机械原理课程设计说明书.doc

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1、机械原理课程设计说明书机械原理课程设计说明书题目：题目： 平台印刷机 学院：学院： 机械工程学院 班级：班级： 学号：学号： 设计者设计者 指导教师指导教师 20112011 年年 7 7 月月 1212 日日一、机械原理课程设计简介一、机械原理课程设计简介机械原理是一门以机器和机构为研究对象的学科。机械原理课程设计是使 学生较全面的、系统巩固和加深机械原理课程的基本原理和方法的重要环节， 是培养学生“初步具有确定机械运动方案，分析和设计机械的能力”及“开发 创新能力”的一种手段。我们将从机构的运动学以及机器的动力学入手，研究 机构运动的确定性和可能性，并进一步讨论的组成原理，从几何的观点来研

2、究 机构各点的轨迹、位移、速度和加速度的求法，以及按已知条件来设计新的机 构的方法。机械原理课程设计所研究的问题又可归纳为二类：（1） 、根据已有的机构和主要参数来分析该机构和所组成机构的各种特性， 即结构分析，运动分析。（2） 、根据预期的各种特性来确定新的机构的形式，结构和参数，即机构的 设计问题，如机构的运动设计，机构的平衡设计以及速度的调节。计算机可以在课程设计中起着重要作用，运用 AutoCAD 作图、matlab 作建 模并仿真。二、课程设计的任务二、课程设计的任务机械原理课程设计的任务是对机器的主体机构进行运动分析、动态静力分 析，求出所有的运动副反力及平衡力矩。要求学生根据设计

3、任务，绘制必要的 图纸（或编制计算程序） ，编写设计计算说明书。要达到课程设计的目的，必须配以课程设计的具体任务：按照选定的机械 总功能要求，分解成分功能，进行机构的选型与组合；设计该机械系统的几种 运动方案，对各运动方案进行对比和选择；对选定方案中的机构连杆机构、 凸轮机构、齿轮机构，其他常用机构，组合机构等进行运动分析与参数设计； 通过计算机编程，将机构运动循环图在计算机屏幕上动态地显示出来，并给出 相应的运动参数值。三、平台印刷机的设计过程三、平台印刷机的设计过程3.13.1、平台印刷机的工作原理、平台印刷机的工作原理3.1.13.1.1、工作原理及工艺动作过程的分析、工作原理及工艺动作

4、过程的分析通过几天的讨论并在仔细分析了任务书之后发现，即使是低速型的印刷机 印一张纸的时间也仅仅是 1.8-1.875 秒，这需要一个极其高级精密的送纸、着 墨、收纸机构的支持，并且这两个过程都是很短暂的，在此暂且不谈，本题目 主要考虑版台的传动机构及滚筒的传动机构（如图下所示） 。设计时应该体 现出压印时的匀速、版台返回时的急回。整部机器中各机构的运动均由同一电 动机驱动。运动由电动机经过减速装置后分成两路，一路经传动机构带动版 台作往复直移运动，另一路经传动机构带动滚筒作连续回转运动。当版台与 滚筒接触时，在纸张上压印出字迹或图形。版台工作行程中有三个区段。在第一区段中，送纸、着墨机构相继

5、完成输 纸、着墨作业；在第二区段，滚筒和版台完成压印动作；在第三区段中，收纸 机构进行收纸作业。 第一与第三区段是极其短暂的。图一图一 平台印刷机的工作原理平台印刷机的工作原理 3.1.23.1.2、设计要求与技术条件、设计要求与技术条件平台印刷机的主运动：版台的往复直线移动及滚筒连续的转动；为保证印刷质量，要求在压印过程中，滚筒与版台之间无相对滑动，即 在压印区段滚筒表面的线速度必须与版台的移动速度相等；为保证整个印刷幅面上的印痕浓淡一致，要求版台在压印区内的线速度 变化尽可能小；本平台印刷机所要求实现的生产率，即每小时印刷的张数为 19202000，版台的行程长度为 730 mm ，压印区

6、段长度为 440 mm ，滚筒直径 为 232 mm ，电机功率 1.5 KW，转速 940 r/min。要求机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。 3.2、设计思想、设计思想 初次设计，参考了课程设计指导书，认为应该遵循设计时的一些原则。 3.2.1.3.2.1.执行系统执行系统： 应尽量简化和缩短运动链，使结构简单、空间布局紧凑，重视安全因素。 3.2.2.3.2.2.传动系统传动系统：应该考虑符合执行系统的工况要求并与原动机的机械特性相匹配，考虑工 作要求传递的功率和运转速度，考虑提高传动效率，考虑结构布置，考虑经济 性，考虑机械安全运转和环境条件。1.为了提高印刷效率，版台必须急回，而

7、送纸着墨收纸其实是一个非常短 暂的过程，设计时几乎可以忽略。可以考虑水平凸轮或者偏置曲柄带动版台。2.如果滚筒不能保证和版台在任何时候都有相同的线速度，可以考虑离合 装置适时把滚筒与传动齿轮脱离。如果设计时就能保证滚筒和版台没有相对线 速度，则可以允许滚筒连续转动以便简化装置。3.按照每小时印 2000 张的速度计算，滚筒的转速是 33.33 r/min，而电机 的转速是 940 r/min，传动比为 28.20，传动比不是很大，所以不应该有大小相 差很大的两个齿轮，况且原则上也是应该尽量避免这种情况的。 3.4、参考设计方案、参考设计方案 在整个设计过程中考虑了许多机构，这些机构能够达到要求

8、，但是由于这 些方案都存在一些缺点，没能成为最终的方案，而这些方案的思路是可以应用 到其他设计中的。 3.4.1.3.4.1. 版台运动执行机构选型版台运动执行机构选型凸轮机构：考虑到版台的运动比较复杂，需要有匀速和急回，而凸轮能满足这样的条件，所以设计出如下图的方案。图二图二 参考机构参考机构 1 1这个方案的优点是能够通过设计凸轮轮廓线来实现版台的匀速、急回运动。 缺点是需要一根很长、质量很高的弹簧，实际运行中弹簧容易疲劳以至破坏， 这个方案成本很高。六杆机构的结构比较简单，加工制造比较容易，且有急回特性和扩大行 程的作用，但由于构件数较多，机构刚性差，不宜用于高速；此外，此机构的 分析计

9、算比较复杂。图三图三 参考机构参考机构 2 2曲柄摇杆-齿轮齿条组合机构：通过摇杆的摆动控制齿轮的左右移动，这种机构类似于六杆机构，加工比 较容易，有急回，但是不宜用于高速。机构分析的计算比较复杂。曲柄部分会 承受很大的力，这对曲柄的材料就有一定要求，也应该考虑一下经济性。图四图四 参考机构参考机构 3 3曲柄滑块-齿轮齿条组合机构组合机构由偏置曲柄滑块机构与齿轮齿条机构串联而成。下齿条是固定的 齿条，上齿条是移动的双面齿条且和版台连接。滑块的速度恰好是版台的 2 倍， 且有急回。图五图五 参考机构参考机构 4 4 3.4.2.3.4.2. 滚筒回转机构选型滚筒回转机构选型转停式滚筒的齿轮齿条

10、传动机构：由版台上的齿条带动滚筒上的齿轮实 现版台和滚筒间的纯滚动。该机构结构简单，易于保证速度同步的要求。但当 版台空回时，滚筒应停止转动，因而需要增加滚筒与版台间的脱离机构，以便 版台空回时滚筒与版台脱离。滚筒与版台运动的脱离装置可采用棘轮式超越离 合器，如下图。图六图六 棘轮式超越离合器棘轮式超越离合器当大小不同或者方向相反时，滚筒外圈与内圈的齿轮脱离，达到转21与停的效果，但由于滚筒时转时停，惯性力矩较大，故不宜用于高速印刷场合。这个机构只是让滚筒外圈与齿轮脱离，脱离后滚子随着版台运动，本质上 并不能解决与版台脱离的问题，可以再加一个机构使滚筒在周期内固定部分停 住，并且把运行到这部分

11、时滚筒与版台接触的那部分削平一些，但是应该注意 的是，计算时保证这部分不在压印区。图七图七 压印实例分析图压印实例分析图齿轮不定轴机构：如上图是滚筒上齿轮与机架连接部分机架的示意图，轴搭在机架上。在推程时加速度向右，正常运转；回程过程中，由于急回时有 很大的加速度，加速度在斜槽方向有分量使滚筒和齿轮与齿条分开。 这个机构利用加速度使齿轮与齿条分开，但是最大的问题就是不稳定，噪声大， 易磨损。可以加些缓冲机构。利用凸轮控制滚筒和齿轮的轴，在滚筒回程时将滚筒抬起。这样个机构的缺点是机构很不稳定，有波动，在高速运行中容易出现问题。 且在滚筒质量无法确定的情况下，难以确定滚筒的运动情况。 3.5、平台

12、印刷机（高速型）的设计方案、平台印刷机（高速型）的设计方案综合考虑优缺点之后，最终确定平台印刷机的方案如下。 3.5.1.3.5.1. 版台运动执行部分设计方案：版台运动执行部分设计方案：采用曲柄滑块机构，如下图，它的下齿条是固定的，上齿条是双面可移动 的，齿条侧面连接版台，齿条上面是与滚筒同轴的定轴齿轮，齿轮的分度圆与 滚筒外圈大小相等，以保证滚筒与行程的匹配，整个过程中滚筒和版台没有相 对速度，滚筒连续转动，在曲柄滑块传动点处 A 不直接与电机相连，需要附加 一个配合转动的凸轮机构，让凸轮机构与加速装置相连接完成平台的往复传动。图八图八 曲柄曲柄齿轮齿条机构齿轮齿条机构 滚筒抬起的机构可以

13、选择参考方案中的滚筒选型方案 2,回程时借助加速度分量 使滚筒脱离，根据实际滚筒的质量和加速度的曲线可计算出斜槽的角度。图九图九 平台印刷机的机构简图平台印刷机的机构简图 印刷区段 415 mm，版台行程 795mm，印刷区占版台的 60%，换算成角度 217，所以要求曲柄滑块的滑块在 217的范围内基本匀速，以保证印刷质量。 3.5.2.3.5.2.传动部分设计方案：传动部分设计方案：电动机的选择电动机的选择：设计要求电动机的功率为 3.0KW，转速 1450r/min 型电 动机。减速装置减速装置：低速型平台印刷机要求实现的生产率为 19202000 张/小时， 平均每分钟印 3233.3

14、 张，则曲柄滑块机构中的曲柄的转速应为 3233.3 r/min。减速装置的减速传动比应该在 28.2029.38 之间。根据此情况确定减速 装置分 3 级，第一级减速采用带传动，减速传动比为 i1=4，第二级采用单级齿 轮减速，传动比为 i2=4，第三级单级齿轮减速，减速比为 i3=1.79,总减速传动 比确定为 28.64。实际会有重力、摩擦等外界因素，传动比在 28.64 小范围内 波动，可以符合设计要求。根据以上传动部分和执行部分的方案，绘出总体机构简图如下图：3.5.3.3.5.3.传动部分机构选择及具体的尺寸计算：传动部分机构选择及具体的尺寸计算：第一级减速部分：电动机带动直径 2

15、00mm 的轮子与直径为 800mm 的轮子 组成第一级减速部分，传动比为 i1=4。第二级减速部分：由分度圆直径 180mm 的齿轮和分度圆直径 720mm 的 齿轮组成，传动比 i2=4。模数 m=9，压力角 =20，齿数 z1=20，z2=80。全 部使用标准件。第三级减速部分：由直径分度圆 240mm 的齿轮和分度圆直径 430mm 的 齿轮组成，传动比 i3=1.79。模数 m=10，压力角 =20，齿数 z3=24，z4=43。 全部使用标准件。3.6、执行部分机构选择及具体的尺寸计算：、执行部分机构选择及具体的尺寸计算： 3.6.13.6.1曲柄滑块曲柄滑块：根据对曲柄滑块运动速

16、度的要求，理想的曲柄滑块中滑块的曲线需要有至 少三分之二的行程速度恒定，另外三分之一的部分速度急剧变化。机构利用 机械原理课程设计一书中附带的软件模拟曲柄滑块的尺寸和运动情况。首先任意选取曲柄长度，在此确定为 397.5mm，连杆长度和滑块的偏心距 是需要试值的，如果所试的值无法正常运转软件会有提示。假定偏心距为 1 m，多次取连杆长度，观察滑块的速度曲线，反复尝试。 也可以假定连杆长度，变换偏心距。经过多次尝试后，得到下面一种组合我认为能够满足设计要求： 曲柄：180mm，连杆：295mm，偏心距：1026.4mm通过模拟后，得到的数据列表如下：序 号曲柄 角度点 x 坐 标 （m）点 y

17、坐 标 （m）点 x 速 度 （m/s）点 y 速度 (m/s)点 x 加 速度 (m/s2)点 y 加速 度(m/s2) 062.33.55011.0264-46.981.00E-05-18251.00E-05 177.33.07261.0264-57.951.00E-05-913.51.00E-05 292.32.59341.0264-61.641.00E-05-33.581.00E-05 31072.15091.0264-59.071.00E-05629.141.00E-05 41221.76481.0264-52.471.00E-05970.041.00E-05 51371.43931

18、.0264-44.361.00E-051025.31.00E-05 61521.16871.0264-36.551.00E-05916.391.00E-05 71670.94431.0264-29.881.00E-05755.371.00E-05 81820.75771.0264-24.461.00E-05606.531.00E-05 91970.60251.0264-20.091.00E-05497.651.00E-05 102120.47611.0264-16.381.00E-05444.341.00E-05 112270.38151.0264-12.781.00E-05476.091.0

19、0E-05 122420.33631.0264-8.3281.00E-05686.991.00E-05 132570.40141.0264-0.5421.00E-051403.91.00E-05 142720.73851.026417.9691.00E-053595.11.00E-05 152871.4331.026459.0761.00E-056084.41.00E-05 163022.26651.026496.1561.00E-052591.41.00E-05 173173.05231.0264102.861.00E-05-534.91.00E-05 183323.69931.026491

20、.8751.00E-05-20541.00E-05 193474.1591.026471.8631.00E-05-28821.00E-05 203624.40851.026446.9631.00E-05-33011.00E-05 213774.44591.026420.0971.00E-05-33801.00E-05 223924.28931.0264-6.111.00E-05-31391.00E-05 234073.97431.0264-29.191.00E-05-26021.00E-05 244223.55011.0264-46.981.00E-05-18251.00E-05程序输出曲线为

21、： 由表中可知滑块的行程为 4.41227m，而本设计需要的行程为 370mm，比 例为 11.925，根据这个比例关系，把模拟的曲柄滑块按比例缩小，得到需要的 曲柄滑块数据为： 曲柄 151mm，连杆 247mm， 偏心距为 86mm。3.6.2.3.6.2.双面齿条双面齿条：比 795mm 略大一些即可。齿条连接版台，版台与齿条同步运 行。3.6.3.3.6.3.齿条上侧的齿轮齿条上侧的齿轮：直径 232mm，与滚筒同轴，带动滚筒运行，与版台同 步，滚筒跟版台接触点的线速度与版台速度保持相等。3.7、执行部分的运动情况：、执行部分的运动情况： 通过电动机动力和多个齿轮间的减速传动，最终使曲

22、柄滑块机构转速恒为 4=32.82r/min，B 点线速度为 4.325 m/s 1.关于滑块的运动情况，根据模拟的数据换算列表如下曲柄角 （度）点 x 坐标 （mm）点 x 速度 （m/s）点 x 加速 度(m/s2) 377372.821.685-283.438 392359.69-0.512-263.229 407333.27-2.448-218.197 422297.70-3.940-153.040 62.3297.70-3.940-153.040 77.3257.66-4.860-76.604 92.3217.48-5.169-2.816 107180.37-4.95352.758

23、122147.99-4.40081.345 137120.70-3.72085.979 15298.00-3.06576.846 16779.19-2.50663.343 18263.54-2.05150.862 19750.52-1.68541.732 21239.92-1.37437.261 22731.99-1.07239.924 24228.20-0.69857.609 25733.66-0.045117.727 27261.931.507301.476 287120.174.954510.222 302190.068.063217.308 317255.968.626-44.855

24、332310.217.704-172.243347348.766.026-241.677 362369.693.938-276.813 根据数据得出结论，在起始点时曲柄与水平轴线(负)的夹角为 17。 以曲柄转动角度为 X 轴，做出如下三个曲线。 位移曲线：位移曲线：从 17到 240为推程部分，从 240到 377为回程部分。 速度曲线：速度曲线：从 17到 240速度变化较小，可以取这部分为推程印刷部分，且纸越靠近 240 越好。加速度曲线：加速度曲线：2.2.关于版台的运动情况关于版台的运动情况根据定滑轮原理可知版台的速度和加速度是滑块的 2 倍，这一点经过软件 试验，也通过计算得出结论

25、。 以滚筒转动的角度为 X 轴，绘出版台的速度和加速度的曲线如下：版台的速度曲线：版台的速度曲线：版台速度恰好是滑块速度的 2 倍，从 17到 240速度变化较小，可以取 这部分为推程印刷部分，且纸越靠近 240越好。版台的加速度曲线：版台的加速度曲线：从 240到 377加速度变化很大，恰是版台急回过程，240之前加速度变化很小，且在 0 线附近。 综合上述曲线，曲柄滑块机构是可以满足设计要求的。 3.8、关于着墨、送纸、收纸部分的说明、关于着墨、送纸、收纸部分的说明 在设计之初已经提到，着墨、送纸、收纸这三个过程是很短暂的，根本 无法人工完成，可借助其他机构。并且考虑滑块的远休近休是非常不

26、必要而且 不经济的。分析版台的速度曲线，确定在机器正常运行的过程中 233240 的范围内收纸，017的范围内着墨、送纸，最佳状态为 240时收纸， 24时送纸，因为在 24240时滑块的速度最稳定，特此说明，在运动循环 图部分将不再赘述。再次重申着墨、送纸、收纸的过程很短暂，不需过多考虑。3.9、运动循环图、运动循环图 版台压印和返回是一个运动循环。应保证印刷机在印刷运动循环中，版 台与滚筒的动作在时间和位置上的协调。根据印刷机各执行机构的运动要求， 绘制机构系统循环如下图所示。角度17233233240240360360377 版台印刷收纸回程着墨、送 纸 滚筒及齿轮正向转动一周反向转动一

27、周 曲柄工作行程非工作行程 滑块推程回程四、设计体会四、设计体会经过一学期机械原理的学习，对这门学科有了初步的了解，但是仅仅是学 习理论知识还无法很好的了解这门学科。通过这两周的课程设计，把理论应用 到了设计中，把死的理论变成活生生的机器，在设计中遇到很多难题，和一组 的同学讨论，查资料，最终得到了方案，那种喜悦是难以言表的。在网上查到了一些与题目相关的资料，拿来参考了一些，但那毕竟不是自 己的成果，我不愿意直接照搬。开动脑筋，靠自己的努力得到的不仅仅是学分， 设计的这个过程才是最值得珍惜的。课程设计即将结束，在设计期间我受益匪浅，对机械学科有了进一步的了 解，也特别希望多一些这样的设计机会。

28、相信这次设计带给我们的严谨的学习态度和一丝不苟的科学作风将会给我 们未来的工作和学习打下一个更坚实的基础。发现、提出、分析、解决问题和 实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。 五、参考文献五、参考文献1.李树军主编.机械原理.沈阳：东北大学出版社，2002 2.孙桓,陈作模,葛文杰主编.机械原理.北京：高等教育出版社,2006 3.王淑仁主编.机械原理课程设计.北京：科学出版社，2006 4.陈白宁,段智敏主编.机电传动控制基础.沈阳：东北大学出版社，20085.徐丽娜，张广莹.计算机控制：MATLB 应用.哈尔滨.哈尔滨工业大学出版社. 2010如需要图纸、程序，请联系本人网店的如需要图纸、程序，请联系本人网店的 QQ。店名：九重天衣阁店名：九重天衣阁网址：网址： 爱情美满！爱情美满！