打印机机械原理课程设计说明书

1、机械原理课程设计题目：纪念章压印机及其送料机构设计指导老师：组员：2011年1月12日目录一设计任务1 .设计题目，分析功能要求2 .原始数据和设计要求二所选方案1 .方案分析三机构的设计四.从动件的运动2 .分析结论1 .几何尺寸的确定2 .机构简图的绘制3 .机构的设计数据规律及简图1 .位移S5简图2 .速度V-T简图3 .加速度a-中简图4 .机构工作过程说明设计任务1 .设计题目，分析功能要求设计自动纪念章压印机，将具有一定厚度的板料自动送入印压位置印压成纪念章， 经印压成 形后脱离该位置。机器的整个工作过程（送料，压型，脱离）均自动完 成。由此，可知该机 构有两个动作要求，一是印压

2、成型，二是自动送料。绘制功能 图如图所示动念压系执行构件做间歇运执行构件做间歇运图压印成形机的工艺动作是：如图12所示（1）板料移动至冲压位置（2）下冲头15mm，利于上冲头将板料冲程规定的直径，即先落料。（3）上下冲头同时加压，并保持一段时间。（4）上冲头退出，下冲头随后将压印好的纪念章顶出。（5）板料将成品推走。3）4）2 .原始数据和设计要求1动力源是电动机，做转动：从动件（执行机构）为上下模，作上下往复直线运动，上 模具有快速下沉，等速工作进给和快速返回的特性。2机构应具有较好的传动性能，特别是工作段的压力角a应尽可能小；传动角大于或 等于许用传动角3 .上模到达工作段之前，送料机构已

3、将坯料送至待加工的位置（下模的上方）。4 .生产率约为每分钟30件。5 .执行构件（上模）的工作长度L=50 100mm ,对应的曲柄转角=（1/3-1/2）兀;上 模行程的长度必须大于工作段长度的两倍以上。7许用传动角=408送料距离H=60250mm9建议主动件的角速度+1rad 10.对机构进行动力分析，所需参数值建议如下选取G）设连杆机构中各构件为等截 面匀质杆，其质心在杆长中点，而曲柄的质心与回转轴线 重合。（2）设各构件的质量按每米40kg计算。绕质心的转动惯量按每米2kg.m 2计算。3）转动滑块的质量和转动惯量不计；移动滑块的质量36kgo4）载荷F=5000N ;按平均功率选

4、电动机。型号如表2-1所示：同步转速为720r/min电动机型号额定功率（KW ）满载转速（r/min ）Y132S-82.2710Y160M1-84720Y160M2-85.5720Y160L-87.5720(5)曲柄转速为30 r/min ,在由电动机轴至曲柄轴之间的传动装置中1-3,可取带的传动 如图比=1.9(6)机器运转不均匀系数不超过0.05根据要求，所选方案如图14所示图1-4方案分析与选择(1)齿轮系一摩擦轮一凸轮送料机构 凸轮机构结构简单，紧凑，设计方便， 但由于主从动件之间为点接触，易磨 损，适用于运动规律复杂，传力不大的 场合。口畲轮依靠齿廓直接接触来传递空间任意两轴间的

5、运动和动力，并具有传 递功率范围大、传动效率高、传动比精确、使用寿命长、工作可靠等优点； 但也存在对制造和安装精度要求高以及成本较高等缺点。摩擦传动是在摩擦力的作用下工作的，所以保持两路案件相互压紧，由 压紧力在接触面间产生足够的法向力是摩擦传送的最基本条件。它又制造简 单、运行平稳、噪声很小、过载时发生打滑，故能防止机器中重要的零件损 坏、能无极的改变传动比等优点；同时有效率低、当传递同样大的功率时， 轮廓尺寸和作用在轴与轴承上的荷载都比齿轮传动大、不能保持准确的传动 比、干摩擦时磨损快、寿命低等缺点。所以送料机构选择齿轮系一摩擦轮一 凸轮机构。摩擦轮E与齿轮G间用皮带相连，实现长距离传递运

6、动。齿轮系G 由电机带动，摩擦轮F起固定板料作用，凸轮H及其所连接的滑块负责将 落下的板 料顶起到与原板料同一高度。按机构运动循环图确定齿轮，摩擦 轮，凸轮的运动规律，则机构可在预定时间将工件送至代加工位置以及把产 品送离加工位置。对于方案一齿轮一连杆冲压机构 如图所示，冲压机构由曲柄滑块机构形成，由齿 轮带动曲柄AB,它和曲柄IJ、连杆BJ以及机架构成平行四边形机 构，该机构有两个显著的特点：一是两曲柄 以相同的速度同向转动； 而是连杆作平动。平行四边形机构有利于齿轮和曲柄AB之间的平稳 传动，进而是冲压过程更稳定。曲柄滑块机构按给定的行程速度变化 系数设计，适当选择导路位置，可使工作段压力

7、角a较小。对于方 案二 齿轮一皮带冲压机构如图1-4所示，冲压机构由曲柄滑块机构 形成，由电机带动曲柄。曲柄滑块机构按给定的行程速度变化系数设 计，适当选择导路位置，可使工作段压力角a较小。在ABC曲柄 摇杆机构加上二级杆组连杆和滑块，组成五杆机构。主动曲柄AB匀 速转动，滑块D在CD线上做往复运动。(2)分析结论如图1-5所示，平行四边形机构使机构间的传动更加稳定，连杆机构最适合用 于冲压机构，可以传递较大的力，但一些运动无法满足，即要求在匀速冲 压完工件后快速将工件推出这一运动过程不易满足，而齿轮一摩擦轮一凸轮 送料机构恰能 满足这个要求。总体来说此机构可以达到在预定的时间将工件 送到加工

8、位置而在 加工完成后快速将产品送离加工位置的要求(3)方案选择我们选择方案一，因为方案一的四杆机构机构传动过程比皮带的传动性能差 点，工作效率没那么高，但是四杆机构是平行四边形的设计保证了冲压与电 机运转的同步进行，我们可以按照需要设计增加档位来调节电动机转速来改 变打印速度，而皮带传动的如果要改变档位则数据计算比较复杂；而且连杆 机构比皮带的简单，所需材料少，经济效益高，虽然方案一相对于方案二的 一些优点差些，从经济方面和简单方面选择，但是我们还是选择方案二。三机构的设计几何尺寸的确定曲柄滑块机构的设计曲柄逆时针旋转，如图3-1所示，N CAB= AB 100mm油余弦定理得，3222.Bc

9、90 AC2ACCOS 3n Ncab=0时，为保证上模行程的长度大于工作段长度的两倍以上，取cc70mm ,则有： 90 BC AC 70 由、式解得BC 197.75mm图3-1凸轮的设计根据冲压机构的S分图以及纪念章半径，确定凸轮的推程角为远休角为n22 712回程角为；近休角为2兀，推程s=15mm0基圆半径取r=30mm。为保证推 杆33运动的平稳性和工作精度。凸轮的推程和回程均可采用五次多项式运动规律。推程计算：oi 901 (0,90)Si 10h ?/ o3i 15h i4/ o4i 6h 1/ o5i ( 3-1)回程计算：O360oS0315 150 13/。33225h

10、14/043 90 p/ o53-2)3(0,60。)根据凸轮的s-6图，作凸轮轮廓曲线 如图3-2所示1)以凸轮基圆半径r=30mm作圆。2)将凸轮的位移线图s-3推程运动角N AOB十等分，回程运动角N COD六等分，由式(3-1)( 3-2)分别算得如下表所示/mm010203040506070830.17231.13933.1295.9199.01141.81443.82144.817oc090100110120130DOB4544.4741.86637.52733.17730.5463045电动机设计机构功率估算：假设上模载荷F=5000N,杆长L=0.1m,则力矩M=F*L,由机构

11、效率为 n=30r/min ,上模功率 Pi=M*2 7in/60=1.57kw.假设摩擦轮摩擦力为F2=2000N ,又已知板料移动速度V=0.06m/s,则p2f2V 0.12kw ,带传动效率为0.94,故摩擦轮所需功率p摩p2/0.94 0.127kw .假设下模所需功率P30.8kw机构所需总功率P.P1P2P3 2.562kw,由此可知，通过二级减速器所得出的电机2的输出功率pmpJ2.779kw ,故电动机的功率选择为4kw的丫160Ml.8型。轮系的设计：如图3-1所示xl-X图3-1根据设计要求，设定二级减速器输出转速为60r/min,而有表2-1得知，电机转 速 为720r

12、/min,由此得传动比i=720/60=12,又由图3-1知，i四，查机械设计 ZiZ2手册，取模数m=4,可得各齿轮齿数如下：z1 z2 15z2 45 z3 的执行机构尺寸设计如图3-2所示各个构件尺寸如下：主动轮G齿数为20.,从动轮M齿数为40,飞轮直径为240mm，两皮带轮 Y、X直径分别为60mm、120mm,不完全摩擦轮大径为40mm，小径为 36mm.从动件的运动规律及简图曲柄-滑块运动规律（4-1）在图3-1中，令AB H=100mm, BC l2, AC so如图4-1所示，建立一直角坐 标系，则机构ABC的封闭位置方程式为：11 l2S BP l1eMl2 ei2is根据

13、欧拉公式scosisin将式（4-1）的实部与虚部分离得COS 1 | 28s 2 SI Pn 1 i2n2解得：iisi n i2ar cshns ncosn2cos2|2对式（4.1）对时间t求一阶导和二阶导，整理后可得点C的速度 分别为：Vcw1i1sin，1 2COS2ac22w1 i1cos 1 2 w2i2COS2由冲压机构的工作效率 是个数据，机构运转一周，S、2、ac、I变化如表4-1s （mm。/ ）3%哪两净噌北黑晶）代入数据，每102030405060708090100110120130140150160170180190200210220297.5295.218288.

14、494277.688263.384246.363227.559207.985188.637170.392153.909139.584127.566117.817110.19104.5100.57298.26897.598.24 100.515 104.413 110.06927.21755.48385.789118.971155.505195.206236.82277.703313,852340.492353.134348.617325.686284.979228.645159.87782.5160.757-81.042-158.532-227.484-284.077-1485.18-1475

15、.938-1447.256-1396.497-1320.145-1215.318-1081.956-924.821-753.595-579.702-411.302-250.673-96.47351.558189.684310.497405.142465.676486.738466.429406.581312.492192.083作图230240250260270280290300310320330340350360s-。图117.659127.367139.343153.626170.072188.29207.624227.204246.031263.093277.455288,331295.

16、134297.499-325.095-348.362-353.212-340.863-314.442-278.423-237.587-195.958-156.207-119.61-86.371-56.018-27.723-0.49654.2-93.697-247.79-408.286-576.547-750.395-921.771-1079.263-1213.121-1318.484-1395.338-1446.533-1475.593-1485.177s。图s/mm0100200300400(mm /)V-0图a 。图V-。图a-。图a/mm/t21000-20000 100 20030 4

17、05000-500-1000-1500系歹IJ 1凸轮运动规律凸轮推程多项式：oi 90。1（0,90。）Si10h13/。31 15h i4/o4i6h i5/ o5iVi450 12 / 031 900 13 /o4i 45 1 / o5iai 900 1 / o3i 2700 i2/ o4i 1800 13/ o5i回程多项式:3-2)03 60Sos 15 150 i3/ o33 225h 14/ o4390 15/ o53V 450 32 / 033900 33 / 043450 34 / 053900 3/ o332700 32/ o431800 33/ 0533（0,60。）凸轮

18、旋转周，凸轮位移s、速度V、加速度a随角度3变化如表 表4-2v(mm/s)00.0027830.0085310.0141180.0174560.0142260.0086710.0028960.0000020 0 00 0 00 0 00-0.008273-0.021204-0.02688-0.021326-0.008426-0.0000020 0 00 0 00a(mm/s2) 00.028006 0.035068 0.027149 0.010216-0.00977-0.02684-0.03503-0.02838-0.000920 0 0 00 0 0 00-0.07612-0.06111-

19、0.000390.0605810.0763790.0015640 0 0 00 0 08/I102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310s/mm00.1721.1393.1295.9199.01111.81413.82714.8171515151515151515151514.4711.8667.5273.1770.5460000000 0320330340350360作图S-3图000000000000000凸轮的位移S-3图 像050100 15020 25030 3

20、50 4016140 8 6 4 mm/凸轮的速度V-3图 像0.020.0150.010.0050m -0.005 m-0.01-0.015-0.02-0.025-0.0350 100 150 200 25030 350 40。0 20角度/系列1凸轮加速度a-8机构工作过程说明如下图所示图中，齿轮G为主动轮，顺时针旋转；在齿轮G由图示时刻转动一周过程 中，机构的工作情况如下：此时刻，Z CAB=凸轮H刚刚进入近休阶段，凸轮近休角为271/3,在凸轮G3转过近休角过程中，上模D向下运动，与下模配合完成压印过程；此后凸轮 G进入推程阶段，将压印成型的纪念章向上推，推程角为兀/2,推程结束后，

21、进入远休阶段，同时不完全摩擦轮E与板料接触，将板料向前推进 30mm,等待下一次 冲压。附：曲柄机构运动规律程序：#includemain()double iJ,s5v,a,w,l=100, k=197.5,q=3.14;for(i=0;i=6.28;)j=asin(l*sin(i)/k); s=rcos(i)+k*cos(j); w=-q*rcos(i)/(k*cos(j);v=q*l*sin(i-j)/cos(j);a=(-q*q*l*cos(i-j)-w*w*k)/cos(j);printf(Hi=%.3f s=%.3f v=%.3f a=%.3fnn, i,s,v,a); i=i+0.

22、174444; )凸轮运动规律程序；推程部分： 位移计算：#include#includevoid main() float h=0.015,i;float x,y,s; y=1.57;printf(请输入数据:nn);scanf(,%f,&x);for(i=0;i19;i+)(s=10*h*x*x*x/(y*y*y)-15*h*x*x*x*x/(y*y*y*y)+6*h*x*x*x*x*x/(y*y*y*y*y);printf(S=%f 角度=%fnn,s,x); x=x+0.174;)速度计算：include/#include void main()int i;float x,y,a,v;

23、 a=1.57; y=1.57;printf(”请输入数据:nn);scanf(,%f,&x);for(i=0;i=19;i+)V=0.45*x*x/(a*a*a)-0.9*x*x*x/(y*y*y*y)+0.45*x*x*x*x/(y*y*y*y*y); printf(推程速度=%f 角度=%frT,v,x);x=x+0.174; )加速度计算：#include/#includevoid main() int h=15,i;float x,y,a5b; a=1.57; y=1.57; printf(请输入数据:nn)； scanf(%f/,&x);for(i=0;i=19;i+)b=0.9*x/(a*a*a)-2.7*x*x/(y*y*