機械原理課程設計報告書

1、 機械原理課程設計 設計題目平壓印刷機機構 學 院工學院 專業(yè)年級機制122 宋宏澤 同組王琳王旭侯善蕾 指導教師海蓉 （2014 年 7 月） 中國農業(yè)大學教務處制 本科生課程設計任務書 2013 2014 學年 夏 季學期 工學院機械設計制造及其自動化專業(yè) 課程設計名稱：機械原理課程設計 設計題目：平壓印刷機機構設計 完成期限：自2014 年6月30 日至2014 年7月_9_日 共1.5周 設計依據(jù)、要求及主要容（可另加附頁）： 一、設計參數(shù) 由于是自擬題目，故設計參數(shù)需要根據(jù)背景調查，結合設計考慮，進行自行擬定。 二、設計任務 1、繪制整機工作的運動循環(huán)圖 2、設計減速系統(tǒng) 3、設計執(zhí)

2、行機構 三、要求 1、設計報告正文中必須包含 機構的尺寸設計和參數(shù)設計 必要的圖示說明、解析式推導過程 編制程序的流程框圖 解析式與程序中的符號對照表 源程序清單 打印結果（含量綱的數(shù)表、圖形） 2、設計報告格式要求 word文檔打印設計報告（用語規(guī)，標點符號正確，無錯別字） C語言程序（或其它）進行運動分析與受力分析 excel （或其它）打印數(shù)表與曲線 cad、flash/PPT （或其它）繪制機構運動簡圖 Inven tor （或其它）表現(xiàn)三維效果 選做 3、課程設計報告裝訂順序 統(tǒng)一格式封皮 統(tǒng)一格式任務書 統(tǒng)一格式目錄 統(tǒng)一格式正文 設計總結（心得體會、建議等一一言簡意賅） 統(tǒng)一格式

3、參考文獻 四、參考文獻 參閱機械原理輔助教材中所列參考文獻 五、設計進度建議 第1周： 周一：講課，布置設計題目，課程設計實習 周二：實驗室看模型，查閱資料，繪制運動循環(huán)圖，擬定運動方案，繪制機構運動簡圖 周三周四：方案設計草圖機構設計和分析，推導解析式，編制程序 周五：數(shù)學模型，編制程序，上機調試，設計報告定稿 周六周日：確定參數(shù) 第2周： 周一周二：交設計報告，答辯 指導教師（簽字）： 系主任（簽字）： 批準日期: 年 月曰 課程設計目錄 一、機器簡介 1-1設計機器功能原理及運動分解 1-2設計參數(shù) 1-3設計任務 二、機構工作運行示意圖 三、機構運動循環(huán)圖 繪制機器所有動作的運動循環(huán)圖

4、 四、設計減速系統(tǒng) 4-1計算傳動比 4-2減速器選用 4-3分配各級減速比 4-4設計齒輪傳動 4-5減速系統(tǒng)與油盤機構主動齒輪的傳動設計 4- 6減速系統(tǒng)與印頭油輥機構的傳動設計 五、設計執(zhí)行機構一 5- 1印頭油輥機構 5-2油盤間歇轉動機構 5-3油盤參數(shù)設計 六、設計總結 七、參考文獻 八附錄 一、機器簡介 （一）、設計機器功能簡介及運動分解 平壓印刷機是一種簡易印刷機它的工作原理：將油墨刷在固定的平面鉛字版上， 然后將裝了白紙的平面印頭緊密接觸而完成一次印刷。其工作過程猶如蓋圖章， 平壓印刷機中的“圖章”是不動的，紙貼近時完成印刷。 平壓印刷機需要實現(xiàn)三個動作： （1）裝有白紙的平

5、面印頭往復擺動 （2）油輥在固定鉛字版上上下滾動 （3）油盤轉動使油輥上油墨均勻 （二）、設計參數(shù) （1）實現(xiàn)印頭、油輥、油盤運動的機構由一個電動機帶動，通過傳動系統(tǒng)使其 具 1600-1800 次 /h 印刷能力。 （2）電動機功率 N=0.75kW、轉速n電=910r/min ，電動機可放在機架的左 側或底部。 3）印頭擺角為 700 ，印頭返回行程和工作行程的平均速度之比 K=1.118 4 ）油輥擺動自垂直位置運動到鉛字版下端的擺角為 1100 5 ）油盤直徑為 400mm ，油輥起始位置就在油盤邊緣。 6 ）要求機構的傳動性能良好，結構緊湊，易于制造。 三）、設計任務 1）確定總功能

6、，并進行功能分解。 2）根據(jù)工藝動作要求運動循環(huán)圖。 3）進行印頭、油輥、油盤機構及其相互連接傳動的選型。 4）按照選定的電動機及執(zhí)行機構運動參數(shù)擬定機構運動方案。 5）畫出機構運動方案簡圖。 6）對執(zhí)行機構進行尺寸綜合。 7）對往復擺動執(zhí)行機構進行運動分析，繪制從動件位移、速度、加速度線圖 8）編寫設計說明書。 、機構工作運行示意圖 電功機 減速系綣 油盤轉劫忸枸 三、機構運動循環(huán)圖 機器的各個工藝動作是相互獨立的，它們各自實現(xiàn)自己的子功能。但為了實現(xiàn)機 器的總功能，這些各自獨立的動作又必須相互配合、相互協(xié)調以確保時間和空間 上的同步。用來描述各個執(zhí)行機構之間運動協(xié)調配合關系的圖就是機械的運

7、動循 環(huán)圖。 油盤稱止 170 瀛工作蒔 印頭工怖程 0 260。 四設計減速系統(tǒng) （一）計算傳動比 印頭擺動速度為27-30次/min , 故傳動比為 910 1 = 30 30.3 取帶傳動比i=3.03 ,則齒輪減速器的傳動比為i=10 ,故可選用兩級齒輪減速器 （二）減速器選用 帶傳動優(yōu)點：可用于中心距較大的兩軸間的傳動；有良好的撓性和彈性，能 吸震和緩沖，傳動平穩(wěn)噪聲?。挥羞^載保護功能，當過載時輪圓打滑，防止其他 零件損壞；結構簡單，制作，安裝和維護均較方便。由于帶輪的優(yōu)勢，因此其非 常合適做第一級減速系統(tǒng)。 方案一：帶傳動+圓柱斜齒輪傳動。 因為減速器系統(tǒng)是一級減速，所以其傳動比較

8、大，大小齒輪的尺寸相差很大, 兩齒輪所受的力矩相差很大，齒輪承載能力相差很大。傳動簡圖如右： 方案二：帶傳動+展開式兩級圓柱齒輪減速器。 展開式兩級圓柱齒輪減速器是兩級減速器中最簡單、應用最廣泛的一種。齒 輪相對于軸承的位置不對稱，要求軸有較大的剛度。高速級齒輪布置在遠離轉矩 輸入端，這樣軸在轉矩作用下產生的扭轉變形和軸在彎矩作用下產生的彎曲變形 可部分的抵消，以減緩載荷沿輪齒寬度分布不均勻的現(xiàn)象。 用于載荷比較平穩(wěn)的 場合。傳動簡圖如下： o 萬案一 方案三：帶傳動+同軸式兩級圓柱齒輪減速器。 同軸式兩級圓柱齒輪減速器的徑向尺寸緊湊， 但軸向的尺寸較大。由于中間 軸較長，軸在受載時的饒曲亦較

9、大，因而沿齒寬上的載荷集中現(xiàn)象比較嚴重。 同 時，由于兩級齒輪的中心距必須一致，所以高速級齒輪的承載能力難以充分利用， 而且位于減速器中間部分的軸承潤滑也比較困難。此外，減速器的輸入軸端和輸 出軸端位于同一軸線的兩端，給傳動裝置的總體配置帶來一些限制。 用于載荷比 較平穩(wěn)的場合。傳動簡圖如下： 結論：根據(jù)機器運轉的平穩(wěn)性、機器系統(tǒng)空間大小及減速器易于潤滑等要求， 結合三個傳動方案的優(yōu)點及局限性，最終決定采用方案二。 （三）分配各級減速比 方案二中分配我們所采用的減速系統(tǒng)的減速比： 帶傳動ii=3.03 : 1 ;減速器中一級減速i2=5:2，減速器中二級減速i3=4. 【其中，二級減速中為了齒

10、輪結構緊湊，設計變位齒輪，采用零傳動。即Xi+X2=0： 綜上取X= 0.6。取Z3 =17，Z4=68，小齒輪采用正變位X3 =0.6，大齒輪采 用負變位X4=0.6。 得：Xmin =(17-X)/17； Xminl =0 ； Xmin2 = - 3 ； 由 Xmin =ha* Z/2得：Xmin =（17-X）/17 ； Xmin1 實際設計中指定的X大于不發(fā)生根切的最小變位系數(shù)，符合要求?！?（四）設計齒輪傳動 1.減速系統(tǒng)中一級減速齒輪計算 一級i1=2.5 ;取模數(shù)m=4，考慮到傳動力的平穩(wěn)，令 Z2=18 ,Z 2=45. 齒輪 小齒輪 大齒輪 齒頂咼ha 4 4 齒根高hf 5

11、 5 全齒高h 9 分度圓直徑d 72 180 基圓直徑db 67.6579 169.1447 節(jié)圓直徑d 72 180 齒頂圓直徑da 80 188 齒根圓直徑df 62 170 標準中心距a 126 2.減速系統(tǒng)中二級減速齒輪計算 二級i2=2.5 ;取模數(shù)m=4，考慮到傳動力的平穩(wěn)，令 Z2=17 ,Z2=68 , X= 土 0.6. 齒輪 小齒輪 大齒輪 齒頂咼ha 6.2.6 1.6 齒根高hf 5 7.4 全齒高h 9 分度圓直徑d 68 272 基圓直徑db 63.8991 255.5964 節(jié)圓直徑d 68 272 齒頂圓直徑da 80.8 275.2 齒根圓直徑df 62.8

12、 257.2 標準中心距a 170 （五）減速系統(tǒng)與油盤機構主動齒輪的傳動設計 系統(tǒng)轉速相同，即n=30r/min 。 采用帶傳動，傳動比i=1：1 （六）減速系統(tǒng)與印頭油輥機構的傳動設計 取印頭油輥機構的轉速與減速系統(tǒng)相同，n=30r/mi n。同樣采用帶傳動，傳動 比 i=1:1 校核嚙合性能： 由 da、db 得寸口 】=31.25 , 竝=37.74 代入公式 口1：/入=1/2 n （ta門加七n ）+“2（tan”-tan 口） 得：重合度為3.631,所以能連續(xù)傳動。 又，乙+Z2=50=（2Z min=2*ha/ “=34）,所以不會發(fā)生根切現(xiàn)象。 校核齒厚 齒厚s0.25m，

13、所以符合要求 四.執(zhí)行機構選型 （一）平壓印刷機：幾個主要動作必須協(xié)調；另外由于只給出一個動力源，因 此實現(xiàn)這些動作的機構必須聯(lián)動。其次，這幾個動作中，印頭運動需具有急回特 性；油輥可看作是實現(xiàn)兩個位置的運動（油輥擺桿 01E的伸縮運動也是由一機 構控制的），要求給鉛字刷墨時油輥的運動軌跡近似為直線，而油盤是實現(xiàn)間歇 運動。完成這些運動的機構以及將它們連成整機，均應力求結構簡單、緊湊。對 于平面印刷機可參考下表進行主要機構的選型: E卩 曲柄餅機構 齣從蒯牛凸輪機 頭 構 油 曲柄播桿機構 構 長機構 油 棘輪 撥稈 不完全齒 盤 機構 （一）印頭油輥機構 按給定的條件，選出如下圖所示的三種方

14、案作為評選方案 方案1 方案1中，印頭機構采用了一個擺動從動件凸輪機構，同時通過一個連桿來帶 動油輥機構的轉動，從而完成要求的執(zhí)行動作。 印頭機構采用擺動從動件凸輪機構的設計方案。這樣就會使得機構具有急回特 性，并在印刷的極位有了一定的短暫停歇 方案1的最終設計簡圖 方案2中,印頭和油輥機構我們采用了 2個曲柄搖桿機構來實現(xiàn)平壓印刷機的功 能0 方案2 油輥機架位置的確定 A、B、C三點位置確定01位置，且01在油盤邊緣的豎直線上 印頭的設計 平壓印刷機的行程速比系數(shù) K=1 . 118。印頭擺角為70 。 極位夾角 P=180 X (K-1) / (K+1)=180 X 0 . 118 -

15、2 . 118 10 方案2設計具有機構簡單，易于制造等優(yōu)點，其不好的地方在于機構的整體運 轉速度不是很平穩(wěn)，所以油盤刷油墨會不均勻，。同時，這樣的另一個缺點就是 因頭、油輥的運轉需要分別控制，傳動性能差。不予采納。 方案3中，印頭和油輥機構我們采用了 2個搖桿機構來實現(xiàn)平壓印刷機的執(zhí)行 動作。通過滑塊的滑動帶動搖桿機構的轉動， 滑塊又通過一個曲柄滑塊機構來驅 動。 方案3的設計簡圖如下 經過分析，方案3具有傳動平穩(wěn)的特點，同時,以上機構比較簡單，有利于生產和制 造。此設計還有使用壽命長，尺寸小，重量輕便等優(yōu)點。 所以，本組決定采用方案3的設計。 （一）油盤間歇轉動機構 方案一：槽輪+錐齒輪+

16、圓柱齒輪+油盤 通過電動機減速后傳遞給槽輪機構的主動件， 槽輪機構選用一定規(guī)格使其完成設 計的運動，通過錐齒輪改變軸向，用圓柱齒輪嚙合傳動使油盤轉動一周。 槽輪一般用于轉速不高的機構中，可完成間歇運動，結構簡單，制造容易，能準 確控制轉交，機械效率高。缺點是動程不可調節(jié)，轉角不可太小，且槽輪在啟動 和靜止時加速度變化大，有沖擊，不宜用于高速。 方案二：不完全齒輪+錐齒輪+圓柱齒輪+油盤 通過不完全齒輪完成間歇運動，通過錐齒輪改變軸向，用圓柱齒輪嚙合傳動使油 盤轉動一周。 優(yōu)點是射界靈活，從動輪的運動角圍大，很容易實現(xiàn)一個周期中的多次動停時間 不等的間歇運動。 缺點是加工復雜，在進入和退出嚙合時

17、速度有突變， 不宜用于高速傳動，主從動 輪不能互換 諭盤 1 1 1 、 1 . 不完40 一 / 、 X 方案三：圓柱凸輪+圓柱齒輪+油盤 通過圓柱凸輪完成間歇運動，從動件同軸連有圓柱齒輪，用圓柱齒輪嚙合傳動使 油盤轉動一周。 優(yōu)點是結構簡單，運轉可靠，轉位精確，無需專門的定位裝置，易實現(xiàn)工作對動 程和動停比的要求，可用于高速運轉機構。 缺點是精度要求較高，加工復雜，安裝調整比較困難。 經過綜合分析，油盤機構為低速機構，工作環(huán)境穩(wěn)定，可采用方案一：槽輪+錐 齒輪+圓柱齒輪+油盤。 二、參數(shù)設計 (一)槽輪設計： (1)關于油盤工作時間的計算： 油輥處于豎直位置時，也是運動的最右端，油輥與油盤

18、的右邊緣相接，油盤直徑 為45.7cm ，油盤與油輥的夾角為63。，油輥的長度為56cm 當油輥運動到油盤的最左端時，設油盤截油輥的長度為X，油輥轉過的角度為 根據(jù)余弦定理，X2=45.7 2+562-2*45.7*56*cos63X=52 ( cm ) Cos 9= (562+X2-45.7 2) / (2*56*X ) =52.1 又由于油輥的擺角為110。，油輥在退回過程中沾墨，此過程中分配軸往逆時 鐘方向轉過190 ，所以在油輥沾墨的這一段時間分配軸轉過的角度= (52.1/110 ) *190=90。所以，油盤工作時間/油盤靜止時間=90/ (360-90 ) =1/3 (2 )槽輪

19、運動系數(shù)比 t90/360=1/4 (3 )其他參數(shù): K=1t= (Z-2 ) /2ZZ=4 中心距L=130mm 從動輪運動角2 B=360/Z=90 主動輪運動角2 a=180-2 p=90 主動曲柄長度R=Lsin B=91.9mm 滾子半徑 r=R/6=15.32mm 15mm 鎖止弧半徑 Rh R-r-h=91.25-15-(0.6 ) *15 65mm (二)錐齒輪設計： 直齒圓錐齒輪基本參數(shù)： m=5 , ha*=1 , c*=0.25 , zi=Z2=38 齒輪 齒輪一 齒輪二 分度圓錐角 8=45 齒頂咼 ha=5 齒根高 h f=6.25 分度圓直徑 d=190 齒頂圓直

20、徑 da=200 齒根圓直徑 d f=180 錐距 R=134 齒頂角 0 a =2.1 齒根角 Bf=2.7 分度圓齒厚 s=8.0 頂隙 c=1.25 當量齒數(shù) Zv=7 頂錐角 Sa=47.1 （收縮）3 a=47.7（等） 根錐角 =42.3 齒寬 b=45 （三）圓柱齒輪設計： 直齒圓柱齒輪基本參數(shù)： m=1 , a =20 , ha*=1 , c*=0.25 Zi=20 ,Z 2=80 齒輪 小齒輪 大齒輪 分度圓直徑 d1=20 d 2=80 齒頂咼 ha=1 齒根高 hf=1.25 全齒高 h=2.25 齒頂圓直徑 dal =21 da2=81 齒根圓直徑 dfi=17.5 d

21、f2=78.5 基圓直徑 d bi =18.8 db2=75.18 齒距 p= n 齒厚 s= n/2 槽寬 e= n/2 中心距 a=50 頂隙 c=0.25 基圓齒距 Pn=Pb= ncos20=0.35 法向齒距 七.設計總結 這次課程設計，由于理論知識的不足，再加上平時沒有什么設計經驗， 一開 始的時候有些手忙腳亂，不知從何入手。 現(xiàn)在想想其實課程設計當中的每一天都是很累的，其實正向老師說得一樣， 機械設計的課程設計沒有那么簡單， 你想copy或者你想自己胡亂蒙兩個數(shù)據(jù)上 去來騙騙老師都不行，因為你的每一個數(shù)據(jù)都要從機械設計書上或者機械設計手 冊上找到出處。雖然種種困難我都已經克服，但

22、是還是難免我有些疏忽和遺漏的 地方。完美總是可望而不可求的，不在同一個地方跌倒兩次才是最重要的。抱著 這個心理我一步步走了過來，最終完成了我的任務。 這次實踐的過程中學到了一些除技能以外的其他東西，領略到了別人在處理 專業(yè)技能問題時顯示出的優(yōu)秀品質 , 更深切的體會到人與人之間的那種相互協(xié)調 合作的機制 ,最重要的還是自己對一些問題的看法產生了良性的變化 . 在社會這 樣一個大群體里面 , 溝通自然是為人處世的基本 , 如何協(xié)調彼此的關系值得我們 去深思和體會 . 在實習設計當中依靠與被依靠對我的觸及很大 ,有些人很有責任 感 ,把這樣一種事情當成是自己的重要任務 ,并為之付出了很大的努力 ,不斷的思 考自己所遇到的問題.而有些人則不以為然，總覺得自己的弱勢.其實在生活中 這樣的事情也是很多的