机械原理设计方案卧式印刷机小组

机械原理课程设计说明书 成绩 卧式印刷机设计 专 业 机械电子工程 班 级 机电111 学 号 1107040118 1107040123 1107040115 1107040125 1107040132 学 生 姓 名 乐 蒂 黄 康 丁 春 晖 徐 榕 王 力 指导教师姓名 李 海 涛_ 设 计 日 期 2013.7.9 设计题目四、卧式印刷机一、卧式印刷机简介（现有设备：TA401-A型平台印刷机）卧式印刷机用于铅活版、铜锌版、简单套色等印刷项目，曾普遍用于小型印刷厂。其工作原理是复印原理，主要工序为：输纸、涂墨、压印、收纸等，如图4-1所示。印版装在活动版台上，纸张由压印滚筒携带，依靠压印滚筒在印版上作纯滚动并施以压力来完成印刷作业。滚筒连续或间歇转动。压印从纸张的咬口开始到纸张的末尾渐次进行。压印过程持续整个工作行程的一段时间，印张在压印过程的每一瞬间只有一个狭长的条形面积与印版接触。为保证印刷质量，要求压印过程中滚筒与版台之间无相对滑动；为保证印刷幅面上的印痕浓淡一致，要求版台在压印区内低速压印且速度波动尽可能小，回程尽可能快以提高工作效率。如图4-2，电动机D经减速系统J减速后，动力分别由传动机构、输出。传动系统驱动滚筒作回转运动，驱动版台作往复直线运动，驱动翻纸机构作翻纸运动，驱动钢滚单向转动完成排墨，驱动摆动（上摆，胶滚与钢滚接触吸收油墨；下摆，胶滚与版台接触完成涂墨）。工作顺序如图4-3。版台工作行程分为三段：输纸(图中未画出)、涂墨同时进行，压印，收纸(图中未画出)。为回程。在收纸滚完成收纸后，翻纸杆从顺时针转动到，对应整个回程完成翻纸工作；翻纸后停留在位置对应时间段；从逆时针转回到为恢复段，对应时间段；然后在位置停留直到整个工作行程完毕，对应时间段等待收纸完成后再次翻纸。排墨对应回程的时间段，排墨转角为，其余时间排墨钢滚静止。涂墨胶滚与版台接触完成涂墨对应行程的时间段，其余时间胶滚与钢滚接触。二、设计要求通过课程设计实习，请全面分析实验室现有设备：机器动力源、工作原理、主要技术参数（如生产率、电机型号、电机转速、电机功率、适应参数范围等）；包含哪些执行机构，执行机构自由度是多少；从电机到执行构件的传动比是多少，传动方案是什么等。请指出实验室设备的缺陷，且不必拘泥于“机械、机构”的研究范畴，尝试从功能角度出提出改进创意。本题目设计参数如下：滚筒直径约230mm，版台行程= 730mm，压印段长度= 440mm；= 150mm，= 140mm，=，= 0.5，= 0.5+，= 0.5；翻纸转角= 180（或取纸转角= 42）；排墨转角=45；BC杆摆角=38；（两次赋不同的值）版台重量= 1500N；压印段工作阻力= 0.5kN；版台行程速比系数= 1.05；机器运转速度不均匀系数许用值= 0.03；主传动机构许用压力角= 40，辅传动机构许用压力角= 70；印刷机生产率2000张/小时；电动机转速= 940r/min；电动机功率储备系数= 1.2。三、设计任务 1设计减速系统设计减速传动系统。电机转速= 940r/min，要减到工作频率（生产率），试确定传动方案及各级减速传动比的大小，绘制传动简图。说明机器的过载保护装置。 设计齿轮传动。若减速系统采用了齿轮传动，按等强度或等寿命条件设计齿轮传动，绘制齿轮传动啮合图。编写程序计算基本几何尺寸，验算重合度、小轮齿顶厚度、不根切条件及过渡曲线不干涉条件。 2设计滚筒传动系统(传动系统) 设计运动方案，绘制机构示意图。 设计机构尺寸，绘制机构运动简图。 机构运动分析，打印结果数表，绘制输出构件的转角、角速度、角加速度图。 3设计铅版传动系统(传动系统) 运动方案设计，绘制机构示意图。 机构尺寸设计，绘制机构运动简图。 机构运动分析，打印结果数表，绘制输出构件的位移、速度、加速度图。 机构受力分析，打印结果数表，绘制等效驱动力矩、阻力矩图。 设计飞轮转动惯量，确定电动机功率。 若对行程进行调节，请绘制可调行程的机构简图。并就实现行程变化的参数对机构进行运动分析和受力分析，输出必要的图表，得出对比结论。 4设计翻纸系统 (传动系统)：要求同2。 5设计排墨系统 (传动系统)：要求同2。 6设计涂墨系统 (传动系统)：要求同2。五、设计说明 每人都须检索同类设备文献；绘制整机工作的运动循环图；做1及26中一题。 设计要求26中，以主动曲柄转速为= 2000r/h进行设计。 机构受力分析时，只计算压印阻力及版台重量，不计其它构件重量及运动副的摩擦阻力。 就详细分析结果数表考察方案的技术特性，评价方案的优劣。如果发现有问题，要反馈到方案设计中对设计方案加以修正说明。运动循环图：电动机选择：设计方案要求电动机转速1减速系统设计方案：要求：低速性卧式印刷机要求实现的生产力2000张/小时，即张/2秒。减速装置的减速比为28.23左右（），根据此情况设置减速装置分为3级。（本设计采用方案一）解释如下 电动机D， 一级减速 二级减速 三级减速 减速系统方案一：一级带传动，二、三级单级齿轮传动一级带传动：=0.05 =0.2 =4二、 三级齿轮传动：=3 =2.4 i=*=28.8二级齿轮传动啮合图（z1=20,z2=60,m=1,ha=1) r1=1.0/2*m*z1=10; /*齿轮1的分度圆半径*/ r2=1.0/2*m*z2=20; /*齿轮2的分度圆半径*/ rb1=1.0/2*m*z1*cos(a)=9.40; /*齿轮1基圆半径*/ rb2=1.0/2*m*z2*cos(a)=28.2; /*齿轮2基圆半径*/ ra1=1.0/2*m*z1+ha*m+c*m=11.25; /*齿轮1的齿顶圆半径*/ ra2=1.0/2*m*z2+ha*m+c*m=31.25; /*齿轮2的齿顶圆半径*/ rf1=1.0/2*m*z1-ha*m-c*m+x1*m=8.75;/*齿轮1的齿根圆半径*/ rf2=1.0/2*m*z2-ha*m-c*m+x2*m=28.75; /*齿轮2的齿根圆半径*/ s1=1.0/2*PI*m+2*x1*m*tan(a)=1.57; /*齿轮1分度圆齿厚*/ s2=1.0/2*PI*m+2*x2*m*tan(a)=1.57; /*齿轮2分度圆齿厚*/ e1=1.0/2*PI*m-2*x1*m*tan(a)=1.57; /*齿轮1齿槽宽*/ e2=1.0/2*PI*m-2*x2*m*tan(a)=1.57; /*齿轮2齿槽宽*/ a1=acos(z1*cos(a)/(z1+2*ha)=20; /*齿轮1齿顶圆压力角*/ a2=acos(z2*cos(a)/(z2+2*ha)=20; /*齿轮2齿顶圆压力角*/p=1.0/(2*PI)*(z1*(tan(a1)-tan(a)+z2*(tan(a2)-tan(a)=1.67;/*两齿轮重合度*/三级齿轮传动啮合图类似二（z1=20,z2=48,m=1,ha=1) r1=1.0/2*m*z1=10; /*齿轮1的分度圆半径*/ r2=1.0/2*m*z2=24; /*齿轮2的分度圆半径*/ rb1=1.0/2*m*z1*cos(a)=9.40; /*齿轮1基圆半径*/ rb2=1.0/2*m*z2*cos(a)=22.5; /*齿轮2基圆半径*/ ra1=1.0/2*m*z1+ha*m+c*m=11.25; /*齿轮1的齿顶圆半径*/ ra2=1.0/2*m*z2+ha*m+c*m=25.25; /*齿轮2的齿顶圆半径*/ rf1=1.0/2*m*z1-ha*m-c*m+x1*m=8.75;/*齿轮1的齿根圆半径*/ rf2=1.0/2*m*z2-ha*m-c*m+x2*m=22.75; /*齿轮2的齿根圆半径*/ s1=1.0/2*PI*m+2*x1*m*tan(a)=1.57; /*齿轮1分度圆齿厚*/ s2=1.0/2*PI*m+2*x2*m*tan(a)=1.57; /*齿轮2分度圆齿厚*/ e1=1.0/2*PI*m-2*x1*m*tan(a)=1.57; /*齿轮1齿槽宽*/ e2=1.0/2*PI*m-2*x2*m*tan(a)=1.57; /*齿轮2齿槽宽*/ a1=acos(z1*cos(a)/(z1+2*ha)=20; /*齿轮1齿顶圆压力角*/ a2=acos(z2*cos(a)/(z2+2*ha)=20; /*齿轮2齿顶圆压力角*/p=1.0/(2*PI)*(z1*(tan(a1)-tan(a)+z2*(tan(a2)-tan(a)=1.65;/*两齿轮重合度*/方案二：一级带传动，二级蜗轮蜗杆传动方案三：一级带传动，二级链条传动方案分析：带传动：题目要求系统具有过载保护装置，带传动具有过载保护作用、缓冲力，运行平稳无噪音，适于远距离传动，安装精度要求不高等优点，但同时具有：弹性摩擦使传动比不稳定，张紧力较大，轴上压力较大，结构尺寸较大，不紧凑，使用寿命较短等缺点。综合考虑其优缺点，选择传送带完全满足结构要求。齿轮机构和其他机构分析对比：齿轮机构是机械传动中最重要、应用最广泛的一种运动，其具有：传动准确，平稳，机械效率高，使用寿命长，工作安全、可靠，传递的功率和适用速度范围大。缺点是安全要求精度高，不适用于中心距较大的轴间传动，且适用维护费用较高，当精度低时，噪音较大。链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。 链传动有许多优点，与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。 链传动的缺点主要有：仅能用于两平行轴间的传动；成本高，易磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声，不宜用在急速反向的传动中。涡轮蜗杆机构的特点1.可以得到很大的传动比，比交错轴斜齿轮机构紧凑。2.两轮啮合齿面间为线接触，其承载能力大大高于交错轴斜齿轮机构。3.蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪音很小。4.具有自锁性。当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，机构具有自锁性，可实现反向自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。如在起重机械中使用的自锁蜗杆机构，其反向自锁性可起安全保护作用。5.传动效率较低，磨损较严重。蜗轮蜗杆啮合传动时，啮合轮齿间的相对滑动速度大，故摩擦损耗大、效率低。另一方面，相对滑动速度大使齿面磨损严重、发热严重，为了散热和减小磨损，常采用价格较为昂贵的减摩性与抗磨性较好的材料及良好的润滑装置，因而成本较高。由卧式印刷机的工作特点可知：印刷过程中需要有一长段面积参与压印，此时要求滚筒和版台之间无相对滑动以保证印刷质量，版台在压印时的速度波动应尽量小，回程时速率应尽量高，提高工作效率。为保证两者的迅速高效转换，并综合各种因素。第一级传动使用带传动，保证过载保护的需求，二、三级传动均要求有稳定精良的传动比，回程中有急速反向传动，所以方案一更加合适，更加能够满足机构的运转。2滚筒传动系统(传动系统1） 方案一：齿轮齿条和凸轮组合的机构。由版台上的上的齿条带动滚筒上的齿轮滚动实现。该结构简单易于保证速度同步要求。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之间的脱离机构，以便版台空回时，滚筒与版台脱离。于是利用凸轮控制齿轮的轴，当版台急回时，凸轮抬高滚筒的轴，使滚筒的齿轮与版台齿条脱离，从而停止转动。方案二：齿轮不定轴机构和齿轮齿条机构组合。齿轮齿条传动机构同方案一，改用齿轮不定轴机构来实现版台急回时滚筒与版台的脱离。如下图所示，在推程时，加速向右，正常运转；回程过程中，由于急回有很大的加速度，加速度在斜槽方向有分量，使滚筒和齿轮齿条分离开来。方案三：齿轮齿条和凸轮控制的离合器实现的简谐运动机构的组合。当固接于涡轮上的凸块儿推动杆使离合器脱开使，轴停止转动。方案评价：三个方案中都使用齿轮齿条啮合实现滚筒的转动，以保证滚筒与班台的线速度一致。不同的是三个方案中采用不同的机构实现滚筒的间歇运动。方案一中利用凸轮实现滚筒与版台的脱离。属于高副连接，摩擦大，易磨损，另外机构不稳定，有波动，在高速运转时容易出现问题。方案二利用加速度使齿轮齿条分隔开来，最大的问题是噪声大，不稳定，易磨损。方案三种采用离合器的原理，结构相对于方案一、二较复杂。凸轮转过角度凸轮转过角度0180180360印刷机工作状态压印急回、着墨等滚筒工作状态匀角速度转动停止转动设计凸轮形状如下所示其中：r=30mm，R=34mm，近休止角=180，推程转角=45，远休止角=90，回程转角=45。3铅版传动系统(传动系统)要求：版台要求往复传动，行程较大，且工作行程中尽量应有一段是匀速运动（压印阶段），并带有急回特性。版台和滚筒运动之间要保证在压印段内保持纯滚动关系，即滚筒表面点的线速度和版台速度相等，这样可在运动链中加入运动补偿机构，使两者运动达到良好的配合。1. 六杆机构 如图所示六杆机构的结构比较简单，加工制造比较容易；作往复移动的构件5（版台）的速度是变化的，有急回特性，有扩大行程的作用；但由于构件数较多，故机构刚性差，不宜用于高速；此外，此机构的分析计算比较复杂。2.曲柄滑块机构和齿轮齿条机构的组合 图所示机构由偏置曲柄滑块机构与齿轮齿条机构串联组合而成。其中下齿条为固定齿条，上齿条与版台固连在一起。此组合机构最重要的特点是版台行程比铰链中心点C的行程大一倍。此外，由于齿轮中心C（相当于滑块的铰链中心）的轨迹对于点A偏置，所以上齿条的往复运动有急回特性。3. 双曲柄机构、曲柄滑块机构和齿轮齿条机构的串联组合 图所示组合机构的下齿条也是可移动的齿条，故可由下齿条输入另一运动，以得到所需的合成运动；当不考虑下齿条的移动时，上齿条（即版台）运动的行程也是转动副中心点C的行程的两倍。这里用两个连杆机构串联主要是考虑到用曲柄滑块机构满足版台的行程要求，而用双曲柄机构满足版台在压印区中近似匀速的要求和回程时的急回特性要求。分析：版台的设计要求较多，要求实现机构有急回特性，并且在压印段的速度较慢且接近匀速，同时版台行程较长，整个机器的体积不大，所以机构体积要尽可能小。方案一六杆机构能够实现急回特性的要求，并且在730mm的压印段中，版台在空行程可以停止运行，使得机构的的体积较小，但是六杆机构的运动分析复杂且不稳定，所以不采用该机构。方案二的机构能够实现急回特性并且在压印段的速度较慢且接近匀速，而且整个机构的运动分析相对简单，但是考虑到版台行程较长（730mm），且极位夹角较小（4.4度），所以这个机构的体积非常巨大，不符合要求。方案三采用双曲柄机构和曲柄滑块机构串联，两者串联能实现急回特性，并且通过双曲柄机构输出非匀速运动，可以使得压印段匀速，通过较小的安装角实现较小的极位夹角，机构的体积不至于过大，所以选择该机构4.翻纸系统 (传动系统)要求：在收纸滚完成收纸后，翻纸杆从顺时针转动到，对应整个回程完成翻纸工作；翻纸后停留在位置对应时间段；从逆时针转回到为恢复段，对应时间段；然后在位置停留直到整个工作行程完毕，对应时间段等待收纸完成后再次翻纸。如上，翻纸杆需要完成停歇运动，在一个运动循环中，摆杆在op1和op2两极限位置间做来回摆动，且分别在op1和op2位置进行停歇。方案一：凸轮和连杆机构组合图示结构为一凸轮连接连杆机构，支架的两端利用杠杆原理，避免凸轮动力机构尺寸过大浪费材料，支架上方的弹簧是为了完成力封闭型的效果。利用轮廓线可以精确完成近休止远休止以及使用推程和回程通过连杆完成来回摆动。缺点是无法实现水平线翻纸杆来回摆动。方案二：图示结构为一凸轮连接连杆机构，避免凸轮动力机构尺寸过大，槽涡轮是为了完成力封闭型的效果。利用轮廓线可以精确完成近休止远休止以及使用推程和回程通过连杆完成来回摆动。缺点是本机构输出构件的摆角控制对凸轮设计的难度要求大，且两极限位置间的角度不可达到平行。方案三：图示结构为一凸轮连接四杆机构，槽涡轮是为了完成力封闭型的效果。利用凸轮可以完成近休止远休止以及使用推程和回程通过连杆完成来回摆动。缺点在于凸轮和四杆机构综合后的计算比较复杂，不容易计算推程、角度、速度、加速度等参数，实际运动规律没有保证。分析：综合以上三种方案，其中方案一封闭性较好，结构较为简单，且计算各项参数时较为简便。且机构可以实现要求中的翻纸杆运动，经济可靠，所以选择方案一。5排墨系统 (传动系统)要求：排墨对应回程的H7时间段，排墨转角为45，其余时间排墨钢滚静止。棘轮固连在轴上方案一 平行四边形机构顺时针转动驱动凸轮顺时针转动，凸轮驱动摆杆转动，当摆杆顺时针转动推使棘轮顺时转动45当摆杆逆时针转动或不动，棘轮不转动主动件为摇杆做往复摆动，从动件棘轮做单向间歇转动。优点：结构简单、制造方便、运动可靠、转角可调。缺点：工作时有较大的冲击和噪音，运动精度较差。适用于速度较低和载荷不大的场合。凸轮式间歇运动的优点是结构简单、运行可靠、转位精确，无需专门的定位装置，易实现工作对动程和动停比的要求。通过适当选择从动件的运动规律和合理设计凸轮的轮廓曲线，可减小动载荷和避免冲击，以适应高速运转的要求，这是这种间歇运动机构不同于棘轮机构、槽轮机构的最突出优点。其主要缺点是精度要求较高，加工比较复杂，安装调整比较困难。方案二平行四边形机构顺时针转动驱动曲柄摇杆转动摆杆顺时针转动推使棘轮顺时转动45当摆杆逆时针转动或不动，棘轮不转动运动简单，工作可靠，易制造 较难实现动程的要求方案三平行四边形机构顺时针转动驱动不完全齿轮1转动，不完全齿轮1驱动不完全齿轮2不完全齿轮优点设计灵活，从动轮的运动角范围大，很容易实现一个周期中的多次动、停时间不等的间歇运动。缺点是加工复杂；在进入和退出啮合时速度有突变，会引起刚性冲击。分析：方案一易实现工作对动程和动停比的要求，合理设计可减小动载荷和避免冲击，方案二较难实现动程的要求，方案三在进入和退出啮合时速度有突变，会引起刚性冲击。综合考虑选方案一棘轮参数 齿数z =16，模数m=10，齿偏角=20，棘轮齿根圆角半径rf =1.5 mm， 棘爪尖端圆角半径r1=2 mm 棘爪长度L=62.83mm摆杆l=200mm凸轮基圆r=53.6mm，棘轮与凸轮中心距207.1mm，滚子半径r=10mm凸轮推程运动角=/2，从动件做间歇运动方程s=15/21-cos(2)公式：=hsin(2)/2 =2hcos(2)凸轮回程运动角=/2，从动件做间歇运动方程s=15/21+cos(2)公式：=-hsin(2)/2 =-2hcos(2)近休止转角=/2，圆半径r=53.6mm远休止转角=/2，圆半径r=203.6mm o=/l,=/l,a=/lpaih从动件升距l从动件长o从动件转角w从动件角速度a从动件角加速度fai凸轮转角omiga凸轮转速6涂墨系统（传动系统）要求：1:涂墨系统应具有如下功能:涂墨胶辊要完成BC杆摆角=38 （ 两次赋值不同）的上下摆动运动，且涂抹胶辊要完成每2秒钟一次的往复摆动。涂墨胶辊要在0.78秒内摆到最上端（即完成推程运动），并从0.78秒到1.12秒内完成涂墨工作，在1.52秒内完成回程运动，最后完成把墨传给版台的工作。2.运动方案：方案1：方案2：方案3：3.方案评价：此方案采用了曲柄摇杆机构，通过控制曲柄摇杆机构的摇杆的上下摆动角度来控制涂墨胶辊的上下摆动，但是由于它不能满足涂墨胶辊在顶端和底端的间歇运动，所以这种机构不能完全满足运动要求，不合理。此方案采用了从动件为滚轮的的凸轮机构，滚轮和涂墨胶辊接触,由于凸轮的特殊结构,所以它能够实现凸轮在最顶端和最底端的间歇运动.此方案最合理.此方案运用了曲柄倒杆机构,机构简单,但是不能实现间歇运动,所以此方案不合理.通过评估,可知方案二为最佳方案.轮尺寸滚轮摆臂长l=200mm涂抹胶辊直径d=45mm辊轮摆角38上升的高度h=133mm设计感想：经过一学期机械原理的学习，我们大家都对这门课程有了初步了解，显然仅有理论知识是远远不够的。通过这一周多的机械原理设计，把理论应用到实践中，让我们对机械原理有了更深刻形象的认识。我们小组共有五个成员，我们将卧式印刷机分成五个部分，每人负责一小部分，分工明确，互帮互助，在这一周多的时间里我们学到的不仅是知识，更多的是团队协作。作为机械电子专业的学生，我觉得机械原理的课程设计是十分有意义的。在这次机械课程设计中，我们运用了许多以前所学的知识，如：CAD制图，汇编语言等。使我们更能熟练的运用以前所学知识了。要想做好一个机械原理的课程设计，首先就要对卧式印刷机有一个系统的了解，在设计过程中不能妄想一次就能将机构设计好，需要反复不断的修改，比较，最后根据实际情况选出最佳方案。不断地发现问题，分析解决问题和实践能力的提高将会受益我们今后的学习、生活，和工作。这次设计我发现选择合适的机构要考虑运动情况以及生产实际，各机构配合。但是也有一定的自由设计空间，要合理设计考虑压力角，转速，加速度，达到稳定运行。这是我们大学第一次真正进行的课程设计,一开始我们都不知道从哪里开始着手,了解了我们要做什么之后就是小组讨论分工,大家分工合作,每个人设计的部分都不一样,这样就只能自己动手动脑设计,这对于初次进行设计的我们来说,虽然只是概念性的设计,但是还是有点难,由于要编程,编程自然而然就成了最难的一部分,我们就花了将近两天的时间编程序,费了很大的脑筋,但是当最后作出来后,感觉还是很开心的,相信有了这次的实践,通过这次实习，我感觉对于这学期、乃至以前的知识都有了回顾和复习，更好的使用了他们。从设计时用到的机械原理、理论力学知识，画图时使用的solidworks、autocAD，特别是遗忘许久的c语言设计编程进行计算，我的这些能力在此次实习中都得到了一定的提高。并且，通过5人一个小组的团队合作，我们的合作能力和团队统筹素质也有了一定的提升。总而言之，通过这次实习，大家的提高还是有的。参考文献:.小型印刷厂技术指导 机械原理教程机械运动方案及机构设计