设计平台印刷机的版台的传动机构Ⅰ及滚筒的传动机构Ⅱ

1、 第 页课 程 设 计 字 第 院（系）： 机械工程学院 专 业 ：工业工程 班 级 ：工业1002班 姓 名 ：陈新民 济 南 大 学 2012年 6 月 25日课 程 设 计 任 务 书学院：机械工程学院 专业：工业工程 姓名：陈新民 学号：20100421029 课程设计题目：平合印刷机运动方案及其机构的优化设计 课程设计基本内容及要求 每个同学应在一周内独立完成设计任务，整理出课程设计说明书一份，列出计算过程和结果，并进行讨论和分析。要求完成以下工作量： 1.机械运动方案拟定 根据题目要求，拟定1-2种运动方案，包括机构运动循环图拟定、原动机、传动系统和执行机构的选择，最终绘制出机械运

2、动方案简图；2.机构的分析与综合针对锁选用的一种常用机构进行运动设计，即进行机构的尺度综合，求出机构的主要尺寸。并对上述机构进行运动分析（图解法和解析法）。3.编写设计计算说明书设计开始日期 2012 年 6 月 18 日 指导老师王砚军 教研室主任 （签字）设计完成日期 2012 年 6 月 25 日 院长（系主任） （签字） 2012 年 月 日 目 录一、课程设计目的 3二、平台印刷机机械运动方案的创新设计 3 2.1 工艺动作分解及运动循环图的拟定 3 2.2 原动机、传动机构、执行机构的选择 5 2.3 运动方案的评定 9 2.4 机械运动方案简图 9三、连杆机构的优化设计 10 3

3、.1 、对应关系的求解 .10 3.2 根据两连架杆对应角位移设计四杆机构11 3.3 实际角位移'的计算 11 3.4 拟合误差的求解 11 3.5 机构运动分析 12四、总结 15五、参考资料 15一 、机械原理设计目的 进一步巩固和加深机械原理课程的理论知识； 培养运用理论知识独立解决有关课本实际工程问题的能力，使学生对于机械的运动学、动力学的分析和设计有一套完整的概念； 通过课程设计，培养学生对新机械运动方案构思和设计的能力以及对机构系统中各机构分析和综合的能力； 通过课程设计 ，进一步提高学生的计算、制图、查阅技术资料及计算机操作的能力。二、平台印刷机机械运动方案的创新设计2

4、.1 工艺动作分解及运动循环图的拟定工艺动作分解平台印刷机的工作原理是复印原理，即将铅板上凸出的痕迹借助于油墨压印到纸张上。平台印刷机一般由输纸、着墨（即将油墨均匀涂抹在嵌于版台上的铅板上）、压印、收纸等四部分组成。如图2-1所示，平台印刷机的压印动作是在卷有纸张的卷筒与嵌有铅板的版台之间进行的。整部机器中各机构的运动均由同一电动机驱动。运动由电动机经过减速装置i后分成两路，一路经传动机构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。当版台与滚筒接触时，在纸张上压印出字迹或图形。版台工作行程中有三个区段。在第一区段中，送纸、着墨机构相继完成输纸、着墨作业；在第二区段中，滚筒和版台

5、完成压印动作；在第三区段中，收纸机构进行收纸作业。 2-1平台印刷机简图运动循环图曲柄：从0º187º是版台前进，187º360º版台返回滚筒：323º37º回落，37º150º压印，150º224º抬起，224°-323°抬起后停止 2-2运动循环图2.2 原动机、传动机构、执行机构的选择执行机构的选择与设计(一)设计基本要求 （1）要求构思合适的机构方案实现平台印刷机的主运动：版台作往复直移运动，滚筒作连续间歇转动 （2）为了保证印刷质量，要求在压印过程中，滚筒与版台之间

6、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）为保证整个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）平台印刷机分为低速型和高速型两种类型，两种类型任选一种进行设计。低速型所要求实现的成产率19202000张/小时、版台往复运动的行程长度为730mm，压印区段长度为440mm，滚筒直径为232mm，电动机功率为1.5KW，转速为940r/min。高速型所要求实现的成产率40004500张/小时、版台往复运动的行程长度为795mm，压印区段长度为415mm，滚筒直径为350mm，电动机功率为3.0KW，转速为1450r/mi

7、n。 (5)要求机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。（二）主传动运动方案分析及选择根据前述设计要求，版台应作往复移动，行程较大，且尽可能使工作行程中有一段匀速运动(压印区段)，并有急回特性；滚筒作间歇(滚停式)或连续(有匀速段)转动。这些运动要求不一定都能得到满足。但一定要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。由此出发构思方案。1、版台传动机构方案方案一：六杆机构。图2-3所示六杆机构的结构比较简单，加工制造比较容易；作住复移动的构件5（即版台）的速度是变化的，有急回特性。有扩大行程的作用；但由于

8、构件数较多，故机构刚性差，不宜用于高速；此外，此机构的分析计算比较复杂。 图2-3 图 2-4方案二：曲柄滑块机构与齿轮齿条机构的组合。图2-4所示机构由偏置曲柄滑块机构与齿轮齿条机构串联组合而成。其中下齿条为固定齿条，上齿条与版台固连在一起。此组合机构最重要的特点是版台行程比铰链中心点的行程大一些。此外，由于齿轮中心(相当于滑块的铰链中心)的轨迹对于点偏置。所以上齿条的往复运动有急回运动。 2、滚筒传动机构方案 图 2-5 图 2-6方案一：齿轮齿条机构(转停式滚筒的传动机构)。图2-5所示的滚筒是由版台上的齿条带动滚筒上的齿轮转动的，因而可保证滚筒表面点的线速度和版台速度在压印区段完全等的

9、要求此种机构的特点是结构简单，易于保证速度同步的要求。但当版台空回时，滚筒应停止转动，因而应设置滚筒与版台运动的脱离装置(如滚筒与齿轮间装单向离合器等单向运动装置)及滚筒的定位装置(如图2-6)。由于滚筒时转时停，惯性力矩校大，不宜用于高速。方案二：齿轮机构。图2-7所示的滚筒是由电动机通过带传动及齿轮减速后，由齿轮机构直接带动的。因而其运动速度是常量。当与其配合的版台由非匀速机构(如前述版台传动机构方案1、2带动时，很难满足速度同步的要求，因而此种机构方案一般只和版台传动机构方案配合使用。 图 5-7 值得指出的是：(1)印刷机主传动机构方案、中应加设滚筒与版台的运动脱离机构及滚筒定位机构；

10、(2)在按主传动机构方案设计时，为了保证滚筒表面点的线速度与版台往复运动速度在压印区段完全一致，一般应加设运动补偿机构。如图2-8所示凸轮补偿机构。其它设计方案可由学生自行构思。图 2-8 （三）方案比较及组合 我们设计的是低速型，各版台传动机构和滚筒传动机构的优缺点在阐述方案时已详细说明，这不再重复，综合比较我们选用版台传动机构选方案二，滚筒传动机构选方案一的组合。原动机的选择1 ：由工作状况，选择低速型，印刷生产率19202000张/小时，电动机功率1.5KW 。转速为940r/min，所以选择Y系列三相异步电动机的Y100L6。其额定功率为1.5KW，满载转速940r/min。传动系统方

11、案设计为了满足不同的工作需要，仅用一对齿轮组成的齿轮机构往往是不够的，需用由一系列齿轮所组成的齿轮机构来传动。这里用的就是轮系。1.总传动比的计算：总传动比为电动机转速与曲柄转速之比。因曲柄每转一周印刷一张为一个周期。所以 n=1920/60=32张/min I=nH/n=940/32=29.42 各级传动比的计算：第一级传动比 i1=4.70第二级传动比 i2=2.5第三级传动比 i3=2.5第一级为带传动，设z1=20 所以Z2=50 Z3=20 Z4=50 Z5=20 Z6=20实际传动比为 is=4.7×2.5×2.5=29.38曲柄实际转速为 ns=nH/ is=

12、940/29.4 =31.97r/min2.3 运动方案的评定经选择后的方案结构简单、空间布局紧凑，更加安全，其余优缺点在阐述方案时已详细说明，这不再重复2.4 机械运动方案简图 三、连杆机构的优化设计3.1、对应关系的求解两连架杆对应角位移关系近似为 自变量 -自变量与主动角的比例因子-函数值与从动角的比例因子（n为要求精确实现的结点数目，这里n=8）根据公式求得 3.2 根据两连架杆对应角位移设计四杆机构已知两连架杆的5组对应的角位置，有精确解。有公式根据机构位置分配表，此处带入数据解得 又带入数据解得又根据实际情况设定则取=0.2 m/作机构运动简图如下：3.3 实际角位移'的计

13、算计算实际角位移，有公式此处用牛顿法来计算。令求，使得牛顿法计算步骤：（1）准备：选定初始近似值（本设计中理论计算值），计算。（2）迭代：按公式迭代一次，得新的近似值，计算。（3）控制：如果满足（单位为弧度），则终止迭代，以作为所求的根；否则转步骤4。其中是选取的绝对误差的控制常数，本设计取，以下替换为角度，即。（4）修改：如果迭代次数达到预先指定的次数N，或者，则方法失败；否则以代替转步骤2继续迭代。根据公式求得 3.4 拟合误差的求解求拟合误差，其公式为这里，n=8，表示共有9对对应角位移。将其转化为弧度，求得，经组中比较，误差为最小的那组为,杆长为则3.5 机构运动分析（解析法）1.位置

14、分析在图5-1所示的铰链四杆机构中，已知杆长分别为 l1、l2、l3、l4，原动件1的转角1为及等角速度为1=2，要求确定构件2、3的角位移、角速度和角加速度。将铰链四杆机构ABCD看作一封闭矢量多边形，如图所示。若以l1、l2、l3、l4分别表示各构件的矢量，该构件的封闭矢量方程式为1+2=4+3以复数形式表示为 1e + 2e = 3e 33e+4 规定角应以轴的正向逆时针方向度量。按欧拉公式展开得1(cos+isin)+2(cos+isin)=4+3(cos +sin)该方程式的实部和虚部应分别相等，即1cos+2 cos=4+3 cos （5.4-2）1 sin+2sin=3 sin

15、消去2得 A cos +B sin+C=0 （5.4-3） 式中系数 A=4-1 cos B=-1 sin C=(A+B+3-2)/23因为 sin=2tan(/2)/(1+tan(/2) cos=(1-tan (/2)/(1+tan(/2)解出 =2arctan(B)/(A-C) （5.1-4） 式（5.1-4）中有两个值，它说明在满足相同的杆长条件下，该机构有两种装配方案，式中的“+”的适用于图标机构位置ABCD的装配，根号前为 “-”号的3值适用于图示机构位置ABCD的装配，究竟取哪一个3 ，要根据从动件3的初始位置和运动连续条件来确定。构件2的角位移2可按式（5.1-2）求得=arct

16、an(B+3sin)/(A+3 cos) （5.1-5）根据公式求得A= 172.45 B= 2.74 C= 27.34 （取前 一个） 2.速度分析 将式（5.1-1）对时间求导数得 1ie+2I e =33i e （5.1-6） 为了消去2，将上式两边分别乘以 e 得 e+2I e =33i e 按欧拉公式展开后，取实部得3=1(1sin(-)/(sin-) （5.1-7）同理得 =-11sin(-)/(2sin-) （5.1-8） 角速度为正表示逆时针方向；为负表示顺时针方向 根据公式求得 3.加速度分析 将式（5.1-6）对时间求导得-1e+2I e-2I e=3 i e-33 e 为

17、了消去2，将上式两边乘以 e- 得-1e+2i-2=3ie-33 e取实部得=(2+1(cos-)-33 cos(- )/3 sin(- )为了消去3，将两边分别乘以 e- ，取实部得=(33-1 (cos-)-2 cos(- )/2 sin(-)角加速度的正、负号可表明角速度的变化趋势，角加速度与角速度同号表示加速；反之则为减速。根据公式求得 (图解法)（1）绘制机构位置图 根据已知各构件的长度、构件1的位置，用选定的比例尺ul从构件1开始按几何作图法绘制机构位置图，在求点C的位置时，可有两个解，要根据从动件3的初始位置和运动连续条件来确定。所谓运动连续条件就是当构件3的初始位置确定后，随着

18、原动件位置角1的增加，构件3的位置角3应该是连续变化的。（2）确定速度和角速度 在进行速度分析时，应从已知点的速度开始。因为构件1角速度1的大小、方向已知，故B点速度vB大小和方向也已知。为求构件2上点C的速度，可根据同一构件上相对速度原理写出对速度矢量方程式 Vc = VB + VcB方向： CD AB CB大小： ? LAB ?式中vC、vB 表示点C、B的绝对速度，vCB表示点C相对点B的相对速度，其方向垂直构件CB，大小未知；点C的速度方向垂直构件CD，大小未知。在上面矢量方程式中，仅vC和vCB的大小未知，故可用图解法求解。（3）确定加速度和角加速度 在进行加速度分析时，也是从已知点的速度开始，因构件1的角速度和角加速度1的大小、方向都已知，故点B的法向加速度aBn和切向加速度aBt也已知，为求购件2上点C的加速度，可根据同一构件上相对速度原理写出相对加速度矢量方程式 C