自动打印机设计说明书

1、课程设计课程名称：自动打印机学院：机械工程学院专 业：机械设计姓名： 路其鹏 学 号：2011403010302年级：2011级 任课教师：肖红2014年11月20日摘要机械创新设计是使学生较全面、系统巩固和加深机械原理课程 的基本原理和方法的重要环节，学生通过此次设计，学习机构运动方 案的确定，培养分析向设计机械能力，以及开发创新的能力.以机械系 统方案设计与拟定为结合点，进一步巩固和另深学生所学的理论知识 明确课程设计目的、步骤，根据白己的设计题目对设计内容进行分析， 确定输入，输出件运动型式（即功能原理分析）。关键字：机构运动分析机构结构设计曲柄滑块凸轮设计目录课程设计任务书1前言 4第

2、一部分机构设计 51.1白动打印机的功能和设计要求61.1.1 产品数据设计61.2 原动机的选择81.3 功能原理图及其解释91.4 功能分解 91.5传动机构的选择和传动路线图确定 101.5.1传动结构的选择与比较 101.5.2传动比的计算 101.6执行结构的选择与比较 151.6.1 各送料结构备选方案比较与选择 161.6.2 各打印结构备选方案比较与选择171.6.3 各输出结构备选方案比较与选择 171.7结构系统运动转换功能图及形态学矩阵表的绘制 191.7.1 机构系统运动转换功能图 201.7.2 形态学矩阵表 271.8机械系统运动方案简图 281.9根据工艺动作顺序

3、和协调要求拟定运动循环图 28281.9.1运动循环表1.9.2运动循环图30第二部分机构尺寸计算与确定322.1送料机构的尺寸与计算 332.1.1曲柄滑块机构基本尺寸的确定 342.1.2曲柄滑块机构最小传动角的确定 352.2打印机构的尺寸与计算 362.3输出机构的尺寸与计算 37课程设计总结38附录 39送料机构凸轮运动学分析 39打印机构凸轮运动学分析 40曲柄滑块机构的运动学分析 41参考文献及编号42机械创新设计任务书自动打印机设计、工作原理及工艺动作过程在某商品包装好的纸盒上，为了某种需要而在商品上打印一种记 号。它的主要动作有三个：送料到达打印工位，然后打印记号，最后 将产

4、品输出。二、原始数据和设计要求(1) 纸盒尺寸：长 100150mm、宽 70 100mm、高 30 50mm。；(2) 产品重量：510N;(3) 自动打印机的生产率：80次/min；(4) 要求机构的结构简单紧凑、运动灵活可靠、易丁制造加工、设计方案提示1) 实现送料一一夹紧功能的机构可以采用凸轮机构或有一定停歇时间的 连杆机构。当送料、夹紧机构的执行构件将产品推至指定位置，执行构件停 止不动，维持推紧力(前有挡块挤压)，待打印机构执行件打完印记后，被推走。2) 实现打印功能的机构可以采用平面连杆机构或直动(摆动)I " I轮机构口3) 实现输出功能的机构可以采用与送料、夹紧机构

5、相类似的机构。为简 化结构，可考虑固定定位挡块，而将输出运动与送料运动的方向互相垂直。4) 自动打印机系统采用一个电机驱动主轴控制三个机构的执行构件完成 各自的功能运动，如何将三个执行机构的主动件均固定在主轴上而达到设计四求是需要认真考虑的。四、设计任务(1) 按工艺动作要求拟定运动循环图；(2) 进行送料夹紧机构、打印机构和输出机构的选型；(3) 机械运动方案的评定和选择。(4) 按选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案(5) 画出机械运动方案简图。(6) 对传动机构和执行机构进行运动尺寸计算刖曰随着科学技术的发展，工业生产水平的不断发展和人们生活条 件的不断改善，消费者的价值观念

6、变化很快，市场需求出现多样化的 特征，机械产品的种类日益增多，同时这些机械产品的寿命周期也相 应缩短，企业为了赢得市场，必须不断开发符合市场需求的产品。新 产品的开发包括产品的设计与制造，其中设计是产品开发的第一步， 是决定产品的性能、质量、水平、市场竞争力和经济效益的最主要因 素。机械产品的设计是对产品的功能、工作原理、系统运动方案、机 构的运动与动力设计、机构的结构尺寸、力和能量的传递方式、各个 零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思分析与计算，并将其转 化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。其中机械产品的功能、 工作原理、系统运动方案、机构的运动与动力设计、机构的结构尺寸、 力和能量

7、的传递方式等设计内容是机械原理课程的教学内容。机械原理课程设计是机械原理课程的一个重要实践性教学环节同时又是机械类专业人才培养计划中的一个相对独立的设计实践，在培养学生的机械综合设计能力及创新意识与能力方面起到十分重要 的作用。通过课程设计这一环节使学生更好的掌握和加深理解本课程 的基本理论和方法进一步提高学生查阅技术资料，绘制工程图和应用 计算机的能力。在课程设计中要重视培养学生创新设计的能力。我们将从机构的运动学以及机器的动力学入手 ，研究机构运动的 确定性和可能性，并进一步讨论的组成原理.,从几何的观点来研究机 构各点的轨迹、位移、速度和加速度的求法，以及按已知条件来设计 新的机构的方法

8、。机械原理课程设计所研究的问题又可归纳为二类：(1)根据已有的机构和主要参数来分析该机构和所组成机构的各种特性,即结构分析，运动分析。根据预期的各种特性来确定新的机构的形式，结构和参数，即机构的设计问题.,如机构的运动设计，机构的平衡设计以及速度的调 节。计算机的应用为此次课程设计提供方便，我们可以利用proe作图,从而能看到机构的仿真运动。这算是我们开始学习专业的第一次亲白实 践过程。第一部分机构设计1.1自动打印机的功能和设计要求如图1-L 1如图1-1.1所示为学院打印的纸盒，上方所示为自动打印机印头，其功能是在纸盒打印上 所要求的印记，并实现自动打印生产功能。1.1.1产品数据设计1.

9、 打印印头如图1-1.1所示；2. 所要打印的产品质量为510N;3. 白动打印机的生产率为80件/min;4. 产品数据参数如下:长*宽*高= 100*80*50;5. 要求的机构简单紧凑、运动灵活可靠、易于制造加工。1-2原动机的选择型号功率/kw电流/A转速/(r/min)满载效率/%功率因数/(cos/)Y2-132S-637.496081.00.76堵转电流/实际电流堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩6. 52.12.1选择的电动机的额定功率必须满足负载要求，而且必须保证在启动时可以顺利地运行，对丁电动机来说，转速选择960r/min合适，可以保证运行的稳定性。 另外转速也不可过高

10、，这样造成功率因素过低，这也是不经济的。电动机的运动 参数为转速。电动机的速度越高，其尺寸和质量也就越大，价格也就越高，但当 执行构件的速度较低时，若选用高速电动机，势必需要大减速比的减速装置，反 而可能会造成机械传动系统的过分庞大和制造成本的显著增加。在此机械运动中执行构件要求的效率不是很大，经过多方面的考虑我选960转/min的电动机。型号为 Y2-132S-6.1.3功能原理图及其解释图 1-2.1如图所示，送料器1将产品2送到打印工位，由带有弹簧5的杠杆 4在凸轮6的带动下，通过印头3将所需的印记打印在产品2上，完 成生产所需。1.4功能分解为实现将图1-1.1所示的产品上打印出所需印

11、记，可将总功能分解 为如下分功能:1. 白动送料功能2. 白动定位功能3. 白动打印功能4. 产品白动输出功能1.5传动机构的选择与比较以及传动比的计算和传动路线图 1.5.1传动机构的选择与比较机械系统中传动机构是由原动机输出的机械能动、传递给执行机 构并实现能量的分配，转速的改变和运动形式的改变等作用的中间装 置。传动机构常见的有齿轮传动机构，摩擦传动机构，带传动机构， 蜗杆传动等；他们的特点如表1-5.1 :特点寿命应用可以用来传递空间任息四轴取决于金属切削机床、汽车、起重之间的运动和力，而且传动准确，齿轮材料的接运输机械，冶金矿山机械、以及平衡，稳定，机械效卒局触和弯曲疲另仪器等齿轮传

12、动强度以及抗胶合与抗磨损的能力机构简单，而且实现无级变金属切削机床、农业机械和速传动，问H'J,当过载H、J,由于纺织机械、冶金矿山机械两轮间可发生滑动，因而不致造摩擦传动成机器的损坏.最大缺点是传动使用寿命较低不准确，两轮子、容易疲劳破坏，而且传动的机械效率也比较低机构简单，传动平稳，造价带轮直金属切削机床、锻压机床、低廉以及缓冲吸震等，可用于传径大，带的寿输送机、通风机、农业机械和纺带传动递距离较远的两轴间的运动，且命长织机械与摩擦轮转动一样也有过载保安性。结构紧凑，单级传动能得到制造精金属切削机床，起重机，冶很大的传动比，传动平稳，无噪确，润滑良好，金矿山机械，焊接转胎等音；可制

13、成自锁机构，传动比大，寿命较长，低蜗杆传动滑动速度低是效率低；中、高速速传动，磨损传动需要昂贵的减磨材料；制造显著精度要求高，刀具费用贵表 1-5.1由上述几种主要的传动装置相互比较可知，由丁传动比较大，故选择齿轮传动，第一级传动选择带传动，可对电动机起到过载保护作用各齿轮的参数如表1-5.2所小:表 1-5.2ABCD1齿轮名称模数（mm压力角（度）齿数（个）2直齿轮Z1320183直齿轮Z2320904直齿轮Z3320905直齿轮Z4320906伽轮Z5320907伽轮Z632090传动比相关计算如下所示：由于生产率为80件/min,电机的转速为960r/min ,贝总传动比为i总=n电/

14、n输出=12；送料机构和打印机构的减速：一级减速（皮带减速）i 1=240/100=2.4二级减速（齿轮减速）i 2=Z2/Z 1=90/18=5输出机构（曲柄滑块机构）的减速：一级减速（皮带减速）：i 1=240/100=2.4二级减速（齿轮减速）i 2=Z/Z 1=90/18=51.6执行机构的选择与比较1.6.1送料机构的选择与比较备选方案一：直动凸轮机构功能：通过直动滚子推杆凸轮机构旋转运动转换为推杆的往复运动, 从而实现白动送料和加紧功能。优点：送料连续，运转速度精度高，振动噪声小，避免了冲击。缺点：承载能力较小，传动特性一般，并且加工要困难，维护又较为 麻烦，致使其制造成本较高。备

15、选方案二：曲柄滑块机构功能：将曲柄连续往复转动转换为滑块在导轨上连续往复运动，实现送料功能 优点：设计制造简单，易于维护，经济，可靠性高，使用范围广缺点：运动规律任意性差，运转精度较低。备选方案三：六杆机构心V77功能:该机构可以将曲柄的连续转动转换为有急回运动的往复运动的 机构。优点：可以改善从动件的运动特性，可获得较大的机械利益，还有能 取得有利的传动角。缺点：构件数目多，累积误差大，设计相对比较复杂，在高速是振动 大，噪声高。1.6.2打印机构的选择与比较备选方案一：凸轮连杆机构功能：将凸轮的连续往复转动转换为印头的上下往复移动，从而实现打印功能。优点：机构简单，便于制造，节约成本。缺点

16、：印章时由于惯性原因以及送料及定位都采用同一凸轮，导致定位不准确。另外这样的凸轮制造难度过大，而且易磨损，为保证一定的耐磨性就需要高强度的合金，也就增加了成本。备选方案二：凸轮对心推杆机构功能：将凸轮的往复转动转换为印头的上下往复移动，从而实现打印功能 优点：机构简单，便于制造，节约成本。缺点：印章时由于惯性原因以及送料及定位都采用同一凸轮，导致 定位不准确。另外这样的凸轮制造难度过大，而且易磨损，为保证一 定的耐磨性就需要高强度的合金，也就增加了成本。1.6.2输出机构的选择与比较备选方案一：皮带传动机构功能：利用皮带的和货物的摩擦带动货物实现输出。优点：定位准确，皮带传输设计简单成本低缺点

17、：配合要求相对较高，并且对送料装置的摆放与类型的选择造成 一定的麻烦，彳艮难实现批量的生产，人工操作的参与性占了很大一部 分。将导致效率不高。备选方案二：槽轮机构功能：将主动拔盘的连续转动转换为槽轮的时动时停的间隙运动。优点：由于槽轮的间隙运动，印章效果好，机构连续性强。缺点：由于包装盒是由人工摆放的，对摆放位置要求较高，而且由于 是人工摆放的，包装盒的位置浮动较大。印章的位置的浮动性较大。 另外槽轮不是很好加工，切运动时有一定的刚性冲击。备选方案三：曲柄滑块机构功能：将曲柄连续往复转动转换为滑块在导轨上连续往复运动，实现送料功能。优点：设计制造简单，易于维护，经济，可靠性高，使用范围广缺点：

18、运动规律任意性差，运转精度较低。1.7结构系统运动转换功能图及形态学矩阵表的绘制1.7.1机构系统运动转换功能图送料往复运动输出往复运动 d 一1.7.2形态学矩阵表:功能元功能兀件123减速1>蜗杆传动齿轮传动减速1A带传动蜗杆传动送料往 复运动曲彳块;两滑机构_凸轮机构牌 杆*IL打印往复运动曲1块，再滑机构_凸轮机构衅输出往 复运动一凸轮机构杆*涟1构_1.8机械系统运动方案简图如附图一所示：(1) 转速为960r/min的电动机经皮带传动至轴1,轴1带动齿轮转动，然后通过齿轮传动传到轴2,轴2带动凸轮转动，通过凸轮的转动实现推杆（打印机构）的上下往复运动（2）轴2带动齿轮2转动，

19、通过齿轮啮合带动轴 3转动，轴3 带动皮带轮转动，然后通过皮带轮传动带动曲柄滑块 （输出 机构）转动，从而实现滑块的往复运动。（3）轴3通过齿轮啮合带动轴4运动，再通过齿轮啮合带动轴5 转动，轴5带动凸轮运动，从而实现推杆（送料机构）的往 复运动。这样就实现了送料，打印，输出的连续运动的过程。1.9根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图1.9.1运动循环表执行阶段运动阶段运动时间（s）分配角度（。）送料阶段送料0.1572停止0.148回程0.25120停止0.25120打印阶段向下0.296停止0.0524向上0.25120停止0.25120输出阶段无输出0.5240输出0.251201.

20、9.2运动循环图送料72 '120 °打印11 n 111成240°输出1111240"90°130°240" 2对360第二部分机构尺寸计算与确定2.1送料机构的尺寸与计算送料机构为凸轮通过直动滚子推杆带动滑块完成白动送料功 能，根据整体安装的协调性，因为要打印的物料的长、宽、高为： 100mmx 80mmx 50mm,要实现送料和下料时该机构能够协调， 下料时物料长100,推到工作位再走100,为保证下料不会出现错 误，所以再增加20的距离，因此凸轮的推程选220mm基圆半径 选择240mm再通过凸轮做远休运动从而完成加紧

21、功能：凸轮基圆半径（mm滚子半径（mm白动推杆杆长（包括推头厚度）（mm推杆仃程（即凸轮机构升程）（mm24052502202.2打印机构的尺寸与计算打印机构为凸轮通过直动滚子推杆带动印头完成白动打印功能，由于凸轮主要用于带动打印头的运动，而物料的长、宽、高为：100mmx 80mmX 50mm，参考可取推杆行程h=220mm。凸轮基圆半径（mm滚子半径（mm白动推杆杆长（包括推头厚度）（mm推杆仃程（即凸轮机构升程）（mm24053422202.3曲柄滑块机构基本尺寸的确定曲柄滑块机构相关参数确定步骤：第一步：通过对送料机构和打印机构同时性与输出机构的时间关系分析得，K=2,则极位夹角。=60° ,因此取偏距e=30,行程S=160,作图法得A点位置；第二步：由2AB=ACACi , 2BC=AC2+AC1和由作图法可得：曲柄 AB=70.4mm 连杆 BC=102.24mm图 2.3.1曲柄滑块机构最小传动角的步骤：第一步：以A点为圆心，并以曲柄AB=70.4mrrfe为半径作圆，在曲 柄AB与机架共线的位置之一取得最小