機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)-粉末成型壓機(jī)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、課題----------------------------------------------------------------------------------- 02</p><p>　　二、機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)------------------------------------------

2、----------------------------- 03</p><p><b>　　三、機(jī)構(gòu)具體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1上沖模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)----------------------------------------------------------------- 04</p><p>　　3.2脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)--

3、------------------------------------------------------------------ 21</p><p>　　3.2.1滾子直動(dòng)對(duì)心盤形凸輪設(shè)計(jì)------------------------------------------- 21</p><p>　　3.2.2平底推桿直動(dòng)對(duì)心盤形凸輪設(shè)計(jì)---------------------

4、---------------- 34</p><p>　　3.2.3分析比較------------------------------------------------------------------ 45</p><p>　　3.3送粉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)------------------------------------------------------------------

5、---- 46</p><p>　　3.3.1設(shè)計(jì)分析------------------------------------------------------------------ 46</p><p>　　3.3.2擺動(dòng)推桿凸輪設(shè)計(jì)------------------------------------------------------- 47</p><

6、;p>　　3.3.3連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)------------------------------------------------------------ 59</p><p>　　四、機(jī)構(gòu)動(dòng)力設(shè)計(jì)------------------------------------------------------------------------- 80</p><p>　　五、參考文獻(xiàn)

7、------------------------------------------------------------------------------- 82</p><p><b>　　課題：粉末成形壓機(jī)</b></p><p>　　工作原理及工藝動(dòng)作過(guò)程</p><p>　　粉末冶金是將金屬等粉末的混合料，通過(guò)壓制成型和燒結(jié)而制成零

8、件或成品材料的一種工藝方法。在壓制長(zhǎng)徑比h/d≤1~1.5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(guò)程中，陰模固定不動(dòng)，其他執(zhí)行動(dòng)作如圖1所示。</p><p>　　送料器上粉后返回，上沖模開始 上沖模壓制到位，</p><p>　　下行壓制粉末，下沖模固定不動(dòng) 下沖模固定不動(dòng)</p><p&g

9、t;　　（a） （b）</p><p>　　上沖模上行回位，下 送粉器推坯下料</p><p>　　沖模上頂壓坯脫模 下沖模固定不動(dòng)</p><p>　?。–）

10、 （d）</p><p>　　送粉器到位后上料準(zhǔn)備回位</p><p>　　下沖模下行回位，準(zhǔn)備循環(huán)</p><p><b>　?。╡）</b></p><p><b>　　二．設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　上沖模壓制機(jī)構(gòu)應(yīng)具

11、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。</p><p>　　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。</p><p>　　送粉機(jī)構(gòu)要嚴(yán)格遵守壓制周期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。</p><p>　　進(jìn)一步要求：讓上沖模和下沖模的行程可調(diào)。 </p><p

12、>　　三. 主要技術(shù)要求 </p><p>　　1每分鐘壓制次數(shù)為10~40次； 2.壓坯最大直徑為45mm;</p><p>　　3.上沖模最大行程為110mm; 4.送粉器行程為115mm;</p><p>　　5.脫模最大行程為45mm; 6.壓制及脫模能力最大為58KN;</p><p>

13、;<b>　　一：機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　成型壓機(jī)的總體設(shè)計(jì)如圖一所示。該成型壓機(jī)包括三個(gè)機(jī)構(gòu)：上沖模機(jī)構(gòu)、下沖模機(jī)構(gòu)（脫模機(jī)構(gòu)）、送粉機(jī)構(gòu)。</p><p><b>　　圖 1</b></p><p>　　上沖模機(jī)構(gòu)由一個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（1、2、3）和一個(gè)三桿滑塊機(jī)構(gòu)（3、4、5）并聯(lián)，其功能是：<

14、/p><p>　　曲柄1做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)搖桿3在一定范圍內(nèi)擺動(dòng)，并且具有急回特性。</p><p>　　搖桿3與連桿4鉸接，進(jìn)而帶動(dòng)沖頭5做直線運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　上沖模在沖壓完成后停歇0.3~0.4S，之后有一個(gè)急回過(guò)程。</p><p>　　脫模機(jī)構(gòu)由下沖模即推桿與圓盤凸輪組成。其功能是：</p><p>　　

15、在凸輪停歇，上沖模做沖壓動(dòng)作時(shí)凸輪與推桿不接觸，此時(shí)推桿由機(jī)架拖住。這樣，在沖壓過(guò)程中推桿上受到的壓力就不會(huì)作用到凸輪上。</p><p>　　脫模機(jī)構(gòu)能使下沖模頂出距離準(zhǔn)確。</p><p>　　回程（復(fù)位）時(shí)速度快而沖擊小。</p><p>　　送粉機(jī)構(gòu)由一個(gè)滾子擺桿偏心圓盤機(jī)構(gòu)與一個(gè)搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。其功能是：</p><p>　　

16、具有間歇送料和急回特性</p><p>　　送料的同時(shí)將已壓制好的坯送離工作區(qū)域</p><p><b>　　二．機(jī)構(gòu)具體設(shè)計(jì)</b></p><p>　?。?）上沖模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：</p><p>　　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(zhǎng)度均為200mm。</p

17、><p>　　先對(duì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行作圖分析：</p><p><b>　　圖 2</b></p><p>　　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)B’C’與水平方向的夾角為30°。B’C’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的擺動(dòng)角為41.4°</p><p&g

18、t;　　計(jì)算得∠C”C’D=69.3°。則∠C”C’B’=30°+∠C”C’D-90°=9.3°</p><p>　　AB’與B’C’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。</p><p><b>　　進(jìn)而由余弦定理得：</b></p

19、><p>　　COS∠C”C’B’=[(200+X)2+2002-(200-X)2]/[2x100x1.414(200+X)]</p><p>　　解得X=68.78mm</p><p>　　即曲柄1的長(zhǎng)度約等于68.8mm。</p><p>　　進(jìn)一步計(jì)算其機(jī)位夾角=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

20、比系數(shù)K=1.17。最后得到的上沖模機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖三。</p><p><b>　　圖 3</b></p><p>　　2．現(xiàn)對(duì)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析：</p><p><b>　　圖 4</b></p><p>　　計(jì)算得LAD=242mm、LAE=LAB+LBC=268.8mm、AD與水平線的夾角為15

21、.77°</p><p>　　3．現(xiàn)以AD為基準(zhǔn)進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析：</p><p>　　f1(2,3)=(LBCcos2 +LCDcos3 )–(LAD+LABcos1 )</p><p>　　f2(2,3)=(LCDsin3 –LBC sin2 )–LABsin1 </p><p>　　該方程組的雅克比矩陣為J：</p&g

22、t;<p>　　–LBC sin2 -LCDsin3</p><p>　　J= -LBCcos2 LCDcos3</p><p>　　接著進(jìn)行MATLAB編程，對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析：</p><p><b>　?、傥灰品治觯?lt;/b></p><p><b>　　原函數(shù)：</b

23、></p><p>　　function y=rrrposi(x)</p><p><b>　　%</b></p><p>　　%script used to implement Newton-Raphson mechod for</p><p>　　%solving nonlinear position of R

24、RR bar group</p><p><b>　　%</b></p><p>　　%Input parameters</p><p>　　%x(1)=theta-1</p><p>　　%x(2)=theta-2 guess value</p><p>　　%x(3)=theta-3 gues

25、s value</p><p><b>　　%x(4)=LAB</b></p><p><b>　　%x(5)=LBC</b></p><p><b>　　%x(6)=LCD</b></p><p><b>　　%x(7)=LAD</b></p>

26、;<p><b>　　%</b></p><p>　　%Output parameters</p><p><b>　　%</b></p><p>　　%y(2)=theta-2</p><p>　　%y(3)=theta-3</p><p>　　%y(4)=t

27、heta-4</p><p><b>　　%</b></p><p>　　theta2=x(2);</p><p>　　theta3=x(3);</p><p><b>　　%</b></p><p>　　epsilon=1.0E-6;</p><p>

28、;<b>　　%</b></p><p>　　f=[x(5)*cos(theta2)+x(6)*cos(theta3)-x(7)-x(4)*cos(x(1));</p><p>　　x(6)*sin(theta3)-x(5)*sin(theta2)-x(4)*sin(x(1))];</p><p><b>　　%</b>&

29、lt;/p><p>　　while norm(f)>epsilon</p><p>　　J=[-x(5)*sin(theta2) -x(6)*sin(theta3);</p><p>　　-x(5)*cos(theta2) x(6)*cos(theta3)];</p><p>　　dth=inv(J)*(-1.0*f);</p>

30、<p>　　theta2=theta2+dth(1);</p><p>　　theta3=theta3+dth(2);</p><p>　　f=[x(5)*cos(theta2)+x(6)*cos(theta3)-x(7)-x(4)*cos(x(1));</p><p>　　x(6)*sin(theta3)-x(5)*sin(theta2)-x(4)*

31、sin(x(1))];</p><p><b>　　norm(f);</b></p><p><b>　　end;</b></p><p>　　y(1)=theta2;</p><p>　　y(2)=theta3;</p><p><b>　　主程序：</b&

32、gt;</p><p><b>　　clc</b></p><p><b>　　clear</b></p><p>　　x1=linspace(0,2*pi,180);</p><p>　　x=zeros(length(x1),7);</p><p>　　for n=1:18

33、0</p><p>　　x(n,:)=[x1(:,n) 40*pi/180 55*pi/180 68.8 200 200 242];</p><p><b>　　end</b></p><p>　　p=zeros(length(x1),2);</p><p>　　for k=1:180</p><p&

34、gt;　　y= shangchongm(x(k,:));</p><p><b>　　p(k,:)=y;</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　得到P矩陣。</b></p><p>　　得到的P矩陣的第二列是3在曲柄1轉(zhuǎn)過(guò)360

35、6;的過(guò)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：</p><p><b>　　圖 5</b></p><p>　　上沖模的行程方程為：X= 2x200xcosq-300</p><p>　　輸出上沖模行程隨1 擺動(dòng)角度變化的圖像：</p><

36、p><b>　　圖 6</b></p><p>　　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(lái)分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的加速度：</p><p>　　f1(2,3)=(LBCcos2 +LCDcos3 )–(LAD+LABcos1 )</p><p>　　f2(2,3)=(LCDsin3 –LBC sin2 )–L

37、ABsin1</p><p>　　對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)數(shù)得到：</p><p>　　-ω2LBCSinθ2-ω3LCDSinθ3=-ω1LABSinθ1</p><p>　　ω3LCDCosθ3-ω2LBCCosθ2=ω1LABCosθ1</p><p>　　-LBCSinθ2 -LCDSinθ3 ω2</p><p&

38、gt;　　-LBCCosθ2 LCDCosθ3 ω3</p><p>　　-LABSinθ1 </p><p><b>　　=ω1</b></p><p><b>　　LABCosθ1</b></p><p>　　ω1=2π/π=πrad/s</p><p>&

39、lt;b>　　再次求導(dǎo)數(shù)得到：</b></p><p>　　-α2LBCSinθ2-ω22LBCCosθ2-α3LCDSinθ3-ω32LCDCosθ3=-ω12LABCosθ1</p><p>　　α3LCDCosθ3-ω32LCDSinθ3-α2LBCCosθ2+ω22LBCSinθ2=-ω12LABSinθ1 </p><p>　　-L

40、BCSinθ2 -LCDSinθ3 α2 </p><p><b>　　=</b></p><p>　　LCDCosθ3 -LBCCosθ2α3</p><p>　　 </p><p>　　ω1LABCosθ1 ω2LBC

41、Cosθ2 ω3LCDCosθ3 ω1</p><p><b>　　ω2</b></p><p>　　-ω1LABSinθ1 -ω2LBCSinθ2 ω3LCDSinθ3 ω3</p><p>　　依據(jù)速度方程和加速度方程進(jìn)行MATLAB編程。</p><p><b>　　②

42、速度分析：</b></p><p><b>　　主函數(shù)：</b></p><p>　　function y=scmvel(x)</p><p><b>　　%</b></p><p>　　%Input parameters</p><p><b>　　%

43、</b></p><p>　　%x(1)=theta-1</p><p>　　%x(2)=theta-2</p><p>　　%x(3)=theta-3</p><p>　　%x(4)=dtheta-1</p><p><b>　　%x(5)=LAB</b></p>&l

44、t;p><b>　　%x(6)=LBC</b></p><p><b>　　%x(7)=LCD</b></p><p><b>　　%x(8)=LDA</b></p><p><b>　　%</b></p><p>　　%Outout paramet

45、ers</p><p><b>　　%</b></p><p>　　%y(1)=dtheta-2</p><p>　　%y(2)=dtheta-3</p><p><b>　　%</b></p><p>　　A=[-x(6)*sin(x(2)) -x(7)*sin(x(3))

46、;</p><p>　　-x(6)*cos(x(2)) x(7)*cos(x(3))];</p><p>　　B=[-x(5)*sin(x(1));</p><p>　　x(5)*cos(x(1))]*x(4);</p><p>　　y=inv(A)*B;</p><p><b>　　主程序：</b&g

47、t;</p><p>　　>> x2=[x1' p(:,1) p(:,2) pi*ones(180,1) 68.8*ones(180,1) 200*ones(180,1)...</p><p>　　200*ones(180,1) 242*ones(180,1)];</p><p>　　>> m=zeros(2,180);</p&

48、gt;<p>　　>> for k=1:180</p><p>　　y2=scmvel(x2(k,:));</p><p>　　m(:,k)=y2;</p><p><b>　　end</b></p><p>　　得到的m矩陣的第二行是CD桿的角速度</p><p>　　

49、進(jìn)一步輸出CD桿角速度圖像：</p><p><b>　　圖 7</b></p><p>　　上沖模的速度函數(shù)V=-W3x400xsin3</p><p>　　輸出上沖模速度圖像：</p><p><b>　　圖 8</b></p><p><b>　?、矍蠹铀?/p>

50、度：</b></p><p><b>　　主函數(shù)：</b></p><p>　　function y=scma(x)</p><p><b>　　%</b></p><p>　　%Input parameters</p><p><b>　　%</

51、b></p><p>　　%x(1)=theta-1</p><p>　　%x(2)=theta-2</p><p>　　%x(3)=theta-3</p><p>　　%x(4)=dtheta-1</p><p>　　%x(5)=dtheta-2</p><p>　　%x(6)=dthe

52、ta-3</p><p><b>　　%x(7)=LAB</b></p><p><b>　　%x(8)=LBC</b></p><p><b>　　%x(9)=LCD</b></p><p>　　%x(10)=LAD</p><p><b>

53、　　%</b></p><p>　　%Outout parameters</p><p><b>　　%</b></p><p><b>　　%y(1)=a2</b></p><p><b>　　%y(2)=a3</b></p><p>&l

54、t;b>　　%</b></p><p>　　A=[-x(8)*sin(x(2)) -x(9)*sin(x(3));</p><p>　　x(9)*cos(x(3)) -x(8)*cos(x(2))];</p><p>　　B=[-x(4)*x(7)*cos(x(1)) x(5)*x(8)*cos(x(2)) x(6)*x(9)*cos(x(3));

55、</p><p>　　-x(4)*x(7)*sin(x(1)) -x(5)*x(8)*sin(x(2)) x(6)*x(9)*sin(x(3))];</p><p>　　C=[x(4);x(5);x(6)];</p><p>　　y=inv(A)*B*C;</p><p><b>　　主程序：</b></p>

56、<p>　　>> x3=[x1' p(:,1) p(:,2) pi*ones(180,1) m(1,:)' m(2,:)' 0.0688*ones(180,1)...</p><p>　　0.200*ones(180,1) 0.200*ones(180,1) 0.242*ones(180,1)];</p><p>　　>> n=

57、zeros(2,180);</p><p>　　for k=1:180</p><p>　　y3=scma(x3(k,:));</p><p>　　n(:,k)=y3;</p><p><b>　　end </b></p><p>　　得到的n矩陣的第二行是CD桿的角加速度。</p>

58、<p>　　輸出桿CD運(yùn)動(dòng)的角加速度圖像：</p><p><b>　　圖 9</b></p><p><b>　　上沖模加速度：</b></p><p>　　>> A=zeros(1,180);</p><p>　　>> for k=1:180</p>

59、;<p>　　A(k)=-0.4*n(2,k)*sin(p(k,2))-0.4*m(2,k)^2*cos(p(k,2));</p><p><b>　　end</b></p><p>　　輸出上沖模加速度圖像：</p><p><b>　　圖 10</b></p><p><b&

60、gt;　　整理數(shù)據(jù)列表：</b></p><p>　　表一 上沖模運(yùn)動(dòng)分析數(shù)據(jù)表</p><p>　　（2）脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：</p><p>　　這里運(yùn)用Camtrax 軟件對(duì)凸輪進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　由第一步對(duì)上沖模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)列出三個(gè)機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間表：</p><p>　　表二 送粉器、上沖

61、模、下沖模三個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間協(xié)調(diào)分布表</p><p>　　現(xiàn)依據(jù)表一進(jìn)行脫模機(jī)構(gòu)的凸輪設(shè)計(jì)。</p><p>　　凸輪的動(dòng)作時(shí)間分布為：（周期為2S）</p><p>　　0.5s—1.5s：推桿懸空（掛在機(jī)架上），保持行程S=0</p><p>　　1.6s—1.9s:推桿以擺線規(guī)律（cycloidal）上頂40mm，使推桿加速度過(guò)度平穩(wěn)

62、，沒(méi)有沖擊</p><p>　　2.0s—0.1s：推桿保持S=40mm</p><p>　　0.2s—0.4s：推桿以擺線規(guī)律（cycloidal）急回，速度快，無(wú)沖擊</p><p><b>　　具體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　陰模及推桿尺寸設(shè)計(jì)，如圖：</p><p><b>

63、;　　圖 11</b></p><p>　　⒈機(jī)構(gòu)為滾子對(duì)心直動(dòng)推桿圓盤凸輪</p><p>　　依據(jù)上述行程分析在Camtrax輸入運(yùn)動(dòng)信息：</p><p><b>　　圖 12</b></p><p>　　利用Camtrax 軟件不斷對(duì)凸輪進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，既要保證運(yùn)動(dòng)規(guī)律，使凸輪的壓力角滿足[a]=30&

64、#176;，又使推桿運(yùn)動(dòng)無(wú)沖擊，并使機(jī)構(gòu)盡量緊湊。</p><p>　　最終選定凸輪基圓半徑為r0=130mm，滾子半徑為rr =30mm。</p><p>　　設(shè)定凸輪運(yùn)動(dòng)周期為2S。</p><p>　　運(yùn)行軟件，畫出凸輪輪廓圖：</p><p><b>　　圖 13</b></p><p>

65、　　輸出推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖像：</p><p><b>　　圖 14</b></p><p>　　輸出推桿運(yùn)動(dòng)速度圖像：</p><p><b>　　圖 15</b></p><p>　　輸出推桿運(yùn)動(dòng)加速度圖像：</p><p><b>　　圖 16</b>

66、</p><p>　　輸出凸輪各個(gè)位置的壓力角圖像：</p><p><b>　　圖 17</b></p><p>　　分析圖 15和圖16可知該凸輪在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中加速度過(guò)度平穩(wěn)，無(wú)沖擊，并且壓力角滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　SolidWorks建模結(jié)果如圖：</p><p><b&g

67、t;　　圖 18</b></p><p>　　輸出該凸輪的各項(xiàng)數(shù)據(jù)列表：</p><p>　　表三 滾子對(duì)心直動(dòng)推桿盤形凸輪數(shù)據(jù)表</p><p>　　2．機(jī)構(gòu)為平底推桿直動(dòng)對(duì)心圓盤凸輪</p><p>　　依據(jù)上述行程分析在Camtrax輸入運(yùn)動(dòng)信息：</p><p><b>　　圖 19<

68、;/b></p><p>　　利用Camtrax 軟件不斷對(duì)凸輪進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，既要保證運(yùn)動(dòng)規(guī)律，使凸輪的壓力角滿足[a]=30°，又使推桿運(yùn)動(dòng)無(wú)沖擊，并使機(jī)構(gòu)盡量緊湊，凸輪輪廓不出現(xiàn)失真。</p><p>　　最終選定凸輪基圓半徑為r0=180mm，導(dǎo)軌長(zhǎng)度L=100mm。</p><p>　　設(shè)定凸輪運(yùn)動(dòng)周期為2S。</p><

69、p>　　運(yùn)行軟件，畫出凸輪輪廓圖：</p><p><b>　　圖 20</b></p><p>　　輸出推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖像：</p><p><b>　　圖21</b></p><p>　　輸出推桿運(yùn)動(dòng)速度圖像：</p><p><b>　　圖 22</

70、b></p><p>　　輸出推桿運(yùn)動(dòng)加速度圖像：</p><p><b>　　圖 23</b></p><p>　　分析圖 21可知該凸輪在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中加速度過(guò)度平穩(wěn)，無(wú)沖擊。</p><p>　　輸出該凸輪各項(xiàng)數(shù)據(jù)。</p><p>　　表四 平底推桿對(duì)心圓盤凸輪數(shù)據(jù)表</p>

71、<p><b>　　分析比較</b></p><p>　　兩個(gè)形式的凸輪都能滿足運(yùn)動(dòng)及功能要求，但是比較兩者的基本尺寸發(fā)現(xiàn)平底推桿對(duì)心直動(dòng)圓盤凸輪的基圓半徑要180mm才能滿足功能及力學(xué)要求，但是滾子推桿對(duì)心直動(dòng)圓盤凸輪在滿足相同功能及力學(xué)要求是所需的最小基圓半徑只要130mm。從機(jī)構(gòu)尺寸，緊湊的角度考慮，脫模機(jī)構(gòu)選用滾子推桿對(duì)心直動(dòng)圓盤凸輪，即第一種設(shè)計(jì)方案。</p&g

72、t;<p>　　（3）送粉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：</p><p><b>　　圖 24</b></p><p>　　該機(jī)構(gòu)由擺動(dòng)推桿凸輪機(jī)構(gòu)與搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。</p><p>　　機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸：擺動(dòng)推桿L3=30mm、搖桿L4=200mm、連桿L5=400mm、擺桿3與機(jī)架鉸接的位置和連桿與料斗鉸接的位置在同一條水平線上，且鉸鏈A到陰模

73、中心線的距離L=500mm。料斗的寬度d=60mm。滾子半徑rr=15mm。搖桿L4與擺動(dòng)推桿L3固連在一起，兩桿成90°夾角。</p><p>　　由料斗的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)主動(dòng)件的角度擺動(dòng)規(guī)律，進(jìn)而設(shè)計(jì)擺桿凸輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。</p><p>　　考慮料斗運(yùn)動(dòng)與上沖模機(jī)構(gòu)以及脫模機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)，先設(shè)計(jì)其運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下：</p><p>　　0—0.4s：

74、料斗停在陰?？诘恼戏?，進(jìn)行加粉。此時(shí)連桿AB與水平線的夾角為49.46°。此時(shí)對(duì)應(yīng)的擺動(dòng)推桿L3與水平線的夾角為40.54°。</p><p>　　0.5—0.6s：料斗在這個(gè)時(shí)間段有一個(gè)急回動(dòng)作，急回一個(gè)料斗的寬度即60mm。連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到AB’C’處時(shí)，AB’桿與水平線的夾角為65.28°。此時(shí)對(duì)應(yīng)的擺動(dòng)推桿L3與水平線的夾角為24.72°，即在這段時(shí)間內(nèi)，擺動(dòng)推桿的

75、擺角從40.54°減小到24.72°，為保證運(yùn)動(dòng)加速度的平穩(wěn)，這段時(shí)間凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律我們?cè)O(shè)計(jì)為擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律（cycloidal）。</p><p>　　0.7—0.9s：料斗在這段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)做回程運(yùn)動(dòng)，回程60mm，相比于②過(guò)程這個(gè)時(shí)間段經(jīng)歷比較長(zhǎng)。連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到AB”C”處時(shí)，AB”桿與水平線的夾角為80.76°。此時(shí)對(duì)應(yīng)的擺動(dòng)推桿L3與水平線的夾角為9.24°，即在這段時(shí)

76、間內(nèi)，擺動(dòng)推桿的擺角從24.72°減小到9.24°，為保證運(yùn)動(dòng)加速度的平穩(wěn)，這段時(shí)間凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律我們?nèi)栽O(shè)計(jì)為擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律（cycloidal）。</p><p>　　1.0—1.3s：料斗停歇取粉。連桿不動(dòng)，凸輪此段時(shí)間是空行程，保持9.24°的擺角不變。</p><p>　　1.4—2.0s：料斗向前做送料運(yùn)動(dòng)，直至運(yùn)動(dòng)到陰模口的上方。此段時(shí)間內(nèi)，料斗的行程

77、是120mm，對(duì)應(yīng)的搖桿AB從80.76°的位置變化到49.46°。對(duì)應(yīng)的擺動(dòng)推桿的擺角從9.24°變化到40.54°。這段時(shí)間內(nèi)凸輪擺動(dòng)推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律仍然設(shè)計(jì)為擺線規(guī)律（cycloidal）。</p><p><b>　　具體設(shè)計(jì)：</b></p><p>　?、贁[動(dòng)推桿凸輪設(shè)計(jì)：</p><p>　　

78、按照上述分析的凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪。</p><p>　　依據(jù)上述行程分析在Camtrax輸入運(yùn)動(dòng)信息：</p><p><b>　　圖 25</b></p><p>　　利用Camtrax不斷對(duì)凸輪進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終選定凸輪為偏心凸輪，偏心的坐標(biāo)為（50,40）。</p><p><b>　　運(yùn)行軟件畫出凸輪

79、：</b></p><p><b>　　圖 26</b></p><p>　　輸出擺動(dòng)推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖像：</p><p><b>　　圖 27</b></p><p>　　輸出擺動(dòng)推桿運(yùn)動(dòng)速度圖像：</p><p><b>　　圖 28</b>

80、;</p><p>　　輸出擺動(dòng)推桿運(yùn)動(dòng)加速度圖像：</p><p><b>　　圖 29</b></p><p>　　輸出擺動(dòng)推桿運(yùn)動(dòng)在各個(gè)位置時(shí)的壓力角圖像：</p><p><b>　　圖 30</b></p><p>　　分析該圖可見該凸輪的壓力角滿足[a]=35&#

81、176;的擺動(dòng)推桿設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　輸出凸輪在各個(gè)位置的曲率半徑圖像：</p><p><b>　　圖 31</b></p><p>　　并且由該軟件輸出地曲率半徑列表中可知，該凸輪的最小曲率半徑為24.39mm。即凸輪的基圓半徑為24.39mm。</p><p>　　分析：分析圖27可知該凸輪在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中

82、加速度過(guò)度平穩(wěn)，圖 28知壓力角也滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　輸出該凸輪的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。</p><p>　　表五 滾子擺動(dòng)推桿偏心凸輪數(shù)據(jù)表</p><p><b>　　②連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：</b></p><p><b>　　圖 32</b></p><p>　　如圖，以

83、鉸鏈A和C所在的水平線為X軸，鉸鏈A處為原點(diǎn)。設(shè)AB與X軸的夾角為，BC與X軸負(fù)方向的夾角為?，F(xiàn)依據(jù)①中隊(duì)凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律的設(shè)計(jì)，來(lái)分析連桿機(jī)構(gòu)中主動(dòng)件AB以及料斗即鉸鏈C的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。</p><p>　　由于擺動(dòng)推桿與連桿的主動(dòng)件AB固連，則AB桿的運(yùn)動(dòng)角速度及角加速度均與擺動(dòng)推桿相同。</p><p>　　先分析AB的角度的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：</p><p>　　{49.4

84、6+15.82[(δ-72)/36 –sin[2π(δ-72)/36]/2π]}×pi/180</p><p>　　{65.28+15.48[(δ-108)/54 –sin[2π(δ-108)/54]/2π]}×pi/180</p><p>　　{80.76-31.3[(δ-234)/126 –sin[2π(δ-234)/126]/ 2π]}×pi/180&l

85、t;/p><p>　　擺動(dòng)推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是擺線規(guī)律，依據(jù)擺動(dòng)推桿的擺動(dòng)角度與的關(guān)系在MATLAB中編程，分析AB桿運(yùn)動(dòng)的擺動(dòng)角的規(guī)律：</p><p>　　x=ones(1,360);</p><p>　　>> for k=1:72</p><p>　　x(k)=49.46*pi/180;</p><p>&l

86、t;b>　　end</b></p><p>　　>> y=linspace(73,108,36);</p><p>　　>> for k=1:36</p><p>　　x(k+72)=(49.46+15.82*((y(k)-72)/36-sin(2*pi*(y(k)-72)/36)/2/pi))*pi/180;</p&

87、gt;<p><b>　　end</b></p><p>　　>> y=linspace(109,162,54);</p><p>　　>> for k=1:54</p><p>　　x(k+108)=(65.28+15.48*((y(k)-108)/54-sin(2*pi*(y(k)-108)/54)/2

88、/pi))*pi/180;</p><p><b>　　end</b></p><p>　　>> for k=1:72</p><p>　　x(k+162)=80.76*pi/180;</p><p><b>　　end</b></p><p>　　>>

89、; y=linspace(235,360,126);</p><p>　　for k=1:126</p><p>　　x(k+234)=(80.76-31.3*((y(k)-234)/126-sin(2*pi*(y(k)-234)/126)/2/pi))*pi/180;</p><p><b>　　end</b></p><

90、p><b>　　輸出的變化圖像為：</b></p><p><b>　　圖 33</b></p><p>　　依據(jù)圖 30列出料斗的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程：</p><p>　　X=0.2cosθ+0.4cosφ-0.38 ①</p><p>　

91、　V=X ’=-0.2ωθsinθ -0.4ωφ sinφ ②</p><p>　　A=0.2αθsinθ-0.2ωθ2cosθ+ωφ2cosφ-0.4αφsinφ ③</p><p><b>　　相關(guān)方程有三個(gè)：</b></p><p>　　sinφ=0.5sinθ</p><p>

92、;　　αφcosφω2φsinφ=1/2αθcosθ-1/2ω2θsinθ</p><p>　　αφ=（1/2αθcosθ-1/2ω2θsinθ+ω2φsinφ）/cosφ</p><p>　　依據(jù)料斗運(yùn)動(dòng)的行程方程①，用MATLAB編程：</p><p>　　s=zeros(1,360);</p><p>　　>> for k

93、=1:360</p><p>　　s(k)=(200*cos(x(k))+400*cos(asin(0.5*sin(x(k))))-380);</p><p><b>　　end</b></p><p>　　>> plot(linspace(1,360,360),s)</p><p>　　輸出的料斗的運(yùn)動(dòng)行程

94、規(guī)律圖像為：</p><p><b>　　圖 34</b></p><p>　　由Camtrax獲得擺動(dòng)推桿的運(yùn)動(dòng)角速度矩陣，輸入到MATLAB中，輸出AB桿運(yùn)動(dòng)角速度圖像：</p><p><b>　　圖 35</b></p><p>　　由Camtrax獲得擺動(dòng)推桿的運(yùn)動(dòng)角加速度矩陣，輸入到MA

95、TLAB中，輸出AB桿運(yùn)動(dòng)角加速度圖像：</p><p><b>　　圖 36</b></p><p>　　依據(jù)運(yùn)動(dòng)方程②，進(jìn)行MATLAB編程，分析料斗運(yùn)動(dòng)速度：</p><p>　　v=zeros(1,360);</p><p>　　>> for k=1:360</p><p>　

96、　v(k)=-0.2*sin(x(k))*w(k)-0.4*0.5*sin(x(k))*w2(k);</p><p><b>　　end</b></p><p>　　>> plot(linspace(1,360,360),v)</p><p>　　輸出的料斗的運(yùn)動(dòng)速度圖像為：</p><p><b>

97、;　　圖37</b></p><p>　　依據(jù)運(yùn)動(dòng)方程③，進(jìn)行MATLAB編程，分析料斗運(yùn)動(dòng)加速度：</p><p>　　A=ones(1,360);</p><p>　　>> for k=1:360</p><p>　　A(k)=-0.02*a(k)*sin(x(k))-0.2*w(k)^2*cos(x(k))-0.

98、4*x2(k)^2*sqrt(1-0.25*sin(x(k)))-0.4*(0.5*a(k)*cos(x(k))-0.5*w(k)^2*cos(x(k))+x2(k)^2*0.5*sin(x2(k)))/sqrt(1-0.25*sin(x(k)))*0.5*sin(x(k));</p><p><b>　　end</b></p><p>　　輸出的料斗運(yùn)動(dòng)加速度圖像為

99、：</p><p><b>　　圖 38</b></p><p>　　列出關(guān)于連桿運(yùn)動(dòng)分析的各個(gè)數(shù)據(jù)：</p><p>　　表六 送粉器運(yùn)動(dòng)分析數(shù)據(jù)表</p><p><b>　?。?）機(jī)構(gòu)動(dòng)力設(shè)計(jì)</b></p><p>　　分析機(jī)械在工作過(guò)程中所要提供的最大動(dòng)力為58KN

100、，在工作過(guò)程中取開始?jí)褐茷榕R界點(diǎn)進(jìn)行分析，臨界時(shí)上沖模行程為70mm，此時(shí)的位置如圖所示：</p><p><b>　　圖 39</b></p><p>　　根據(jù)上沖模在沖壓的過(guò)程中受到的最大力為58KN，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到動(dòng)力桿所要提供的最大動(dòng)力為F=30.75KN。</p><p>　　力學(xué)中 P=Mzω=F×Rω，其中R=68

101、.8mm ,ω=πrad/s</p><p>　　計(jì)算得到的需求功率為Pmax=6636.5w</p><p><b>　　最常見交流電動(dòng)機(jī)有</b></p><p>　　2極 同步轉(zhuǎn)速 3000r/min</p><p>　　4極 同步轉(zhuǎn)速 1500r/min</p><p>　　6極

102、 同步轉(zhuǎn)速 1000r/min</p><p>　　8極 同步轉(zhuǎn)速 750r/min</p><p>　　10極 同步轉(zhuǎn)速 600r/mi</p><p>　　選擇轉(zhuǎn)速為750r/min的同步轉(zhuǎn)速電機(jī)，沖壓機(jī)構(gòu)的周期為2s，所以要求設(shè)計(jì)的減速器減速比為 25 。</p><p><b>　　圖 40</b>&l

103、t;/p><p>　　根據(jù)各機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率，選擇齒輪機(jī)構(gòu)組合減速，設(shè)計(jì)的減速器如圖所示：</p><p><b>　　圖 41</b></p><p>　　設(shè)計(jì)的各齒輪數(shù)據(jù)為：</p><p>　　模數(shù)z=2 壓力角 α=20 ◎ h a*=1.0 </p><p>　　中心距

104、 Z1Z2=78 Z2’Z3= 80 Z3’Z4=56</p><p>　　由于Z3’ =16<17,最小變位齒數(shù)，所以該齒輪應(yīng)為變位齒輪。</p><p>　　Ra3’ = r3+ha* m =16+1.0×2＝18mm</p><p>　　Ra4’ = r4+ ha* m =40+

105、1.0×2 = 42mm</p><p>　　α3 =arccos r3cosα/ Ra3’ =arccos 16cos20 ○/18 =33.35○</p><p>　　α4 =arccos r4 cosα/ Ra4’ = arccos 40cos20 ○/42 =26.50○</p><p>　　α’ ≤arctan[(Z3tanα3 + Z4tan

106、α4 －2π)]／(Z3’ + Z4) =23.37○</p><p><b>　　所以變位系數(shù)為</b></p><p>　　Y=(Z3+Z4)(cosα/cosα－1’)/2 =0.66</p><p>　　這對(duì)齒輪傳動(dòng)的中心距 ： a ·= a cosα/cosα’ =57.3mm</p><p>　　即

107、：Z3’Z4實(shí)際中心距應(yīng)為57.3mm。</p><p>　　查詢機(jī)械手冊(cè)得齒輪傳動(dòng)的機(jī)械效率為0.92——0.96，取為η=0.95</p><p>　　計(jì)算得電機(jī)的額定功率</p><p>　　P額=P/η3 = 6636/0.953 w = 7739w</p><p>　　所以選擇額定功率為8KW，轉(zhuǎn)速為750r/min的同步電機(jī)。&l

108、t;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　孫恒，陳作模.機(jī)械原理【M】.7版.北京：高等教育出版社，2006</p><p>　　曲秀全.基于MATLAB/Simulink平面連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)仿真.黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2007</p><p>　　高會(huì)生，李新葉，胡志奇譯.MATLAB原理與

109、工程應(yīng)用.2版.北京：電子工業(yè)出版社，2006</p><p>　　賀超英.MATLAB應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)教程.北京：電子工業(yè)出版社，2010</p><p>　　王宏.MATLAB6.5及其在信號(hào)處理中的應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2004</p><p>　　同濟(jì)大學(xué)數(shù)學(xué)系.線性代數(shù).北京：高等教育出版社，2009</p><p>　　同濟(jì)大學(xué)數(shù)

110、學(xué)系.高等數(shù)學(xué). 北京：高等教育出版社，2008</p><p>　　雷培，劉云霞.基于MATLAB的四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析.機(jī)械工程與自動(dòng)化.2009年4月，第2期</p><p>　　李團(tuán)結(jié)，賈建援，胡雪梅.機(jī)械工程中兩類非線性方程組的完全解.西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2005年2月，第32卷，第1期</p><p>　　董長(zhǎng)虹，余海嘯.MATLAB接口技術(shù)