“機械原理”課程設計自動打印機的設計

1、 機械原理課程設計自動打印機的設計目錄0.課程設計任務書21.設計題目32.工作原理和工藝動作分解43.執(zhí)行機構(gòu)選型54.工藝動作協(xié)調(diào)設計，并擬定運動循環(huán)圖65. 機構(gòu)運動方案的選擇和評定96. 機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構(gòu)127.機構(gòu)運動簡圖138.主要機構(gòu)的尺度設計149.主要機構(gòu)速度與加速度分析1810.參考資料2011.設計總結(jié)及感悟20機械原理課程設計任務書2013學年第一學期 機械工程 學院 機械大類 專業(yè) 機械1104 班 課程名稱： 機械原理課程設計 設計題目： 自動打印機的設計 完成期限：自 2013 年 6 月 20 日至 2013年 6 月 27 日共 1 周內(nèi)容及任務一

2、、工作原理及工藝動作簡介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號。它的主要動作有三個：送料達到打印工位，然后打印記號，最后將產(chǎn)品輸出。二、原始數(shù)據(jù)及設計要求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)率是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、設計任務任務：對設計題目進行工作原理和工藝動作分解；根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖；進行執(zhí)行機構(gòu)選型；構(gòu)思該機械運動方案；進行的選擇和評定，確定機械運動的總體方案；根據(jù)任務書中的技術(shù)參數(shù)，確定該機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構(gòu)，作出機

3、構(gòu)運動簡圖；對相關(guān)執(zhí)行機構(gòu)的具體尺度進行分析與設計。要求有設計說明書一份（15頁），相關(guān)圖紙12張。（有條件的要求用三維動畫表述）。進度安排起止日期工作內(nèi)容203.6.202013.6.21工作原理分析、工藝動作分析、執(zhí)行機構(gòu)選型和擬定 2013.6.222013.6.23運動規(guī)律和運動協(xié)調(diào)設計、繪制運動循環(huán)圖 2013.6.242013.6.26機構(gòu)尺度設計、運動分析、動力分析、繪制機構(gòu)運動方案簡圖2013.6.272013.6.27整理設計說明書、設計小結(jié)主要參考資料1、朱理主編，機械原理，高等教育出版社2、戴娟主編，機械原理課程設計，高等教育出版社指導教師（簽字）： 銀金光 2013年6

4、月6日1.設計題目平壓印刷機的設計1.1、設計原理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號。它的主要動作有三個：送料達到打印工位，然后打印記號，最后將產(chǎn)品輸出。1.2、設計要求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)率是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。1.3、設計任務1）根據(jù)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)及其相互連接傳動的選型；3）機械運動方案的評定和選擇；4）按選定的原動機及執(zhí)行機構(gòu)運動參數(shù)擬定機械傳動方案，分配傳動比，并畫出傳

5、動方案；5）對傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)進行運動尺寸計算；6）畫出機構(gòu)運動簡圖；7）對執(zhí)行機構(gòu)進行運動分析，畫出運動線圖，進行機構(gòu)運動模擬仿真；8）編寫設計計算說明書。2.工作原理和工藝動作分解2.1、工作原理根據(jù)自動打印機的工藝動作過程，可知，其應該具有一個供打印用的圖章、三個執(zhí)行構(gòu)件(裝有紙盒的料斗往復送料、打印機構(gòu)的來回打印記號、輸出機構(gòu)使打印完記號后的紙盒輸出)、機架。所以自動打印機的工作過程是：裝夾好原料紙盒輸送原料機構(gòu)將紙盒送到打印工作臺上打印機構(gòu)打印記號最后將產(chǎn)品輸出。2.2、工藝動作分解根據(jù)上述分析工藝動作分解可分為以下幾個過程：（1）裝夾原料手動裝夾紙盒至料斗；（2）輸送原料采用凸輪

6、機構(gòu)或有一定停歇的連桿機構(gòu)；（3）打印記號采用曲柄滑塊機構(gòu)或連桿機構(gòu)；（4）輸出產(chǎn)品采用凸輪機構(gòu)或連桿機構(gòu)；（5）取出產(chǎn)品認為取出堆于倉庫。由于我們機械課程設計無需考慮取出裝夾原料和取出產(chǎn)品，所以我們只需考慮平壓印刷機工藝動作的三個執(zhí)行動作：（1）輸送機構(gòu)來回輸送原料；（2）打印機構(gòu)來回打印記號；（3）輸出機構(gòu)輸出產(chǎn)品。3.執(zhí)行機構(gòu)選型3.1、輸送機構(gòu)的選型印頭優(yōu)點缺點曲柄滑塊機構(gòu)面接觸，所以受的壓力小，磨損輕，制作容易，可獲得較高的加工精度有可能會產(chǎn)生自鎖，不適合于高速的運動，效率比較低凸輪機構(gòu)只要設計適當?shù)耐馆喌妮喞€，從動件可以獲得任意預定的運動規(guī)律，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊由于是高副接觸、比壓

7、較大，抑郁磨損，輪廓形狀復雜，制造比較困難3.2、打印機構(gòu)的選型 油輥優(yōu)點缺點曲柄滑塊機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，制作精度低，可承受較大的壓力，裝配容易，適合于低速運動占用的空間比較大，轉(zhuǎn)速不是很穩(wěn)定凸輪機構(gòu)只要設計適當?shù)耐馆喌妮喞€，從動件可以獲得任意預定的運動規(guī)律，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊由于是高副接觸、比壓較大，抑郁磨損，輪廓形狀復雜，制造比較困難槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小，工作可靠，能準確的控制轉(zhuǎn)角，機械效率高起動和停止加速度變化大，具有柔性沖擊，且隨著轉(zhuǎn)速的增加或槽輪數(shù)的減少而加劇3.3、輸出機構(gòu)的選型當油打印完記號后，為了保證能夠繼續(xù)生產(chǎn)打印，此時的產(chǎn)品要及時輸出，因此，適合采具有一定停歇功能的機構(gòu)。

8、油盤優(yōu)點缺點連桿機構(gòu)所受的壓力小，磨損輕，制作容易，可獲得較高的加工精度有可能會產(chǎn)生自鎖，不適合于高速的運動，效率比較低凸輪間歇機構(gòu)只要設計出凸輪輪廓，可以使從動盤獲得預期的運動規(guī)律，能減小動載荷和避免沖擊。加工成本搞，對裝配、調(diào)整要求嚴格4.工藝動作協(xié)調(diào)設計，并擬定運動循環(huán)圖4.1輸送機構(gòu)送料到工作臺 19019019019019019019012024030036018060200mm1804.2打印機打印記號 50mm180240300120360604.3輸出機構(gòu)的尺度設計 輸出機構(gòu)，將紙盒從打印工作臺上推出去，并輸送出去。由于物料在打印記號時需要夾緊，在定位夾緊時，送料方向有一塊擋塊

9、，從結(jié)構(gòu)簡化角度考慮，輸出運動可與送料的方向互相垂直。此時需要考慮的是輸出機構(gòu)不與送料機構(gòu)和打印機構(gòu)發(fā)生相互干涉。601202403003601804.4平壓印刷機的三種形式運動循環(huán)圖送料前進送料后退打印近休推程遠休，打印記號回程輸出后退 前進未碰到紙盒 前進將紙盒推出去輸出機構(gòu)送料機構(gòu)打印機構(gòu)60120180240300360推走紙盒回程遠休推程近休后退前進前進后退60輸出機構(gòu)后退推程送料前進近休1800打印后退回程輸出機構(gòu)前進2405. 機構(gòu)運動方案的選擇和評定方案一：方案分析：送料機構(gòu)：利用包裝紙盒自身重量通過傳輸桶并利用圓柱凸輪間歇機構(gòu)帶動其傳輸?shù)酱蛴」の?。夾緊機構(gòu)：利用托盤上的凹陷來

10、固定產(chǎn)品，使之當高速運轉(zhuǎn)時，產(chǎn)品不被甩出。按照打印的產(chǎn)品尺寸設定工作臺的凹陷面積。這個方案的優(yōu)點是： 送料機構(gòu)和輸出機構(gòu)都在一個圓盤上，這個圓盤相當于一個工作臺在推料的同時打印記號，這樣不但節(jié)省了空間，而且還縮短了打印周期，從而提高了生產(chǎn)效率。缺點是：加工成本高，對裝配、調(diào)整要求嚴格。槽輪的制作復雜，起動和停止加速度變化大，具有柔性沖擊，且隨著轉(zhuǎn)速的增加或槽輪數(shù)的減少而加劇方案二：方案分析：送料機構(gòu)：采用皮帶輪機構(gòu)，通過槽輪帶動皮帶輪作間歇性轉(zhuǎn)動；打印機構(gòu)：采用凸輪控制驅(qū)動式間歇打印機構(gòu)，凸輪運動分推程、遠休、回程、近休四個階段；在遠休時，皮帶輪靜止，打印頭停留在原料盒上，進行打印工作，油墨充

11、分地打印到紙盒上；在近休時，打印頭停留在初位置同時供墨系統(tǒng)又向打印頭補充油墨，以保證打印機構(gòu)能夠連續(xù)的工作。這個方案的優(yōu)點：1）此方案將三個機構(gòu)（送料、打印、輸出）結(jié)合在一起，很大程度上節(jié)省了空間；2）在原料盒的加工過程中，原料盒始終在皮帶輪上，極大的提高了生產(chǎn)效率；3）三個機構(gòu)的傳動軸可以巧妙的結(jié)合在一起，設計簡單，同時在工作的過程中對機器的損害也較小。缺點是：結(jié)構(gòu)比較復雜，槽輪的制作復雜，起動和停止加速度變化大，具有柔性沖擊，且隨著轉(zhuǎn)速的增加或槽輪數(shù)的減少而加劇方案三：打印機構(gòu)可移動擋板紙盒從這滑出輸出機構(gòu)送料機構(gòu)送料筒cbacba方案分析：1）送料機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)將紙盒推動到打印工作臺；

12、2）與此同時凸輪運動分近休、推程、遠休、回程四個階段；在近休時，打印頭停留在初位置同時供墨系統(tǒng)又向打印頭補充油墨，以保證打印機構(gòu)能夠連續(xù)的工作，在遠休時，皮帶輪靜止，打印頭停留在原料盒上，進行打印工作，油墨充分地打印到紙盒上；3）當打印機構(gòu)離開紙盒時，輸出機構(gòu)也是通過曲柄滑塊機構(gòu)，將紙盒垂直方向推出去。方案比較：通過比較方案一、方案二和方案三，我們可以得出方案三才是運動性能、工作性能、經(jīng)濟型最好的一個方案。曲柄滑塊機構(gòu)的應用使機構(gòu)傳動平穩(wěn)，用簡單的機構(gòu)完好地實現(xiàn)整個工藝過程。最終選定方案三。6. 機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構(gòu)6.1機械傳動系統(tǒng)的速比由自動打印機的設計要求可知 通過傳動系統(tǒng)使其具

13、有80次/mim的打印記號能力則，傳動軸每分鐘轉(zhuǎn)過的次數(shù)為n n=80次/min；假定電動機轉(zhuǎn)速：n=910r/min；則自動打印機的總速比為：i=910/（80）=11.375 6.2變速機構(gòu)由自動打印機的總速比為11.375可得：第一級采用帶傳動減速，其速比為2.84375；第二級采用單級直齒圓柱齒輪傳動，傳動比為4。7.機構(gòu)運動簡圖打印機構(gòu)595輸出機構(gòu)紙盒滑出可移動擋板送料機構(gòu)361902084200100152300110cba送料筒abcef圖示位置為在傳動軸轉(zhuǎn)過=180時的位置：因為紙盒的長度為100-150mm，而其中心到打印工作臺的位置固定不變，所以在打印長度為150mm的紙

14、盒時，ab桿只要伸長25mm即可，因此將ab桿做成可變動的桿，則ab桿的長度范圍為110135mm。因為紙盒的高度為30-50mm，要使打印機構(gòu)能夠在紙盒上表面打印出記號，只需將ef桿伸長20mm即可，因此將ef桿做成可變動的桿，則ef長度范圍為100-120mm。機構(gòu)的各尺寸如圖中所示。8.主要機構(gòu)的尺度設計8.1送料機構(gòu)尺度設計方案中用對心曲柄滑塊機構(gòu)和送料筒實現(xiàn)送料功能，根據(jù)設計要求紙盒尺寸：長100150mm、寬70100mm、高3050mm。取用最大紙盒長度和寬度150mm*100mm ，則為了防止紙盒于送料筒邊緣的摩擦，設計尺寸為152mm*102mm。圖1送料筒152351523

15、00cabab假定取a點到送料筒左邊的距離為300mm，滑塊的長度為235mm，寬為100mm，高為30mm，c點具滑塊左端15mm。為了防止連桿于送料筒產(chǎn)生運動干涉，取當曲柄滑塊出現(xiàn)在最右極限位置時，連桿的c點剛好在送料筒左邊邊緣。即：a+b=300mm取當曲柄滑塊出現(xiàn)在最左極限位置時，滑塊的最右端離剛好在送料筒左邊邊緣。即b-a=300-220得出：a=110mm b=190mm所以ab桿的長度設計為110mm，bc桿設計的尺寸為190mm。8.2打印機構(gòu)尺度設計凸輪控制驅(qū)動式間歇打印機構(gòu)，打印頭位于凸輪機構(gòu)從動件下端，在彈簧的作用下凸輪與從動件保持接觸,打印機頭隨從動桿作上下往復運動，對

16、包裝產(chǎn)品進行商標打印。其循環(huán)設計步驟，主要是設計齒輪的輪廓曲線。根據(jù)打印機構(gòu)的工作運動和打印工藝過程的需要，打印頭的工作運動循環(huán)由下列四個區(qū)段組成：即：1-（近休）打印頭在初位置停留，供墨裝置為其加墨。2-（推程）打印頭向包裝產(chǎn)品行進運動；3-（遠休）打印頭在包裝產(chǎn)品上停留，即打印商標；4-（回程）打印頭打印結(jié)束后，向初始位置返回行程；確定工作機構(gòu)運動循環(huán)各區(qū)段主軸轉(zhuǎn)過的角度，根據(jù)打印工藝要求：假設各區(qū)間段所用的角度如下：1=602=1203=604=120主要尺寸的確定：a.根據(jù)實際工作情況，取推程h=50mm。b.凸輪機構(gòu)的壓力角，工程上要求最大壓力角，直動推桿：=30c.凸輪的基圓半徑的

17、確定利用諾模圖確定基圓半徑，對于對心直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)，0=120，h=50mm,推桿以正弦加速度運動，要求:=30。作圖得:h/ro=0.89,則ro50/0.89=56.18mm，因此我們?nèi)o=60mm。首先，按一定的比列u，做出凸輪的位移圖如下圖所示，并分別將轉(zhuǎn)角，60180區(qū)間和240360區(qū)間平均分成6份，如圖。1112109874563211086754321121191086754321924036060120106754321121189121110987654321180300選取同樣的比列大小，做出基圓，然后在位移圖上分別量取1-1,2-2，3-3，4-4.，如下圖

18、所示： 215432115432121189107654321121110987654321用光滑的曲線連接1、2、3、4、5即可得到凸輪的輪廓曲線。8.3輸出機構(gòu)尺度設計輸出機構(gòu)，將紙盒從打印工作臺上推出去，并輸送出去。由于物料在打印記號時需要夾緊，在定位夾緊時，送料方向有一塊擋塊，從結(jié)構(gòu)簡化角度考慮，輸出運動可與送料的方向互相垂直。從左往右看，輸出機構(gòu)的簡圖如下所示：abcb 2060200100a如圖，因為紙盒是對稱的，所以只要紙盒的重心脫離了工作臺就行。假設取a點到到紙盒重心的距離為200mm，當滑塊的長度為100mm當滑塊達到一個極限位置時剛好把紙盒推出去有：a+b=120mm輸出機

19、構(gòu)在運動時要防止與打印機構(gòu)和送料機構(gòu)產(chǎn)生干涉，由前面的運動循環(huán)圖可知，紙盒的最小寬度為50mm，最大寬度為100mm，則應取最大極限時為50mm，假設其在主軸轉(zhuǎn)過240時，距離紙盒中心為60mm.有：（a*sin60） = b-(60+a*cos60) 可得出：a=36mm b=84mm9.主要機構(gòu)速度與加速度分析下圖是傳動軸轉(zhuǎn)過180時，機構(gòu)的各個位置：v bv emfedcba由自動打印機的打印能力n=80次/min可知傳動軸的轉(zhuǎn)速為n=80r/min=2n=2*3.14*8060=8.37rad/svb=*lab=8.37*0.11=0.92m/s ve=*lef=8.37*0.036=0.30m/svc=vb+vcb大小 ？ ？方向 任意取一點p，做出p b使其方向和大小都等于vb的大小和方向，如下圖所示：p(c)b由上圖可知，c點的速度 vc=0 m/s同理： ve=vf+vef大?。?？ ？方向： 則有:ve=0 m/s因為主軸是勻速轉(zhuǎn)動，則有:a=e=0 m/s210.參考資料1朱理機械原理北京：高等教育出版社，2008：15-2002鄒慧君機械原理課程設計北京：高等教育出版社，2009：15-25011.設計總結(jié)及感悟雖然在這一個