平台印刷机课程设计说明书

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：08622班姓名：张泉泉学号：2008301390044指导教师：胡基才2010年7月4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= 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 α的初始角： ︒=791.3010ψ ︒=438.1130ϕ β的角度： 8472.14=β65683.127=+'αα滚筒的直径：mm 360=φ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δλ及的值： 6.3=λ 和32.0=δ 凸轮位移：mm S 130)1(= mm S 370)10(= 各机构形态学矩阵：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 λ= /e l δ=D 点的位置方程为：222sin cos cos cos (1)22x r l r l φδδφαφλλ=⋅+⋅=+-+-D 点的速度加速度方程为：1(sin sin 2cos )2ds v rw dt φφδφλ==+-211(cos cos 2sin )(sin sin 2cos )rw r αφφδφεφφδφλλ=++++-滑块的行程长度：222(2)1H r δλλ=+-工作行程的最小传动角：1111()cos cos r e l r δλ---==-回程的最小传动角：2111()coscos r e l r δλ--+==+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1ϕ：12cirS R ϕ⋅=几何关系为：22243214113131313331112312cos 2cos cos 2sin sin 0sin cos 0cos sin cos h h h h h h h h A B C K C K K h A B ψψψψψψψψψψ+----=⋅+⋅-=-=-==式中：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1ϕ：2200()cos cos sin sin r l e Sx r l e r l S x S ϕαϕα=+--=+=+=2222arctane e x z x zϕ++-+=⋅4、用函数平方逼近法设计双曲柄机构机构的位置方程：2222431231132cos 2cos 2cos()0l l l l l l l l ϕαϕα+--+---=0311322223121/(1)/2l l p l p l l l l p ==-=++-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--ϕ以及速度曲线Vp--ϕ 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--ϕ以及速度曲线Vc--ϕ3)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Vc Vp V -=∆较小的区域。

4）在ϕ-∆S 的坐标中描绘出)(i S ∆（i = 1，2，3 ……n ）的各点，并光滑连接。

得到ϕ-∆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、程序设计1、所调用的子程序及功能1) void CFI 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) void CPSI功能：由滑块位移求得对应的Φ1。

3) void CRLE功能：设计曲柄滑块机构。

4) void SLNPD功能：用高斯消去法解线性方程组。

5）void PIVOT功能：用列主元消除法解线性方程组。

6) void SQU功能：用函数平方逼近法设计四杆机构。

7) void EQU功能：解一元二次方程。

8) void POS1功能：由SET[3]求SET[1]和SET[2]。

9) void POS2功能：由SET[1]求SET[2]和SET[3]. 10) void POS3功能：由FAI[1]求FAI[2]。

11) void VEL功能：调用void POS1 ，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) void ACCE功能：由DSET[3]求出DSET[1]和DSET[2]，求出角加速度DDSET1。

13)void SCI功能：计算滚筒滚过的弧长。

13) void WRT功能：将计算结果打印出来。

2.所编程序的框图\3.主程序如下：#include<stdio.h>#include<math.h>void CFI(double CAMA10,double FI0,double H[],double S[],double FI[]);void CPSI(double BATA,double TL[],double S[],double PSI[]);void CRLE(double ALAMT,double ER,double HD0,double HD,double TL[]); void SQU(double FI[],double PSI[],double DL,double TL1[]);void SLNPD(double A[][4],double B[]);void POS1(double TL[],double SSET[],int I1,int I2);void POS2(double TL[],double SET[],int I3,int I4);void POS3(double TL[],double FAI[]);void VEL(double ALP,double *VF,double *VCIR,double TL1[],double TL2[],double A[],double TLL[],double SET[],double SSET[],double FAI[]);void EQU(double *SE,double Z,double E,double F,double G,int I);void SCI(int IFA,double SSETR,double *SCIR);void ACCE(double L1,double SET,double DSET,double DDSET1);void WRT(int IFA,double SP,double SCIR,double *VF,double *VCIR,double AP,double ACIRT,double ACIRN,double ACIR);void main(){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");int i;double BATA=0.2591325,TLL[]={0.0,0.0,2.22803,0.2591325};double SP,SET[3],ALP;double FAI[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],P SI[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=%10.4f SP=%10.4f VF=%10.4f SCIR=%10.4f VCIR=%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");double SP1,SCIR1,SSP,SSCIR,SS,SP0,SCIR0,rb=40,X,Y;int I;FAI[1]=-8*3.1415926/180;SP0= 10.865851;SCIR0= 12.645137;double FAI1=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=%10.4f SS=%10.4f X=%10.4f Y=%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—φ30TL2—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。