平台印刷机课程设计说明书.docx
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平台印刷机课程设计说明书
机械原理课程设计说明书
设计题目：
平台印刷机主传动机构运动简图设计
学院：
动力与机械学院
专业：
机械设计制造及其自动化
班级：
班
姓名：
学号：
指导教师：
***
201年月日
一、设计题目：
平台印刷机的主传动机构的运动简图的设计
设计条件：
平台印刷机的工作过程有输纸、着墨、压印和收纸四部分组成，主运动是压印卷有空白纸张的滚筒与嵌有铅字的版台之间纯滚动来完成。
设计的条件是版台的移动速度严格等于滚筒表面的圆周速度，再次为了提高生产的效率，要求版台的运动有急回运动特性。
二、机械运动方案的确定与论证
由电动机到版台之间的运动是将转动转化成平面的运动。
这种转换运动的方法有很多种，常见的方法有摩擦传动、齿轮齿条传动、螺旋机构传动、凸轮机构传动、曲柄滑块机构以及组合机构等。
此设计课题的要求为了提高生产效率要求版台的运动具有急回特性，因此我们要在凸轮传动机构、曲柄滑块机构以及组合机构中选取最佳方案。
由此分析我们可以采取可以实现较好机械运动条件的组合运动的方案。
在组合运动机构之中，采用曲柄滑块机构和双曲柄机构以及凸轮机构等进行组合。
在传动链的终端要求滚筒和版台的瞬时速度必须相等，这样才不会出现字迹模糊。
当主传动机构不能满足上述条件的时候我们还需要设计补偿机构来调节。
补偿机构可以采用凸轮传动机构来实现，凸轮传动机构具有传递精度高的优点。
可以实现对机构误差的微细调节。
传动机构Ⅰ的参考方案可由双曲柄机构AABB和曲柄滑块机构BCD串联组成，将曲柄AA的转动转变为D点往复运动。
当齿条固定不动的时候，中心为D的行星齿轮将带动齿条移动，并且将齿条固定在印刷版台的下部，以期实现齿条与版台的联动。
下部的齿条与有凸轮组成的补偿机构相连实现补偿。
其中凸轮与从动曲柄BB为同一构件，主动曲柄AA的转动与滚筒的转动同步。
当上部与版台固结的齿条的工作移动速度偏离要求的时候，可以通过凸轮的轮廓曲线进行调节，控制下部齿条补偿移动来补偿误差。
另一个传动机构Ⅰ设计为双曲柄机构，可以用于带动滚筒的转动。
各个杆的尺寸已知。
两个传动机构通过一对齿轮传动建立其运动关系。
齿轮参数i=1，m=4mm，z=105。
三、设计过程用到的全部原始数据
双曲柄滑块机构的杆长数据：
h1=145.0mm
h2=178.0mm
h3=175.0mm
h4=65.5mm
机架长：
l4=55.0mm
传动齿轮的参数：
i=1m=4mmz=105
的初始角：
的角度：
滚筒的直径：
版台往复行程：
795mm
印刷纸张的设计幅面：
415*590mm2
生产率：
4400---4500张/小时
电动机功率：
3kw转速：
1450rpm
参数
的值：
和
凸轮位移：
各机构形态学矩阵：
功能元
实现功能的解（各个方案）
传动机构I
摩擦传动
螺旋机构
齿轮齿条
凸轮机构
曲柄滑块机构
组合机构
传动机构
带传动机构
双曲柄机构
齿轮机构
补偿机构
凸轮机构
四、机械运动机构的设计方法说明
1、曲柄滑块机构的尺度综合
D点的位置方程为：
D点的速度加速度方程为：
滑块的行程长度：
工作行程的最小传动角：
回程的最小传动角：
2、双曲柄机构的位置分析
为了改善版台的速度特性，机构I设计成串联机构。
第一级为双曲柄机构ABCD，其主动曲柄DC用一级速比i=1的圆柱齿轮与机构II的原动曲柄h3连接。
机构II的从动曲柄h1则与滚筒同步转动。
由滑块位移计算
：
几何关系为：
3、曲柄滑块机构的位置分析
由滑块位移求对应的曲柄转角
：
4、用函数平方逼近法设计双曲柄机构
机构的位置方程：
所谓的平方逼近法设计就是以结构误差的均方根值最小为目的，做逼近函数机构的设计。
5、凸轮机构的设计
由于印刷机的版台和滚筒各有一套独立的运动系统驱动，为了保证印刷质量，在压印阶段，滚筒表面点的线速度必须和版台的移动速度保持相等。
在设计时要满足这一要求。
若在压印区的滚筒的表面点的先速度和版台移动速度尚有一定的差别，则要采用凸轮机构进行运动补偿。
1）设版台的传动系统未安装补偿凸轮机构，且下齿轮为固定齿条。
编主程序对此进行运动分析。
可以求得版台的位移曲线Sp--
以及速度曲线Vp--
2）编主程序对滚筒的传动系统进行运动分析，求出滚筒表面点的位移曲线Sc--
以及速度曲线Vc--
3）按照上述曲线选定同步区（压印区）。
压印区的始点一般应为同速点。
压印区应该根据压印行程要求选在速度变化较小的区域。
即
较小的区域。
4）在
的坐标中描绘出
（i=1，2，3……n）的各点，并光滑连接。
得到
的曲线。
也就是补偿凸轮机构从动件在压印区的位移曲线。
选择合适的从动件结构形式并考虑其他因素选择凸轮的基本参数，用图解法设计凸轮的轮廓曲线。
1）voidCFI
功能：
由曲柄滑块机构行程求Φ3（先由s求得Ψ1和Ψ3，而后求得Φ3）。
2）voidCPSI
功能：
由滑块位移求得对应的Φ1。
3）voidCRLE
功能：
设计曲柄滑块机构。
4）voidSLNPD
功能：
用高斯消去法解线性方程组。
5）voidPIVOT
功能：
用列主元消除法解线性方程组。
6）voidSQU
功能：
用函数平方逼近法设计四杆机构。
7）voidEQU
功能：
解一元二次方程。
8）voidPOS1
功能：
由SET[3]求SET[1]和SET[2]。
9）voidPOS2
功能：
由SET[1]求SET[2]和SET[3].
10）voidPOS3
功能：
由FAI[1]求FAI[2]。
11）voidVEL
功能：
调用voidPOS1，由SET[3]求SET[1]和SET[2]，求版台速度VF，求滚筒表面的点的线速度VCIR。
12）voidACCE
功能：
由DSET[3]求出DSET[1]和DSET[2]，求出角加速度DDSET1。
13）voidSCI
功能：
计算滚筒滚过的弧长。
13）voidWRT
功能：
将计算结果打印出来。
2.所编程序的框图
真
假
假
真
\
3.主程序如下：
#include
#include
voidCFI（doubleCAMA10,doubleFI0,doubleH[],doubleS[],doubleFI[]）;
voidCPSI（doubleBATA,doubleTL[],doubleS[],doublePSI[]）;
voidCRLE（doubleALAMT,doubleER,doubleHD0,doubleHD,doubleTL[]）;
voidSQU（doubleFI[],doublePSI[],doubleDL,doubleTL1[]）;
voidSLNPD（doubleA[][4],doubleB[]）;
voidPOS1（doubleTL[],doubleSSET[],intI1,intI2）;
voidPOS2（doubleTL[],doubleSET[],intI3,intI4）;
voidPOS3（doubleTL[],doubleFAI[]）;
voidVEL（doubleALP,double*VF,double*VCIR,doubleTL1[],doubleTL2[],doubleA[],doubleTLL[],doubleSET[],doubleSSET[],doubleFAI[]）;
voidEQU（double*SE,doubleZ,doubleE,doubleF,doubleG,intI）;
voidSCI（intIFA,doubleSSETR,double*SCIR）;
voidACCE（doubleL1,doubleSET,doubleDSET,doubleDDSET1）;
voidWRT（intIFA,doubleSP,doubleSCIR,double*VF,double*VCIR,doubleAP,doubleACIRT,doubleACIRN,doubleACIR）;
voidmain（）
{
doubleALAMT=3.55,ER=0.305,HD0=397.5,HD=0.0,TL[4],GAMA5,GAMA6,K;
printf（"设计曲柄滑块机构的,计算出曲柄的长度R,连杆的长度L,滑块的偏心距e,版台行程2*HD:
\n\n"）;
CRLE（ALAMT,ER,HD0,HD,TL）;
printf（"计算滑块行程的最小传动角:
"）;
GAMA5=acos（（1-ER）/ALAMT）;
printf（"GAMA5=%f（DEGREE）\n\n",GAMA5*180/3.14）;
printf（"计算滑块回程的最小传动角:
"）;
GAMA6=acos（（1+ER）/ALAMT）;
printf（"GAMA6=%f（DEGREE）\n\n",GAMA6*180/3.14）;
printf（"计算曲柄滑块机构的行程速比系数:
"）;
K=（3.1415926+asin（ER/（ALAMT-1））-asin（ER/（ALAMT+1）））/（3.1415926-asin（ER/（ALAMT-1））+asin（ER/（ALAMT+1）））;
printf（"K=%f\n\n",K）;
printf（"曲柄滑块机构的运动分析"）;
inti;
doubleBATA=0.2591325,TLL[]={0.0,0.0,2.22803,0.2591325};
doubleSP,SET[3],ALP;
doubleFAI[3],DL=55.0,TL1[5],VF,VCIR,SSET[3],SCIR,FAII=0;
doubleS[11],GAMA10=0.537406,FI0=1.943799,H[]={0.0,145.0,178.0,175.0,65.5},FI[11],PSI[11];
S[0]=130.0,S[10]=370.0;
for（i=1;i<11;i++）
{
S[i]=S[0]+（S[10]-S[0]）*i/10.0;}
CFI（GAMA10,FI0,H,S,FI）;/*求FI的值*/
CPSI（BATA,TL,S,PSI）;/*求PSI的值*/
SQU（FI,PSI,DL,TL1）;/*设计四杆机构*/
printf（"随着FAII角度变化,版台位移,速度,滚筒位移,速度结果如下:
\n\n"）;
FAI[1]=0.0;
for（i=0;i<360;i++）
{
FAI[1]=FAI[1]-3.1415926/180;
SET[1]=BATA+3.1415926/2+FAI[1];
POS2（TL1,SET,1,2）;/*由STE[1]求STE[2]和SET[3]*/
POS3（TL,FAI）;/*由FAI[1]求FAI[2]*/
ALP=SET[3]-3.1415926;
VEL（ALP,&VF,&VCIR,TL1,H,TL,TLL,SET,SSET,FAI）;
SCI（i,SSET[1],&SCIR）;
SP=2*（sqrt（pow（（TL[1]+TL[2]）,2）-pow（TL[3],2））-TL[1]*cos（FAI[1]）-TL[2]*cos（FAI[2]））;
printf（"FAII=%10.4fSP=%10.4fVF=%10.4fSCIR=%10.4fVCIR=%10.4f\n",fabs（FAI[1]）*180/3.1415926,SP,VF,SCIR,VCIR）;
}/*版台SP,VF与曲柄连杆转角FAI的关系*/
printf（"\n"）;
printf（"设计凸轮机构\n\n"）;
printf（"凸轮机构的补偿位移以及对应的X,Y坐标:
\n\n"）;
doubleSP1,SCIR1,SSP,SSCIR,SS,SP0,SCIR0,rb=40,X,Y;intI;
FAI[1]=-8*3.1415926/180;SP0=10.865851;SCIR0=12.645137;
doubleFAI1=0.0;
for（I=0;I<160;I++）
{
SET[1]=BATA+3.1415926/2+FAI[1];
POS2（TL1,SET,1,2）;/*由STE[1]求STE[2]和SET[3]*/
POS3（TL,FAI）;/*由FAI[1]求FAI[2]*/
ALP=SET[3]-3.1415926;
VEL（ALP,&VF,&VCIR,TL1,H,TL,TLL,SET,SSET,FAI）;
SCI（i,SSET[1],&SCIR）;
SP=2*（sqrt（pow（（TL[1]+TL[2]）,2）-pow（TL[3],2））-TL[1]*cos（FAI[1]）-TL[2]*cos（FAI[2]））;
SP1=SP;
SCIR1=SCIR;
SSP=SP1-SP0;
SSCIR=SCIR1-SCIR0;
SS=SSP-SSCIR;
X=（SS+rb）*sin（fabs（FAI[1]+0.139626））;
Y=（SS+rb）*cos（fabs（FAI[1]+0.139626））;/*凸轮工作行程的坐标*/
printf（"FAI1=%10.4fSS=%10.4fX=%10.4fY=%10.4f\n",fabs（FAI[1]+0.139626）*180/3.1415926,SS,X,Y）;
FAI[1]=FAI[1]-3.1415926/180;
}
}
附：
主程序子程序中主要参数说明
ALAMT—λ（L为连杆长，R为曲柄长）（=L/R）
ER—δ=e\R（e为偏距）
HD0—滑块的最大行程
H—将求得的L、R、e圆整后算出的行程长
TL[4]—由R、L、e组成的一维数组
GAMA10—ψ10（对应于压印区的初始位置）
FI0—φ30
TL2—滚筒双曲柄四杆机构h1，h2，h3，h4组成的四元数组
S—滑块位移（数组变量名）
FI[N]—对应于滑块的N个位置，N个φ3的值组成的数组
PSI[N]—对应于滑块的N个位置，N个φ1的值组成的数组
DL—四杆机构机架长
TL1—版台传动系统中铰链四杆机构杆长组成的四元数组
SET—版台传动系统中铰链四杆机构各杆位置角组成的三元数组
FAI—曲柄滑块机构的曲柄、连杆的位置角组成的二元数组
ALP—α角
W—角速度
RCIR—滚筒半径
VF—版台速度
VCIR—滚筒表面点线速度
TLL—三个角度组成的数组（对应实元为角度τ、（α+α′）、β组成的数组）
SSET—滚筒传动系统中的铰链四杆机构各杆位置角组成的三元数组
IFA—计数变量
SP—版台位移
SCIR—滚筒滚过的弧长
AP—版台移动加速度
ACIRT—滚筒表面点切向加速度
ACIRN—滚筒表面点法向加速度
ACIR—滚筒表面点全加速度
4.程序运行结果如下：
见附录
（1）
5．版台位移，速度以及滚筒位移，速度曲线：
见附录
（2）
八、分析讨论设计结果
由VP、VCIR、SP、SCIR曲线图和平台印刷机主传动系统接构简图可以看出设计结果很好地满足了设计要求。
成功的设计了平台印刷机的主传动机构。
能得到这样的结果，是与参数λ和δ的正确选择以及程序的准确设计密不可分的，而在程序中主程序起主要作用。
在调试主程序和子程序的过程中不断的分析，改正程序的错误，最终计算得出正确的数据。
正是在指导教师提供的参数和子程序以及悉心的指导下才使我们的设计任务能够顺利完成。
在设计过程中，机械原理这门课程的学习，对运动分析的理解以及对所学知识的熟练的应用起了至关重要的作用，直接关系到主程序的设计和主程序的准确性，而这又影响运行数据的准确和后面运动分析，以及凸轮的设计。
因此要想很好地完成设计任务必须具有相当的基础知识。
九、设计过程中的体会、收获及建议
这次的课程设计是一次对我们所学知识的一次系统的运用，在这个过程中我不仅学会了设计平台印刷机的主传动机构的设计，更主要的是我们学会了把在机械原理课程中学到的相关知识运用到实际的设计过程中去。
这是由学习理论到运用所学的转变，对我们在校的大学生有很大的好处，特别是接触实际相对少的我们，特别是整体观，以及融合总结所学知识的能力。
在设计过程中很好的考察了我们熟练的运用所学过的知识的应用能力。
机械设计的过程是各项知识综合运用的过程，使各种相关软件的综合运用，以及对计算机语言的掌握。
要求我们熟练的运用各种软件。
比如EXCL、Word，VC6.0等各种软件。
为设计带来了很大的方便。
在调试程序计算数据的过程中，我们遇到了相当大的的困难，特别是初次调试程序，上百个的错误几乎让人崩溃，这也锻炼了我们的耐心，以及一个工科生的忍耐力，面对枯燥数据的能力，各方面能力的挑战，比如C语言知识的遗忘，以及细节的把握，机械机构的理解等等方面的问题。
但是我们学会了积极的挑战我们所遇到的困难，不断的思考与改进自己的设计方法理论等，在错误中学习知识。
最终我们成功的解决了各项难题，设计成功了平台印刷机的主传动机构。
设计过程还要求我们有新的的思路，不同的设计方法与理论，这是机械创新的源泉，也是机械行业取的不断发展的原动力。
我们要不断的锻炼和提高自己的创新思维能力。
在做课程设计的过程中，我们也发现了一些问题，就是我们在运用传统的机械理论的同时，不太容易接触到先进的机器。
我们的设计的机器过于陈旧，落后，机械需要发展，需要创新，也需要先进的理论知识。
还有同学们要有团队合作的意识，要学会相互交流思想，交流各自不同的见解和想法，弥补自己在某方面的缺陷，使自己能够充分发挥团队这个总用。
十、参考资料
1、胡基才,胡杰编《机械原理课程设计指导书》武汉:
武汉大学，2--04--15
2、孙桓等主编《机械原理（第七版）》高等教育出版社，2006年12月
3、杨健霑主编《C语言程序设计》武汉大学出版社，2005年12月
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