自动打印机运动方案设计说明书.doc

自动打印机运动方案设计说明书目录前 言21、设计题目及要求31.1、 题目：题目18 自动打印机31.2、 工作原理及工艺动作过程31.3、 原始数据及设计要求31.4、 设计任务32、设计方案选择42.1、设计方案一42.1.1、送料机构曲柄滑块机构42.1.2、打印机构、工作台空间四杆机构与棘轮机构串联42.1.3、输出机构直接在工作台上开槽42.1.4、运动方案一总结52.2、设计方案二52.2.1、送料机构凸轮机构52.2.2、打印机构、工作台直动凸轮机构、简单平板52.2.3、输出机构凸轮机构62.2.4、运动方案二总结62.3、设计方案三62.3.1、送料机构对心曲柄滑块机构62.3.2、打印机构、工作台装有印子的圆盘和齿形传送带72.3.3、输出机构凸轮机构和槽轮机构72.3.4、设计方案三总结72.3.5、最总具体方案选定73、所选方案的具体设计83.1、印轮尺寸计算83.2、皮带轮的计算83.3、曲柄的计算83.4、槽轮的计算93.5、凸轮的计算93.6、传动比计算93.7、工作循环图104、机构运动学分析114.1、曲柄滑块分析114.2、印轮线速度分析和皮带轮的线速度分析124.3、凸轮推杆速度加速度分析134.4、槽轮运动分析145、机构简图156、爆炸视图157、小组总结及自评168、参考资料17前 言从古到今，科技随着人类的发展而不断的进步，从原来的手工制作到现在的自动化生产，从原来的低效率低产量到现在的高效率高产量，我们的机械设备日新月异。应不断提高的产品质量需求，对于机械设计的要求，也需要追求质的飞跃。此次的机械原理设计课程的题目是自动打印机。自动打印机是一种对于包装好的纸盒上，为了某种需要而打印一种记号的自动化装备，整个生产过程包括送料到打印工位打印记号将产品输出。根据打印机的具体要求，结合本学期所学的机械原理理论知识，三套能完成所需功能的运动方案应运而生。对于所设计方案的不断分析和改进是课程设计过程中必不可少的环节。根据机器功能的各项要求，总结各个方案的优缺点，我们顺利确定了主方案。主方案包含了机械原理课程中所学的各种特征机构，也体现了我们对于传统机构的完善和创新，是理论和实际运用的完美结合。经过精心设计和不断完善，我们的自动打印机顺利完成。在本说明书的各个章节，将对整个设计过程做详细的介绍，并对机构特点，机构运动规律等多个方面进行介绍。对于理论知识的实际运用是整个设计过程的核心。课程设计的最终目的即时将所学的基础理论融入到现实生活的运用中，从实际出发深入理解理论知识。从分析课题，思考方案，推陈出新，到最后的造型，运动分析，和经验总结，每一个步骤都贯穿着我们对于理论知识更深入的理解。另外，课程设计对于造型的要求也非常高，因此，也让我们对于三维造型软件的操作能力有了极大的提高。 编 者 2007年1月于上海 1、设计题目及要求1.1、 题目：题目18 自动打印机1.2、 工作原理及工艺动作过程对于包装好的纸盒上，为了商品的某种需要而打印一种记号。它的动作主要有三个：送料到达打印工位；然后打印记号；最后将产品输出。1.3、 原始数据及设计要求1）纸盒尺寸：长100150mm、宽70100mm、高3050mm;2）自动打印机的生产率：80次/min；3）驱动电机：Y90S4，功率N=1.1KW，转速n =1400r/min。1.4、 设计任务1）执行机构选型与设计：构思出至少3种运动方案，并在说明书中画出运动方案草图，经过对所有运动方案进行分析比较后，选择其中你认为比较好的方案进行详细设计，该机构最好具有急回运动特性。2）传动系统的设计，齿轮机构、凸轮机构、连杆机构的设计，包括尺寸设计3）用ADAMS或SOLIDWORKS软件对机构进行运动仿真4）用ADAMS或SOLIDWORKS软件对机构进行运动学分析，并画出输出机构的位移、速度和加速度图。5）画出最终方案的机构运动简图。6）撰写设计说明书2、设计方案选择2.1、设计方案一2.1.1、送料机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构作为送料机构的优点：结构简单；由于滑块做平面直线运动，所以输送物件平稳。缺点：曲柄滑块机构不能实现间歇运动，与之配合的工作台结构要求复杂，且不具备急回运动特性，导致生产效率降低。2.1.2、打印机构、工作台空间四杆机构与棘轮机构串联此机构中，转盘式工作台与棘轮固联，ABCD位移空间四杆机构。滑块D作为主动件。当滑块D上升时摇杆AB顺时针摆动，并通过棘爪带动机轮和工作台顺时针转位。当冲头下降进行冲压时，摇杆逆时针摆动，则棘爪在轮上滑动，工作台不动。此机构虽然实现了间歇运动，但对于自动打印机这样一个机械来说似乎“大材小用”了。而且此机构在造型时较为复杂，增加了工作量。2.1.3、输出机构直接在工作台上开槽物件运动到工作台上开槽处，直接沿槽输出，这样使整个机构结构紧凑，减少单独的机构数，造型方便，且节约成本。2.1.4、运动方案一总结此方案能够实现自动打印机的三个主要动作，但是不具有急回运动特性，会影响机械的生产效率；且棘轮部分造型较为复杂，工作量增加，导致生产成本增加。考虑到物件的尺寸大小，需要棘轮面积大，工作台大，占用空间过大。因打印机构是由连杆传递运动的，此机构最大的问题还在于，要求连杆的刚性非常高，且不易控制打印机的轻重，很可能导致工件的损坏。2.2、设计方案二2.2.1、送料机构凸轮机构凸轮作为整个机构的主动件输出运动。此机构是对摆动凸轮机构的扩展，从而在保证摆杆摆动角度一定的情况下，改变摆动的方向，实现预期运动的效果。此机构的优点：凸轮在其近休止和远休止时有一定的停歇时间，从而保证了打印时工件处于静止状态；其次，在设计时，使其推程运动角大于回程运动角，这样就可以方便的使送料机构具有急回运动特性，提高机械生产效率。但此机构的缺点在于：直角摆杆推动物件时，轨迹为一圆弧，使得输送不平稳，且凸轮的计算、设计均较复杂，增加了工作量。2.2.2、打印机构、工作台直动凸轮机构、简单平板此图为实际机构的左视图，是比较好的选择。理由如下：改变凸轮轮廓，即可改变打印锤的上升、下降速度。以余弦函数来设计凸轮齿廓，可使该机构消除刚性冲击，仅存在柔性冲击。同样，在设计的时候注意推程运动角和回程运动角之间的大小关系，就可使该机构有急回运动特性，从而提高机械效率。工作台为一简单的平板，造型简单，制造工艺简洁。而且尺寸大小居中，适合于打印机构的外形特点。但是，此工作台与滑块间如果摩擦较小，由于工件存在惯性，有可能导致在打印记号时对位不准，影响整批工件的外观、质量。2.2.3、输出机构凸轮机构因为输出运动为输入运动的反过程，所以输出机构与送料机构选择同样的（扩展）摆动凸轮机构。这样可以减少设计工作量，且对称结构往往给人以简单紧凑的感觉。此机构作为输出机构的优点和缺点同它作为送料机构的类似，这里就不做详细分析了。2.2.4、运动方案二总结此方案能够实现自动打印机的三个主要动作，具有急回运动特性，可提高机械生产效率。利用凸轮机构的远休止和近休止，容易实现间歇运动。利用凸轮轮廓线（余弦），可使整个机构有效的避免刚性冲击，使机构寿命延长。缺点则是：第一、凸轮设计计算机造型较为烦琐，使工作量增大；第二、此机构送料不平稳，打印时不易对中，易造成大批产品由于外观不合格而废弃，导致成本增加，效率降低。2.3、设计方案三2.3.1、送料机构对心曲柄滑块机构用对心曲柄滑块机构作为送料机构时（曲柄连主轴作为这个打印机构的运动输入），综合了方案一，方案二的优点，也弥补了方案一中的运动效率低的缺点，因为对于对心曲柄滑块机构不用过多考虑曲柄的正反转的问题，且速度较有急回特性的偏置曲柄滑块机构等较为平稳，只要齿轮的啮合传动比满足要求即可。综上选择对心曲柄滑块机构有如下优点：第一，传动比的计算比较简单。第二，速度平稳，正反行程的速度一样，对于改装或拓展机器减少了不必要的麻烦。2.3.2、打印机构、工作台装有印子的圆盘和齿形传送带印轮和齿形带的传送通过齿轮传动，动力由主轴输出。选择装有印子的圆盘的理由在于：周转运动的机构比起直动运动的机构效率比较高，并且制造简单，只须加工带有特殊印记得印子就可，通用性比较高。若在圆周上适当多装几块印子便可称配提高打印效率。另外对于齿形传送带的选择理由是，减少机构的空间位置，只要恰当调整皮带轮的转速便可以适当箱子不会再打印和传输过程中产生累计误差。另外对于不同尺寸的箱子均可以打印上记号，方法简单可靠。只要适当调整印轮的高度和皮带轮的转速便可以完成任意一种大小的箱子打上印记的工作。2.3.3、输出机构凸轮机构和槽轮机构此凸轮机构和槽轮机构也是通过齿轮传统，动力由主轴输出。凸轮满足如下动作最高位置停顿（接传送带上的货物），匀速下降，最低位置停顿（由槽轮上的“拨杆”将箱子拨到其他地方）。由于此机构传力不大，因此可以在设计方面过多的考虑运动方案，压力角可以较大些。槽轮只要满足动（拨动箱子），停的动作即可。此装置的设置对于皮带轮的运输和流水线的后续工作起到了承上启下的作用。不影响整个机构的运动。2.3.4、设计方案三总结此方案综合了上述两种方案的优点，弥补了某些机构的缺点，效率整体提高，打印的箱子的尺寸范围较上述两种有了一定的提高，由于采用回转打印的方式，查了众多的方案设计此种方案创新性较高。对于机器的后续拓展留了很多的便利条件。此机构的主要动作有：具有运动相对平稳运动的曲柄滑块机构，做直线运动的直动偏置凸轮机构，做具有间歇运动的槽轮机构，做匀速回转运动的皮带轮和印轮。此方案的运动设计较为简单，运动配合较多，因此计算较为繁杂。2.3.5、最总具体方案选定综上所述，通过三种设计方案在优缺点的比对，运动的可靠性，设计的新颖性，我们最终选定方案三为最终方案。所选方案的具体设计3、所选方案的具体设计3.1、印轮尺寸计算若完成规定的要求80次/min，设计在印轮上装有四个印记，因此可以求出印轮的转速n=20r/min=r/s，因此可知转速为rad/s。另外设每个箱子的中心距为160mm，由几何关系可知：当印轮转过弧度时所对应的弧长等于箱子的中心距，因此有（其中r为印轮的半径）可知，r=mm。由以上参数可知mm/s（印轮的线速度）。3.2、皮带轮的计算由运动要求可知，设计需要传动轴的直径为d=40mm，所以可以知道rad/s，。3.3、曲柄的计算曲柄的安装位置距船速带的距离为曲柄长度，连杆长度，滑块长度的和。有运动关系可知引论每转过圈需要印一个箱子的印号，曲柄需要转一圈推动一个箱子，因此可以得出曲柄的转速为印轮转速的4倍，即n=80rad/min=rad/s。3.4、槽轮的计算为了提高槽轮的效率，通过满足我们的设计要求，因此定槽轮的槽数为5，拨盘拨柄为2，可以计算出动停系数为k=0.6。3.5、凸轮的计算由箱子间的中心距关系可以求出，凸轮转一圈的时间为t=0.75s，由此得出，。由设计要求定得，（上升接箱子的时间），(下降送箱子的时间)。计算得出 ，。运动规律定为：推程运动为等加速等减速，回程运动为匀速运动。3.6、传动比计算。推程运动：/（）04.89.614.419.22428.833.638.443.248s/mm014916253441461950回程运：/（）010.3520.731.0541.451.7562.172.4582.893.15103.5s/mm504540353025201510503.7、工作循环图1）、印轮和皮带轮连续运转使得箱子平稳的完成输送和打印动作。2）、曲柄滑块机构中的曲柄在转四圈时，印轮转一圈，完成推动一个箱子的过程。3）、凸轮槽轮机构中，当箱子被打印完一个印记后，凸轮转一圈，使得箱子从皮带轮上转移到后续机构中，槽轮则完成一次拨动。4）、连续循环过程如上。皮带运转印轮转一圈曲柄转一圈同左同左同左推杆停升停降同左同左同左槽轮转72度停同左同左同左4、机构运动学分析4.1、曲柄滑块分析由于我们采用的是对心曲柄滑块机构，因此用ADAMS做了滑块随曲柄角度变化的分析。分析如下：4.2、印轮线速度分析和皮带轮的线速度分析由设计要求可知，ADAMS仿真如下：4.3、凸轮推杆速度加速度分析由所学过的知识，我们知道在推程过程中我们采用了等加速度等减速度的运动规律，目的在于快速上升去接传送带传送下的箱子，回程采用了匀速运动规律，目的在于使得在下降过程中的像在平稳落下。用ADAMS仿真规律如下图：4.4、槽轮运动分析由已知条件，我们只做了入土地槽轮机构，ADAMS仿真分析如下图。5、机构简图6、爆炸视图7、小组总结及自评通过这十几天的锻炼，我们三个形影不离的好友，共同完成了自动打印机的设计、制造、装配以及最终实现运动的机构，圆满地完成了这次机械原理课程设计。有过艰难、有过着急、有过争执但是，我们团结一致的信念却从未动摇过，当我们一步一步慢慢接近目标的时候，我们着急、郁闷、烦躁、不安的情绪越来越变得平静随和了。在此次的机械原理课程设计中，我们对于某些机构的原理知识，有了更高有一层的认识，有感性的认识变为了理性的理解以及掌握。在设计过程中我们对于CAD软件的使用变得越来越熟练，用于仿真分析的ADMAS也更加娴熟系统了。理论设计是我们的强项，一开始我们的方案不下五种，但通过比对选择了上述三种，经过老