平台印刷机主传动机构运动简图设计.doc

第 1 页 共 21 页 机械原理课程设计说明书机械原理课程设计说明书 平台印刷机主传动机构运动简图设计平台印刷机主传动机构运动简图设计 设计名称设计名称平台印刷机主传动机构运动简图设计平台印刷机主传动机构运动简图设计 专专 业业 姓姓 名名 百度百度 ID 指导教师指导教师 时时 间间 第 2 页 共 21 页 目录目录 一 设计题目一 设计题目 3 1 设计条件与要求 3 2 原理图 3 二 机械运动方案的选择二 机械运动方案的选择 3 1 平台印刷机主要机构及功能 3 2 实现功能的方案 4 3 设计方案的拟定和比较及设计思路概述 4 4 平台印刷机设计数据 5 三 对选定机构的运动分析与设计三 对选定机构的运动分析与设计 5 1 曲柄滑块机构综合分析 5 1 机构的运动几何关系 5 2 参数选择 6 2 双曲柄机构的运动分析 7 1 曲柄滑块位移计算 7 2 由 1求 3 8 3 曲柄滑块机构的位置分析 8 4 凸轮机构的设计 9 1 凸轮机构从动件运动规律的确定 9 2 绘制补偿凸轮轮廓 10 四 程序设计四 程序设计 10 1 所调用的子程序及功能 10 2 所编程序的框图 11 3 主程序如下 13 4 主程序子程序中主要参数说明 16 5 程序运行结果 17 6 版台位移 速度以及滚筒位移 速度曲线 17 五 总结五 总结 17 六 参考文献六 参考文献 18 第 3 页 共 21 页 一 设计题目一 设计题目 1 设计条件与要求 设计条件与要求 工作原理 平台印刷机的工作过程由输纸 着墨 压印和收纸四部分组成 主运动是压印 由卷有空白纸张的滚筒与镶着铅字的版台之间纯滚动来完成 滚筒与版台表面之间的滑动 会造成字迹模糊 是不允许的 因此 对运动的主要要求是 其一 版台的移动速度严格 等于滚筒表面的圆周速度 其二 为了提高生产率 要求版台的运动有急回特性 有一台 电动机驱动 需设计满足上述两个要求的传动机构 执行件的运动为滚筒连续转动和版台 往返移动 2 原理图 原理图 图 1 二 机械运动方案的选择二 机械运动方案的选择 1 平台印刷机主要机构及功能 平台印刷机主要机构及功能 主要机构 第 4 页 共 21 页 1 传动机构 I 从电动机到版台的运动链 2 传动机构 II 从电动机到印刷滚筒的运动链 3 位移补偿机构 各机构功能 1 传动机构 I 把电动机的旋转运动转化为版台的直线移动 2 传动机构 II 把电动机的旋转运动转化为印刷滚筒的旋转运动 3 位移补偿机构 把凸轮的旋转运动转化为版台的直线移动 2 实现功能的方案 实现功能的方案 3 设计方案的拟定和比较及设计思路概述 设计方案的拟定和比较及设计思路概述 由电动机到印刷机滚筒这一条运动链的两端皆为定轴转动 适宜于传递旋转运动的机构有 四杆机构 齿轮机构 涡轮机构 根据平稳性和简易度 应选齿轮机构 由电动机到版台间的运动链须将转动变为移动 转动变移动的传动方式很多 常见的有摩 檫传动 齿轮齿条传动 螺旋机构传动 凸轮机构 曲柄滑块机构以及组合机构等等 但 前三种机构不具有急回特性 由于曲柄滑块比凸轮运动精确性高所以选择曲柄滑块机构 两条传动链的终端 滚筒和版台的瞬时线速度须相等 当传动机构 1 和 2 本身不能满足 时 可以另设补偿机构实现它 用速度补偿来设计其运动曲线可以选择凸轮机构 图 2 图 2 所示的方案可作为机构 1 的参考方案 双曲柄机构 AoABBo 与曲柄滑块机构 BoCD 串联 将曲柄 AoA 的转动改变为 D 点的往复移动 当齿条 6 固定不动时 中心为 D 的行星齿轮 5 第 5 页 共 21 页 将带动齿条 7 移动 齿条 7 固定在印刷版台的下面 齿条 6 的位置由补偿凸轮 3 通过磙子 从动件控制 该凸轮和从动曲柄 BoB 为同一构件 而主动主动曲柄 AoA 与滚筒的转动同步 当齿条 7 即版台 的工作移动速度偏离要求时 可通过凸轮廓线控制齿条 6 补充移动来 补偿 另一传动机构 2 是一个双曲柄机构 它用于带动滚筒的转动 其各杆的尺寸为 h1 145 0mm h2 178 0mm h3 175 0mm h4 65 5mm 传动机构 1 2 之间通过一对齿轮传动建 立其运动关系 齿轮传动的参数为 I 1 m 4mm z 105 见图 4 所示 4 平台印刷机设计数据 平台印刷机设计数据 印刷纸张最大幅面 2 mm 415590 生产率 张 小时 4400 4500 滚筒直径 mm 360 版台往复行程长度 mm 795 功率 kw 3 电动机 转速 r p m 1450 其它数据 其它数据 传动机构 I 机架长 55 0 mm 传动机构 II h1 145 0mm h2 178 0mm h3 175 0mm h4 65 5mm 齿轮传动的参数 i 1 m 4mm z 105 其他参数 127 6568 DEGREE 2 22803 RAD 14 84722 DEGREE 0 2591325 RAD 3 55 0 305 30 111 42795 DEGREE 30 30 79111 DEGREE 0 0 三 对选定机构的运动分析与设计三 对选定机构的运动分析与设计 设计方法说明及计算公式 分析其运动特点 准备运动的分析计算公式和 C 语言程序 计算数据 绘制运动关系图 进行机构设计 1 曲柄滑块机构综合分析 曲柄滑块机构综合分析 1 机构的运动几何关系 机构的运动几何关系 如图 3 所示普通的偏置曲柄滑块机构 标记曲柄长为 r 连杆长 l 偏心距 e 第 6 页 共 21 页 图图 3 3 引入参量 l r e r l r e r D 点的位置方程为 X r cos l cos X r cos l cos D 点的位移 由 D1 点算起 为 S r l 2 e 2 1 2 XS r l 2 e 2 1 2 X 速度和加速度方程分别为 V dS dt r sin 1 2 sin2 cos V dS dt r sin 1 2 sin2 cos A dV dt d2S dt2 r 2 cos 1 cos2 sin r sin 1 2 sin2 A dV dt d2S dt2 r 2 cos 1 cos2 sin r sin 1 2 sin2 cos cos 滑块的行程长度为 H D1D2H D1D2 滑块机构的 H 大于对心的滑块行程长度 H 2r 滑块的行程速比系数 K 180 180 180 sin 1 sin 1 180 sin K 180 180 180 sin 1 sin 1 180 sin 1 sin 1 sin 1 1 机构传动角分为工作行程和回程 工作行程的最小传动角 arccos 1 arccos 1 回程的最小传动角 arccos 1 arccos 1 2 参数选择参数选择 a Ha 根据设计原始参数计算 第 7 页 共 21 页 b a 由以上式子可知 增大对 有利 但是尺寸将跟随 增大 在此取为 3 55 c a 由上式可知 在 H 和 即定情况下 影响曲柄长 r 印刷机中 取 0 305 d 在确定 和 时要照顾 eo e 0 则无急回效果 K 随 e 增 同时 由 2 5 式知 当 H 即定时 e 增大则必使 r 减少 版台行程是滑块行程的 2 倍 2 双曲柄机构的运动分析 双曲柄机构的运动分析 图图 4 4 图 4 所示 为了改善版台的速度特性 机构 1 设计成串联组合机构 第一级为双曲柄 机构 ABCD 其主动曲柄 DC 用一级速比 I 1 的圆柱齿轮与机构 2 亦为双曲柄机构 的原动 曲柄 h 相连接 即 机构 2 的从动曲柄 h 则与滚筒同步转动 1 曲柄滑块位移计算 曲柄滑块位移计算 2 S Rcir 2 S Rcir 式中 S 滑块位移滑块位移 Rcir 滚筒半径滚筒半径 第 8 页 共 21 页 2 由 由 1 求求 3 如图 5 所示 几何关系为 h4 2 h3 2 h1 2 h2 2 2h1 h4cos 1 2h1 h3cos 1cos 3 2h1 h3sin 1sin 3 0h4 2 h3 2 h1 2 h2 2 2h1 h4cos 1 2h1 h3cos 1cos 3 2h1 h3sin 1sin 3 0 由此可根据 1 求出 3 3 曲柄滑块机构的位置分析 曲柄滑块机构的位置分析 由滑块位移求对应的曲柄转角 1 杆长符号如图 6 所示 则有 So r l 2 e 2 1 2 So r l 2 e 2 1 2 X So SX So S X r cos lcos X r cos lcos e r sin lsin e r sin lsin 对照图 4 可知 1 2 1 2 函数平方逼近法设计双曲柄机构 函数平方逼近法设计双曲柄机构 图图 5图图 6 第 9 页 共 21 页 坐标设置如图 7 所示 当 o o 0 0 l4 55mm 机构的位置方程 l l2 2 l l3 32 2 l l1 12 2 l l2 22 2 2l 2l3 3 cos 2l cos 2l1 1 cos 2l cos 2l1 1 l l3 3 cos 0 cos 0 所谓平方逼近法设计 就是以结构误差的均方根值最小为目的 做逼近函数机构的设计 通过设计计算出相对杆长 4 凸轮机构的设计 凸轮机构的设计 由于印刷机的版台和滚筒各由一套独立的运动传动系统驱动 为了保证印刷质量 在压 印阶段 滚筒表面点的线速度必须和版台移动速度保持相等 在设计时 应尽可能满足这一要 求 如果设计的结果不能完全满足这一要求 即在压印区滚筒表面点的线速度与版台移动速 度尚有一定的差别 则采用凸轨机构进行运动补偿 如图 4 所示 若版台由双曲柄六杆机构和齿轮齿条串联而成的传动系统所驱动 则可将 下齿条做成活动齿条 在曲柄 BE 上固连一补偿凸轮 此补偿凸轮通过滚子直动推杆推动活动 的下齿条 经过齿轮与上齿条的传动 给版台附加一个运动 使版台移动速度与滚筒表面点的 线速度完全一致 这样凸轮机构起到了运动补偿作用 由于凸轮轮廓形状和凸轮机构的工作 性能取决于从动件运动规律 显然在印刷机的设计中 此凸轮机构从动件运动规律完全取决 于所需补偿量的变化规律 1 凸轮机构从动件运动规律的确定 凸轮机构从动件运动规律的确定 1 设版台传动系统未安装补偿凸轮机构 且下齿条为固定齿条 编主程序对此传动系统进 行运动分析 可求出版台的位移曲线 Sp 为曲柄 AB 的转角 Sp 为版台位移 及速度曲 线 Vp 图图 7 第 10 页 共 21 页 2 编主程序对滚筒的传动系统进行运动分析 求出滚筒表面点的位移曲线 Sc Sc 为滚 筒表面点转过的弧长 及速度曲线 Vc 3 按上述速度曲线与位移曲线 选定同步区 即压印区 同步区的始点一般应为同速点 即 版台运动速度与滚筒表面点速度相同的点 同步区应根据压印行程要求 即印刷纸张的长度 选 在速度变化较小的区域 即 V Vp Vc 较小的区域 4 设同步区始点为 O 点 从 O 点开始 将同步区分成 n 段 得到 n 1 个分点 则可依次求 出 Sp i Sp i Sp o i 1 2 3 n Sc i Sc i Sc o i 1 2 3 n S i Sp i Sc i i 1 2 3 n 然后 在 S 坐标中描出 S i i 1 2 3 n 各点 并将它们光滑联接 即得到 曲线 此曲线就是补偿凸轮从动件在压印区的位移曲线 也就是从动件的推程运动规律 另外 再选择合适的过渡曲线作为从动件的回程运动规律 2 绘制补偿凸轮轮廓 绘制补偿凸轮轮廓 选择合适的从动件结构型式并考虑其它因素来选择凸轮机构的基本参数 用图解法设计 凸轮轮廓曲线 四 程序设计四 程序设计 1 所调用的子程序及功能 所调用的子程序及功能 1 1 voidvoid CFICFI 功能 由曲柄滑块机构行程求 3 先由 s 求得 1 和 3 而后求得 3 2 2 voidvoid CPSICPSI 功能 由滑块位移求得对应的 1 3 3 voidvoid CRLECRLE 功能 设计曲柄滑块机构 4 4 voidvoid SLNPDSLNPD 功能 用高斯消去法解线性方程组 5 5 voidvoid PIVOTPIVOT 功能 用列主元消除法解线性方程组 6 6 voidvoid SQUSQU 功能 用函数平方逼近法设计四杆机构 7 7 voidvoid EQUEQU 功能 解一元二次方程 8 8 voidvoid POS1POS1 第 11 页 共 21 页 功能 由 SET 3 求 SET 1 和 SET 2 9 9 voidvoid POS2POS2 功能 由 SET 1 求 SET 2 和 SET 3 10 10 voidvoid POS3POS3 功能 由 FAI 1 求 FAI 2 11 11 voidvoid VELVEL 功能 调用 void POS1 由 SET 3 求 SET 1 和 SET 2 求版台速度 VF 求滚筒表 面的点的线速度 VCIR 12 12 voidvoid ACCEACCE 功能 由 DSET 3 求出 DSET 1 和 DSET 2 求出角加速度 DDSET1 13 void13 void SCISCI 功能 计算滚筒滚过的弧长 13 13 voidvoid WRTWRT 功能 将计算结果打印出来 2 所编程序的框图 所编程序的框图 真 假 假 开始 定义 及最大行 程 调用 CRLE 确定曲柄滑块 R E L 判断最小传动角 定义 10 30 H 5 S 11 及循环变量 i 1 i 10 S i 130 370 130 i 10 调用 CFI 确定 3i 调用 CPSI 确定 1i 定义 DL 55 0 即 l4 调用 SQU 确定双曲柄机 构定义所需变量及已知数据 定义计数变量 IFA 0 IFA 360 第 12 页 共 21 页 真 调用 POS3 确定曲柄滑块位置角 FAI 3 SET 1 IFA 14 84722 90 3 1415926 同时 求得版台位移 SP 调用 POS2 确定机构 I 位置角 SET 4 确定 SSET 3 调用 POS1 确定机构 II 位置角 SSET 确定 ALP 的值 确定 SSET 1 调用 VEL 求出版台 滚筒的速度 Vp Vc 调用 SCI 求出滚筒转过的弧长 DSET 3 7 85 调用 ACCE 求角加速度 DDSET1 写出滑块加速度方程 DSSET 3 7 85 调用 ACCE 求角加速度 DDSSET1 写出滚筒表面切向 法向及全加速度表达式 第 13 页 共 21 页 3 主程序如下 主程序如下 include include void CFI double CAMA10 double FI0 double H double S double FI void CPSI double BATA double TL double S double PSI void CRLE double ALAMT double ER double HD0 double HD double TL void SQU double FI double PSI double DL double TL1 void SLNPD double A 4 double B void POS1 double TL double SSET int I1 int I2 void POS2 double TL double SET int I3 int I4 void POS3 double TL double FAI void VEL double ALP double VF double VCIR double TL1 double TL2 double A double TLL double SET double SSET double FAI void EQU double SE double Z double E double F double G int I void SCI int IFA double SSETR double SCIR void ACCE double L1 double SET double DSET double DDSET1 void WRT int IFA double SP double SCIR double VF double VCIR double AP double ACIRT double ACIRN double ACIR void main double ALAMT 3 55 ER 0 305 HD0 397 5 HD 0 0 TL 4 GAMA5 GAMA6 K printf 设计曲柄滑块机构的 计算出曲柄的长度 R 连杆的长度 L 滑块的偏心距 e 版台行程 2 HD n n CRLE ALAMT ER HD0 HD TL 输出程序结果 结束 第 14 页 共 21 页 printf 计算滑块行程的最小传动角 GAMA5 acos 1 ER ALAMT printf GAMA5 f DEGREE n n GAMA5 180 3 14 printf 计算滑块回程的最小传动角 GAMA6 acos 1 ER ALAMT printf GAMA6 f DEGREE n n GAMA6 180 3 14 printf 计算曲柄滑块机构的行程速比系数 K 3 1415926 asin ER ALAMT 1 asin ER ALAMT 1 3 1415926 asin ER ALAMT 1 asin ER ALAMT 1 printf K f n n K printf 曲柄滑块机构的运动分析 int i double BATA 0 2591325 TLL 0 0 0 0 2 22803 0 2591325 double SP SET 3 ALP double FAI 3 DL 55 0 TL1 5 VF VCIR SSET 3 SCIR FAII 0 double S 11 GAMA10 0 537406 FI0 1 943799 H 0 0 145 0 178 0 175 0 65 5 FI 11 PSI 11 S 0 130 0 S 10 370 0 for i 1 i 11 i S i S 0 S 10 S 0 i 10 0 CFI GAMA10 FI0 H S FI 求求 FIFI 的值的值 CPSI BATA TL S PSI 求求 PSIPSI 的值的值 SQU FI PSI DL TL1 设计四杆机构设计四杆机构 printf 随着 FAII 角度变化 版台位移 速度 滚筒位移 速度结果如下 n n FAI 1 0 0 for i 0 i 360 i FAI 1 FAI 1 3 1415926 180 第 15 页 共 21 页 SET 1 BATA 3 1415926 2 FAI 1 POS2 TL1 SET 1 2 由 STE 1 求 STE 2 和 SET 3 POS3 TL FAI 由 FAI 1 求 FAI 2 ALP SET 3 3 1415926 VEL ALP SCI i SSET 1 SP 2 sqrt pow TL 1 TL 2 2 pow TL 3 2 TL 1 cos FAI 1 TL 2 cos FAI 2 printf FAII 10 4f SP 10 4f VF 10 4f SCIR 10 4f VCIR 10 4f n fabs FAI 1 180 3 1415926 SP VF SCIR VCIR 版台版台 SP VFSP VF 与曲柄连杆转角与曲柄连杆转角 FAIFAI 的关系的关系 printf n printf 设计凸轮机构 n n printf 凸轮机构的补偿位移以及对应的 X Y 坐标 n n double SP1 SCIR1 SSP SSCIR SS SP0 SCIR0 rb 40 X Y int I FAI 1 8 3 1415926 180 SP0 10 865851 SCIR0 12 645137 double FAI1 0 0 for I 0 I 160 I SET 1 BATA 3 1415926 2 FAI 1 POS2 TL1 SET 1 2 由由 STE 1 STE 1 求求 STE 2 STE 2 和和 SET 3 SET 3 POS3 TL FAI 由由 FAI 1 FAI 1 求求 FAI 2 FAI 2 ALP SET 3 3 1415926 VEL ALP SCI i SSET 1 SP 2 sqrt pow TL 1 TL 2 2 pow TL 3 2 TL 1 cos FAI 1 TL 2 cos FAI 2 SP1 SP 第 16 页 共 21 页 SCIR1 SCIR SSP SP1 SP0 SSCIR SCIR1 SCIR0 SS SSP SSCIR X SS rb sin fabs FAI 1 0 139626 Y SS rb cos fabs FAI 1 0 139626 凸轮工作行程的坐标凸轮工作行程的坐标 printf FAI1 10 4f SS 10 4f X 10 4f Y 10 4f n fabs FAI 1 0 139626 180 3 1415926 SS X Y FAI 1 FAI 1 3 1415926 180 4 主程序子程序中主要参数说明 主程序子程序中主要参数说明 ALAMTALAMT L 为连杆长 R 为曲柄长 L R ERER e R e 为偏距 HD0HD0 滑块的最大行程 H 将求得的 L R e 圆整后算出的行程长 TL 4 TL 4 由 R L e 组成的一维数组 GAMA10GAMA10 10 对应于压印区的初始位置 FI0FI0 30 TL2TL2 滚筒双曲柄四杆机构 h1 h2 h3 h4 组成的四元数组 S S 滑块位移 数组变量名 FI N FI N 对应于滑块的 N 个位置 N 个 3 的值组成的数组 PSI N PSI N 对应于滑块的 N 个位置 N 个 1 的值组成的数组 DLDL 四杆机构机架长 TL1TL1 版台传动系统中铰链四杆机构杆长组成的四元数组 SETSET 版台传动系统中铰链四杆机构各杆位置角组成的三元数组 FAIFAI 曲柄滑块机构的曲柄 连杆的位置角组成的二元数组 ALPALP 角 W W 角速度 RCIRRCIR 滚筒半径 VFVF 版台速度 VCIRVCIR 滚筒表面点线速度 TLLTLL 三个角度组成的数组 对应实元为角度 组成的数组 第 17 页 共 21 页 SSETSSET 滚筒传动系统中的铰链四杆机构各杆位置角组成的三元数组 IFAIFA 计数变量 SPSP 版台位移 SCIRSCIR 滚筒滚过的弧长 APAP 版台移动加速度 ACIRTACIRT 滚筒表面点切向加速度 ACIRNACIRN 滚筒表面点法向加速度 ACIRACIR 滚筒表面点全加速度 5 程序运行结果 程序运行结果 见附录一 6 版台位移 速度以及滚筒位移 速度曲线 版台位移 速度以及滚筒位移 速度曲线 程序运行结果程序运行结果 设计曲柄滑块机构的 计算出曲柄的长度 R 连杆的长度 L 滑块的偏心距 e 版台行程 2 HD HD0 397 5000 R0 197 9511 L0 702 7263 E0 60 3751 HD 397 6061 R 198 0000 L 702 5000 E 60 5000 2HD 795 2122 计算滑块行程的最小传动角 GAMA5 78 749943 DEGREE 计算滑块回程的最小传动角 GAMA6 68 466684 DEGREE 计算曲柄滑块机构的行程速比系数 K 1 034196 曲柄滑块机构的运动分析 ALFA0 2 2280313 RADIAN 127 6567946 DEGREE FI DEGREE 185 4974 194 6407 204 1320 214 1328 224 7622 236 1047 248 2213 261 1656 275 0062 PSI DEGREE 第 18 页 共 21 页 140 0063 146 5251 153 0455 159 6759 166 5326 173 7571 181 5434 190 1939 200 2616 C R 7 738560 4 135862 8 317899 4 844368 4 135862 2 494538 4 553791 3 204841 8 317899 4 553791 9 000000 5 408326 P0 1 075718 P1 2 870783 P2 1 845815 N 1 075718 U 0 374713 M 0 956180 A A 1 000000 L10 157 8931 L20 140 3473 L30 146 7792 L40 55 0000 L1 158 0000 L2 140 5000 L3 147 0000 L4 55 0000 随着随着 FAIIFAII 角度变化角度变化 版台位移版台位移 速度速度 滚筒位移滚筒位移 速度结果如下速度结果如下 FAII 1 00 SP 1 8257 VF 325 9987 SCIR 0 0000 VCIR 776 4891 FAII 30 00 SP 85 6777 VF 1857 5444 SCIR 55 0678 VCIR 797 6499 FAII 60 00 SP 272 7410 VF 2368 3289 SCIR 132 3