平臺(tái)印刷機(jī)課程設(shè)計(jì)說明書

1、一、設(shè)計(jì)要求及任務(wù)分析1.設(shè)計(jì)題目：平臺(tái)印刷機(jī)（低速型）2.工作原理及工藝動(dòng)作過程的分析在仔細(xì)分析了任務(wù)書之后發(fā)現(xiàn)，即使是低速型的印刷機(jī)印一張紙的時(shí)間也僅僅是1.8-1.875秒，這需要一個(gè)極其高級(jí)精密的送紙、著墨、收紙機(jī)構(gòu)的支持，并且這兩個(gè)過程都是很短暫的，在此暫且不談，本題目主要考慮版臺(tái)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及滾筒的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（如圖下所示）。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該體現(xiàn)出壓印時(shí)的勻速、版臺(tái)返回時(shí)的急回。整部機(jī)器中各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)均由同一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)由電動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速裝置后分成兩路，一路經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)版臺(tái)作往復(fù)直移運(yùn)動(dòng)，另一路經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滾筒作連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)版臺(tái)與滾筒接觸時(shí)，在紙張上壓印出字跡或圖形。版臺(tái)工作行程中有

2、三個(gè)區(qū)段。在第一區(qū)段中，送紙、著墨機(jī)構(gòu)相繼完成輸紙、著墨作業(yè)；在第二區(qū)段，滾筒和版臺(tái)完成壓印動(dòng)作；在第三區(qū)段中，收紙機(jī)構(gòu)進(jìn)行收紙作業(yè)。 第一與第三區(qū)段是極其短暫的。平臺(tái)印刷機(jī)工作原理3.設(shè)計(jì)要求與技術(shù)條件平臺(tái)印刷機(jī)的主運(yùn)動(dòng)：版臺(tái)的往復(fù)直線移動(dòng)及滾筒連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)；為保證印刷質(zhì)量，要求在壓印過程中，滾筒與版臺(tái)之間無相對(duì)滑動(dòng)，即在壓印區(qū)段滾筒表面的線速度必須與版臺(tái)的移動(dòng)速度相等；為保證整個(gè)印刷幅面上的印痕濃淡一致，要求版臺(tái)在壓印區(qū)內(nèi)的線速度變化盡可能小；本平臺(tái)印刷機(jī)所要求實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)率，即每小時(shí)印刷的張數(shù)為19202000，版臺(tái)的行程長(zhǎng)度為730 mm ，壓印區(qū)段長(zhǎng)度為440 mm ，滾筒直徑為232

3、mm ，電機(jī)功率1.5 kw，轉(zhuǎn)速940 r/min。要求機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能良好，結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便。二、設(shè)計(jì)思想初次設(shè)計(jì)，參考了課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，認(rèn)為應(yīng)該遵循設(shè)計(jì)時(shí)的一些原則。1.執(zhí)行系統(tǒng)：應(yīng)盡量簡(jiǎn)化和縮短運(yùn)動(dòng)鏈，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、空間布局緊湊，重視安全因素。2.傳動(dòng)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(dòng)機(jī)的機(jī)械特性相匹配，考慮工作要求傳遞的功率和運(yùn)轉(zhuǎn)速度，考慮提高傳動(dòng)效率，考慮結(jié)構(gòu)布置，考慮經(jīng)濟(jì)性，考慮機(jī)械安全運(yùn)轉(zhuǎn)和環(huán)境條件。其次，個(gè)人也有一些具體想法。1.為了提高印刷效率，版臺(tái)必須急回，而送紙著墨收紙其實(shí)是一個(gè)非常短暫的過程，設(shè)計(jì)時(shí)幾乎可以忽略?？梢钥紤]水平凸輪或者偏置曲柄帶動(dòng)版臺(tái)。2.如果滾筒

4、不能保證和版臺(tái)在任何時(shí)候都有相同的線速度，可以考慮離合裝置適時(shí)把滾筒與傳動(dòng)齒輪脫離。如果設(shè)計(jì)時(shí)就能保證滾筒和版臺(tái)沒有相對(duì)線速度，則可以允許滾筒連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)以便簡(jiǎn)化裝置。3.按照每小時(shí)印2000張的速度計(jì)算，滾筒的轉(zhuǎn)速是33.33 r/min，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速是940 r/min，傳動(dòng)比為28.20，傳動(dòng)比不是很大，所以不應(yīng)該有大小相差很大的兩個(gè)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(jì)方案 在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中考慮了許多機(jī)構(gòu)，這些機(jī)構(gòu)能夠達(dá)到要求，但是由于這些方案都存在一些缺點(diǎn)，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(jì)中的，現(xiàn)列舉一些。1. 版臺(tái)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型凸輪機(jī)構(gòu)：考慮

5、到版臺(tái)的運(yùn)動(dòng)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(jì)出如下圖的方案。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是能夠通過設(shè)計(jì)凸輪輪廓線來實(shí)現(xiàn)版臺(tái)的勻速、急回運(yùn)動(dòng)。缺點(diǎn)是需要一根很長(zhǎng)、質(zhì)量很高的彈簧，實(shí)際運(yùn)行中彈簧容易疲勞以至破壞，這個(gè)方案成本很高。六桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，加工制造比較容易，且有急回特性和擴(kuò)大行程的作用，但由于構(gòu)件數(shù)較多，機(jī)構(gòu)剛性差，不宜用于高速；此外，此機(jī)構(gòu)的分析計(jì)算比較復(fù)雜。曲柄搖桿-齒輪齒條組合機(jī)構(gòu)：通過搖桿的擺動(dòng)控制齒輪的左右移動(dòng)，這種機(jī)構(gòu)類似于六桿機(jī)構(gòu)，加工比較容易，有急回，但是不宜用于高速。機(jī)構(gòu)分析的計(jì)算比較復(fù)雜。曲柄部分會(huì)承受很大的力，這對(duì)曲柄的材料就有一定要求，也應(yīng)該考慮

6、一下經(jīng)濟(jì)性。曲柄滑塊-齒輪齒條組合機(jī)構(gòu)組合機(jī)構(gòu)由偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)與齒輪齒條機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。下齒條是固定的齒條，上齒條是移動(dòng)的雙面齒條且和版臺(tái)連接?；瑝K的速度恰好是版臺(tái)的2倍，且有急回。2. 滾筒回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選型轉(zhuǎn)停式滾筒的齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：由版臺(tái)上的齒條帶動(dòng)滾筒上的齒輪實(shí)現(xiàn)版臺(tái)和滾筒間的純滾動(dòng)。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于保證速度同步的要求。但當(dāng)版臺(tái)空回時(shí)，滾筒應(yīng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，因而需要增加滾筒與版臺(tái)間的脫離機(jī)構(gòu)，以便版臺(tái)空回時(shí)滾筒與版臺(tái)脫離。滾筒與版臺(tái)運(yùn)動(dòng)的脫離裝置可采用棘輪式超越離合器，如右圖。當(dāng)1與2大小不同或者方向相反時(shí)，滾筒外圈與內(nèi)圈的齒輪脫離，達(dá)到轉(zhuǎn)停的效果，但由于滾筒時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)停，慣性力矩較大，故不宜用

7、于高速印刷場(chǎng)合。這個(gè)機(jī)構(gòu)只是讓滾筒外圈與齒輪脫離，脫離后滾子隨著版臺(tái)運(yùn)動(dòng)，本質(zhì)上并不能解決與版臺(tái)脫離的問題，可以再加一個(gè)機(jī)構(gòu)使?jié)L筒在周期內(nèi)固定部分停住，并且把運(yùn)行到這部分時(shí)滾筒與版臺(tái)接觸的那部分削平一些，但是應(yīng)該注意的是，計(jì)算時(shí)保證這部分不在壓印區(qū)。齒輪不定軸機(jī)構(gòu)右圖是滾筒上齒輪與機(jī)架連接部分機(jī)架的示意圖，軸搭在機(jī)架上。在推程時(shí)加速度向右，正常運(yùn)轉(zhuǎn)；回程過程中，由于急回時(shí)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(gè)機(jī)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?？梢约有┚彌_機(jī)構(gòu)。利用凸輪控制滾筒和齒輪的軸，如右圖，在滾筒回程時(shí)將滾筒抬起。這樣個(gè)機(jī)

8、構(gòu)的缺點(diǎn)是機(jī)構(gòu)很不穩(wěn)定，有波動(dòng)，在高速運(yùn)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(yùn)動(dòng)情況。四、平臺(tái)印刷機(jī)（低速型）的設(shè)計(jì)方案綜合考慮優(yōu)缺點(diǎn)之后，最終確定平臺(tái)印刷機(jī)的方案如下。1. 版臺(tái)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部分設(shè)計(jì)方案：采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，如下圖，它的下齒條是固定的，上齒條是雙面可移動(dòng)的，齒條側(cè)面連接版臺(tái)，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(gè)過程中滾筒和版臺(tái)沒有相對(duì)速度，滾筒連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。滾筒抬起的機(jī)構(gòu)可以選擇參考方案中的滾筒選型方案2,回程時(shí)借助加速度分量使?jié)L筒脫離，根據(jù)實(shí)際滾筒的質(zhì)量和加速度的曲線可計(jì)算出斜槽的角度。印刷區(qū)段440

9、mm，版臺(tái)行程730 mm，印刷區(qū)占版臺(tái)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(dòng)部分設(shè)計(jì)方案：電動(dòng)機(jī)的選擇：設(shè)計(jì)要求電動(dòng)機(jī)的功率為1.5 kw，轉(zhuǎn)速940 r/min，查閱資料后，選擇了y100l-6型電動(dòng)機(jī)。減速裝置：低速型平臺(tái)印刷機(jī)要求實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)率為19202000張/小時(shí)，平均每分鐘印3233.3張，則曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的曲柄的轉(zhuǎn)速應(yīng)為3233.3 r/min。減速裝置的減速傳動(dòng)比應(yīng)該在28.2029.38之間。根據(jù)此情況確定減速裝置分3級(jí)，第一級(jí)減速采用帶傳動(dòng)，減速傳動(dòng)比為i1=4，第二級(jí)采用單級(jí)齒輪減速，傳動(dòng)比為i2=4，第三級(jí)

10、單級(jí)齒輪減速，減速比為i3=1.79,總減速傳動(dòng)比確定為28.64。實(shí)際會(huì)有重力、摩擦等外界因素，傳動(dòng)比在28.64小范圍內(nèi)波動(dòng)，可以符合設(shè)計(jì)要求。根據(jù)以上傳動(dòng)部分和執(zhí)行部分的方案，繪出總體機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖：主視圖：側(cè)視圖：五、傳動(dòng)部分機(jī)構(gòu)選擇及具體的尺寸計(jì)算：第一級(jí)減速部分：電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)直徑200mm的輪子與直徑為800mm的輪子組成第一級(jí)減速部分，傳動(dòng)比為i1=4。第二級(jí)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(dòng)比i2=4。模數(shù)m=9，壓力角=20，齒數(shù)z1=20，z2=80。全部使用標(biāo)準(zhǔn)件。第三級(jí)減速部分：由直徑分度圓240mm的齒輪和分度圓直徑430mm的

11、齒輪組成，傳動(dòng)比i3=1.79。模數(shù)m=10，壓力角=20，齒數(shù)z3=24，z4=43。全部使用標(biāo)準(zhǔn)件。六、執(zhí)行部分機(jī)構(gòu)選擇及具體的尺寸計(jì)算：1曲柄滑塊：根據(jù)對(duì)曲柄滑塊運(yùn)動(dòng)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(jī)構(gòu)利用機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)一書中附帶的軟件模擬曲柄滑塊的尺寸和運(yùn)動(dòng)情況。首先任意選取曲柄長(zhǎng)度，在此確定為1.8m，連桿長(zhǎng)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(yùn)轉(zhuǎn)軟件會(huì)有提示。假定偏心距為1 m，多次取連桿長(zhǎng)度，觀察滑塊的速度曲線，反復(fù)嘗試。也可以假定連桿長(zhǎng)度，變換偏心距。多次嘗試后，得到下面一種組合我認(rèn)為能夠滿

12、足設(shè)計(jì)要求：曲柄：1.80m連桿：2.95m偏心距：1.0264m程序操作圖如下：a圖b圖c圖d圖e圖a圖為機(jī)架與曲柄間的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(hào)曲柄角度點(diǎn)x坐標(biāo)（m）點(diǎn)y坐標(biāo)（m）點(diǎn)x速度（m/s）點(diǎn)y速度(m/s)點(diǎn)x加速度(m/s2)點(diǎn)y加速度(m/s2)062.33.55011.0264-46.981.00e-05-18251.00e-05177.33.07261.0264-57.951.00e-05-913.51.00e-05292.32.59341.0264-61.641.00e-

13、05-33.581.00e-0531072.15091.0264-59.071.00e-05629.141.00e-0541221.76481.0264-52.471.00e-05970.041.00e-0551371.43931.0264-44.361.00e-051025.31.00e-0561521.16871.0264-36.551.00e-05916.391.00e-0571670.94431.0264-29.881.00e-05755.371.00e-0581820.75771.0264-24.461.00e-05606.531.00e-0591970.60251.0264-20.

14、091.00e-05497.651.00e-05102120.47611.0264-16.381.00e-05444.341.00e-05112270.38151.0264-12.781.00e-05476.091.00e-05122420.33631.0264-8.3281.00e-05686.991.00e-05132570.40141.0264-0.5421.00e-051403.91.00e-05142720.73851.026417.9691.00e-053595.11.00e-05152871.4331.026459.0761.00e-056084.41.00e-05163022.

15、26651.026496.1561.00e-052591.41.00e-05173173.05231.0264102.861.00e-05-534.91.00e-05183323.69931.026491.8751.00e-05-20541.00e-05193474.1591.026471.8631.00e-05-28821.00e-05203624.40851.026446.9631.00e-05-33011.00e-05213774.44591.026420.0971.00e-05-33801.00e-05223924.28931.0264-6.111.00e-05-31391.00e-0

16、5234073.97431.0264-29.191.00e-05-26021.00e-05244223.55011.0264-46.981.00e-05-18251.00e-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(jì)需要的行程為370mm，比例為11.925，根據(jù)這個(gè)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(tái)，版臺(tái)與齒條同步運(yùn)行。3.齒條上側(cè)的齒輪：直徑232mm，與滾筒同軸，帶動(dòng)滾筒運(yùn)行，與版臺(tái)同步，滾筒跟版臺(tái)接觸點(diǎn)的線速度與版臺(tái)速度保持相等

17、。七、執(zhí)行部分的運(yùn)動(dòng)情況：通過電動(dòng)機(jī)動(dòng)力和多個(gè)齒輪間的減速傳動(dòng)，最終使曲柄滑塊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速恒為4=32.82r/min，b點(diǎn)線速度為4.325 m/s1.關(guān)于滑塊的運(yùn)動(dòng)情況，根據(jù)模擬的數(shù)據(jù)換算列表如下曲柄角（度）點(diǎn)x坐標(biāo)（mm）點(diǎn)x速度（m/s）點(diǎn)x加速度(m/s2)377372.821.685-283.438392359.69-0.512-263.229407333.27-2.448-218.197422297.70-3.940-153.04062.3297.70-3.940-153.04077.3257.66-4.860-76.60492.3217.48-5.169-2.816107180.3

18、7-4.95352.758122147.99-4.40081.345137120.70-3.72085.97915298.00-3.06576.84616779.19-2.50663.34318263.54-2.05150.86219750.52-1.68541.73221239.92-1.37437.26122731.99-1.07239.92424228.20-0.69857.60925733.66-0.045117.72727261.931.507301.476287120.174.954510.222302190.068.063217.308317255.968.626-44.8553

19、32310.217.704-172.243347348.766.026-241.677362369.693.938-276.813根據(jù)數(shù)據(jù)得出結(jié)論，在起始點(diǎn)時(shí)曲柄與水平軸線(負(fù))的夾角為17。以曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)角度為x軸，做出如下三個(gè)曲線。位移曲線：從17到240為推程部分，從240到377為回程部分。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?jiān)娇拷?40越好。加速度曲線：2.關(guān)于版臺(tái)的運(yùn)動(dòng)情況根據(jù)定滑輪原理可知版臺(tái)的速度和加速度是滑塊的2倍，這一點(diǎn)經(jīng)過軟件試驗(yàn)，也通過計(jì)算得出結(jié)論。以滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為x軸，繪出版臺(tái)的速度和加速度的曲線如下：版臺(tái)的速度曲線：版臺(tái)速度恰好是滑塊

20、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?jiān)娇拷?40越好。版臺(tái)的加速度曲線：從240到377加速度變化很大，恰是版臺(tái)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(jī)構(gòu)是可以滿足設(shè)計(jì)要求的。八、關(guān)于著墨、送紙、收紙部分的說明在設(shè)計(jì)之初已經(jīng)提到，著墨、送紙、收紙這三個(gè)過程是很短暫的，根本無法人工完成，可借助其他機(jī)構(gòu)。并且考慮滑塊的遠(yuǎn)休近休是非常不必要而且不經(jīng)濟(jì)的。分析版臺(tái)的速度曲線，確定在機(jī)器正常運(yùn)行的過程中233240的范圍內(nèi)收紙，017的范圍內(nèi)著墨、送紙，最佳狀態(tài)為240時(shí)收紙，24時(shí)送紙，因?yàn)樵?4240時(shí)滑塊的速度最穩(wěn)定，特此說明，在運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)循環(huán)圖版臺(tái)壓印和返回是一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)。應(yīng)保證印刷機(jī)在印刷運(yùn)動(dòng)循環(huán)中，版臺(tái)與滾筒的動(dòng)作在時(shí)間和位置上的