平臺印刷機課程設計說明書

1、GUILIN UNIVERSITY OF ELECTRONIC TECHNOLOGY機械原理課程設計說明書題目：平臺印刷機學院：機電工程學院班級：11001602學號：1100160223姓名：韋廣勇指導老師：楊運澤日期：2013年12月21日1、機械原理課程設計簡介機械原理是一門以機器和機構為研究對象的學科。機械原理課程設計 是將課堂上的知識轉化為實踐，將所學得機械基礎理論運用于一個簡單的 機械系統中，通過機械傳動方案的總體設計、機構分析和綜合，進一步鞏 固掌握課堂教學知識，并結合實際得到工程設計方面的初步訓練， 培養(yǎng)學 生綜合運用技術資料，提高繪圖、運算的能力。同時也提升學生的創(chuàng)新能 力和

2、動手能力。機械原理課程設計主要研究的問題是機構的參數和機構的各種特性， 即機構分析和運動分析。然后根據機構的參數和特性來設計機構，包括機 構的運動設計、機構的平衡設計以及速度的調節(jié)。計算機在課程設計中起到非常重要的作用，可以運用AutoCAD軟件作圖、Soliworks軟件仿真等。2、課程設計的任務機械原理課程設計的任務是平臺印刷機主傳動機構設計。 要求在一周 的時間內，根據的要求，確定工作原理和繪圖系統功能圖， 并編寫設計說 明書。根據課程設計的任務，對工作原理及工藝動作進行分解，其分解圖如 下：傳 型 機 構II圖1、平臺印刷機的工作原理由印刷機的工作原理圖可知，機器由一臺電動機驅動，運動

3、由電動機經 過減速裝置后分成兩路，一路經過傳動機構I帶動版臺做往復直線運動，另 一路經過傳動機構II帶動滾筒做回轉運動。當版臺與滾筒接觸時，在紙張 上壓印字跡和圖形。3平臺印刷機的設計過程3.1、平臺印刷機的原始數據及設計要求(1) 、要求構思合適的機構方案實現平臺印刷機的主運動：版臺作往復運 動，滾筒做連續(xù)或間歇運動。(2) 、為了保證印刷質量，要求在印刷過程中，滾筒和版臺之間無相對 滑動，即在壓印區(qū)段，滾筒表面的線速度和版臺的移動速度相等。(3) 、為了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)內的 速度變化限制在一定的范圍內(應盡可能小)。(4) 、設計參數：印刷生產率2000張

4、/小時，版臺行程長度730mm壓印 區(qū)段長度440mm滾筒直徑232mm電動機功率1.5KW 轉速940r/min。(5) 、要求機構傳動性能良好，機構緊湊，制造方便。3.2、工作原理及工藝動作過程分析經過分析，印刷機印刷每一張的時間大概是1.8秒，這需要一個極其 高級精密的送紙、著墨、收紙機構的支持，并且這兩個過程都是很短暫的。 為了提高生產效率，因此要求機構的版臺直線運動應具有急回特性。版臺工作行程中有三個區(qū)段。在第一個區(qū)段中，送紙、著墨機構相繼 完成輸紙、著墨作業(yè)，要求該過程中極其短暫；在第二區(qū)段，版臺直線 運動，滾筒和版臺完成壓印動作；在第三區(qū)段，收紙機構進行收紙作業(yè)， 同時也要求該過

5、程極其短暫。3.3、設計方案的論證在設計過程中應該考慮多種機構方案， 每一種方案都應該達到設計要求，然 后根據各種方案的優(yōu)缺點選擇最終方案，使設計機構達到最優(yōu)。331、版臺運動機構方案(1)幾何封閉的凸輪機構：在上述討論中，要求版臺具有勻速和急回特性,而凸輪容易滿足上述要求，且設計簡單。設計方案如下圖所示:77777777777777777777圖2、幾何封閉凸輪推動版臺運動機構這個方案的優(yōu)點是容易實現版臺的勻速和急回運動，制造簡單，成本低。缺點是凸輪機構不適用于高速運轉的機構中。(2)六桿機構的結構：該機構簡單，加工制造容易，且有急回特性和擴大 行程的作用。設計方案如下圖所示：圖3、六桿機構

6、該機構優(yōu)點是機構簡單，加工容易，有急回特性。缺點是構件數較多，機構 剛性差，難實現勻速運動，不適合用于高速運動，而且該機構的分析計算復雜, 在設計時容易出錯。(3)、曲柄滑塊和齒輪齒條組合機構：該機構是由曲柄滑塊機構和齒輪齒條 機構串聯而成，下齒條固定，上齒條和版臺固連，由上齒條帶動版臺的直線運動。 設計方案如下圖所示：圖4、曲柄滑塊-齒輪齒條機構該機構的優(yōu)點是版臺的行程是齒輪鉸鏈中心行程的兩倍，容易實現，且有急回特性。缺點是難實現完全的勻速運動。滾筒回轉機構方案(1) 、在版臺上增加齒條，當版臺運動時帶動滾筒回轉，即滾筒隨版臺的運 動而運動，這樣容易實現滾筒的線速度與版臺的移動速度一致，提高

7、印刷質量。 但在版臺空回時，滾筒應停止轉動，否則影響送紙機構的輸紙作業(yè)，在該機構中 很難實現。該機構設計方案如下圖所示：圖5、齒輪齒條機構該機構的優(yōu)點是因由版臺帶動滾筒，只要設計合理的傳動比，容易實現版臺 與滾筒的速度一致，提高印刷質量。缺點是因版臺具有急回特性，急回時速度較 大，使版臺與滾筒在急回瞬間沖擊過大，產生噪聲大，容易損壞機構。（2）、如下圖所示，由電動機直接通過齒輪減速后，由齒輪機構直接帶動滾 筒，因而轉速是常量。容易實現與版臺的移動速度同步。圖6、齒輪減速機構該機構的優(yōu)點是速度均勻，傳動穩(wěn)定。但缺點是齒輪成本較高，占用空間較大。（3）、滾筒不定軸機構：如下圖所示滾筒與機架連接部分

8、的示意圖，軸搭在機架上，在推程時勻速向右運動，正常運轉；在回程過程中，由于急回時有很大 的加速度，加速度在斜槽的方向上有分量使?jié)L筒與版臺分開。但是最大的問題就圖7、壓印實例分析圖送紙、收紙機構方案送紙、收紙機構適合采用傳送帶機構。 該機構簡單，容易控制傳送的速率, 且成本低、效率咼334著墨機構方案根據設計要求可知，版臺在壓印之前必須對版臺著墨，而且該過程必須要迅 速、均勻。因此可以采用滾筒式的著墨刷進行著墨，由版臺帶動著墨滾動。著墨 既均勻而且不影響印刷的效率及質量。減速裝置機構方案（1）、皮帶輪減速該機構的優(yōu)點是：皮帶輪傳動能緩和載荷沖擊，運行平穩(wěn)、低噪聲、低振動, 結構簡單、調整方便。而

9、且皮帶輪傳動具有過載保護的功能，兩軸中心距的調節(jié)范圍較大。但缺點是皮帶輪傳動有彈性滑動和打滑，傳動效率較低和不能保持正 確的傳動比，而且皮帶易損壞，壽命短。（2）、齒輪組合減速該機構的優(yōu)點是：齒輪的承載能力強，使用壽命長，具有精確的傳動比，運 行平穩(wěn)。缺點是：齒輪的抗震性能不好，噪聲較大，齒根易斷裂，成本較高。3.4、平臺印刷機的設計方案綜合考慮后優(yōu)缺點之后，最終確定平臺印刷機的方案如下：印刷機壓印執(zhí)行部分實際方案版臺的直線勻速移動采用幾何封閉凸輪機構， 滾筒通過電動機減速之后直接 帶動，機構如下圖所示：版臺固連在一端可以稍微按一定周期性上下移動的機架上，機架的上下移動 通過一個幾何封閉凸輪帶

10、動機架移動。 版臺通過槽與機架連接，直線勻速運動通 過另外一個幾何封閉凸輪實現，版臺直線運動時，機架通過凸輪保持不變；版臺 急回時，機架通過凸輪向上運動，從而實現版臺與滾筒的分離，使兩者在急回時 互不影響。為了保證在急回時版臺能準時抬起，使版臺與滾筒之間不產生摩擦， 兩個凸輪的是轉速一致。滾筒通過定軸固定在機架上，然后由電動機減速后直接 帶動。版臺的行程為730mm壓印區(qū)段長度是440mm每印刷一張的時間是1.8 秒。在上述機構中，勻速運動的時間為 1.1s，則要求凸輪在00至2200這個區(qū)間 內推動版臺勻速運動，即版臺的速度約為0.608m/s，在220°至24°是遠休止

11、。又 因為滾筒的直徑是232mm所以為了保證滾過的線速度與版臺的移動速度一致， 由公式"|算得滾筒的轉速為3 =5.24rad/s。傳動部分設計方案(1) ，電動機的選擇：由設計要求參數可知，電動機的功率為1.5kw，轉速 為 940r/min。(2) 、減速裝置設計平臺印刷機的生產率是2000張/小時，平均每分鐘的印刷數是33.3張，則 要求幾何封閉凸輪的轉速是33.3r/min，減速裝置相對于凸輪的減速傳動比是 28.2。又因為滾筒的直徑是232mm所以為了保證滾過的線速度與版臺的移動速 度一致，要求滾筒的速度為3 =5.49rad/s。換算成轉速是50r/min，則減速裝置 相

12、對于滾筒的減速傳動比是18.2。根據上述情況，可通過多級減速實現上述減 速傳動比。根據以上傳動部分分析，減速裝置傳動機構簡圖如下：在該機構中，考慮到機構的綜合性能。先通過齒輪組合實現傳動比i=18.2的減速，可以提高傳動效率。又因為滾筒與凸輪的距離較遠，使用齒輪傳動不方 便，而且價格較昂貴、占用空間大，所以在滾筒與凸輪之間通過皮帶傳動實現傳 動比i=28.2，使用方便、成本低。在兩個凸輪之間，為了保證兩者的轉速一致， 因此采用齒輪組合傳動，其傳動比i=1。、齒輪及齒輪組合設計在上述傳動部分綜合考慮后，齒輪的模數是 5，電動機直接帶動的齒輪的齒 數Z1=30b在第一、二級的減速中，先實現i=3的

13、傳動比，第三級的減速中再實 現i=2.1的傳動比。在第四級皮帶的減速中實現i=1.55的傳動比即可達到機構 的減速傳動比。由公式' 心和d=mz可得到各個齒輪的參數如下表：表1、各個齒輪參數齒輪序號齒數齒輪分度圓直徑（mm）傳動比130150329045033015034904505301502.1662310表2、皮帶輪參數皮帶輪序號皮帶輪直徑（mr）i傳動比121551.55240凸輪的設計（1 ）、推動版臺直線勻速運動的凸輪設計：在00至2200這個區(qū)間內推動版臺勻速運動，2200至2400推桿處于遠休止， 將推桿速度減小到0,在240°至360°版臺具有急回

14、特性。在急回時為了減小回程 時的噪聲、振動，保證在回到起始點的速度盡量小，便于往返運動，凸輪在回程 時應該設計為等加速等減速運動。勻速運動公式：s = hti/%a=0式中：h 推桿的推程W 凸輪的轉速 (T °推程的轉角(02200)在遠休止時：S=hV=0a=0在回程等加速運動公式：s = h-2hA2/v =- 4hu)/町a =- a =-在回程等減速運動公式:v=-4ha3o-6）局式中：h 推桿的行程W 凸輪的轉速(T 0回程的轉角(T 0 (T 02通過計算得到凸輪的數據如下:序號門凸輪角度屮時間:推(回)程h/rw速度砕nm/訐加速度&nan/s"p

15、基圓半徑w(nnm)申1P0衛(wèi)6080衛(wèi)加220.160 .如3門420.24卩60小0. 3p182. 4岡妙a養(yǎng)243.加1血0.陽301 27p1200®361 8?常1480.和425. 231簸0.廨q張a1“18"0.弘547.知1143202L3608. 3122201. 2&6 8. 81即24W1,2729. 6衛(wèi)142血1.3p62 9. 4142屮2仏2301如576. 8*茨即300P2365. W425芒3221.2162. 0*425*-2. 423421?40-和28, 3衛(wèi)1936213214.力*利用作圖法可得凸輪輪廓如下圖所示:(

16、2)、提升版臺的凸輪設計:在上述要求中，00至2400版臺高度固定不變，即保持推程h不變。在急回時, 推程h減小，版臺抬起。凸輪的推程h、速度v、加速度a的變化曲線如下所示:通過作圖法仿真的凸輪輪廓曲線如下圖所示:3.5輸紙、收紙、著墨機構設計（1）、輸紙、收紙機構輸紙、收紙可通過固定在機架上的皮帶機構來實現，為了保證印刷的質量， 送紙皮帶的速度應和版臺的速度盡量一致 （也可控制在一定范圍內，但不能相差 太大）。皮帶將紙張輸送到滾筒與版臺的接觸點上，然后由版臺與滾筒的摩擦力 帶動紙張向前運動。當印刷完以后，紙張由于自身的重力作用落在收紙的皮帶上。 由于在收紙的皮帶上壓印面朝上， 不管墨跡干與否，不影響印刷的質量。最后傳 送皮帶將印刷品傳送到回收機構中（在這里不再討論回收機構）。（2）、著墨機構在機構中采用滾筒式著墨機構，該機構是一個滾筒式墨刷，通過固定軸固定 在機架上。墨刷頂部與版臺相切（版臺在直線勻速運動時），底部沉浸在墨槽中， 在版