机械原理”课程设计自动打印机的设计

“机械原理”课程设计

自动打印机的设计

目录

0.课程设计任务书 (2)

1.设计题目 (3)

2.工作原理和工艺动作分解 (4)

3.执行机构选型 (5)

4.工艺动作协调设计，并拟定运动循环图 (6)

5. 机构运动方案的选择和评定 (9)

6. 机械传动系统的速比和变速机构 (12)

7.机构运动简图 (13)

8.主要机构的尺度设计 (14)

9.主要机构速度与加速度分析 (18)

10.参考资料 (20)

11.设计总结及感悟 (20)

《机械原理》课程设计任务书

2013学年第一学期

机械工程学院机械大类专业机械1104班课程名称：机械原理课程设计

设计题目：自动打印机的设计

完成期限：自2013 年 6月 20 日至2013年 6月 27日共 1 周

指导教师（签字）：银金光2013年6月6日

1.设计题目

平压印刷机的设计

1.1、设计原理

在某商品包装好的纸盒上，为了某种需要而在商品上打印一种记号。它的主要动作有三个：送料达到打印工位，然后打印记号，最后将产品输出。

1.2、设计要求

1）纸盒尺寸：长100—150mm、宽70—100mm、高30—50mm；

2）产品重量5—10N；

3）自动打印机的生产率是80次/min；

4）要求机构的结构简单紧凑、运动灵活可靠、易于制造加工。

1.3、设计任务

1）根据工艺动作要求拟定运动循环图；

2）进行送料夹紧机构、打印机构和输出机构及其相互连接传动的选型；

3）机械运动方案的评定和选择；

4）按选定的原动机及执行机构运动参数拟定机械传动方案，分配传动比，并画出传动方案；

5）对传动机构和执行机构进行运动尺寸计算；

6）画出机构运动简图；

7）对执行机构进行运动分析，画出运动线图，进行机构运动模拟仿真；

8）编写设计计算说明书。

2.工作原理和工艺动作分解

2.1、工作原理

根据自动打印机的工艺动作过程，可知，其应该具有一个供打印用的图章、三个执行构件(装有纸盒的料斗往复送料、打印机构的来回打印记号、输出机构使打印完记号后的纸盒输出)、机架。

所以自动打印机的工作过程是：装夹好原料纸盒——输送原料机构将纸盒送到打印工作台上——打印机构打印记号——最后将产品输出。

2.2、工艺动作分解

根据上述分析工艺动作分解可分为以下几个过程：

（1）装夹原料——手动装夹纸盒至料斗；

（2）输送原料——采用凸轮机构或有一定停歇的连杆机构；

（3）打印记号——采用曲柄滑块机构或连杆机构；

（4）输出产品——采用凸轮机构或连杆机构；

（5）取出产品——认为取出堆于仓库。

由于我们机械课程设计无需考虑取出装夹原料和取出产品，所以我们只需考虑平压印刷机工艺动作的三个执行动作：

（1）输送机构——来回输送原料；

（2）打印机构——来回打印记号；

（3）输出机构——输出产品。

3.执行机构选型

3.1、输送机构的选型

3.2、打印机构的选型

3.3、输出机构的选型

当油打印完记号后，为了保证能够继续生产打印，此时的产品要及时输出，

4.工艺动作协调设计，并拟定运动循环图

4.1输送机构送料到工作台

60°120°180°240°300°360°4.2打印机打印记号

60°120°180°240°300°360°

4.3输出机构的尺度设计

输出机构，将纸盒从打印工作台上推出去，并输送出去。

由于物料在打印记号时需要夹紧，在定位夹紧时，送料方向有一块挡块，从结构简化角度考虑，输出运动可与送料的方向互相垂直。

此时需要考虑的是输出机构不与送料机构和打印机构发生相互干涉。

4.4平压印刷机的三种形式运动循环图

60°

120°

240°

300°

360°

180°

60°

120°

180°

240°

300°

360°

送料 机构

打印 机构

输出 机构

0° 60°

180°

5. 机构运动方案的选择和评定

方案一：

方案分析：送料机构：利用包装纸盒自身重量通过传输桶并利用圆柱凸轮

间歇机构带动其传输到打印工位。夹紧机构：利用托盘上的凹陷来固定产品，使之当高速运转时，产品不被甩出。按照打印的产品尺寸设定工作台的凹陷面积。

这个方案的优点是：送料机构和输出机构都在一个圆盘上，这个圆盘相当于

一个工作台在推料的同时打印记号，这样不但节省了空间，而且还缩短了打印周期，从而提高了生产效率。

缺点是：加工成本高，对装配、调整要求严格。槽轮的制作复杂，起动和停止加速度变化大，具有柔性冲击，且随着转速的增加或槽轮数的减少而加剧

方案二：

方案分析：送料机构：采用皮带轮机构，通过槽轮带动皮带轮作间歇性转动；

打印机构：采用凸轮控制驱动式间歇打印机构，凸轮运动分推程、远休、回程、近休四个阶段；在远休时，皮带轮静止，打印头停留在原料盒上，进行打印工作，油墨充分地打印到纸盒上；在近休时，打印头停留在初位置同时供墨系统又向打印头补充油墨，以保证打印机构能够连续的工作。

这个方案的优点：1）此方案将三个机构（送料、打印、输出）结合在一起，

很大程度上节省了空间；2）在原料盒的加工过程中，原料盒始终在皮带轮上，极大的提高了生产效率；3）三个机构的传动轴可以巧妙的结合在一起，设计简单，同时在工作的过程中对机器的损害也较小。

缺点是：结构比较复杂，槽轮的制作复杂，起动和停止加速度变化大，具有柔性冲击，且随着转速的增加或槽轮数的减少而加剧

方案三：

方案分析：

1）送料机构曲柄滑块机构将纸盒推动到打印工作台；

2）与此同时凸轮运动分近休、推程、远休、回程四个阶段；在近休时，打印头停留在初位置同时供墨系统又向打印头补充油墨，以保证打印机构能够连续的工作，在远休时，皮带轮静止，打印头停留在原料盒上，进行打印工作，油墨充分地打印到纸盒上；

3）当打印机构离开纸盒时，输出机构也是通过曲柄滑块机构，将纸盒垂直方向推出去。

方案比较：

通过比较方案一、方案二和方案三，我们可以得出方案三才是运动性能、工作性能、经济型最好的一个方案。曲柄滑块机构的应用使机构传动平稳，用简单

A

可移动挡板

纸盒从这滑出

输出机构

打印机构

送料机构

送 料 筒

C′ B′

A′ C

B

的机构完好地实现整个工艺过程。最终选定方案三。

6. 机械传动系统的速比和变速机构

6.1机械传动系统的速比

由自动打印机的设计要求可知

通过传动系统使其具有80次/mim的打印记号能力

则，传动轴每分钟转过的次数为n

n=80次/min；

假定电动机转速：

N=910r/min；

则自动打印机的总速比为：

i=910/（80）=11.375

6.2变速机构

由自动打印机的总速比为11.375可得：

第一级采用带传动减速，其速比为2.84375；

第二级采用单级直齿圆柱齿轮传动，传动比为4。

7.机构运动简图

图示位置为在传动轴转过φ=180°时的位置：

因为纸盒的长度为100-150mm ，而其中心到打印工作台的位置固定不变，所以在打印长度为150mm 的纸盒时，AB 杆只要伸长25mm 即可，因此将AB 杆做成可变动的杆，则AB 杆的长度范围为110—135mm 。

因为纸盒的高度为30-50mm ，要使打印机构能够在纸盒上表面打印出记号，只需将EF 杆伸长20mm 即可，因此将EF 杆做成可变动的杆，则EF 长度范围为100-120mm 。

机构的各尺寸如图中所示。

8.主要机构的尺度设计

8.1送料机构尺度设计

方案中用对心曲柄滑块机构和送料筒实现送料功能，根据设计要求纸盒尺寸：长100—150mm 、宽70—100mm 、高30—50mm 。

取用最大纸盒长度和宽度150mm*100mm ，则为了防止纸盒于送料筒边缘的摩擦，设计尺寸为152mm*102mm 。

假定取A 点到送料筒左边的距离为300mm ，滑块的长度为235mm ，宽为100mm ，高为30mm ，C 点具滑块左端15mm 。

为了防止连杆于送料筒产生运动干涉，取当曲柄滑块出现在最右极限位置时，连杆的C 点刚好在送料筒左边边缘。

即：a+b=300mm

取当曲柄滑块出现在最左极限位置时，滑块的最右端离刚好在送料筒左边边缘。

即b-a=300-220

得出：a=110mm b=190mm

所以AB 杆的长度设计为110mm ，BC 杆设计的尺寸为190mm 。

A

C B

b

a

300

15

235

152 送 料 筒

图1

8.2打印机构尺度设计

凸轮控制驱动式间歇打印机构，打印头位于凸轮机构从动件下端，在弹簧的作用下凸轮与从动件保持接触,打印机头随从动杆作上下往复运动，对包装产品进行商标打印。其循环设计步骤，主要是设计齿轮的轮廓曲线。

根据打印机构的工作运动和打印工艺过程的需要，打印头的工作运动循环由下列四个区段组成：

即：Φ1--（近休）打印头在初位置停留，供墨装置为其加墨。

Φ2--（推程）打印头向包装产品行进运动；

Φ3--（远休）打印头在包装产品上停留，即打印商标；

Φ4--（回程）打印头打印结束后，向初始位置返回行程；

确定工作机构运动循环各区段主轴转过的角度，根据打印工艺要求：

假设各区间段所用的角度如下：

Φ1=60°

Φ2=120°

Φ3=60°

Φ4=120°

主要尺寸的确定：

a.根据实际工作情况，取推程h=50mm。

b.凸轮机构的压力角，工程上要求最大压力角≤[α]，直动推杆：[α]=30°

c.凸轮的基圆半径的确定利用诺模图确定基圆半径，对于对心直动滚子推

杆盘形凸轮机构，δ0=120°，h=50mm, 推杆以正弦加速度运动，要求:[α]=30°。作图得:h/ro=0.89,则ro>50/0.89=56.18mm ，因此我们取ro=60mm 。

首先，按一定的比列u ，做出凸轮的位移图如下图所示，并分别将转角Φ，60°~180°区间和240°~360°区间平均分成6份，如图。

选取同样的比列大小，做出基圆，然后在位移图上分别量取1-1′,2-2′，

3-3′，4-4′…...，如下图所示：

60°

120°

180°

240° 300° 360°

8 11 12 1 2 3 4 5 7 6 8 10 9

11 12 1 2 3 4 5 7 6 8 10 9 11′ 12′

1′

2′ 3′ 4′ 5′ 7′

6′ 8′

10′ 9′

11

12

1

2 3 4 5 7 6

8 10

9

11′

12′

1′

2′

3′

4′

5′

7′

6′

8′

10′

9′

1′ 2′ 3′ 4′ 5′ 1′ 2′

用光滑的曲线连接1′、2′、3′、4′、5′……即可得到凸轮的轮廓曲线。

8.3输出机构尺度设计

输出机构，将纸盒从打印工作台上推出去，并输送出去。

由于物料在打印记号时需要夹紧，在定位夹紧时，送料方向有一块挡块，从结构简化角度考虑，输出运动可与送料的方向互相垂直。

从左往右看，输出机构的简图如下所示：

如图，因为纸盒是对称的，所以只要纸盒的重心脱离了工作台就行。 假设取A 点到到纸盒重心的距离为200mm ，当滑块的长度为100mm 当滑块达到一个极限位置时刚好把纸盒推出去

有：a+b=120mm

输出机构在运动时要防止与打印机构和送料机构产生干涉，由前面的运动循环图可知，纸盒的最小宽度为50mm ，最大宽度为100mm ，则应取最大极限时为50mm ，假设其在主轴转过240°时，距离纸盒中心为60mm.

A C

B

20

60

100

200

a

b

有：（a*sin60°）2 = b 2-(60+a*cos60°) 2

可得出：a=36mm b=84mm

9.主要机构速度与加速度分析

下图是传动轴转过180°时，机构的各个位置：

由自动打印机的打印能力n=80次/min 可知 传动轴的转速为

n=80r/min

大小 ？ √ ？ 方向 √ √ √

A V b M

F

E D

C

B V e

任意取一点P ，做出p b 使其方向和大小都等于的大小和方向，如下图所示：

由上图可知，C 点的速度

=0 m/s

同理：

大小：？ √ ？ 方向：√ √ √

则有:

=0 m/s

因为主轴是匀速转动，则有

:

P(c)

b

10.参考资料

［1］朱理．机械原理［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2008：15-200 ［2］邹慧君．机械原理课程设计［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2009：15-250

11.设计总结及感悟

虽然在这一个星期里，天气很不如人意，每天气温基本上都达到了38、39?C，但是在我克服各种困难，在我的努力下，我终于将自动打印机课程设计做完了。

虽然我完成了这次作业，但是我觉得，我的设计在很多方面，还是不足的。比如说：设计的自动打印机要能够打印各种尺寸的纸盒，我的方案仅仅是将原动杆件的尺寸设计为能够伸长和压缩，但我觉得这个方案在现实生产中有一点不现实；仅仅是设计出了各种机构，但是与主轴的连接，以及齿轮的减速等还是没有设计出来，还有等等不足。

虽然我的设计有很多不足，以及仅仅是用了一周的时间来做课程设计，但是我觉得我还是有很多收获的：

（1）、首先，我觉得，最直接的收获是，对机械原理这门课程有了更深一步的了解掌握了平面机构的运动分析、平面连杆机构的设计以及凸轮轮廓曲线的设计，等等。

（2）、其次，我对大一时学习的制图软件Auto CAD，有了很大的复习，对这个学期学习的Pro/E，有了更进一步的掌握，对于机械学生来说，这些制图工具软件是必需要掌握的。

（3）、对于大学生来说，我们在课堂上，学习到的东西，那是少之又少的，而且往往是不够的。虽然我们也已经有过好几次实习了，但是我觉得啊，以前的实习，我仅仅是到处看看、逛逛。从来没有像这次做课程设计那样，在遇到困难后，自己动脑、认真、仔细的分析和解决这些问题。我发现我在很多方面的知识还是很欠缺的，经验还是很不足的。

（4）、我还有一个收获就是，在课程设计中我发现，我们空有理论知识对于解决实际问题是不足的，我们将学过的相关知识联系实践，在实践中发现问题，解决问题，在实践中成长。