机械原理课程设计--自动打印机

1、7 7设计任务书 原动机得选择 传动机构得选择与比较 执行机构得选择与比较程序图参考文献设计任务书1 1）、功能要求及工艺动动作分解错误!总功能要求在产品上打印记号机构系统运动方案得拟定与比较1010机构系统得运动循环图1616机构功能分解图与动作分解图机构得设计2222机构得运动简图26 6必要得计算公式与有关调用子程序27273333错误!工作原理及工艺动作分解自动打印机系统得工作原理图及工艺动作如图(1)(1)所示，该系统 有电机驱动主轴上得执行机构，完成打印任务。1 1首先就是由送料 曲柄滑块机构 1 1 连续旋转运动，带动连杆2旋转，再经滑块 3 3 往复移 动，把工件 6 6 送到

2、指定得位置2 2而此时凸轮8已由远休止运动到近 休止，摆杆 7 7 与凸轮保持接触，并摆动一个角度 ？，从而带动摆杆5也转动？角，到打印工件所需位置3 3紧接着就是打印印头动作完成打印. .(2 )、原始数据与数据要求错误!实现送料，凸轮，打印头等运动机构由一个电动机带动，通过一系列得减速机构，传动机构使该机构具有80r/min80r/min 得打印速度。错误！电动机功率 P=0P=08kw,kw,转速 n n= 98980r r /minmin、电机安放在整个装置得正下位置。oac(ac(0,3,3)根据打印产品得要求：长 100100 15 50mmmm 宽 7 70 -100mm00mm

3、 高 3 305050mm m 因此须在此范围内满足要求设计如前一页 图。错误!并且要求打印设计，满足产品得重量在5- -1ONON 之间错误!曲柄滑块由最左端向右运动过程中遇到如图（1）所示得送 料桶中落下得工件并把它推到指定得打印位置，其中滑块得两极限位 置间距为 89mm.89mm.错误!印头摆角为 4 4,印头工作行程与返回行程分别由凸轮得回程角1=1200=1200 与升程角0= =7OoOo 决疋。（3 3）、运动方案构思提示错误!实现送料机构一夹紧功能得机构可以采用凸轮机构或有一定停歇时间得连杆机构. .当送料，夹紧机构得执行件将产品送到指定 位置, ,执行机构停止不动，维持推紧

4、力，待打印机构执行件打印完之后 被推走. .最终我们经过一系列方案得构思与分析，决定由一对心曲柄 滑块来完成送料与出料。滑块得两极限位置如下图 （2 2 ）, ,极限间距为L L、图（Q ）错误!实现打印功能得机构可以采用平面连杆机构或直动（摆动）凸轮机构。初步设计思路如下图（3 3）、凸轮 1 1 转动带动杆 2 2 从而带动 杆 3 3 摆动，印头 4 4 在摆下就是动作完成打印。错误!实现出料动作得机构由送料机构来完成，当打印完第一个工件时, ,曲柄旋转一周，又送来另一个工件，当第二个工件送到时把第一 个工件推出打印位置沿着出料带送出。错误!动力控制：自动打印机系统得三个执行机构都就是有

5、一台电动机控制，因此实现三个分功能运动得机构必须联动，且其主要动作机构动作协调配合得运动循环图，最后按执行路线连成整机，力求结 构简单，紧凑。初步设计得传动如下图。要协调。所以首先要构思各个执行机构执行顺序,然后勾画出描述各机械能，因此陈伟一次原动机。属于此类原动机有柴油机、汽油机、汽轮机与燃气轮机等. .得各种形状得能量转变为机械能，因此称为二次原动机。属于此类原 动机得有电动机、液压马达、气动马达、汽缸、与液压缸等(2(2 )选择原动机时应考虑得因素错误！必须考虑到现场能源供应情况。在有电源得条件下尽可能选择电力驱动，因为它得成本低，操作控制方便，机械活动范围广,离电源远或无电源时可考虑选

6、择柴油机作为原动机. .当有现成气源时 ( (如铸造车间) )可选用气力驱动( (气动马达与汽缸)。错误！必须考虑到原动机得机械性能与工作制度与工作机相匹配。例如, , 挖掘机在工作中当遇到大阻力（如巨石、古树根根等）时， 为保护整ynTTT7lwjr7T7|电动机177777771二、原动机得选择(1(1)原动机得分类a a、一次原动机此类原动机就是把自然界得能源直接转变为b b、二次原动机此类原动机就是将发电机等变能机所产生个机械装置， 它应能立即停止工作 （ 称之为挖掘特性 ），所选 原动机也必须具有此特性。 又如纺织机械上用得电动机应选用连续工 作制, , 而起重机械上用得电动机应根据

7、该起重机工作得频繁程度选取 相应得工作制度（FC=15FC=15%6060%）。错误!必须考虑工作机对原动机提出得启动、过载、运转平稳性、 调速与控制等方面得要求。 如电力机车要求原动机启动力矩大、调速范围宽 . .错误!必须考虑到环境工作因素 . . 如防爆、防尘、防腐蚀等。例如，对于食品机械必须考虑到不能污染食品以及便于清洗等要求 . . 因 此，在考虑选择汽缸与油缸作为原动机时 , , 应选择汽缸，而油缸得漏 油会污染食品 . .必须考虑工作可靠，操作简便，维修方便。比如再单机集中驱动与多机分别驱动之间， 考虑到操作维修方便往往选择多机分别驱 动为好. .错误!为了提高机械系统得经济效益

8、 , , 必须考虑经济成本：包括初始成本与运转维护成本 . .此外，所选原动机得额定功率必须满足负载需要，但也不宜过大。对电动机来说所选电动机功率过大造成功率因素过低也就是不经 济得. .3 3）电机得选择根据原动机得选择因素以及自动打印机得功能原理要求与设计要求, ,需选择二次原动机运用电动机得转动输出带动机构运转。因电 动机得运转输出功率稳定、易控制、效率高、噪音小 . .初始成本低、 运转费用低、维修及维护方便、功率范围广（0 0、3 31 1000K00KW）,符合 原动机选择考虑因素、 以及自动打印机得功能原理与设计需求。 故选 用 n n电=980r/min=980r/min 三相

9、异步电动机作为此设计系统得原动机。三、传动机构得选择与比较1 1 ）、传动机构得选择原则错误!对小功率传动，应在满足工作性能得需要下。选择结构简 单得传动装置 , , 尽可能降低初始费用。错误!对大功率传动。应优先考虑 , , 传动得效率，节约能源。降低 运转费用与维修费用 . .错误!当执行机构要求变速时。若能与动力机调速比相适应可直 接联接或采用定传动比得传动装置 . . 当执行机构要求变速范围大。用 动力机调速不能满足机械特性与经济性要求时， 则应采用变传动比传 动，除执行机构要求连续变速者外 , , 尽量采用有级变速。错误!执行机构上载荷变化频繁，且可能出现过载，这时应加过 载保护装置

10、。错误!主、从动轴要求同步时，应采用无滑动传动装置。错误!传动装置得选用必须与制造水平相适应。尽可能选用专业 厂生产得标准传动装置 . . 如减速器、变速器与无级变速器等 . .2 2） 、传动机构得选用错误!把原动机输出得速度降低或提高 . .以适应执行机构得需要 . .3错误！用原动机进行调速不经济与不可能时，米用变速传动来满足执行机构经常调速得要求. .错误！把原动机输出得等速回转运动变为执行机构所要求得。其速度按某种规律变化得回转或非回转运动。错误！把原动机输出得转矩变换为执行机构所需多大得转矩或力. .错误！实现有一个或多个动力机驱动若干个速度相同或不相同得执行机构。错误！由于受机体

11、外形、尺寸得限制、或为了安全与操作方便,执行机构不宜与原动机直接联接时，也需要用传动装置来连接. .(3(3)、传动机构得选择根据自动打印机得设计要求，选择齿轮传动。其机构如下图所示。根据齿轮传动要求，设一级减速n减为28280r/r/min,in,二级减速 n n 为8Or/minOr/min 再由两皮带轮分别传给曲柄滑块机构与凸轮机构。3A4 4AA由设计方案，各齿轮得模数 m=4m=4 齿轮1得中经为 8080mm,n9 8 0r/minr/min、i i12=n=n1/n n2=Z1/Z/Z2=20=20/70=2/770=2/7由此得 Z Z2=2=28Or/minOr/min、而

12、Z Z3=2O=2O,乙=70=70,因此i i34=n=n3/n/n4= =Z3/乙= =20/70=2/70/70=2/7所以 n n4= n n3*2 2/ /7=28080 兴 2 2/ /7=80=80r/min/min、经过以上减速后即可得到最终期望转速 n=n=80r/mimin、(4)传动机构得比较由于齿轮传动相对于带轮传动来说, 齿轮机构得结构紧凑, 且能满足设计要求 . .所以在一级、二级传动应用齿轮传动平稳 , , 不会打滑 能够保证传动得速度精度。在减速完成后 , , 应用带轮对传动得精度影 响不就是很大 , ,且能够满足长距离传动 , , 因此在减速后应用带轮传动 简

13、化结构 , , 设计原则要求。四、执行机构得选择与比较每一台机器都就是按照某一需要得设计得 , , 所以它们必须具有满 足需要得功能。这些功能就是通过机械系统中与工作对象相关得构件 得运动表现出来得。这些构件称为执行构件 , , 有时也称为输出构件。在自动打印机得设计中 , , 所采用得执行机构就是凸轮机构。通过传动 机构得带动 , ,自动打印机得压头要有往复运动 . . 因为凸轮机构与其它 机构相比易实现往复运动,而且结构简单 , , 所以宜选择凸轮机构。 在 选择压头与压杆得连接方式时 , , 我们用弹簧与铰链与压头连接，这样 既保证了压头始终竖直向下 , , 而且也保证了机构得最简单，同

14、时弹簧 得使用，可以减少冲击 , , 保护产品与压头不被压坏。在选择产品得出料与固定方式时 , , 我们选择通过产品之间得挤推 来把产品推向斜面，使产品在重力得作用下通过斜面下滑 , , 达到出料 得目得 , , 这样使机构尽量简单化；在斜面与工作台之间用一小段凸起 得圆弧过渡 , , 这个凸起与压头得水平距离保持一定 , , 这样既可阻止产 品由于惯性超过指定位置，起到定位产品得作用，又不会堵塞产品， 从而使产品通过圆弧能光滑顺利地从工作台上滑到斜面上， 从而达到 与出料地连接-o五、机械系统运动方案得拟定与比较1 1、机械系统运动方案得构思与拟定原则1 1)机械系统尽可能简单(2 )尽量缩

15、小机构尺寸3)3) 机械系统应具有良好得人机性能 4 4)机构应具有较好得动力特性2 2、系统运动方案得拟定及工作原理图 1 1 方案一：送料机构如图所示。如图1所示，当压头向上升起得时候，曲柄滑块机构在电机得传动下正向右送料到压头正下方；压 头下降得时候，曲柄滑块机构得活塞向左运动，避免了活塞与压头产 生干涉。为了能适应不同产品得长度，我们设计得时候，在曲柄 GFGF 得G端设计了槽 a,a,只要调节铰链 G G 在槽得固结位置，然后与连杆GH H 铰接， 这样就可以调节 GFGF 与 GHGH 杆得总长, ,从而可以把不同长度得产品 推到压头得正下方位置 , ,即适应了不同长度产品得打印

16、. . 压杆得往复 运动由凸轮得回转运动来实现 , , 如图 1 1 所示。电机通过齿轮机构与带 传动机构带动凸轮回转，从而使得压杆得往复压下与上升得运动 , , 同 时压头随着压杆往复运动. .压杆 C CD与摆杆AC间就是通过铰链固定 得, ,这个固定得位置可以在 CDCD 杆上一定得距离内变化，只要调整CD D 杆与 ACAC 杆得铰接位置，就能保证适应不同高度得盒子得打印，与送 料机构得曲柄滑块机构相似。压头与CD D 杆得连接方式为：在压头与CDCD 间铰接一个弹簧，两个铰链得使用，保证了压头在重力作用下始 终向下，这样在打印产品时，不会把印打偏，而且为了能把打在盒子 上得印打得更明

17、显，我们设计得时候 , , 让压头压下得深度低于盒子顶 部 2mn2mn,这时弹簧受压收缩，起到了缓冲得作用，同时也把印记打 印得更明显。方案二：曲柄滑块机构得原理与方案一得曲柄滑块机构得原理相 似, ,如图 2 2。通过一个可滑动得槽 a a 与铰链在曲柄 GHGH 上得固结位置就 可以调节曲柄 GHGH 与连杆HIHI 得总长度，从而适应不同长度产品得打印. .而压头与压杆 CDCD 固结，压头得往复运动就是通过压杆 CDCD 与凸轮机构 得连接来实现得，如图 2 2。电机得回转运动通过齿轮 L L、K、J与带 传动机构减速，同时使凸轮回转，凸轮回转使凸轮机构得摆杆 ACAC 摆 动，摆杆

18、 ACAC 得摆动通过移动副与转动副得连接使压杆CD在移动副 得约束下做上下往复运动，从而实现压头上下往复打印产品。同时,转动副 C C 在压杆 CDCD 上得固结位置就是可以上下在一定范围内调节得, 只要调节 C C在压杆 CDCD 上得位置， 就能适应不同高度产品得打印， 与 曲柄滑块机构得原理相似. .图3GG方案三：这个机构设计得时候就是按照产品就是在另外一个有传动机构传送到曲柄滑块机构得工作行程范围内。如图3 3、4所示，此 机构负责送料得曲柄滑块机构、负责打印得凸轮机构与负责出料得凸轮机构就是通过电机得分配轴得带传动实现得。当压头上升时，曲柄 滑块机构把从两外一个传动机构传送过来得

19、产品推向压头得正下方 压头得正下方就是一个能容纳产品得方形槽，这个方形得槽起到了定 位得作用，使得产品能在压头正下方固定，从而使打印得时候不会太 偏 槽得底部就是两块可以转动得版 P PN与KJ,KJ,这两快板分别在铰链N与 K K 通过连杆 NLNL与 KGKG 分别与 T T 形杆ML L 与 G GF在 L L与G 处铰接,LL,LL 与 G GG 就是垂直于纸面固结于 L L 点与 G G 点得两根等长平行 杆件，俯视图如图5,这样在槽得正下方就是空得空间。在对称凸轮 H H 回转作用与移动副约束得作用下，做完全对称得左右往 复运动，这样就使得槽得底板PN N 与KJ J 在转动副 P

20、 P 与 J J 得约束下做 开启与闭合得摆动。当凸轮近休得时候，底板 PNPN 与 KJKJ 闭合, ,由于凸轮 得近休, ,使得底板 PNPN 与 KJKJ 闭合一段时间，在这段时间内，工作台上完成把产品送到槽里并完成打印。当打印结束后，底板PNPN 与 K KJ对称得打开，从而使产品能顺利得掉出槽 , , 掉到另外得回收机构，这就 完成了一个循环。此方案中 , , 凸轮机构与压头、压杆得连接以及曲柄 滑块机构得设计与方案一得相同。3 3、运动方案得比较而T形杆I首先，方案一与方案二比较就是压杆与压头得连接方式与压杆与 凸轮机构得连接方式得不同。方案一结构简单 , , 靠压头得重力作用使

21、压头始终竖直向下；而且方案一在压头与压杆之间连接时用了弹簧 这样能保证压头在打印时可以起到缓冲作用， 不至于压头与产品被压 坏，因此机构工作时各个机构承受得冲击载荷较方案二小， 因此传动 特性好。方案一与方案二相比宜选取方案一。其次，方案一与方案三比较。 方案一采用一个浅浅得槽实现定位， 然后靠产品得挤推使产滑动到斜面， 从而产品在自重得作用下， 滑到 下一个机构，从而达到出料得目得 ; ; 而方案三采用得就是一个底板可 以开关得槽 , ,槽起到了定位得作用 ; ; 通过对称凸轮得回转 , ,使得底板开 关, ,这样达到出料得目得。 方案一与方案三相比， 机构简单, , 执行机构 少，这样就易

22、于实现机构得传动，而且方案一得结构简单，可以减少 功率损耗，降低成本，因此宜采用方案一。综上所述，系统机构宜采用方案一为最终方案六、机械系统得运动循环图机械系统得工作方式分为两大类 : : 一类就是机械系统各执行机构 得运动没有周期性，执行构件得运动常因工作条件不同而随时改变。另一类就是机械系统各执行机构得运动就是周期性地重复着 , , 每经过定得时间间隔完成一个运动循环。生产中得大部分机械系统都就是这种有周期性运动循环得机器。机械系统运动循环图就就是用来描述 机械系统各执行构件之间运动协调配合关系得图（通常又称工作循环 图）。该图将各执行构件在一个循环中得运动状态按同一时间（或分 配轴得转角

23、）比例尺，并以某一主要执行构件得运动起点为基准绘制 在一起得总图。机械运动循环图能很清楚地表示各执行机构循环得相 对动作顺序，因此，它就是设计机器时首先要研究与绘制得图纸，也就是以后机器设计、安装、调试得依据。形式绘制方法特点直线式将机械在一个运动循环中个执行构件 运动得起止时间与先 后顺序, ,按比例绘制在直线坐标轴上绘制方法简单，能清楚地表示 出一个运动循环内，各执行构件运 动得相互顺序与时间关系；直观性 差，不能表示各执行构件得运动规 律同心圆式将机械在一个运 动循环中各执行构件 运动得起止时间与先 后顺序，按比例绘制在 圆形坐标上能比较直观地表示各执行构件 得运动在分配轴上所处得相位，

24、便 于各机构得设计、安装与调试；执 行构件太多时，由于同心圆太多瞧 起来不清楚, ,也不能表示各执行构 件得运动规律直用横坐标表示机能清楚表示各种执行构件动作利于指导各执行机构得几何尺寸设如图6所示，当活塞 I I 向右运动得时候，完成送料到压头得下方，凸轮近休，压头压下完成打印. .当活塞向左移动得时候，凸轮远 休, ,压头升起。从而继续下一个循环。机构运动循环图如图 7 7。角坐标械主轴或分配轴转角,得先后顺序，而且能表示出各执行以纵坐标表示各执行构件在个区间得运动规律（为了简构件得角位移或线位明起见，通常用线性运动规律）。有0分配轴30氏LS1 10* e斗 AJ (J111!(T占匚1

25、 11 11!1 111凸 轮远休 8pX己 OCT 折休11 11 1图 7 7了压头得正下方得位置，而此时凸轮并没有达到近休，即还没有开始 打印，而就是延迟 2 20得时间，即当分配轴转到20000得时候，曲 柄滑块已经向左退回，压头开始近休，即开始打印。当分配轴转到300300得时候，凸轮开始升程，压头完成打印开始上升，曲柄滑块 继续向左退回。当分配轴转到 3 360 0得时候，曲柄滑块机构与凸轮 记过回到起始位置。当分配轴继续回转时，凸轮机构与曲柄滑块机构 配合完成下一个循环. .这样就可以连续得打印产品。七、机构得功能分解图与动作分解图1 1、机构得功能分解如图 7 7 所示,分配轴

26、为0时，曲柄滑块位于最左端，凸轮远休;当分配轴转到 8 80时, ,凸轮开始回程，而此时曲柄滑块机构正在送料 当分配轴转到180180得时候，曲柄滑块机构完成送料，把产品送到(1)(1)滑块得功能(2)(2)印头得功能印头得工作行程完成打印功能(如下图)( (3)出料槽得功能靠下一待印工件将已印好工件挤入出料槽送出( (如下图) )2、功能分解图如下3 3、动作分解图动作分解图如下图所示八、机构得设计1 1、送料机构得设计拟用对心曲柄滑块机构与送料筒实现送料功能，同时用待印工件 将已印好工件挤入出料槽。根据设计要求，曲柄滑块有两个极限位置，分别为最左与最右 当滑块滑块运行到右边极限位置时， 完成一次送料，即将工件推至打 印位置等待打印。滑块退回至左边极限位置，准备完成下一次送料,并挤走已打印好得工件，实现出料。由于滑块得高度与长度，限制了 在一次送料时其它待印工件进入送料槽。考虑到工件得最大尺寸为 150150X 1 00 0X5 50, ,最小尺寸为 1OO1OOX5050X3 30,以及整个机构得功能要求，确定机构