TY-460自动平台印刷机主运动机构分析与设计.doc
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机械原理课程设计说明书
设计题目TY-460自动平台印刷机主运动机构分析与设计
分院：
班级：
学号：
设计者：
指导老师：
2013年07月11日
目录
一、 机器性能指标、工作原理及参数 3
1、机器的工作性能指标 3
2、工作原理及主运动机构简介 3
3、参考数据（mm） 4
二、 设计内容 4
1、滚筒传动链的参数设计和运动分析 4
（1）设计变位齿轮1、2 4
（2）双曲柄GHMN的传动角变化曲线 5
（3）滚筒位移速度变化曲线及速度误差分析 7
2、平台传动链的机构选型、参数设计和运动分析 8
（1）确定曲柄长度 8
（2）双曲柄ABCD的传动角变化曲线 9
（3）平台位移变化曲线和速度变化曲线速度误差分析 11
3、同步补偿凸轮机构设计 13
（1）确定机构的初始角 13
（2）确定同步区 13
（3）平台位移补偿量曲线 13
（4）设计凸轮机构复位区 14
（5）设计主凸轮（右推凸轮）的轮廓 16
（6）回凸轮（左推凸轮）的轮廓设计 17
4、机构主运动简图绘制 18
三、 心得体会 19
一、机器性能指标、工作原理及参数
1、机器的工作性能指标
印刷速度：
每小时4500印张
印刷幅面：
320mm*850mm
滚筒尺寸：
280mm*1000mm
2、工作原理及主运动机构简介
平台轮转式印刷机是通过平台的往复直线运动和印刷滚筒的连续回转运动实现印刷功能的。
印刷铅版安装在平台上，印刷纸张被逐页送上滚筒。
在平台的工作行程中，有一段区域（称为压印区），铅版与滚筒圆柱面相切，并且由机构保障，使铅版的线速度与滚筒的圆周速度相等，从而在纸张上印出清晰的版面文件。
在平台的返回行程中，滚筒上已印好的成品由下料机构传送到输送带上送出，同时递纸机构把待印的纸张从给料台传送到滚筒的边缘，被滚筒上的、进入印刷状态。
滚筒每回转一周，平台就往复运动一次，完成一个印刷循环。
附图1画出了平台处于左端极限位置时机器的主运动简图。
机器的动力从轴A输入，构件AB为原动件，齿轮1与构件AB固连。
滚筒的回转运动是经由齿轮副1、2，双曲柄机构GHMN，齿轮副3、4传动而实现的（其中齿轮2与曲柄GH固连，齿轮3与曲柄MN固连）。
在该路传动链中引入双曲柄机构GHMN是为了使滚筒实现变速的回转运动，从而使压印区内滚筒的圆周速度与平台的线速度基本相同。
平台上固连有齿条7，其往复运动是经由双曲柄机构ABCD，曲柄边连杆机构DEF、齿轮齿条机构7、8、9实现的。
设齿条9固定不动，则平台的线速度是齿轮8轴心F线速度的两倍。
在该路传动链中采用双曲柄机构和偏置式曲柄连杆机构是为了获得速度变化较小的压印工作区段，并且尽可能延长工作行程的时间。
因为工作循环的周期是由印刷机的工作速度指标所限定的，在周期不变的情况下，印刷工作行程时间较长（即平均行程速度比例系数较大），对提高印刷质量是有益的。
调整双曲柄机ABCD几何尺寸及其与曲柄连杆机构DEF之间的安装角度∠CDE，可以改变平台运动的速度特性。
由于滚筒的变速回转运动和版台的往复直线运动是分别由两路独立的传动链驱动的，它们之间的相互关系可以通过控制两组双曲柄机构中主动曲柄的初始位置角ϕAB0、ϕGH0的大小得到确定。
附图2中给出了相对位置较佳的滚筒圆周速度和平台速度变化曲线。
由图可知，在两曲线的某一段区间上，速度值相差较小，可以作为压印工作区。
然而印刷工作要求在压印区内滚筒圆周速度与平台线速度保持精确相同，为此引入一组凸轮补偿机构。
附图1中的对心滚子直动从动件共轭凸轮机构10－S1－11－S2－9就是用来对平台的运动加以补偿的，其中的两个共轭凸轮均与曲柄CD固连。
经由凸轮10、11的回转，通过滚子推动齿条9运动，从而使平台在原来往复运动的基础上附加一个补偿运动，其目的是消除在压印区段中的速度差，使得平台在压印区中的运动速度与滚筒圆周速度处处相等。
为可靠计，将压印区向两端分别延伸一段作为必须同步的区域，称为同步区。
在同步区后，一次印刷工作已经完成，平台速度与滚筒圆周速度的同步要求解除。
此时，为了使补偿齿条9回复到补偿运动前的初始位置，可以自由选用适当的从动件运动规律和相应的凸轮廓线使之复位。
为了改善印刷过程中机器的动力性能，滚筒上固连的扇形齿轮5与平台上固连的齿条6在进入同步区时相互啮合，构成一组虚约束。
3、参考数据（mm）
LAB=116，LBC=100，LCD=100，LDA=37，
LGH=100，LHM=100，LMN=95，LNG=40，
m=4，r1’=r2’，r3=r4=136，r8=100，
e=50，LEF=520，∠CDE=177º，
主凸轮基圆半径rb＝90，滚子半径rg＝25。
二、设计内容
1、滚筒传动链的参数设计和运动分析
（1）设计变位齿轮1、2
37mm，e=50mm，e-13mm
=√（2902+132）=290.3，=20，m=4mm，r1’=r2’
与相近
标准中心距：
==m=288
==72
=arccos=21.2
inv=tan-=0.0149
inv=tan-=0.0179
变位系数和：
=（inv-inv）（+）/（2tan）=0.5934
中心距变动系数：
y=（-）/m=0.575
齿顶高降低系数：
y=（）-y=0.0184
=0.2967
==144mm
=cos=135.316mm
=+（+-y）m=149.1132mm
=-（+-）m=140.1868mm
名称
代号
齿轮1、2各项数值大小
模数
m
4mm
齿数
z
72
压力角
21.2
变位系数
x
0.2967
分度圆半径
r
144mm
基圆半径
135.316mm
齿顶圆半径
149.1132mm
齿根圆半径
140.1868mm
表1 1齿轮1、2参数表
（2）双曲柄GHMN的传动角变化曲线
AB转角
传动角
0
52
30
40
60
36
90
42
120
54
150
68
180
81
210
89
240
88
270
88
300
79
330
66
表1 2双曲柄机构GHMN的传动角变化表
图1 1双曲柄机构GHMN的传动角变化曲线
图1 2双曲柄机构GHMN的最小传动角验证图
检验最小传动角是否小于
HMN中HN最小时，最小；
NG，GH重合时，HN最小
=>
所以机构GHMN的传动性能好，符合要求。
（3）滚筒位移速度变化曲线及速度误差分析
AB转角
滚筒线位移（mm）
0
0
30
74.72
60
184.87
90
306.941
120
411.09
150
497.893
180
572.796
210
637.972
240
693.916
270
741.742
300
784.583
330
827.761
360
879.646
表1 3滚筒周向位移变化表
图1 3滚筒周向位移变化曲线
AB转角
滚筒线速度（mm/s）
滚筒实际测算线速度（mm/s）
相对误差
0
905.391
881.791
2.607%
30
1381.215
1351.450
2.155%
60
1854.342
1811.776
2.295%
90
1721.496
1681.342
2.333%
120
1414.961
1373.860
2.905%
150
1203.525
1178.143
2.109%
180
1048.452
1016.556
3.042%
210
907.452
890.768
1.839%
240
773.259
758.259
1.94%
270
669.404
659.230
1.52%
300
628.994
620.121
1.411%
330
686.417
666.332
3.936%
表1 4滚筒圆周速度变化表
图1 4滚筒圆周速度变化曲线
2、平台传动链的机构选型、参数设计和运动分析
（1）确定曲柄长度
给定平台的行程为620mm，确定曲柄连杆机构DEF中的曲柄长度
平台行程为620mm，F点行程是平台的一半，为310mm
图2 1曲柄长度计算图
从上图可知，310=-
解得X=154.21
=154.21mm
（2）双曲柄ABCD的传动角变化曲线
求双曲柄ABCD的传动角变化曲线，检验双曲柄机构ABCD的最小传动角是否小于
AB转角
传动角
0
86
30
84
60
80
90
83
120
89
150
77
180
63
210
52
240
47
270
50
300
60
330
73
表2 1双曲柄ABCD的传动角变化表
图2 2双曲柄ABCD的传动角变化曲线
图2 3双曲柄ABCD的最小传动角验证图
DB最小时，最小
AD，AB共线时，DB最小
=47>20
（3）平台位移变化曲线和速度变化曲线及速度误差分析
AB转角
平台位移（mm）
0
0
30
49.366
60
160.1
90
282.109
120
391.489
150
485.452
180
564.6
210
615.842
240
594.643
270
452.791
300
236.045
330
61.042
360
0
表2 2平台位移变化表
图2 4平台位移变化曲线
AB转角
平台理论速度（mm/s）
平台实际测算速度（mm/s）
相对误差
0
0
0
0
30
1346.144
1355.4
0.6876%
60
1842.936
1841.2
0.094%
90
1760.048
1752.2
0.446%
120
1519.327
1512.26
0.465%
150
1304.867
1299.04
0.447%
180
1042.482
1034.98
0.72%
210
381.3
367.22
3.693%
240
-1175.35
-1142.2
2.82%
270
-2956.68
-2965.287
0.2911%
300
-3216.04
-3105.6
3.434%
330
-1849.02
-1865.2
0.8751%
360
0
0
0
表2 3平台速度变化
图2 5平台速度变化曲线
3、同步补偿凸轮机构设计
（1）确定机构的初始角
综合分析滚筒圆周速度曲线和平台速度曲线，确定两组双曲柄机构的对应初始位置角ΦGH0，ΦBA0。
ΦGH0初始为57.109，ΦBA0=116
（2）确定同步区
同步区内滚筒圆周的线位移应大于印刷幅面的宽度320mm，建议取420mm左右。
AB转过34时，平台速度与滚筒速度相等，以34为同步区起点
查附录，87.349+420=507.349
同步区终点取155
同步区：
34~155
（3）平台位移补偿量曲线
综合分析滚筒的圆周位移曲线和平台位移曲线之差值，确定平台的位移补偿量曲线
AB转角
平台线位移差（mm）
滚筒线位移差（mm）
相减之差（mm）
位移补偿量（mm）
34～35
3.275
3.268
0.007
0.007
35～40
17.185
16.997
0.188
0.195
40～45
18.338
18.054
0.284
0.479
45～50
19.234
19.008
0.226
0.705
50～55
19.889
19.804
0.085
0.79
55～60
20.326
20.39
-0.064
0.726
60～65
20.567
20.736
-0.169
0.557
65～70
20.64
20.837
-0.197
0.36
70～75
20.57
20.715
-0.145
0.215
75～80
20.381
20.407
-0.026
0.189
80～85
20.101
19.965
0.136
0.325
85～90
19.75
19.411
0.339
0.664
90～95
19.349
18.827
0.522
1.186
95～100
18.914
18.218
0.696
1.882
100～105
18.463
17.616
0.847
2.729
105～110
18.005
17.036
0.969
3.698
110～115
17.548
16.484
1.064
4.762
115～120
17.101
15.968
1.133
5.895
120～125
16.666
15.487
1.179
7.074
125～130
16.248
15.041
1.207
8.281
130～135
15.842
14.624
1.218
9.499
135～140
15.451
14.238
1.213
10.712
140～145
15.068
13.877
1.191
11.903
145～150
14.688
13.536
1.152
13.055
150～155
14.306
13.214
1.092
14.147
表3 1位移补偿量表
图3 1位移补偿量曲线
（4）设计凸轮机构复位区
设计凸轮机构复位区从动件运动规律和相应的凸轮转角，并绘制全工作循环的从动件运动位移曲线图。
复位区的凸轮转角可取100，以便减小凸轮机构的回程压力角。
因为刚开始还有一定去程速度，为避免刚性冲击，先取
AB转角160°，回程位移14.517mm；
AB转角165°，回程位移14.717mm；
之后，
正弦加速度运动曲线规律既无刚性冲击也无柔性冲击，所以选用正弦加速度运动规律。
h=14.717mm，
S=h
0<<100，=100
复位区（）
回程位移（mm）
0
14.717
5
14.70496
10
14.62206
15
14.4044
20
14.00124
25
13.38003
30
12.52954
35
11.461
40
10.20696
45
8.818155
50
7.3585
55
5.898845
60
4.51004
65
3.256003
70
2.187456
75
1.336967
80
0.715756
85
0.312603
90
0.09494
95
0.012045
100
0
表3 2复位区从动件运动位移表（满足正弦函数段）
图3 2复位区从动件运动位移曲线图
图3 3全工作的从动件运动位移曲线图
（5）设计主凸轮（右推凸轮）的轮廓
图3 4主凸轮（右推凸轮）的轮廓图
（6）回凸轮（左推凸轮）的轮廓设计
设计回凸轮（左推凸轮）的轮廓，要求与主凸轮有相同的最大径向尺寸，并确定的大小
>=90*2+14.717=194.717mm
图3 5回凸轮（左推凸轮）的轮廓图
4、机构主运动简图绘制
图4 1机构主运动简图
三、心得体会
在整个机械原理课程设计中，我学到了很多东西。
理解了TY-460自动平台轮转印刷机的工作原理。
在作图的过程中大量使用了CAD，使我对它的掌握更加牢固。
并且，在设计计算的过程中遇到过各种问题，发现只有理解掌握才能学好机械原理设计这门课程，才能够适应以后社会工作的需要，因此以后不仅要在学习中更加刻苦，并且需要联系生活中的实际问题，努力提高自己解决问题的能力，这样才算是学到了有用的东西。
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