自动打印机设计说明书

.PAGE.>目录课程设计提纲……………………3一目的…………………3二要求…………………3三综合机械课程设计进展方式………3四设计成果……………3设计要求…………………………3一工作原理及工艺动作过程…………3二原始数据及设计要求………………3设计过程…………………………4一产品尺寸重量设定…………………4二总体框架……………4三各机构方案去的选定………………4四总体运动方案………………………6五构造尺寸初步设计…………………6六曲柄滑块速度、加速度分析………7七定位机构，打印机构受力分析……………………8八曲柄轴受力分析……………………8九减速器设计…………8十同步带设计…………12十一轴及杆件设计………………………13十二执行机构设计………………………13完毕语…………………………14一设计总结……………14二参考资料……………15自动打印机构造示意图小组成员：机机机设计提纲一目的1对先修课知识的稳固、提高及综合运用；2树立正确设计思想和工程意识，培养独立分析、解决实际工程问题的能力，系统集成能力和创新能力，培养整机设计渔船品设计的概念。3完成简单机械系统装置的设计，掌握机械设计的一般方法和规律。4培养机构综合能力与计算机能力，进展工程设计的根本技能训练，如理论计算，计算机绘图，设计资料、手册、标准标准的运用，使用经历数据进展估算和数据处理；5培养构造设计能力；二要求1课程设计内容应以完整的机械系统〔包括原动机、执行机构和传动系统〕为设计对象，也可选做其他机械装置，但工作量应满足要求；2设计过程应包括：调研分析、功能与案例分析、机械系统运动方案设计，选用机构的运动血和动力学计算，原动机血案则，传动系统设计，执行系统设计等一般机械设计的全过程；3设计图纸应符合国家标准，尺寸公差标注正确，技术要求完整合理；4鼓励创新思维，提倡广泛查阅资料，强调在教师指导下暗示独立完成。三综合机械课程设计进展方式1系统总体方案的分析讨论和制定；2选择动力机，确定传动系统，计算各运动和动力参数；3执行机构的运动分析计算、动力学分析计算，确定各构件的尺寸；4传动零件的工作能力设计计算，确定主要零件的主要参数或尺寸；5对指定局部的传动装置进展构造设计；6编写设计计算说明书；7辩论。四设计成果1综合机械设计总体方案运动简图〔A1图纸〕；2局部传动装置的装配图〔A1图纸，应为计算机绘制〕；3执行机构零件工作图假设干张；4设计说明书一份〔8000字左右〕，内容包括机器的功能分析、方案选择即确定、动力机选择、传动系统及动力系统的运动分析和动力学分析、传动件及连接件的设计计算、技术参数确定、装配维护本卷须知等。设计目标一工作原理及工艺动作过程在包装好的商品纸盒上打印记号。工艺过程为将包装好的商品送至打印位置；加紧定位后打印记号；将产品输出。二原始数据及设计要求1产品的尺寸为：长80-140mm，宽50-80mm，高20-40mm。2产品重量为4-10N。3生产率为60次/min。4要求构造简单紧凑，运动灵活可靠，便于制造。设计过程一产品尺寸重量设定1产品尺寸：长100mm，宽50mm，高30mm。2产品重量：10N。二总体框架1送料机构2定位夹紧机构3打印机构4输出机构三各机构方案去确实定〔一〕送料机构送料机构必须实现间歇送料1方案一不完全齿轮原理及优点：用一个完全齿轮和一个不完全齿轮，完全齿轮在电动机的驱动下匀速转动，当不完全齿轮的轮齿与完全齿轮啮合时，不完全齿轮带动履带轮转动，进展送料，转动过的弧长，即为送料长度。当不完全齿轮不进展啮合时，毛坯料不动，可在这段时间内进展剪切和冷镦．不完全齿轮机构的构造简单，制造容易，工作可靠，而且设计时从动轮的运动时间和静止时间的比例可在较大范围内变化。2方案二棘轮机构原理及优点：棘轮将连续转动或往复运动转换成单向步进运动。棘轮轮齿通常用单向齿，棘爪铰接于摇杆上，当摇杆逆时针方向摆动时，驱动棘爪便插入棘轮齿以推动棘轮同向转动；当摇杆顺时针方向摆动时，棘爪在棘轮上滑过，棘轮停顿转动。为了确保棘轮不反转，常在固定构件上加装止逆棘爪。摇杆的往复摆动可由曲柄摇杆机构、齿轮机构和摆动油缸等实现，在传递很小动力时，也有用电磁铁直接驱动棘爪的。棘轮每次转过的角度称为动程。动程的大小可利用改变驱动机构的构造参数或遮齿罩的位置等方法调节，也可以在运转过程中加以调节。如果希望调节的精度高于一个棘齿所对应的角度，可应用多棘爪棘轮机构。棘轮机构工作时常伴有噪声和振动，因此它的工作频率不能过高。棘轮机构常用在各种机床和自动机中间歇进给或回转工作台的转位上，也常用在千斤顶上。在自行车中棘轮机构用于单向驱动，在手动绞车中棘轮机构常用以防止逆转。棘轮机构的主动件为摇杆，这里想到要用棘轮机构，也正是因为它用到摇杆，则会有曲柄连杆去带动它，而后面的剪切和夹紧机构可以共用一个曲柄，使整体机构简单化，加工方便，运动可靠，用于速度较低和载荷不大场合。3方案三槽轮机构原理及优点：槽轮机构与不完全齿轮的原理一样，是通过用主动轮的圆销带动槽轮转动，当圆销离开径向槽时，槽轮又静止不动。直至圆销再次进入另一个径向槽时，又重复上述运动。槽轮机构要控制槽轮的运动时间和静止时间，是根据槽轮上的槽数来定的。在外槽轮机构中，当主动拨盘回转一周时，槽轮的运动时间td与主动拨盘一周的总时间之比，为槽轮机构的运动系数，用k表示，且k=td/t=1/2－1/Z,这里的z就是槽轮上的槽数。槽轮机构的构造简单，工作可靠，刚性冲击较小，但与不完全齿轮比较起来，槽轮机构运动时间和静止时间的比例可调范围没有不完全齿轮则大。4最终方案方案二棘轮机构选择理由:这三种方案中，不完全齿轮和槽轮是同样的原理，而且构造简单，制造容易，但不完全齿轮有较大冲击。槽轮机构的虽机械效率高，并能平稳地间歇地进展转位，但槽轮相对于棘轮来说设计复杂。棘轮工作时的冲击比较大，而且运动精度较差。但从整体设计角度来看，选用棘轮机构，能使整体的机构配合紧凑而且简单。这里设计的是低速机构，所以选择棘轮机构。〔二〕夹紧定位机构1方案一气动机构气动自动化系统最终是用气动执行元件驱动各种机构完成特定的动作。用气动执行元件和连杆、杠杆等常用机构结合构成的气动机构，诸如断续输送机构、多级行程机构、阻挡机构、行程扩大机构、扩力机构、绳索机构、离合器及制动器等等，例不胜举。气动机构能实现各种平面和空间的直线运动、回转运动和间歇运动。采用气动机构能使机构设计简化，结构轻巧，从最简单的气动虎钳到柔性加工线中的气动机械手，充分发挥了气动机构的特点。2方案二曲柄滑块机构曲柄滑块机构是一种常用的机械构造，它将曲柄的转动转化为滑块在直线上的往复运动，是压气机、冲床、活塞式水泵等机械的主机构。3方案三凸轮机构凸轮机构在应用中的根本特点在于能使从动件获得较复杂的运动规律。因为从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线，所以在应用时，只要根据从动件的运动规律来设计凸轮的轮廓曲线就可以了。凸轮机构广泛应用于各种自动机械、仪器和操纵控制装置。凸轮机构之所以得到如此广泛的应用，主要是由于凸轮机构可以实现各种复杂的运动要求，而且构造简单、紧凑。4最终方案方案三凸轮机构在这三个方案中，气动机构体积大比较笨重，曲柄滑块轻便但构造不如凸轮紧凑。凸轮构造简单，易于实现往复运动，所以选凸轮机构。〔三〕打印机构打印机构也是有往复运动实现，与夹紧定位机构一样个方案也不再重述。考虑到打印机整体小且打印所需的力也不大，所以还是选用凸轮机构。〔四〕输出机构产品是在打印完成后输出，也就是说输出机构也是要实现间歇功能。能实现简写功能的机构方案前面已介绍过这就不重复。我们的设想是由棘轮机构带动运送带，实现送料和输出两功能。图一运动简图四总体运动方案电动机经过减速器把转速见到适宜的速度，然后曲柄滑块机构产生往复运动带动棘轮摆杆。然后经过几轮的间歇转动带动传送带运动，实现送料和输出产品功能。由于产品输入、输出与打印、加紧频率是一样的，所以也是减速器出来后把转速和转矩传给打印和定位夹紧机构的凸轮，再有凸轮带动传动件，实现打印和夹紧功能。具体传动过程见图一。五构造尺寸初步设计传送带把产品有输入口送到打印位置，打印完后把产品输出。而我们是以产品的宽度方向50mm为进给方向的，也就是说棘轮运动一次产品走过的距离要大于50mm。考虑到如果带轮转过90度送物带走过50mm的话，带轮的直径至少是64mm。而物品走过的距离要大于50mm，为了使带轮直径不至于过大，我们令棘轮摆杆摆动的角度为90度时，带轮转过180度。为此，棘轮不能直接连到带轮上而是中间有齿轮，而且是2：1的传动比。初步选定棘轮上的齿轮齿数为36，带轮上的齿轮齿数为18，模数为1.5，带轮直径为60mm。则齿轮的分度圆分别为54mm、27mm。选定带动棘轮的滑块偏离棘轮中心的距离为30mm，则滑块往复运动的距离为60mm，曲柄长度为30mm。为了使滑块能稳定的运动令滑块连接中心距离为95mm，连杆为80mm。六曲柄滑块速度、加速度分析取O点为坐标原点，OP方向为*轴正方向，P在*轴上的坐标为*，则可用*表示滑块的位移。利用三角关系，立即得到于是滑块的速度进而，可以得到滑块的加速度为当θ=0度时a有最大值a=/s²,此时带轮的加速度为a1=aⅹ2=/s²，要使产品在带轮上到达a1的加速度则带轮收的作用力为F=mⅹa1=6.514N。经过传动关系曲柄轴收到的力为F1=6.512N，力矩为M1=F1ⅹⅹ·m。七定位机构，打印机构受力分析1夹紧定位机构带轮与产品的摩擦系数μ=0.42，产品重为G=10N，则定位机构进展定位所需的力为F2=μⅹG=4.2N。定位机构传到曲柄轴的力矩M2=F2ⅹrⅹ·m。2打印机构打印机构所需的力F3=10N,传到曲柄轴的力矩M3=F3ⅹr3=10ⅹ·m。八曲柄轴受力分析因为产品在传送过程中不进展夹紧定位和打印，而打印过过程与夹紧定位过程是有重叠局部，所以曲柄受力分两局部。一是传送，二是夹紧定位和打印。夹紧定位和打印时所受最大力矩M4=·m。曲柄在一周期内收到的最大力矩Mma*=ma*[M1,M4]··m，功率为P=Mⅹωⅹ6.28=1.8375w。九减速器设计〔一〕设计设想我们设想设计一个两级的减速器，减速器出来后再经过一级传动传到曲柄轴，这样可以使整体构造紧凑，减少轴承联轴器的应用减少本钱。〔二〕电机的选择Pd1=P/ηη=η4轴承·η3齿轮·η联轴器查表可知η轴承=0.99η卷筒=0.96η齿轮=0.97η联轴器带入数得η=0.869Pd1而Td1ⅹPd1/n1=0.013993N·mnd=ia·n=(8～25)n=480～1500r/minYS45-1-2,功率Pd=10w>Pd1,转速ned=1440r/min，额定转矩Td•m>Td1i=nd/n曲轴=QUOTE1440/60=24选定减速器到曲轴的传动比为2，则减速器的传动比为ia=12i1i2ia=i1·i222i2=代入数据得：i2=3.038取i2=3i1=ia/i2=4〔三〕传动装置运动和动力参数计算1各轴转速的计算：n1=ned=1440r/min，n2=n1/i1=1440/4=360r/min，n3=n2/i2=360/3=120r/min2各轴功率的计算：p1=pd1·η联轴器=2.093wp2=p1·η轴承·η齿轮p3=p2·η轴承·η齿轮3各轴扭矩的计算T1=Td·η联轴器=13.881N·mmT2=T1·i1·η轴承·η齿轮T3=T2·i2·η轴承·η齿轮〔四〕齿轮的设计校核1齿轮的设计选材：查"机械设计"p161表10-1因为一级齿轮为中速中载，所以选高速轴齿轮的材料为40Cr钢调质260HBS。因为小齿轮要比大齿轮硬度高30～50HBS，所以中速轴大齿轮的材料为45钢调质230HBS。所以有图10-21〔机械设计〕查得бlim1=500MPa，бlim2=550MPa。因为中速轴的小齿轮为低速中载，所以选材为45钢调质240HBS。同样小齿轮要比大齿轮硬度高30～50HBS，所以低速轴大齿轮的材料为45钢正火210HBS。因为是标准系列减速器中的齿轮，所以选各齿轮精度为7级〔GB10095-88〕。因为各齿轮硬度小于350HBS,所以是闭合式软齿面，所以齿面点蚀是主要的失效形式。齿数设计：取高速轴齿轮齿数为z1=18，则中速轴大齿轮的齿数z2=i1·z1，z2=18ⅹ4=72中速轴齿数z3=18，则z4=z3·i2=183=54低速轴齿数z5=20，则z6=z5ⅹ2=402齿轮的强度设计与校核选定低速级齿轮模数为1，其余为2。齿面解除疲劳校核бH=EQ\r(EQ\f(2KT1(u+1),φdd1³u))ZHZE[бH][бH]=EQ\f(KNбlim,s)令Lh=8ⅹ250ⅹ24=48000则N1=60njLh=60ⅹ1400ⅹ1ⅹ48000=4ⅹ1010N2=101由图10-19〔机械设计〕查得KHN1=KHN2所以[бH]1=EQ\f(KN1бlim1,s)=EQ\f(ⅹ600,1)=510MPa[бH]2=EQ\f(KN1бlim2,s)=EQ\f(ⅹ550,1)a因为用直齿轮所以ZH由表10-6〔机械设计〕得ZEK=KAKVKαKθ=1ⅹⅹ1ⅹⅹ由式бH=EQ\r(EQ\f(2KT1(u+1),φdd1³u))ZHZE=бH=EQ\r(EQ\f(2ⅹⅹ13.881(4+1),³ⅹ4))ⅹ=2.04MPa<<467.5MPa所以解除疲劳强度符合要求。3弯曲疲劳强度校核由图10-18〔机械设计〕查得KFN1=KFN2再由图10-20〔机械设计〕查得бFE1=500MPaбFE2=380MPa根据式10-12〔机械设计〕得[бF]1=EQ\f(KF1бFE1,s)=EQ\f(ⅹ500,)MPa[бF]2=EQ\f(KF2бFE2,s)=EQ\f(ⅹ380,)MPa由表10-5〔机械设计〕查得YFa1=2.91YSa1=1.53YFa1YSa1YFa2=2.24YSa2=1.75YFa2YSa2由式бF=EQ\f(2KT1YFa1YSa,φdm2Z21)=EQ\f(2···,·13182)=1.18=MPa<<217.1MPa所以解除疲劳强度符合要求。4齿轮尺寸确实定精算齿轮分度圆直径：d=mzd1=mz=1ⅹ18=18mm，d2=mz=1ⅹ72=72mm，d3ⅹ18=27mm，d4ⅹ54=82mm，③中心距a的计算：a1=〔d+d〕/2QUOTE=〔20+72〕/2QUOTE=45mm同理可算出a2=54mm.齿面宽b的计算：b2=ψd·d1ⅹ18=9mmb1=b2+3=12mm同理，b4=ψd·d3取b4=b3=1635mm。综上所述，齿轮设计参数如下：z1=18，d1=18mm，b1=12mmz2=72，d2=72mm，b2=9mmz3=18，d3=27mm,b3=z4=54,d4=81mm，b4=mn1=1，mn2以上齿轮都是标准圆柱齿轮。十同步带设计〔设计所有图表均来自"机械识记手册"第二版，第四卷〕1设计参数由前面的设计可知传到带轮的功率为P=M3ωⅹ6.28=0.942w，n=60r/min,i=1,轴间距约为得a0=105mm，每天按8小时计。设计功率PdA=1.5，Pd=KAⅹ3选定带型和节距根据Pd=1.413w和n=60r/min，由图33.1-13确定为*L型，节距Pb=4带轮齿数z1,z2z1,=z2=10，此处取z1,=z2=155带轮节圆直径d=EQ\f(zPd,л)=EQ\f(,л)=a=6带速vv=EQ\f(лndr,60*1000)=/s7带长及齿数L0=a0+л(d1+d2)/2+EQ\f((d1-d2)2,4a0)=2*105+3.14*〔24.26+24.26〕+0=，由表33.1-47查得应选用带长代号位140的*L型同步带，其节线长LP=，节线长上的齿数z=708实际轴间距aa≈a0+〔LP-L0〕/2=105+(355.5-362.35)/2=9带轮啮合齿数zmzm=ent[z1/2-EQ\f(Pbz1,2л2a)(z2-z2)]因为z2=z2所以zm=ent[z1/2]=8根本额定功率P0P0=EQ\f((Ta-mv2)v,1000)aP0所需带宽bsbs=bs0EQ\r(EQ\f(Pd,KZP0))s0=，Kz=1所以bs=EQ\r(EQ\f(,))=由表33.1-48查得应选带宽代号为025的*L型带，其bs=带轮构造和尺寸传动选用的同步带为140*L025带轮：z2=z2=，da1=da2=0十一轴的设计轴的强度校核计算由前面可知轴受到的力很小，因此用弯曲强度降低需用扭转切应力校核计算。由于曲柄轴受到的扭矩最大，所以由式d≥A0A0ⅹ10-3Kw，n=60rad/min得126==3.9mm。由上式可知只要轴的直径大于就能满足要求。因此我们决定轴直径最小的是曲柄滑块机构交接处的直径为5mm。十二执行机构的设计1打印机构设计前面已经涉及到机构的选择，为凸轮机构。通过凸轮机构是从动件上下往复运动，而产品就在从动件下方，从而到达打印的目的。如图二2打印机构工作头设计我们设想是凸轮从动件就是工作头，只是打印图案局部—印章与从动件可别离，这样当要打印不同的印时只需把印章换下来就可以了。这样使机器的通用性更强。从动件也十分两局部，一个是活塞缸，一个是活塞。活塞缸从上往下依次图二装入活塞，弹簧然后把活塞缸口封紧。3定位夹紧机构设计定位夹紧机构也是凸轮机构，只是和打印机构不同的是：打印机构用的是凸轮径向的形状使从动件运动，而