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1、机械原理课程设计题 目：设计平台印刷机的版台的传动机构I及滚筒的传动机构H学 校：辽东学院系 别：机械系专 业：机械设计制造及其自动化班 级：B0802设计者：韩遵丞（组长）指导教师：佟瑞宏目录一、 工作原理2二、机器的运动方案分析及选择2（一） 设计基本要求 2（二）主传动运动方案分析及选择 2（三）方案比较及组合4三、机构系统的尺寸设计4（一）曲柄滑块运动尺寸设计 4（二）凸轮的设计 4（三）机构运动、位移、速度、加速度分析 5四、数据验证分析5五、机器运动简图5六、 运动循环图5七、 传动系统方案设计6八、 总结与感想6九、 参考文献7一、工作原理平台印刷机的工作原理是复印原理，即将铅板
2、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6-9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I带动版台作往复直移运动，另一路经传动机构n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，滚筒和版台完成压印动作；在第三区段中，收纸机构进行收纸 作业。二、机器的运动方案分析及选
3、择(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
4、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/min。（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，我们选用低速型，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
5、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 3-9 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 3-9 图 3-10方案二： 曲柄滑块机构与齿轮齿条机构的组合。 图 3-10 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 C 的行程大一些。 此外，由于齿轮中心 C（ 相当于滑块的铰链中心 ） 的轨
6、迹对于点 A 偏置。所以上齿条的往复运动有急回运动。方案三：双曲柄机构、 曲柄滑块机构与齿轮齿条机构的串联组合 图 3-11 所示组合机构的下齿 条也是可移动的齿条。故可由下齿条输入另一运动，以得到所需的合成运动；当不考虑下齿条的移 动时，上齿条 （ 即版台 ） 运动的行程也是转动副中心点 C 的行程的 2 倍。这里用两个连杆机构串联主 要是考虑到用曲柄滑块机构满足版台的行程要求，而用双曲柄机构满足版台在压印区中近似匀速的 要求和回程时的急回特性要求。图 3-11 图 3-12方案四： 齿轮可作轴向移动的齿轮齿条机构。 图 3-12 所示齿轮齿条机构的上、 下齿条均为可移 动的齿条且都与版台固
7、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 齿轮时而和上齿条啮合时而和下齿条啮合，从而实现版台的往复移动。若齿轮作匀速转动，则版 台作匀速往复移动。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2 动机构较复杂，故只在印刷幅面较大（如 2 2m ），对印痕浓淡均匀性要求较高时采用。2、滚筒传动机构方案图 3-13 图 3-14方案一： 齿轮齿条机构 （ 转停式滚筒的传动机构 ） 。图 3-13 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要求此种机构的特点是结构简单，易于保证速
8、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3-14） 。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3-15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、3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4（图3-12）配合使用。图 3-15图 3-16方案三：双曲柄机构。图3-16所示为双曲柄机构与齿轮机构串联组成的滚筒传动机构。此传
9、动机构为非匀速运动机构，但当设计合适时，可使滚筒在压印区段的转速变化平缓，这样既可保证印 刷质量，又可减小滚筒直径。因为这种机构的滚筒作连续转动，所以其动态性能比转停式性能简好。值得指出的是：（1）印刷机主传动机构方案I、n中应加设滚筒与版台的运动脱离机构及滚筒定位机构；（2）在按主传动机构方案IV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3-17所示凸轮补偿机构。 其它设计方案可由学生自行构思。图 3-17（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
10、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。三、机构系统的尺寸设计（一）曲柄滑块运动尺寸设计符号说明：e曲柄滑块机构偏距，I为连杆长度，r为曲柄长度，为极位角，由版台的行程H730得曲柄滑块机构的行程为730/2=365 ,I一 一 e一一 _查资料知值在2.8到4之间，-值在0.3到0.4之间我们取rrle4，一 4,结合数学解三角形知识能得： rr由此得行程系数：（二）凸轮的设计因曲柄与凸轮为同一输入轴，转速相同，当版台移动的距离为440mm即印刷过程结束。要求滚筒被抬起，当曲柄转过113度时完成印刷过程。所以设基圆半径为40mm推杆行进20mm凸轮运动规律如下：运动角运动规律0
11、o-74 o等速上升20mm74o-187 o推杆远休止等速返回 20mm 推杆近休止187o-261 o 261o- 360o 我们参照机械原理教材中第九章第三节中摆动滚子推杆盘形凸轮机构用解析法作出了凸轮的轮廓， 如下：（三）机构运动、位移、速度、加速度分析（ 1）示意图（2）运动分析图曲柄由 0转到 360 0 -59 120 -219 300 -359 （3）运动线形图（4）运动仿真图四、数据验证分析其次，我们探究曲柄滑块中滑块的位移及速度 。 建立直角坐标系，先建立相关位移函数，由图可得 则：将 w 3.3rad/ s,r 0.17m8,e0.07m1,l0.712 m代入得我们用数
12、学软件 Mathematica 5.0 作出其图像如下 ： 由图看出其类似正统函数，但我们近似认为其是折线，折线斜率则为加速 度由图可算出：由此可估算版台运动一次时间：根据我们的设计要求19202000张/小时，可得大约0.6张/s再加上日常生 活常识, 充分说明了这些数据是合理的。五、机器运动简图六、运动循环图曲柄：从 0o 187o 是版台前进， 187o 360o 版台返回七、传动系统方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 原动机的选择： 由工作状况， 选择低速型， 印刷生产率 1 92 0
13、2 0 00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Y100L 6。其额定功率为1.5KW,满载转速 940r/min 。2 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 /minI=n H/n=940/32=29.43 各级传动比的计算：第一级传动比i1=4.7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 Z 3=20 Z 4=50 Z 5=20 Z 6=20实际传动比为 i s=4.7 X 2.5 X 2.5=29.
14、38曲柄实际转速为 n s=nH/ i s=940/29.4 =31.97r/min八、总结与感想五天的机械原理课程设计最终还是完成了， 在这期间感受颇深， 感触最深的就是 “书到用时方 恨少”，在这当中也学到了很多知识。首先， 增加了不少的专业知识， 更重要的是这次课程设计让我更加学会如何将学的理论知识应 用于实践，平时上课时间紧，所学内容很多是用于考试，在这次课程设计过程中有很多知识学过， 但一用到实践就感觉到很不熟悉，于是就不断查课本，上网查资料。熟悉专业知识的同时，也学会 了运用。其次，作为组长的我更加学会了如何去安排时间，安排工作。更加学会了如何去协调，团结合 作，增强了自己的团队精神。最后，大大提升了自己解决问题的能力，从接手这个课程设计题目，到分析，提出自己的方案 都不是那么容易的，而且在实行过程中还会不断出现新问题，遇到问题，可以找老师，找同学，上 网查资料，我觉得大家一起讨论更是一种好方法。九、参考文献1 西北工业大学孙桓等主编的机械原理 高等教育出版社 20062 上海机械专科学校马永林主编的机械原理 高等教育出版社 20083 高职高专系列教材编委会委员隋明阳主编的机械设计基础 2002年第七版年 3 月第三版年第一版年第一版4 西安航空职业技术学院郭红星和张超主编的机械设计基础 2006
