自動打印機設(shè)計說明書

.PAGE.>目錄課程設(shè)計提綱……………………3一目的…………………3二要求…………………3三綜合機械課程設(shè)計進展方式………3四設(shè)計成果……………3設(shè)計要求…………………………3一工作原理及工藝動作過程…………3二原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求………………3設(shè)計過程…………………………4一產(chǎn)品尺寸重量設(shè)定…………………4二總體框架……………4三各機構(gòu)方案去的選定………………4四總體運動方案………………………6五構(gòu)造尺寸初步設(shè)計…………………6六曲柄滑塊速度、加速度分析………7七定位機構(gòu)，打印機構(gòu)受力分析……………………8八曲柄軸受力分析……………………8九減速器設(shè)計…………8十同步帶設(shè)計…………12十一軸及桿件設(shè)計………………………13十二執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計………………………13完畢語…………………………14一設(shè)計總結(jié)……………14二參考資料……………15自動打印機構(gòu)造示意圖小組成員：機機機設(shè)計提綱一目的1對先修課知識的穩(wěn)固、提高及綜合運用；2樹立正確設(shè)計思想和工程意識，培養(yǎng)獨立分析、解決實際工程問題的能力，系統(tǒng)集成能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)整機設(shè)計漁船品設(shè)計的概念。3完成簡單機械系統(tǒng)裝置的設(shè)計，掌握機械設(shè)計的一般方法和規(guī)律。4培養(yǎng)機構(gòu)綜合能力與計算機能力，進展工程設(shè)計的根本技能訓練，如理論計算，計算機繪圖，設(shè)計資料、手冊、標準標準的運用，使用經(jīng)歷數(shù)據(jù)進展估算和數(shù)據(jù)處理；5培養(yǎng)構(gòu)造設(shè)計能力；二要求1課程設(shè)計內(nèi)容應以完整的機械系統(tǒng)〔包括原動機、執(zhí)行機構(gòu)和傳動系統(tǒng)〕為設(shè)計對象，也可選做其他機械裝置，但工作量應滿足要求；2設(shè)計過程應包括：調(diào)研分析、功能與案例分析、機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計，選用機構(gòu)的運動血和動力學計算，原動機血案則，傳動系統(tǒng)設(shè)計，執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計等一般機械設(shè)計的全過程；3設(shè)計圖紙應符合國家標準，尺寸公差標注正確，技術(shù)要求完整合理；4鼓勵創(chuàng)新思維，提倡廣泛查閱資料，強調(diào)在教師指導下暗示獨立完成。三綜合機械課程設(shè)計進展方式1系統(tǒng)總體方案的分析討論和制定；2選擇動力機，確定傳動系統(tǒng)，計算各運動和動力參數(shù)；3執(zhí)行機構(gòu)的運動分析計算、動力學分析計算，確定各構(gòu)件的尺寸；4傳動零件的工作能力設(shè)計計算，確定主要零件的主要參數(shù)或尺寸；5對指定局部的傳動裝置進展構(gòu)造設(shè)計；6編寫設(shè)計計算說明書；7辯論。四設(shè)計成果1綜合機械設(shè)計總體方案運動簡圖〔A1圖紙〕；2局部傳動裝置的裝配圖〔A1圖紙，應為計算機繪制〕；3執(zhí)行機構(gòu)零件工作圖假設(shè)干張；4設(shè)計說明書一份〔8000字左右〕，內(nèi)容包括機器的功能分析、方案選擇即確定、動力機選擇、傳動系統(tǒng)及動力系統(tǒng)的運動分析和動力學分析、傳動件及連接件的設(shè)計計算、技術(shù)參數(shù)確定、裝配維護本卷須知等。設(shè)計目標一工作原理及工藝動作過程在包裝好的商品紙盒上打印記號。工藝過程為將包裝好的商品送至打印位置；加緊定位后打印記號；將產(chǎn)品輸出。二原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求1產(chǎn)品的尺寸為：長80-140mm，寬50-80mm，高20-40mm。2產(chǎn)品重量為4-10N。3生產(chǎn)率為60次/min。4要求構(gòu)造簡單緊湊，運動靈活可靠，便于制造。設(shè)計過程一產(chǎn)品尺寸重量設(shè)定1產(chǎn)品尺寸：長100mm，寬50mm，高30mm。2產(chǎn)品重量：10N。二總體框架1送料機構(gòu)2定位夾緊機構(gòu)3打印機構(gòu)4輸出機構(gòu)三各機構(gòu)方案去確實定〔一〕送料機構(gòu)送料機構(gòu)必須實現(xiàn)間歇送料1方案一不完全齒輪原理及優(yōu)點：用一個完全齒輪和一個不完全齒輪，完全齒輪在電動機的驅(qū)動下勻速轉(zhuǎn)動，當不完全齒輪的輪齒與完全齒輪嚙合時，不完全齒輪帶動履帶輪轉(zhuǎn)動，進展送料，轉(zhuǎn)動過的弧長，即為送料長度。當不完全齒輪不進展嚙合時，毛坯料不動，可在這段時間內(nèi)進展剪切和冷鐓．不完全齒輪機構(gòu)的構(gòu)造簡單，制造容易，工作可靠，而且設(shè)計時從動輪的運動時間和靜止時間的比例可在較大范圍內(nèi)變化。2方案二棘輪機構(gòu)原理及優(yōu)點：棘輪將連續(xù)轉(zhuǎn)動或往復運動轉(zhuǎn)換成單向步進運動。棘輪輪齒通常用單向齒，棘爪鉸接于搖桿上，當搖桿逆時針方向擺動時，驅(qū)動棘爪便插入棘輪齒以推動棘輪同向轉(zhuǎn)動；當搖桿順時針方向擺動時，棘爪在棘輪上滑過，棘輪停頓轉(zhuǎn)動。為了確保棘輪不反轉(zhuǎn)，常在固定構(gòu)件上加裝止逆棘爪。搖桿的往復擺動可由曲柄搖桿機構(gòu)、齒輪機構(gòu)和擺動油缸等實現(xiàn)，在傳遞很小動力時，也有用電磁鐵直接驅(qū)動棘爪的。棘輪每次轉(zhuǎn)過的角度稱為動程。動程的大小可利用改變驅(qū)動機構(gòu)的構(gòu)造參數(shù)或遮齒罩的位置等方法調(diào)節(jié)，也可以在運轉(zhuǎn)過程中加以調(diào)節(jié)。如果希望調(diào)節(jié)的精度高于一個棘齒所對應的角度，可應用多棘爪棘輪機構(gòu)。棘輪機構(gòu)工作時常伴有噪聲和振動，因此它的工作頻率不能過高。棘輪機構(gòu)常用在各種機床和自動機中間歇進給或回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)位上，也常用在千斤頂上。在自行車中棘輪機構(gòu)用于單向驅(qū)動，在手動絞車中棘輪機構(gòu)常用以防止逆轉(zhuǎn)。棘輪機構(gòu)的主動件為搖桿，這里想到要用棘輪機構(gòu)，也正是因為它用到搖桿，則會有曲柄連桿去帶動它，而后面的剪切和夾緊機構(gòu)可以共用一個曲柄，使整體機構(gòu)簡單化，加工方便，運動可靠，用于速度較低和載荷不大場合。3方案三槽輪機構(gòu)原理及優(yōu)點：槽輪機構(gòu)與不完全齒輪的原理一樣，是通過用主動輪的圓銷帶動槽輪轉(zhuǎn)動，當圓銷離開徑向槽時，槽輪又靜止不動。直至圓銷再次進入另一個徑向槽時，又重復上述運動。槽輪機構(gòu)要控制槽輪的運動時間和靜止時間，是根據(jù)槽輪上的槽數(shù)來定的。在外槽輪機構(gòu)中，當主動撥盤回轉(zhuǎn)一周時，槽輪的運動時間td與主動撥盤一周的總時間之比，為槽輪機構(gòu)的運動系數(shù)，用k表示，且k=td/t=1/2－1/Z,這里的z就是槽輪上的槽數(shù)。槽輪機構(gòu)的構(gòu)造簡單，工作可靠，剛性沖擊較小，但與不完全齒輪比較起來，槽輪機構(gòu)運動時間和靜止時間的比例可調(diào)范圍沒有不完全齒輪則大。4最終方案方案二棘輪機構(gòu)選擇理由:這三種方案中，不完全齒輪和槽輪是同樣的原理，而且構(gòu)造簡單，制造容易，但不完全齒輪有較大沖擊。槽輪機構(gòu)的雖機械效率高，并能平穩(wěn)地間歇地進展轉(zhuǎn)位，但槽輪相對于棘輪來說設(shè)計復雜。棘輪工作時的沖擊比較大，而且運動精度較差。但從整體設(shè)計角度來看，選用棘輪機構(gòu)，能使整體的機構(gòu)配合緊湊而且簡單。這里設(shè)計的是低速機構(gòu)，所以選擇棘輪機構(gòu)?！捕硦A緊定位機構(gòu)1方案一氣動機構(gòu)氣動自動化系統(tǒng)最終是用氣動執(zhí)行元件驅(qū)動各種機構(gòu)完成特定的動作。用氣動執(zhí)行元件和連桿、杠桿等常用機構(gòu)結(jié)合構(gòu)成的氣動機構(gòu)，諸如斷續(xù)輸送機構(gòu)、多級行程機構(gòu)、阻擋機構(gòu)、行程擴大機構(gòu)、擴力機構(gòu)、繩索機構(gòu)、離合器及制動器等等，例不勝舉。氣動機構(gòu)能實現(xiàn)各種平面和空間的直線運動、回轉(zhuǎn)運動和間歇運動。采用氣動機構(gòu)能使機構(gòu)設(shè)計簡化，結(jié)構(gòu)輕巧，從最簡單的氣動虎鉗到柔性加工線中的氣動機械手，充分發(fā)揮了氣動機構(gòu)的特點。2方案二曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)是一種常用的機械構(gòu)造，它將曲柄的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為滑塊在直線上的往復運動，是壓氣機、沖床、活塞式水泵等機械的主機構(gòu)。3方案三凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)在應用中的根本特點在于能使從動件獲得較復雜的運動規(guī)律。因為從動件的運動規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線，所以在應用時，只要根據(jù)從動件的運動規(guī)律來設(shè)計凸輪的輪廓曲線就可以了。凸輪機構(gòu)廣泛應用于各種自動機械、儀器和操縱控制裝置。凸輪機構(gòu)之所以得到如此廣泛的應用，主要是由于凸輪機構(gòu)可以實現(xiàn)各種復雜的運動要求，而且構(gòu)造簡單、緊湊。4最終方案方案三凸輪機構(gòu)在這三個方案中，氣動機構(gòu)體積大比較笨重，曲柄滑塊輕便但構(gòu)造不如凸輪緊湊。凸輪構(gòu)造簡單，易于實現(xiàn)往復運動，所以選凸輪機構(gòu)。〔三〕打印機構(gòu)打印機構(gòu)也是有往復運動實現(xiàn)，與夾緊定位機構(gòu)一樣個方案也不再重述?？紤]到打印機整體小且打印所需的力也不大，所以還是選用凸輪機構(gòu)。〔四〕輸出機構(gòu)產(chǎn)品是在打印完成后輸出，也就是說輸出機構(gòu)也是要實現(xiàn)間歇功能。能實現(xiàn)簡寫功能的機構(gòu)方案前面已介紹過這就不重復。我們的設(shè)想是由棘輪機構(gòu)帶動運送帶，實現(xiàn)送料和輸出兩功能。圖一運動簡圖四總體運動方案電動機經(jīng)過減速器把轉(zhuǎn)速見到適宜的速度，然后曲柄滑塊機構(gòu)產(chǎn)生往復運動帶動棘輪擺桿。然后經(jīng)過幾輪的間歇轉(zhuǎn)動帶動傳送帶運動，實現(xiàn)送料和輸出產(chǎn)品功能。由于產(chǎn)品輸入、輸出與打印、加緊頻率是一樣的，所以也是減速器出來后把轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩傳給打印和定位夾緊機構(gòu)的凸輪，再有凸輪帶動傳動件，實現(xiàn)打印和夾緊功能。具體傳動過程見圖一。五構(gòu)造尺寸初步設(shè)計傳送帶把產(chǎn)品有輸入口送到打印位置，打印完后把產(chǎn)品輸出。而我們是以產(chǎn)品的寬度方向50mm為進給方向的，也就是說棘輪運動一次產(chǎn)品走過的距離要大于50mm?？紤]到如果帶輪轉(zhuǎn)過90度送物帶走過50mm的話，帶輪的直徑至少是64mm。而物品走過的距離要大于50mm，為了使帶輪直徑不至于過大，我們令棘輪擺桿擺動的角度為90度時，帶輪轉(zhuǎn)過180度。為此，棘輪不能直接連到帶輪上而是中間有齒輪，而且是2：1的傳動比。初步選定棘輪上的齒輪齒數(shù)為36，帶輪上的齒輪齒數(shù)為18，模數(shù)為1.5，帶輪直徑為60mm。則齒輪的分度圓分別為54mm、27mm。選定帶動棘輪的滑塊偏離棘輪中心的距離為30mm，則滑塊往復運動的距離為60mm，曲柄長度為30mm。為了使滑塊能穩(wěn)定的運動令滑塊連接中心距離為95mm，連桿為80mm。六曲柄滑塊速度、加速度分析取O點為坐標原點，OP方向為*軸正方向，P在*軸上的坐標為*，則可用*表示滑塊的位移。利用三角關(guān)系，立即得到于是滑塊的速度進而，可以得到滑塊的加速度為當θ=0度時a有最大值a=/s2,此時帶輪的加速度為a1=aⅹ2=/s2，要使產(chǎn)品在帶輪上到達a1的加速度則帶輪收的作用力為F=mⅹa1=6.514N。經(jīng)過傳動關(guān)系曲柄軸收到的力為F1=6.512N，力矩為M1=F1ⅹⅹ·m。七定位機構(gòu)，打印機構(gòu)受力分析1夾緊定位機構(gòu)帶輪與產(chǎn)品的摩擦系數(shù)μ=0.42，產(chǎn)品重為G=10N，則定位機構(gòu)進展定位所需的力為F2=μⅹG=4.2N。定位機構(gòu)傳到曲柄軸的力矩M2=F2ⅹrⅹ·m。2打印機構(gòu)打印機構(gòu)所需的力F3=10N,傳到曲柄軸的力矩M3=F3ⅹr3=10ⅹ·m。八曲柄軸受力分析因為產(chǎn)品在傳送過程中不進展夾緊定位和打印，而打印過過程與夾緊定位過程是有重疊局部，所以曲柄受力分兩局部。一是傳送，二是夾緊定位和打印。夾緊定位和打印時所受最大力矩M4=·m。曲柄在一周期內(nèi)收到的最大力矩Mma*=ma*[M1,M4]··m，功率為P=Mⅹωⅹ6.28=1.8375w。九減速器設(shè)計〔一〕設(shè)計設(shè)想我們設(shè)想設(shè)計一個兩級的減速器，減速器出來后再經(jīng)過一級傳動傳到曲柄軸，這樣可以使整體構(gòu)造緊湊，減少軸承聯(lián)軸器的應用減少本錢?！捕畴姍C的選擇Pd1=P/ηη=η4軸承·η3齒輪·η聯(lián)軸器查表可知η軸承=0.99η卷筒=0.96η齒輪=0.97η聯(lián)軸器帶入數(shù)得η=0.869Pd1而Td1ⅹPd1/n1=0.013993N·mnd=ia·n=(8～25)n=480～1500r/minYS45-1-2,功率Pd=10w>Pd1,轉(zhuǎn)速ned=1440r/min，額定轉(zhuǎn)矩Td?m>Td1i=nd/n曲軸=QUOTE1440/60=24選定減速器到曲軸的傳動比為2，則減速器的傳動比為ia=12i1i2ia=i1·i222i2=代入數(shù)據(jù)得：i2=3.038取i2=3i1=ia/i2=4〔三〕傳動裝置運動和動力參數(shù)計算1各軸轉(zhuǎn)速的計算：n1=ned=1440r/min，n2=n1/i1=1440/4=360r/min，n3=n2/i2=360/3=120r/min2各軸功率的計算：p1=pd1·η聯(lián)軸器=2.093wp2=p1·η軸承·η齒輪p3=p2·η軸承·η齒輪3各軸扭矩的計算T1=Td·η聯(lián)軸器=13.881N·mmT2=T1·i1·η軸承·η齒輪T3=T2·i2·η軸承·η齒輪〔四〕齒輪的設(shè)計校核1齒輪的設(shè)計選材：查"機械設(shè)計"p161表10-1因為一級齒輪為中速中載，所以選高速軸齒輪的材料為40Cr鋼調(diào)質(zhì)260HBS。因為小齒輪要比大齒輪硬度高30～50HBS，所以中速軸大齒輪的材料為45鋼調(diào)質(zhì)230HBS。所以有圖10-21〔機械設(shè)計〕查得бlim1=500MPa，бlim2=550MPa。因為中速軸的小齒輪為低速中載，所以選材為45鋼調(diào)質(zhì)240HBS。同樣小齒輪要比大齒輪硬度高30～50HBS，所以低速軸大齒輪的材料為45鋼正火210HBS。因為是標準系列減速器中的齒輪，所以選各齒輪精度為7級〔GB10095-88〕。因為各齒輪硬度小于350HBS,所以是閉合式軟齒面，所以齒面點蝕是主要的失效形式。齒數(shù)設(shè)計：取高速軸齒輪齒數(shù)為z1=18，則中速軸大齒輪的齒數(shù)z2=i1·z1，z2=18ⅹ4=72中速軸齒數(shù)z3=18，則z4=z3·i2=183=54低速軸齒數(shù)z5=20，則z6=z5ⅹ2=402齒輪的強度設(shè)計與校核選定低速級齒輪模數(shù)為1，其余為2。齒面解除疲勞校核бH=EQ\r(EQ\f(2KT1(u+1),φdd13u))ZHZE[бH][бH]=EQ\f(KNбlim,s)令Lh=8ⅹ250ⅹ24=48000則N1=60njLh=60ⅹ1400ⅹ1ⅹ48000=4ⅹ1010N2=101由圖10-19〔機械設(shè)計〕查得KHN1=KHN2所以[бH]1=EQ\f(KN1бlim1,s)=EQ\f(ⅹ600,1)=510MPa[бH]2=EQ\f(KN1бlim2,s)=EQ\f(ⅹ550,1)a因為用直齒輪所以ZH由表10-6〔機械設(shè)計〕得ZEK=KAKVKαKθ=1ⅹⅹ1ⅹⅹ由式бH=EQ\r(EQ\f(2KT1(u+1),φdd13u))ZHZE=бH=EQ\r(EQ\f(2ⅹⅹ13.881(4+1),3ⅹ4))ⅹ=2.04MPa<<467.5MPa所以解除疲勞強度符合要求。3彎曲疲勞強度校核由圖10-18〔機械設(shè)計〕查得KFN1=KFN2再由圖10-20〔機械設(shè)計〕查得бFE1=500MPaбFE2=380MPa根據(jù)式10-12〔機械設(shè)計〕得[бF]1=EQ\f(KF1бFE1,s)=EQ\f(ⅹ500,)MPa[бF]2=EQ\f(KF2бFE2,s)=EQ\f(ⅹ380,)MPa由表10-5〔機械設(shè)計〕查得YFa1=2.91YSa1=1.53YFa1YSa1YFa2=2.24YSa2=1.75YFa2YSa2由式бF=EQ\f(2KT1YFa1YSa,φdm2Z21)=EQ\f(2···,·13182)=1.18=MPa<<217.1MPa所以解除疲勞強度符合要求。4齒輪尺寸確實定精算齒輪分度圓直徑：d=mzd1=mz=1ⅹ18=18mm，d2=mz=1ⅹ72=72mm，d3ⅹ18=27mm，d4ⅹ54=82mm，③中心距a的計算：a1=〔d+d〕/2QUOTE=〔20+72〕/2QUOTE=45mm同理可算出a2=54mm.齒面寬b的計算：b2=ψd·d1ⅹ18=9mmb1=b2+3=12mm同理，b4=ψd·d3取b4=b3=1635mm。綜上所述，齒輪設(shè)計參數(shù)如下：z1=18，d1=18mm，b1=12mmz2=72，d2=72mm，b2=9mmz3=18，d3=27mm,b3=z4=54,d4=81mm，b4=mn1=1，mn2以上齒輪都是標準圓柱齒輪。十同步帶設(shè)計〔設(shè)計所有圖表均來自"機械識記手冊"第二版，第四卷〕1設(shè)計參數(shù)由前面的設(shè)計可知傳到帶輪的功率為P=M3ωⅹ6.28=0.942w，n=60r/min,i=1,軸間距約為得a0=105mm，每天按8小時計。設(shè)計功率PdA=1.5，Pd=KAⅹ3選定帶型和節(jié)距根據(jù)Pd=1.413w和n=60r/min，由圖33.1-13確定為*L型，節(jié)距Pb=4帶輪齒數(shù)z1,z2z1,=z2=10，此處取z1,=z2=155帶輪節(jié)圓直徑d=EQ\f(zPd,л)=EQ\f(,л)=a=6帶速vv=EQ\f(лndr,60*1000)=/s7帶長及齒數(shù)L0=a0+л(d1+d2)/2+EQ\f((d1-d2)2,4a0)=2*105+3.14*〔24.26+24.26〕+0=，由表33.1-47查得應選用帶長代號位140的*L型同步帶，其節(jié)線長LP=，節(jié)線長上的齒數(shù)z=708實際軸間距aa≈a0+〔LP-L0〕/2=105+(355.5-362.35)/2=9帶輪嚙合齒數(shù)zmzm=ent[z1/2-EQ\f(Pbz1,2л2a)(z2-z2)]因為z2=z2所以zm=ent[z1/2]=8根本額定功率P0P0=EQ\f((Ta-mv2)v,1000)aP0所需帶寬bsbs=bs0EQ\r(EQ\f(Pd,KZP0))s0=，Kz=1所以bs=EQ\r(EQ\f(,))=由表33.1-48查得應選帶寬代號為025的*L型帶，其bs=帶輪構(gòu)造和尺寸傳動選用的同步帶為140*L025帶輪：z2=z2=，da1=da2=0十一軸的設(shè)計軸的強度校核計算由前面可知軸受到的力很小，因此用彎曲強度降低需用扭轉(zhuǎn)切應力校核計算。由于曲柄軸受到的扭矩最大，所以由式d≥A0A0ⅹ10-3Kw，n=60rad/min得126==3.9mm。由上式可知只要軸的直徑大于就能滿足要求。因此我們決定軸直徑最小的是曲柄滑塊機構(gòu)交接處的直徑為5mm。十二執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計1打印機構(gòu)設(shè)計前面已經(jīng)涉及到機構(gòu)的選擇，為凸輪機構(gòu)。通過凸輪機構(gòu)是從動件上下往復運動，而產(chǎn)品就在從動件下方，從而到達打印的目的。如圖二2打印機構(gòu)工作頭設(shè)計我們設(shè)想是凸輪從動件就是工作頭，只是打印圖案局部—印章與從動件可別離，這樣當要打印不同的印時只需把印章?lián)Q下來就可以了。這樣使機器的通用性更強。從動件也十分兩局部，一個是活塞缸，一個是活塞?；钊讖纳贤乱来螆D二裝入活塞，彈簧然后把活塞缸口封緊。3定位夾緊機構(gòu)設(shè)計定位夾緊機構(gòu)也是凸輪機構(gòu)，只是和打印機構(gòu)不同的是：打印機構(gòu)用的是凸輪徑向的形狀使從動件運動，而