1、貴州大學(xué)本科課程設(shè)計課程設(shè)計課程名稱： 自動打印機 學(xué) 院： 機械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械制造 姓 名： 王江勇 學(xué) 號： 1008030289 年 級： 2010級 任課教師： 戴明 2013年 1 月 13日 摘要機械原理課程設(shè)計是使學(xué)生較全面、系統(tǒng)鞏固和加深機械原理課程的基本原理和方法的重要環(huán)節(jié),學(xué)生通過此次設(shè)計,學(xué)習機構(gòu)運動方案的確定,培養(yǎng)分析向設(shè)計機械能力,以及開發(fā)創(chuàng)新的能力.以機械系統(tǒng)方案設(shè)計與擬定為結(jié)合點,進一步鞏固和另深學(xué)生所學(xué)的理論知識. 明確課程設(shè)計目的、步驟，根據(jù)自己的設(shè)計題目對設(shè)計內(nèi)容進行分析，確定輸入，輸出件運動型式（即功能原理分析）。關(guān)鍵字: 機構(gòu)運動分析 機構(gòu)結(jié)構(gòu)

2、設(shè)計 曲柄滑塊 凸輪設(shè)計目錄課程設(shè)計任務(wù)書1前言4第一部分 機構(gòu)設(shè)計5 1.1自動打印機的功能和設(shè)計要求6 1.1.1 產(chǎn)品數(shù)據(jù)設(shè)計6 1.2 原動機的選擇8 1.3 功能原理圖及其解釋9 1.4 功能分解9 1.5傳動機構(gòu)的選擇和傳動路線圖確定101.5.1傳動結(jié)構(gòu)的選擇與比較101.5.2傳動比的計算101.6 執(zhí)行結(jié)構(gòu)的選擇與比較 15 1.6.1各送料結(jié)構(gòu)備選方案比較與選擇16 1.6.2各打印結(jié)構(gòu)備選方案比較與選擇17 1.6.3各輸出結(jié)構(gòu)備選方案比較與選擇171.7結(jié)構(gòu)系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能圖及形態(tài)學(xué)矩陣表的繪制19 1.7.1機構(gòu)系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能圖20 1.7.2形態(tài)學(xué)矩陣表271.8

3、機械系統(tǒng)運動方案簡圖281.9根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖281.9.1運動循環(huán)表281.9.2運動循環(huán)圖30 第二部分 機構(gòu)尺寸計算與確定322.1送料機構(gòu)的尺寸與計算332.1.1曲柄滑塊機構(gòu)基本尺寸的確定342.1.2曲柄滑塊機構(gòu)最小傳動角的確定352.2打印機構(gòu)的尺寸與計算362.3輸出機構(gòu)的尺寸與計算37課程設(shè)計總結(jié)38附錄39送料機構(gòu)凸輪運動學(xué)分析39打印機構(gòu)凸輪運動學(xué)分析40曲柄滑塊機構(gòu)的運動學(xué)分析41 參考文獻及編號42 貴州大學(xué)機械工程學(xué)院機械原理課程設(shè)計任務(wù)書題號12自動打印機設(shè)計一、工作原理及工藝動作過程在某商品包裝好的紙盒上，為了某種需要而在商品上打印一種記

4、號。它的主要動作有三個：送料到達打印工位，然后打印記號，最后將產(chǎn)品輸出。二、原始數(shù)據(jù)和設(shè)計要求（1） 紙盒尺寸：長100150mm、寬70100mm、高3050mm。；（2） 產(chǎn)品重量：510N；（3） 自動打印機的生產(chǎn)率：80次/min；（4） 要求機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單緊湊、運動靈活可靠、易于制造加工。三、設(shè)計方案提示1)實現(xiàn)送料夾緊功能的機構(gòu)可以采用凸輪機構(gòu)或有一定停歇時間的連桿機構(gòu)。當送料、夾緊機構(gòu)的執(zhí)行構(gòu)件將產(chǎn)品推至指定位置，執(zhí)行構(gòu)件停止不動，維持推緊力(前有擋塊擠壓)，待打印機構(gòu)執(zhí)行件打完印記后，被推走。 2)實現(xiàn)打印功能的機構(gòu)可以采用平面連桿機構(gòu)或直動(擺動)凸輪機構(gòu)。 3)實現(xiàn)輸出功能

5、的機構(gòu)可以采用與送料、夾緊機構(gòu)相類似的機構(gòu)。為簡化結(jié)構(gòu)，可考慮固定定位擋塊，而將輸出運動與送料運動的方向互相垂直。 4)自動打印機系統(tǒng)采用一個電機驅(qū)動主軸控制三個機構(gòu)的執(zhí)行構(gòu)件完成各自的功能運動，如何將三個執(zhí)行機構(gòu)的主動件均固定在主軸上而達到設(shè)計要求是需要認真考慮的。四、設(shè)計任務(wù)（1） 按工藝動作要求擬定運動循環(huán)圖；（2） 進行送料夾緊機構(gòu)、打印機構(gòu)和輸出機構(gòu)的選型；（3） 機械運動方案的評定和選擇：(至少兩個以上)，進行方案評價，選出較優(yōu)方案。（4） 按選定的原動機和執(zhí)行機構(gòu)的運動參數(shù)擬定機械傳動方案，分配傳動比，并在圖紙上畫出傳動方案圖；（5） 對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)進行運動尺寸計算；（

6、6） 繪制系統(tǒng)機械運動方案簡圖；（7） 對執(zhí)行機構(gòu)進行運動分析，畫出運動線圖；（8） 編寫設(shè)計計算說明書。 前言 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)水平的不斷發(fā)展和人們生活條件的不斷改善，消費者的價值觀念變化很快，市場需求出現(xiàn)多樣化的特征，機械產(chǎn)品的種類日益增多，同時這些機械產(chǎn)品的壽命周期也相應(yīng)縮短，企業(yè)為了贏得市場，必須不斷開發(fā)符合市場需求的產(chǎn)品。新產(chǎn)品的開發(fā)包括產(chǎn)品的設(shè)計與制造，其中設(shè)計是產(chǎn)品開發(fā)的第一步，是決定產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、水平、市場競爭力和經(jīng)濟效益的最主要因素。機械產(chǎn)品的設(shè)計是對產(chǎn)品的功能、工作原理、系統(tǒng)運動方案、機構(gòu)的運動與動力設(shè)計、機構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和

7、形狀尺寸、潤滑方法等進行構(gòu)思分析與計算，并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過程。其中機械產(chǎn)品的功能、工作原理、系統(tǒng)運動方案、機構(gòu)的運動與動力設(shè)計、機構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸、力和能量的傳遞方式等設(shè)計內(nèi)容是機械原理課程的教學(xué)內(nèi)容。機械原理課程設(shè)計是機械原理課程的一個重要實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)同時又是機械類專業(yè)人才培養(yǎng)計劃中的一個相對獨立的設(shè)計實踐，在培養(yǎng)學(xué)生的機械綜合設(shè)計能力及創(chuàng)新意識與能力方面起到十分重要的作用。通過課程設(shè)計這一環(huán)節(jié)使學(xué)生更好的掌握和加深理解本課程的基本理論和方法進一步提高學(xué)生查閱技術(shù)資料，繪制工程圖和應(yīng)用計算機的能力。在課程設(shè)計中要重視培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計的能力。我們將從機構(gòu)的運動學(xué)以及機器

8、的動力學(xué)入手,研究機構(gòu)運動的確定性和可能性,并進一步討論的組成原理.,從幾何的觀點來研究機構(gòu)各點的軌跡、位移、速度和加速度的求法,以及按已知條件來設(shè)計新的機構(gòu)的方法。機械原理課程設(shè)計所研究的問題又可歸納為二類: (1) 根據(jù)已有的機構(gòu)和主要參數(shù)來分析該機構(gòu)和所組成機構(gòu)的各 種特性,即結(jié)構(gòu)分析,運動分析。(2) 根據(jù)預(yù)期的各種特性來確定新的機構(gòu)的形式,結(jié)構(gòu)和參數(shù),即機構(gòu)的設(shè)計問題.,如機構(gòu)的運動設(shè)計,機構(gòu)的平衡設(shè)計以及速度的調(diào)節(jié)。 計算機的應(yīng)用為此次課程設(shè)計提供方便,我們可以利用proe作圖,從而能看到機構(gòu)的仿真運動。這算是我們開始學(xué)習專業(yè)的第一次親自實踐過程。第一部分 機構(gòu)設(shè)計1.1自動打印機

9、的功能和設(shè)計要求 如圖1-1.1所示為學(xué)院打印的紙盒，上方所示為自動打印機印頭，其功能是在紙盒打印上所要求的印記，并實現(xiàn)自動打印生產(chǎn)功能。1.1.1產(chǎn)品數(shù)據(jù)設(shè)計 1. 打印印頭如圖1-1.1所示； 2. 所要打印的產(chǎn)品質(zhì)量為510N； 3. 自動打印機的生產(chǎn)率為80件/min； 4. 產(chǎn)品數(shù)據(jù)參數(shù)如下：長*寬*高=100*80*50； 5.要求的機構(gòu)簡單緊湊、運動靈活可靠、易于制造加工。1-2 原動機的選擇型號功率/kw電流/A轉(zhuǎn)速/(r/min)滿載效率/%功率因數(shù)/(cos/)Y2-132S-637.496081.00.76堵轉(zhuǎn)電流/實際電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩652.12

10、.1選擇的電動機的額定功率必須滿足負載要求，而且必須保證在啟動時可以順利地運行，對于電動機來說，轉(zhuǎn)速選擇960r/min合適，可以保證運行的穩(wěn)定性。另外轉(zhuǎn)速也不可過高，這樣造成功率因素過低，這也是不經(jīng)濟的。電動機的運動參數(shù)為轉(zhuǎn)速。電動機的速度越高，其尺寸和質(zhì)量也就越大，價格也就越高，但當執(zhí)行構(gòu)件的速度較低時，若選用高速電動機，勢必需要大減速比的減速裝置，反而可能會造成機械傳動系統(tǒng)的過分龐大和制造成本的顯著增加。在此機械運動中執(zhí)行構(gòu)件要求的效率不是很大，經(jīng)過多方面的考慮我選960轉(zhuǎn)/min的電動機。型號為Y2-132S-6.1.3 功能原理圖及其解釋 如圖所示，送料器1將產(chǎn)品2送到打印工位，由帶

11、有彈簧5的杠桿4在凸輪6的帶動下，通過印頭3將所需的印記打印在產(chǎn)品2上，完成生產(chǎn)所需。1.4 功能分解 為實現(xiàn)將圖1-1.1所示的產(chǎn)品上打印出所需印記，可將總功能分解為如下分功能： 1.自動送料功能 2.自動定位功能 3.自動打印功能 4.產(chǎn)品自動輸出功能1.5傳動機構(gòu)的選擇與比較以及傳動比的計算和傳動路線圖1.5.1 傳動機構(gòu)的選擇與比較 機械系統(tǒng)中傳動機構(gòu)是由原動機輸出的機械能動、傳遞給執(zhí)行機構(gòu)并實現(xiàn)能量的分配，轉(zhuǎn)速的改變和運動形式的改變等作用的中間裝置。傳動機構(gòu)常見的有齒輪傳動機構(gòu)，摩擦傳動機構(gòu)，帶傳動機構(gòu)，蝸桿傳動等；他們的特點如表1-5.1：特點壽命應(yīng)用 齒輪傳動可以用來傳遞空間任意

12、兩軸之間的運動和力，而且傳動準確，平衡，穩(wěn)定，機械效率高取決于齒輪材料的接觸和彎曲疲勞強度以及抗膠合與抗磨損的能力金屬切削機床、汽車、起重運輸機械，冶金礦山機械、以及儀器等 摩擦傳動機構(gòu)簡單，而且實現(xiàn)無級變速傳動，同時，當過載時，由于兩輪間可發(fā)生滑動，因而不致造成機器的損壞.最大缺點是傳動不準確，兩輪子、容易疲勞破壞，而且傳動的機械效率也比較低使用壽命較低金屬切削機床、農(nóng)業(yè)機械和紡織機械、冶金礦山機械 帶傳動機構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，造價低廉以及緩沖吸震等，可用于傳遞距離較遠的兩軸間的運動，且與摩擦輪轉(zhuǎn)動一樣也有過載保安性。帶輪直徑大，帶的壽命長金屬切削機床、鍛壓機床、輸送機、通風機、農(nóng)業(yè)機械和紡織

13、機械蝸桿傳動結(jié)構(gòu)緊湊，單級傳動能得到很大的傳動比，傳動平穩(wěn)，無噪音；可制成自鎖機構(gòu)，傳動比大，滑動速度低是效率低；中、高速傳動需要昂貴的減磨材料；制造精度要求高，刀具費用貴制造精確，潤滑良好，壽命較長，低速傳動，磨損顯著金屬切削機床，起重機，冶金礦山機械，焊接轉(zhuǎn)胎等 表1-5.1 由上述幾種主要的傳動裝置相互比較可知，由于傳動比較大，故選擇齒輪傳動，第一級傳動選擇帶傳動，可對電動機起到過載保護作用。 1.5.2 傳動比的計算各齒輪的參數(shù)如表1-5.2所示：表1-5.2ABCD1齒輪名稱模數(shù)（mm）壓力角（度）齒數(shù)（個）2直齒輪Z1320183直齒輪Z2320904直齒輪Z3320905直齒輪Z

14、4320906錐齒輪Z5320907錐齒輪Z632090傳動比相關(guān)計算如下所示：由于生產(chǎn)率為80件/min,電機的轉(zhuǎn)速為960r/min，則；總傳動比為i總=n電/n輸出=12； 送料機構(gòu)和打印機構(gòu)的減速： 一級減速（皮帶減速）i1=240/100=2.4 二級減速（齒輪減速）i2=Z2/Z1=90/18=5輸出機構(gòu)(曲柄滑塊機構(gòu)）的減速： 一級減速（皮帶減速）:i1=240/100=2.4 二級減速（齒輪減速）i2=Z2/Z1=90/18=51.6 執(zhí)行機構(gòu)的選擇與比較 1.6.1 送料機構(gòu)的選擇與比較 備選方案一：直動凸輪機構(gòu)功能：通過直動滾子推桿凸輪機構(gòu)旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為推桿的往復(fù)運動，從而

15、實現(xiàn)自動送料和加緊功能。優(yōu)點：送料連續(xù)，運轉(zhuǎn)速度精度高，振動噪聲小，避免了沖擊。缺點：承載能力較小，傳動特性一般，并且加工要困難，維護又較為麻煩，致使其制造成本較高。備選方案二：曲柄滑塊機構(gòu)功能：將曲柄連續(xù)往復(fù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為滑塊在導(dǎo)軌上連續(xù)往復(fù)運動，實現(xiàn)送料功能。優(yōu)點：設(shè)計制造簡單，易于維護，經(jīng)濟，可靠性高，使用范圍廣。缺點：運動規(guī)律任意性差，運轉(zhuǎn)精度較低。備選方案三：六桿機構(gòu)功能：該機構(gòu)可以將曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為有急回運動的往復(fù)運動的機構(gòu)。優(yōu)點：可以改善從動件的運動特性，可獲得較大的機械利益，還有能取得有利的傳動角。缺點：構(gòu)件數(shù)目多，累積誤差大，設(shè)計相對比較復(fù)雜，在高速是振動大，噪聲高。1.6.

16、2 打印機構(gòu)的選擇與比較備選方案一：凸輪連桿機構(gòu) 功能：將凸輪的連續(xù)往復(fù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為印頭的上下往復(fù)移動，從而實現(xiàn)打印功能。 優(yōu)點：機構(gòu)簡單，便于制造，節(jié)約成本。 缺點：印章時由于慣性原因以及送料及定位都采用同一凸輪，導(dǎo)致定位不準確。另外這樣的凸輪制造難度過大，而且易磨損，為保證一定的耐磨性就需要高強度的合金，也就增加了成本。備選方案二：凸輪對心推桿機構(gòu) 功能：將凸輪的往復(fù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為印頭的上下往復(fù)移動，從而實現(xiàn)打印功能。 優(yōu)點：機構(gòu)簡單，便于制造，節(jié)約成本。 缺點：印章時由于慣性原因以及送料及定位都采用同一凸輪，導(dǎo)致定位不準確。另外這樣的凸輪制造難度過大，而且易磨損，為保證一定的耐磨性就需要高強度

17、的合金，也就增加了成本。1.6.2 輸出機構(gòu)的選擇與比較備選方案一：皮帶傳動機構(gòu)功能：利用皮帶的和貨物的摩擦帶動貨物實現(xiàn)輸出。優(yōu)點：定位準確，皮帶傳輸設(shè)計簡單成本低缺點：配合要求相對較高，并且對送料裝置的擺放與類型的選擇造成一定的麻煩，很難實現(xiàn)批量的生產(chǎn)，人工操作的參與性占了很大一部分。將導(dǎo)致效率不高。備選方案二：槽輪機構(gòu)功能：將主動拔盤的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為槽輪的時動時停的間隙運動。優(yōu)點：由于槽輪的間隙運動，印章效果好，機構(gòu)連續(xù)性強。缺點：由于包裝盒是由人工擺放的，對擺放位置要求較高，而且由于是人工擺放的，包裝盒的位置浮動較大。印章的位置的浮動性較大。另外槽輪不是很好加工，切運動時有一定的剛性沖擊

18、。備選方案三：曲柄滑塊機構(gòu)功能：將曲柄連續(xù)往復(fù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為滑塊在導(dǎo)軌上連續(xù)往復(fù)運動，實現(xiàn)送料功能。優(yōu)點：設(shè)計制造簡單，易于維護，經(jīng)濟，可靠性高，使用范圍廣。缺點：運動規(guī)律任意性差，運轉(zhuǎn)精度較低。1.7 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能圖及形態(tài)學(xué)矩陣表的繪制 1.7.1機構(gòu)系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能圖 1.7.2 形態(tài)學(xué)矩陣表：1.8 機械系統(tǒng)運動方案簡圖如附圖一所示：（1） 轉(zhuǎn)速為960r/min的電動機經(jīng)皮帶傳動至軸1，軸1帶動齒輪轉(zhuǎn)動，然后通過齒輪傳動傳到軸2，軸2帶動凸輪轉(zhuǎn)動，通過凸輪的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)推桿（打印機構(gòu)）的上下往復(fù)運動。（2） 軸2帶動齒輪2轉(zhuǎn)動，通過齒輪嚙合帶動軸3轉(zhuǎn)動，軸3帶動皮帶輪轉(zhuǎn)動，然后通過皮帶

19、輪傳動帶動曲柄滑塊（輸出機構(gòu)）轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)滑塊的往復(fù)運動。（3） 軸3通過齒輪嚙合帶動軸4運動，再通過齒輪嚙合帶動軸5轉(zhuǎn)動，軸5帶動凸輪運動，從而實現(xiàn)推桿（送料機構(gòu)）的往復(fù)運動。這樣就實現(xiàn)了送料，打印，輸出的連續(xù)運動的過程。1.9根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖1.9.1 運動循環(huán)表執(zhí)行階段運動階段運動時間（s）分配角度（°）送料階段送料0.1572停止0.148回程0.25120停止0.25120打印階段向下0.296停止0.0524向上0.25120停止0.25120輸出階段無輸出0.5240輸出0.25120 1.9.2 運動循環(huán)圖 第二部分 機構(gòu)尺寸計算與確定 2.

20、1 送料機構(gòu)的尺寸與計算 送料機構(gòu)為凸輪通過直動滾子推桿帶動滑塊完成自動送料功能，根據(jù)整體安裝的協(xié)調(diào)性，因為要打印的物料的長、寬、高為：100mm×80mm×50mm，要實現(xiàn)送料和下料時該機構(gòu)能夠協(xié)調(diào)，下料時物料長100，推到工作位再走100，為保證下料不會出現(xiàn)錯誤，所以再增加20的距離，因此凸輪的推程選220mm，基圓半徑選擇240mm。再通過凸輪做遠休運動從而完成加緊功能：凸輪基圓半徑（mm）滾子半徑（mm）自動推桿桿長（包括推頭厚度）（mm）推桿行程（即凸輪機構(gòu)升程）（mm）24052502202.2 打印機構(gòu)的尺寸與計算 打印機構(gòu)為凸輪通過直動滾子推桿帶動印頭完成自

21、動打印功能，由于凸輪主要用于帶動打印頭的運動，而物料的長、寬、高為：100mm×80mm×50mm，參考可取推桿行程h=220mm。凸輪基圓半徑（mm）滾子半徑（mm）自動推桿桿長（包括推頭厚度）（mm）推桿行程（即凸輪機構(gòu)升程）（mm）2405342220 2.3 曲柄滑塊機構(gòu)基本尺寸的確定曲柄滑塊機構(gòu)相關(guān)參數(shù)確定步驟： 第一步：通過對送料機構(gòu)和打印機構(gòu)同時性與輸出機構(gòu)的時間關(guān)系分析得，K=2，則極位夾角=60°，因此取偏距e=30，行程S=160，作圖法得A點位置； 第二步：由2AB=AC2-AC1，2BC=AC2+AC1，和由作圖法可得： 曲柄AB=70.4mm 連桿BC=102.24mm 圖2.3.1曲柄滑塊機構(gòu)最小傳動角的步驟： 第一步：以A點為圓心，并以曲柄AB=70.4mm長為半徑作圓，在曲柄AB與機架共線的位置之一取得最小傳動角； 第二步：由于此機構(gòu)為曲柄滑塊機構(gòu)，即AB垂直導(dǎo)軌方向時，連桿BC與豎直方向