打印機機械原理課程設(shè)計說明書

機械原理課程設(shè)計題目：紀(jì)念章壓印機及其送料機構(gòu)設(shè)計指導(dǎo)老師：組員：2011年1月12日目錄一設(shè)計任務(wù)1．設(shè)計題目，分析功能要求……..2．原始數(shù)據(jù)和設(shè)計要求……………..二所選方案1．方案分析………..2．分析結(jié)論……….三機構(gòu)的設(shè)計1．幾何尺寸的確定…………….2．機構(gòu)簡圖的繪制…………………..……四．從動件的運動規(guī)律及簡圖1．位移S---Ψ簡圖………2.速度V---Ψ簡圖…….3.加速度a-----Ψ簡圖……4.機構(gòu)工作過程說明…………………設(shè)計任務(wù)1.設(shè)計題目，分析功能要求設(shè)計自動紀(jì)念章壓印機，將具有一定厚度的板料自動送入印壓位置印壓成紀(jì)念章，經(jīng)印壓成形后脫離該位置。機器的整個工作過程（送料，壓型，脫離）均自動完成。由此，可知該機構(gòu)有兩個動作要求，一是印壓成型，二是自動送料。繪制功能圖如圖1-1所示自動自動紀(jì)念章壓印系統(tǒng)送料輸出壓印執(zhí)行構(gòu)件做間歇運動執(zhí)行構(gòu)件做間歇運執(zhí)行構(gòu)件做間歇運圖1-1壓印成形機的工藝動作是：如圖1-2所示板料移動至沖壓位置下沖頭15mm,利于上沖頭將板料沖程規(guī)定的直徑，即先落料。上下沖頭同時加壓，并保持一段時間。上沖頭退出，下沖頭隨后將壓印好的紀(jì)念章頂出。板料將成品推走。（1）（2）（3）（4）（5）圖1-22．原始數(shù)據(jù)和設(shè)計要求1動力源是電動機，做轉(zhuǎn)動：從動件（執(zhí)行機構(gòu)）為上下模，作上下往復(fù)直線運動，上模具有快速下沉，等速工作進給和快速返回的特性。2機構(gòu)應(yīng)具有較好的傳動性能，特別是工作段的壓力角α應(yīng)盡可能小;傳動角大于或等于許用傳動角3．上模到達(dá)工作段之前，送料機構(gòu)已將坯料送至待加工的位置（下模的上方）。4．生產(chǎn)率約為每分鐘30件。5．執(zhí)行構(gòu)件（上模）的工作長度L=50—100mm，對應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角=(1/3-1/2)π;上模行程的長度必須大于工作段長度的兩倍以上。7許用傳動角=408送料距離H=60~250mm9建議主動件的角速度+1rad10.對機構(gòu)進行動力分析，所需參數(shù)值建議如下選取（1）設(shè)連桿機構(gòu)中各構(gòu)件為等截面勻質(zhì)桿，其質(zhì)心在桿長中點，而曲柄的質(zhì)心與回轉(zhuǎn)軸線重合。（2）設(shè)各構(gòu)件的質(zhì)量按每米40kg計算。繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量按每米2kg.計算。（3）轉(zhuǎn)動滑塊的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量不計；移動滑塊的質(zhì)量36kg。（4）載荷F=5000N；按平均功率選電動機。型號如表2-1所示：同步轉(zhuǎn)速為720r/min電動機型號額定功率（KW）滿載轉(zhuǎn)速（r/min）Y132S-8710Y160M1-84720Y160M2-8720Y160L-8720(5)曲柄轉(zhuǎn)速為30r/min，在由電動機軸至曲柄軸之間的傳動裝置中如圖1-3圖1-3根據(jù)要求，所選方案如圖1-4所示圖1-4方案分析與選擇（1）齒輪系—摩擦輪—凸輪送料機構(gòu)凸輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，設(shè)計方便，但由于主從動件之間為點接觸，易磨損，適用于運動規(guī)律復(fù)雜，傳力不大的場合。齒輪依靠齒廓直接接觸來傳遞空間任意兩軸間的運動和動力，并具有傳遞功率范圍大、傳動效率高、傳動比精確、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等缺點。摩擦傳動是在摩擦力的作用下工作的，所以保持兩路案件相互壓緊，由壓緊力在接觸面間產(chǎn)生足夠的法向力是摩擦傳送的最基本條件。它又制造簡單、運行平穩(wěn)、噪聲很小、過載時發(fā)生打滑，故能防止機器中重要的零件損壞、能無極的改變傳動比等優(yōu)點；同時有效率低、當(dāng)傳遞同樣大的功率時，輪廓尺寸和作用在軸與軸承上的荷載都比齒輪傳動大、不能保持準(zhǔn)確的傳動比、干摩擦?xí)r磨損快、壽命低等缺點。所以送料機構(gòu)選擇齒輪系—摩擦輪—凸輪機構(gòu)。摩擦輪E與齒輪G間用皮帶相連，實現(xiàn)長距離傳遞運動。齒輪系G由電機帶動，摩擦輪F起固定板料作用，凸輪H及其所連接的滑塊負(fù)責(zé)將落下的板料頂起到與原板料同一高度。按機構(gòu)運動循環(huán)圖確定齒輪，摩擦輪，凸輪的運動規(guī)律，則機構(gòu)可在預(yù)定時間將工件送至代加工位置以及把產(chǎn)品送離加工位置。對于方案一齒輪—連桿沖壓機構(gòu)如圖所示，沖壓機構(gòu)由曲柄滑塊機構(gòu)形成，由齒輪帶動曲柄AB，它和曲柄IJ、連桿BJ以及機架構(gòu)成平行四邊形機構(gòu)，該機構(gòu)有兩個顯著的特點：一是兩曲柄以相同的速度同向轉(zhuǎn)動；而是連桿作平動。平行四邊形機構(gòu)有利于齒輪和曲柄AB之間的平穩(wěn)傳動，進而是沖壓過程更穩(wěn)定。曲柄滑塊機構(gòu)按給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計，適當(dāng)選擇導(dǎo)路位置，可使工作段壓力角α較小。對于方案二齒輪—皮帶沖壓機構(gòu)如圖1-4所示，沖壓機構(gòu)由曲柄滑塊機構(gòu)形成，由電機帶動曲柄。曲柄滑塊機構(gòu)按給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計，適當(dāng)選擇導(dǎo)路位置，可使工作段壓力角α較小。在ABC曲柄搖桿機構(gòu)加上二級桿組連桿和滑塊，組成五桿機構(gòu)。主動曲柄AB勻速轉(zhuǎn)動，滑塊D在CD線上做往復(fù)運動。（2）分析結(jié)論如圖1-5所示，平行四邊形機構(gòu)使機構(gòu)間的傳動更加穩(wěn)定，連桿機構(gòu)最適合用于沖壓機構(gòu)，可以傳遞較大的力，但一些運動無法滿足，即要求在勻速沖壓完工件后快速將工件推出這一運動過程不易滿足，而齒輪—摩擦輪—凸輪送料機構(gòu)恰能滿足這個要求?？傮w來說此機構(gòu)可以達(dá)到在預(yù)定的時間將工件送到加工位置而在加工完成后快速將產(chǎn)品送離加工位置的要求（3）方案選擇我們選擇方案一，因為方案一的四桿機構(gòu)機構(gòu)傳動過程比皮帶的傳動性能差點，工作效率沒那么高，但是四桿機構(gòu)是平行四邊形的設(shè)計保證了沖壓與電機運轉(zhuǎn)的同步進行，我們可以按照需要設(shè)計增加檔位來調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速來改變打印速度，而皮帶傳動的如果要改變檔位則數(shù)據(jù)計算比較復(fù)雜；而且連桿機構(gòu)比皮帶的簡單，所需材料少，經(jīng)濟效益高，雖然方案一相對于方案二的一些優(yōu)點差些，從經(jīng)濟方面和簡單方面選擇，但是我們還是選擇方案二。三機構(gòu)的設(shè)計幾何尺寸的確定曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計曲柄逆時針旋轉(zhuǎn)，如圖3-1所示，∠CAB=，mm,由余弦定理得，①∠=0時，為保證上模行程的長度大于工作段長度的兩倍以上，取mm，則有：②由①、②式解得mm圖3-1凸輪的設(shè)計根據(jù)沖壓機構(gòu)的s-δ圖以及紀(jì)念章半徑，確定凸輪的推程角為，遠(yuǎn)休角為，回程角為，近休角為π，推程s=15mm?；鶊A半徑取r=30mm。為保證推桿運動的平穩(wěn)性和工作精度。凸輪的推程和回程均可采用五次多項式運動規(guī)律。推程計算：（3-1）回程計算：（3-2）根據(jù)凸輪的s-δ圖，作凸輪輪廓曲線如圖3-2所示以凸輪基圓半徑r=30mm作圓。將凸輪的位移線圖s-δ推程運動角∠AOB十等分，回程運動角∠COD六等分,由式（3-1）（3-2）分別算得如下表所示/mmO1O2O3O4O5O6O7O8OCO9O10O11O12O13ODOB453045電動機設(shè)計機構(gòu)功率估算：假設(shè)上模載荷F=5000N，桿長L=0.1m，則力矩M=F*L,由機構(gòu)效率為n=30r/min，上模功率=M*2n/60=1.57kw.假設(shè)摩擦輪摩擦力為=2000N，又已知板料移動速度V=0.06m/s,則，帶傳動效率為0.94，故摩擦輪所需功率.假設(shè)下模所需功率機構(gòu)所需總功率，由此可知，通過二級減速器所得出的電機的輸出功率，故電動機的功率選擇為4kw的Y160M1-8型。輪系的設(shè)計：如圖3-1所示圖3-1根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)定二級減速器輸出轉(zhuǎn)速為60r/min,而有表2-1得知，電機轉(zhuǎn)速為720r/min,由此得傳動比i=720/60=12，又由圖3-1知，，查機械設(shè)計手冊，取模數(shù)m=4，可得各齒輪齒數(shù)如下：執(zhí)行機構(gòu)尺寸設(shè)計如圖3-2所示各個構(gòu)件尺寸如下：主動輪G齒數(shù)為20.，從動輪M齒數(shù)為40，，飛輪直徑為240mm,兩皮帶輪Y、X直徑分別為60mm、120mm，不完全摩擦輪大徑為40mm,小徑為36mm.從動件的運動規(guī)律及簡圖曲柄-滑塊運動規(guī)律在圖3-1中，令=100mm，，。如圖4-1所示，建立一直角坐標(biāo)系，則機構(gòu)ABC的封閉位置方程式為：即（4-1）根據(jù)歐拉公式將式（4-1）的實部與虛部分離得解得：對式（4-1）對時間t求一階導(dǎo)和二階導(dǎo)，整理后可得點C的速度、加速度分別為：由沖壓機構(gòu)的工作效率是30r/min,可得，代入數(shù)據(jù)，每取一個數(shù)據(jù)，機構(gòu)運轉(zhuǎn)一周，s、、、變化如表4-1θ/°s（mm/°）v（mm/°）a（mm/t2）00102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350360作圖s-θ圖V-θ圖a-θ圖凸輪運動規(guī)律凸輪推程多項式：回程多項式：（3-2）凸輪旋轉(zhuǎn)一周，凸輪位移s、速度v、加速度a隨角度δ變化如表4-2表4-2δ/°s/mmv(mm/s)a(mm/s2)00001020304050607080901501001500110150012015001301500140150015015001601500170150018015001902002102202302400250000260000270000280000290000300000310000320000330000340000350000360000作圖S-δ圖v-δ圖δ圖機構(gòu)工作過程說明如下圖所示圖中，齒輪G為主動輪，順時針旋轉(zhuǎn)；在齒輪G由圖示時刻轉(zhuǎn)動一周過程中，機構(gòu)的工作情況如下：此時刻，∠CAB=，凸輪H剛剛進入近休階段，凸輪近休角為2/3，在凸輪G轉(zhuǎn)過近休角過程中，上模D向下運動，與下模配合完成壓印過程；此后凸輪G進入推程階段，將壓印成型的紀(jì)念章向上推，推程角為/2,推程結(jié)束后，進入遠(yuǎn)休階段，同時不完全摩擦輪E與板料接觸，將板料向前推進30mm，等待下一次沖壓。附：曲柄機構(gòu)運動規(guī)律程序：#include<math.h>main(){ doublei,j,s,v,a,w,l=100,k=197.5,q=3.14; for(i=0;i<=6.28;) { j=asin((l*sin(i))/k);s=l*cos(i)+k*cos(j); w=-q*l*cos(i)/(k*cos(j)); v=q*l*sin(i-j)/cos(j); a=(-q*q*l*cos(i-j)-w*w*k)/cos(j); printf("i=%.3fs=%.3fv=%.3fa=%.3f\n",i,s,v,a); i=i+0.174444; }}凸輪運動規(guī)律程序;推程部分：位移計算：#include<stdio.h>#include<math.h>voidmain(){floath=0.015,i;floatx,y,s;y=1.57;printf("請輸入數(shù)據(jù):\n");scanf("%f,",&x);for(i=0;i<19;i++){s=10*h*x*x*x/(y*y*y)-15*h*x*x*x*x/(y*y*y*y)+6*h*x*x*x*x*x/(y*y*y*y*y);printf("S=%f角度=%f\n",s,x);x=x+0.174;}}速度計算：include<stdio.h>//#include<math.h>voidmain(){inti;floatx,y,a,v;a=1.57;y=1.57;printf("請輸入數(shù)據(jù):\n");scanf("%f,",&x);for(i=0;i<=19;i++){v=0.45*x*x/(a*a*a)-0.9*x*x*x/(y*y*y*y)+0.45*x*x*x*x/(y*y*y*y*y);printf("推程速度=%f角度=%f\n",v,x);x=x+0.174;}}加速度計算：#include<stdio.h>//#include<math.h>voidmain(){inth=15,i;floatx,y,a,b;a=1.57;y=1.57;printf("請輸入數(shù)據(jù):\n");scanf("%f,",&x);for(i=0;i<=19;i++){b=0.9*x/(a*a*a)-2.7*x*x/(y*y*y*y)+1.8*x*x*x/(y*y*y*y*y);printf("推程加速度=%f角度=%f\n",b,x);x=x+0.174;}}回程部分：位移計算：#include<stdio.h>#include<math.h>voidmain(){inth=15,i;floatx,y,a,s;a=1.57;y=1.046;printf("請輸入數(shù)據(jù):\n");scanf("%f,",&x);for(i=0;i<=19;i++){s=0.015-0.150*x*x*x/(y*y*y)+0.225*x*x*x*x/(y*y