平台印刷机课程设计说明书.doc

一、设计要求及任务分析1.设计题目：平台印刷机（低速型）2.工作原理及工艺动作过程的分析在仔细分析了任务书之后发现，即使是低速型的印刷机印一张纸的时间也仅仅是1.8-1.875秒，这需要一个极其高级精密的送纸、着墨、收纸机构的支持，并且这两个过程都是很短暂的，在此暂且不谈，本题目主要考虑版台的传动机构及滚筒的传动机构（如图下所示）。设计时应该体现出压印时的匀速、版台返回时的急回。整部机器中各机构的运动均由同一电动机驱动。运动由电动机经过减速装置后分成两路，一路经传动机构带动版台作往复直移运动，另一路经传动机构带动滚筒作连续回转运动。当版台与滚筒接触时，在纸张上压印出字迹或图形。版台工作行程中有三个区段。在第一区段中，送纸、着墨机构相继完成输纸、着墨作业；在第二区段，滚筒和版台完成压印动作；在第三区段中，收纸机构进行收纸作业。 第一与第三区段是极其短暂的。平台印刷机工作原理3.设计要求与技术条件平台印刷机的主运动：版台的往复直线移动及滚筒连续的转动；为保证印刷质量，要求在压印过程中，滚筒与版台之间无相对滑动，即在压印区段滚筒表面的线速度必须与版台的移动速度相等；为保证整个印刷幅面上的印痕浓淡一致，要求版台在压印区内的线速度变化尽可能小；本平台印刷机所要求实现的生产率，即每小时印刷的张数为19202000，版台的行程长度为730 mm ，压印区段长度为440 mm ，滚筒直径为232 mm ，电机功率1.5 kw，转速940 r/min。要求机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。二、设计思想初次设计，参考了课程设计指导书，认为应该遵循设计时的一些原则。1.执行系统：应尽量简化和缩短运动链，使结构简单、空间布局紧凑，重视安全因素。2.传动系统：应该考虑符合执行系统的工况要求并与原动机的机械特性相匹配，考虑工作要求传递的功率和运转速度，考虑提高传动效率，考虑结构布置，考虑经济性，考虑机械安全运转和环境条件。其次，个人也有一些具体想法。1.为了提高印刷效率，版台必须急回，而送纸着墨收纸其实是一个非常短暂的过程，设计时几乎可以忽略。可以考虑水平凸轮或者偏置曲柄带动版台。2.如果滚筒不能保证和版台在任何时候都有相同的线速度，可以考虑离合装置适时把滚筒与传动齿轮脱离。如果设计时就能保证滚筒和版台没有相对线速度，则可以允许滚筒连续转动以便简化装置。3.按照每小时印2000张的速度计算，滚筒的转速是33.33 r/min，而电机的转速是940 r/min，传动比为28.20，传动比不是很大，所以不应该有大小相差很大的两个齿轮，况且原则上也是应该尽量避免这种情况的。三、参考设计方案 在整个设计过程中考虑了许多机构，这些机构能够达到要求，但是由于这些方案都存在一些缺点，没能成为最终的方案，而这些方案的思路是可以应用到其他设计中的，现列举一些。1. 版台运动执行机构选型凸轮机构：考虑到版台的运动比较复杂，需要有匀速和急回，而凸轮能满足这样的条件，所以设计出如下图的方案。这个方案的优点是能够通过设计凸轮轮廓线来实现版台的匀速、急回运动。缺点是需要一根很长、质量很高的弹簧，实际运行中弹簧容易疲劳以至破坏，这个方案成本很高。六杆机构的结构比较简单，加工制造比较容易，且有急回特性和扩大行程的作用，但由于构件数较多，机构刚性差，不宜用于高速；此外，此机构的分析计算比较复杂。曲柄摇杆-齿轮齿条组合机构：通过摇杆的摆动控制齿轮的左右移动，这种机构类似于六杆机构，加工比较容易，有急回，但是不宜用于高速。机构分析的计算比较复杂。曲柄部分会承受很大的力，这对曲柄的材料就有一定要求，也应该考虑一下经济性。曲柄滑块-齿轮齿条组合机构组合机构由偏置曲柄滑块机构与齿轮齿条机构串联而成。下齿条是固定的齿条，上齿条是移动的双面齿条且和版台连接。滑块的速度恰好是版台的2倍，且有急回。2. 滚筒回转机构选型转停式滚筒的齿轮齿条传动机构：由版台上的齿条带动滚筒上的齿轮实现版台和滚筒间的纯滚动。该机构结构简单，易于保证速度同步的要求。但当版台空回时，滚筒应停止转动，因而需要增加滚筒与版台间的脱离机构，以便版台空回时滚筒与版台脱离。滚筒与版台运动的脱离装置可采用棘轮式超越离合器，如右图。当1与2大小不同或者方向相反时，滚筒外圈与内圈的齿轮脱离，达到转停的效果，但由于滚筒时转时停，惯性力矩较大，故不宜用于高速印刷场合。这个机构只是让滚筒外圈与齿轮脱离，脱离后滚子随着版台运动，本质上并不能解决与版台脱离的问题，可以再加一个机构使滚筒在周期内固定部分停住，并且把运行到这部分时滚筒与版台接触的那部分削平一些，但是应该注意的是，计算时保证这部分不在压印区。齿轮不定轴机构右图是滚筒上齿轮与机架连接部分机架的示意图，轴搭在机架上。在推程时加速度向右，正常运转；回程过程中，由于急回时有很大的加速度，加速度在斜槽方向有分量使滚筒和齿轮与齿条分开。这个机构利用加速度使齿轮与齿条分开，但是最大的问题就是不稳定，噪声大，易磨损。可以加些缓冲机构。利用凸轮控制滚筒和齿轮的轴，如右图，在滚筒回程时将滚筒抬起。这样个机构的缺点是机构很不稳定，有波动，在高速运行中容易出现问题。且在滚筒质量无法确定的情况下，难以确定滚筒的运动情况。四、平台印刷机（低速型）的设计方案综合考虑优缺点之后，最终确定平台印刷机的方案如下。1. 版台运动执行部分设计方案：采用曲柄滑块机构，如下图，它的下齿条是固定的，上齿条是双面可移动的，齿条侧面连接版台，齿条上面是与滚筒同轴的定轴齿轮，齿轮的分度圆与滚筒外圈大小相等，以保证滚筒与行程的匹配，整个过程中滚筒和版台没有相对速度，滚筒连续转动。滚筒抬起的机构可以选择参考方案中的滚筒选型方案2,回程时借助加速度分量使滚筒脱离，根据实际滚筒的质量和加速度的曲线可计算出斜槽的角度。印刷区段440 mm，版台行程730 mm，印刷区占版台的60%，换算成角度217，所以要求曲柄滑块的滑块在217的范围内基本匀速，以保证印刷质量。2.传动部分设计方案：电动机的选择：设计要求电动机的功率为1.5 kw，转速940 r/min，查阅资料后，选择了y100l-6型电动机。减速装置：低速型平台印刷机要求实现的生产率为19202000张/小时，平均每分钟印3233.3张，则曲柄滑块机构中的曲柄的转速应为3233.3 r/min。减速装置的减速传动比应该在28.2029.38之间。根据此情况确定减速装置分3级，第一级减速采用带传动，减速传动比为i1=4，第二级采用单级齿轮减速，传动比为i2=4，第三级单级齿轮减速，减速比为i3=1.79,总减速传动比确定为28.64。实际会有重力、摩擦等外界因素，传动比在28.64小范围内波动，可以符合设计要求。根据以上传动部分和执行部分的方案，绘出总体机构简图如下图：主视图：侧视图：五、传动部分机构选择及具体的尺寸计算：第一级减速部分：电动机带动直径200mm的轮子与直径为800mm的轮子组成第一级减速部分，传动比为i1=4。第二级减速部分：由分度圆直径180mm的齿轮和分度圆直径720mm的齿轮组成，传动比i2=4。模数m=9，压力角=20，齿数z1=20，z2=80。全部使用标准件。第三级减速部分：由直径分度圆240mm的齿轮和分度圆直径430mm的齿轮组成，传动比i3=1.79。模数m=10，压力角=20，齿数z3=24，z4=43。全部使用标准件。六、执行部分机构选择及具体的尺寸计算：1曲柄滑块：根据对曲柄滑块运动速度的要求，理想的曲柄滑块中滑块的曲线需要有至少三分之二的行程速度恒定，另外三分之一的部分速度急剧变化。机构利用机械原理课程设计一书中附带的软件模拟曲柄滑块的尺寸和运动情况。首先任意选取曲柄长度，在此确定为1.8m，连杆长度和滑块的偏心距是需要试值的，如果所试的值无法正常运转软件会有提示。假定偏心距为1 m，多次取连杆长度，观察滑块的速度曲线，反复尝试。也可以假定连杆长度，变换偏心距。多次尝试后，得到下面一种组合我认为能够满足设计要求：曲柄：1.80m连杆：2.95m偏心距：1.0264m程序操作图如下：a图b图c图d图e图a图为机架与曲柄间的转动副的数据。b图为曲柄的数据c图为曲柄与连杆间的转动副的数据d图为连杆的数据e图为滑块的数据模拟后，得到的数据列表如下：序号曲柄角度点x坐标（m）点y坐标（m）点x速度（m/s）点y速度(m/s)点x加速度(m/s2)点y加速度(m/s2)062.33.55011.0264-46.981.00e-05-18251.00e-05177.33.07261.0264-57.951.00e-05-913.51.00e-05292.32.59341.0264-61.641.00e-05-33.581.00e-0531072.15091.0264-59.071.00e-05629.141.00e-0541221.76481.0264-52.471.00e-05970.041.00e-0551371.43931.0264-44.361.00e-051025.31.00e-0561521.16871.0264-36.551.00e-05916.391.00e-0571670.94431.0264-29.881.00e-05755.371.00e-0581820.75771.0264-24.461.00e-05606.531.00e-0591970.60251.0264-20.091.00e-05497.651.00e-05102120.47611.0264-16.381.00e-05444.341.00e-05112270.38151.0264-12.781.00e-05476.091.00e-05122420.33631.0264-8.3281.00e-05686.991.00e-05132570.40141.0264-0.5421.00e-051403.91.00e-05142720.73851.026417.9691.00e-053595.11.00e-05152871.4331.026459.0761.00e-056084.41.00e-05163022.26651.026496.1561.00e-052591.41.00e-05173173.05231.0264102.861.00e-05-534.91.00e-05183323.69931.026491.8751.00e-05-20541.00e-05193474.1591.026471.8631.00e-05-28821.00e-05203624.40851.026446.9631.00e-05-33011.00e-05213774.44591.026420.0971.00e-05-33801.00e-05223924.28931.0264-6.111.00e-05-31391.00e-05234073.97431.0264-29.191.00e-05-26021.00e-05244223.55011.0264-46.981.00e-05-18251.00e-05程序输出曲线为：由表中可知滑块的行程为4.41227m，而本设计需要的行程为370mm，比例为11.925，根据这个比例关系，把模拟的曲柄滑块按比例缩小，得到需要的曲柄滑块数据为：曲柄151mm，连杆247mm， 偏心距为86mm。2.双面齿条：比730mm略大一些即可。齿条连接版台，版台与齿条同步运行。3.齿条上侧的齿轮：直径232mm，与滚筒同轴，带动滚筒运行，与版台同步，滚筒跟版台接触点的线速度与版台速度保持相等。七、执行部分的运动情况：通过电动机动力和多个齿轮间的减速传动，最终使曲柄滑块机构转速恒为4=32.82r/min，b点线速度为4.325 m/s1.关于滑块的运动情况，根据模拟的数据换算列表如下曲柄角（度）点x坐标（mm）点x速度（m/s）点x加速度(m/s2)377372.821.685-283.438392359.69-0.512-263.229407333.27-2.448-218.197422297.70-3.940-153.04062.3297.70-3.940-153.04077.3257.66-4.860-76.60492.3217.48-5.169-2.816107180.37-4.95352.758122147.99-4.40081.345137120.70-3.72085.97915298.00-3.06576.84616779.19-2.50663.34318263.54-2.05150.86219750.52-1.68541.73221239.92-1.37437.26122731.99-1.07239.92424228.20-0.69857.60925733.66-0.045117.72727261.931.507301.476287120.174.954510.222302190.068.063217.308317255.968.626-44.855332310.217.704-172.243347348.766.026-241.677362369.693.938-276.813根据数据得出结论，在起始点时曲柄与水平轴线(负)的夹角为17。以曲柄转动角度为x轴，做出如下三个曲线。位移曲线：从17到240为推程部分，从240到377为回程部分。速度曲线：从17到240速度变化较小，可以取这部分为推程印刷部分，且纸越靠近240越好。加速度曲线：2.关于版台的运动情况根据定滑轮原理可知版台的速度和加速度是滑块的2倍，这一点经过软件试验，也通过计算得出结论。以滚筒转动的角度为x轴，绘出版台的速度和加速度的曲线如下：版台的速度曲线：版台速度恰好是滑块速度的2倍，从17到240速度变化较小，可以取这部分为推程印刷部分，且纸越靠近240越好。版台的加速度曲线：从240到377加速度变化很大，恰是版台急回过程，240之前加速度变化很小，且在0线附近。综合上述曲线，曲柄滑块机构是可以满足设计要求的。八、关于着墨、送纸、收纸部分的说明在设计之初已经提到，着墨、送纸、收纸这三个过程是很短暂的，根本无法人工完成，可借助其他机构。并且考虑滑块的远休近休是非常不必要而且不经济的。分析版台的速度曲线，确定在机器正常运行的过程中233240的范围内收纸，017的范围内着墨、送纸，最佳状态为240时收纸，24时送纸，因为在24240时滑块的速度最稳定，特此说明，在运动循环图部分将不再赘述。再次重申着墨、送纸、收纸的过程很短暂，不需过多考虑。九、运动循环图版台压印和返回是一个运动循环。应保证印刷机在印刷运动循环中，版台与滚筒的动作在时间和位置上的