压片机设计论文概要.docx
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压片机设计论文概要
湖北理工学院毕业设计(论文)
粉料压片机的设计
摘要:
本文对国内外干粉压片机的研究水平进行了综合评述,并且做出对比;提出了一套
干粉压片机的设计方案;将模块化设计理念引入方案中,提出了干粉压片机向易拆卸易
组装的发展方向,并具体对每个模块进行了设计。
关键词:
粉料压片机;模块化;易拆卸易组装。
Thedesignofpowdertabletmachine
Abstract:
Conductacomprehensivereviewofdomesticandforeigndrypowdertabletmachine
level,andmakeacomparison;thedesignofadrypowdertothetablet
press;
willintroducetheconceptofmodulardesign,powdertabletpresstoeasy
directionofdevelopment,demolitionandeasyassemblyandspecific
foreach
moduledesign.
Keywords:
powdertablettingmachine;modular;easydisassemblyandeasy
assembly
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湖北理工学院毕业设计(论文)
1前言
近年来,我国机械工业发展迅速,取得了很大的成就。
随着科学技术的不断进步和人民生活水平的不断提高,尤其是我国改革、开放政策的进一步深入和社会主义市场经济的发展与完善,对产品质量和品种的要求越来越高,产品的更新换代的周期也愈来愈短。
开发能满足市场需求和适应现代科技发展的新产品是企业发展生产的重要措施之一。
此外,为了保证产品质量,提高劳动生产率,改善劳动条件,需要对工艺过程和装备不断的进行技术革新和改造。
这就需要大批具有革新和创造能力的工程技术人员。
压片机可分为单冲压片机和多冲旋转式压片机。
单冲压片机是通过凸轮(或偏心轮)连杆机构(类似冲床的工作原理),使上、下冲产生相对运动而压制药片。
单冲式并不一定只有一副冲模工作,也可以有两副或更多,但多副冲模同时冲压,由此引起机构的稳定性及可靠性要求严格,结构复杂,不多采用。
单冲压片机是间歇式生产,间歇加料,间歇出片,生产效率较低,适用于试验室和大尺寸片剂生产。
多冲旋转式压片机是将多副冲模呈圆周状装置在工作转盘上,各上、下冲的尾部由固定不动的升降导轨控制。
当上、下冲随工作转盘同步旋转时,又受导轨控制做轴向的升降运动,从而完成压片过程。
这时压片机的工艺过程是连续的,连续加料、连续出片。
就整机来看,受力较为均匀平稳,在正式生产中被广泛使用。
多冲旋转式压片机多按冲模数目来编制机器型号,如俗称19冲、33冲压片机等。
压片机在现代生活中应用比较广泛,其中以制药行业最为突出。
本次毕业设计是对单冲压片成形机进行了研究和设计。
在本次的对压片机构造和运动进行了分析。
在这次的毕业设计中得到了指导教师的精心批评和纠正,并对压片机中不是很合理的地方进行了修改和设计。
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湖北理工学院毕业设计(论文)
2压片机总体设计
2.1设计题目分析
2.1.1给定数据
冲头压力:
15吨(150000N);
生产率:
每分钟25片;
机器运转不均匀系数:
10%;
驱动电机:
2.8kw,1410r/min。
片剂规格:
直径34mm,厚度5mm
2.1.2总功能分析
(一)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
机械加工
成品
干粉
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。
(二)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:
要求筛子往复震动
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
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湖北理工学院毕业设计(论文)
6)下冲头间歇直线运动得如下树状功能图:
上冲头间歇直线运动间歇运动(急回特性)
干
粉
压
片
机
下冲头间歇直线运动间歇运动
机构间歇直线运动间歇运动
图2.1功能图
2.2工作原理
压片机是将陶瓷干粉料压制成直径为34mm,厚度为5mm的圆形片坯。
如图2.2所示,其工艺过程是:
错误!
未找到引用源。
错误!
未找到引用源。
图2.2粉料压片机的工艺过程
1)装满粉料的料筛在筒型腔上方振动数次将干粉均匀地撒入圆筒型腔内(图2.1a)。
2)下冲头下沉3mm,预防上冲头进入型腔内把干粉扑出(图2.1b)。
3)上、下冲头同时加压(图2.1c),并保持一段时间。
4)上冲头退出,下冲头随后顶出压好的片坯(图2.1d)。
5)料筛向右推出片坯(图1.1e)。
2.3机械运动方案及机构设计
错误!
未找到引用源。
图2.3压片机传动示意图
2.3.1拟订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
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湖北理工学院毕业设计(论文)
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90~100mm。
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1.4a所示。
b)下冲头也作上下直移运动,其运动规律较复杂,自初始位置先下沉3mm,然
后上升8mm加压,后停歇保压,继而上升16mm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21mm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1.4b所示。
c)料筛作水平直移运动,其运动规律也较复杂。
先在模具型腔上方往复振动料
筛,然后向左退回,待坯料成形并被推出型腔后,料筛再在台面上右移
45~50mm,
推开成形片坯。
可看出料筛受力不大。
其位移线图大致如图
1.4所示。
冲头位移线图1.4
2.3.2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
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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,如图1.4b所示。
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°~360°),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迄位置,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)。
料筛退出加料位置(图1.4b中线段①)后停歇。
料筛刚退出,下冲头即开始下沉3mm(图中②)。
下冲头下沉完毕,上冲头可下移到型腔入口处(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(图中④),然后两冲头停歇保压(图中⑤),保压时间约0.4秒,即相当于原动件转60°左右。
以后上冲头先开始退出,下冲头稍后并缓慢地向上移动到和台面平齐,顶出成形片坯(图中⑥)。
下冲头停歇待卸片坯时,料筛推进到型腔上方推卸片坯(图中⑦)。
下冲头下移21mm的同时,料筛振动粉料(图中⑧)进入下一个循环。
2.3.3确定主加压机构方案
由上述分析可知,压片机机构有三个分支:
一为实现上冲头运动的主加压机构;
二为实现下冲头运动的辅助加压机构;三是实现料筛运动的上、下料机构。
此外,当
各机构按运动循环图确定的相位关系安装以后,应能作适当的调整,故在机构之间还
需设置能调整相位的环节(也可能是机构)。
要完成上述几种机构的设计,对课程设计
来说,工作量太大,因此,这里也只就其中的一个机构——主加压机构叙述其设计过
程。
实现上冲头运动的主加压机构应有下述几种基本运动功能:
a)上冲头要完成每分钟25次往复直线运动,所以该系统的原动件转速应为25r/min,若以电动机作为原动机,则该传动系统应有减速功能。
b)因上冲头是往复直线运动(输出),故该系统要有运动形式转换功能,即由单向连续转动变为住复运动。
c)因有保压阶段,故上冲头在下移至行程末端要有一段停歇或近似停歇功能。
d)因冲头受到压力较大,所以希望机构具有增力的功能,以增大有效作用力,而不必采用功率较大的原动机。
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先取上述a)、b)、c)三种必须具备的功能来组成机构方案。
若每一功能仅由一
类基本机构来实现,可组合成许多种方案。
在这许多方案中,有些机构,如曲柄滑块
机构,就兼有运动转换和交替换向的功能。
这样,有些方案的动作结构或机构组合就
显得繁琐而不合理,因而可以直观进行判断,从而舍弃一些方案。
例如,我们可从中
选出如图1.5所示的四种方案作为评选方案。
这种做法似乎比较繁琐,但它的好处是
可以开阔思路,尽量考虑周全,少漏掉一些可行方案。
特别对于初次进行设计者更属
必要。
由于上冲头在下移行程的末端还有停歇和增力的附加要求,所以对上述方案要再作增改。
图2.5压片机加压机构的四个方案
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湖北理工学院毕业设计(论文)
要使机构从动件(执行构件)在行程中停歇,即运动速度为零,大致有下述几种办
法:
(1)如图2.5中方案一、三用转动凸轮推动从动件,则与从动件行程末端相应的
凸轮廓线用同心圆弧廓线时,从动件在行程末端停歇。
曲线导杆机构(图1.5a)也有
同样的作用。
(2)使机构的运动副或运动链暂时脱离,这可采用基本机构的变异机构,如槽轮
机构(图2.5b)。
也可采用换向机构或离合器(图2.5c),当换向轮处于中间位置时,从动件A、B——螺杆停歇。
(3)在机构串联组合时,使两机构的从动件均在速度零位时串接。
因为速度零位附近的速度一般也较小,这就使得串联组合机构输出构件的速度在较长一段时间内接近为零。
如图2.5方案四所示。
(4)用其它方式组合机构。
如用轨迹点串联时,当轨迹点在直线段或圆弧段上运
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动时,从动件停歇。
并联组合时,将两个输入构件的运动规律相加,可使输出构件的速度在预定区域内接近于零。
至于机构增力的要求,它与机构停歇的要求,从功率传递的角度来看,有着内在
的联系。
因为,若不计摩擦损耗时,输入、输出功率应相等,即Mω=M1·ω1,所以速度低时,力大。
根据这个道理,可使冲头在下移行程末端8mm的范围内有足够低的速度,这是增力措施之一。
此外,合适地安排机构构件的相对位置,使得到良好的传
力条件,即得到较大的有效作用力,也是一种“增力”的办法。
所以,这类要求不必另立方案,只需在选择的方案中将构件作适当的配置就可以了。
至此,在图2.5、2.6所示的七种方案中,已充分考虑了所提出的功能要求。
2.3.4评选机构方案
按照前述的方案评选原则,充分分析各方案的优缺点,然后选出几个比较合适的方案。
方案一、三都采用了凸轮机构。
凸轮机构虽能得到理想的运动规律,但要使从动件达到90~100mm的行程,凸轮的向径比较大,于是凸轮机构的运动空间也较大。
而且凸轮与从动件是高副接触,不宜用于低速、大压力的场合。
方案二采用曲柄滑块机构,曲柄长度仅为滑块行程的一半,机构结构简洁,尺寸较小,但滑块在行程末端只作瞬时停歇,运动规律不理想。
如用方案四,将曲柄摇杆
机构和曲柄滑块机构串联,则可得到比较好的运动规律,尺寸也不致过大。
又因为它是全低副机构,宜用于低速、重载的场合。
其余方案虽也可达到所要求的机构功能,但均不如前述几个方案的结构简洁。
所以,选用方案四是比较适宜的。
至于下冲头机构和料筛机构,也可照上述方法选定方案,不再详述。
前者因位移不大,运动规律复杂,可考虑用凸轮机构;后者因要完成振动动作,所以可用凸轮机构完成小振动动作,用串联的连杆机构实现运动转换和放大。
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湖北理工学院毕业设计(论文)
整个压片机的机构简图如图2.7所示。
错误!
未找到引用源。
压片机的机构简图2.7
2.3.5机构的尺度设计
机构尺度设计的方法很多,这里仅介绍一种方法,供参考。
方案四是由曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构串联而成的组合机构,属构件固接式串联组合。
今将第一个机构的输出构件(在速度为零的位置)和第二个机构的输入构件(在其输出构件速度接近为零时的位置)固接起来,即机构串联起来,那么,在这个位置附近(一段较长时间)组合机构的输出构件将近似停歇。
其原理说明如下:
假设已知曲柄滑块机构的运动规律s—φ2(图2.8a),图1.8b所示为该机构正处于滑块速度接近于零的位置;曲柄摇杆机构的运动规律ψ1-φ1如图c实线所示,而
图d所示为该机构摇杆OA,A,正处于速度为零的位置。
若将图b,d所示的两个机构就在图示位置串联,则串联以后构件OAA和OA′A′成为一个构件(图e),因此,第一个机构中的中φ1和第二个机构中的φ2有如下关系
φ2=φ0+φ1
式中φ0为一常数,所以若将图1.8c的坐标φ1用φ2表示,则相当于曲线平移了一个φ0距离(如虚线所示)。
当s—φ2和ψ1—φ2如图1.8a,1.8c所示安排时,则沿图中箭头所示走向从ψ1′得φ2′,由φ2′得s′,而从φ1′、s′得到ψ1-s曲线上的一点,依此可得出一条ψ1-s曲线。
从图a、c的局部放大图f中可知,在ψ1由b
—c—0—a的区域内(转角约70°),滑块的位移s约在接近零的一个很小的范围(约
0.37mm)内运动,依靠运动副的间隙,可近似认为这时滑块是停歇的。
由此看来,若使s—φ2曲线上s为零的附近的一段曲线变化比较平缓,ψ1—φ2
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湖北理工学院毕业设计(论文)
曲线在ψ1的最小值附近的曲线也比较平缓的话,滑块近似停歇所占的ψ1角就比较
大;又为了使构件A′B′受力小些,同时也使机构能得到比较合理的布置,可将曲
柄摇杆机构OA′A′B′OB′整个绕OA′逆时针向转一个角度φ0,如图1.8g所示,这并不影响机构的运动性能,反而改善了构件A′B′的受力条件。
根据上述分析,该机构可按如下步骤设计:
(1)确定曲柄滑块机构尺寸。
根据曲柄滑块机构特性(图2.9a),λ=l/r愈小,在s=0处的位移变化愈大,
图2.9曲柄滑块机构和曲柄机构特性
所以应选较大的λ;但λ愈大,从s=0到90~l00mm的位移所需曲柄的转角θ也
愈大;又因为曲柄是与曲柄摇杆机构中的摇杆串接的,而摇杆的转角应小于180°,且希望取小一些为好。
所以,应取一个合适的曲柄长度和λ值,满足滑块有90~100mm的行程而曲柄转角则在30°左右,同时在φ2=178°~182°的范围内滑块位移不大于0.4mm或更小(可近似看作滑块停歇)。
如图2.10所示,取λ=1。
错误!
未找到引用源。
图2.10主加压机构设计
(2)确定曲柄摇杆机构尺寸。
在压片位置,机构应有较好的传动角。
所以,当摇
杆在OAA位置时,曲柄摇杆机构的连杆AB′与OAA的夹角应接近90°。
此时,OB′
若选在AB′的延长线上,则AB′受力最小。
故在此线上选一适当位置作OB′。
具体选定OB′的位置时,可再考虑急回特性的要求,或摇杆速度接近零的区域中位移
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变化比较平缓的要求。
它与机构尺寸的大致关系是:
行程速度变化系数K或θ1愈大,在位置A时的位移变化较大(图1.9b),所以OB′距点A远一些好,但又受到机构尺寸和急回特性的限制,不能取得太远。
选定OB′以后,可定出与OAA两个位移φ3、
φ4(或Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个位置)对应的OB′B′的两个位移ψ3、ψ4(或Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个位置)。
按上述命题设计出曲柄摇杆机构的尺度,角φ0为两机构串联的相位角。
设计结果如图1.10所示。
其后,再对设计结果进行运动分析,可得到机构正确的运动
规律。
最后,再回到运动循环图上,检查它与其它执行构件的运动有否干涉的情况出现。
必要时可修正运动循环图。
3冲压机构的设计
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体机构,它是由曲柄连杆机构和摇杆滑块机构串联而成。
先设计摇杆滑块机构。
方案四是由曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构串联而成的组合机构,属构件固接式
串联组合。
今将第一个机构的输出构件(在速度为零的位置)和第二个机构的输入构件
(在其输出构件速度接近为零时的位置)固接起来,即机构串联起来,那么,在这个位置附近(一段较长时间)组合机构的输出构件将近似停歇。
其原理说明如下:
假设已知曲柄滑块机构的运动规律s—φ1(图3.1a),图3.1b所示为该机构正
处于滑块速度接近于零的位置;曲柄摇杆机构的运动规律ψ-φ1如图c实线所示,而图d所示为该机构摇杆OA,A,正处于速度为零的位置。
若将图b,d所示的两个机构就在图示位置串联,则串联以后构件OAA和OA′A′成为一个构件(图e),因此,第一个机构中的中φ1和第二个机构中的φ2有如下关系
φ
=φ+φ
1
式(3.1)
2
0
式中φ0
为一常数,所以若将图2.1c
的坐标φ1用φ2表示,则相当于曲线平移了
一个距离φ
(如虚线所示)。
当s—φ
和ψ—φ
如图2.1a,c所示安排时,
则沿图
0
2
1
2
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中箭头所示走向从ψ1′得φ2′,由φ2′得s′,而从φ1′、s′得到ψ1-s曲线上的
一点,依此可得出一条ψ1-s曲线。
从图a、c的局部放大图f中可知,在ψ1由b—c
—0—a的区域内(转角约70°),滑块的位移s约在接近零的一个很小的范围(约
0.37mm)内运动,依靠运动副的间隙,可近似认为这时滑块是停歇的。
由此看来,若使s—φ2曲线上s为零的附近的一段曲线变化比较平缓,ψ1-φ1
曲线在ψ1的最小值附近的曲线也比较平缓的话,滑块近似停歇所占的ψ1角就比较
大;又为了使构件A′B′受力小些,同时也使机构能得到比较合理的布置,可将曲
柄摇杆机构OA′A′B′OB′整个绕OA′逆时针向转一个角度φ0,如图3.1g所示,这并不影响机构的运动性能,反而改善了构件A′B′的受力条件。
根据上述分析,该机构可按如下步骤设计:
(1)确定曲柄滑块机构尺寸。
根据曲柄滑块机构特性,λ=l/r愈小,在s=0处的位移变化愈大,
所以应选较大的λ;但λ愈大,从s=0到90~l00mm的位移所需曲柄的转角θ也
愈大;又因为曲柄是与曲柄摇杆机构中的摇杆串接的,而摇杆的转角应小于180°,且希望取小一些为好。
所以,应取一个合适的曲柄长度和λ值,满足滑块有90~100mm的行程而曲柄转角则在30°左右,同时在φ2=178°~182°的范围内滑块位移不大于0.4mm或更小(可近似看作滑块停歇)。
如图3.3所示,取λ=1。
为了保压,要求摇杆
在铅垂位置的正负2度的范围内,滑块的位移量小于等于0.4mm。
据此可得到摇杆的长度
r0.4/1
cos2
sin2sin2(mm)
式(3.2)
式(3.1
)中
L/r------
摇杆滑块机构中连杆与摇杆长度之比,一般取
1~2。
算出L=r=200mm
(2)确定曲柄摇杆机构尺寸。
根据上冲头的行程长度H=100mm,即可的摇杆的另一极限位置,摇杆的摆角以小于60度为宜。
设计曲柄摇杆机构时,为了“增力”,曲柄的回转中心可在过摇杆活动铰链、垂直于摇杆铅垂位置的直线上适当选取,以改善机构再冲头下极限位置附近的传力性能。
根据摇杆的三个位置(正负2度位置和另一极限位置),设定与之对应的曲柄三个位置,其中对应于摇杆的两个极限位置,曲
柄应在与连杆共线的位置,曲柄另一个位置可根据保压时间约占整个循环时间的
1/10来设定,则可根据两连架杆的三组对应位置来设计此机构。
根据摇杆两个极限
位置时曲柄和连杆共线的条件,确定曲柄和连杆的长度为167.43mm,268.46mm。
曲
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柄回转中心距摇杆铅垂位置愈远,机构的行程速比系数愈小,冲头在下极限位置附近的位移变化愈小,但机构尺寸愈大。
曲柄转速为n=25.10r/min,可据此设计主传动系统。
在压片位置,机构应有较好的传动角。
所以,当摇杆在OAA位置时,曲柄摇杆机构的连杆AB′与OAA的夹角应接近90°。
此时,OB′若选在AB′的延长线上,则AB′受力最小。
故在此线上选一适当位置作OB′。
具体选定OB′的位置时,可再考虑急回特性的要求,或摇杆速度接近零的区域中位移变化比较平缓的要求。
它与机构尺寸的大致关系是:
行程速度变化系数K或θ1愈大,在位置A时的位移变化较大(图2.2b),所以OB′距点A远一些好,但又受到机
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