自动打印机机构设计

1课程设计说明课程名称：自动打印机机构设计学校：专业：机械设计制造及其自动化姓名：学号：年级：任课教师：日期：2摘要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。通过此次课程设计,可使学生将课本理论知识运用于实践，从而更全面、系统的巩固和加深对机械原理课程的基本原理和方法的掌握。同时学会确定机构的运动方案,培养学生的机械设计能力,以及开发创新能力。,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。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，输出构件的运动型式。关键字:机构运动分析机构结构设计曲柄滑块凸轮轮廓设计3目录1．课程设计任务书……………………………………………………42．原动机的选择………………………………………………………73．机构方案分析与优化比较…………………………………………83.1送料机构方案…………………………………………………83.2夹紧机构方案…………………………………………………103.3打印机构方案…………………………………………………123.4输出机构方案…………………………………………………164.最终选择方案………………………………………………………184.1机构的选择……………………………………………………184.2传动的选择……………………………………………………195.机械系统的运动循环………………………………………………225.1运动循环表……………………………………………………225.2运动循环图……………………………………………………227.传动机构和执行机构的运动尺寸设计……………………………237.1送料机构的参数……………………………………………237.2夹紧机构的参数……………………………………………237.3打印机构的参数……………………………………………237.4输出机构的参数……………………………………………246.5齿轮机构的参数……………………………………………258．设计总结……………………………………………………………264一、课程设计任务书题号10自动打印机设计1、功能要求及工艺动作分解提示1）总功能要求在产品上打印记号。它的主要动作有三个：送料到达打印工位夹紧，然后打印记号，最后将产品输出。2）工作原理及工艺动作分解提示自动打印机系统的工作原理及工艺动作如图（1）所示，该系统由电机驱动主轴上的三个执行机构，完成送料、夹紧和打印、输出的任务。其系统功能如下：送料、夹紧打印输出执行构件作间隙运动执行构件作间隙运动执行构件作间隙运动直线或曲线运动停止直线或曲线运动直线或曲线运动停止停止图（1）自动打印机系统统52、原始数据和数据要求1）待打印产品尺寸：长100～150mm、宽70～100mm、高30～50mm。；2）产品重量：约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。3运动方案构思提示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。自动打印机系统的三个执行机构都是有一台电动机控制，因此实现三个分功能运动的机构必须联动，且其主要动作要协调。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构动作协调配合的运动循环图，最后按执行路线6连成整机，力求结构简单，紧凑。4、建议完成的设计工作量1）本题设计的时间为一周2）根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。3）按工艺动作要求拟定运动循环图；4）构思系统运动方案(至少两个以上)，进行方案评价，选出较优方案。5）对传动机构和执行机构进行运动选型及尺寸设计。6）绘制系统机械运动方案简图。7）编写设计说明书。7二、原动机的选择原动机是机械系统中的举动部分，它为系统提供能量获驱动，并将能量转化为系统所需要的运动形式。如：转动、往复移动、往复摆动，是机械系统中不可或缺的一部分，而机械系统仿真方案设计中必须根据系统的特点，考虑和合适的原动机。对于自动打印机来说，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，所以选择转速960r/min的电动机比较合适，可以保证运行的稳定性。考虑到现场能源供应情况，它常常工作在有电源的条件下，这样我们就会选择电力驱动，因为它的成本低，操作控制方便，机械好的范围广，另一方面考虑到原动机的机械特性和工作制度与工作机相匹配，根据打印机工作的频繁程度选取相应的工作制度。在此打印机工作中还需对原动机的启动，过载，运转平稳性，掉速和控制等方面提出要求，需要保证打印机的印头和夹紧机构运转平稳不然会使打印的记号模糊不清。由于在此机械运动中执行构件要求的效率不是很大，所以经过多方面的考虑我选了960转/min的电动机。型号为Y2-132S-6。型号功率/kw电流/A转速/(r/min)满载效率/%功率因数/(cos/)Y2-132S-637.496081.00.76堵转电流/实际电流堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩6．52.12.18三、机构方案分析与优化比较为了实现自动打印功能，可将功能分解为如下的功能：送料功能、夹紧功能、打印功能、输出功能。每个功能提出两个以上的方案，并分析各个方案的功能和工作原理及各优点与缺点并从中选出最油的方案。3.1送料机构方案1机构见图如下：结构和工作原理：该机构为可调行程的绕线机构，滑块1通过滑槽带动推杆2左右移动。通过杆4可以调节杆2的推程。优点：可根据不同工件的尺寸来调节推杆的行程，使工件准确的送到打印机构正下方，而且行程调节也方便。此外，承载能力较强，运动速度高，提高了工作效率。缺点：结构复杂，加工难度大，使制造误差加大。传动路线比较长，易产生较大的误差积累，而且可靠性一般3.1送料机构方案29机构见图如下：结构和工作原理：采用凸轮推杆机构将工件推至指定位置。当压头向上升起的时候，凸轮在电机的传动下在推程时将推杆和滑块向右送料到压头正下方；在远休角时推杆静止不动，使印头有足够的时间打印；压头上升时，推杆回程，滑块向左运动，避免了滑块与印头产生干涉；当推杆处于近休角时，推杆静止不动，使工件可以有时间顺利落下。优点：凸轮机构可以有效的避免刚性冲击，延长构建的工作寿命。凸轮在其近休止和远休止时有一定的间歇时间，从而保证打印的时候工件处于静止状态；其次在设计使，使其推程运动角大于回程运动角，这样就回产生急回的运动特性，从而达到提高生产效率的作用。无需采用其他的定位装置，就可获得高的定位精度。且机构结构紧凑，节约使用空间。缺点：此机构不够平稳，打印时不易队中。而且凸轮的轮廓线比较难设计，制造难度过大又易磨损所以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。103.1送料机构方案3机构见图如下：结构和工作原理：采用曲柄滑块机构，当压头向上升起的时候，曲柄在电机的带动下通过连杆将滑块向右送料到压头正下方；压头下降的时候，曲柄滑块机构的滑块向左运动，避免了滑块与压头产生干涉。优点：此连杆机构具有急回运动，从而提高了生产效率。其运动副是低副为面接触，压力较小，承载能力较大，润滑好，磨损小，加工制造容易，且连杆机构中的低副一般是几何封闭，对保证工作的可靠有利。凸轮的使用容易实现预期的运动规律。机构简单，定位准确，便于制造，节约成本。缺点：不能实现间歇运动，传动力度不够大，机构不够灵活。而且连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递，因而传动路线较长，易产生较大的误差积累，同时也使效率降低。3.2夹紧机构方案111机构见图如下：结构和工作原理：此夹紧机构是通过在旋转台上加挡板来固定工件，挡板按工件的尺寸大小来设计。由槽轮机构来带动旋转台，当旋转台高速运转时，产品不被甩出。优点：利用槽轮机构的间歇运动来驱动旋转台，使旋转台可以准确的定位接收送料机构推来的工件。旋转台上设有四个挡板，当一个挡板装一个工件进行打印时，槽轮旋转90度可以继续接收第二个工件，提高了工作效率。而且机构简单，加工难度也相对较小。缺点：利用旋转台加大了机构的重量，而且利用槽轮机构来驱动对装配、调整要求严格。3.2夹紧机构方案2机构见图如下：12结构和工作原理：当凸轮在推程时，将推杆往下压，迫使杆3和杆4张开；在远休角时有间歇运动，工件静止，使压头有时间进行打印。当回程的时候，弹簧将推杆2往上弹，使杆3和杆4收缩加紧工件。当其在近休角的时，由于间歇运动，课使下一个工件有足够时间到达压头下方。优点：结构较为紧凑，承载能力较强，而且可以实现间歇运动。缺点：结构相对加紧机构方案1较为复杂，可靠性和耐磨性较差，而且加工难度加大，使制造的误差也增大。3.3打印机构方案1机构见图如下：13结构和工作原理：采用曲柄滑杆机构将印头打在工件上，实现打印功能。优点：连杆机构为低副。其运动副元素为面接触，压力较小，承载能力较大，润滑好，磨损小，加工制造容易，且连杆机构中的低副一般是几何封闭，对保证工作的可靠有利。凸轮的使用容易实现预期的运动规律。机构简单，定位准确，便于制造，节约成本。缺点：不能实现间歇运动，传动力度不够大，机构不够灵活。在连杆机构运动中，连杆所产生的惯性力难以用一般方法消除，因而此机构不宜用于高速运动。配合要求相对较高，并且各杆的长度及摆放位置比较难确定。而且各杆尺寸要求高，所以很难实现生产。3.3打印机构方案2机构见图如下：14结构和工作原理：此机构由凸轮，推杆和弹簧组成。当凸轮在远休止时，将弹簧压缩来实现打印。当凸轮回程时，弹簧将推杆弹上去，在进休角时等待送料过来，然后继续进行打印下一个工件。优点：有一定得间歇运动，结构简单紧凑，占的空间比较少。而且承载能力强，传动速率大而平稳。缺点：凸轮设计难度较大，配合要求高，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。3.3打印机构方案3机构见图如下：15结构和工作原理：凸轮1转动，通过滑块3来带动杆2摆动，从而使杆4和印头上下运动以达到冲压的目的。优点：具有急回运动，可提高生产效率。缺点：运动的不够平稳，而且凸轮结构设计较为复杂，制造难度过大，又容易磨损，质量也大。。3.3打印机构方案4机构见图如下16结构和工作原理：此机构为复合机构，在凸轮5上开有凹槽，摆杆4上的滚子6嵌在奥凹槽中，当杆1转动，在杆2和杆3的带动下摆杆4上下摆动，最后使8实现冲压运动。优点：连杆机构为低副，其运动副元素为面接触，压力较小，承载能力较大，润滑好，磨损小，加工制造容易，且连杆机构中的低副一般是几何封闭，对保证工作的可靠有利。而结合凸轮的使用容易实现预期的运动规律。缺点：此机构结构较为复杂，而且运动必须经过中间构件进行传递，故传动路线较长，易产生较大的误差积累，同时也使工作效率降低。此外连杆须较高的运动精度以及凸轮的轮廓需要严格制作才会达到预期要求。而且改机构所需的空间较大，造成经济上的浪费。3.4输出机构方案1机构见图如下：17结构和工作原理：当凸轮在回程时，推杆回收，将工件推出工作台。在推程时，其恢复到上图位置并且在远休角时有间歇运动，使下一个工件有时间到达推杆下方。优点：只要适当设计出凸轮轮廓曲线以及推杆尺寸及位置，就可使从动盘获得所预期运动规律。其动载荷小，无刚性和柔性冲击。无需采用其他的定位装置，就可获得高的定位精度。且机构结构紧凑，节约使用空间。缺点：该机构