打印機機械原理課程設計說明書

機械原理課程設計題目：紀念章壓印機及其送料機構(gòu)設計指導老師：組員：2011年1月12日目錄一設計任務1．設計題目，分析功能要求……..2．原始數(shù)據(jù)和設計要求……………..二所選方案1．方案分析………..2．分析結(jié)論……….三機構(gòu)的設計1．幾何尺寸的確定…………….2．機構(gòu)簡圖的繪制…………………..……四．從動件的運動規(guī)律及簡圖1．位移S---Ψ簡圖………2.速度V---Ψ簡圖…….3.加速度a-----Ψ簡圖……4.機構(gòu)工作過程說明…………………設計任務1.設計題目，分析功能要求設計自動紀念章壓印機，將具有一定厚度的板料自動送入印壓位置印壓成紀念章，經(jīng)印壓成形后脫離該位置。機器的整個工作過程（送料，壓型，脫離）均自動完成。由此，可知該機構(gòu)有兩個動作要求，一是印壓成型，二是自動送料。繪制功能圖如圖1-1所示自動自動紀念章壓印系統(tǒng)送料輸出壓印執(zhí)行構(gòu)件做間歇運動執(zhí)行構(gòu)件做間歇運執(zhí)行構(gòu)件做間歇運圖1-1壓印成形機的工藝動作是：如圖1-2所示板料移動至沖壓位置下沖頭15mm,利于上沖頭將板料沖程規(guī)定的直徑，即先落料。上下沖頭同時加壓，并保持一段時間。上沖頭退出，下沖頭隨后將壓印好的紀念章頂出。板料將成品推走。（1）（2）（3）（4）（5）圖1-22．原始數(shù)據(jù)和設計要求1動力源是電動機，做轉(zhuǎn)動：從動件（執(zhí)行機構(gòu)）為上下模，作上下往復直線運動，上模具有快速下沉，等速工作進給和快速返回的特性。2機構(gòu)應具有較好的傳動性能，特別是工作段的壓力角α應盡可能小;傳動角大于或等于許用傳動角3．上模到達工作段之前，送料機構(gòu)已將坯料送至待加工的位置（下模的上方）。4．生產(chǎn)率約為每分鐘30件。5．執(zhí)行構(gòu)件（上模）的工作長度L=50—100mm，對應的曲柄轉(zhuǎn)角=(1/3-1/2)π;上模行程的長度必須大于工作段長度的兩倍以上。7許用傳動角=408送料距離H=60~250mm9建議主動件的角速度+1rad10.對機構(gòu)進行動力分析，所需參數(shù)值建議如下選?。?）設連桿機構(gòu)中各構(gòu)件為等截面勻質(zhì)桿，其質(zhì)心在桿長中點，而曲柄的質(zhì)心與回轉(zhuǎn)軸線重合。（2）設各構(gòu)件的質(zhì)量按每米40kg計算。繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量按每米2kg.計算。（3）轉(zhuǎn)動滑塊的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量不計；移動滑塊的質(zhì)量36kg。（4）載荷F=5000N；按平均功率選電動機。型號如表2-1所示：同步轉(zhuǎn)速為720r/min電動機型號額定功率（KW）滿載轉(zhuǎn)速（r/min）Y132S-8710Y160M1-84720Y160M2-8720Y160L-8720(5)曲柄轉(zhuǎn)速為30r/min，在由電動機軸至曲柄軸之間的傳動裝置中如圖1-3圖1-3根據(jù)要求，所選方案如圖1-4所示圖1-4方案分析與選擇（1）齒輪系—摩擦輪—凸輪送料機構(gòu)凸輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，設計方便，但由于主從動件之間為點接觸，易磨損，適用于運動規(guī)律復雜，傳力不大的場合。齒輪依靠齒廓直接接觸來傳遞空間任意兩軸間的運動和動力，并具有傳遞功率范圍大、傳動效率高、傳動比精確、使用壽命長、工作可靠等優(yōu)點；但也存在對制造和安裝精度要求高以及成本較高等缺點。摩擦傳動是在摩擦力的作用下工作的，所以保持兩路案件相互壓緊，由壓緊力在接觸面間產(chǎn)生足夠的法向力是摩擦傳送的最基本條件。它又制造簡單、運行平穩(wěn)、噪聲很小、過載時發(fā)生打滑，故能防止機器中重要的零件損壞、能無極的改變傳動比等優(yōu)點；同時有效率低、當傳遞同樣大的功率時，輪廓尺寸和作用在軸與軸承上的荷載都比齒輪傳動大、不能保持準確的傳動比、干摩擦時磨損快、壽命低等缺點。所以送料機構(gòu)選擇齒輪系—摩擦輪—凸輪機構(gòu)。摩擦輪E與齒輪G間用皮帶相連，實現(xiàn)長距離傳遞運動。齒輪系G由電機帶動，摩擦輪F起固定板料作用，凸輪H及其所連接的滑塊負責將落下的板料頂起到與原板料同一高度。按機構(gòu)運動循環(huán)圖確定齒輪，摩擦輪，凸輪的運動規(guī)律，則機構(gòu)可在預定時間將工件送至代加工位置以及把產(chǎn)品送離加工位置。對于方案一齒輪—連桿沖壓機構(gòu)如圖所示，沖壓機構(gòu)由曲柄滑塊機構(gòu)形成，由齒輪帶動曲柄AB，它和曲柄IJ、連桿BJ以及機架構(gòu)成平行四邊形機構(gòu)，該機構(gòu)有兩個顯著的特點：一是兩曲柄以相同的速度同向轉(zhuǎn)動；而是連桿作平動。平行四邊形機構(gòu)有利于齒輪和曲柄AB之間的平穩(wěn)傳動，進而是沖壓過程更穩(wěn)定。曲柄滑塊機構(gòu)按給定的行程速度變化系數(shù)設計，適當選擇導路位置，可使工作段壓力角α較小。對于方案二齒輪—皮帶沖壓機構(gòu)如圖1-4所示，沖壓機構(gòu)由曲柄滑塊機構(gòu)形成，由電機帶動曲柄。曲柄滑塊機構(gòu)按給定的行程速度變化系數(shù)設計，適當選擇導路位置，可使工作段壓力角α較小。在ABC曲柄搖桿機構(gòu)加上二級桿組連桿和滑塊，組成五桿機構(gòu)。主動曲柄AB勻速轉(zhuǎn)動，滑塊D在CD線上做往復運動。（2）分析結(jié)論如圖1-5所示，平行四邊形機構(gòu)使機構(gòu)間的傳動更加穩(wěn)定，連桿機構(gòu)最適合用于沖壓機構(gòu)，可以傳遞較大的力，但一些運動無法滿足，即要求在勻速沖壓完工件后快速將工件推出這一運動過程不易滿足，而齒輪—摩擦輪—凸輪送料機構(gòu)恰能滿足這個要求。總體來說此機構(gòu)可以達到在預定的時間將工件送到加工位置而在加工完成后快速將產(chǎn)品送離加工位置的要求（3）方案選擇我們選擇方案一，因為方案一的四桿機構(gòu)機構(gòu)傳動過程比皮帶的傳動性能差點，工作效率沒那么高，但是四桿機構(gòu)是平行四邊形的設計保證了沖壓與電機運轉(zhuǎn)的同步進行，我們可以按照需要設計增加檔位來調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速來改變打印速度，而皮帶傳動的如果要改變檔位則數(shù)據(jù)計算比較復雜；而且連桿機構(gòu)比皮帶的簡單，所需材料少，經(jīng)濟效益高，雖然方案一相對于方案二的一些優(yōu)點差些，從經(jīng)濟方面和簡單方面選擇，但是我們還是選擇方案二。三機構(gòu)的設計幾何尺寸的確定曲柄滑塊機構(gòu)的設計曲柄逆時針旋轉(zhuǎn)，如圖3-1所示，∠CAB=，mm,由余弦定理得，①∠=0時，為保證上模行程的長度大于工作段長度的兩倍以上，取mm，則有：②由①、②式解得mm圖3-1凸輪的設計根據(jù)沖壓機構(gòu)的s-δ圖以及紀念章半徑，確定凸輪的推程角為，遠休角為，回程角為，近休角為π，推程s=15mm?；鶊A半徑取r=30mm。為保證推桿運動的平穩(wěn)性和工作精度。凸輪的推程和回程均可采用五次多項式運動規(guī)律。推程計算：（3-1）回程計算：（3-2）根據(jù)凸輪的s-δ圖，作凸輪輪廓曲線如圖3-2所示以凸輪基圓半徑r=30mm作圓。將凸輪的位移線圖s-δ推程運動角∠AOB十等分，回程運動角∠COD六等分,由式（3-1）（3-2）分別算得如下表所示/mmO1O2O3O4O5O6O7O8OCO9O10O11O12O13ODOB453045電動機設計機構(gòu)功率估算：假設上模載荷F=5000N，桿長L=0.1m，則力矩M=F*L,由機構(gòu)效率為n=30r/min，上模功率=M*2n/60=1.57kw.假設摩擦輪摩擦力為=2000N，又已知板料移動速度V=0.06m/s,則，帶傳動效率為0.94，故摩擦輪所需功率.假設下模所需功率機構(gòu)所需總功率，由此可知，通過二級減速器所得出的電機的輸出功率，故電動機的功率選擇為4kw的Y160M1-8型。輪系的設計：如圖3-1所示圖3-1根據(jù)設計要求，設定二級減速器輸出轉(zhuǎn)速為60r/min,而有表2-1得知，電機轉(zhuǎn)速為720r/min,由此得傳動比i=720/60=12，又由圖3-1知，，查機械設計手冊，取模數(shù)m=4，可得各齒輪齒數(shù)如下：執(zhí)行機構(gòu)尺寸設計如圖3-2所示各個構(gòu)件尺寸如下：主動輪G齒數(shù)為20.，從動輪M齒數(shù)為40，，飛輪直徑為240mm,兩皮帶輪Y、X直徑分別為60mm、120mm，不完全摩擦輪大徑為40mm,小徑為36mm.從動件的運動規(guī)律及簡圖曲柄-滑塊運動規(guī)律在圖3-1中，令=100mm，，。如圖4-1所示，建立一直角坐標系，則機構(gòu)ABC的封閉位置方程式為：即（4-1）根據(jù)歐拉公式將式（4-1）的實部與虛部分離得解得：對式（4-1）對時間t求一階導和二階導，整理后可得點C的速度、加速度分別為：由沖壓機構(gòu)的工作效率是30r/min,可得，代入數(shù)據(jù)，每取一個數(shù)據(jù)，機構(gòu)運轉(zhuǎn)一周，s、、、變化如表4-1θ/°s（mm/°）v（mm/°）a（mm/t2）00102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350360作圖s-θ圖V-θ圖a-θ圖凸輪運動規(guī)律凸輪推程多項式：回程多項式：（3-2）凸輪旋轉(zhuǎn)一周，凸輪位移s、速度v、加速度a隨角度δ變化如表4-2表4-2δ/°s/mmv(mm/s)a(mm/s2)00001020304050607080901501001500110150012015001301500140150015015001601500170150018015001902002102202302400250000260000270000280000290000300000310000320000330000340000350000360000作圖S-δ圖v-δ圖δ圖機構(gòu)工作過程說明如下圖所示圖中，齒輪G為主動輪，順時針旋轉(zhuǎn)；在齒輪G由圖示時刻轉(zhuǎn)動一周過程中，機構(gòu)的工作情況如下：此時刻，∠CAB=，凸輪H剛剛進入近休階段，凸輪近休角為2/3，在凸輪G轉(zhuǎn)過近休角過程中，上模D向下運動，與下模配合完成壓印過程；此后凸輪G進入推程階段，將壓印成型的紀念章向上推，推程角為/2,推程結(jié)束后，進入遠休階段，同時不完全摩擦輪E與板料接觸，將板料向前推進30mm，等待下一次沖壓。附：曲柄機構(gòu)運動規(guī)律程序：#include<math.h>main(){ doublei,j,s,v,a,w,l=100,k=197.5,q=3.14; for(i=0;i<=6.28;) { j=asin((l*sin(i))/k);s=l*cos(i)+k*cos(j); w=-q*l*cos(i)/(k*cos(j)); v=q*l*sin(i-j)/cos(j); a=(-q*q*l*cos(i-j)-w*w*k)/cos(j); printf("i=%.3fs=%.3fv=%.3fa=%.3f\n",i,s,v,a); i=i+0.174444; }}凸輪運動規(guī)律程序;推程部分：位移計算：#include<stdio.h>#include<math.h>voidmain(){floath=0.015,i;floatx,y,s;y=1.57;printf("請輸入數(shù)據(jù):\n");scanf("%f,",&x);for(i=0;i<19;i++){s=10*h*x*x*x/(y*y*y)-15*h*x*x*x*x/(y*y*y*y)+6*h*x*x*x*x*x/(y*y*y*y*y);printf("S=%f角度=%f\n",s,x);x=x+0.174;}}速度計算：include<stdio.h>//#include<math.h>voidmain(){inti;floatx,y,a,v;a=1.57;y=1.57;printf("請輸入數(shù)據(jù):\n");scanf("%f,",&x);for(i=0;i<=19;i++){v=0.45*x*x/(a*a*a)-0.9*x*x*x/(y*y*y*y)+0.45*x*x*x*x/(y*y*y*y*y);printf("推程速度=%f角度=%f\n",v,x);x=x+0.174;}}加速度計算：#include<stdio.h>//#include<math.h>voidmain(){inth=15,i;floatx,y,a,b;a=1.57;y=1.57;printf("請輸入數(shù)據(jù):\n");scanf("%f,",&x);for(i=0;i<=19;i++){b=0.9*x/(a*a*a)-2.7*x*x/(y*y*y*y)+1.8*x*x*x/(y*y*y*y*y);printf("推程加速度=%f角度=%f\n",b,x);x=x+0.174;}}回程部分：位移計算：#include<stdio.h>#include<math.h>voidmain(){inth=15,i;floatx,y,a,s;a=1.57;y=1.046;printf("請輸入數(shù)據(jù):\n");scanf("%f,",&x);for(i=0;i<=19;i++){s=0.015-0.150*x*x*x/(y*y*y)+0.225*x*x*x*x/(y*y