設(shè)計(jì)平臺(tái)印刷機(jī)的版臺(tái)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)Ⅰ及滾筒的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)Ⅱ

1、 第 頁課 程 設(shè) 計(jì) 字 第 院（系）： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) ：工業(yè)工程 班 級(jí) ：工業(yè)1002班 姓 名 ：陳新民 濟(jì) 南 大 學(xué) 2012年 6 月 25日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)：工業(yè)工程 姓名：陳新民 學(xué)號(hào)：20100421029 課程設(shè)計(jì)題目：平合印刷機(jī)運(yùn)動(dòng)方案及其機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)基本內(nèi)容及要求 每個(gè)同學(xué)應(yīng)在一周內(nèi)獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)，整理出課程設(shè)計(jì)說明書一份，列出計(jì)算過程和結(jié)果，并進(jìn)行討論和分析。要求完成以下工作量： 1.機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案擬定 根據(jù)題目要求，擬定1-2種運(yùn)動(dòng)方案，包括機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖擬定、原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇，最終繪制出機(jī)械運(yùn)

2、動(dòng)方案簡(jiǎn)圖；2.機(jī)構(gòu)的分析與綜合針對(duì)鎖選用的一種常用機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，即進(jìn)行機(jī)構(gòu)的尺度綜合，求出機(jī)構(gòu)的主要尺寸。并對(duì)上述機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析（圖解法和解析法）。3.編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書設(shè)計(jì)開始日期 2012 年 6 月 18 日 指導(dǎo)老師王硯軍 教研室主任 （簽字）設(shè)計(jì)完成日期 2012 年 6 月 25 日 院長(zhǎng)（系主任） （簽字） 2012 年 月 日 目 錄一、課程設(shè)計(jì)目的 3二、平臺(tái)印刷機(jī)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的創(chuàng)新設(shè)計(jì) 3 2.1 工藝動(dòng)作分解及運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖的擬定 3 2.2 原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 5 2.3 運(yùn)動(dòng)方案的評(píng)定 9 2.4 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖 9三、連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 10 3

3、.1 、對(duì)應(yīng)關(guān)系的求解 .10 3.2 根據(jù)兩連架桿對(duì)應(yīng)角位移設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)11 3.3 實(shí)際角位移'的計(jì)算 11 3.4 擬合誤差的求解 11 3.5 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 12四、總結(jié) 15五、參考資料 15一 、機(jī)械原理設(shè)計(jì)目的 進(jìn)一步鞏固和加深機(jī)械原理課程的理論知識(shí)； 培養(yǎng)運(yùn)用理論知識(shí)獨(dú)立解決有關(guān)課本實(shí)際工程問題的能力，使學(xué)生對(duì)于機(jī)械的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的分析和設(shè)計(jì)有一套完整的概念； 通過課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)新機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案構(gòu)思和設(shè)計(jì)的能力以及對(duì)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)中各機(jī)構(gòu)分析和綜合的能力； 通過課程設(shè)計(jì) ，進(jìn)一步提高學(xué)生的計(jì)算、制圖、查閱技術(shù)資料及計(jì)算機(jī)操作的能力。二、平臺(tái)印刷機(jī)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的創(chuàng)新設(shè)計(jì)2

4、.1 工藝動(dòng)作分解及運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖的擬定工藝動(dòng)作分解平臺(tái)印刷機(jī)的工作原理是復(fù)印原理，即將鉛板上凸出的痕跡借助于油墨壓印到紙張上。平臺(tái)印刷機(jī)一般由輸紙、著墨（即將油墨均勻涂抹在嵌于版臺(tái)上的鉛板上）、壓印、收紙等四部分組成。如圖2-1所示，平臺(tái)印刷機(jī)的壓印動(dòng)作是在卷有紙張的卷筒與嵌有鉛板的版臺(tái)之間進(jìn)行的。整部機(jī)器中各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)均由同一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)由電動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速裝置i后分成兩路，一路經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)版臺(tái)作往復(fù)直移運(yùn)動(dòng)，另一路經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滾筒作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)版臺(tái)與滾筒接觸時(shí)，在紙張上壓印出字跡或圖形。版臺(tái)工作行程中有三個(gè)區(qū)段。在第一區(qū)段中，送紙、著墨機(jī)構(gòu)相繼完成輸紙、著墨作業(yè)；在第二區(qū)段中，滾筒和版臺(tái)

5、完成壓印動(dòng)作；在第三區(qū)段中，收紙機(jī)構(gòu)進(jìn)行收紙作業(yè)。 2-1平臺(tái)印刷機(jī)簡(jiǎn)圖運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖曲柄：從0º187º是版臺(tái)前進(jìn)，187º360º版臺(tái)返回滾筒：323º37º回落，37º150º壓印，150º224º抬起，224°-323°抬起后停止 2-2運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖2.2 原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)(一)設(shè)計(jì)基本要求 （1）要求構(gòu)思合適的機(jī)構(gòu)方案實(shí)現(xiàn)平臺(tái)印刷機(jī)的主運(yùn)動(dòng)：版臺(tái)作往復(fù)直移運(yùn)動(dòng)，滾筒作連續(xù)間歇轉(zhuǎn)動(dòng) （2）為了保證印刷質(zhì)量，要求在壓印過程中，滾筒與版臺(tái)之間

6、無相對(duì)滑動(dòng)，即在壓印區(qū)段，滾筒表面點(diǎn)的線速度與版臺(tái)移動(dòng)速度相等。 （3）為保證整個(gè)幅面上的印痕濃淡一致，要求版臺(tái)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?。?（4）平臺(tái)印刷機(jī)分為低速型和高速型兩種類型，兩種類型任選一種進(jìn)行設(shè)計(jì)。低速型所要求實(shí)現(xiàn)的成產(chǎn)率19202000張/小時(shí)、版臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的行程長(zhǎng)度為730mm，壓印區(qū)段長(zhǎng)度為440mm，滾筒直徑為232mm，電動(dòng)機(jī)功率為1.5KW，轉(zhuǎn)速為940r/min。高速型所要求實(shí)現(xiàn)的成產(chǎn)率40004500張/小時(shí)、版臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的行程長(zhǎng)度為795mm，壓印區(qū)段長(zhǎng)度為415mm，滾筒直徑為350mm，電動(dòng)機(jī)功率為3.0KW，轉(zhuǎn)速為1450r/mi

7、n。 (5)要求機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能良好，結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便。（二）主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)方案分析及選擇根據(jù)前述設(shè)計(jì)要求，版臺(tái)應(yīng)作往復(fù)移動(dòng)，行程較大，且盡可能使工作行程中有一段勻速運(yùn)動(dòng)(壓印區(qū)段)，并有急回特性；滾筒作間歇(滾停式)或連續(xù)(有勻速段)轉(zhuǎn)動(dòng)。這些運(yùn)動(dòng)要求不一定都能得到滿足。但一定要保證版臺(tái)和滾筒在壓印段內(nèi)保持純滾動(dòng)關(guān)系，即滾筒表面點(diǎn)的線速度和版臺(tái)速度相等，這可在運(yùn)動(dòng)鏈中加入運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，使兩者運(yùn)動(dòng)達(dá)到良好的配合。由此出發(fā)構(gòu)思方案。1、版臺(tái)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案方案一：六桿機(jī)構(gòu)。圖2-3所示六桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，加工制造比較容易；作住復(fù)移動(dòng)的構(gòu)件5（即版臺(tái)）的速度是變化的，有急回特性。有擴(kuò)大行程的作用；但由于

8、構(gòu)件數(shù)較多，故機(jī)構(gòu)剛性差，不宜用于高速；此外，此機(jī)構(gòu)的分析計(jì)算比較復(fù)雜。 圖2-3 圖 2-4方案二：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)與齒輪齒條機(jī)構(gòu)的組合。圖2-4所示機(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)組合而成。其中下齒條為固定齒條，上齒條與版臺(tái)固連在一起。此組合機(jī)構(gòu)最重要的特點(diǎn)是版臺(tái)行程比鉸鏈中心點(diǎn)的行程大一些。此外，由于齒輪中心(相當(dāng)于滑塊的鉸鏈中心)的軌跡對(duì)于點(diǎn)偏置。所以上齒條的往復(fù)運(yùn)動(dòng)有急回運(yùn)動(dòng)。 2、滾筒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案 圖 2-5 圖 2-6方案一：齒輪齒條機(jī)構(gòu)(轉(zhuǎn)停式滾筒的傳動(dòng)機(jī)構(gòu))。圖2-5所示的滾筒是由版臺(tái)上的齒條帶動(dòng)滾筒上的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的，因而可保證滾筒表面點(diǎn)的線速度和版臺(tái)速度在壓印區(qū)段完全等的

9、要求此種機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于保證速度同步的要求。但當(dāng)版臺(tái)空回時(shí)，滾筒應(yīng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，因而應(yīng)設(shè)置滾筒與版臺(tái)運(yùn)動(dòng)的脫離裝置(如滾筒與齒輪間裝單向離合器等單向運(yùn)動(dòng)裝置)及滾筒的定位裝置(如圖2-6)。由于滾筒時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)停，慣性力矩校大，不宜用于高速。方案二：齒輪機(jī)構(gòu)。圖2-7所示的滾筒是由電動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)及齒輪減速后，由齒輪機(jī)構(gòu)直接帶動(dòng)的。因而其運(yùn)動(dòng)速度是常量。當(dāng)與其配合的版臺(tái)由非勻速機(jī)構(gòu)(如前述版臺(tái)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案1、2帶動(dòng)時(shí)，很難滿足速度同步的要求，因而此種機(jī)構(gòu)方案一般只和版臺(tái)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案配合使用。 圖 5-7 值得指出的是：(1)印刷機(jī)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案、中應(yīng)加設(shè)滾筒與版臺(tái)的運(yùn)動(dòng)脫離機(jī)構(gòu)及滾筒定位機(jī)構(gòu)；

10、(2)在按主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證滾筒表面點(diǎn)的線速度與版臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度在壓印區(qū)段完全一致，一般應(yīng)加設(shè)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)。如圖2-8所示凸輪補(bǔ)償機(jī)構(gòu)。其它設(shè)計(jì)方案可由學(xué)生自行構(gòu)思。圖 2-8 （三）方案比較及組合 我們?cè)O(shè)計(jì)的是低速型，各版臺(tái)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和滾筒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)在闡述方案時(shí)已詳細(xì)說明，這不再重復(fù)，綜合比較我們選用版臺(tái)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選方案二，滾筒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選方案一的組合。原動(dòng)機(jī)的選擇1 ：由工作狀況，選擇低速型，印刷生產(chǎn)率19202000張/小時(shí)，電動(dòng)機(jī)功率1.5KW 。轉(zhuǎn)速為940r/min，所以選擇Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)的Y100L6。其額定功率為1.5KW，滿載轉(zhuǎn)速940r/min。傳動(dòng)系統(tǒng)方

11、案設(shè)計(jì)為了滿足不同的工作需要，僅用一對(duì)齒輪組成的齒輪機(jī)構(gòu)往往是不夠的，需用由一系列齒輪所組成的齒輪機(jī)構(gòu)來傳動(dòng)。這里用的就是輪系。1.總傳動(dòng)比的計(jì)算：總傳動(dòng)比為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與曲柄轉(zhuǎn)速之比。因曲柄每轉(zhuǎn)一周印刷一張為一個(gè)周期。所以 n=1920/60=32張/min I=nH/n=940/32=29.42 各級(jí)傳動(dòng)比的計(jì)算：第一級(jí)傳動(dòng)比 i1=4.70第二級(jí)傳動(dòng)比 i2=2.5第三級(jí)傳動(dòng)比 i3=2.5第一級(jí)為帶傳動(dòng)，設(shè)z1=20 所以Z2=50 Z3=20 Z4=50 Z5=20 Z6=20實(shí)際傳動(dòng)比為 is=4.7×2.5×2.5=29.38曲柄實(shí)際轉(zhuǎn)速為 ns=nH/ is=

12、940/29.4 =31.97r/min2.3 運(yùn)動(dòng)方案的評(píng)定經(jīng)選擇后的方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、空間布局緊湊，更加安全，其余優(yōu)缺點(diǎn)在闡述方案時(shí)已詳細(xì)說明，這不再重復(fù)2.4 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖 三、連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)3.1、對(duì)應(yīng)關(guān)系的求解兩連架桿對(duì)應(yīng)角位移關(guān)系近似為 自變量 -自變量與主動(dòng)角的比例因子-函數(shù)值與從動(dòng)角的比例因子（n為要求精確實(shí)現(xiàn)的結(jié)點(diǎn)數(shù)目，這里n=8）根據(jù)公式求得 3.2 根據(jù)兩連架桿對(duì)應(yīng)角位移設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知兩連架桿的5組對(duì)應(yīng)的角位置，有精確解。有公式根據(jù)機(jī)構(gòu)位置分配表，此處帶入數(shù)據(jù)解得 又帶入數(shù)據(jù)解得又根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定則取=0.2 m/作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如下：3.3 實(shí)際角位移'的計(jì)

13、算計(jì)算實(shí)際角位移，有公式此處用牛頓法來計(jì)算。令求，使得牛頓法計(jì)算步驟：（1）準(zhǔn)備：選定初始近似值（本設(shè)計(jì)中理論計(jì)算值），計(jì)算。（2）迭代：按公式迭代一次，得新的近似值，計(jì)算。（3）控制：如果滿足（單位為弧度），則終止迭代，以作為所求的根；否則轉(zhuǎn)步驟4。其中是選取的絕對(duì)誤差的控制常數(shù)，本設(shè)計(jì)取，以下替換為角度，即。（4）修改：如果迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)先指定的次數(shù)N，或者，則方法失?。环駝t以代替轉(zhuǎn)步驟2繼續(xù)迭代。根據(jù)公式求得 3.4 擬合誤差的求解求擬合誤差，其公式為這里，n=8，表示共有9對(duì)對(duì)應(yīng)角位移。將其轉(zhuǎn)化為弧度，求得，經(jīng)組中比較，誤差為最小的那組為,桿長(zhǎng)為則3.5 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析（解析法）1.位置

14、分析在圖5-1所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，已知桿長(zhǎng)分別為 l1、l2、l3、l4，原動(dòng)件1的轉(zhuǎn)角1為及等角速度為1=2，要求確定構(gòu)件2、3的角位移、角速度和角加速度。將鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD看作一封閉矢量多邊形，如圖所示。若以l1、l2、l3、l4分別表示各構(gòu)件的矢量，該構(gòu)件的封閉矢量方程式為1+2=4+3以復(fù)數(shù)形式表示為 1e + 2e = 3e 33e+4 規(guī)定角應(yīng)以軸的正向逆時(shí)針方向度量。按歐拉公式展開得1(cos+isin)+2(cos+isin)=4+3(cos +sin)該方程式的實(shí)部和虛部應(yīng)分別相等，即1cos+2 cos=4+3 cos （5.4-2）1 sin+2sin=3 sin

15、消去2得 A cos +B sin+C=0 （5.4-3） 式中系數(shù) A=4-1 cos B=-1 sin C=(A+B+3-2)/23因?yàn)?sin=2tan(/2)/(1+tan(/2) cos=(1-tan (/2)/(1+tan(/2)解出 =2arctan(B)/(A-C) （5.1-4） 式（5.1-4）中有兩個(gè)值，它說明在滿足相同的桿長(zhǎng)條件下，該機(jī)構(gòu)有兩種裝配方案，式中的“+”的適用于圖標(biāo)機(jī)構(gòu)位置ABCD的裝配，根號(hào)前為 “-”號(hào)的3值適用于圖示機(jī)構(gòu)位置ABCD的裝配，究竟取哪一個(gè)3 ，要根據(jù)從動(dòng)件3的初始位置和運(yùn)動(dòng)連續(xù)條件來確定。構(gòu)件2的角位移2可按式（5.1-2）求得=arct

16、an(B+3sin)/(A+3 cos) （5.1-5）根據(jù)公式求得A= 172.45 B= 2.74 C= 27.34 （取前 一個(gè)） 2.速度分析 將式（5.1-1）對(duì)時(shí)間求導(dǎo)數(shù)得 1ie+2I e =33i e （5.1-6） 為了消去2，將上式兩邊分別乘以 e 得 e+2I e =33i e 按歐拉公式展開后，取實(shí)部得3=1(1sin(-)/(sin-) （5.1-7）同理得 =-11sin(-)/(2sin-) （5.1-8） 角速度為正表示逆時(shí)針方向；為負(fù)表示順時(shí)針方向 根據(jù)公式求得 3.加速度分析 將式（5.1-6）對(duì)時(shí)間求導(dǎo)得-1e+2I e-2I e=3 i e-33 e 為

17、了消去2，將上式兩邊乘以 e- 得-1e+2i-2=3ie-33 e取實(shí)部得=(2+1(cos-)-33 cos(- )/3 sin(- )為了消去3，將兩邊分別乘以 e- ，取實(shí)部得=(33-1 (cos-)-2 cos(- )/2 sin(-)角加速度的正、負(fù)號(hào)可表明角速度的變化趨勢(shì)，角加速度與角速度同號(hào)表示加速；反之則為減速。根據(jù)公式求得 (圖解法)（1）繪制機(jī)構(gòu)位置圖 根據(jù)已知各構(gòu)件的長(zhǎng)度、構(gòu)件1的位置，用選定的比例尺ul從構(gòu)件1開始按幾何作圖法繪制機(jī)構(gòu)位置圖，在求點(diǎn)C的位置時(shí)，可有兩個(gè)解，要根據(jù)從動(dòng)件3的初始位置和運(yùn)動(dòng)連續(xù)條件來確定。所謂運(yùn)動(dòng)連續(xù)條件就是當(dāng)構(gòu)件3的初始位置確定后，隨著

18、原動(dòng)件位置角1的增加，構(gòu)件3的位置角3應(yīng)該是連續(xù)變化的。（2）確定速度和角速度 在進(jìn)行速度分析時(shí)，應(yīng)從已知點(diǎn)的速度開始。因?yàn)闃?gòu)件1角速度1的大小、方向已知，故B點(diǎn)速度vB大小和方向也已知。為求構(gòu)件2上點(diǎn)C的速度，可根據(jù)同一構(gòu)件上相對(duì)速度原理寫出對(duì)速度矢量方程式 Vc = VB + VcB方向： CD AB CB大?。?? LAB ?式中vC、vB 表示點(diǎn)C、B的絕對(duì)速度，vCB表示點(diǎn)C相對(duì)點(diǎn)B的相對(duì)速度，其方向垂直構(gòu)件CB，大小未知；點(diǎn)C的速度方向垂直構(gòu)件CD，大小未知。在上面矢量方程式中，僅vC和vCB的大小未知，故可用圖解法求解。（3）確定加速度和角加速度 在進(jìn)行加速度分析時(shí)，也是從已知點(diǎn)的速度開始，因構(gòu)件1的角速度和角加速度1的大小、方向都已知，故點(diǎn)B的法向加速度aBn和切向加速度aBt也已知，為求購件2上點(diǎn)C的加速度，可根據(jù)同一構(gòu)件上相對(duì)速度原理寫出相對(duì)加速度矢量方程式 C