6.027681 0.580940 -4.836060 -10.013558 -14.712734 -18.697817 -21.754254 -23.696519 -24.369069 -23.643511 -21.414344
110 7.081876 -12.613074 -17.594907 115 9.541426 -17.379400 -12.114582 120 12.487263 -22.853296 -4.917848 125 15.956267 -29.036641 4.034509 130 19.980403 -35.907648 14.761719 135 24.585766 140 29.791878 145 35.611196 150 42.048788 155 49.102143 160 56.761092 165 65.007809 170 73.816885 175 83.155447 180 92.983327 185 103.253268 190 113.911149 195 124.896251 200 136.141530 205 147.573925 210 159.114668 -43.421473 -51.510560 -60.084297 -69.027055 -78.192312 -87.386083 -96.315172 -104.380053 -115.273479 -130.340377 -140.149885 -147.425083 -152.075161 -156.294614 -159.372028 -160.930723 27.256378 41.473619 57.313219 74.587577 92.956981 111.776782 129.657897 142.787921 170.201115 200.779199 219.900443 230.071027 263.302506 302.792764 344.663551 386.938154
215 170.679618 -160.690224 428.022008
220 182.179597 -158.410933 466.315943
225 193.520727 -153.879839 500.081714
230 204.604767 -146.909637 527.393536
235 215.329427 -137.344106 546.138778
240 225.588670
245 235.272983
250 244.269621
255 252.462838
260 259.734121
265 265.962482
270 271.024873
275 274.796851
280 277.153642
285 277.971848
290 277.132050
295 274.522660
300 270.045365
305 263.622471
310 255.206312
315 244.790602
-125.067543 -110.017489 -92.200245 -71.708419 -48.739147 -23.610820 3.224814 31.179098 59.535629 87.475575 114.120509 138.590809 160.073595 177.890767 191.556103 200.811824 554.065481 548.886849 528.457251 491.032289 435.614856 362.367076 273.033325 171.276869 62.795606 -44.925377 -143.318924 -223.877293 -279.546414 -306.043189 -302.717486 -272.680272
320 232.423104 205.639185 -222.144025
325 218.218357 206.243561 -159.174501
330 202.368439 203.020297 -92.219417
335 185.149081 196.512490 -28.796142
340 166.918239 187.377537 25.392938
345 148.104690 176.398091
350 129.185646 164.684275
355 110.654626 155.391555
④作出运动线图
由以上数据可作出运动线图如下
图2—
17
66.810463 93.881479 105.714486
图2—
18
图2—19
第三章、参考资料部分
[1]机械设计 吴克坚、于晓红、钱瑞明主编，高等教育出版社，2006年5月
[2]机械设计第八版 濮良贵、纪名刚主编，高等教育出版社，2009年5月
[3]机械设计课程设计指导书 龚溎义主编，高等教育出版社，2002年5月
[4]机械零件手册第五版 周开勤主编，高等教育出版社，2002年5月
[5]工程图学第二版 鲁屛宇主编，机械工业出版社，2010年7月
[6]机械设计课程设计图册第三版 龚溎义主编，高等教育出版社，2009年2月
[7]机械原理课程设计手册 邹慧君主编，高等教育出版社，2002年5月
[8]程序设计基础（C语言）丁海军、何坤金、王林、景雪琴 编著，北京航空航
天出版社2009年8月