机械原理课程设计任务书

平台印刷机主传动系统。

一．平台印刷机的功能及设计要求[1]

1.1机器的功能要求及工作原理。

1）总功能要求。

实现将往复直线运动的铅版上凸出的痕迹借助于油墨压引导作圆周运动的滚筒表面的纸上，从而实现在平台上的印刷功能，与其一并存在的机构还有送纸机构与切纸机构，主传动系统为版台往复运动与滚筒的圆周运动。

2）工作原理及工艺动作分解。

平台印刷机的工作原理及工艺动作分解如图1-1所示。机器由一台电动机驱动。运动有点动机经过减速装置i后分成两路，一路经传动机构1带动版台作往复直线移动，另一路经传动机构2带动滚筒作回转运动。

当版台与滚筒接触时，在纸张上压出字迹或图形。

图1-1 机构运动简图。

1.2机器的原始数据及设计要求。

1）选择合适的机构方案实现平台印刷机的主运动：版台作往复直线运动，滚筒作连续或间歇运动。

2）为了保证印刷质量，要求在压印过程中，滚筒于版台之间无相对滑动，即在压印区段，滚筒表面点的线速度与版台移动速度相等。

3）为了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速度变化限制在一定的范围内（应尽可能小）。

4）设计参数为：印刷生产率2000张 /h，版台行程长度730mm，压印区段长度440mm，滚筒直径232mm，电动机功率1.5kw，转速为940r/min。

5）要求机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。

二．机构运动循环图的确定[2][3]

根据工艺动作顺序和协调要求拟定机构的运动循环图。

对于平台印刷机的主传动系统，主要是版台的往复直线运动与滚筒的间歇圆周运动，其中为了将版台与滚筒分开，还有一个分离装置，因此运动循环图为次三个机构的运动先后顺序与协调配合。

如图1-1所示，以版台在最左边为起点，来回往复为一个周期，分为360度为横坐标，各构件的位移为纵坐标，绘制出机构的运动循环图。图2-1。

图2-1 机构运动循环图。

上图为平台印刷机主传动系统的运动循环图，此图中版台作往复直线运动，印刷时速度较慢，且具有急回特性，滚筒在版台推程时转动，回程时停止转动，分离机构在版台推程结束时开始运动，三种机构相互协调完成整个主传动系统的工作。

三．课程设计的方案及方案的选择。

3.1平台印刷机版台运动机构方案设计。

平台印刷机的版台运动机构是作往复的直线运动。

1）版台运动机构方案一。

可采用曲柄滑块机构实现版台的往复直线运动。如图3-1所示。

图3-1 曲柄滑块机构。

曲柄滑块机构可实现版台的往复直线运动，而且有急回特性，可以提高版台的工作效率。

2）版台运动机构方案二[4]

如图3-2所示，曲柄滑块机构与齿轮齿条机构组合，完成版台的往复直线运动，下齿条固定，上齿条于版台固联，版台具有急回特性。

图3-2 曲柄滑块机构和齿轮齿条机构。

3）版台运动机构方案三。

如图3-3所示，双曲柄机构，曲柄滑块机构与齿轮齿条机构组合，完成版台的往复至直线运动。

图3-3 双曲柄机构，曲柄滑块机构与齿轮齿条机构。

3.2平台印刷机滚筒运动机构方案设计。

平台印刷机的滚筒作连续或间歇的圆周运动。

1）滚筒运动机构方案一

如图3-4所示，齿轮齿条机构带动滚筒与版台的运动。即可实现版台的往复直线运动又可实现滚筒的间歇圆周运动。

图3-4 齿轮与齿条机构。

2）滚筒运动机构方案二。

如图3-5所示齿轮机构可完成滚筒的连续圆周运动。

图3-5 齿轮机构。

齿轮机构直接由电动机带动，经过变速装置达到要求的速度，因此滚筒的转速是常量，这就要求版台的运动也近似于常量，且与滚筒转速接近，对机构的要求比较高。

3）滚筒运动机构方案三。

如图3-6所示，齿轮机构与双曲柄机构组合，完成滚筒的圆周运动。

图3-6 齿轮机构与双曲柄机构。

此机构在齿轮的机构基础上加了上曲柄机构，使滚筒非匀速转动，若设计合适，可使滚筒在压印区段转速变化平缓，达到设计要求。

3.3平台印刷机滚筒于版台分离机构方案设计。

分离装置是实现滚筒与版台的分离，在版台推程结束时滚筒于版台分离，在版台回程结束时再使滚筒与版台结合，实现机构的循环工作。

1）分离机构方案一[5]

如图3-7所示，利用凸轮机构与弹簧机构实现滚筒于版台的分离与结合。

图3-7 凸轮机构与弹簧机构。

2）分离机构方案二。

图3-8 凸轮组合机构。

如图3-8所示，由直动和摆动推杆组成的凸轮组合机构，实现版台与滚筒的分离。

3.4平台印刷机机构运动方案的选择和评定[6][7]

由3.1，3.2，3.

3三节了解了实现版台往复直线运动，滚筒圆周运动和版台与滚筒分离机构的几种方案，选择合理的方案是使机器完成要求动作的关键步骤，根据图2-1（机构的运动循环图），版台作往复直线运动且具有急回特性，与滚筒接触时速度应该较慢。滚筒圆周运动于版台推程过程同步，滚筒表面点的线速度应与版台的速度一致。

因此，根据上述要求，选定的方案为：版台运动机构为曲柄滑块机构和齿轮齿条机构（图3-2），滚筒运动机构为齿轮齿条机构（图3-4），滚筒与版台的分离机构为凸轮机构与弹簧机构（图3-7）。机构方案的评定见下表。

表3-1 版台运动机构方案比较。

表3-2 滚筒运动机构方案比较。

表3-1与表3-2位机构选择方案的比较，表中是把每个机构相互比较，若一机构比二机构好则得1，反之则为0，最后比较每个机构所得的总分，判断出哪个机构更好。

四．平台印刷机机构运动方案的尺寸综合。

4.1偏心曲柄滑块的设计[8]

图4-1 偏心曲柄滑块机构。

根据设计要求：2000张 /h，生产一张1.8s,即一个周期，行程h=730mm。

设速比行程系数k=1.4

偏心距e=15mm

设计偏心曲柄滑块机构，如图4-1所示。

设曲柄为a,连杆为b

极位夹角θ=180(k-1)/(k+1)=304-1）

a+b=90

b-a=25

> a=32.5mm b=57.5mm

图4-2 偏心曲柄滑块设计。

偏心曲柄滑块的位移，速度，加速度运动分析，如图4-3所示。

图4-3 偏心曲柄滑块。

e+l1=b+l2+l3

位移分析。l1*sin(p1)+e=l2*sin(p24-2）

l1*cos(p1)=b+l3+l2*cos(p24-3）

速度分析。l1*w1*cos(p1)=l2*w2*cos(p24-4）

-l1*w1*sin(p1)=-l2*w2*sin(p24-5）

加速度分析。

-l1*w1*w1*sin(p1)=-l2*w2*w2*sin(p2)+l2*α2*cos(p24-6）

-l1*w1*w1*cos(p1)=-l2*α2*sin(p2)-l2*w2*w2*cos(p24-7）

4.2对心凸轮机构的设计[9]

在滚筒与版台的分离机构中有偏心凸轮机构，如图4-4所示。

基圆半径b=50mm

推程角δ0=30° 回程角δ1=30°

静休止角δ2=210°

远休止角δ3=90°

推程h=60mm

在凸轮推程过程中，压力角最大为α=30°

凸轮机构在分离齿轮齿条机构时，与弹簧机构串联使齿轮齿条间歇的分离与结合，从而实现机器要求的动作。

图4-4 凸轮的设计。

4.3机构运动方案的完善。

版台作往复的直线运动，滚筒作间歇的圆周运动，凸轮弹簧机构将版台与滚筒分离开，为了保证印刷的质量，所以在压印过程中滚筒与版台之间无相对滑动，因此要给曲柄滑块与齿轮齿条机构（图3-2）加设运动补偿机构，如图4-5所示。

图4-5 运动补偿机构。

4.4电动机的选择与传动比的确定

由设计参数知，电动机的功率为1.5kw，通过查阅得知电动机的规格：

电动机为y型连接，通过的额定电流为4a，转速为940r/min，同步转速为1000r/min（6极），功率因数为0.74，额定转矩为2.0，启动转矩为1.

8，转子转动惯量为0.0110,电动机的效率为77.5%，频率为50hz，电压为380v。

版台来回一个周期需要1.8s,机构需要急回运动，因此设计版台推程过程为1.2s，回程过程为0.

6s。版台长度为730mm，假设滚筒与版台接触时其速度变化很小，视为匀速。设版台与滚筒接触时速度为 ν1，版台急回速度为ν2。

ν1=0.73/1.2=0.6m/s

ν2=0.73/0.6=1.2m/s

版台是由曲柄滑块机构带动的，已算出曲柄长为32.5mm，版台推程转过的角度为180+θ，用的时间为1.2s，所以曲柄的角速度为。

ω1=φ/t =210*（π180）*1.2=4.4/rad4-8）

齿轮的线速度应与版台的速度相等，ν0=0.6m/s 齿轮的半径为r=100mm。

齿轮的角速度为ω2=ν0/r=6/rad4-9）

电动机的转速为940r/min，电动机的角速度。

0=2*π*n=10/rad4-10）

电动机与版台的传动比为：

i01=ω0/ω1=2.3 （4-11）

电动机与滚筒的传动比为：

i02=ω0/ω2=1.7 （4-12）

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