机械毕业设计52课程设计说明书（平台印刷机）

学号 成绩 课程设计说明书 设计名称 机械原理课程设计 设计题目 平台印刷机机构设计 设计时间 2006 年 7 月 3 日 7 月 7 日 学 院 交通与机械工程学院 专 业 班 级 姓 名 指导教师 年 月 日 机械原理 课程设计任务书 设计时间 2006 年 7 月 3 日 2006 年 7 月 7 日 设计题目 平台印刷机机构设计 设计条件 （ 见 附页） 设计任务 （ 见 附页） 设计要求 （ 见 附页） 进度计划 时间（日期） 设计内容 7 月 3 日 进行机械运动简图的方案构思，初选方案，绘制草图并与指导教师讨论。 7 月 4 日 方案 评价 ，确定各传动机构的尺寸、参数，并将方案画在 A3 图纸上（手画、机画均可）。 7 月 5 日 对方案设计中的主要机构的数据进行计算机辅助分析计算 。 7 月 6 日 完成主要机构的设计计算，整理并编写设计说明书，说明方案中所有机构的设计和计算过程。 7 月 7 日 准备答辩及答辩。 成绩评 定办法 答辩 ： 答辩 叙述条理清楚、明确 ，正确回答提问。 （ 20 分） 图纸 ： 运动循环图 ： 有运动循环图，运动分配合理 （ 10 分） 机构运动简图 ： 能够 正确 地反应出所设计机构的 功能结构 （ 10 分） 运动分析 ： 运动分析 结果合理、正确 （ 10 分） 设计说明书 ： 充分运用所学的知识，最终方案的合理可行（ 10 分） 设计说明书 撰写格式标准、内容安排得当 （ 20 分） 纪律： 遵守课程设计纪律， 无迟到、早退及缺课。 （ 20 分 ） 参考资料 教材：机械原理 课程设计指导书 ，本校编； 参考书： 机械原理（第六版），孙桓主编， 2001，北京：高等教育出版社； 机械传动系统方案设计，邹慧君主编， 2000，北京：高等教育出版社； 计算机辅助连杆机构设计，王淑仁主编， 2000，东北大学出版社。 指导教师（签字） 年 月 日 教研室主任 （ 签字 ） 年 月 日 机 械原理 课程设计任务书（附页） 1、功能要求及工作原理 （ 1） 总功能要求 实现将往复直线移动的铅板上凸出的痕迹借助于油墨压印到作圆周运动的滚筒表面的纸上。 （ 2） 工作原理 平台印刷机的工作原理及工艺动作分解如图 I 所示。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，一路经传动机构 I 带动版台作往复直线移动，另一路经传动机构 带动滚筒作回转运动。当版台与滚筒接触时，在纸张上压印出字迹或图形。 2、原始数据和设计要求 （ 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 直线运动，滚筒作连续或间歇运动。 （ 2） 为了保证印刷质量，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，滚筒表面点的线速度与版台移动速度相等。 （ 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） 设计参数为：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，结构紧凑，制造方便。 3、要求完成的设计工作量 （ 1） 本题设计的时间为 1 周。 （ 2） 根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。 （ 3） 按工艺动作过程拟定运动循环图。 （ 4） 根据系统功能图绘制功能矩阵表。 （ 5） 构思系统运动方案 (至少 3 个以上 )，进行方案评价，选出较优方案。 （ 6） 用解析法对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计，或在尺寸给定的条件下进行运动与动力分析。 （ 7） 绘制系统机械运动方案简图。 （ 8） 编写设计说明书，附计算结果。 4、运动方案构思提示 版台传动机构可在图 II 中的四个方案选择。 (a)所示六杆机构结构简单、加工制造 容易，构件 5(即版台 )的速度是变化的，有急回特性。 (c)所示曲柄滑块机构与齿轮齿条机构组合，下齿条固定，上齿条与版台固连，版台的行程比铰链中心 C 的行程大一倍，并有急回特性。 (d)所示双曲柄机构、曲柄滑块与齿轮齿条的组合，下齿条固定时与 (c)所示机构类似，下齿条可动时，则由下齿条输入另一运动，以得到所需的合成运动。 (b)所示的齿轮为滑移齿轮，上、下齿条均可动，并与版台固联，采用凸轮机构 (图中未示 )拨动齿轮沿其轴向移动时，可分别与上、下齿条啮合，实现版台往复移动，若使齿轮作匀速转动，版台就能作匀速往复移动。 （ 2） 滚筒传动机构可在图 III 中的四个方案选择。 (a)所示的滚筒是由版台上的齿条带动与滚筒同轴的齿轮而转动的。当版台空回时，滚筒应停止转动，应设置如 (c)所示的滚筒与版台运动的脱离装置。 (b)所示双曲柄机构与齿轮机构串联而成的滚筒传动机构，滚筒非匀速转动，若设计合适，可使滚筒在压印区段转速变化平缓。 (d)所示滚筒由电机通过带传动及齿轮减速后，由齿轮机构直接带动的，因而转速是常量。当与其配合的版台由非匀速机构带动时，很难满足速度同步的要求。 平台印刷机的主传动机构要考虑版台传动与滚筒传动机构之间的 配合。采用图 II(a)与图 II(a)和图 II(a)与图 III(c)配合时，应加设滚筒与版台的运动脱离机构及滚筒定位机构。采用图 II(d)与图 III(d)配合时，为了保证滚筒在版台上作纯滚动，应加设运动补偿机构。其他的配合可由设计者自己构思和评价。 目 录 1设计要求 1 2功能分解 1 3机构选用 2 4机构组合 5 5传动方案设计 6 6运动协调设计 6 7机构设计 7 8 设计 结果 7 9 设计体会 7 参考资料 8 机 械 原 理 课 程 设 计 说 明 书 - 1 - 平台印刷机机构设计 1 设计要求 设计平台印刷机的主传动机构，设计参数如表 1 所示。 表 1 平台印刷机设计参数 2 功能分解 平台印刷机的工作原理是将铅版上凸出的痕迹借助油墨压印到纸张上。如图 1 所示，平台印刷机的压印动作在卷有纸 张的滚筒与嵌有铅版的版台之间进行。工艺动作过程由输纸、着墨 (将油墨均匀涂抹在嵌于版台上的铅版上 )、压印、收纸等四部分组成。各机构的运动由同一电动机驱动，运动由电动机经过减速装置后分成两路，一路经传动机构 I 带动版台作往复直移运动，另一路经传动机构带动滚筒作回转运动。当版台与滚筒滚动接触时，在纸张上压印出字迹或图形。 机 械 原 理 课 程 设 计 说 明 书 - 2 - 版台工作行程中有三个区段 (如图 2 所示 )。在第一区段，输纸、着墨机构 (未画出 )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，收纸机构进行收纸作 业。 通过对平台印刷机主 传动机构的运动功能的分析，可知它的基本运动为：版台的往复直线运动，滚筒的连续或停歇运动。 此外，还要满足传动性能要求： (1)在压印过程中，滚筒与版台之间作纯滚动，即在压印区段，滚筒表面点的线速度与版台的移动速度相等，以保证印刷质量。 (2)版台在压印区内的速度变化限制在一定范围内 (即运动尽可能平稳 )，以保证整个印刷幅面上的印痕浓淡一致。 3 机构选用 根据前述设计要求，版台应作往复运动，行程较大，且必须使工作行程中有一段等速运动 (压印区段 )，并有急回特性。滚筒作停歇 (滚停式 )或连续 (有等速段 )转动。这些运动要求不一定都能得到满足，但必须保证版台和滚筒在压印段内保持纯滚动关系，即滚筒表面点的线速度和版台速度相等，这可在运动链中加入运动补偿机构，使两者运动达到良好的配合。 1 版台传动机构选型 从 表 2-1 可知，将回转运动转换为直线往复运动的基本机构很多，如曲柄滑块机构、移动凸轮机构、螺旋机构、齿轮齿条机构等，但它们不能完全满足平台印刷机主传动机构的运动要求。 六杆机构 (如图 3 所示 )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，但作为执行构件的版台，其往复运动速度是变化的，且构件数较多，机构刚性差，不宜用于高速。 机 械 原 理 课 程 设 计 说 明 书 - 3 - 因此可将基本机构组合起来以满足设计要求。具体方案构思如下： （ 1）曲柄滑块一齿轮齿条组合机构 图 4 所示 ， 组合机构由偏置曲柄滑块机构与齿轮齿条机构串联而成。机构选型记为 A1。其中下齿条为固定齿条，上齿条与版台固连在一起。该组合机构的主要特点是：由齿轮齿条机构实现运动的放大，版台行程是滑块铰链中心点 C行程的两倍；而偏置曲柄滑块机构使上 齿条 (版台 )的往复运动具有急回特性。 （ 2）双曲柄一曲柄滑块一齿轮齿条组合机构 图 5 所示 ， 组合机构记为 A2，它的下齿条是可移动的。并可由下齿条输入另一运动 (由凸轮机构实现 )，以得到所需的合成运动。当不考虑下齿条的移动时，上齿条 (版台 )运动的行程也是滑块铰链中心点 C 的行程的两倍。齿轮与两个连杆机构串联，主要是用曲柄滑块机构满足版台的行程放大要求及回程时的急回特性，而用双曲柄机构满足版台在压印区近似等速运动的要求。 （ 3） 齿轮可作轴向移动的齿轮齿条机构 图 6 所示 ， 机构记为 A3，其齿轮齿条机构的上、下齿条 均可移动，且都与版台固接在一起。当采用凸轮机构 (图中未示出 )拨动齿轮沿其轴向滑动时，可使齿轮时而与上齿条啮合，时而与下齿条啮合，实现版台的往复移动。若齿轮作等速转动，则版台作等速往复移动。这将有利于提高印刷质量，使整个印刷幅面的印痕浓淡一致。但由于齿轮的拨动机构较复杂，故只在印刷幅面较大，且对印痕浓淡均匀性要求较高时采用。 机 械 原 理 课 程 设 计 说 明 书 - 4 - 2滚筒回转机构选型 （ 1） 转停式滚筒的齿轮齿条传动机构 图 7 所示 ， 机构记为 B1，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。但当版台空回时，滚筒应停止转动，因而需增加滚筒与版台间的脱离机构和版台的定位机构，以便版台空回时滚筒与版台脱离并定位。滚筒与版台运动的脱离装置可采用棘轮式超越离合器，滚筒的定位装置可采用图 8 所示的凸轮定位机构。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。 （ 2） 等速滚筒的齿轮传动机构 图 9 所示 ， 机构记为 B2，滚筒是由齿轮机构直接带动的，因而其运动速度是常量。这种滚筒等速回转机构一般只与版台等速移动机构 (如齿轮可作轴向移动的齿轮齿条机构 )组合使用。 （ 3） 连续转动滚筒的双曲柄机构 图 10 所示 ， 机构记为 B3，为双曲柄 机构与齿轮机构串联组成的滚筒回转机构，滚筒非等速转动。但当设计合适时，滚筒在压印区段的转速变化可以比较平缓，既保证了印刷质量，又因这种机构的滚筒作连续转动，其动态性能比转停式滚筒好。 机 械 原 理 课 程 设 计 说 明 书 - 5 - 4 机构组合 上述各机构方案择优形成如表 2 所示的机械系统运动方案。 方案 1 的设计矩阵为 E1=A1， B1。版台运动 (主传动 )由曲柄滑块一齿轮齿条组合机构完成，具有急回特性和行程扩大功能，结构较紧凑，设计较简单。版台非等速移动。 滚筒的转停式回转由齿轮齿条机构实现，可保证滚筒表面点的线速度和版台速度在压印区段完全相等 。滚筒与齿轮间装有单向离合器，以实现滚筒的单向转动。采用凸轮机构定位，保证了印刷机每个运动循环中滚筒停歇位置相同。为使版台回程时版台不与停歇的滚筒接触，滚筒下部被削掉一点。 方案 2 的设计矩阵为 E2=A2， B3。版台运动 (主传动 )由双曲柄一曲柄滑块一齿轮齿条组合机构完成，具有急回特性和行程扩大功能，并满足了版台在压印区近似等速的技术要求，结构较紧凑，机构设计较复杂。 滚筒的连续转动由双曲柄机构与齿轮机构串联组成的传动机构完成，虽然是非等速运动机构，但当设计合适时，连续转动式滚筒的动态性能比停转式滚筒好。 方案 3 的设计矩阵为 E3=A3， B2。版台运动 (主传动 )由齿轮可作轴向移动的齿轮齿条机构完成，版台作等速往复移动，印刷质量较高。但齿轮的拨动机构较复杂，且存在冲击。 滚筒的连续转动由齿轮机构完成，该结构只能与版台等速运动机构组合使用。 根据用户每小时印刷 1920 张的设计要求，选用低速型参数的生产条件，并根据前述方案评价的原则以及产品结构简单、紧凑，制造方便、成本低等性能指标，选取设计方案 E1实际采用的平台印刷机运动方案如图 11 所示。 机 械 原 理 课 程 设 计 说 明 书 - 6 - 5 传动方案设计 （ 1） 根据电动机的转速和印刷的生产能力，确定系统 总传动比为 i=940 (1920 60)=29.4 （ 2） 传动比分配选用二级转速，第一级采用带传动，选取带传动比为 6。第二级采用单级齿轮减速，齿轮传动比为 4.9。 由齿轮传动的强度确定齿轮的标准模数 m=5。初选带轮直径： d1=80mm， d2=480mm。 齿轮齿数： z1=20， z2=98。 6 运动协调设计 版台压印和返回为一个运动循环。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协调。根据印刷机各执行机构的运动要求，绘制机构系统运动循环图如图12 所示。 机 械 原 理 课 程 设 计 说 明 书 - 7