自動打印機機構(gòu)設(shè)計

1、課 程 設(shè) 計 說明課程名稱：自動打印機機構(gòu)設(shè)計學 校：專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化姓 名：學 號：年 級：任課教師：日 期：摘要機械原理課程設(shè)計是機械原理課程的一個重要實踐性教學環(huán)節(jié)同時又是機械類專業(yè)人才培養(yǎng)計劃中的一個相對獨立的設(shè)計實踐，在培養(yǎng)學生的機械綜合設(shè)計能力及創(chuàng)新意識與能力方面起到十分重要的作用。通過此次課程設(shè)計，可使學生將課本理論知識運用于實踐，從而更全面、系統(tǒng)的鞏固和加深對機械原理課程的基本原理和方法的掌握。同時學會確定機構(gòu)的運動方案，培養(yǎng)學生的機械設(shè)計能力，以及開發(fā)創(chuàng)新能力。，從幾何的觀點來研究機構(gòu)各點的軌跡、位移、速度和加速度的求法 ， 以及按已知條件來設(shè)計新的機構(gòu)的方

2、法。明確課程設(shè)計目的、步驟，根據(jù)自己的設(shè) 計題目對設(shè)計內(nèi)容進行分析，確定輸入，輸出構(gòu)件的運動型式。關(guān)鍵字：機構(gòu)運動分析機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 曲柄滑塊凸輪輪廓設(shè)計目錄1 .課程設(shè)計任務(wù)書 42 .原動機的選擇 73 .機構(gòu)方案分析與優(yōu)化比較 83.1 送料機構(gòu)方案 83.2 夾緊機構(gòu)方案 103.3 打印機構(gòu)方案 123.4 輸出機構(gòu)方案 164 . 最終選擇方案 184.1 機構(gòu)的選擇 184.2 傳動的選擇 195 .機械系統(tǒng)的運動循環(huán) 225.1 運動循環(huán)表 225.2 運動循環(huán)圖 227 .傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)的運動尺寸設(shè)計 237.1 送料機構(gòu)的參數(shù) 237.2 夾緊機構(gòu)的參數(shù) 237.3 打印

3、機構(gòu)的參數(shù) 237.4 輸出機構(gòu)的參數(shù) 247.5 齒輪機構(gòu)的參數(shù) 258 .設(shè)計總結(jié) 26一、課程設(shè)計任務(wù)書題號10自動打印機設(shè)計1、功能要求及工藝動作分解提示1）總功能要求在產(chǎn)品上打印記號。它的主要動作有三個：送料到達打印工位夾緊，然后打印 記號，最后將產(chǎn)品輸出。2）工作原理及工藝動作分解提示自動打印機系統(tǒng)的工作原理及工藝動作如圖（1）所示，該系統(tǒng)由電機驅(qū)動主軸 上的三個執(zhí)行機構(gòu)，完成送料、夾緊和打印、輸出的任務(wù)。其系統(tǒng)功能如下：自動打印機系統(tǒng)統(tǒng)2、原始數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)要求150mm 寬 70100mm 高 301）待打印產(chǎn)品尺寸：長 10050mm;2）產(chǎn)品重量：約 510N;3）自動打印機的

4、生產(chǎn)率：80 次 /min ；4）要求機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單緊湊、運動靈活可靠、易于制造加工。3 運動方案構(gòu)思提示1）實現(xiàn)送料夾緊功能的機構(gòu)可以采用凸輪機構(gòu)或有一定停歇時間的連桿機構(gòu)。當送料、夾緊機構(gòu)的執(zhí)行構(gòu)件將產(chǎn)品推至指定位置，執(zhí)行構(gòu)件停止不動，維持推緊力 （ 前有擋塊擠壓） ，待打印機構(gòu)執(zhí)行件打完印記后，被推走。1.1 實現(xiàn)打印功能的機構(gòu)可以采用平面連桿機構(gòu)或直動（ 擺動 ） 凸輪機構(gòu)。1.2 實現(xiàn)輸出功能的機構(gòu)可以采用與送料、夾緊機構(gòu)相類似的機構(gòu)。為簡化結(jié)構(gòu)，可考慮固定定位擋塊，而將輸出運動與送料運動的方向互相垂直。1.3 自動打印機系統(tǒng)采用一個電機驅(qū)動主軸控制三個機構(gòu)的執(zhí)行構(gòu)件完成各自的功能運

5、動，如何將三個執(zhí)行機構(gòu)的主動件均固定在主軸上而達到設(shè)計要求是需要認真考慮。自動打印機系統(tǒng)的三個執(zhí)行機構(gòu)都是有一臺電動機控制，因此實現(xiàn)三個分功能運動的機構(gòu)必須聯(lián)動，且其主要動作要協(xié)調(diào)。所以首先要構(gòu)思各個執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行順序，然后勾畫出描述各機構(gòu)動作協(xié)調(diào)配合的運動循環(huán)圖，最后按執(zhí)行路線連成整機，力求結(jié)構(gòu)簡單，緊湊。4、建議完成的設(shè)計工作量 1）本題設(shè)計的時間為一周2）根據(jù)功能要求，確定工作原理和繪制系統(tǒng)功能圖。3）按工藝動作要求擬定運動循環(huán)圖；4）構(gòu)思系統(tǒng)運動方案（ 至少兩個以上） ，進行方案評價，選出較優(yōu)方案。5）對傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)進行運動選型及尺寸設(shè)計。6）繪制系統(tǒng)機械運動方案簡圖。7）編寫設(shè)計

6、說明書。二、 原動機的選擇原動機是機械系統(tǒng)中的舉動部分，它為系統(tǒng)提供能量獲驅(qū)動，并將能量轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)所需要的運動形式。如：轉(zhuǎn)動、往復(fù)移動、往復(fù)擺動，是機械系統(tǒng)中不可或缺的一部分，而機械系統(tǒng)仿真方案設(shè)計中必須根據(jù)系統(tǒng)的特點，考慮和合適的原動機。對于自動打印機來說，選擇的電動機的額定功率必須滿足負載要求，而且必須可以保保證在啟動時可以順利地運行，所以選擇轉(zhuǎn)速960r/min 的電動機比較合適，證運行的穩(wěn)定性?？紤]到現(xiàn)場能源供應(yīng)情況，它常常工作在有電源的條件下，這樣我們就會選擇電力驅(qū)動，因為它的成本低，操作控制方便，機械好的范圍廣，另一方面考慮到原動機的機械特性和工作制度與工作機相匹配，根據(jù)打印機工作

7、的頻繁程度選取相應(yīng)的工作制度。在此打印機工作中還需對原動機的啟動，過載，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性，掉速和控制等方面提出要求，需要保證打印機的印頭和夾緊機構(gòu)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)不然會使打印的記號模糊不清。由于在此機械運動中執(zhí)行構(gòu)件要求的效率不是很大，所以經(jīng)過多方面的考慮我選了 960轉(zhuǎn)/min的電動機。型號為 Y2-132S-6。型號功率/kw電流/A轉(zhuǎn)速/(r/min)效率/%功率因數(shù)/(cos/)Y2-132S-637.496081.00.76堵轉(zhuǎn)電流/實際電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩6.52.12.1比較為了實現(xiàn)自動打印功能，可將功能分解為如下的功能：送料功能、夾緊功能、 打印功能、輸出功能。每個功能提

8、出兩個以上的方案，并分析各個方案的功能和工 作原理及各優(yōu)點與缺點并從中選出最油的方案。3.1 送料機構(gòu)方案1機構(gòu)見圖如下：滑塊1通過滑槽帶動推桿2結(jié)構(gòu)和工作原理：該機構(gòu)為可調(diào)行程的繞線機構(gòu)，左右移動。通過桿4可以調(diào)節(jié)桿2的推程。優(yōu)點： 可根據(jù)不同工件的尺寸來調(diào)節(jié)推桿的行程，使工件準確的送到打印機構(gòu)正下方，而且行程調(diào)節(jié)也方便。此外，承載能力較強，運動速度高，提高了工作效率。缺點 ：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大，使制造誤差加大。傳動路線比較長，易產(chǎn)生較大的誤差積累，而且可靠性一般3.2 送料機構(gòu)方案2機構(gòu)見圖如下：結(jié)構(gòu)和工作原理：采用凸輪推桿機構(gòu)將工件推至指定位置。當壓頭向上升起的時候，凸輪在電機的傳動下

9、在推程時將推桿和滑塊向右送料到壓頭正下方；在遠休角時推桿靜止不動，使印頭有足夠的時間打?。粔侯^上升時，推桿回程，滑塊向左運動，避免了滑塊與印頭產(chǎn)生干涉；當推桿處于近休角時，推桿靜止不動，使工件可以有時間順利落下。優(yōu)點： 凸輪機構(gòu)可以有效的避免剛性沖擊，延長構(gòu)建的工作壽命。凸輪在其近休止和遠休止時有一定的間歇時間，從而保證打印的時候工件處于靜止狀態(tài)；其次在設(shè)計使，使其推程運動角大于回程運動角，這樣就回產(chǎn)生急回的運動特性，從而達到提高生產(chǎn)效率的作用。無需采用其他的定位裝置，就可獲得高的定位精度。且機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)約使用空間。缺點： 此機構(gòu)不夠平穩(wěn)，打印時不易隊中。而且凸輪的輪廓線比較難設(shè)計，制造難

10、度過大又易磨損所以為保證一定的耐磨性就需要高強度的合金，也就 增加了成本。3.3 送料機構(gòu)方案3機構(gòu)見圖如下：結(jié)構(gòu)和工作原理：采用曲柄滑塊機構(gòu)，當壓頭向上升起的時候，曲柄在電機的帶動下通過連桿將滑塊向右送料到壓頭正下方；壓頭下降的時候，曲柄滑塊機構(gòu)的滑塊向左運動，避免了滑塊與壓頭產(chǎn)生干涉。優(yōu)點： 此連桿機構(gòu)具有急回運動，從而提高了生產(chǎn)效率。其運動副是低副為面接觸，壓力較小，承載能力較大，潤滑好，磨損小，加工制造容易，且連桿機構(gòu)中的低副一般是幾何封閉，對保證工作的可靠有利。凸輪的使用容易實現(xiàn)預(yù)期的運動規(guī)律。機構(gòu)簡單，定位準確，便于制造，節(jié)約成本。缺點： 不能實現(xiàn)間歇運動，傳動力度不夠大，機構(gòu)不夠

11、靈活。而且連桿機構(gòu)的運動必須經(jīng)過中間構(gòu)件進行傳遞，因而傳動路線較長，易產(chǎn)生較大的誤差積累，同時也使效率降低。3.4 夾緊機構(gòu)方案1機構(gòu)見圖如下：結(jié)構(gòu)和工作原理：此夾緊機構(gòu)是通過在旋轉(zhuǎn)臺上加擋板來固定工件，擋板按工件的尺寸大小來設(shè)計。由槽輪機構(gòu)來帶動旋轉(zhuǎn)臺，當旋轉(zhuǎn)臺高速運轉(zhuǎn)時，產(chǎn)品不被甩出。優(yōu)點： 利用槽輪機構(gòu)的間歇運動來驅(qū)動旋轉(zhuǎn)臺，使旋轉(zhuǎn)臺可以準確的定位接收送料機構(gòu)推來的工件。旋轉(zhuǎn)臺上設(shè)有四個擋板，當一個擋板裝一個工件進行打印時，槽輪旋轉(zhuǎn)90 度可以繼續(xù)接收第二個工件，提高了工作效率。而且 機構(gòu)簡單，加工難度也相對較小。缺點： 利用旋轉(zhuǎn)臺加大了機構(gòu)的重量，而且利用槽輪機構(gòu)來驅(qū)動對裝配、調(diào)整要求

12、嚴格。3.5 夾緊機構(gòu)方案2機構(gòu)見圖如下：結(jié)構(gòu)和工作原理：當凸輪在推程時，將推桿往下壓，迫使桿3 和桿 4 張開；在遠休角時有間歇運動，工件靜止，使壓頭有時間進行打印。當回程的時候，彈簧將推桿2 往上彈，使桿3 和桿 4 收縮加緊工件。當其在近休角的時，由于間歇運動，課使下一個工件有足夠時間到達壓頭下方。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)較為緊湊，承載能力較強，而且可以實現(xiàn)間歇運動。缺點：結(jié)構(gòu)相對加緊機構(gòu)方案1 較為復(fù)雜，可靠性和耐磨性較差，而且加工難度加大，使制造的誤差也增大。3.6 打印機構(gòu)方案1機構(gòu)見圖如下：結(jié)構(gòu)和工作原理：采用曲柄滑桿機構(gòu)將印頭打在工件上，實現(xiàn)打印功能。優(yōu)點 ：連桿機構(gòu)為低副。其運動副元素為面

13、接觸，壓力較小，承載能力較大，潤滑好，磨損小，加工制造容易，且連桿機構(gòu)中的低副一般是幾何封閉，對保證工作的可靠有利。凸輪的使用容易實現(xiàn)預(yù)期的運動規(guī)律。機構(gòu)簡單，定 位準確，便于制造，節(jié)約成本。缺點： 不能實現(xiàn)間歇運動，傳動力度不夠大，機構(gòu)不夠靈活。在連桿機構(gòu)運動中，連桿所產(chǎn)生的慣性力難以用一般方法消除，因而此機構(gòu)不宜用于高速運動。配合要求相對較高，并且各桿的長度及擺放位置比較難確定。而且各桿尺寸要求高，所以很難實現(xiàn)生產(chǎn)。3.7 打印機構(gòu)方案2機構(gòu)見圖如下：結(jié)構(gòu)和工作原理：此機構(gòu)由凸輪，推桿和彈簧組成。當凸輪在遠休止時，將彈簧壓縮來實現(xiàn)打印。當凸輪回程時，彈簧將推桿彈上去，在進休角時等待送料過來

14、，然后繼續(xù)進行打印下一個工件。優(yōu)點：有一定得間歇運動，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，占的空間比較少。而且承載能力強，傳動速率大而平穩(wěn)。缺點：凸輪設(shè)計難度較大， 配合要求高，并且對送料裝置的擺放與類型的選擇造成一定的麻煩，很難實現(xiàn)批量的生產(chǎn)。3.8 打印機構(gòu)方案3機構(gòu)見圖如下：結(jié)構(gòu)和工作原理：凸輪 1 轉(zhuǎn)動，通過滑塊3 來帶動桿2 擺動，從而使桿4 和印頭上下運動以達到?jīng)_壓的目的優(yōu)點：具有急回運動，可提高生產(chǎn)效率。缺點：運動的不夠平穩(wěn)，而且凸輪結(jié)構(gòu)設(shè)計較為復(fù)雜，制造難度過大，又容易磨損，質(zhì)量也大。3.9 打印機構(gòu)方案4機構(gòu)見圖如下結(jié)構(gòu)和工作原理：此機構(gòu)為復(fù)合機構(gòu)，在凸輪5 上開有凹槽，擺桿4 上的滾子 6 嵌在

15、奧凹槽中，當桿1 轉(zhuǎn)動，在桿2 和桿 3 的帶動下擺桿4 上下擺動，最后使 8 實現(xiàn)沖壓運動。優(yōu)點： 連桿機構(gòu)為低副，其運動副元素為面接觸，壓力較小，承載能力較大，潤滑好，磨損小，加工制造容易，且連桿機構(gòu)中的低副一般是幾何封閉，對保證工作的可靠有利。而結(jié)合凸輪的使用容易實現(xiàn)預(yù)期的運動規(guī)律。缺點： 此機構(gòu)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，而且運動必須經(jīng)過中間構(gòu)件進行傳遞，故傳動路線較長，易產(chǎn)生較大的誤差積累，同時也使工作效率降低。此外連桿須較高的運動精度以及凸輪的輪廓需要嚴格制作才會達到預(yù)期要求。而且改機構(gòu)所需的空間較大，造成經(jīng)濟上的浪費。3.10 輸出機構(gòu)方案1機構(gòu)見圖如下：結(jié)構(gòu)和工作原理：當凸輪在回程時，推桿回

16、收，將工件推出工作臺。在推程時，其恢復(fù)到上圖位置并且在遠休角時有間歇運動，使下一個工件有時間到達推桿下方。優(yōu)點： 只要適當設(shè)計出凸輪輪廓曲線以及推桿尺寸及位置，就可使從動盤獲得所預(yù)期運動規(guī)律。其動載荷小，無剛性和柔性沖擊。無需采用其他的定位裝置，就可獲得高的定位精度。且機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)約使用空間。缺點： 該機構(gòu)穩(wěn)定性較差，調(diào)整也不方便，而且運轉(zhuǎn)速度和傳動速度較低。3.11 輸出機構(gòu)方案2機構(gòu)見圖如下：結(jié)構(gòu)和工作原理：此機構(gòu)由齒輪和齒條組成，齒條往右運動而帶動桿件往右運動并推走工件。優(yōu)點：機構(gòu)簡單，占的空間小。缺點：運動速度較低，使得生產(chǎn)效率降低。四、 最終選擇方案4.1 機構(gòu)選擇選用理由：1

17、）齒輪傳動機構(gòu)較為穩(wěn)定，傳動比穩(wěn)定。2）送料處用偏置曲柄滑塊機構(gòu)有急回特性，且能保證送料行程的距離。3） 夾緊機構(gòu)直接用旋轉(zhuǎn)臺上的夾板，而且用槽輪間隙機構(gòu)來控制旋轉(zhuǎn)臺，其間歇運動可實現(xiàn)我們預(yù)期的目的。（槽輪間歇機構(gòu)如下圖）4）打印處印章升程較小，根據(jù)杠桿原理采用凸輪機構(gòu)連接桿組較為合適。5）用凸輪機構(gòu)連接推桿，實現(xiàn)輸出物料，節(jié)省空間，簡化機構(gòu)。6）整個機構(gòu)簡單成本較低且易于裝配。附圖：槽輪間歇機構(gòu)4.2 傳動的選擇機械傳動機構(gòu)，可以將動力所提供的運動的方式、方向或速度加以改變等作用的中間裝置。傳動機構(gòu)常見的有齒輪傳動機構(gòu)，摩擦傳動機構(gòu)，帶傳動機構(gòu)、鏈傳動機構(gòu)等，他們的特點如下：（ 1 ）齒輪傳

18、動：齒輪傳動機構(gòu)是在各種機構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛的一種傳動機構(gòu)。它依靠輪齒齒廓直接接觸來傳遞空間任意兩軸建的運動和動力，并具有傳遞功率范圍大、傳動效率高、傳動比準確、使用壽命長、工作可靠等優(yōu)點；但也存在對制造和安裝精度要求高以及成本較高登缺點。（ 2）帶傳動：這種傳動機構(gòu)是靠帶擁護帶輪之間的摩擦力來傳動的，它的主要優(yōu)點是可以緩和載荷沖擊、運行平穩(wěn)無噪聲、制造和安裝精度不像嚙合傳動那樣嚴格，過載時引起打滑，防止其他零件損壞、增加帶長以適應(yīng)中心距較大的工作條件。缺點是有彈性滑動和打滑，失使效率降低和不能保持準確的傳動比，傳遞同樣大的圓周力時，輪廓尺寸和軸上壓力都比嚙合傳動大，帶的壽命較短。（ 3） 摩擦

19、傳動：摩擦傳動的主要功能是通過兩構(gòu)件之間的摩擦來傳遞運動和動力。其主要優(yōu)點：摩擦輪輪面沒有輪齒，制造簡單，而且工作時不會發(fā)生類似齒輪節(jié)距誤差所引起的周期性沖擊，因而運動平穩(wěn)，噪聲小，過載時發(fā)生打滑，故能防止機器中重要零件的損壞，而且能無級地改變傳動比等。主要缺點：效率較低，當傳遞同樣大的功率時，輪廓尺寸和作用在軸與軸承上的載荷都比齒輪傳動大，不能傳遞很大的功率，同時必須采用壓緊裝置做輔助且不能保持準確的傳動比，干摩擦時磨損大、壽命短等。（ 4）鏈傳動：鏈傳動是通過鏈條將具有特殊齒形的主動鏈輪的運動和動力傳遞到具有特殊齒形的從動鏈輪的一種傳動方式。其優(yōu)點 : 和齒輪傳動比較, 它可以在兩軸中心相

20、距較遠的情況下傳遞運動和動力; 能在低速、重載和高溫條件下及灰土飛揚的不良環(huán)境中工作; 和帶傳動比較, 它能保證準確的平均傳動比 , 傳遞功率較大, 且作用在軸和軸承上的力較小; 傳遞效率較高, 一般可達0.950.97。缺點：僅能用于兩平行軸間的傳動；成本高，易磨損，易伸長， 傳動平穩(wěn)性差；鏈條的鉸鏈磨損后, 使得節(jié)距變大造成脫落現(xiàn)象; 安裝和維修要求較高，工作時有噪聲；存在沖擊、振動；鏈輪材料一般是結(jié)構(gòu)鋼等.選擇原因：1）此機構(gòu)為打印機，需要進行空間傳遞離，而且打印機作為辦公室工具需要噪聲小，所以不宜使用鏈傳動(2)摩榛傳動精確度低，且傳遞不穩(wěn)定，故不用此傳動(3)送料一一夾緊一一打印一一

21、輸出，各原動件存在一定的距離，用齒輪帶傳動，可以保證傳遞運動的精確性，而且可以滿足各原動件之間的定位要求。(4)選擇齒輪作為減速元件，理由是傳動準確，平衡，穩(wěn)定，機械效率高。(5)因為電機轉(zhuǎn)速是 960r/min ,生產(chǎn)率是80個/ min ,所以傳動比是12: 1五、機械系統(tǒng)的運動循環(huán)5.1 運動循環(huán)表送料向右退回夾緊定位旋轉(zhuǎn)打印向下 停向上停輸出停推出停5.2 運動循環(huán)圖在同一時間段，工作旋轉(zhuǎn)臺與打印機構(gòu)的同步化循環(huán)圖如下圖所示(工作轉(zhuǎn)臺與間歇機構(gòu)的從動盤同軸轉(zhuǎn)動)打印機構(gòu)打印一次，凸輪轉(zhuǎn)動一周，槽輪間歇機構(gòu)要轉(zhuǎn)四分之一周。六、傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)的運動尺寸設(shè)計6.1 送料機構(gòu)：曲柄滑塊尺寸

22、確定：在本機構(gòu)中設(shè)置滑塊長為180mm行程速比系數(shù)定位K=2,最小傳動角為20° ,滑塊的沖程 H為275 mm 偏距e=50mm解：極位夾角 9 =180° ( K- 1)/( K+ 1 ) =60°cos 丫 =(L1+e)/L2cos 8 = (L1+L2) 2+(L2-L1) 2-H2/ 2(L1+L2) (L2-L1)解得： L1=120 mm L2=180 mm6.2 夾緊機構(gòu)的參數(shù)旋轉(zhuǎn)臺直徑400 mm擋板長150 mm,寬100 mm,高20。旋轉(zhuǎn)臺上有四個夾緊機構(gòu)，每個機構(gòu)間隔90°。旋轉(zhuǎn)臺上的拔輪由槽輪來控制，拔輪與槽輪的中心距L為200 mm槽輪的槽數(shù)為Z二4。R=L*sin(冗 /Z)=140 mm S= L*cos( 冗 /Z)= 140 mm。6.3 打印機構(gòu)的參數(shù),基圓半徑為120°，回程角為140°，近休角為60°，遠休角為4050 mm偏距為10 mm滾子半徑5 mm印頭與工件距離 50 mm推中f長150 mm彈 簧原