自动机械 课程设计平台印刷机机构设计.docx
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自动机械课程设计平台印刷机机构设计
自动机械课程设计--平台印刷机机构设计
SHANDONGUNIVERSITY OF TECHNOLOGY
自动机械课程设计说明书
题目:
平台印刷机机构设计
学院:
农业工程与食品科学学院
班级农机1004班
学号:
1011044042
设计者陈志强
指导教师宋井玲
2013年6月28日
1、平台印刷机的工作原理………………………………………………………3
1.1、工作原理及工艺动作过程的分析…………………………………3
1.2、设计要求与技术条件……………………………………………….3
2、设计思想……………………………………………………………………….3
2.1.执行系统:
……………………………………………………………3
2.2.传动系统…………………………………………………………………3
3、参考设计方案…………………………………………………………………4
1.3.1.版台运动执行机构选型……………………………………………4
1.3.2.滚筒回转机构选型…………………………………………………5
4、平台印刷机(高速型)的设计方案………………………………………………6
1.4.1.版台运动执行部分设计方案………………………………………6
5、执行部分机构选择及具体的尺寸计算:
…………………………………………7
5.1.曲柄滑块:
………………………………………………………………7
5.2.双面齿条………………………………………………………………8
5.3.齿条上侧的齿轮………………………………………8
1、平台印刷机的工作原理
1.1、工作原理及工艺动作过程的分析
通过几天的讨论并在仔细分析了任务书之后发现,即使是低速型的印刷机印一张纸的时间也仅仅是1.8-1.875秒,这需要一个极其高级精密的送纸、着墨、收纸机构的支持,并且这两个过程都是很短暂的,在此暂且不谈,本题目主要考虑版台的传动机构Ⅰ及滚筒的传动机构Ⅱ(如图下所示)。
设计时应该体现出压印时的匀速、版台返回时的急回。
整部机器中各机构的运动均由同一电动机驱动。
运动由电动机经过减速装置后分成两路,一路经传动机构Ⅰ带动版台作往复直移运动,另一路经传动机构Ⅱ带动滚筒作连续回转运动。
当版台与滚筒接触时,在纸张上压印出字迹或图形。
版台工作行程中有三个区段。
在第一区段中,送纸、着墨机构相继完成输纸、着墨作业;在第二区段,滚筒和版台完成压印动作;在第三区段中,收纸机构进行收纸作业。
第一与第三区段是极其短暂的。
图一平台印刷机的工作原理
1.2、设计要求与技术条件
⑴平台印刷机的主运动:
版台的往复直线移动及滚筒连续的转动;
⑵为保证印刷质量,要求在压印过程中,滚筒与版台之间无相对滑动,即在压印区段滚筒表面的线速度必须与版台的移动速度相等;
⑶为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线速度变化尽可能小;
⑷本平台印刷机所要求实现的生产率,即每小时印刷的张数为1920~2000,版台的行程长度为730mm,压印区段长度为440mm,滚筒直径为232mm,电机功率1.5KW,转速940r/min。
⑸要求机构传动性能良好,结构紧凑,制造方便。
2、设计思想
初次设计,参考了课程设计指导书,认为应该遵循设计时的一些原则。
2.1.执行系统:
应尽量简化和缩短运动链,使结构简单、空间布局紧凑,重视安全因素。
2.2.传动系统:
应该考虑符合执行系统的工况要求并与原动机的机械特性相匹配,考虑工作要求传递的功率和运转速度,考虑提高传动效率,考虑结构布置,考虑经济性,考虑机械安全运转和环境条件。
1.为了提高印刷效率,版台必须急回,而送纸着墨收纸其实是一个非常短暂的过程,设计时几乎可以忽略。
可以考虑水平凸轮或者偏置曲柄带动版台。
2.如果滚筒不能保证和版台在任何时候都有相同的线速度,可以考虑离合装置适时把滚筒与传动齿轮脱离。
如果设计时就能保证滚筒和版台没有相对线速度,则可以允许滚筒连续转动以便简化装置。
3.按照每小时印2000张的速度计算,滚筒的转速是33.33r/min,而电机的转速是940r/min,传动比为28.20,传动比不是很大,所以不应该有大小相差很大的两个齿轮,况且原则上也是应该尽量避免这种情况的。
3、参考设计方案
在整个设计过程中考虑了许多机构,这些机构能够达到要求,但是由于这些方案都存在一些缺点,没能成为最终的方案,而这些方案的思路是可以应用到其他设计中的。
3.1.版台运动执行机构选型
⑴凸轮机构:
考虑到版台的运动比较复杂,需要有匀速和急回,而凸轮能满足这样的条件,所以设计出如下图的方案。
图二参考机构1
这个方案的优点是能够通过设计凸轮轮廓线来实现版台的匀速、急回运动。
缺点是需要一根很长、质量很高的弹簧,实际运行中弹簧容易疲劳以至破坏,这个方案成本很高。
⑵六杆机构的结构比较简单,加工制造比较容易,且有急回特性和扩大行程的作用,但由于构件数较多,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。
图三参考机构2
⑶曲柄摇杆-齿轮齿条组合机构:
通过摇杆的摆动控制齿轮的左右移动,这种机构类似于六杆机构,加工比较容易,有急回,但是不宜用于高速。
机构分析的计算比较复杂。
曲柄部分会承受很大的力,这对曲柄的材料就有一定要求,也应该考虑一下经济性。
图四参考机构3
⑷曲柄滑块-齿轮齿条组合机构
组合机构由偏置曲柄滑块机构与齿轮齿条机构串联而成。
下齿条是固定的齿条,上齿条是移动的双面齿条且和版台连接。
滑块的速度恰好是版台的2倍,且有急回。
9
图五参考机构4
3.2.滚筒回转机构选型
⑴转停式滚筒的齿轮齿条传动机构:
由版台上的齿条带动滚筒上的齿轮实现版台和滚筒间的纯滚动。
该机构结构简单,易于保证速度同步的要求。
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间的脱离机构,以便版台空回时滚筒与版台脱离。
滚筒与版台运动的脱离装置可采用棘轮式超越离合器,如下图。
图六棘轮式超越离合器
当
大小不同或者方向相反时,滚筒外圈与内圈的齿轮脱离,达到转停的效果,但由于滚筒时转时停,惯性力矩较大,故不宜用于高速印刷场合。
这个机构只是让滚筒外圈与齿轮脱离,脱离后滚子随着版台运动,本质上并不能解决与版台脱离的问题,可以再加一个机构使滚筒在周期内固定部分停住,并且把运行到这部分时滚筒与版台接触的那部分削平一些,但是应该注意的是,计算时保证这部分不在压印区。
图七压印实例分析图
⑵齿轮不定轴机构:
如上图是滚筒上齿轮与机架连接部分机架的示意图,轴搭在机架上。
在推程时加速度向右,正常运转;回程过程中,由于急回时有很大的加速度,加速度在斜槽方向有分量使滚筒和齿轮与齿条分开。
这个机构利用加速度使齿轮与齿条分开,但是最大的问题就是不稳定,噪声大,易磨损。
可以加些缓冲机构。
⑶利用凸轮控制滚筒和齿轮的轴,在滚筒回程时将滚筒抬起。
这样个机构的缺点是机构很不稳定,有波动,在高速运行中容易出现问题。
且在滚筒质量无法确定的情况下,难以确定滚筒的运动情况。
4、平台印刷机(高速型)的设计方案
综合考虑优缺点之后,最终确定平台印刷机的方案如下。
4.1.版台运动执行部分设计方案:
采用曲柄滑块机构,如下图,它的下齿条是固定的,上齿条是双面可移动的,齿条侧面连接版台,齿条上面是与滚筒同轴的定轴齿轮,齿轮的分度圆与滚筒外圈大小相等,以保证滚筒与行程的匹配,整个过程中滚筒和版台没有相对速度,滚筒连续转动,在曲柄滑块传动点处A不直接与电机相连,需要附加一个配合转动的凸轮机构,让凸轮机构与加速装置相连接完成平台的往复传动。
图八曲柄—齿轮齿条机构
滚筒抬起的机构可以选择参考方案中的滚筒选型方案2,回程时借助加速度分量使滚筒脱离,根据实际滚筒的质量和加速度的曲线可计算出斜槽的角度。
图九平台印刷机的机构简图
印刷区段415mm,版台行程795mm,印刷区占版台的60%,换算成角度217°,所以要求曲柄滑块的滑块在217°的范围内基本匀速,以保证印刷质量。
5、执行部分机构选择及具体的尺寸计算:
5.1.曲柄滑块:
根据对曲柄滑块运动速度的要求,理想的曲柄滑块中滑块的曲线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剧变化。
机构利用《机械原理课程设计》一书中附带的软件模拟曲柄滑块的尺寸和运动情况。
首先任意选取曲柄长度,在此确定为397.5mm,连杆长度和滑块的偏心距是需要试值的,如果所试的值无法正常运转软件会有提示。
假定偏心距为1m,多次取连杆长度,观察滑块的速度曲线,反复尝试。
也可以假定连杆长度,变换偏心距。
经过多次尝试后,得到下面一种组合我认为能够满足设计要求:
曲柄:
180mm,连杆:
295mm,偏心距:
1026.4mm
通过模拟后,得到的数据列表如下:
序号
曲柄角度
点x坐标(m)
点y坐标(m)
点x速度(m/s)
点y速度(m/s)
点x加速度(m/s2)
点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
1.00E-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
1.00E-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
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
2591.4
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
-3380
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
程序输出曲线为:
由表中可知滑块的行程为4.41227m,而本设计需要的行程为370mm,比例为11.925,根据这个比例关系,把模拟的曲柄滑块按比例缩小,得到需要的曲柄滑块数据为:
曲柄151mm,连杆247mm,偏心距为86mm。
5.2.双面齿条:
比795mm略大一些即可。
齿条连接版台,版台与齿条同步运行。
5.3.齿条上侧的齿轮:
直径232mm,与滚筒同轴,带动滚筒运行,与版台同步,滚筒跟版台接触点的线速度与版台速度保持相等。
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