平臺印刷機課程設(shè)計說明書

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1、一、設(shè)計要求及任務(wù)分析 1.設(shè)計題目：平臺印刷機（低速型） 2.工作原理及工藝動作過程的分析 在仔細分析了任務(wù)書之后發(fā)現(xiàn)，即使是低速型的印刷機印一張紙的時間也僅僅是1.8-1.875秒，這需要一個極其高級精密的送紙、著墨、收紙機構(gòu)的支持，并且這兩個過程都是很短暫的，在此暫且不談，本題目主要考慮版臺的傳動機構(gòu)Ⅰ及滾筒的傳動機構(gòu)Ⅱ（如圖下所示）。設(shè)計時應(yīng)該體現(xiàn)出壓印時的勻速、版臺返回時的急回。整部機器中各機構(gòu)的運動均由同一電動機驅(qū)動。運動由電動機經(jīng)過減速裝置后分成兩路，一路經(jīng)傳動機構(gòu)Ⅰ帶動版臺作往復(fù)直移運動，另一路經(jīng)傳動機構(gòu)Ⅱ帶動滾筒作連續(xù)回轉(zhuǎn)運動。當版臺與滾筒接觸時，在紙張上壓印出字跡

2、或圖形。 版臺工作行程中有三個區(qū)段。在第一區(qū)段中，送紙、著墨機構(gòu)相繼完成輸紙、著墨作業(yè)；在第二區(qū)段，滾筒和版臺完成壓印動作；在第三區(qū)段中，收紙機構(gòu)進行收紙作業(yè)。 第一與第三區(qū)段是極其短暫的。 平臺印刷機工作原理 3.設(shè)計要求與技術(shù)條件 ⑴平臺印刷機的主運動：版臺的往復(fù)直線移動及滾筒連續(xù)的轉(zhuǎn)動； ⑵為保證印刷質(zhì)量，要求在壓印過程中，滾筒與版臺之間無相對滑動，即在壓印區(qū)段滾筒表面的線速度必須與版臺的移動速度相等； ⑶為保證整個印刷幅面上的印痕濃淡一致，要求版臺在壓印區(qū)內(nèi)的線速度變化盡可能?。? ⑷本平臺印刷機所要求實現(xiàn)的生產(chǎn)率

3、，即每小時印刷的張數(shù)為1920~2000，版臺的行程長度為730 mm ，壓印區(qū)段長度為440 mm ，滾筒直徑為232 mm ，電機功率1.5 KW，轉(zhuǎn)速940 r/min。 ⑸要求機構(gòu)傳動性能良好，結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便。 二、設(shè)計思想 初次設(shè)計，參考了課程設(shè)計指導(dǎo)書，認為應(yīng)該遵循設(shè)計時的一些原則。 1.執(zhí)行系統(tǒng)： 應(yīng)盡量簡化和縮短運動鏈，使結(jié)構(gòu)簡單、空間布局緊湊，重視安全因素。 2.傳動系統(tǒng)： 應(yīng)該考慮符合執(zhí)行系統(tǒng)的工況要求并與原動機的機械特性相匹配，考慮工作要求傳遞的功率和運轉(zhuǎn)速度，考慮提高傳動效率，考慮結(jié)構(gòu)布置，考慮經(jīng)濟性，考慮機械安全運轉(zhuǎn)和環(huán)境條件。 其次，個人也有

4、一些具體想法。 1.為了提高印刷效率，版臺必須急回，而送紙著墨收紙其實是一個非常短暫的過程，設(shè)計時幾乎可以忽略?？梢钥紤]水平凸輪或者偏置曲柄帶動版臺。 2.如果滾筒不能保證和版臺在任何時候都有相同的線速度，可以考慮離合裝置適時把滾筒與傳動齒輪脫離。如果設(shè)計時就能保證滾筒和版臺沒有相對線速度，則可以允許滾筒連續(xù)轉(zhuǎn)動以便簡化裝置。 3.按照每小時印2000張的速度計算，滾筒的轉(zhuǎn)速是33.33 r/min，而電機的轉(zhuǎn)速是940 r/min，傳動比為28.20，傳動比不是很大，所以不應(yīng)該有大小相差很大的兩個齒輪，況且原則上也是應(yīng)該盡量避免這種情況的。  三、參考設(shè)計方案 在整個設(shè)計過程

5、中考慮了許多機構(gòu)，這些機構(gòu)能夠達到要求，但是由于這些方案都存在一些缺點，沒能成為最終的方案，而這些方案的思路是可以應(yīng)用到其他設(shè)計中的，現(xiàn)列舉一些。 1. 版臺運動執(zhí)行機構(gòu)選型 ⑴凸輪機構(gòu)：考慮到版臺的運動比較復(fù)雜，需要有勻速和急回，而凸輪能滿足這樣的條件，所以設(shè)計出如下圖的方案。 這個方案的優(yōu)點是能夠通過設(shè)計凸輪輪廓線來實現(xiàn)版臺的勻速、急回運動。缺點是需要一根很長、質(zhì)量很高的彈簧，實際運行中彈簧容易疲勞以至破壞，這個方案成本很高。 ⑵六桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)比較簡單，加工制造比較容易，且有急回特性和擴大行程的作用，但由于構(gòu)件數(shù)較多，機構(gòu)剛性差，不宜用于高速；此外，此機構(gòu)的分析計算比較復(fù)雜。 

6、⑶曲柄搖桿-齒輪齒條組合機構(gòu)： 通過搖桿的擺動控制齒輪的左右移動，這種機構(gòu)類似于六桿機構(gòu)，加工比較容易，有急回，但是不宜用于高速。機構(gòu)分析的計算比較復(fù)雜。 曲柄部分會承受很大的力，這對曲柄的材料就有一定要求，也應(yīng)該考慮一下經(jīng)濟性。 ⑷曲柄滑塊-齒輪齒條組合機構(gòu) 組合機構(gòu)由偏置曲柄滑塊機構(gòu)與齒輪齒條機構(gòu)串聯(lián)而成。下齒條是固定的齒條，上齒條是移動的雙面齒條且和版臺連接。 滑塊的速度恰好是版臺的2倍，且有急回。 2. 滾筒回轉(zhuǎn)機構(gòu)選型 ⑴轉(zhuǎn)停式滾筒的齒輪齒條傳動機構(gòu)： 由版臺上的齒條帶動滾筒上的齒輪實現(xiàn)版臺和滾筒間的純滾動。該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，易于保證速度同步的要求。但當版臺空回

7、時，滾筒應(yīng)停止轉(zhuǎn)動，因而需要增加滾筒與版臺間的脫離機構(gòu)，以便版臺空回時滾筒與版臺脫離。滾筒與版臺運動的脫離裝置可采用棘輪式超越離合器，如右圖。 當ω1與ω2大小不同或者方向相反時，滾筒外圈與內(nèi)圈的齒輪脫離，達到轉(zhuǎn)停的效果，但由于滾筒時轉(zhuǎn)時停，慣性力矩較大，故不宜用于高速印刷場合。 這個機構(gòu)只是讓滾筒外圈與齒輪脫離，脫離后滾子隨著版臺運動，本質(zhì)上并不能解決與版臺脫離的問題，可以再加一個機構(gòu)使?jié)L筒在周期內(nèi)固定部分停住，并且把運行到這部分時滾筒與版臺接觸的那部分削平一些，但是應(yīng)該注意的是，計算時保證這部分不在壓印區(qū)。 ⑵齒輪不定軸機構(gòu) 右圖是滾筒上齒輪與機架連接部分機架的示意圖，軸搭在機

8、架上。在推程時加速度向右，正常運轉(zhuǎn)；回程過程中，由于急回時有很大的加速度，加速度在斜槽方向有分量使?jié)L筒和齒輪與齒條分開。 這個機構(gòu)利用加速度使齒輪與齒條分開，但是最大的問題就是不穩(wěn)定，噪聲大，易磨損。可以加些緩沖機構(gòu)。 ⑶利用凸輪控制滾筒和齒輪的軸，如右圖，在滾筒回程時將滾筒抬起。 這樣個機構(gòu)的缺點是機構(gòu)很不穩(wěn)定，有波動，在高速運行中容易出現(xiàn)問題。且在滾筒質(zhì)量無法確定的情況下，難以確定滾筒的運動情況。  四、平臺印刷機（低速型）的設(shè)計方案 綜合考慮優(yōu)缺點之后，最終確定平臺印刷機的方案如下。 1. 版臺運動執(zhí)行部分設(shè)計方案： 采用曲柄滑塊

9、機構(gòu)，如下圖，它的下齒條是固定的，上齒條是雙面可移動的，齒條側(cè)面連接版臺，齒條上面是與滾筒同軸的定軸齒輪，齒輪的分度圓與滾筒外圈大小相等，以保證滾筒與行程的匹配，整個過程中滾筒和版臺沒有相對速度，滾筒連續(xù)轉(zhuǎn)動。 滾筒抬起的機構(gòu)可以選擇參考方案中的滾筒選型方案2,回程時借助加速度分量使?jié)L筒脫離，根據(jù)實際滾筒的質(zhì)量和加速度的曲線可計算出斜槽的角度。 印刷區(qū)段440 mm，版臺行程730 mm，印刷區(qū)占版臺的60%，換算成角度217，所以要求曲柄滑塊的滑塊在217的范圍內(nèi)基本勻速，以保證印刷質(zhì)量。 2.傳動部分設(shè)計方案： ⑴電動機的選擇：設(shè)計要求電動機的功率為

10、1.5 KW，轉(zhuǎn)速940 r/min，查閱資料后，選擇了Y100L-6型電動機。 ⑵減速裝置：低速型平臺印刷機要求實現(xiàn)的生產(chǎn)率為1920—2000張/小時，平均每分鐘印32~33.3張，則曲柄滑塊機構(gòu)中的曲柄的轉(zhuǎn)速應(yīng)為32~33.3 r/min。減速裝置的減速傳動比應(yīng)該在28.20~29.38之間。根據(jù)此情況確定減速裝置分3級，第一級減速采用帶傳動，減速傳動比為i1=4，第二級采用單級齒輪減速，傳動比為i2=4，第三級單級齒輪減速，減速比為i3=1.79,總減速傳動比確定為28.64。實際會有重力、摩擦等外界因素，傳動比在28.64小范圍內(nèi)波動，可以符合設(shè)計要求。 根據(jù)以上傳動部分和執(zhí)行部

11、分的方案，繪出總體機構(gòu)簡圖如下圖： 主視圖： 側(cè)視圖：  五、傳動部分機構(gòu)選擇及具體的尺寸計算： ⑴第一級減速部分：電動機帶動直徑200mm的輪子與直徑為800mm的輪子組成第一級減速部分，傳動比為i1=4。 ⑵第二級減速部分：由分度圓直徑180mm的齒輪和分度圓直徑720mm的齒輪組成，傳動比i2=4。模數(shù)m=9，壓力角α=20，齒數(shù)z1=20，z2=80。全部使用標準件。 ⑶第三級減速部分：由直徑分度圓240mm的齒輪和分度圓直徑430mm的齒輪組成，傳動比i3=1.79。模數(shù)m=10，壓力角α=20，齒數(shù)z3=24，z4=43。全部使用標準件。 六、執(zhí)行部分機構(gòu)

12、選擇及具體的尺寸計算： 1．曲柄滑塊： 根據(jù)對曲柄滑塊運動速度的要求，理想的曲柄滑塊中滑塊的曲線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劇變化。機構(gòu)利用《機械原理課程設(shè)計》一書中附帶的軟件模擬曲柄滑塊的尺寸和運動情況。 首先任意選取曲柄長度，在此確定為1.8m，連桿長度和滑塊的偏心距是需要試值的，如果所試的值無法正常運轉(zhuǎn)軟件會有提示。 假定偏心距為1 m，多次取連桿長度，觀察滑塊的速度曲線，反復(fù)嘗試。也可以假定連桿長度，變換偏心距。 多次嘗試后，得到下面一種組合我認為能夠滿足設(shè)計要求： 曲柄：1.80m 連桿：2.95m 偏心距：1.0264m 程序操作圖如

13、下： A圖 B圖 C圖D圖 E圖 A圖為機架與曲柄間的轉(zhuǎn)動副的數(shù)據(jù)。 B圖為曲柄的數(shù)據(jù) C圖為曲柄與連桿間的轉(zhuǎn)動副的數(shù)據(jù) D圖為連桿的數(shù)據(jù) E圖為滑塊的數(shù)據(jù) 模擬后，得到的數(shù)據(jù)列表如下： 序號 曲柄角度 點x坐標（m） 點y坐標（m） 點x速度（m/s） 點y速度(m/s) 點x加速度(m/s2) 點y加速度(m/s2) 0 62.3 3.5501 1.0264 -46.98 1.00E-05 -1825 1.00E-05 1 77.3 3.0726 1.0264 -57.95 1.00E-05 -913.5 1.0

14、0E-05 2 92.3 2.5934 1.0264 -61.64 1.00E-05 -33.58 1.00E-05 3 107 2.1509 1.0264 -59.07 1.00E-05 629.14 1.00E-05 4 122 1.7648 1.0264 -52.47 1.00E-05 970.04 1.00E-05 5 137 1.4393 1.0264 -44.36 1.00E-05 1025.3 1.00E-05 6 152 1.1687 1.0264 -36.55 1.00E-05 916.39 1.

15、00E-05 7 167 0.9443 1.0264 -29.88 1.00E-05 755.37 1.00E-05 8 182 0.7577 1.0264 -24.46 1.00E-05 606.53 1.00E-05 9 197 0.6025 1.0264 -20.09 1.00E-05 497.65 1.00E-05 10 212 0.4761 1.0264 -16.38 1.00E-05 444.34 1.00E-05 11 227 0.3815 1.0264 -12.78 1.00E-05 476.09

16、1.00E-05 12 242 0.3363 1.0264 -8.328 1.00E-05 686.99 1.00E-05 13 257 0.4014 1.0264 -0.542 1.00E-05 1403.9 1.00E-05 14 272 0.7385 1.0264 17.969 1.00E-05 3595.1 1.00E-05 15 287 1.433 1.0264 59.076 1.00E-05 6084.4 1.00E-05 16 302 2.2665 1.0264 96.156 1.00E-05 2591

17、.4 1.00E-05 17 317 3.0523 1.0264 102.86 1.00E-05 -534.9 1.00E-05 18 332 3.6993 1.0264 91.875 1.00E-05 -2054 1.00E-05 19 347 4.159 1.0264 71.863 1.00E-05 -2882 1.00E-05 20 362 4.4085 1.0264 46.963 1.00E-05 -3301 1.00E-05 21 377 4.4459 1.0264 20.097 1.00E-05 -33

18、80 1.00E-05 22 392 4.2893 1.0264 -6.11 1.00E-05 -3139 1.00E-05 23 407 3.9743 1.0264 -29.19 1.00E-05 -2602 1.00E-05 24 422 3.5501 1.0264 -46.98 1.00E-05 -1825 1.00E-05 程序輸出曲線為： 由表中可知滑塊的行程為4.41227m，而本設(shè)計需要的行程為370mm，比例為11.925，根據(jù)這個比例關(guān)系，把模擬的曲柄滑塊按比例縮小，得到需要的曲柄滑塊數(shù)據(jù)為： 曲柄151mm，連

19、桿247mm， 偏心距為86mm。 2.雙面齒條：比730mm略大一些即可。齒條連接版臺，版臺與齒條同步運行。 3.齒條上側(cè)的齒輪：直徑232mm，與滾筒同軸，帶動滾筒運行，與版臺同步，滾筒跟版臺接觸點的線速度與版臺速度保持相等。 七、執(zhí)行部分的運動情況： 通過電動機動力和多個齒輪間的減速傳動，最終使曲柄滑塊機構(gòu)轉(zhuǎn)速恒為ω4=32.82r/min，B點線速度為4.325 m/s 1.關(guān)于滑塊的運動情況，根據(jù)模擬的數(shù)據(jù)換算列表如下 曲柄角（度） 點x坐標（mm） 點x速度（m/s） 點x加速度(m/s2) 377 372.82 1.685 -2

20、83.438 392 359.69 -0.512 -263.229 407 333.27 -2.448 -218.197 422 297.70 -3.940 -153.040 62.3 297.70 -3.940 -153.040 77.3 257.66 -4.860 -76.604 92.3 217.48 -5.169 -2.816 107 180.37 -4.953 52.758 122 147.99 -4.400 81.345 137 120.70 -3.720 85.979 152 98.00 -3.065

21、 76.846 167 79.19 -2.506 63.343 182 63.54 -2.051 50.862 197 50.52 -1.685 41.732 212 39.92 -1.374 37.261 227 31.99 -1.072 39.924 242 28.20 -0.698 57.609 257 33.66 -0.045 117.727 272 61.93 1.507 301.476 287 120.17 4.954 510.222 302 190.06 8.063 217.308 317 255

22、.96 8.626 -44.855 332 310.21 7.704 -172.243 347 348.76 6.026 -241.677 362 369.69 3.938 -276.813 根據(jù)數(shù)據(jù)得出結(jié)論，在起始點時曲柄與水平軸線(負)的夾角為17。 以曲柄轉(zhuǎn)動角度為X軸，做出如下三個曲線。 ⑴位移曲線： 從17到240為推程部分，從240到377為回程部分。 ⑵速度曲線： 從17到240速度變化較小，可以取這部分為推程印刷部分，且紙越靠近240越好。 ⑶加速度曲線： 2.關(guān)于版臺的運動情況 根據(jù)定滑輪原理可知版臺的速度和加速度是滑塊的

23、2倍，這一點經(jīng)過軟件試驗，也通過計算得出結(jié)論。 以滾筒轉(zhuǎn)動的角度為X軸，繪出版臺的速度和加速度的曲線如下： ⑴版臺的速度曲線： 版臺速度恰好是滑塊速度的2倍，從17到240速度變化較小，可以取這部分為推程印刷部分，且紙越靠近240越好。 ⑵版臺的加速度曲線： 從240到377加速度變化很大，恰是版臺急回過程，240之前加速度變化很小，且在0線附近。 綜合上述曲線，曲柄滑塊機構(gòu)是可以滿足設(shè)計要求的。八、關(guān)于著墨、送紙、收紙部分的說明 在設(shè)計之初已經(jīng)提到，著墨、送紙、收紙這三個過程是很短暫的，根本無法人工完成，可借助其他機構(gòu)。并且考慮滑塊的遠休近休是非常不必要而且

24、不經(jīng)濟的。分析版臺的速度曲線，確定在機器正常運行的過程中233~240的范圍內(nèi)收紙，0~17的范圍內(nèi)著墨、送紙，最佳狀態(tài)為240時收紙，24時送紙，因為在24~240時滑塊的速度最穩(wěn)定，特此說明，在運動循環(huán)圖部分將不再贅述。再次重申著墨、送紙、收紙的過程很短暫，不需過多考慮。 九、運動循環(huán)圖 版臺壓印和返回是一個運動循環(huán)。應(yīng)保證印刷機在印刷運動循環(huán)中，版臺與滾筒的動作在時間和位置上的協(xié)調(diào)。根據(jù)印刷機各執(zhí)行機構(gòu)的運動要求，繪制機構(gòu)系統(tǒng)循環(huán)如下圖所示。 角度 17~233 233~240 240~360 360~377 版臺 印刷 收紙 回程 著墨、送紙 滾筒及齒

25、輪 正向轉(zhuǎn)動一周 反向轉(zhuǎn)動一周 曲柄 工作行程 非工作行程 滑塊 推程 回程 十、設(shè)計體會 經(jīng)過一學期機械原理的學習，對這門學科有了初步的了解，但是僅僅是學習理論知識還無法很好的了解這門學科。通過這兩周的課程設(shè)計，把理論應(yīng)用到了設(shè)計中，把死的理論變成活生生的機器，在設(shè)計中遇到很多難題，和一組的同學討論，查資料，最終得到了方案，那種喜悅是難以言表的。 在第二周的周一就把設(shè)計說明書做出來了，認為沒什么毛病拿給老師看，看過以后發(fā)現(xiàn)我的說明書漏洞百出，回來以后增改了很多地方。我感到學習是需要嚴謹?shù)?，不能有一點疏忽。 在網(wǎng)上查到了一些與題目相關(guān)的資料，拿來參考了一些，但那

26、畢竟不是自己的成果，我不愿意直接照搬。開動腦筋，靠自己的努力得到的不僅僅是學分，設(shè)計的這個過程才是最值得珍惜的。 課程設(shè)計即將結(jié)束，在設(shè)計期間我受益匪淺，對機械學科有了進一步的了解，也特別希望多一些這樣的設(shè)計機會。 一學期來，老師辛勤的授課、不厭其煩的解答同學們的問題、講課時對知識的運用自如，讓我感到佩服。在設(shè)計過程中也給我和同學很多指導(dǎo)，在此衷心的感謝老師！祝愿老師在2010年工作順利，身體健康！ 1.李樹軍主編.機械原理.沈陽：東北大學出版社，2002 2.孫桓,陳作模,葛文杰主編.機械原理.北京：高等教育出版社,2006 3.王淑仁主編.機械原理課程設(shè)計.北京：科學出版社，2006 4.陳白寧,段智敏主編.機電傳動控制基礎(chǔ).沈陽：東北大學出版社，2008 13