机械原理课程设计__自动打印机

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1、目 录设计任务书2原动机的选择5传动机构的选择与比较7执行机构的选择与比较9机构系统运动方案的拟定与比较10机构系统的运动循环图16机构功能分解图与动作分解图20机构的设计22机构的运动简图26必要的计算公式与有关调用子程序27程序图33参考文献一、 设计任务书（1） 、功能要求及工艺动动作分解总功能要求在产品上打印记号工作原理及工艺动作分解自动打印机系统的工作原理图及工艺动作如图1所示.该系统有电机驱动主轴上的执行机构.完成打印任务。首先是由送料曲柄滑块机构1连续旋转运动.带动连杆2旋转.再经滑块3往复移动.把工件6送到指定的位置而此时凸轮8已由远休止运动到近休止.摆杆7与凸轮保持接触.并摆

2、动一个角度.从而带动摆杆5也转动角.到打印工件所需位置紧接着是打印印头动作完成打印。2、原始数据和数据要求实现送料.凸轮.打印头等运动机构由一个电动机带动.通过一系列的减速机构.传动机构使该机构具有80r/min的 打印速度。电动机功率P=0.8kw,转速n=980r/min.电机安放在整个装置的正下位置。根据打印产品的要求：长100-150mm,宽70-100mm,高30-50mm.因此须在此范围内满足要求设计如前一页图。并且要求打印设计.满足产品的重量在5-10N之间曲柄滑块由最左端向右运动过程中遇到如图1所示的送料桶中落下的工件并把它推到指定的打印位置.其中滑块的两极限位置间距为89mm

3、。印头摆角为4.印头工作行程与返回行程分别由凸轮的回程角1=120和升程角0=70决定。（3） 、运动方案构思提示实现送料机构-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.夹紧机构的执行件将产品送到指定位置.执行机构停止不动.维持推紧力.待打印机构执行件打印完之后被推走。最终我们经过一系列方案的构思与分析.决定由一对心曲柄滑块来完成送料和出料。滑块的两极限位置如下图2.极限间距为L.实现打印功能的机构可以采用平面连杆机构或直动摆动凸轮机构。初步设计思路如下图3.凸轮1转动带动杆2从而带动杆3摆动.印头4在摆下是动作完成打印。实现出料动作的机构由送料机构来完成.当打印完第一

4、个工件时.曲柄旋转一周.又送来另一个工件.当第二个工件送到时把第一个工件推出打印位置沿着出料带送出。动力控制：自动打印机系统的三个执行机构都是有一台电动机控制.因此实现三个分功能运动的机构必须联动.且其主要动作要协调。所以首先要构思各个执行机构执行顺序.然后勾画出描述各机构动作协调配合的运动循环图.最后按执行路线连成整机.力求结构简单.紧凑。初步设计的传动如下图。二、原动机的选择1原动机的分类a.一次原动机 此类原动机是把自然界的能源直接转变为机械能.因此陈伟一次原动机。属于此类原动机有柴油机、汽油机、汽轮机和燃气轮机等。b.二次原动机 此类原动机是将发电机等变能机所产生的各种形状的能量转变为

5、机械能.因此称为二次原动机。属于此类原动机的有电动机、液压马达、气动马达、汽缸、和液压缸等。2选择原动机时应考虑的因素 必须考虑到现场能源供应情况。在有电源的条件下尽可能选择电力驱动.因为它的成本低.操作控制方便.机械活动范围广.离电源远或无电源时可考虑选择柴油机作为原动机。当有现成气源时如铸造车间可选用气力驱动气动马达和汽缸。 必须考虑到原动机的机械性能和工作制度与工作机相匹配。例如.挖掘机在工作中当遇到大阻力如巨石、古树根根等时.为保护整个机械装置.它应能立即停止工作称之为挖掘特性.所选原动机也必须具有此特性。又如纺织机械上用的电动机应选用连续工作制.而起重机械上用的电动机应根据该起重机工

6、作的频繁程度选取相应的工作制度FC=15% 60%。 必须考虑工作机对原动机提出的启动、过载、运转平稳性、调速和控制等方面的要求。如电力机车要求原动机启动力矩大、调速范围宽。 必须考虑到环境工作因素。如防爆、防尘、防腐蚀等。例如.对于食品机械必须考虑到不能污染食品以及便于清洗等要求。因此.在考虑选择汽缸和油缸作为原动机时.应选择汽缸.而油缸的漏油会污染食品。 必须考虑工作可靠.操作简便.维修方便。比如再单机集中驱动和多机分别驱动之间.考虑到操作维修方便往往选择多机分别驱动为好。 为了提高机械系统的经济效益.必须考虑经济成本：包括初始成本和运转维护成本。此外.所选原动机的额定功率必须满足负载需要

7、.但也不宜过大。对电动机来说所选电动机功率过大造成功率因素过低也是不经济的。3电机的选择根据原动机的选择因素以及自动打印机的功能原理要求和设计要求.需选择二次原动机运用电动机的转动输出带动机构运转。因电动机的运转输出功率稳定、易控制、效率高、噪音小。初始成本低、运转费用低、维修及维护方便、功率范围广0.3-1000KW.符合原动机选择考虑因素、以及自动打印机的功能原理和设计需求。故选用n电=980r/min三相异步电动机作为此设计系统的原动机。三、传动机构的选择与比较1、传动机构的选择原则 对小功率传动.应在满足工作性能的需要下。选择结构简单的传动装置.尽可能降低初始费用。 对大功率传动。应优

8、先考虑.传动的效率.节约能源。降低运转费用和维修费用。 当执行机构要求变速时。若能与动力机调速比相适应可直接联接或采用定传动比的传动装置。当执行机构要求变速范围大。用动力机调速不能满足机械特性和经济性要求时.则应采用变传动比传动.除执行机构要求连续变速者外.尽量采用有级变速。 执行机构上载荷变化频繁.且可能出现过载.这时应加过载保护装置。 主、从动轴要求同步时.应采用无滑动传动装置。 传动装置的选用必须与制造水平相适应。尽可能选用专业厂生产的标准传动装置。如减速器、变速器和无级变速器等。（2） 、传动机构的选用 把原动机输出的速度降低或提高。以适应执行机构的需要。 用原动机进行调速不经济和不可

9、能时.采用变速传动来满足执行机构经常调速的要求。 把原动机输出的等速回转运动变为执行机构所要求的。其速度按某种规律变化的回转或非回转运动。 把原动机输出的转矩变换为执行机构所需多大的转矩或力。 实现有一个或多个动力机驱动若干个速度相同或不相同的执行机构。 由于受机体外形、尺寸的限制、或为了安全和操作方便.执行机构不宜与原动机直接联接时.也需要用传动装置来连接。（3） 、传动机构的选择根据自动打印机的设计要求.选择齿轮传动。其机构如下图所示。根据齿轮传动要求.设一级减速n减为280r/min.二级减速n为80r/min再由两皮带轮分别 传给曲柄滑块机构和凸轮机构。由设计方案.各齿轮的模数m=4.

10、齿轮1 的中经为80mm,n=980r/min.i12 =n1/n2=Z1/Z2=20/70=2/7由此得Z2=280r/min.而Z3=20,Z4=70,因此i34=n3/n4=Z3/Z4=20/70=2/7所以n4=n3*2/7=280*2/7=80r/min.经过以上减速后即可得到最终期望转速n=80r/min. 传动机构的比较由于齿轮传动相对于带轮传动来说.齿轮机构的结构紧凑.且能满足设计要求。所以在一级、二级传动应用齿轮传动平稳.不会打滑能够保证传动的速度精度。在减速完成后.应用带轮对传动的精度影响不是很大.且能够满足长距离传动.因此在减速后应用带轮传动简化结构.设计原则要求。四、执

11、行机构的选择与比较每一台机器都是按照某一需要的设计的.所以它们必须具有满足需要的功能。这些功能是通过机械系统中与工作对象相关的构件的运动表现出来的。这些构件称为执行构件.有时也称为输出构件。在自动打印机的设计中.所采用的执行机构是凸轮机构。通过传动机构的带动.自动打印机的压头要有往复运动。因为凸轮机构与其它机构相比易实现往复运动.而且结构简单.所以宜选择凸轮机构。在选择压头与压杆的连接方式时.我们用弹簧与铰链与压头连接.这样既保证了压头始终竖直向下.而且也保证了机构的最简单.同时弹簧的使用.可以减少冲击.保护产品和压头不被压坏。在选择产品的出料和固定方式时.我们选择通过产品之间的挤推来把产品推

12、向斜面.使产品在重力的作用下通过斜面下滑.达到出料的目的,这样使机构尽量简单化；在斜面与工作台之间用一小段凸起的圆弧过渡.这个凸起与压头的水平距离保持一定.这样既可阻止产品由于惯性超过指定位置.起到定位产品的作用.又不会堵塞产品.从而使产品通过圆弧能光滑顺利地从工作台上滑到斜面上.从而达到与出料地连接。五、机械系统运动方案的拟定与比较1、机械系统运动方案的构思与拟定原则1机械系统尽可能简单2尽量缩小机构尺寸3机械系统应具有良好的人机性能4机构应具有较好的动力特性2、系统运动方案的拟定及工作原理图1方案一：送料机构如图所示。如图1所示.当压头向上升起的时候.曲柄滑块机构在电机的传动下正向右送料到

13、压头正下方；压头下降的时候.曲柄滑块机构的活塞向左运动.避免了活塞与压头产生干涉。为了能适应不同产品的长度.我们设计的时候.在曲柄GF的G端设计了槽a.只要调节铰链G在槽的固结位置.然后与连杆GH铰接.这样就可以调节GF和GH杆的总长.从而可以把不同长度的产品推到压头的正下方位置.即适应了不同长度产品的打印。压杆的往复运动由凸轮的回转运动来实现.如图1所示。电机通过齿轮机构和带传动机构带动凸轮回转.从而使得压杆的往复压下和上升的运动.同时压头随着压杆往复运动。压杆CD与摆杆AC间是通过铰链固定的.这个固定的位置可以在CD杆上一定的距离内变化.只要调整CD杆与AC杆的铰接位置.就能保证适应不同高

14、度的盒子的打印.与送料机构的曲柄滑块机构相似。压头与CD杆的连接方式为：在压头与CD间铰接一个弹簧.两个铰链的使用.保证了压头在重力作用下始终向下.这样在打印产品时.不会把印打偏.而且为了能把打在盒子上的印打的更明显.我们设计的时候.让压头压下的深度低于盒子顶部2mm.这时弹簧受压收缩.起到了缓冲的作用.同时也把印记打印的更明显。图2方案二：曲柄滑块机构的原理和方案一的曲柄滑块机构的原理相似.如图2。通过一个可滑动的槽a和铰链在曲柄GH上的固结位置就可以调节曲柄GH和连杆HI的总长度.从而适应不同长度产品的打印。而压头与压杆CD固结.压头的往复运动是通过压杆CD与凸轮机构的连接来实现的.如图2。电机的回转运动通过齿轮L、K、J和带传动机构减速.同时使凸轮回转.凸轮回转使凸轮机构的摆杆AC摆动.摆杆AC的摆动通过移动副和转动副的连接使压杆CD在移动副的约束下做上下往复运动.从而实现压头上下往复打印产品。同时.转动副C在压杆CD上的固结位置是可以上下在一定范围内调节的.只要调节C在压杆CD上的位置.就能适应不同高度产品的打印.和曲柄滑块机构的原理相似。图3图4图5方案三：这个机构设计的时候是按照产品是在另外一个有传动机构传送到曲柄滑块机构的工作行程范围内。如图3、4所示.此机构负责送料的曲柄滑块机构、负责打印的凸轮机