平台印刷机课程设计说明书

机械原理 说 明 书 课程设计

设计题目：平台印刷机主传动机构运动简图设计

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2010年7月7日

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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。

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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= 4 mm ，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 = 55.0 mm

传动齿轮的参数： i =1 m = 4 mm z = 105 的初始角： 1030.791 3011.438 的角度： 14.8472

127.65683

滚筒的直径：360mm

版台往复行程： 795 mm

印刷纸张的设计幅面： 415 * 590 mm2 生产率： 4400---4500 张/小时

电动机功率：3 kw 转速： 1450 rpm 参数及的值： 3.6 和0.32 凸轮位移：S(1)130mm S(10)370mm

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

l/r e/lD点的位置方程为：

22xrcoslcosrcosl(1D点的速度加速度方程为：

sin222)

vdsdtrw(sin122

sin2cos)

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rw2(cos滑块的行程长度：

1cos2sin)r(sin1sin2cos)

Hr(2工作行程的最小传动角：

22211)

r1cos1回程的最小传动角：

relcos1(1)

r2cos1relcos1()

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：

11几何关系为：

2SRcir

h24h23h222h1h4cos12h1h3cos1cos32h1h3sin1sin30Asin3Bcos3C0式中：Asin1Bcos1K1CK2K3cos13、曲柄滑块机构的位置分析

由滑块位移求对应的曲柄转角

1：

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S0(rl)e22xS0Sxrcoslcosersinlsin2arctane22

2exzxz

4、用函数平方逼近法设计双曲柄机构

机构

：

l42l32l21l222l3cos2l1cos2l1l3cos()0

p0l3/l1p1l3p2(1l3l221l2)/2l12

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VVpVc较小的

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区域。

4）在S的坐标中描绘出S(i)（i = 1，2，3 ……n）的各点，并光滑连接。得到S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。

五、调用的子程序名称的说明

（一）、对设计子程序的说明

1、SUBROUTINE CRLE (ALAMT, ER, HDO, HD, TL ) 功能：设计曲柄滑块机构

已知：行程长L/R，e/R求：R ，L ，e ALAMT—— （L为杆长，R为曲柄长） ER——

e/R

HDO——滑块的最大行程

HD——将求得的L ，R ，e 圆整后算出的行程长 TL[3]——由R ，L ，e组成的一维数组

2、SUBROUTINE CFI (N, GAMA10, FI0, H ,S, FI ) 功能：由曲柄滑块机构行程求得N——给定的对应位置数

3 (由S求得

1 和

2而后求得对应的

3）。

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GAMAI0——

I0对应于压印区的初始位置

3、SUBROUTINE CPSI (N, BAT, TL ,S , PSI ) 功能：由滑块的位移求得相对应的1 角。 4、SUBROUTINE SQU (N , FI, PSI, DI, TL1 ) 功能：用函数逼近法设计四杆机构。

5、SUBROUTINE SLNPD (A, B, D ,N, NX ) 功能：用高斯消去法求解线性方程组。

5、SUBROUTINE PIVOT (A, B, N, EPS, KEY) 功能：用列主元消除法求解线性方程组

（二）对运动分析子程序的说明

1、SUBROUTINE POS1 (TL ,SET ,T1 ,T2 ) 功能：由SET[3]求SET[1]和SET[2]。 2、SUBROUTINE POS2 (TL ,SET, T3, T4 ) 功能：由SET[1]求SET[2]和SET[3]。 3、SUBROUTINE POS3 (TL ,FAI ) 功能：由FAI[1]求FAI[2]

4、SUBROUTINE VEL (ALP, VF, VCIR, TL1, TL2, A, TLL, SET, SSET, FAI ) 功能：⑴调用SUBROUTINE POS1由SET[3]求SET[1]和SET[2] ⑵求版台的运动速度VF

⑶求滚筒的表面点的线速度VCIR 5、SUBROUTINE SCI(IFA,SSETR,SCIR) 功能：计算滚筒滚过的弧长。

6、SUBROUTINE ACCE (L1, SET, DSET, DDSET1 ) 功能：⑴由DSET[3]求DSET[1]和DSET[2] ⑵求出角加速度DDSET1

7、SUBROUTINE EQU (SE ,Z ,E ,F ,G ,I ) SE---欲求取的角度变量 Z---中间变量

E、F、G输入的已知参数

8、SUBROUTINE WRT (IFA, SP, SCIR, VF, VCIR, AP, ACIRT, ACIRN, ACIR ) 功能：将计算结果IFA, SP, SCIR, VF, VCIR, AP, ACIRT, A

六、主程序及其编程框图

（一）编辑主程序 /*主程序*/ #include\"stdio.h\" #include\"math.h\" #define N 11

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void main() {

FILE *fp1,*fp2; int i, IFA;

float ALAMT, ER, HD0=795.0/2.0, HD, TL[4],

/*ALAMT为λ，ER为δ，HD0为滑块的最大行程，TL用来放R、L、e*/ H[5]={0.0,145.0,178.0,175.0,65.5},

S[N], FI[N], GAMAI0=30.79111/180.0*3.14159, /*S放滑块的位移，FI为对应的φ*/

FI0=111.42759/180.0*3.14159, BATA=14.84722/180.0*3.14159,

PSI[N], DL=55.0, TL1[5], TLL[4],

/*PSI放N个φ1，DL为四杆机构的机架长，TLL存放τ、α+α'、β*/ SET[4], DSET[4], DDSET1, FAI[3], ALP, /*SET对应四杆机构的四个角位置，FAI为曲柄滑块的曲柄与连杆的角位置*/ DALP, RCIR=180.0, SSET[4], SP, SCIR, /*ALP为为角α，RCIR为滚筒半径*/

VF, VCIR, AP, ACIRT, ACIRN, ACIR, X; /*VF为版台的速度，AP为其加速度*/

ER=ER*ALAMT;

ALAMT=3.2; ER=0.36;

fp1=fopen(\"f:\\wangmj.txt\ fp2=fopen(\"f:\\wangmj.txt\

S[1]=120.0; S[10]=380.0; for(i=2;i<10;i++) {

S[i]=S[1]+(S[10]-S[1])/(N-2)*(i-1); }

CRLE(ALAMT,ER,HD0,HD,TL,fp1); /*设计曲柄滑块机构*/ TLL[1]=0.0;

TLL[2]=127.6568/180*3.14159; TLL[3]=BATA;

CFI(GAMAI0,FI0,H,S,FI,fp1); /*由S的的值求出对应的角φ3*/ CPSI(BATA,TL,S,PSI,fp1); /*由S求对应的PSI*/

SQU(FI,PSI,DL,TL1,fp1); /*用函数逼近法设计四杆机构*/

for(IFA=0;IFA<=360;IFA=IFA+10) {

DALP=7.85; /*根据平台印刷机的设计数据计算的角速度*/ SET[1]=(IFA+90.0)/180.0*3.14159+BATA; if(SET[1]>=(360*3.1415926/180))

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SET[1]=SET[1]-360*3.1415926/180; POS2(TL1,SET,1,2);

ALP=SET[3]-3.14159;printf(\"AAAAA%f AAAAA \ FAI[1]=IFA/180.0*3.14159; POS3(TL,FAI);

SSET[3]=3.14159+TLL[2]-ALP;

VEL(ALP,&VF,&VCIR,TL1,H,TL,TLL,SET,SSET,FAI); DSET[3]=DALP;

ACCE(TL1,SET,DSET,&DDSET1);

X=TL[1]*cos(FAI[1])+TL[2]*cos(FAI[2]);

SP=2*(sqrt(pow((TL[1]+TL[2]),2)-pow(TL[3],2))-X);

AP=TL[1]*pow(DSET[1],2)*(cos(FAI[1])+1/ALAMT*cos(2*FAI[1])+ER/ALAMT*sin(FAI[1]))

+TL[1]*DDSET1*(sin(FAI[1])+0.5*1/ALAMT*sin(2*FAI[1])-ER/ALAMT*cos(FAI[1]));

SCI(IFA,SSET[1],&SCIR);

ACCE(H,SSET,DSET,&DDSET1); ACIRT=RCIR*DDSET1;

ACIRN=RCIR*pow(DSET[1],2);

ACIR=sqrt(pow(ACIRT,2)+pow(ACIRN,2));

WRT(IFA,SP,SCIR,VF,VCIR,AP,ACIRT,ACIRN,ACIR,fp1,fp2); }

fclose(fp1); fclose(fp2); }

（二）编辑程序框图

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七、数据计算结果及其主要的曲线图

（一）数据计算结果

HD0 = 397.5000, R0 = 197.67, L0 = 712.4281, E0 = 63.3269 HD = 397.7166, R = 198.0000, L = 712.5000, E = 63.5000 2HD = 795.4333

ALFA0' = 2.2280316(RADIAN), 127.6568115(DEGREE)

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FI = (DEGREE)

176.5468 186.5587 196.7699 207.4588 218.8301 231.0277 244.1497 258.2710 273.4776 2.9134

PSI = (DEGREE)

133.2970 140.6610 147.96 155.1681 162.61 170.4141 178.7856 188.0756 198.9199 212.32

{C} {R}

8.072457 -4.357295 -8.929729 4.726679 -4.357295 2.781573 4.987068 -3.490781 -8.929729 4.987068 10.000000 -5.482453

P0 = 1.157407, P1 = -2.946738, P2 = 1.954846

N = 1.157407, U = 0.392776, M = 0.9783, A/A = 1.000000 L10 = 162.0706, L20 = 137.0735, L30 = 140.0291, L40 = 55.0000 L1 = 162.0000, L2 = 137.0000, L3 = 140.0000, L4 = 55.0000

THE TABLE OF KINEMATIC PARAMETER

IFA SP SCIR VP VCIR AP ACIRT ACIRN ACIR 0, 1.24, 0.00, 261., 781.11, 13561.7, -249.5, 1736.2, 1754.0 10, 2.77, 1112.59, -405.86, 807.86, 15093.0, -707.2, 1857.1, 1987.2 20, 19.47, 1094.22, -1102.04, 844.85, 16057.4, -1102.6, 2031.1, 2311.1 30, 50.39, 1075.73, -1798.12, 8.50, 114.7, -1436.5, 2251.4, 2670.7 40, 93.93, 1057.07, -2466.41, 939.34, 16139.9, -1706.4, 2510.8, 3035.8 50, 147.98, 1038.28, -3080.71, 992.11, 15192.3, -1911.0, 2800.9, 3390.7 60, 210.02, 1019.43, -3615.91, 1045.84, 13488.6, -2052.5, 3112.4, 3728.3 70, 277.37, 1000.63, -4047.59, 1098.97, 106.6, -2137.3, 3436.7, 4047.1 80, 347.28, 981.95, -4352.09, 1150.48, 7275.1, -2174.8, 3766.4, 4349.2 90, 417.19, 963.46, -4508.25, 1199.83, 2567.9, -2175.4, 4096.5, 4638.2 100, 484.81, 945.15, -4500.74 1246.93, -3070.7, -2148.6, 4424.4, 4918.5 110, 548.25, 926.96, -4324.23, 1292.05, -9187.4, -2102.4, 4750.4, 5194.8 120, 606.02, 908.75, -3986.73, 1335.68, -15059.9, -2042.7, 5076.6, 5472.2 130, 657.06, 0.32, -3510.35, 1378.51, -19868.0, -1973.5, 5407.4, 5756.3 140, 700., 871.42, -2929.06, 1421.38, -22941.9, -17.2, 5749.0, 6053.9 150, 736.28, 851.70, -2284.11, 1465.29, -23963.0, -1814.7, 6109.7, 6373.5 160, 763.71, 830.76, -1618.50, 1511.47, -23025.4, -1725.8, 6500.8, 6726.0 170, 782.74, 808.08, -971.97, 1561.44, -20553.0, -1628.6, 6937.8, 7126.4

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180, 793.24, 783.01, -377.21, 1617.25, -17141.3, -1518.6, 7442.6, 7596.0

190, 795.06, 200, 788.06, 210, 772.07, 220, 746.95,

754.74, 722.22, 684.11, 638.81,

142.63, 1681.69, -13402.3, -1385.6, 8047.5, 8165.9 575.17, 1758.63, -9857.4, -1205.9, 8800.7, 8883.0 919.13, 1853.34, -6877.0, -922.4, 9774.2, 9817.6 1183.81, 1971.99, -4656.7, -394.0, 11065.7, 11072.7

230, 712.65, 584.52, 1387.34, 2117.97, -3222.9, 720.2, 127.7, 12785.0 240, 669.29, 519.80, 1553.32, 2278.27, -2467.6, 3120.5, 14770.0, 15096.1 250, 617.28, 445.02, 1705.30, 2393.03, -2198.9, 7576.8, 16295.5, 17970.9 260, 557.42, 3.86, 1859.74, 2343.88, -2185.3, 12948.6, 15633.0, 20299.2 270, 491.01, 288.76, 2019.46, 2068.13, -2179.0, 151.6, 12171.0, 19444.8 280, 419., 225.06, 2170.82, 1683.34, -1935.1, 12970.0, 8063.3, 15272.1 290, 346.40, 175.45, 2286.68, 1344.12, -1247.2, 9335.8, 5141.0, 10657.7 300, 273.29, 137.08, 2334.02, 1102.59, 3.6, 6308.7, 3459.4, 7194.9 310, 203.56, 106.42, 2282.84, 945.95, 1817.6, 4188.7, 2546.3, 4902.0 320, 140.24, 80.79, 2112.74, 849.86, 4081.5, 2734.1, 2055.3, 3420.5 330, 86.18, 58.36, 1815.96, 795.49, 6604.4, 1696.7, 1800.7, 2474.1 340, 43.82, 37.91, 1397.24, 770.61, 9163.0, 911.6, 16.8, 1920.0 350, 15.09, 18., 871., 767.50, 11541.9, 281.0, 1676.2, 1699.6 360, 1.24, 0.00, 261., 781.11, 13561.7, -249.5, 1736.2, 1754.0

（二）主要的曲线图

sP曲线和sv曲线

13001200110010009008007006005004003002001000020406080100120140160180200220240260280300320340360380系列1系列2

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3000200010000-1000-2000-3000-4000-5000020406080100120140160180200220240260280300320340360380系列1系列2

八、分析讨论设计结果

由VP、VCIR、SP、SCIR曲线图和平台印刷几主传动系统接构简图和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。在不断的调试主程序和子程序的过程中不断的分析，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，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。

我们在设计中不仅运用了机械设计的工具机械绘图的知识，还广泛使用了大量其他工具，特别是运动分析用Excel所绘的曲线图使得分析结果一目了然。用AutoCAD绘制机构简图和凸轮，不仅方便快捷，而且结果精确。

九、设计过程中的体会、收获及建议

在这次的课程设计过程中我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。这是由理论到实践的转变，对我们在校的大学生有很大的启发。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，要求我们熟练的运用各种软件。比如Auto CAD、EXCL 、Word 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，我们需要扎实的C语言知识，机械机构的理解等等方面的问题。

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