ty-460自动平台印刷机主运动机构分析与设计-机械原理课程设计说明书 10页

机械原理课程设计说明书设计题目TY-460自动平台印刷机主运动机构分析与设计分院：机械工程学院班级：学号：设计者：指导老师：2013年07月11日\n一、结构参考数据..............................................................................................................-1-1、机器的工作性能指标..................................................................................................-1-2、工作原理及主运动机构简介......................................................................................-1-3、结构参考数据（mm）................................................................................................-2-二、设计内容......................................................................................................................-3-1、滚筒传动链的参数设计和运动分析..........................................................................-3-（1）设计变位齿轮1、2.........................................................................................-3-（2）双曲柄GHMN的位置、速度、传动角变化情况........................................-4-2、平台传动链的机构选型、参数设计和运动分析......................................................-4-（1）设计曲柄长度LDE...........................................................................................-4-（2）双曲柄机构ABCD及曲柄连杆机构DEF位置、速度、传动角变化情况-5-3、同步补偿凸轮的设计..................................................................................................-5-（1）滚筒圆周位移曲线与平台位移曲线图..........................................................-5-（2）滚筒圆周圆周速度曲线与平台速度曲线图..................................................-5-（3）同步区的选取..................................................................................................-6-（4）位移补偿曲线图设计......................................................................................-6-（5）主凸轮的设计..................................................................................................-7-（6）回凸轮的设计..................................................................................................-7-三、心得体会......................................................................................................................-8-\n一、结构参考数据1、机器的工作性能指标①印刷速度：每小时4500印张。②印刷幅面：320mm×850mm。③滚筒尺寸：Φ280mm×1000mm。2、工作原理及主运动机构简介平台轮转式印刷机是通过平台的往复直线运动和印刷滚筒的连续回转运动实现印刷功能的。印刷的版面安装在平台上，印刷纸张被逐页送上滚筒。在平台的工作行程中，有一段区域（称为压印区），版面与滚筒圆柱面相切，并且通过传动机构，使铅板的线速度与滚筒的圆周速度相等，从而在纸张上印出清晰的版面文本。在平台的返回行程中，滚筒上已印好的成品由下料机构传送到输送带上送出，同时印刷机的递纸机构将后续的带印纸张从给料台传送到滚筒的边缘，被滚筒上的卡子夹住后卷入滚筒、进入印刷状态。滚筒每回转一周，平台就往复运动一次，完成一次印刷过程。“TY-460自动平台轮转印刷机主运动机构简图”中给出了平台处于左端极限位置时机器的主运动机构简图。机器的运转动力是从输入轴A输入，曲柄AB是原动件，齿轮1与曲柄AB固连。滚筒的回转运动是经由齿轮副1、2，双曲柄机构GHMN，齿轮副3、4传动而实现的（其中齿轮2与曲柄GH固连，齿轮3与曲柄MN固连）。在该路传动链中引入双曲柄机构GHMN是为了使滚筒实现变速的回转运动，从而使压印区内滚筒的圆周速度与平台的线速度基本相同。平台上固连有齿条7，其往复运动是经由双曲柄机构ABCD，曲柄边连杆机构DEF、齿轮齿条机构7、8、9实现的。设齿条9固定不动，则平台的线速度是齿轮8轴心F线速度的两倍。在该路传动链中采用双曲柄机构和偏置式曲柄连杆机构是为了获得速度变化较小的压印工作区段，并且尽可能延长工作行程的时间。因为工作循环的周期是由印刷机的工作速度指标所限定的，在周期不变的情况下，印刷工作行程时间较长（即平均行程速度比例系数较大），对提高印刷质量是有益的。调整双曲柄机ABCD几何尺寸及其与曲柄连杆机构DEF之间的安装角度∠CDE，可以改变平台运动的速度特性。-1-\n由于滚筒的变速回转运动和版台的往复直线运动是分别由两路独立的传动链驱动的，它们之间的相互关系可以通过控制两组双曲柄机构中主动曲柄的初始位置角φAB0、φGH0的大小得到确定。“V-φ关系曲线”中给出了相对位置较佳的滚筒圆周速度和平台速度变化曲线。由图可知，在两曲线的某一段区间上，速度值相差较小，可以作为压印工作区。然而印刷工作要求在压印区内滚筒圆周速度与平台线速度保持精确相同，为此引入一组凸轮补偿机构。“TY-460自动平台轮转印刷机主运动机构简图”中的对心滚子直动从动件共轭凸轮机构10－S1－11－S2－9就是用来对平台的运动加以补偿的，其中的两个共轭凸轮均与曲柄CD固连。经由凸轮10、11的回转，通过滚子推动齿条9运动，从而使平台在原来往复运动的基础上附加一个补偿运动，其目的是消除在压印区段中的速度差，使得平台在压印区中的运动速度与滚筒圆周速度处处相等。为可靠计，将压印区向两端分别延伸一段作为必须同步的区域，称为同步区。在同步区后，一次印刷工作已经完成，平台速度与滚筒圆周速度的同步要求解除。此时，为了使补偿齿条9回复到补偿运动前的初始位置，可以自由选用适当的从动件运动规律和相应的凸轮廓线使之复位。为了改善印刷过程中机器的动力性能，滚筒上固连的扇形齿轮5与平台上固连的齿条6在进入同步区时相互啮合，构成一组虚约束。3、结构参考数据（mm）L=116，L=100，L=100，L=37ABBCCDDAL=100，L=100，L=95，L=40，GHHMMNNGm=4，r1=r2，r3=r4=140，r8=100，e=50，LEF=520，。∠CDE=177主凸轮基圆半径rb=90，滚子半径rg=25-2-\n二、设计内容1、滚筒传动链的参数设计和运动分析（1）设计变位齿轮1、2两齿轮中心A、G不在同一水平位置上，由勾股定理可以算出两点的距离（即两齿轮的。22实际中心矩）为a′=290+（50-37）=290.2912mm，α=20，m=4mm。为了满足条件rr=，齿轮采用了正变位处理。12m(zz+)12经计算，两齿轮的齿数都为72，则标准中心距：a==mz=288mm12acosα实际啮合角为：α′=arcos=21°12′27″；a′（invα′-invα）（z+z)12故变位系数和：xx+==0.5917；122tanαa′-a中心距变动系数：y==0.5728；m齿顶高降低系数：△y=(xx+)-y=0.0189；12将变位系数对两个齿轮均匀分配，则：xx==0.2958；121∗则齿顶圆半径：r=mz1+(h+x-△y)m=149.1076mm；aa121∗∗齿根圆半径：r=mz1-(h+c-x)m=140.18326mm；fa12表1：传动齿轮几何尺寸参数表名称代号齿轮1、2各项数值大小模数m4mm齿数z72压力角α′21°12′27″实际中心距a′290.2912mm变位系数x0.2958分度圆半径r144mm齿顶圆半径ra149.1076mm齿根圆半径rf140.18326mm-3-\n（2）双曲柄GHMN的位置、速度、传动角变化情况由印刷机的印刷速度每小时4500印张可算出杆AB的转动角速度ω=7.85rad/s，因为齿轮1,2是半径相等的，故他们的角速度相同，即GH杆的角速度也是7.85rad/s。选择比例尺为µ=0.002m/mm，µ=0.020m·s-1/mm作图，则四连杆机构GHMN的12个位置图以及相lv应的速度矢量图，以及该机构的最小传动角的具体情况详见图“四连杆GHMN运动位置图及速度矢量图”。表2：四连杆GHMN12个位置速度、传动角变化情况滚筒测量滚筒理论AB转角（°）传动角（°）误差（%）备注圆周速度(mm/s)圆周速度(mm/s)051.5890.11905.3911.6903040.61388.211381.2150.51306036.91818.531854.3421.936090421694.741721.4961.5590120491414.741414.9610.0212015068.81223.161203.5251.63150180811058.111048.4520.9218021089.1913.68907.4520.6921024088769.26773.2590.5224027087.5677.89669.4041.2727030078.5633.68628.9940.7430033065.5686.74686.4170.0533057.10935.21827.371829.9440.1457.1092、平台传动链的机构选型、参数设计和运动分析（1）设计曲柄长度LDE平台的行程为给定的620mm，平台的两极限位置分别为杆DE与杆EF共线的时候，如“TY-460自动平台轮转印刷机主运动机构简图”所示为平台左极限位置。在机构9固定时，平台的速度为F点速度的2倍，行程也为F点的2倍，故F点的行程为310mm。2222设LDE=x，则由此分析可列方程(x+520)−50−(520−x)−50=310mm，-4-\n解此方程可得LDE=x=154.21mmm。（2）双曲柄机构ABCD及曲柄连杆机构DEF位置、速度、传动角变化情况此机构以杆AB为主动件，角速度ω=7.85rad/s在上面已经计算出来。选择比例尺为µ=0.008m/mm，µ=0.030m·s-1/mm作图，则双曲柄机构ABCD及曲柄连杆机构DEF的lv12个位置图以及相应的速度矢量图，以及该机构的最小传动角的具体情况详见图“四连杆GHMN运动位置图及速度矢量图”。表3：双曲柄机构ABCD及曲柄连杆机构DEF的12个位置、速度、传动角变化情况平台测量平台理论AB转角（°）传动角（°）误差（%）备注圆周速度(mm/s)圆周速度(mm/s)086.1000.003084.513921346.1443.416081.018301842.9360.709084.217401760.0481.1412088.515481519.3271.8915078.013261304.8671.6218064.210501042.4280.7321052.5372381.3002.4424050.1-1152-1175.3471.9927050.0-2946-2956.6840.3630061.8-3150-3216.0432.0533074.1-1842-1849.0180.38最小传动244.3447.8-1386-1439.5063.72角位置3、同步补偿凸轮的设计（1）滚筒圆周位移曲线与平台位移曲线图ϕ采用附录中的数据直接作图，具体图详见“S—关系曲线图”。（2）滚筒圆周圆周速度曲线与平台速度曲线图ϕ采用附录中的数据直接作图，具体图详见“V—关系曲线图”。-5-\n（3）同步区的选取AB转角转过34°时，平台速度与滚筒速度相等，为了避免补偿起始点产生刚性冲击，以此作为同步区起始点开始进行补偿，同步区的行程在420mm左右，查附录数据可得，在34°时平台位移为61.853mm，经过420mm后，杆AB约为逆时针转过155°，此时同步区结束，随后齿条9开始进行复位。（4）位移补偿曲线图设计从AB转角34°开始，补偿开始，此后平台与滚筒的速度保持相等，故位移差也始终保持不变，为△S=87.349-61.853=25.496mm。由于滚筒速度与平台速度有略微的位移差，故需要进行补偿，同步区的位移补偿量为：表4：同步区的位移补偿量AB转角/°CD转角/°补偿量/mmAB转角/°CD转角/°补偿量/mm3432.31909578.811.1863533.1980.00710082.0931.8824037.530.19510585.3292.7294541.7590.47911088.5283.6985045.8850.70511591.6994.7625549.9090.7912094.8545.8956053.8330.72612598.0037.0746557.6590.557130101.168.2817061.3910.36135104.3379.4997565.0330.215140107.54710.7128068.5890.189145110.80311.9038572.0660.332150114.12213.0559075.470.664155117.51714.147同步区结束后进行复位区的设计。为了减小凸轮机构的回程压力角，将复位区凸轮转角（即CD的转角）取为100°左右，即CD转角在220°左右完成复位。因为同步区结束后齿条6还有向右的速度，为了避免产生冲击，其位移变化采用一段圆弧过渡，使之速度均匀减小为0，为了避免复位结束是产生刚性冲击，又选择了正弦运动规律，使齿条6复位，同时速度减小为0。其相应的补偿量为：-6-\n表5：复位区的位移补偿量CD转角/°补偿量/mmCD转角/°补偿量/mm117.51714.1471708.6712014.401757.3912514.701806.1013014.771854.8613514.661903.6914014.321952.6414513.782001.7315013.042050.9915512.132100.4516011.082150.111659.912200从动件的位移补偿曲线图详见“位移补偿曲线图”。（5）主凸轮的设计主凸轮的基圆半径rb=90mm，以“TY-460自动平台轮转印刷机主运动机构简图”中滚子与凸轮的接触位置为起始位置，即滚子S1的中心在主凸轮的正右边开始，凸轮原本为逆时针旋转，采用反转法，将滚子顺时针旋转，每5°取一点，根据上面作出的“位移补偿曲线图”，设计主凸轮轮廓。以90mm的长度为半径画出基圆，然后将基圆72等分，从“位移补偿曲线图”一一量取各旋转角对应的位移量，在基圆图上相应位置作出该位移量，找出加上位移量后的滚子中心位置。以25mm的长度（即滚子半径），以上面作出的点为圆心作出滚子圆，然后画出这些圆内轮廓的包络线，即主凸轮的轮廓。具体详见图“主凸轮轮廓图”。（6）回凸轮的设计回凸轮是与主凸轮相协调的。滚子S1、S2的中心距保持不变，且两者与凸轮的接触点始终保持180°，则主凸轮突出的地方回凸轮相对应的位置应该凹进去，据此思想即可设计回凸轮。因为回凸轮与主凸轮有相同的最大径向尺寸，由设计好的主凸轮量取得到其最大径向尺-7-\n寸为79.77mm，最小径向尺寸为75mm，则回凸轮的最大径向尺寸也为79.77mm。为了始终保持滚子中心距不变，滚子S2在回凸轮的最大径向处时滚子S1应该在主凸轮的最小径向处，故：LS1S2=79.77+65+2*50=194.77mm回凸轮的轮廓与主凸轮关于180°对称，去最大径向尺寸为半径画圆（类似于基圆），在主凸轮有向外凸的地方取其位移量在回凸轮向里凹，即可画出回凸轮的轮廓。具体详见图“回凸轮轮廓图”。三、心得体会本次机械原理课程设计历时四天，经历了最初的迷茫，到逐渐认识了解，明确自己的任务，真是一个鲜明的过程。原以为本次课程设计相当高端，等自己读懂题目后发现其实就是将上学期机械原理课程所学的知识做一个全面的复习和综合的运用。本次作业给我最大的感觉是任务相对简单，但是过程相当繁琐。总有好多的细节需要考虑，好多零碎的东西需要操作。刚开始那两天里，从画两个四连杆机构的12个位置图开始，由于是手画，精度难以保证，更由于重复动作出现了将连杆的方向弄错，导致做了好多无用功。不过也并非完全没有收获，经过这么一折腾，我发现自己从当初对速度矢量图总感觉掌握不来到现在感觉画速度矢量图是顺手拈来，这无不是一个很大的进步。这几天，每天以东1B-316为家，天天吃着外卖都不知道是不是一种幸福，但吹着空调还是不错的享受。听老师说，本次课程设计作业是为了巩固上学期所学的知识，并为下学期的机械设计（甲）II打好基础，现在我想这应该达到目的了。现在回想上学期上的课程，我发现是如此的简单，内容是这么少，看来上学期在这门课花的时间太少了，下学期应该能有所改善。-8-