机械原理课程设计任务书模板.docx
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机械原理课程设计任务书模板
平台印刷机主传动系统
一．平台印刷机的功能及设计要求[1]
1.1机器的功能要求及工作原理
（1）总功能要求
实现将往复直线运动的铅版上凸出的痕迹借助于油墨压引导作圆周运动的滚筒表面的纸上，从而实现在平台上的印刷功能，与其一并存在的机构还有送纸机构与切纸机构，主传动系统为版台往复运动与滚筒的圆周运动。
（2）工作原理及工艺动作分解
平台印刷机的工作原理及工艺动作分解如图1-1所示。
机器由一台电动机驱动。
运动有点动机经过减速装置i后分成两路，一路经传动机构1带动版台作往复直线移动，另一路经传动机构2带动滚筒作回转运动。
当版台与滚筒接触时，在纸张上压出字迹或图形。
图1-1机构运动简图
1.2机器的原始数据及设计要求
（1）选择合适的机构方案实现平台印刷机的主运动：
版台作往复直线运动，滚筒作连续或间歇运动。
（2）为了保证印刷质量，要求在压印过程中，滚筒于版台之间无相对滑动，即在压印区段，滚筒表面点的线速度与版台移动速度相等。
（3）为了保证整个印刷幅面上的印痕浓淡一致，要求版台在压印区内的速度变化限制在一定的范围内（应尽可能小）。
（4）设计参数为：
印刷生产率2000张/h，版台行程长度730mm，压印区段长度440mm，滚筒直径232mm，电动机功率1.5kw，转速为940r/min。
（5）要求机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。
二．机构运动循环图的确定[2][3]
根据工艺动作顺序和协调要求拟定机构的运动循环图。
对于平台印刷机的主传动系统，主要是版台的往复直线运动与滚筒的间歇圆周运动，其中为了将版台与滚筒分开，还有一个分离装置，因此运动循环图为次三个机构的运动先后顺序与协调配合。
如图1-1所示，以版台在最左边为起点，来回往复为一个周期，分为360度为横坐标，各构件的位移为纵坐标，绘制出机构的运动循环图。
图2-1。
图2-1机构运动循环图
上图为平台印刷机主传动系统的运动循环图，此图中版台作往复直线运动，印刷时速度较慢，且具有急回特性，滚筒在版台推程时转动，回程时停止转动，分离机构在版台推程结束时开始运动，三种机构相互协调完成整个主传动系统的工作
三．课程设计的方案及方案的选择
3.1平台印刷机版台运动机构方案设计
平台印刷机的版台运动机构是作往复的直线运动。
（1）版台运动机构方案一
可采用曲柄滑块机构实现版台的往复直线运动。
如图3-1所示。
图3-1曲柄滑块机构
曲柄滑块机构可实现版台的往复直线运动，而且有急回特性，可以提高版台的工作效率。
（2）版台运动机构方案二[4]
如图3-2所示，曲柄滑块机构与齿轮齿条机构组合，完成版台的往复直线运动，下齿条固定，上齿条于版台固联，版台具有急回特性。
图3-2曲柄滑块机构和齿轮齿条机构
（3）版台运动机构方案三
如图3-3所示，双曲柄机构，曲柄滑块机构与齿轮齿条机构组合，完成版台的往复至直线运动。
图3-3双曲柄机构，曲柄滑块机构与齿轮齿条机构
3.2平台印刷机滚筒运动机构方案设计
平台印刷机的滚筒作连续或间歇的圆周运动。
（1）滚筒运动机构方案一
如图3-4所示，齿轮齿条机构带动滚筒与版台的运动。
即可实现版台的往复直线运动又可实现滚筒的间歇圆周运动。
图3-4齿轮与齿条机构
（2）滚筒运动机构方案二
如图3-5所示齿轮机构可完成滚筒的连续圆周运动。
图3-5齿轮机构
齿轮机构直接由电动机带动，经过变速装置达到要求的速度，因此滚筒的转速是常量，这就要求版台的运动也近似于常量，且与滚筒转速接近，对机构的要求比较高。
（3）滚筒运动机构方案三
如图3-6所示，齿轮机构与双曲柄机构组合，完成滚筒的圆周运动。
图3-6齿轮机构与双曲柄机构
此机构在齿轮的机构基础上加了上曲柄机构，使滚筒非匀速转动，若设计合适，可使滚筒在压印区段转速变化平缓，达到设计要求。
3.3平台印刷机滚筒于版台分离机构方案设计
分离装置是实现滚筒与版台的分离，在版台推程结束时滚筒于版台分离，在版台回程结束时再使滚筒与版台结合，实现机构的循环工作。
（1）分离机构方案一[5]
如图3-7所示，利用凸轮机构与弹簧机构实现滚筒于版台的分离与结合。
图3-7凸轮机构与弹簧机构
（2）分离机构方案二
图3-8凸轮组合机构
如图3-8所示，由直动和摆动推杆组成的凸轮组合机构，实现版台与滚筒的分离。
3.4平台印刷机机构运动方案的选择和评定[6][7]
由3.1，3.2，3.3三节了解了实现版台往复直线运动，滚筒圆周运动和版台与滚筒分离机构的几种方案，选择合理的方案是使机器完成要求动作的关键步骤，根据图2-1（机构的运动循环图），版台作往复直线运动且具有急回特性，与滚筒接触时速度应该较慢。
滚筒圆周运动于版台推程过程同步，滚筒表面点的线速度应与版台的速度一致。
因此，根据上述要求，选定的方案为：
版台运动机构为曲柄滑块机构和齿轮齿条机构（图3-2），滚筒运动机构为齿轮齿条机构（图3-4），滚筒与版台的分离机构为凸轮机构与弹簧机构（图3-7）。
机构方案的评定见下表。
表3-1版台运动机构方案比较
机构
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
总分
Ⅰ
0
0
0
Ⅱ
1
1
2
Ⅲ
1
0
1
表3-2滚筒运动机构方案比较
机构
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
总分
Ⅰ
1
1
2
Ⅱ
0
0
0
Ⅲ
0
1
1
表3-1与表3-2位机构选择方案的比较，表中是把每个机构相互比较，若一机构比二机构好则得1，反之则为0，最后比较每个机构所得的总分，判断出哪个机构更好。
四．平台印刷机机构运动方案的尺寸综合
4.1偏心曲柄滑块的设计[8]
图4-1偏心曲柄滑块机构
根据设计要求：
2000张/h，生产一张1.8s,即一个周期,行程H=730mm。
设速比行程系数k=1.4
偏心距e=15mm
设计偏心曲柄滑块机构，如图4-1所示。
设曲柄为a,连杆为b
极位夹角θ=180（k-1）/（k+1）=30°（4-1）
a+b=90
b-a=25
=>a=32.5mmb=57.5mm
图4-2偏心曲柄滑块设计
偏心曲柄滑块的位移，速度，加速度运动分析，如图4-3所示
图4-3偏心曲柄滑块
e+L1=b+L2+L3
位移分析
L1*sin（p1）+e=L2*sin（p2）（4-2）
L1*cos（p1）=b+L3+L2*cos（p2）（4-3）
速度分析
L1*W1*cos（p1）=L2*W2*cos（p2）（4-4）
-L1*W1*sin（p1）=-L2*W2*sin（p2）（4-5）
加速度分析
-L1*W1*W1*sin（p1）=-L2*W2*W2*sin（p2）+L2*α2*cos（p2）（4-6）
-L1*W1*W1*cos（p1）=-L2*α2*sin（p2）-L2*W2*W2*cos（p2）（4-7）
4.2对心凸轮机构的设计[9]
在滚筒与版台的分离机构中有偏心凸轮机构，如图4-4所示。
基圆半径b=50mm
推程角δ0=30°回程角δ1=30°
静休止角δ2=210°
远休止角δ3=90°
推程h=60mm
在凸轮推程过程中，压力角最大为α=30°
凸轮机构在分离齿轮齿条机构时，与弹簧机构串联使齿轮齿条间歇的分离与结合，从而实现机器要求的动作。
图4-4凸轮的设计
4.3机构运动方案的完善
版台作往复的直线运动，滚筒作间歇的圆周运动，凸轮弹簧机构将版台与滚筒分离开，为了保证印刷的质量，所以在压印过程中滚筒与版台之间无相对滑动，因此要给曲柄滑块与齿轮齿条机构（图3-2）加设运动补偿机构，如图4-5所示。
图4-5运动补偿机构
4.4电动机的选择与传动比的确定
由设计参数知，电动机的功率为1.5kw，通过查阅得知电动机的规格：
电动机为Y型连接，通过的额定电流为4A，转速为940r/min，同步转速为1000r/min（6极），功率因数为0.74，额定转矩为2.0，启动转矩为1.8，转子转动惯量为0.0110,电动机的效率为77.5%，频率为50Hz，电压为380V。
版台来回一个周期需要1.8s,机构需要急回运动，因此设计版台推程过程为1.2s，回程过程为0.6s。
版台长度为730mm，假设滚筒与版台接触时其速度变化很小，视为匀速。
设版台与滚筒接触时速度为ν1，版台急回速度为ν2。
ν1=0.73/1.2=0.6m/s
ν2=0.73/0.6=1.2m/s
版台是由曲柄滑块机构带动的，已算出曲柄长为32.5mm，版台推程转过的角度为180+θ，用的时间为1.2s，所以曲柄的角速度为
ω1=φ/t=210*（π/180）*1.2=4.4/rad（4-8）
齿轮的线速度应与版台的速度相等，ν0=0.6m/s齿轮的半径为r=100mm。
齿轮的角速度为ω2=ν0/r=6/rad（4-9）
电动机的转速为940r/min，电动机的角速度
ω0=2*π*n=10/rad（4-10）
电动机与版台的传动比为：
i01=ω0/ω1=2.3（4-11）
电动机与滚筒的传动比为：
i02=ω0/ω2=1.7（4-12）
齿轮传动如下图所示
图4-6齿轮传动系统
五．机械运动方案示意图
选择的机构：
版台运动机构为曲柄滑块机构和齿轮齿条机构（图3-2），滚筒运动机构为齿轮齿条机构（图3-4），滚筒与版台的分离机构为凸轮机构与弹簧机构（图3-7）。
根据机械的工作顺序与协调配合绘制出机械的运动方案示意图。
方案图如图5-1所示
图5-1机器运动方案示意图
六．课程设计心得体会
短短的两周过去了，机械课程设计也到了尾声，在老师的指导下同学们都完成了各自的题目。
在这两周中，我应用了机械原理课上学到的知识，对机器结构进行分析，选择适合机器性能的机构，完成机器要求完成的动作，在此基础上更大程度的提高机器的生产率，减少损耗。
这次机械原理课程实习是我第一次自己独立完成的课程设计题目，两周最短，但过程很充实，以下几点是我在这次实习中总结的一些经验，与大家分享。
一．在课程设计之前先阅读一些有关方面的书籍，使自己对课程设计有个大致的了解，在实习第一天老师会给你讲些应该注意的地方，其次就是要你自己选择一个“合适”的题目，选题很重要，一定要合适，即不能太难又不能太简单，我们学习的知识有限，太难的题目会使我们无法用现有的知识去解决，但选择太简单的题目又无法达到本次课程设计的目的，因此选一个合适的题目是我们在课程设计的第一天要完成的。
二．选好题目后，要认真对机构进行分析，了解机器要完成那些动作，设计要求及所需要的数据要求，计算出运动过程中特殊位置的速度，加速度等，为以后的机构设计打下基础，在此同时要绘制出机构运动循环图，清晰明了地反映机构的运动过程。
三．对机构进行选择。
在绘制好机构运动循环图后，要分析机器每一个过程需要什么机构才能完成，选择具有这些功能的机构，并绘制出他们的机构简图，分析每个机构的特点并列成表，供以后所用。
四．对机器的所有机构都分析完之后，就要从这些机构中选择合适的机构作为自己要研究的对象，选择机构时，要根据机构的工作顺序和协调配合来进行选择，要结构简单还要能完成要求的动作，当然我们是在进行设计，也需要考虑费用等一些问题，考虑这些综合因素，来选择合适的机构。
五．对选择的机构进行尺寸综合。
计算出机构的重要参数，设计出机构的形状，绘制出总的机器运动示意图。
以上是我在此次课程设计中完成的步骤，感觉难点还是在选题上，原理上选题是一天时间，但我却用了近乎两天的时间，不知道定什么题目，确实很让人犯难，但当订好题目后，以后的问题在老师的指导下，自己的努力下也都会解决，此次课程设计我们运用AUTOCAD绘图，利用solidedge和ADAMS进行动态仿真，使我对机械课程的认识又加深了一步。
在这两周的课程设计中，老师的确很辛苦，为了解决每个同学的问题，他们要弄清每一个同学的题目，天气比较炎热，他们每天往返于教室，机房，办公室，在此，我要感谢我的课程设计老师袁逸萍，谢谢穆塔里夫老师，朱颖老师，要没有他们的耐心指导，我不会这么顺利地完成此次课程设计，衷心的谢谢他们。
参考文献
[1]穆塔里夫.机械原理课程设计指导书.新疆大学机械设计教研室，2004.
[2]孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理[M].7版.北京：
高等教育出版社，2005.
[3]孙桓，陈作模.机械原理[M].6版.北京：
高等教育出版社，2001.
[4]梁崇高，等.平面连杆机构的设计计算[M].北京：
高等教育出版社，1993.
[5]彭国勋，肖正扬.自动机械的凸轮机构设计[M].北京：
高等教育出版社，1990.
[6]孙桓，傅则绍.机械原理[M].4版.北京：
高等教育出版社，1989.
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