學(xué)號 成績 課程設(shè)計說明書 設(shè)計名稱 機(jī)械原理課程設(shè)計 設(shè)計題目 平臺印刷機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計 設(shè)計時間 2006 年 7 月 3 日 7 月 7 日 學(xué) 院 交通與機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級 姓 名 指導(dǎo)教師 年 月 日 機(jī)械原理 課程設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計時間 2006 年 7 月 3 日 2006 年 7 月 7 日 設(shè)計題目 平臺印刷機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計 設(shè)計條件 （ 見 附頁） 設(shè)計任務(wù) （ 見 附頁） 設(shè)計要求 （ 見 附頁） 進(jìn)度計劃 時間（日期） 設(shè)計內(nèi)容 7 月 3 日 進(jìn)行機(jī)械運動簡圖的方案構(gòu)思，初選方案，繪制草圖并與指導(dǎo)教師討論。 7 月 4 日 方案 評價 ，確定各傳動機(jī)構(gòu)的尺寸、參數(shù)，并將方案畫在 A3 圖紙上（手畫、機(jī)畫均可）。 7 月 5 日 對方案設(shè)計中的主要機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算機(jī)輔助分析計算 。 7 月 6 日 完成主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算，整理并編寫設(shè)計說明書，說明方案中所有機(jī)構(gòu)的設(shè)計和計算過程。 7 月 7 日 準(zhǔn)備答辯及答辯。 成績評 定辦法 答辯 ： 答辯 敘述條理清楚、明確 ，正確回答提問。 （ 20 分） 圖紙 ： 運動循環(huán)圖 ： 有運動循環(huán)圖，運動分配合理 （ 10 分） 機(jī)構(gòu)運動簡圖 ： 能夠 正確 地反應(yīng)出所設(shè)計機(jī)構(gòu)的 功能結(jié)構(gòu) （ 10 分） 運動分析 ： 運動分析 結(jié)果合理、正確 （ 10 分） 設(shè)計說明書 ： 充分運用所學(xué)的知識，最終方案的合理可行（ 10 分） 設(shè)計說明書 撰寫格式標(biāo)準(zhǔn)、內(nèi)容安排得當(dāng) （ 20 分） 紀(jì)律： 遵守課程設(shè)計紀(jì)律， 無遲到、早退及缺課。 （ 20 分 ） 參考資料 教材：機(jī)械原理 課程設(shè)計指導(dǎo)書 ，本校編； 參考書： 機(jī)械原理（第六版），孫桓主編， 2001，北京：高等教育出版社； 機(jī)械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計，鄒慧君主編， 2000，北京：高等教育出版社； 計算機(jī)輔助連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計，王淑仁主編， 2000，東北大學(xué)出版社。 指導(dǎo)教師（簽字） 年 月 日 教研室主任 （ 簽字 ） 年 月 日 機(jī) 械原理 課程設(shè)計任務(wù)書（附頁） 1、功能要求及工作原理 （ 1） 總功能要求 實現(xiàn)將往復(fù)直線移動的鉛板上凸出的痕跡借助于油墨壓印到作圓周運動的滾筒表面的紙上。 （ 2） 工作原理 平臺印刷機(jī)的工作原理及工藝動作分解如圖 I 所示。機(jī)器由一臺電動機(jī)驅(qū)動。運動由電動機(jī)經(jīng)過減速裝置后分成兩路，一路經(jīng)傳動機(jī)構(gòu) I 帶動版臺作往復(fù)直線移動，另一路經(jīng)傳動機(jī)構(gòu) 帶動滾筒作回轉(zhuǎn)運動。當(dāng)版臺與滾筒接觸時，在紙張上壓印出字跡或圖形。 2、原始數(shù)據(jù)和設(shè)計要求 （ 1） 要求構(gòu)思合適的機(jī)構(gòu)方案實現(xiàn)平臺印刷機(jī)的主運動：版臺作往復(fù) 直線運動，滾筒作連續(xù)或間歇運動。 （ 2） 為了保證印刷質(zhì)量，要求在壓印過程中，滾筒與版臺之間無相對滑動，即在壓印區(qū)段，滾筒表面點的線速度與版臺移動速度相等。 （ 3） 為了保證整個印刷幅面上的印痕濃淡一致，要求版臺在壓印區(qū)內(nèi)的速度變化限制在一定的范圍內(nèi) (應(yīng)盡可能小 )。 （ 4） 設(shè)計參數(shù)為：印刷生產(chǎn)率 2000 張 /小時，版臺行程長度 730mm，壓印區(qū)段長度440mm，滾筒直徑 232mm，電動機(jī)功率 1.5KW，轉(zhuǎn)速 940r/min。 （ 5） 要求機(jī)構(gòu)傳動性能良好，結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便。 3、要求完成的設(shè)計工作量 （ 1） 本題設(shè)計的時間為 1 周。 （ 2） 根據(jù)功能要求，確定工作原理和繪制系統(tǒng)功能圖。 （ 3） 按工藝動作過程擬定運動循環(huán)圖。 （ 4） 根據(jù)系統(tǒng)功能圖繪制功能矩陣表。 （ 5） 構(gòu)思系統(tǒng)運動方案 (至少 3 個以上 )，進(jìn)行方案評價，選出較優(yōu)方案。 （ 6） 用解析法對傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動尺寸設(shè)計，或在尺寸給定的條件下進(jìn)行運動與動力分析。 （ 7） 繪制系統(tǒng)機(jī)械運動方案簡圖。 （ 8） 編寫設(shè)計說明書，附計算結(jié)果。 4、運動方案構(gòu)思提示 版臺傳動機(jī)構(gòu)可在圖 II 中的四個方案選擇。 (a)所示六桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、加工制造 容易，構(gòu)件 5(即版臺 )的速度是變化的，有急回特性。 (c)所示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)與齒輪齒條機(jī)構(gòu)組合，下齒條固定，上齒條與版臺固連，版臺的行程比鉸鏈中心 C 的行程大一倍，并有急回特性。 (d)所示雙曲柄機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊與齒輪齒條的組合，下齒條固定時與 (c)所示機(jī)構(gòu)類似，下齒條可動時，則由下齒條輸入另一運動，以得到所需的合成運動。 (b)所示的齒輪為滑移齒輪，上、下齒條均可動，并與版臺固聯(lián)，采用凸輪機(jī)構(gòu) (圖中未示 )撥動齒輪沿其軸向移動時，可分別與上、下齒條嚙合，實現(xiàn)版臺往復(fù)移動，若使齒輪作勻速轉(zhuǎn)動，版臺就能作勻速往復(fù)移動。 （ 2） 滾筒傳動機(jī)構(gòu)可在圖 III 中的四個方案選擇。 (a)所示的滾筒是由版臺上的齒條帶動與滾筒同軸的齒輪而轉(zhuǎn)動的。當(dāng)版臺空回時，滾筒應(yīng)停止轉(zhuǎn)動，應(yīng)設(shè)置如 (c)所示的滾筒與版臺運動的脫離裝置。 (b)所示雙曲柄機(jī)構(gòu)與齒輪機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成的滾筒傳動機(jī)構(gòu)，滾筒非勻速轉(zhuǎn)動，若設(shè)計合適，可使?jié)L筒在壓印區(qū)段轉(zhuǎn)速變化平緩。 (d)所示滾筒由電機(jī)通過帶傳動及齒輪減速后，由齒輪機(jī)構(gòu)直接帶動的，因而轉(zhuǎn)速是常量。當(dāng)與其配合的版臺由非勻速機(jī)構(gòu)帶動時，很難滿足速度同步的要求。 平臺印刷機(jī)的主傳動機(jī)構(gòu)要考慮版臺傳動與滾筒傳動機(jī)構(gòu)之間的 配合。采用圖 II(a)與圖 II(a)和圖 II(a)與圖 III(c)配合時，應(yīng)加設(shè)滾筒與版臺的運動脫離機(jī)構(gòu)及滾筒定位機(jī)構(gòu)。采用圖 II(d)與圖 III(d)配合時，為了保證滾筒在版臺上作純滾動，應(yīng)加設(shè)運動補(bǔ)償機(jī)構(gòu)。其他的配合可由設(shè)計者自己構(gòu)思和評價。 目 錄 1設(shè)計要求 1 2功能分解 1 3機(jī)構(gòu)選用 2 4機(jī)構(gòu)組合 5 5傳動方案設(shè)計 6 6運動協(xié)調(diào)設(shè)計 6 7機(jī)構(gòu)設(shè)計 7 8 設(shè)計 結(jié)果 7 9 設(shè)計體會 7 參考資料 8 機(jī) 械 原 理 課 程 設(shè) 計 說 明 書 - 1 - 平臺印刷機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計 1 設(shè)計要求 設(shè)計平臺印刷機(jī)的主傳動機(jī)構(gòu)，設(shè)計參數(shù)如表 1 所示。 表 1 平臺印刷機(jī)設(shè)計參數(shù) 2 功能分解 平臺印刷機(jī)的工作原理是將鉛版上凸出的痕跡借助油墨壓印到紙張上。如圖 1 所示，平臺印刷機(jī)的壓印動作在卷有紙 張的滾筒與嵌有鉛版的版臺之間進(jìn)行。工藝動作過程由輸紙、著墨 (將油墨均勻涂抹在嵌于版臺上的鉛版上 )、壓印、收紙等四部分組成。各機(jī)構(gòu)的運動由同一電動機(jī)驅(qū)動，運動由電動機(jī)經(jīng)過減速裝置后分成兩路，一路經(jīng)傳動機(jī)構(gòu) I 帶動版臺作往復(fù)直移運動，另一路經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)帶動滾筒作回轉(zhuǎn)運動。當(dāng)版臺與滾筒滾動接觸時，在紙張上壓印出字跡或圖形。 機(jī) 械 原 理 課 程 設(shè) 計 說 明 書 - 2 - 版臺工作行程中有三個區(qū)段 (如圖 2 所示 )。在第一區(qū)段，輸紙、著墨機(jī)構(gòu) (未畫出 )相繼完成輸紙、著墨作業(yè)。在第二區(qū)段，滾筒和版臺完成壓印動作。在第三區(qū)段，收紙機(jī)構(gòu)進(jìn)行收紙作 業(yè)。 通過對平臺印刷機(jī)主 傳動機(jī)構(gòu)的運動功能的分析，可知它的基本運動為：版臺的往復(fù)直線運動，滾筒的連續(xù)或停歇運動。 此外，還要滿足傳動性能要求： (1)在壓印過程中，滾筒與版臺之間作純滾動，即在壓印區(qū)段，滾筒表面點的線速度與版臺的移動速度相等，以保證印刷質(zhì)量。 (2)版臺在壓印區(qū)內(nèi)的速度變化限制在一定范圍內(nèi) (即運動盡可能平穩(wěn) )，以保證整個印刷幅面上的印痕濃淡一致。 3 機(jī)構(gòu)選用 根據(jù)前述設(shè)計要求，版臺應(yīng)作往復(fù)運動，行程較大，且必須使工作行程中有一段等速運動 (壓印區(qū)段 )，并有急回特性。滾筒作停歇 (滾停式 )或連續(xù) (有等速段 )轉(zhuǎn)動。這些運動要求不一定都能得到滿足，但必須保證版臺和滾筒在壓印段內(nèi)保持純滾動關(guān)系，即滾筒表面點的線速度和版臺速度相等，這可在運動鏈中加入運動補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，使兩者運動達(dá)到良好的配合。 1 版臺傳動機(jī)構(gòu)選型 從 表 2-1 可知，將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線往復(fù)運動的基本機(jī)構(gòu)很多，如曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、移動凸輪機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)等，但它們不能完全滿足平臺印刷機(jī)主傳動機(jī)構(gòu)的運動要求。 六桿機(jī)構(gòu) (如圖 3 所示 )的結(jié)構(gòu)比較簡單，加工制造比較容易，且有急回特性和擴(kuò)大行程的作用，但作為執(zhí)行構(gòu)件的版臺，其往復(fù)運動速度是變化的，且構(gòu)件數(shù)較多，機(jī)構(gòu)剛性差，不宜用于高速。 機(jī) 械 原 理 課 程 設(shè) 計 說 明 書 - 3 - 因此可將基本機(jī)構(gòu)組合起來以滿足設(shè)計要求。具體方案構(gòu)思如下： （ 1）曲柄滑塊一齒輪齒條組合機(jī)構(gòu) 圖 4 所示 ， 組合機(jī)構(gòu)由偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)與齒輪齒條機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。機(jī)構(gòu)選型記為 A1。其中下齒條為固定齒條，上齒條與版臺固連在一起。該組合機(jī)構(gòu)的主要特點是：由齒輪齒條機(jī)構(gòu)實現(xiàn)運動的放大，版臺行程是滑塊鉸鏈中心點 C行程的兩倍；而偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)使上 齒條 (版臺 )的往復(fù)運動具有急回特性。 （ 2）雙曲柄一曲柄滑塊一齒輪齒條組合機(jī)構(gòu) 圖 5 所示 ， 組合機(jī)構(gòu)記為 A2，它的下齒條是可移動的。并可由下齒條輸入另一運動 (由凸輪機(jī)構(gòu)實現(xiàn) )，以得到所需的合成運動。當(dāng)不考慮下齒條的移動時，上齒條 (版臺 )運動的行程也是滑塊鉸鏈中心點 C 的行程的兩倍。齒輪與兩個連桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)，主要是用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)滿足版臺的行程放大要求及回程時的急回特性，而用雙曲柄機(jī)構(gòu)滿足版臺在壓印區(qū)近似等速運動的要求。 （ 3） 齒輪可作軸向移動的齒輪齒條機(jī)構(gòu) 圖 6 所示 ， 機(jī)構(gòu)記為 A3，其齒輪齒條機(jī)構(gòu)的上、下齒條 均可移動，且都與版臺固接在一起。當(dāng)采用凸輪機(jī)構(gòu) (圖中未示出 )撥動齒輪沿其軸向滑動時，可使齒輪時而與上齒條嚙合，時而與下齒條嚙合，實現(xiàn)版臺的往復(fù)移動。若齒輪作等速轉(zhuǎn)動，則版臺作等速往復(fù)移動。這將有利于提高印刷質(zhì)量，使整個印刷幅面的印痕濃淡一致。但由于齒輪的撥動機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，故只在印刷幅面較大，且對印痕濃淡均勻性要求較高時采用。 機(jī) 械 原 理 課 程 設(shè) 計 說 明 書 - 4 - 2滾筒回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選型 （ 1） 轉(zhuǎn)停式滾筒的齒輪齒條傳動機(jī)構(gòu) 圖 7 所示 ， 機(jī)構(gòu)記為 B1，由版臺上的齒條帶動滾筒上的齒輪實現(xiàn)版臺和滾筒間的純滾動，該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單。但當(dāng)版臺空回時，滾筒應(yīng)停止轉(zhuǎn)動，因而需增加滾筒與版臺間的脫離機(jī)構(gòu)和版臺的定位機(jī)構(gòu)，以便版臺空回時滾筒與版臺脫離并定位。滾筒與版臺運動的脫離裝置可采用棘輪式超越離合器，滾筒的定位裝置可采用圖 8 所示的凸輪定位機(jī)構(gòu)。由于滾筒時轉(zhuǎn)時停，慣性力矩較大，故不宜用于高速印刷場合。 （ 2） 等速滾筒的齒輪傳動機(jī)構(gòu) 圖 9 所示 ， 機(jī)構(gòu)記為 B2，滾筒是由齒輪機(jī)構(gòu)直接帶動的，因而其運動速度是常量。這種滾筒等速回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)一般只與版臺等速移動機(jī)構(gòu) (如齒輪可作軸向移動的齒輪齒條機(jī)構(gòu) )組合使用。 （ 3） 連續(xù)轉(zhuǎn)動滾筒的雙曲柄機(jī)構(gòu) 圖 10 所示 ， 機(jī)構(gòu)記為 B3，為雙曲柄 機(jī)構(gòu)與齒輪機(jī)構(gòu)串聯(lián)組成的滾筒回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，滾筒非等速轉(zhuǎn)動。但當(dāng)設(shè)計合適時，滾筒在壓印區(qū)段的轉(zhuǎn)速變化可以比較平緩，既保證了印刷質(zhì)量，又因這種機(jī)構(gòu)的滾筒作連續(xù)轉(zhuǎn)動，其動態(tài)性能比轉(zhuǎn)停式滾筒好。 機(jī) 械 原 理 課 程 設(shè) 計 說 明 書 - 5 - 4 機(jī)構(gòu)組合 上述各機(jī)構(gòu)方案擇優(yōu)形成如表 2 所示的機(jī)械系統(tǒng)運動方案。 方案 1 的設(shè)計矩陣為 E1=A1， B1。版臺運動 (主傳動 )由曲柄滑塊一齒輪齒條組合機(jī)構(gòu)完成，具有急回特性和行程擴(kuò)大功能，結(jié)構(gòu)較緊湊，設(shè)計較簡單。版臺非等速移動。 滾筒的轉(zhuǎn)停式回轉(zhuǎn)由齒輪齒條機(jī)構(gòu)實現(xiàn)，可保證滾筒表面點的線速度和版臺速度在壓印區(qū)段完全相等 。滾筒與齒輪間裝有單向離合器，以實現(xiàn)滾筒的單向轉(zhuǎn)動。采用凸輪機(jī)構(gòu)定位，保證了印刷機(jī)每個運動循環(huán)中滾筒停歇位置相同。為使版臺回程時版臺不與停歇的滾筒接觸，滾筒下部被削掉一點。 方案 2 的設(shè)計矩陣為 E2=A2， B3。版臺運動 (主傳動 )由雙曲柄一曲柄滑塊一齒輪齒條組合機(jī)構(gòu)完成，具有急回特性和行程擴(kuò)大功能，并滿足了版臺在壓印區(qū)近似等速的技術(shù)要求，結(jié)構(gòu)較緊湊，機(jī)構(gòu)設(shè)計較復(fù)雜。 滾筒的連續(xù)轉(zhuǎn)動由雙曲柄機(jī)構(gòu)與齒輪機(jī)構(gòu)串聯(lián)組成的傳動機(jī)構(gòu)完成，雖然是非等速運動機(jī)構(gòu)，但當(dāng)設(shè)計合適時，連續(xù)轉(zhuǎn)動式滾筒的動態(tài)性能比停轉(zhuǎn)式滾筒好。 方案 3 的設(shè)計矩陣為 E3=A3， B2。版臺運動 (主傳動 )由齒輪可作軸向移動的齒輪齒條機(jī)構(gòu)完成，版臺作等速往復(fù)移動，印刷質(zhì)量較高。但齒輪的撥動機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，且存在沖擊。 滾筒的連續(xù)轉(zhuǎn)動由齒輪機(jī)構(gòu)完成，該結(jié)構(gòu)只能與版臺等速運動機(jī)構(gòu)組合使用。 根據(jù)用戶每小時印刷 1920 張的設(shè)計要求，選用低速型參數(shù)的生產(chǎn)條件，并根據(jù)前述方案評價的原則以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，制造方便、成本低等性能指標(biāo)，選取設(shè)計方案 E1實際采用的平臺印刷機(jī)運動方案如圖 11 所示。 機(jī) 械 原 理 課 程 設(shè) 計 說 明 書 - 6 - 5 傳動方案設(shè)計 （ 1） 根據(jù)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和印刷的生產(chǎn)能力，確定系統(tǒng) 總傳動比為 i=940 (1920 60)=29.4 （ 2） 傳動比分配選用二級轉(zhuǎn)速，第一級采用帶傳動，選取帶傳動比為 6。第二級采用單級齒輪減速，齒輪傳動比為 4.9。 由齒輪傳動的強(qiáng)度確定齒輪的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=5。初選帶輪直徑： d1=80mm， d2=480mm。 齒輪齒數(shù)： z1=20， z2=98。 6 運動協(xié)調(diào)設(shè)計 版臺壓印和返回為一個運動循環(huán)。應(yīng)保證印刷機(jī)在印刷運動循環(huán)中，版臺與滾筒的動作在時間和位置上的協(xié)調(diào)。根據(jù)印刷機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動要求，繪制機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運動循環(huán)圖如圖12 所示。 機(jī) 械 原 理 課 程 設(shè) 計 說 明 書 - 7