机械原理课程设计.docx

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机械原理课程设计

机械原理课程设计

设计题目平压印刷机机构

学院工学院

专业年级机制122

宋宏泽

同组王琳王旭侯善蕾

指导教师海蓉

（2014年7月）

中国农业大学教务处制

本科生课程设计任务书

2013—2014学年夏季学期

工学院机械设计制造及其自动化专业

课程设计名称：

机械原理课程设计

设计题目：

平压印刷机机构设计

完成期限：

自2014年6月30日至2014年7月9日共1.5周

设计依据、要求及主要容（可另加附页）：

一、设计参数

由于是自拟题目，故设计参数需要根据背景调查，结合设计考虑，进行自行拟定。

二、设计任务

1、绘制整机工作的运动循环图

2、设计减速系统

3、设计执行机构

三、要求

1、设计报告正文中必须包含

机构的尺寸设计和参数设计

必要的图示说明、解析式推导过程

编制程序的流程框图

解析式与程序中的符号对照表

源程序清单

打印结果（含量纲的数表、图形）

2、设计报告格式要求

word文档打印设计报告（用语规，标点符号正确，无错别字）

C语言程序（或其它）进行运动分析与受力分析

excel（或其它）打印数表与曲线

cad、flash/PPT（或其它）

绘制机构运动简图

Inventor（或其它）表现三维效果——选做

3、课程设计报告装订顺序

统一格式封皮

统一格式任务书

统一格式目录

统一格式正文

设计总结（心得体会、建议等——言简意赅）

统一格式参考文献

四、参考文献

参阅《机械原理辅助教材》中所列参考文献

五、设计进度建议

第1周：

周一：

讲课，布置设计题目，课程设计实习

周二：

实验室看模型，查阅资料，绘制运动循环图，拟定运动方案，绘制机构运动简图

周三~周四：

方案设计草图机构设计和分析，推导解析式，编制程序

周五：

数学模型，编制程序，上机调试，设计报告定稿

周六~周日：

确定参数

第2周：

周一~周二：

交设计报告，答辩

指导教师（签字）：

系主任（签字）：

批准日期：

年月日

课程设计目录

一、机器简介························································

1-1设计机器功能原理及运动分解

1-2设计参数

1-3设计任务

二．机构工作运行示意图··············································

三、机构运动循环图··················································

绘制机器所有动作的运动循环图

四、设计减速系统····················································

4-1计算传动比

4-2减速器选用

4-3分配各级减速比

4-4设计齿轮传动

4-5减速系统与油盘机构主动齿轮的传动设计

4-6减速系统与印头油辊机构的传动设计

五、设计执行机构—··················································

5-1印头油辊机构

5-2油盘间歇转动机构

5-3油盘参数设计

六、设计总结························································

七、参考文献························································

八．附录····························································

一、机器简介

（一）、设计机器功能简介及运动分解

平压印刷机是一种简易印刷机它的工作原理：

将油墨刷在固定的平面铅字版上，然后将装了白纸的平面印头紧密接触而完成一次印刷。

其工作过程犹如盖图章，平压印刷机中的“图章”是不动的，纸贴近时完成印刷。

平压印刷机需要实现三个动作：

（1）装有白纸的平面印头往复摆动

（2）油辊在固定铅字版上上下滚动

（3）油盘转动使油辊上油墨均匀

（二）、设计参数

（1）实现印头、油辊、油盘运动的机构由一个电动机带动，通过传动系统使其具1600-1800次/h印刷能力。

（2）电动机功率N=0.75kW、转速n电=910r/min，电动机可放在机架的左

侧或底部。

（3）印头摆角为700，印头返回行程和工作行程的平均速度之比K=1.118。

（ 4）油辊摆动自垂直位置运动到铅字版下端的摆角为1100。

（ 5）油盘直径为400mm，油辊起始位置就在油盘边缘。

（ 6）要求机构的传动性能良好，结构紧凑，易于制造。

（三）、设计任务

（1）确定总功能，并进行功能分解。

（2）根据工艺动作要求运动循环图。

（3）进行印头、油辊、油盘机构及其相互连接传动的选型。

（4）按照选定的电动机及执行机构运动参数拟定机构运动方案。

（5）画出机构运动方案简图。

（6）对执行机构进行尺寸综合。

（7）对往复摆动执行机构进行运动分析，绘制从动件位移、速度、加速度线图

（8）编写设计说明书。

二、机构工作运行示意图

三、机构运动循环图

机器的各个工艺动作是相互独立的,它们各自实现自己的子功能。

但为了实现机器的总功能,这些各自独立的动作又必须相互配合、相互协调以确保时间和空间上的同步。

用来描述各个执行机构之间运动协调配合关系的图就是机械的运动循环图。

四．设计减速系统

（一）计算传动比

印头摆动速度为27-30次/min，故传动比为

取带传动比i=3.03，则齿轮减速器的传动比为i=10，故可选用两级齿轮减速器。

（二）减速器选用

带传动优点：

可用于中心距较大的两轴间的传动；有良好的挠性和弹性，能吸震和缓冲，传动平稳噪声小；有过载保护功能，当过载时轮圆打滑，防止其他零件损坏；结构简单，制作，安装和维护均较方便。

由于带轮的优势，因此其非常合适做第一级减速系统。

方案一：

带传动+圆柱斜齿轮传动。

因为减速器系统是一级减速，所以其传动比较大，大小齿轮的尺寸相差很大，两齿轮所受的力矩相差很大，齿轮承载能力相差很大。

传动简图如右：

方案二：

带传动+展开式两级圆柱齿轮减速器。

展开式两级圆柱齿轮减速器是两级减速器中最简单、应用最广泛的一种。

齿轮相对于轴承的位置不对称，要求轴有较大的刚度。

高速级齿轮布置在远离转矩输入端，这样轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形可部分的抵消，以减缓载荷沿轮齿宽度分布不均匀的现象。

用于载荷比较平稳的场合。

传动简图如下：

方案二方案三

方案三：

带传动+同轴式两级圆柱齿轮减速器。

同轴式两级圆柱齿轮减速器的径向尺寸紧凑，但轴向的尺寸较大。

由于中间轴较长，轴在受载时的饶曲亦较大，因而沿齿宽上的载荷集中现象比较严重。

同时，由于两级齿轮的中心距必须一致，所以高速级齿轮的承载能力难以充分利用，而且位于减速器中间部分的轴承润滑也比较困难。

此外，减速器的输入轴端和输出轴端位于同一轴线的两端，给传动装置的总体配置带来一些限制。

用于载荷比较平稳的场合。

传动简图如下：

结论：

根据机器运转的平稳性、机器系统空间大小及减速器易于润滑等要求，结合三个传动方案的优点及局限性，最终决定采用方案二。

（三）分配各级减速比

方案二中分配我们所采用的减速系统的减速比：

带传动i1=3.03：

1；减速器中一级减速i2=5:

2，减速器中二级减速i3=4.

【其中，二级减速中为了齿轮结构紧凑，设计变位齿轮，采用零传动。

即X1+X2=0:

综上取X=±0.6。

取Z3’=17，Z4=68，小齿轮采用正变位X3’=0.6，大齿轮采用负变位X4=—0.6。

由Xmin=ha*—Z/2

得：

Xmin=（17-X）/17；Xmin1=0；Xmin2=-3；

实际设计中指定的X大于不发生根切的最小变位系数，符合要求。

】

（四）设计齿轮传动

1.减速系统中一级减速齿轮计算

一级i1=2.5；取模数m=4，考虑到传动力的平稳，令Z2=18,Z2=45.

齿轮

小齿轮

大齿轮

齿顶高ha

4

4

齿根高hf

5

5

全齿高h

9

分度圆直径d

72

180

基圆直径db

67.6579

169.1447

节圆直径d’

72

180

齿顶圆直径da

80

188

齿根圆直径df

62

170

标准中心距a

2.减速系统中二级减速齿轮计算

二级i2=2.5；取模数m=4，考虑到传动力的平稳，令Z2=17,Z2=68，X=±0.6.

齿轮

小齿轮

大齿轮

齿顶高ha

6.2.6

1.6

齿根高hf

5

7.4

全齿高h

9

分度圆直径d

68

272

基圆直径db

63.8991

255.5964

节圆直径d’

68

272

齿顶圆直径da

80.8

275.2

齿根圆直径df

62.8

257.2

标准中心距a

170

（五）减速系统与油盘机构主动齿轮的传动设计

根据上述计算，减速系统最终的转速n=30r/min，取油盘机构主动齿轮与减速系统转速相同，即n=30r/min。

采用带传动，传动比i=1:

1

（六）减速系统与印头油辊机构的传动设计

取印头油辊机构的转速与减速系统相同，n=30r/min。

同样采用带传动，传动比i=1:

1

校核啮合性能：

由da、db得：

=31.25°，

=37.74°

代入公式

=

/

=1/2

·[

（tan

-tan

）+

（tan

-tan

）]

得：

重合度为3.63>1,所以能连续传动。

又，Z1+Z2=50>=（2Zmin=2*ha/

=34）,所以不会发生根切现象。

校核齿厚

齿厚s>0.25m，所以符合要求

四.执行机构选型 

（一）平压印刷机：

几个主要动作必须协调；另外由于只给出一个动力源，因此实现这些动作的机构必须联动。

其次，这几个动作中，印头运动需具有急回特性；油辊可看作是实现两个位置的运动（油辊摆杆O1E的伸缩运动也是由一机构控制的），要求给铅字刷墨时油辊的运动轨迹近似为直线，而油盘是实现间歇运动。

完成这些运动的机构以及将它们连成整机，均应力求结构简单、紧凑。

对于平面印刷机可参考下表进行主要机构的选型：

（一）印头油辊机构

按给定的条件，选出如下图所示的三种方案作为评选方案。

方案1

方案1中，印头机构采用了一个摆动从动件凸轮机构，同时通过一个连杆来带动油辊机构的转动，从而完成要求的执行动作。

印头机构采用摆动从动件凸轮机构的设计方案。

这样就会使得机构具有急回特性，并在印刷的极位有了一定的短暂停歇。

 方案1的最终设计简图

方案2中,印头和油辊机构我们采用了2个曲柄摇杆机构来实现平压印刷机的功能。

  方案2

油辊机架位置的确定 

A、B、C三点位置确定O1位置，且O1在油盘边缘的竖直线上

印头的设计 

平压印刷机的行程速比系数K=1．118。

印头摆角为70°。

极位夹角P=180×（K-1）／（K+1） =180×0．118÷2．118 ≈10  

方案2设计具有机构简单，易于制造等优点，其不好的地方在于机构的整体运转速度不是很平稳，所以油盘刷油墨会不均匀，。

同时，这样的另一个缺点就是因头、油辊的运转需要分别控制，传动性能差。

不予采纳。

方案3中，印头和油辊机构我们采用了2个摇杆机构来实现平压印刷机的执行动作。

通过滑块的滑动带动摇杆机构的转动，滑块又通过一个曲柄滑块机构来驱动。

方案3

方案3的设计简图如下

经过分析,方案3具有传动平稳的特点,同时,以上机构比较简单,有利于生产和制造。

此设计还有使用寿命长，尺寸小，重量轻便等优点。

所以，本组决定采用方案3的设计。

（一）油盘间歇转动机构

方案一：

槽轮+锥齿轮+圆柱齿轮+油盘

通过电动机减速后传递给槽轮机构的主动件，槽轮机构选用一定规格使其完成设计的运动，通过锥齿轮改变轴向，用圆柱齿轮啮合传动使油盘转动一周。

槽轮一般用于转速不高的机构中，可完成间歇运动，结构简单，制造容易，能准确控制转交，机械效率高。

缺点是动程不可调节，转角不可太小，且槽轮在启动和静止时加速度变化大，有冲击，不宜用于高速。

方案二：

不完全齿轮+锥齿轮+圆柱齿轮+油盘

通过不完全齿轮完成间歇运动，通过锥齿轮改变轴向，用圆柱齿轮啮合传动使油盘转动一周。

优点是射界灵活，从动轮的运动角围大，很容易实现一个周期中的多次动停时间不等的间歇运动。

缺点是加工复杂，在进入和退出啮合时速度有突变，不宜用于高速传动，主从动轮不能互换。

方案三：

圆柱凸轮+圆柱齿轮+油盘

通过圆柱凸轮完成间歇运动，从动件同轴连有圆柱齿轮，用圆柱齿轮啮合传动使油盘转动一周。

优点是结构简单，运转可靠，转位精确，无需专门的定位装置，易实现工作对动程和动停比的要求，可用于高速运转机构。

缺点是精度要求较高，加工复杂，安装调整比较困难。

经过综合分析，油盘机构为低速机构，工作环境稳定，可采用方案一：

槽轮+锥齿轮+圆柱齿轮+油盘。

 二、参数设计

（一）槽轮设计：

（1）关于油盘工作时间的计算：

油辊处于竖直位置时，也是运动的最右端，油辊与油盘的右边缘相接，油盘直径为45.7cm ，油盘与油辊的夹角为63°，油辊的长度为56cm 

当油辊运动到油盘的最左端时，设油盘截油辊的长度为X ，油辊转过的角度为 

根据余弦定理，X2=45.72+562-2*45.7*56*cos63° X=52（cm） 

Cosθ=（562+X2-45.72）/（2*56*X）=52.1°

又由于油辊的摆角为110°，油辊在退回过程中沾墨，此过程中分配轴往逆时钟方向转过190°，所以在油辊沾墨的这一段时间分配轴转过的角度=（52.1/110）*190=90°所以，油盘工作时间/油盘静止时间=90/（360-90）=1/3

（2）槽轮运动系数比

τ=90/360=1/4

（3）其他参数:

K=1τ=（Z-2）/2ZZ=4

中心距L=130mm

从动轮运动角2β=360/Z=90

主动轮运动角2α=180-2β=90

主动曲柄长度R=Lsinβ=91.9mm

滚子半径r=R/6=15.32mm≈15mm

锁止弧半径RH≤R-r-h=91.25-15-（0.6）*15≈65mm

（二）锥齿轮设计：

直齿圆锥齿轮基本参数：

m=5，ha*=1，c*=0.25，z1=z2=38

齿轮

齿轮一

齿轮二

分度圆锥角

 δ=45°

齿顶高

ha=5

齿根高

hf=6.25

分度圆直径

d=190

齿顶圆直径

da=200

齿根圆直径

df=180

锥距

R=134

齿顶角

θ a=2.1

齿根角

θ f=2.7

分度圆齿厚

s=8.0

顶隙

c=1.25

当量齿数

zv=7

顶锥角

δ a=47.1（收缩）δ a=47.7（等）

根锥角

δ f=42.3

齿宽

b=45

（三）圆柱齿轮设计：

直齿圆柱齿轮基本参数：

m=1，α =20°，ha*=1，c*=0.25Z1=20,Z2=80

齿轮

小齿轮

大齿轮

分度圆直径

d1=20

d2=80

齿顶高

ha=1

齿根高

hf=1.25

全齿高

h=2.25

齿顶圆直径

da1=21

da2=81

齿根圆直径

df1=17.5

df2=78.5

基圆直径

db1=18.8

db2=75.18

齿距

p=π

齿厚

s=π/2

槽宽

e=π/2

中心距

a=50

顶隙

c=0.25

基圆齿距

pn=pb=πcos20°=0.35

法向齿距

七．设计总结

这次课程设计，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。

现在想想其实课程设计当中的每一天都是很累的，其实正向老师说得一样，机械设计的课程设计没有那么简单，你想copy或者你想自己乱蒙两个数据上去来骗骗老师都不行，因为你的每一个数据都要从机械设计书上或者机械设计手册上找到出处。

虽然种种困难我都已经克服，但是还是难免我有些疏忽和遗漏的地方。

完美总是可望而不可求的，不在同一个地方跌倒两次才是最重要的。

抱着这个心理我一步步走了过来，最终完成了我的任务。

这次实践的过程中学到了一些除技能以外的其他东西,领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质,更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制,最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化. 在社会这样一个大群体里面,沟通自然是为人处世的基本,如何协调彼此的关系值得我们去深思和体会.在实习设计当中依靠与被依靠对我的触及很大,有些人很有责任感,把这样一种事情当成是自己的重要任务,并为之付出了很大的努力,不断的思考自己所遇到的问题.而有些人则不以为然,总觉得自己的弱势…..其实在生活中这样的事情也是很多的,当我们面对很多问题的时候所采取的具体行动也是不同的,这当然也会影响我们的结果.很多时候问题的这次实践的过程中学到了一些除技能以外的其他东西,领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质,更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制,最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化. 在社会这样一个大群体里面,沟通自然是为人处世的基本,如何协调彼此的关系值得我们去深思和体会.在实习设计当中依靠与被依靠对我的触及很大,有些人很有责任感,把这样一种事情当成是自己的重要任务,并为之付出了很大的努力,不断的思考自己所遇到的问题.而有些人则不以为然,总觉得自己的弱势…..

总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。

最后终于做完了有种如释重负的感觉。

此外，还得出一个结论：

知识必须通过应用才能实现其价值！

有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

八．参考文献

1、《机械原理教程》申永胜主编清华大学1999年

2、《机械设计手册》成大先主编化学工业2010年1月

3、《机械设计课程设计》思霞主编工程大学2009年7月

4、《CAD计算机绘图实验指导》丽主编中国农业2005年9月

5、《机械运动方案及机构设计》姜琪主编高等教育1991年4月

6、《机械原理课程设计》周明溥主编科学技术文献1987年8月

7、《机械原理与设计课程设计》王三民主编机械工业2005年

8、《机械设计案例教程》王咏梅编清华大学

附录

油盘机构各零件3D建模截图：

槽轮

传动比1:

4直齿圆柱齿轮

锥齿轮

油盘间歇转动机构3D建模截图