自動打印機機構課程設計說明書

1、. . . . 課程設計說明課程名稱： 自動打印機機構設計 學 校：專 業(yè)： 機械設計制造與其自動化 姓 名：學 號：年 級：任課教師：日 期：摘要機械原理課程設計是機械原理課程的一個重要實踐性教學環(huán)節(jié)同時又是機械類專業(yè)人才培養(yǎng)計劃中的一個相對獨立的設計實踐，在培養(yǎng)學生的機械綜合設計能力與創(chuàng)新意識與能力方面起到十分重要的作用。通過此次課程設計, 可使學生將課本理論知識運用于實踐，從而更全面、系統(tǒng)的鞏固和加深對機械原理課程的基本原理和方法的掌握。同時學會確定機構的運動方案,培養(yǎng)學生的機械設計能力,以與開發(fā)創(chuàng)新能力。,從幾何的觀點來研究機構各點的軌跡、位移、速度和加速度的求法,以與按已知條件來設計

2、新的機構的方法。明確課程設計目的、步驟，根據(jù)自己的設計題目對設計容進行分析，確定輸入，輸出構件的運動型式。關鍵字: 機構運動分析 機構結構設計 曲柄滑塊 凸輪輪廓設計目錄1課程設計任務書42原動機的選擇73機構方案分析與優(yōu)化比較83.1 送料機構方案83.2夾緊機構方案103.3打印機構方案123.4輸出機構方案16 4. 最終選擇方案184.1機構的選擇184.2傳動的選擇195. 機械系統(tǒng)的運動循環(huán)225.1運動循環(huán)表225.2運動循環(huán)圖227. 傳動機構和執(zhí)行機構的運動尺寸設計237.1 送料機構的參數(shù)237.2 夾緊機構的參數(shù)237.3 打印機構的參數(shù)237.4輸出機構的參數(shù)246.5

3、齒輪機構的參數(shù)258設計總結26一、課程設計任務書題號10自動打印機設計1、功能要求與工藝動作分解提示1）總功能要求在產(chǎn)品上打印記號。它的主要動作有三個：送料到達打印工位夾緊，然后打印記號，最后將產(chǎn)品輸出。2）工作原理與工藝動作分解提示自動打印機系統(tǒng)的工作原理與工藝動作如圖（1）所示，該系統(tǒng)由電機驅(qū)動主軸上的三個執(zhí)行機構，完成送料、夾緊和打印、輸出的任務。其系統(tǒng)功能如下：圖（1）自動打印機系統(tǒng)統(tǒng)送料、夾緊打印輸出執(zhí)行構件作間隙運動執(zhí)行構件作間隙運動執(zhí)行構件作間隙運動直線或曲線運動停止直線或曲線運動直線或曲線運動停止停止2、原始數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)要求1）待打印產(chǎn)品尺寸：長100150mm、寬70100m

4、m、高3050mm。；2）產(chǎn)品重量：約510N；3）自動打印機的生產(chǎn)率：80次/min；4）要求機構的結構簡單緊湊、運動靈活可靠、易于制造加工。3 運動方案構思提示1)實現(xiàn)送料夾緊功能的機構可以采用凸輪機構或有一定停歇時間的連桿機構。當送料、夾緊機構的執(zhí)行構件將產(chǎn)品推至指定位置，執(zhí)行構件停止不動，維持推緊力(前有擋塊擠壓)，待打印機構執(zhí)行件打完印記后，被推走。2)實現(xiàn)打印功能的機構可以采用平面連桿機構或直動(擺動)凸輪機構。3)實現(xiàn)輸出功能的機構可以采用與送料、夾緊機構相類似的機構。為簡化結構，可考慮固定定位擋塊，而將輸出運動與送料運動的方向互相垂直。4)自動打印機系統(tǒng)采用一個電機驅(qū)動主軸控制

5、三個機構的執(zhí)行構件完成各自的功能運動，如何將三個執(zhí)行機構的主動件均固定在主軸上而達到設計要需要認真考慮。自動打印機系統(tǒng)的三個執(zhí)行機構都是有一臺電動機控制，因此實現(xiàn)三個分功能運動的機構必須聯(lián)動，且其主要動作要協(xié)調(diào)。所以首先要構思各個執(zhí)行機構執(zhí)行順序，然后勾畫出描述各機構動作協(xié)調(diào)配合的運動循環(huán)圖，最后按執(zhí)行路線連成整機，力求結構簡單，緊湊。4、建議完成的設計工作量1）本題設計的時間為一周2）根據(jù)功能要求，確定工作原理和繪制系統(tǒng)功能圖。3）按工藝動作要求擬定運動循環(huán)圖；4）構思系統(tǒng)運動方案 (至少兩個以上)，進行方案評價，選出較優(yōu)方案。5）對傳動機構和執(zhí)行機構進行運動選型與尺寸設計。6）繪制系統(tǒng)機械

6、運動方案簡圖。7）編寫設計說明書。二、 原動機的選擇原動機是機械系統(tǒng)中的舉動部分，它為系統(tǒng)提供能量獲驅(qū)動，并將能量轉化為系統(tǒng)所需要的運動形式。如：轉動、往復移動、往復擺動，是機械系統(tǒng)中不可或缺的一部分，而機械系統(tǒng)仿真方案設計中必須根據(jù)系統(tǒng)的特點，考慮和合適的原動機。對于自動打印機來說，選擇的電動機的額定功率必須滿足負載要求，而且必須保證在啟動時可以順利地運行，所以選擇轉速960r/min的電動機比較合適，可以保證運行的穩(wěn)定性。考慮到現(xiàn)場能源供應情況，它常常工作在有電源的條件下，這樣我們就會選擇電力驅(qū)動，因為它的成本低，操作控制方便，機械好的圍廣，另一方面考慮到原動機的機械特性和工作制度與工作機

7、相匹配，根據(jù)打印機工作的頻繁程度選取相應的工作制度。在此打印機工作中還需對原動機的啟動，過載，運轉平穩(wěn)性，掉速和控制等方面提出要求，需要保證打印機的印頭和夾緊機構運轉平穩(wěn)不然會使打印的記號模糊不清。由于在此機械運動中執(zhí)行構件要求的效率不是很大，所以經(jīng)過多方面的考慮我選了960轉/min的電動機。型號為Y2-132S-6。型號功率/kw電流/A轉速/(r/min)滿載效率/%功率因數(shù)/(cos/)Y2-132S-637.496081.00.76堵轉電流/實際電流堵轉轉矩/額定轉矩最大轉矩/額定轉矩652.12.1三、 機構方案分析與優(yōu)化比較為了實現(xiàn)自動打印功能，可將功能分解為如下的功能：送料功能

8、、夾緊功能、打印功能、輸出功能。每個功能提出兩個以上的方案，并分析各個方案的功能和工作原理與各優(yōu)點與缺點并從中選出最油的方案。3.1送料機構方案1機構見圖如下：結構和工作原理：該機構為可調(diào)行程的繞線機構，滑塊1通過滑槽帶動推桿2左右移動。通過桿4可以調(diào)節(jié)桿2的推程。優(yōu)點：可根據(jù)不同工件的尺寸來調(diào)節(jié)推桿的行程，使工件準確的送到打印機構正下方，而且行程調(diào)節(jié)也方便。此外，承載能力較強，運動速度高，提高了工作效率。缺點：結構復雜，加工難度大，使制造誤差加大。傳動路線比較長，易產(chǎn)生較大的誤差積累，而且可靠性一般3.1送料機構方案2機構見圖如下：結構和工作原理：采用凸輪推桿機構將工件推至指定位置。當壓頭向

9、上升起的時候，凸輪在電機的傳動下在推程時將推桿和滑塊向右送料到壓頭正下方； 在遠休角時推桿靜止不動，使印頭有足夠的時間打??；壓頭上升時，推桿回程，滑塊向左運動，避免了滑塊與印頭產(chǎn)生干涉；當推桿處于近休角時，推桿靜止不動，使工件可以有時間順利落下。優(yōu)點：凸輪機構可以有效的避免剛性沖擊，延長構建的工作壽命。凸輪在其近休止和遠休止時有一定的間歇時間，從而保證打印的時候工件處于靜止狀態(tài)；其次在設計使，使其推程運動角大于回程運動角，這樣就回產(chǎn)生急回的運動特性，從而達到提高生產(chǎn)效率的作用。無需采用其他的定位裝置，就可獲得高的定位精度。且機構結構緊湊，節(jié)約使用空間。缺點：此機構不夠平穩(wěn)，打印時不易隊中。而且

10、凸輪的輪廓線比較難設計，制造難度過大又易磨損所以為保證一定的耐磨性就需要高強度的合金，也就增加了成本。3.1送料機構方案3機構見圖如下：結構和工作原理：采用曲柄滑塊機構，當壓頭向上升起的時候，曲柄在電機的帶動下通過連桿將滑塊向右送料到壓頭正下方；壓頭下降的時候，曲柄滑塊機構的滑塊向左運動，避免了滑塊與壓頭產(chǎn)生干涉。優(yōu)點：此連桿機構具有急回運動，從而提高了生產(chǎn)效率。其運動副是低副為面接觸，壓力較小，承載能力較大，潤滑好，磨損小，加工制造容易，且連桿機構中的低副一般是幾何封閉，對保證工作的可靠有利。凸輪的使用容易實現(xiàn)預期的運動規(guī)律。機構簡單，定位準確，便于制造，節(jié)約成本。缺點：不能實現(xiàn)間歇運動，傳

11、動力度不夠大，機構不夠靈活。而且連桿機構的運動必須經(jīng)過中間構件進行傳遞，因而傳動路線較長，易產(chǎn)生較大的誤差積累，同時也使效率降低。3.2夾緊機構方案1機構見圖如下：結構和工作原理：此夾緊機構是通過在旋轉臺上加擋板來固定工件，擋板按工件的尺寸大小來設計。由槽輪機構來帶動旋轉臺，當旋轉臺高速運轉時，產(chǎn)品不被甩出。優(yōu)點：利用槽輪機構的間歇運動來驅(qū)動旋轉臺，使旋轉臺可以準確的定位接收送料機構推來的工件。旋轉臺上設有四個擋板，當一個擋板裝一個工件進行打印時，槽輪旋轉90度可以繼續(xù)接收第二個工件，提高了工作效率。而且機構簡單，加工難度也相對較小。缺點：利用旋轉臺加大了機構的重量，而且利用槽輪機構來驅(qū)動對裝

12、配、調(diào)整要求嚴格。3.2夾緊機構方案2機構見圖如下：結構和工作原理：當凸輪在推程時，將推桿往下壓，迫使桿3和桿4開；在遠休角時有間歇運動，工件靜止，使壓頭有時間進行打印。當回程的時候，彈簧將推桿2往上彈，使桿3和桿4收縮加緊工件。當其在近休角的時，由于間歇運動，課使下一個工件有足夠時間到達壓頭下方。優(yōu)點：結構較為緊湊，承載能力較強，而且可以實現(xiàn)間歇運動。缺點：結構相對加緊機構方案1較為復雜，可靠性和耐磨性較差，而且加工難度加大，使制造的誤差也增大。3.3打印機構方案1機構見圖如下：結構和工作原理：采用曲柄滑桿機構將印頭打在工件上，實現(xiàn)打印功能。優(yōu)點：連桿機構為低副。其運動副元素為面接觸，壓力較

13、小，承載能力較大，潤滑好，磨損小，加工制造容易，且連桿機構中的低副一般是幾何封閉，對保證工作的可靠有利。凸輪的使用容易實現(xiàn)預期的運動規(guī)律。機構簡單，定位準確，便于制造，節(jié)約成本。缺點：不能實現(xiàn)間歇運動，傳動力度不夠大，機構不夠靈活。在連桿機構運動中，連桿所產(chǎn)生的慣性力難以用一般方法消除，因而此機構不宜用于高速運動。配合要求相對較高，并且各桿的長度與擺放位置比較難確定。而且各桿尺寸要求高，所以很難實現(xiàn)生產(chǎn)。3.3打印機構方案2機構見圖如下：結構和工作原理：此機構由凸輪，推桿和彈簧組成。當凸輪在遠休止時，將彈簧壓縮來實現(xiàn)打印。當凸輪回程時，彈簧將推桿彈上去，在進休角時等待送料過來，然后繼續(xù)進行打印

14、下一個工件。優(yōu)點：有一定得間歇運動，結構簡單緊湊，占的空間比較少。而且承載能力強，傳動速率大而平穩(wěn)。缺點：凸輪設計難度較大，配合要求高，并且對送料裝置的擺放與類型的選擇造成一定的麻煩，很難實現(xiàn)批量的生產(chǎn)。3.3打印機構方案3機構見圖如下：結構和工作原理：凸輪1轉動，通過滑塊3來帶動桿2擺動，從而使桿4和印頭上下運動以達到?jīng)_壓的目的。優(yōu)點：具有急回運動，可提高生產(chǎn)效率。缺點：運動的不夠平穩(wěn)，而且凸輪結構設計較為復雜，制造難度過大，又容易磨損，質(zhì)量也大。3.3打印機構方案4機構見圖如下結構和工作原理：此機構為復合機構，在凸輪5上開有凹槽，擺桿4上的滾子6嵌在奧凹槽中，當桿1轉動，在桿2和桿3的帶動

15、下擺桿4上下擺動，最后使8實現(xiàn)沖壓運動。優(yōu)點：連桿機構為低副，其運動副元素為面接觸，壓力較小，承載能力較大，潤滑好，磨損小，加工制造容易，且連桿機構中的低副一般是幾何封閉，對保證工作的可靠有利。而結合凸輪的使用容易實現(xiàn)預期的運動規(guī)律。缺點：此機構結構較為復雜，而且運動必須經(jīng)過中間構件進行傳遞，故傳動路線較長，易產(chǎn)生較大的誤差積累，同時也使工作效率降低。此外連桿須較高的運動精度以與凸輪的輪廓需要嚴格制作才會達到預期要求。而且改機構所需的空間較大，造成經(jīng)濟上的浪費。 3.4輸出機構方案1機構見圖如下：結構和工作原理：當凸輪在回程時，推桿回收，將工件推出工作臺。在推程時，其恢復到上圖位置并且在遠休角

16、時有間歇運動，使下一個工件有時間到達推桿下方。優(yōu)點：只要適當設計出凸輪輪廓曲線以與推桿尺寸與位置，就可使從動盤獲得所預期運動規(guī)律。其動載荷小，無剛性和柔性沖擊。無需采用其他的定位裝置，就可獲得高的定位精度。且機構結構緊湊，節(jié)約使用空間。缺點：該機構穩(wěn)定性較差，調(diào)整也不方便，而且運轉速度和傳動速度較低。3.4輸出機構方案2機構見圖如下：結構和工作原理：此機構由齒輪和齒條組成，齒條往右運動而帶動桿件往右運動并推走工件。優(yōu)點：機構簡單，占的空間小。缺點：運動速度較低，使得生產(chǎn)效率降低。四、 最終選擇方案4.1機構選擇選用理由：1）齒輪傳動機構較為穩(wěn)定，傳動比穩(wěn)定。2）送料處用偏置曲柄滑塊機構有急回特

17、性，且能保證送料行程的距離。3) 夾緊機構直接用旋轉臺上的夾板，而且用槽輪間隙機構來控制旋轉臺，其間歇運動可實現(xiàn)我們預期的目的。（槽輪間歇機構如下圖）4）打印處印章升程較小，根據(jù)杠桿原理采用凸輪機構連接桿組較為合適。5） 用凸輪機構連接推桿，實現(xiàn)輸出物料，節(jié)省空間，簡化機構。6）整個機構簡單成本較低且易于裝配。附圖：槽輪間歇機構4.2傳動的選擇機械傳動機構，可以將動力所提供的運動的方式、方向或速度加以改變等作用的中間裝置。傳動機構常見的有齒輪傳動機構，摩擦傳動機構，帶傳動機構、鏈傳動機構等，他們的特點如下：（1）齒輪傳動：齒輪傳動機構是在各種機構中應用最為廣泛的一種傳動機構。它依靠輪齒齒廓直接

18、接觸來傳遞空間任意兩軸建的運動和動力，并具有傳遞功率圍大、傳動效率高、傳動比準確、使用壽命長、工作可靠等優(yōu)點；但也存在對制造和安裝精度要求高以與成本較高登缺點。（2）帶傳動：這種傳動機構是靠帶擁護帶輪之間的摩擦力來傳動的，它的主要優(yōu)點是可以緩和載荷沖擊、運行平穩(wěn)無噪聲、制造和安裝精度不像嚙合傳動那樣嚴格，過載時引起打滑，防止其他零件損壞、增加帶長以適應中心距較大的工作條件。缺點是有彈性滑動和打滑，失使效率降低和不能保持準確的傳動比，傳遞同樣大的圓周力時，輪廓尺寸和軸上壓力都比嚙合傳動大，帶的壽命較短。（3）摩擦傳動：摩擦傳動的主要功能是通過兩構件之間的摩擦來傳遞運動和動力。其主要優(yōu)點：摩擦輪輪

19、面沒有輪齒，制造簡單，而且工作時不會發(fā)生類似齒輪節(jié)距誤差所引起的周期性沖擊，因而運動平穩(wěn)，噪聲小，過載時發(fā)生打滑，故能防止機器中重要零件的損壞，而且能無級地改變傳動比等。主要缺點：效率較低，當傳遞同樣大的功率時，輪廓尺寸和作用在軸與軸承上的載荷都比齒輪傳動大，不能傳遞很大的功率，同時必須采用壓緊裝置做輔助且不能保持準確的傳動比，干摩擦時磨損大、壽命短等。（4）鏈傳動：鏈傳動是通過鏈條將具有特殊齒形的主動鏈輪的運動和動力傳遞到具有特殊齒形的從動鏈輪的一種傳動方式。其優(yōu)點:和齒輪傳動比較,它可以在兩軸中心相距較遠的情況下傳遞運動和動力;能在低速、重載和高溫條件下與灰土飛揚的不良環(huán)境中工作;和帶傳動

20、比較,它能保證準確的平均傳動比,傳遞功率較大,且作用在軸和軸承上的力較小;傳遞效率較高,一般可達0.950.97。缺點：僅能用于兩平行軸間的傳動；成本高，易磨損，易伸長，傳動平穩(wěn)性差；鏈條的鉸鏈磨損后,使得節(jié)距變大造成脫落現(xiàn)象;安裝和維修要求較高，工作時有噪聲；存在沖擊、振動；鏈輪材料一般是結構鋼等.選擇原因：（1）此機構為打印機，需要進行空間傳遞離，而且打印機作為辦公室工具需要噪聲小，所以不宜使用鏈傳動。（2）摩檫傳動精確度低，且傳遞不穩(wěn)定，故不用此傳動.（3）送料夾緊打印輸出，各原動件存在一定的距離，用齒輪帶傳動，可以保證傳遞運動的精確性，而且可以滿足各原動件之間的定位要求。 （4）選擇齒

21、輪作為減速元件，理由是傳動準確，平衡，穩(wěn)定，機械效率高。（5）因為電機轉速是960r/min，生產(chǎn)率是80個/ min，所以傳動比是12：1。五、機械系統(tǒng)的運動循環(huán)5.1運動循環(huán)表送 料向右退回夾 緊定位旋轉打 印向下 停向上 停輸 出停 推出停5.2運動循環(huán)圖在同一時間段，工作旋轉臺與打印機構的同步化循環(huán)圖如下圖所示（工作轉臺與間歇機構的從動盤同軸轉動）打印機構打印一次，凸輪轉動一周，槽輪間歇機構要轉四分之一周。六、傳動機構和執(zhí)行機構的運動尺寸設計6.1 送料機構：曲柄滑塊尺寸確定：在本機構中設置滑塊長為180mm，行程速比系數(shù)定位K=2，最小傳動角為20°，滑塊的沖程H為275

22、mm，偏距e=50mm。解：極位夾角=180°K1K1=60°cos=(L1+e)/L2cos= (L1+L2)²+(L2-L1)²-H²2(L1+L2)(L2-L1)解得：L1=120 mm L2=180 mm6.2夾緊機構的參數(shù)旋轉臺直徑400 mm擋板長150 mm，寬100 mm，高20。旋轉臺上有四個夾緊機構，每個機構間隔90°。旋轉臺上的拔輪由槽輪來控制，拔輪與槽輪的中心距L為200 mm，槽輪的槽數(shù)為Z= 4。R=L*sin(/Z)=140 mm S= L*cos(/Z)= 140 mm。6.3 打印機構的參數(shù)凸輪推程角120°，回程角為140°，近休角為60°，遠休角為40°，基圓半徑為50 mm，偏距為10 mm，滾子半徑5 mm；印頭與工件距離50 mm，推桿長150 mm；彈簧原長60