“机械原理”课程设计自动打印机的设计.doc

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1、 机械原理课程设计自动打印机的设计目录0.课程设计任务书21.设计题目32.工作原理和工艺动作分解43.执行机构选型54.工艺动作协调设计，并拟定运动循环图65. 机构运动方案的选择和评定96. 机械传动系统的速比和变速机构127.机构运动简图138.主要机构的尺度设计149.主要机构速度与加速度分析1810.参考资料2011.设计总结及感悟20机械原理课程设计任务书2013学年第一学期 机械工程 学院 机械大类 专业 机械1104 班 课程名称： 机械原理课程设计 设计题目： 自动打印机的设计 完成期限：自 2013 年 6 月 20 日至 2013年 6 月 27 日共 1 周内容及任务一

2、、工作原理及工艺动作简介在某商品包装好的纸盒上，为了某种需要而在商品上打印一种记号。它的主要动作有三个：送料达到打印工位，然后打印记号，最后将产品输出。二、原始数据及设计要求1）纸盒尺寸：长100150mm、宽70100mm、高3050mm；2）产品重量510N；3）自动打印机的生产率是80次/min；4）要求机构的结构简单紧凑、运动灵活可靠、易于制造加工。三、设计任务任务：对设计题目进行工作原理和工艺动作分解；根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图；进行执行机构选型；构思该机械运动方案；进行的选择和评定，确定机械运动的总体方案；根据任务书中的技术参数，确定该机械传动系统的速比和变速机构，作出机

3、构运动简图；对相关执行机构的具体尺度进行分析与设计。要求有设计说明书一份（15页），相关图纸12张。（有条件的要求用三维动画表述）。进度安排起止日期工作内容203.6.202013.6.21工作原理分析、工艺动作分析、执行机构选型和拟定 2013.6.222013.6.23运动规律和运动协调设计、绘制运动循环图 2013.6.242013.6.26机构尺度设计、运动分析、动力分析、绘制机构运动方案简图2013.6.272013.6.27整理设计说明书、设计小结主要参考资料1、朱理主编，机械原理，高等教育出版社2、戴娟主编，机械原理课程设计，高等教育出版社指导教师（签字）： 银金光 2013年6

4、月6日1.设计题目平压印刷机的设计1.1、设计原理在某商品包装好的纸盒上，为了某种需要而在商品上打印一种记号。它的主要动作有三个：送料达到打印工位，然后打印记号，最后将产品输出。1.2、设计要求1）纸盒尺寸：长100150mm、宽70100mm、高3050mm；2）产品重量510N；3）自动打印机的生产率是80次/min；4）要求机构的结构简单紧凑、运动灵活可靠、易于制造加工。1.3、设计任务1）根据工艺动作要求拟定运动循环图；2）进行送料夹紧机构、打印机构和输出机构及其相互连接传动的选型；3）机械运动方案的评定和选择；4）按选定的原动机及执行机构运动参数拟定机械传动方案，分配传动比，并画出传

5、动方案；5）对传动机构和执行机构进行运动尺寸计算；6）画出机构运动简图；7）对执行机构进行运动分析，画出运动线图，进行机构运动模拟仿真；8）编写设计计算说明书。2.工作原理和工艺动作分解2.1、工作原理根据自动打印机的工艺动作过程，可知，其应该具有一个供打印用的图章、三个执行构件(装有纸盒的料斗往复送料、打印机构的来回打印记号、输出机构使打印完记号后的纸盒输出)、机架。所以自动打印机的工作过程是：装夹好原料纸盒输送原料机构将纸盒送到打印工作台上打印机构打印记号最后将产品输出。2.2、工艺动作分解根据上述分析工艺动作分解可分为以下几个过程：（1）装夹原料手动装夹纸盒至料斗；（2）输送原料采用凸轮

6、机构或有一定停歇的连杆机构；（3）打印记号采用曲柄滑块机构或连杆机构；（4）输出产品采用凸轮机构或连杆机构；（5）取出产品认为取出堆于仓库。由于我们机械课程设计无需考虑取出装夹原料和取出产品，所以我们只需考虑平压印刷机工艺动作的三个执行动作：（1）输送机构来回输送原料；（2）打印机构来回打印记号；（3）输出机构输出产品。3.执行机构选型3.1、输送机构的选型印头优点缺点曲柄滑块机构面接触，所以受的压力小，磨损轻，制作容易，可获得较高的加工精度有可能会产生自锁，不适合于高速的运动，效率比较低凸轮机构只要设计适当的凸轮的轮廓曲线，从动件可以获得任意预定的运动规律，结构简单、紧凑由于是高副接触、比压

7、较大，抑郁磨损，轮廓形状复杂，制造比较困难3.2、打印机构的选型 油辊优点缺点曲柄滑块机构结构简单，制作精度低，可承受较大的压力，装配容易，适合于低速运动占用的空间比较大，转速不是很稳定凸轮机构只要设计适当的凸轮的轮廓曲线，从动件可以获得任意预定的运动规律，结构简单、紧凑由于是高副接触、比压较大，抑郁磨损，轮廓形状复杂，制造比较困难槽轮机构结构简单，外形尺寸小，工作可靠，能准确的控制转角，机械效率高起动和停止加速度变化大，具有柔性冲击，且随着转速的增加或槽轮数的减少而加剧3.3、输出机构的选型当油打印完记号后，为了保证能够继续生产打印，此时的产品要及时输出，因此，适合采具有一定停歇功能的机构。

8、油盘优点缺点连杆机构所受的压力小，磨损轻，制作容易，可获得较高的加工精度有可能会产生自锁，不适合于高速的运动，效率比较低凸轮间歇机构只要设计出凸轮轮廓，可以使从动盘获得预期的运动规律，能减小动载荷和避免冲击。加工成本搞，对装配、调整要求严格4.工艺动作协调设计，并拟定运动循环图4.1输送机构送料到工作台 19019019019019019019012024030036018060200mm1804.2打印机打印记号 50mm180240300120360604.3输出机构的尺度设计 输出机构，将纸盒从打印工作台上推出去，并输送出去。由于物料在打印记号时需要夹紧，在定位夹紧时，送料方向有一块挡块

9、，从结构简化角度考虑，输出运动可与送料的方向互相垂直。此时需要考虑的是输出机构不与送料机构和打印机构发生相互干涉。601202403003601804.4平压印刷机的三种形式运动循环图送料前进送料后退打印近休推程远休，打印记号回程输出后退 前进未碰到纸盒 前进将纸盒推出去输出机构送料机构打印机构60120180240300360推走纸盒回程远休推程近休后退前进前进后退60输出机构后退推程送料前进近休1800打印后退回程输出机构前进2405. 机构运动方案的选择和评定方案一：方案分析：送料机构：利用包装纸盒自身重量通过传输桶并利用圆柱凸轮间歇机构带动其传输到打印工位。夹紧机构：利用托盘上的凹陷来

10、固定产品，使之当高速运转时，产品不被甩出。按照打印的产品尺寸设定工作台的凹陷面积。这个方案的优点是： 送料机构和输出机构都在一个圆盘上，这个圆盘相当于一个工作台在推料的同时打印记号，这样不但节省了空间，而且还缩短了打印周期，从而提高了生产效率。缺点是：加工成本高，对装配、调整要求严格。槽轮的制作复杂，起动和停止加速度变化大，具有柔性冲击，且随着转速的增加或槽轮数的减少而加剧方案二：方案分析：送料机构：采用皮带轮机构，通过槽轮带动皮带轮作间歇性转动；打印机构：采用凸轮控制驱动式间歇打印机构，凸轮运动分推程、远休、回程、近休四个阶段；在远休时，皮带轮静止，打印头停留在原料盒上，进行打印工作，油墨充

11、分地打印到纸盒上；在近休时，打印头停留在初位置同时供墨系统又向打印头补充油墨，以保证打印机构能够连续的工作。这个方案的优点：1）此方案将三个机构（送料、打印、输出）结合在一起，很大程度上节省了空间；2）在原料盒的加工过程中，原料盒始终在皮带轮上，极大的提高了生产效率；3）三个机构的传动轴可以巧妙的结合在一起，设计简单，同时在工作的过程中对机器的损害也较小。缺点是：结构比较复杂，槽轮的制作复杂，起动和停止加速度变化大，具有柔性冲击，且随着转速的增加或槽轮数的减少而加剧方案三：打印机构可移动挡板纸盒从这滑出输出机构送料机构送料筒CBACBA方案分析：1）送料机构曲柄滑块机构将纸盒推动到打印工作台；

12、2）与此同时凸轮运动分近休、推程、远休、回程四个阶段；在近休时，打印头停留在初位置同时供墨系统又向打印头补充油墨，以保证打印机构能够连续的工作，在远休时，皮带轮静止，打印头停留在原料盒上，进行打印工作，油墨充分地打印到纸盒上；3）当打印机构离开纸盒时，输出机构也是通过曲柄滑块机构，将纸盒垂直方向推出去。方案比较：通过比较方案一、方案二和方案三，我们可以得出方案三才是运动性能、工作性能、经济型最好的一个方案。曲柄滑块机构的应用使机构传动平稳，用简单的机构完好地实现整个工艺过程。最终选定方案三。6. 机械传动系统的速比和变速机构6.1机械传动系统的速比由自动打印机的设计要求可知 通过传动系统使其具

13、有80次/mim的打印记号能力则，传动轴每分钟转过的次数为n n=80次/min；假定电动机转速：N=910r/min；则自动打印机的总速比为：i=910/（80）=11.375 6.2变速机构由自动打印机的总速比为11.375可得：第一级采用带传动减速，其速比为2.84375；第二级采用单级直齿圆柱齿轮传动，传动比为4。7.机构运动简图打印机构595输出机构纸盒滑出可移动挡板送料机构361902084200100152300110CBA送料筒ABCEF图示位置为在传动轴转过=180时的位置：因为纸盒的长度为100-150mm，而其中心到打印工作台的位置固定不变，所以在打印长度为150mm的纸

14、盒时，AB杆只要伸长25mm即可，因此将AB杆做成可变动的杆，则AB杆的长度范围为110135mm。因为纸盒的高度为30-50mm，要使打印机构能够在纸盒上表面打印出记号，只需将EF杆伸长20mm即可，因此将EF杆做成可变动的杆，则EF长度范围为100-120mm。机构的各尺寸如图中所示。8.主要机构的尺度设计8.1送料机构尺度设计方案中用对心曲柄滑块机构和送料筒实现送料功能，根据设计要求纸盒尺寸：长100150mm、宽70100mm、高3050mm。取用最大纸盒长度和宽度150mm*100mm ，则为了防止纸盒于送料筒边缘的摩擦，设计尺寸为152mm*102mm。图1送料筒152351523

15、00CAbaB假定取A点到送料筒左边的距离为300mm，滑块的长度为235mm，宽为100mm，高为30mm，C点具滑块左端15mm。为了防止连杆于送料筒产生运动干涉，取当曲柄滑块出现在最右极限位置时，连杆的C点刚好在送料筒左边边缘。即：a+b=300mm取当曲柄滑块出现在最左极限位置时，滑块的最右端离刚好在送料筒左边边缘。即b-a=300-220得出：a=110mm b=190mm所以AB杆的长度设计为110mm，BC杆设计的尺寸为190mm。8.2打印机构尺度设计凸轮控制驱动式间歇打印机构，打印头位于凸轮机构从动件下端，在弹簧的作用下凸轮与从动件保持接触,打印机头随从动杆作上下往复运动，对

16、包装产品进行商标打印。其循环设计步骤，主要是设计齿轮的轮廓曲线。根据打印机构的工作运动和打印工艺过程的需要，打印头的工作运动循环由下列四个区段组成：即：1-（近休）打印头在初位置停留，供墨装置为其加墨。2-（推程）打印头向包装产品行进运动；3-（远休）打印头在包装产品上停留，即打印商标；4-（回程）打印头打印结束后，向初始位置返回行程；确定工作机构运动循环各区段主轴转过的角度，根据打印工艺要求：假设各区间段所用的角度如下：1=602=1203=604=120主要尺寸的确定：a.根据实际工作情况，取推程h=50mm。b.凸轮机构的压力角，工程上要求最大压力角，直动推杆：=30c.凸轮的基圆半径的

17、确定利用诺模图确定基圆半径，对于对心直动滚子推杆盘形凸轮机构，0=120，h=50mm,推杆以正弦加速度运动，要求:=30。作图得:h/ro=0.89,则ro50/0.89=56.18mm，因此我们取ro=60mm。首先，按一定的比列u，做出凸轮的位移图如下图所示，并分别将转角，60180区间和240360区间平均分成6份，如图。1112109874563211086754321121191086754321924036060120106754321121189121110987654321180300选取同样的比列大小，做出基圆，然后在位移图上分别量取1-1,2-2，3-3，4-4.，如下图

18、所示： 215432115432121189107654321121110987654321用光滑的曲线连接1、2、3、4、5即可得到凸轮的轮廓曲线。8.3输出机构尺度设计输出机构，将纸盒从打印工作台上推出去，并输送出去。由于物料在打印记号时需要夹紧，在定位夹紧时，送料方向有一块挡块，从结构简化角度考虑，输出运动可与送料的方向互相垂直。从左往右看，输出机构的简图如下所示：abCB 2060200100A如图，因为纸盒是对称的，所以只要纸盒的重心脱离了工作台就行。假设取A点到到纸盒重心的距离为200mm，当滑块的长度为100mm当滑块达到一个极限位置时刚好把纸盒推出去有：a+b=120mm输出机

19、构在运动时要防止与打印机构和送料机构产生干涉，由前面的运动循环图可知，纸盒的最小宽度为50mm，最大宽度为100mm，则应取最大极限时为50mm，假设其在主轴转过240时，距离纸盒中心为60mm.有：（a*sin60） = b-(60+a*cos60) 可得出：a=36mm b=84mm9.主要机构速度与加速度分析下图是传动轴转过180时，机构的各个位置：V bV eMFEDCBA由自动打印机的打印能力n=80次/min可知传动轴的转速为n=80r/min 大小 ？ ？方向 任意取一点P，做出p b使其方向和大小都等于的大小和方向，如下图所示：P(c)b由上图可知，C点的速度 =0 m/s同理

20、： 大小：？ ？方向： 则有:=0 m/s因为主轴是匀速转动，则有:10.参考资料1朱理机械原理北京：高等教育出版社，2008：15-2002邹慧君机械原理课程设计北京：高等教育出版社，2009：15-25011.设计总结及感悟虽然在这一个星期里，天气很不如人意，每天气温基本上都达到了38、39C，但是在我克服各种困难，在我的努力下，我终于将自动打印机课程设计做完了。虽然我完成了这次作业，但是我觉得，我的设计在很多方面，还是不足的。比如说：设计的自动打印机要能够打印各种尺寸的纸盒，我的方案仅仅是将原动杆件的尺寸设计为能够伸长和压缩，但我觉得这个方案在现实生产中有一点不现实；仅仅是设计出了各种机

21、构，但是与主轴的连接，以及齿轮的减速等还是没有设计出来，还有等等不足。虽然我的设计有很多不足，以及仅仅是用了一周的时间来做课程设计，但是我觉得我还是有很多收获的：（1）、首先，我觉得，最直接的收获是，对机械原理这门课程有了更深一步的了解掌握了平面机构的运动分析、平面连杆机构的设计以及凸轮轮廓曲线的设计，等等。（2）、其次，我对大一时学习的制图软件Auto CAD，有了很大的复习，对这个学期学习的Pro/E，有了更进一步的掌握，对于机械学生来说，这些制图工具软件是必需要掌握的。（3）、对于大学生来说，我们在课堂上，学习到的东西，那是少之又少的，而且往往是不够的。虽然我们也已经有过好几次实习了，但是我觉得啊，以前的实习，我仅仅是到处看看、逛逛。从来没有像这次做课程设计那样，在遇到困难后，自己动脑、认真、仔细的分析和解决这些问题。我发现我在很多方面的知识还是很欠缺的，经验还是很不足的。（4）、我还有一个收获就是，在课程设计中我发现，我们空有理论知识对于解决实际问题是不足的，我们将学过的相关知识联系实践，在实践中发现问题，解决问题，在实践中成长。20