平台印刷机机械原理课程设计Word格式.docx
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图1
二、机械运动方案的选择及其论证
1.平台印刷机主要机构及功能
(1)主要机构:
1)传动机构I——从电动机到版台的运动链;
2)传动机构II——从电动机到印刷滚筒的运动链;
3)位移补偿机构。
(2)各机构功能:
1)传动机构I——把电动机的旋转运动转化为版台的直线移动;
2)传动机构II——把电动机的旋转运动转化为印刷滚筒的旋转运动;
3)位移补偿机构——把凸轮的旋转运动转化为版台的直线移动。
2.各机构形态学矩阵
功能元
实现功能的解(各个方案)
传动机构I
摩擦传动
螺旋机构
齿轮齿条
凸轮机构
曲柄滑块机构
组合机构
传动机构
带传动机构
双曲柄机构
齿轮机构
补偿机构
3.设计思路概述
由电动机到印刷机滚筒这一条运动链的两端皆为定轴转动,适宜于传递旋转运动的机构有四杆机构,齿轮机构,涡轮机构,根据平稳性和简易度,应选齿轮机构。
由电动机到版台间的运动链须将转动变为移动,转动变移动的传动方式很多,常见的有摩檫传动,齿轮齿条传动,螺旋机构传动,凸轮机构,曲柄滑块机构以及组合机构等等。
但前三种机构不具有急回特性。
由于曲柄滑块比凸轮运动精确性高所以选择曲柄滑块机构
两条传动链的终端——滚筒和版台的瞬时线速度须相等。
当传动机构1和2本身不能满足时,可以另设补偿机构实现它。
用速度补偿来设计其运动曲线可以选择凸轮机构.
图2所示的方案可作为机构1的参考方案,双曲柄机构AoABBo与曲柄滑块机构BoCD串联,将曲柄AoA的转动改变为D点的往复移动。
当齿条6固定不动时,中心为D的行星齿轮5将带动齿条7移动。
齿条7固定在印刷版台的下面。
齿条6的位置由补偿凸轮3通过磙子从动件控制。
该凸轮和从动曲柄BoB为同一构件。
而主动主动曲柄AoA与滚筒的转动同步。
当齿条7(即版台)的工作移动速度偏离要求时,可通过凸轮廓线控制齿条6补充移动来补偿。
另一传动机构2是一个双曲柄机构,它用于带动滚筒的转动,其各杆的尺寸为h1=145.0mm,h2=178.0mm,h3=175.0mm,h4=65.5mm.传动机构1,2之间通过一对齿轮传动建立其运动关系,齿轮传动的参数为I=1,m=4mm,z=105,见图4所示。
三、原始数据
1.平台印刷机设计数据:
印刷纸张最大幅面(
)
415
590
生产率(张/小时)
4400~4500
滚筒直径(
360
版台往复行程长度(
795
电动机
功率(kw)
3
转速(r.p.m)
1450
2.其它数据:
传动机构I:
机架长55.0mm
传动机构II:
h1=145.0mm,h2=178.0mm,h3=175.0mm,h4=65.5mm
齿轮传动的参数:
i=1,m=4mm,z=105
四、设计方法说明及计算公式
分析其运动特点,准备运动的分析计算公式和C语言程序.计算数据,绘制运动关系图.进行机构设计
1.曲柄滑块机构综合分析:
(1)机构的运动几何关系:
如图3所示普通的偏置曲柄滑块机构,标记曲柄长为r,连杆长l,偏心距e:
图3
引入参量λ=l/r,δ=e/l;
则有cosα=(1-sin2α)1/2=(1-[(l/λ)sinΦ-δ]2)1/2,当(l/λ)和δ均较小时,将该示展开,得其近似值。
cosα=1-sin2Φ/(2λ2)+δ/λ*sinΦ-δ2/2
D点的位置方程为:
X=r*cosΦ+l*cosα=r*cosΦ+l*(1-sinΦ2/(2λ2)+δ/λ*sinΦ-δ2/2)
D点的位移(由D1点算起)为:
S=((r+l)2-e2)1/2-X
速度和加速度方程分别为:
V=dS/dt=rω*(sinΦ+1/(2λ)*sin2Φ-δ*cosΦ)
A=dV/dt=d2S/dt2=rω2(cosΦ+1/λ*cos2Φ+δ*sinΦ)+rε*(sinΦ+1/(2λ)*sin2Φ-δ*cosΦ)
滑块的行程长度为:
H=D1D2=((块机构的H大于对心的滑块行程长度(H=2r).
滑块的行程速比系数;
K=(180+θ)/(180-θ)=(180+sin((δ*λ)/(λ-1))-sin((δ*λ)/(λ+1)))/(180-sin((δ*λ)/(λ-1))+sin((δ*λ)/(λ+1)))
机构传动角分为工作行程和回程:
工作行程的最小传动角
γa=cos((r-e)/l)=cos(1/λ-δ)
回程的最小传动角
γa=cos((r+e)/l)=cos(r/λ+δ)
(2)参数选择:
a.Ha根据设计原始参数计算
b.λa由以上式子可知,λ增大对γ有利。
但是尺寸将跟随λ增大。
在此取为3.6.
c.δa由上式可知,在H和λ即定情况下,δ影响曲柄长r,印刷机中,δ取0.32.
d.在确定λ和δ时要照顾eo.e=0则无急回效果,K随e增。
同时,由(2—5)式知,当H即定时,e增大则必使r减少。
l+r)2-e2)(1/2)-((l-r)2-e2)1/2=r(2+(δ2λ2)/(λ2-1)
2.双曲柄机构的运动分析:
图4
图4所示,为了改善版台的速度特性,机构1设计成串联组合机构。
第一级为双曲柄机构ABCD。
其主动曲柄DC用一级速比I=1的圆柱齿轮与机构2(亦为双曲柄机构)的原动曲柄h相连接,即
Φ=Ψ
机构2的从动曲柄h则与滚筒同步转动。
(1)曲柄滑块位移计算Ψ:
Ψ=2*S/Rcir
式中S—滑块位移;
Rcir—滚筒半径。
(2)由Ψ1求Ψ3:
如图5所示,几何关系为:
h4^2+h3^2+h1^2-h2^2-2h1*h4cosΨ—1-2h1*h3cosΨ1cosΨ3-2h1*h3sinΨ1sinΨ3=0
A*sinΨ3+B*cosΨ3-C=0
式中
A=sinΨ1
B=cosΨ1-K1
C=K2-K3cosΨ1
K1=h4/h1
K2=(h1^2-h2^2+h3^2+h4^2)/(2h1*h3)
K3=h4/h3
可解得
Φ3=2arctg((A+(A^2+B^2-C^2)^2)/(B+C))
Φ3=2arctg((A-(A^2+B^2-C^2)
图5图6
3.曲柄滑块机构的位置分析:
由滑块位移求对应的曲柄转角Φ1杆长符号如图6所示,则有
So=((r+l)^2-e^2)^(1/2)
X=So-S
X=r*cosΦ+lcosα
e=r*sinΦ-lsinα
移项,作平方和,消去α得
X^2+r^2+e^2-2X*rcosΦ-2ersinΦ=l^2
2esinΦ+2X*cosΦ-(X^2+r^2+e^2-l^2)/r=0
改写成
A*sinΦ+B*cosΦ-C=0
(1)
其中
A=2e,B=2X,C=(X^2+r^2+e^2-l^2)/r
(2)
1、式的解为:
Φ=2*arctg((A+/-(A^2+B^2-C^2)^(1/2))/(B+C))
考虑
(2)式,并令
Z=C/2=(X^2+r^2+e^2-l^2)/(2r)
代入后得:
Φ=2*arctg((e+/-(e^2+X^2-Z^2)^(1/2))/(X+Z))
对照图4,可知:
Φ1=π/2-Φ-β
4.函数平方逼近法设计双曲柄机构:
图7
坐标设置
如图7所示,当αo=Φo=00,l4=l0机构的位置方程
l2+l32+l12-l22+2l3*cosΦ-2l1*cosα-2l1*l3*cos(Φ-α)=0
除以2l1,得
l3/l1*cosΦ+P1*cos(Φ-α)+(1+l32+l12-l22)/(2*l1)-cosα=0
P0=l3/l1
P1=-l3
P2=(1+l32+l12-l22)/(2*l1)
上述方程中只有3个待定参数,只能满足3个精确点(Φi,αi,I=1,2,3).精确点外的机构函数与目标函数存在结构误差。
Δy=P0*cosΦ+P1*cos(Φ-α)+P2-cosα!
=0
所谓平方逼近法设计,就是以结构误差的均方根值最小为目的,做逼近函数机构的设计。
对于目标函数为连续函数时,我们建立
I=∫[P*cosΦ+P*cos(Φ-α)+P-cosα]^2*dα
而对于[α0,αm]中的若干离散点,则构造
I=∑[P*cosΦi+P1*cos(Φi-αi)+P2-cosαi]^2
可改写成
I=∑[Po*fo(αi)+P1*f1(αi)+P2*f2(αi)-F(αi)]^2
其中,
fo(αi)=cosΦi
f1(αi)=cos(Φi-αi)
f2(αi)=1
F(αi)=cosαi
为求I的极小值。
令I/Pi=0,I=0,1,2,得
∑[Po*fo(αi)+P1*f1(αi)-F(αi)]*fo(αi)=0
∑[Po*fo(αi)+P1(αi)+P2*f2(αi)-F(αi)*f1(αi)=0
∑[Po*fo(αi)+P1*f1(αi)+P2*f2(αi)-F(αi)]*f2(αi)=0
令C00=∑f0(αi)*f0(αi)
C01=C10=∑f0(αi)*f1(αi)
C02=C20=∑f0(αi)*f2(αi)
C11=∑f1(αi)*f(αi)
C12=C21=∑f(αi)*f(αi)
C22=∑f(αi)*f(αi)
或缩写成
Ckl=∑fk()*f()
K=0,1,2;
L=0,1,2;
γ0=∑F(αi)*f0(αi)
γ1=∑F(αi)*f1(αi)
γ2=∑F(αi)*f2(αi)
则有C00P0+C01P1+C02P2=γ0
C10P0+C11P1+C12P2=γ1
C20P0+C21P1+C22P2=γ2
从中可以解出p0,p1,p2,然后由上式计算相对杆长。
5.凸轮机构的设计:
由于印刷机的版台和滚筒各由一套独立的运动传动系统驱动.为了保证印刷质量.在压印阶段.滚筒表面点的线速度必须和版台移动速度保持相等.在设计时.应尽可能满足这一要求.如果设计的结果不能完全满足这一要求.即在压印区滚筒表面点的线速度与版台移动速度尚有一定的差别.则采用凸轨机构进行运动补偿.
如图4所示.若版台由双曲柄六杆机构和齿轮齿条串联而成的传动系统所驱动.则可将下齿条做成活动齿条.在曲柄BE上固连一补偿凸轮.此补偿凸轮通过滚子直动推杆推动活动的下齿条.经过齿轮与上齿条的传动.给版台附加一个运动.使版台移动速度与滚筒表面点的线速度完全一致.这样凸轮机构起到了运动补偿作用.由于凸轮轮廓形状和凸轮机构的工作性能取决于从动件运动规律.显然在印刷机的设计中.此凸轮机构从动件运动规律完全取决于所需补偿量的变化规律.
(1)凸轮机构从动件运动规律的确定
1)设版台传动系统未安装补偿凸轮机构.且下齿条为固定齿
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