平台印刷机课程设计说明书.doc

机械原理课程设计说明书题目：平台印刷机 学院：机电工程学院班级：11001602学号：1100160223姓名：韦广勇 指导老师：杨运泽 日期：2013年12月21日1、机械原理课程设计简介机械原理是一门以机器和机构为研究对象的学科。机械原理课程设计是将课堂上的知识转化为实践，将所学得机械基础理论运用于一个简单的机械系统中，通过机械传动方案的总体设计、机构分析和综合，进一步巩固掌握课堂教学知识，并结合实际得到工程设计方面的初步训练，培养学生综合运用技术资料，提高绘图、运算的能力。同时也提升学生的创新能力和动手能力。机械原理课程设计主要研究的问题是机构的参数和机构的各种特性，即机构分析和运动分析。然后根据机构的参数和特性来设计机构，包括机构的运动设计、机构的平衡设计以及速度的调节。计算机在课程设计中起到非常重要的作用，可以运用AutoCAD软件作图、Soliworks软件仿真等。2、课程设计的任务机械原理课程设计的任务是平台印刷机主传动机构设计。要求在一周的时间内，根据的要求，确定工作原理和绘图系统功能图，并编写设计说明书。根据课程设计的任务，对工作原理及工艺动作进行分解，其分解图如下：图1、平台印刷机的工作原理由印刷机的工作原理图可知，机器由一台电动机驱动，运动由电动机经过减速装置后分成两路，一路经过传动机构I带动版台做往复直线运动，另一路经过传动机构II带动滚筒做回转运动。当版台与滚筒接触时，在纸张上压印字迹和图形。3平台印刷机的设计过程3.1、平台印刷机的原始数据及设计要求（1）、要求构思合适的机构方案实现平台印刷机的主运动：版台作往复运动，滚筒做连续或间歇运动。（2）、为了保证印刷质量，要求在印刷过程中， 滚筒和版台之间无相对滑动，即在压印区段，滚筒表面的线速度和版台的移动速度相等。（3）、为了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速度变化限制在一定的范围内（应尽可能小）。（4）、设计参数：印刷生产率2000张/小时，版台行程长度730mm，压印区段长度440mm，滚筒直径232mm，电动机功率1.5KW，转速940r/min。（5）、要求机构传动性能良好，机构紧凑，制造方便。3.2、工作原理及工艺动作过程分析经过分析，印刷机印刷每一张的时间大概是1.8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。为了提高生产效率，因此要求机构的版台直线运动应具有急回特性。版台工作行程中有三个区段。在第一个区段中，送纸、着墨机构相继完成输纸、着墨作业，要求该过程中极其短暂；在第二区段，版台直线运动，滚筒和版台完成压印动作；在第三区段，收纸机构进行收纸作业，同时也要求该过程极其短暂。3.3、设计方案的论证在设计过程中应该考虑多种机构方案，每一种方案都应该达到设计要求，然后根据各种方案的优缺点选择最终方案，使设计机构达到最优。3.3.1、版台运动机构方案（1）几何封闭的凸轮机构：在上述讨论中，要求版台具有匀速和急回特性，而凸轮容易满足上述要求，且设计简单。设计方案如下图所示：V 版台图2、几何封闭凸轮推动版台运动机构这个方案的优点是容易实现版台的匀速和急回运动，制造简单，成本低。缺点是凸轮机构不适用于高速运转的机构中。（2）六杆机构的结构：该机构简单，加工制造容易，且有急回特性和扩大行程的作用。设计方案如下图所示：图3、六杆机构该机构优点是机构简单，加工容易，有急回特性。缺点是构件数较多，机构刚性差，难实现匀速运动，不适合用于高速运动，而且该机构的分析计算复杂，在设计时容易出错。（3）、曲柄滑块和齿轮齿条组合机构：该机构是由曲柄滑块机构和齿轮齿条机构串联而成，下齿条固定，上齿条和版台固连，由上齿条带动版台的直线运动。设计方案如下图所示：图4、曲柄滑块-齿轮齿条机构该机构的优点是版台的行程是齿轮铰链中心行程的两倍，容易实现，且有急回特性。缺点是难实现完全的匀速运动。3.3.2滚筒回转机构方案（1）、在版台上增加齿条，当版台运动时带动滚筒回转，即滚筒随版台的运动而运动，这样容易实现滚筒的线速度与版台的移动速度一致，提高印刷质量。但在版台空回时，滚筒应停止转动，否则影响送纸机构的输纸作业，在该机构中很难实现。该机构设计方案如下图所示：图5、齿轮齿条机构该机构的优点是因由版台带动滚筒，只要设计合理的传动比，容易实现版台与滚筒的速度一致，提高印刷质量。缺点是因版台具有急回特性，急回时速度较大，使版台与滚筒在急回瞬间冲击过大，产生噪声大，容易损坏机构。（2）、如下图所示，由电动机直接通过齿轮减速后，由齿轮机构直接带动滚筒，因而转速是常量。容易实现与版台的移动速度同步。滚筒图6、齿轮减速机构该机构的优点是速度均匀，传动稳定。但缺点是齿轮成本较高，占用空间较大。（3）、滚筒不定轴机构：如下图所示滚筒与机架连接部分的示意图，轴搭在机架上，在推程时匀速向右运动，正常运转；在回程过程中，由于急回时有很大的加速度，加速度在斜槽的方向上有分量使滚筒与版台分开。但是最大的问题就是不稳定，噪声过大，滚筒易损坏。图7、压印实例分析图3.3.3送纸、收纸机构方案送纸、收纸机构适合采用传送带机构。该机构简单，容易控制传送的速率，且成本低、效率高。3.3.4着墨机构方案根据设计要求可知，版台在压印之前必须对版台着墨，而且该过程必须要迅速、均匀。因此可以采用滚筒式的着墨刷进行着墨，由版台带动着墨滚动。着墨既均匀而且不影响印刷的效率及质量。3.3.5减速装置机构方案（1）、皮带轮减速该机构的优点是：皮带轮传动能缓和载荷冲击，运行平稳、低噪声、低振动，结构简单、调整方便。而且皮带轮传动具有过载保护的功能，两轴中心距的调节范围较大。但缺点是皮带轮传动有弹性滑动和打滑，传动效率较低和不能保持正确的传动比，而且皮带易损坏，寿命短。（2）、齿轮组合减速该机构的优点是：齿轮的承载能力强，使用寿命长，具有精确的传动比，运行平稳。缺点是：齿轮的抗震性能不好，噪声较大，齿根易断裂，成本较高。3.4、平台印刷机的设计方案综合考虑后优缺点之后，最终确定平台印刷机的方案如下：3.4.1印刷机压印执行部分实际方案版台的直线匀速移动采用几何封闭凸轮机构，滚筒通过电动机减速之后直接带动，机构如下图所示：版台固连在一端可以稍微按一定周期性上下移动的机架上，机架的上下移动通过一个几何封闭凸轮带动机架移动。版台通过槽与机架连接，直线匀速运动通过另外一个几何封闭凸轮实现，版台直线运动时，机架通过凸轮保持不变；版台急回时，机架通过凸轮向上运动，从而实现版台与滚筒的分离，使两者在急回时互不影响。为了保证在急回时版台能准时抬起，使版台与滚筒之间不产生摩擦，两个凸轮的是转速一致。滚筒通过定轴固定在机架上，然后由电动机减速后直接带动。版台的行程为730mm，压印区段长度是440mm。每印刷一张的时间是1.8秒。在上述机构中，匀速运动的时间为1.1s，则要求凸轮在00至2200这个区间内推动版台匀速运动，即版台的速度约为0.608m/s，在2200至240是远休止。又因为滚筒的直径是232mm，所以为了保证滚过的线速度与版台的移动速度一致，由公式=v/r算得滚筒的转速为=5.24rad/s。3.4.2传动部分设计方案（1），电动机的选择：由设计要求参数可知，电动机的功率为1.5kw，转速为940r/min。（2）、减速装置设计平台印刷机的生产率是2000张/小时，平均每分钟的印刷数是33.3张，则要求几何封闭凸轮的转速是33.3r/min，减速装置相对于凸轮的减速传动比是28.2。又因为滚筒的直径是232mm，所以为了保证滚过的线速度与版台的移动速度一致，要求滚筒的速度为=5.49rad/s。换算成转速是50r/min，则减速装置相对于滚筒的减速传动比是18.2。根据上述情况，可通过多级减速实现上述减速传动比。根据以上传动部分分析，减速装置传动机构简图如下：在该机构中，考虑到机构的综合性能。先通过齿轮组合实现传动比i=18.2的减速，可以提高传动效率。又因为滚筒与凸轮的距离较远，使用齿轮传动不方便，而且价格较昂贵、占用空间大，所以在滚筒与凸轮之间通过皮带传动实现传动比i=28.2，使用方便、成本低。在两个凸轮之间，为了保证两者的转速一致，因此采用齿轮组合传动，其传动比i=1。3.4.3、齿轮及齿轮组合设计在上述传动部分综合考虑后，齿轮的模数是5，电动机直接带动的齿轮的齿数Z1=30。在第一、二级的减速中，先实现i=3的传动比，第三级的减速中再实现i=2.1的传动比。在第四级皮带的减速中实现i=1.55的传动比即可达到机构的减速传动比。由公式i=z2/z1和d=mz可得到各个齿轮的参数如下表：表1、各个齿轮参数齿轮序号齿数齿轮分度圆直径（mm）传动比130150329045033015034904505301502.1662310表2、皮带轮参数皮带轮序号皮带轮直径（mm）传动比11551.5522403.4.5凸轮的设计（1）、推动版台直线匀速运动的凸轮设计：在00至2200这个区间内推动版台匀速运动，2200至2400推杆处于远休止，将推杆速度减小到0，在2400至3600版台具有急回特性。在急回时为了减小回程时的噪声、振动，保证在回到起始点的速度尽量小，便于往返运动，凸轮在回程时应该设计为等加速等减速运动。匀速运动公式：s=h/0v=h/0a=0式中：h 推杆的推程 W 凸轮的转速 0推程的转角（02200）在远休止时：S=hV=0a=0在回程等加速运动公式：s=h-2h2/02v=-4h/02a=-4h2/02 在回程等减速运动公式：s=2h(0-)2/02v=-4h(0-)/02a=-4h2/02式中：h 推杆的行程 W 凸轮的转速0回程的转角 00/2通过计算得到凸轮的数据如下：推程h、速度v、加速度a的变化曲线如下：利用作图法可得凸轮轮廓如下图所示：（2）、提升版台的凸轮设计：在上述要求中，00至2400版台高度固定不变，即保持推程h不变。在急回时，推程h减小，版台抬起。凸轮的推程h、速度v、加速度a的变化曲线如下所示：通过作图法仿真的凸轮轮廓曲线如下图所示：3.5输纸、收纸、着墨机构设计（1）、输纸、收纸机构输纸、收纸可通过固定在机架上的皮带机构来实现，为了保证印刷的质量，送纸皮带的速度应和版台的速度尽量一致（也可控制在一定范围内，但不能相差太大）。皮带将纸张输送到滚筒与版台的接触点上，然后由版台与滚筒的摩擦力带动纸张向前运动。当印刷完以后，纸张由于自身的重力作用落在收纸的皮带上。由于在收纸的皮带上压印面朝上，不管墨迹干与否，不影响印刷的质量。最后传送皮带将印刷品传送到回收机构中（在这里不再讨论回收机构）。（2）、着墨机构在机构中采用滚筒式着墨机构，该机构是一个滚筒式墨刷，通过固定轴固定在机架上。墨刷顶部与版台相切（版台在直线匀速运动时），底部沉浸