自动打印机设计机械制造毕业设计.docx
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自动打印机设计机械制造毕业设计
自动打印机设计-机械制造-毕业设计
课程设计
课程名称：
自动打印机
学院：
机械工程学院专业：
机械制造
姓名：
学号：
年级：
2010级任课教师：
2013年1月13日
摘要
机械原理课程设计是使学生较全面、系统巩固和加深机械原理课程的基本原理和方法的重要环节,学生通过此次设计,学习机构运动方案的确定,培养分析向设计机械能力,以及开发创新的能力.以机械系统方案设计与拟定为结合点,进一步巩固和另深学生所学的理论知识.明确课程设计目的、步骤，根据自己的设计题目对设计内容进行分析，确定输入，输出件运动型式（即功能原理分析）。
关键字:
机构运动分析
机构结构设计
曲柄滑块
凸轮设计
课程设计任务书…………………………………………………………1
前言………………………………………………………………………4
第一部分机构设计……………………………………………………5
1.1自动打印机的功能和设计要求…………………………………6
1.1.1产品数据设计………………………………………………6
1.2原动机的选择……………………………………………………8
1.3功能原理图及其解释……………………………………………9
1.4功能分解…………………………………………………………9
1.5传动机构的选择和传动路线图确定……………………………10
1.5.1传动结构的选择与比较……………………………………10
1.5.2传动比的计算………………………………………………10
1.6执行结构的选择与比较…………………………………………15
1.6.1各送料结构备选方案比较与选择…………………………16
1.6.2各打印结构备选方案比较与选择…………………………17
1.6.3各输出结构备选方案比较与选择…………………………17
1.7结构系统运动转换功能图及形态学矩阵表的绘制………………19
1.7.1机构系统运动转换功能图…………………………………20
1.7.2形态学矩阵表………………………………………………27
1.8机械系统运动方案简图……………………………………………28
1.9根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图…………………28
1.9.1运动循环表……………………………………………28
1.9.2运动循环图……………………………………………30
第二部分机构尺寸计算与确定………………………………………32
2.1送料机构的尺寸与计算……………………………………………33
2.1.1曲柄滑块机构基本尺寸的确定……………………………34
2.1.2曲柄滑块机构最小传动角的确定…………………………35
2.2打印机构的尺寸与计算……………………………………………36
2.3输出机构的尺寸与计算……………………………………………37
课程设计总结…………………………………………………………38
附录……………………………………………………………………39
送料机构凸轮运动学分析……………………………………………39
打印机构凸轮运动学分析……………………………………………40
曲柄滑块机构的运动学分析…………………………………………41
参考文献及编号………………………………………………42
Xx大学机械工程学院
机械原理课程设计任务书
题号12
自动打印机设计
一、工作原理及工艺动作过程
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：
送料到达打印工位，然后打印记号，最后将产品输出。
二、原始数据和设计要求
（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：
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。
三、设计方案提示
1）实现送料——夹紧功能的机构可以采用凸轮机构或有一定停歇时间的连杆机构。
当送料、夹紧机构的执行构件将产品推至指定位置，执行构件停止不动，维持推紧力（前有挡块挤压），待打印机构执行件打完印记后，被推走。
2）实现打印功能的机构可以采用平面连杆机构或直动（摆动）凸轮机构。
3）实现输出功能的机构可以采用与送料、夹紧机构相类似的机构。
为简化结构，可考虑固定定位挡块，而将输出运动与送料运动的方向互相垂直。
4）自动打印机系统采用一个电机驱动主轴控制三个机构的执行构件完成各自的功能运动，如何将三个执行机构的主动件均固定在主轴上而达到设计要求是需要认真考虑的。
四、设计任务
（1）按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的选型；
（3）机械运动方案的评定和选择：
（至少两个以上），进行方案评价，选出较优方案。
（4）按选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案，分配传动比，并在图纸上画出传动方案图；
（5）对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算；
（6）绘制系统机械运动方案简图；
（7）对执行机构进行运动分析，画出运动线图；
（8）编写设计计算说明书。
前言
随着科学技术的发展，工业生产水平的不断发展和人们生活条件的不断改善，消费者的价值观念变化很快，市场需求出现多样化的特征，机械产品的种类日益增多，同时这些机械产品的寿命周期也相应缩短，企业为了赢得市场，必须不断开发符合市场需求的产品。
新产品的开发包括产品的设计与制造，其中设计是产品开发的第一步，是决定产品的性能、质量、水平、市场竞争力和经济效益的最主要因素。
机械产品的设计是对产品的功能、工作原理、系统运动方案、机构的运动与动力设计、机构的结构尺寸、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思分析与计算，并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。
其中机械产品的功能、工作原理、系统运动方案、机构的运动与动力设计、机构的结构尺寸、力和能量的传递方式等设计内容是机械原理课程的教学内容。
机械原理课程设计是机械原理课程的一个重要实践性教学环节同时又是机械类专业人才培养计划中的一个相对独立的设计实践，在培养学生的机械综合设计能力及创新意识与能力方面起到十分重要的作用。
通过课程设计这一环节使学生更好的掌握和加深理解本课程的基本理论和方法进一步提高学生查阅技术资料，绘制工程图和应用计算机的能力。
在课程设计中要重视培养学生创新设计的能力。
我们将从机构的运动学以及机器的动力学入手,研究机构运动的确定性和可能性,并进一步讨论的组成原理.,从几何的观点来研究机构各点的轨迹、位移、速度和加速度的求法,以及按已知条件来设计新的机构的方法。
机械原理课程设计所研究的问题又可归纳为二类:
（1）根据已有的机构和主要参数来分析该机构和所组成机构的各种特性,即结构分析,运动分析。
（2）根据预期的各种特性来确定新的机构的形式,结构和参数,即机构的设计问题.,如机构的运动设计,机构的平衡设计以及速度的调节。
计算机的应用为此次课程设计提供方便,我们可以利用proe作图,从而能看到机构的仿真运动。
这算是我们开始学习专业的第一次亲自实践过程。
第一部分机构设计
1.1自动打印机的功能和设计要求
如图1-1.1所示为学院打印的纸盒，上方所示为自动打印机印头，其功能是在纸盒打印上
所要求的印记，并实现自动打印生产功能。
1.1.1产品数据设计
1.打印印头如图1-1.1所示；
2.所要打印的产品质量为5~10N；
3.自动打印机的生产率为80件/min；
4.产品数据参数如下：
长*宽*高=100*80*50；
5.要求的机构简单紧凑、运动灵活可靠、易于制造加工。
1-2原动机的选择
型号
功率/kw
电流/A
转速/（r/min）
满载
效率/%
功率因数/（cos/）
Y2-132S-6
3
7.4
960
81.0
0.76
堵转电流/实际电流
堵转转矩/额定转矩
最大转矩/额定转矩
6．5
2.1
2.1
选择的电动机的额定功率必须满足负载要求，而且必须保证在启动时可以顺利地运行，对于电动机来说，转速选择960r/min合适，可以保证运行的稳定性。
另外转速也不可过高，这样造成功率因素过低，这也是不经济的。
电动机的运动参数为转速。
电动机的速度越高，其尺寸和质量也就越大，价格也就越高，但当执行构件的速度较低时，若选用高速电动机，势必需要大减速比的减速装置，反而可能会造成机械传动系统的过分庞大和制造成本的显著增加。
在此机械运动中执行构件要求的效率不是很大，经过多方面的考虑我选960转/min的电动机。
型号为Y2-132S-6.
1.3功能原理图及其解释
如图所示，送料器1将产品2送到打印工位，由带有弹簧5的杠杆4在凸轮6的带动下，通过印头3将所需的印记打印在产品2上，完成生产所需。
1.4功能分解
为实现将图1-1.1所示的产品上打印出所需印记，可将总功能分解为如下分功能：
1.自动送料功能
2.自动定位功能
3.自动打印功能
4.产品自动输出功能
1.5传动机构的选择与比较以及传动比的计算和传动路线图
1.5.1传动机构的选择与比较
机械系统中传动机构是由原动机输出的机械能动、传递给执行机构并实现能量的分配，转速的改变和运动形式的改变等作用的中间装置。
传动机构常见的有齿轮传动机构，摩擦传动机构，带传动机构，蜗杆传动等；他们的特点如表1-5.1：
特点
寿命
应用
齿轮传动
可以用来传递空间任意两轴之间的运动和力，而且传动准确，平衡，稳定，机械效率高
取决于齿轮材料的接触和弯曲疲劳强度以及抗胶合与抗磨损的能力
金属切削机床、汽车、起重运输机械，冶金矿山机械、以及仪器等
摩擦传动
机构简单，而且实现无级变速传动，同时，当过载时，由于两轮间可发生滑动，因而不致造成机器的损坏.最大缺点是传动不准确，两轮子、容易疲劳破坏，而且传动的机械效率也比较低
使用寿命较低
金属切削机床、农业机械和纺织机械、冶金矿山机械
带传动
机构简单，传动平稳，造价低廉以及缓冲吸震等，可用于传递距离较远的两轴间的运动，且与摩擦轮转动一样也有过载保安性。
带轮直径大，带的寿命长
金属切削机床、锻压机床、输送机、通风机、农业机械和纺织机械
蜗杆传动
结构紧凑，单级传动能得到很大的传动比，传动平稳，无噪音；可制成自锁机构，传动比大，滑动速度低是效率低；中、高速传动需要昂贵的减磨材料；制造精度要求高，刀具费用贵
制造精确，润滑良好，寿命较长，低速传动，磨损显著
金属切削机床，起重机，冶金矿山机械，焊接转胎等
表1-5.1
由上述几种主要的传动装置相互比较可知，由于传动比较大，故选择齿轮传动，第一级传动选择带传动，可对电动机起到过载保护作用。
1.5.2传动比的计算
各齿轮的参数如表1-5.2所示：
表1-5.2
A
B
C
D
1
齿轮名称
模数（mm）
压力角（度）
齿数（个）
2
直齿轮Z1
3
20
18
3
直齿轮Z2
3
20
90
4
直齿轮Z3
3
20
90
5
直齿轮Z4
3
20
90
6
锥齿轮Z5
3
20
90
7
锥齿轮Z6
3
20
90
传动比相关计算如下所示：
由于生产率为80件/min,电机的转速为960r/min，则；
总传动比为i总=n电/n输出=12；
送料机构和打印机构的减速：
一级减速（皮带减速）i1=240/100=2.4
二级减速（齿轮减速）i2=Z2/Z1=90/18=5
输出机构（曲柄滑块机构）的减速：
一级减速（皮带减速）:
i1=240/100=2.4
二级减速（齿轮减速）i2=Z2/Z1=90/18=5
1.6执行机构的选择与比较
1.6.1送料机构的选择与比较
备选方案一：
直动凸轮机构
功能：
通过直动滚子推杆凸轮机构旋转运动转换为推杆的往复运动，从而实现自动送料和加紧功能。
优点：
送料连续，运转速度精度高，振动噪声小，避免了冲击。
缺点：
承载能力较小，传动特性一般，并且加工要困难，维护又较为麻烦，致使其制造成本较高。
备选方案二：
曲柄滑块机构
功能：
将曲柄连续往复转动转换为滑块在导轨上连续往复运动，实现送料功能。
优点：
设计制造简单，易于维护，经济，可靠性高，使用范围广。
缺点：
运动规律任意性差，运转精度较低。
备选方案三：
六杆机构
功能：
该机构可以将曲柄的连续转动转换为有急回运动的往复运动的机构。
优点：
可以改善从动件的运动特性，可获得较大的机械利益，还有能取得有利的传动角。
缺点：
构件数目多，累积误差大，设计相对比较复杂，在高速是振动大，噪声高。
1.6.2打印机构的选择与比较
备选方案一：
凸轮连杆机构
功能：
将凸轮的连续往复转动转换为印头的上下往复移动，从而实现打印功能。
优点：
机构简单，便于制造，节约成本。
缺点：
印章时由于惯性原因以及送料及定位都采用同一凸轮，导致定位不准确。
另外这样的凸轮制造难度过大，而且易磨损，为保证一定的耐磨性就需要高强度的合金，也就增加了成本。
备选方案二：
凸轮对心推杆机构
功能：
将凸轮的往复转动转换为印头的上下往复移动，从而实现打印功能。
优点：
机构简单，便于制造，节约成本。
缺点：
印章时由于惯性原因以及送料及定位都采用同一凸轮，导致定位不准确。
另外这样的凸轮制造难度过大，而且易磨损，为保证一定的耐磨性就需要高强度的合金，也就增加了成本。
1.6.2输出机构的选择与比较
备选方案一：
皮带传动机构
功能：
利用皮带的和货物的摩擦带动货物实现输出。
优点：
定位准确，皮带传输设计简单成本低
缺点：
配合要求相对较高，并且对送料装置的摆放与类型的选择造成一定的麻烦，很难实现批量的生产，人工操作的参与性占了很大一部分。
将导致效率不高。
备选方案二：
槽轮机构
功能：
将主动拔盘的连续转动转换为槽轮的时动时停的间隙运动。
优点：
由于槽轮的间隙运动，印章效果好，机构连续性强。
缺点：
由于包装盒是由人工摆放的，对摆放位置要求较高，而且由于是人工摆放的，包装盒的位置浮动较大。
印章的位置的浮动性较大。
另外槽轮不是很好加工，切运动时有一定的刚性冲击。
备选方案三：
曲柄滑块机构
功能：
将曲柄连续往复转动转换为滑块在导轨上连续往复运动，实现送料功能。
优点：
设计制造简单，易于维护，经济，可靠性高，使用范围广。
缺点：
运动规律任意性差，运转精度较低。
1.7结构系统运动转换功能图及形态学矩阵表的绘制
1.7.1机构系统运动转换功能图
1.7.2形态学矩阵表：
1.8机械系统运动方案简图
如附图一所示：
（1）转速为960r/min的电动机经皮带传动至轴1，轴1带动齿轮转动，然后通过齿轮传动传到轴2，轴2带动凸轮转动，通过凸轮的转动实现推杆（打印机构）的上下往复运动。
（2）轴2带动齿轮2转动，通过齿轮啮合带动轴3转动，轴3带动皮带轮转动，然后通过皮带轮传动带动曲柄滑块（输出机构）转动，从而实现滑块的往复运动。
（3）轴3通过齿轮啮合带动轴4运动，再通过齿轮啮合带动轴5转动，轴5带动凸轮运动，从而实现推杆（送料机构）的往复运动。
这样就实现了送料，打印，输出的连续运动的过程。
1.9根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图
1.9.1运动循环表
执行阶段
运动阶段
运动时间（s）
分配角度（°）
送料阶段
送料
0.15
72
停止
0.1
48
回程
0.25
120
停止
0.25
120
打印阶段
向下
0.2
96
停止
0.05
24
向上
0.25
120
停止
0.25
120
输出阶段
无输出
0.5
240
输出
0.25
120
1.9.2运动循环图
第二部分机构尺寸计算与确定
2.1送料机构的尺寸与计算
送料机构为凸轮通过直动滚子推杆带动滑块完成自动送料功能，根据整体安装的协调性，因为要打印的物料的长、宽、高为：
100mm×80mm×50mm，要实现送料和下料时该机构能够协调，下料时物料长100，推到工作位再走100，为保证下料不会出现错误，所以再增加20的距离，因此凸轮的推程选220mm，基圆半径选择240mm。
再通过凸轮做远休运动从而完成加紧功能：
凸轮基圆半径（mm）
滚子半径（mm）
自动推杆杆长（包括推头厚度）（mm）
推杆行程（即凸轮机构升程）（mm）
240
5
250
220
2.2打印机构的尺寸与计算
打印机构为凸轮通过直动滚子推杆带动印头完成自动打印功能，由于凸轮主要用于带动打印头的运动，而物料的长、宽、高为：
100mm×80mm×50mm，参考可取推杆行程h=220mm。
凸轮基圆半径（mm）
滚子半径（mm）
自动推杆杆长（包括推头厚度）（mm）
推杆行程（即凸轮机构升程）（mm）
240
5
342
220
2.3曲柄滑块机构基本尺寸的确定
曲柄滑块机构相关参数确定步骤：
第一步：
通过对送料机构和打印机构同时性与输出机构的时间关系分析得，K=2，则极位夹角θ=60°，因此取偏距e=30，行程S=160，作图法得A点位置；
第二步：
由2AB=AC2-AC1，2BC=AC2+AC1，和由作图法可得：
曲柄AB=70.4mm连杆BC=102.24mm
图2.3.1
曲柄滑块机构最小传动角的步骤：
第一步：
以A点为圆心，并以曲柄AB=70.4mm长为半径作圆，在曲柄AB与机架共线的位置之一取得最小传动角；
第二步：
由于此机构为曲柄滑块机构，即AB垂直导轨方向时，连杆BC与竖直方向之间所夹的锐角之一取得最小传动角；
第三部：
由图可知，最小传动角为B1C1与竖直方向之间的夹角即为最小传动角，所以该机构的最小传动角为6°。
图2.3.2
课程设计总结
通过本次机械原理课程设计，将理论付诸实践是本次课程设计中我得到的最大收获，以往的学习中，我们只是学学理论记一记公式，然后做些传统的题目，这样的学习考完试后就会把知识遗忘。
设计机构之初，脑中有许多构想，然而落实到纸上发现很多机构的自由度都不为1，这使我明白了结合理论的重要性，在确定传动比和减速机构时亦是如此。
在设计中需要用到cad制图、机械制图和proe等几门学科的知识，将所学知识相结合，将知识点编织成知识网也让我对机械学科有了横向的认识。
本次设计以小组为单位，虽然我们在这个过程中有过分歧，有过争论同时也有过迷惘。
但我们最终还是达到了统一，完成了老师交代的任务，其中的过程是苦涩的但收获的结果却是令人欣慰的。
它让我真正认识到团队合作的重要性，这在以后的竞争中时不可或缺的。
总之，两个星期的课程设计使我对机械学科有了更深刻的了解与认知。
这些都为我今后的学习和工作奠定了踏实的基础，为成为一名优秀的工程师迈出了重要的一步。
附录
送料机构的凸轮：
打印机构的凸轮:
输出机构（曲柄滑块机构）：
位移分析图
速度分析图
加速度分析图
减速机构
曲柄滑块机构
总体安装图
总体安装图
参考文献
1．《机械原理课程设计手册》主编牛鸣歧，重庆大学出版社
2.《机械原理课程》主编申永胜，清华大学出版社
3．《机械原理课程》重庆大学出版社
4．《机械制造基础》重庆大学出版社
5．《机械原理教案》余述凡主编
6．《机械设计手册》北京机械工业出版社
7．《贵州大学机械原理课程设计任务书》
8．《贵州大学机械原理课程设计指导书》
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