1、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3设计思路概述由电动机到印刷机滚筒这一条运动链的两端皆为定轴转动，适宜于传递旋转运动的机构有四杆机构，齿轮机构，涡轮机构，根据平稳性和简易度，应选齿轮机构。由电动机到版台间的运动链须将转动变为移动，转动变移动的传动方式很多，常见的有摩檫传动，齿轮齿条传动，螺旋机构传动，凸轮机构，曲柄滑块机构以及组合机构等等。但前三种机构不具有急回特性。由于曲柄滑块比凸轮运动精确性高所以选择曲柄滑块机构两条传动链的终端滚筒和版台的瞬时线速度须相等。当传动机构1和2本身不能满足时，可以另设补偿机构实现它。用速度补偿来设计其运动曲线可以
2、选择凸轮机构.图2所示的方案可作为机构1的参考方案，双曲柄机构AoABBo与曲柄滑块机构BoCD串联，将曲柄AoA的转动改变为D点的往复移动。当齿条6固定不动时，中心为D的行星齿轮5将带动齿条7移动。齿条7固定在印刷版台的下面。齿条6的位置由补偿凸轮3通过磙子从动件控制。该凸轮和从动曲柄BoB为同一构件。而主动主动曲柄AoA与滚筒的转动同步。当齿条7（即版台）的工作移动速度偏离要求时，可通过凸轮廓线控制齿条6补充移动来补偿。另一传动机构2是一个双曲柄机构，它用于带动滚筒的转动，其各杆的尺寸为h1=145.0mm,h2=178.0mm,h3=175.0mm,h4=65.5mm.传动机构1，2之间
3、通过一对齿轮传动建立其运动关系，齿轮传动的参数为I=1,m=4mm,z=105,见图4所示。三、原始数据1平台印刷机设计数据：印刷纸张最大幅面 （）415590生产率（张/小时）44004500滚筒直径（360版台往复行程长度（795电动机功率（kw）3转速（r.p.m）14502其它数据： 传动机构 I ： 机架长 55.0 mm传动机构II ： h1=145.0mm， h2=178.0mm， h3=175.0mm， h4=65.5mm齿轮传动的参数： i=1，m=4mm， z=105四、设计方法说明及计算公式分析其运动特点,准备运动的分析计算公式和C语言程序.计算数据,绘制运动关系图.进行
4、机构设计1曲柄滑块机构综合分析：（1）机构的运动几何关系：如图3所示普通的偏置曲柄滑块机构，标记曲柄长为 r ，连杆长l ，偏心距 e：图3引入参量 =l/r,=e/l; 则有 cos=（1-sin2）1/2 =（1-（l/）sin-2）1/2,当（l/）和均较小时，将该示展开，得其近似值。cos=1-sin2/（22）+/*sin-2/2D点的位置方程为：X=r*cos+l*cos=r*cos+l*（1- sin2/（22）+ /*sin-2/2）D点的位移（由D1点算起）为： S=（r+l）2-e2）1/2-X速度和加速度方程分别为：V=dS/dt=r*（sin+1/（2）*sin2-*c
5、os）A=dV/dt=d2S/dt2=r2（cos+1/*cos2+*sin）+r*（sin+1/（2）*sin2-*cos）滑块的行程长度为： H=D1D2=（块机构的H大于对心的滑块行程长度（H=2r）.滑块的行程速比系数；K=（180+）/（180-）=（180+sin（*）/（-1）-sin（*）/（+1）/ （180-sin（*）/（ -1）+sin（*）/（ +1）机构传动角分为工作行程和回程：工作行程的最小传动角a=cos（r-e）/l）=cos（1/-）回程的最小传动角a=cos（r+e）/l）=cos（r/+）（2） 参数选择：a.Ha根据设计原始参数计算b.a由以上式子可知
6、，增大对有利。但是尺寸将跟随增大。在此取为3.6.c.a由上式可知，在H和即定情况下，影响曲柄长r,印刷机中，取0.32.d.在确定和时要照顾eo.e=0则无急回效果，K随e增。同时，由（25）式知，当H即定时，e增大则必使r减少。l+r）2-e2）（1/2）-（l-r）2-e2）1/2=r（2+（22）/（2-1）2双曲柄机构的运动分析：图4图4所示，为了改善版台的速度特性，机构1设计成串联组合机构。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2（亦为双曲柄机构）的原动曲柄h相连接，即 =机构2的从动曲柄h则与滚筒同步转动。（1）曲柄滑块位移计算：=2*S/Rc
7、ir式中 S滑块位移；Rcir滚筒半径。（2）由1求3：如图5所示，几何关系为：h42+h32+h12-h22-2h1*h4cos1-2h1*h3cos1cos3-2h1*h3sin1sin3=0 A*sin3+B*cos3-C=0 式中 A=sin1 B=cos1-K1 C=K2-K3cos1 K1=h4/h1 K2=（h12-h22+h32+h42）/（2h1*h3） K3=h4/h3可解得3=2arctg（A+（A2+B2-C2）2）/（B+C）3=2arctg（A-（A2+B2-C2）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1杆长符号如图6所示，则有So=（r+l）2-e2
8、）（1/2）X=So-SX=r*cos+lcose=r*sin-lsin移项，作平方和，消去得X2+r2+e2-2X*rcos-2ersin=l22esin+2X*cos-（X2+r2+e2-l2）/r=0改写成A*sin+B*cos-C=0 （1）其中A=2e,B=2X,C=（X2+r2+e2-l2）/r （2）1、 式的解为： =2*arctg（A+/-（A2+B2-C2）（1/2）/（B+C）考虑（2）式，并令 Z=C/2=（X2+r2+e2-l2）/（2r）代入后得：=2*arctg（e+/-（e2+X2-Z2）（1/2）/（X+Z）对照图4，可知：1=/2-4函数平方逼近法设计双曲柄
9、机构：坐标设置如图7所示，当o=o=00,l4=l0机构的位置方程l2+l32+l12-l22+2l3*cos-2l1*cos-2l1*l3*cos（-）=0除以2l1,得l3/l1*cos+P1*cos（-）+（1+l32+l12-l22）/（2*l1）-cos=0P0=l3/l1P1=-l3P2=（1+l32+l12-l22）/（2*l1）上述方程中只有3个待定参数，只能满足3个精确点（i，i，I=1,2,3）.精确点外的机构函数与目标函数存在结构误差。 y=P0*cos+P1*cos（-）+P2-cos!=0所谓平方逼近法设计，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。对
10、于目标函数为连续函数时，我们建立I=P*cos+P*cos（-）+P-cos2*d而对于0，m中的若干离散点，则构造I=P*cosi+P1*cos（i-i）+P2-cosi2可改写成I=Po*fo（i）+P1*f1（i）+P2*f2（i）-F（i）2其中，fo（i）=cosif1（i）=cos（i-i）f2（i）=1F（i）=cosi为求I的极小值。令I/Pi=0,I=0,1,2,得Po*fo（i）+P1*f1（i）-F（i）*fo（i）=0Po*fo（i）+P1（i）+P2*f2（i）-F（i）*f1（i）=0Po*fo（i）+P1*f1（i）+P2*f2（i）-F（i）*f2（i）=0令
11、C00=f0（i）*f0（i）C01=C10=f0（i）*f1（i）C02=C20=f0（i）*f2（i）C11=f1（i）*f（i）C12=C21=f（i）*f（i）C22= f（i）*f（i）或缩写成 Ckl=fk（）*f（）K=0,1,2;L=0,1,2;0=F（i）*f0（i） 1=F（i）*f1（i） 2=F（i）*f2（i） 则有 C00P0+C01P1+C02P2=0 C10P0+C11P1+C12P2=1 C20P0+C21P1+C22P2=2从中可以解出p0,p1,p2,然后由上式计算相对杆长。5凸轮机构的设计:由于印刷机的版台和滚筒各由一套独立的运动传动系统驱动.为了保证印
12、刷质量.在压印阶段.滚筒表面点的线速度必须和版台移动速度保持相等.在设计时.应尽可能满足这一要求.如果设计的结果不能完全满足这一要求.即在压印区滚筒表面点的线速度与版台移动速度尚有一定的差别.则采用凸轨机构进行运动补偿.如图4所示.若版台由双曲柄六杆机构和齿轮齿条串联而成的传动系统所驱动.则可将下齿条做成活动齿条.在曲柄BE上固连一补偿凸轮.此补偿凸轮通过滚子直动推杆推动活动的下齿条.经过齿轮与上齿条的传动.给版台附加一个运动.使版台移动速度与滚筒表面点的线速度完全一致.这样凸轮机构起到了运动补偿作用.由于凸轮轮廓形状和凸轮机构的工作性能取决于从动件运动规律.显然在印刷机的设计中.此凸轮机构从
13、动件运动规律完全取决于所需补偿量的变化规律.（1） 凸轮机构从动件运动规律的确定1） 设版台传动系统未安装补偿凸轮机构.且下齿条为固定齿条.编主程序对此传动系统进行运动分析.可求出版台的位移曲线Sp-（为曲柄AB的转角, Sp为版台位移）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-（Sc为滚筒表面点转过的弧长）及速度曲线Vc-:3） 按上述速度曲线与位移曲线.选定同步区（即压印区）.同步区的始点一般应为同速点（即版台运动速度与滚筒表面点速度相同的点）.同步区应根据压印行程要求（即印刷纸张的长度）选在速度变化较小的区域.即V=Vp-Vc较小的区域.
14、4） 设同步区始点为O点.从O点开始.将同步区分成n段.得到（n1）个分点.则可依次求出:Sp（i） = Sp（i） Sp（o） i =（1,2,3,，n）Sc（i） = Sc（i） Sc（o） i =（1,2,3,，n）S（i） = Sp（i） Sc（i） i =（1,2,3,，n）然后.在S-坐标中描出S（i）（i=1,2,3,，n）各点.并将它们光滑联接.即得到曲线.此曲线就是补偿凸轮从动件在压印区的位移曲线.也就是从动件的推程运动规律.另外再选择合适的过渡曲线作为从动件的回程运动规律.（2） 绘制补偿凸轮轮廓选择合适的从动件结构型式并考虑其它因素来选择凸轮机构的基本参数.用图解法设计凸
15、轮轮廓曲线.五、子程序名称：1源程序及改写部分1） void CFI 2） void CPSI 3） void CRLE 4） void SLNPD 5） void SQU 6） void EQU 7） void POS1 8） void POS2 9） void POS3 10） void VEL1 11） void ACCE 12） void WRT12版台位移void PS六、编程框图及主程序 真 假 真 七、结果分析一、此次设计，充分利用了各类机构的运动特性：平面四杆机构的急回特性，能够节省回程时间；利用齿条的将圆周运动变换为直线运动的性质，推动版台作直线运动；利用凸轮机构响应快速，适
16、用于自动机和自动控制装置的特性，实现运动补偿。二、设计的机构基本能满足运动要求。八、心得感悟这次机械原理课程设计，题目在多个指导书上都见过。在这两周的时间里，我过得是相当紧张忙碌。一方面要进行课程设计，另一方面还要准备两门课程考试。人在这些天里感到十分忙碌，经常忙到凌晨2点，第二天早上6点30又要起床。紧张忙碌的两星期里，我付出了许多，有所失去，也有所得。有所失去，应该算是课程考试成绩的不大理想吧。由于首次接触课程设计，感觉颇为陌生，课程设计占用了大部分时间，因此课程考试成绩不太理想。但我更有所得。其一，通过这次真刀实枪的演练，我学到的知识终于成功投入了实践，特别是投入了具一定工程意义的实践。
17、以前我们总抱怨知识学了未能用，这次有了用场。比如C语言、EXCEL等。其二，我巩固了相关知识，也学到了新的知识。比如，凸轮机构的反转法作图，四杆机构的函数平方逼近法，等等。其三，我对设计有了初步的了解，这对以后我们的发展将是很有益的。最后，这次课程设计让我重新认识了自己。比如，某些C程序段我坚持认为没问题，但运行总出错，这时候上网搜索答案，我才明白；我想用MATLAB进行曲线拟合，结果却忘了函数，又因为数组输入过于复杂，因此放弃。这些都说明了我的基本功还不够，我高看了自己。此后必须脚踏实地，不能再眼高手低了。九、参考资料十附录 程序清单及运行结果1.程序部分（1）C语言程序#include m
18、ath.h/*函数声明部分*/void CFI（int N,float GAMA10,float FI0,float* H,float* S,float* FI,FILE* fp1）; void CPSI（int N,float BATA,float* TL,float* S,float* PSI,FILE* fp1）;void CRLE（float ALAMT,float ER,float HD0,float HD,float* TL,FILE* fp1）;void SQU（int N,float* FI,float* PSI,float DL,float* TL1,FILE* fp1）;v
19、oid SLNPD（float A44,float* B,FILE* fp1）;void POS1（float* TL,float* SET,int I1,int I2）;void POS2（float* TL,float* SET,int I3,int I4）;void POS3（float* TL,float* FAI）;void VEL（float ALP,float* VF,float* VCIR,float* TL1,float* TL2,float* A,float* TLL,float* SET,float* SSET,float* FAI）;void EQU（float* SE
20、,float Z,float E,float F,float G,int I）;void SCI（int IFA,float SSETR,float* SCIR）;void ACCE（float* L1,float* SET,float* DSET,float* DDSET1）;void Check（float* TL,FILE *fp1）;void VEL1（float FAI,float* TL1,float *TL2,float*A,float *TLL,float* VF,float* VCIR,float *SCIR,float *SP）;void WRT1（float FAI,fl
21、oat SP,float SCIR,float VP,float VCIR,FILE*fp）;/*主函数部分*/void main（） FILE* fp=fopen（F:CC.txt,a+）; const float PI=3.1415926; /*宏定义*/ float ALAMT=3.55,ER=0.305,HDO=795/2.0; /*曲柄滑块机构的设计*/ float HD,TL4; CRLE（ALAMT,ER,HDO,HD,TL,fp）; float THITA,cd1,cd2,K; THITA=asin（TL3/（TL2-TL1）-asin（TL3/（TL1+TL2）; /*最小传
22、动角校核*/ cd1=acos（TL1-TL3）/TL2）*180/PI; cd2=acos（TL1+TL3）/TL2）*180/PI; K=（PI+THITA）/（PI-THITA）; printf（行程速比系数K=%6.4fnn,K）; fprintf（fp,行程速比系数K=%7.4fnn曲柄滑块机构工作行程最小传动角：1=%7.4fnn,cd1）;1=%10.4fnn曲柄滑块机构回程最小传动角：2=%7.4fnn,cd2）;,cd2） ; /*校核后输出最小传动角*/const int N=11; /*宏定义*/ /*由滑块位移求对应的曲柄转角*/ float BATA=14.84722
23、*PI/180,SN,PSIN; S1=130; S10=370; for（int i=2;iN;i+）Si=S1+（S10-S1）*（i-1）/9; CPSI（N,BATA,TL,S,PSI,fp）; float GAMA10=30.79111*PI/180,FI0=111.42795*PI/180,FIN; /*由滑块的行程，通过传动机构II求得对应曲柄主动件的转角*/ float H=0,145.0,178.0,175.0,65.5; CFI（N,GAMA10,FI0,H,S,FI,fp）; float DL=55.0,TL15; /*通过函数平方逼近法设计传动机构I中的四杆机构*/ S
24、QU（N,FI,PSI,DL,TL1,fp）; float FAI=0,VF,VCIR,SP,SCIR,fai37; int m=0; /*通过版台与滚筒的速度关系求得FAI角与两者的位移、速度和加速度的对应关系*/ float TLL=0,0,127.6568f*PI/180,14.84722f*PI/180; while（FAI=360） VEL1（FAI*PI/180,TL1,H,TL,TLL,&VF,&VCIR,&SCIR,&SP）; WRT1（FAI,SP,SCIR,VF,VCIR,fp）; FAI+=10;/*fai是补偿位移 */ faim+=SP-SCIR; printf（fa
25、i%d=%fn,（m-1）,faim-1）; fprintf（fp,%fn,faim-1）; void VEL1（float FAI,float* TL1,float *TL2,float*A,float *TLL,float* VF,float* VCIR,float *SCIR,float *SP） float FA3; FA1=FAI; POS3（A,FA）; float SET4; SET1=3.1415926f/2+FAI+TLL3; POS2（TL1,SET,1,2）; float ALP=SET3-3.1415926f; float SSET4; VEL（ALP,VF,VCIR,
26、TL1,TL2,A,TLL,SET,SSET,FA）; float RCIR = 180.0, BSSET1; static const float SSETO=30.79111f*3.1415926f/180; BSSET1 = SSET1 - SSETO; *SCIR = fabs（BSSET1） * RCIR;PS（ A, FAI）;void WRT1（float FAI,float SP,float SCIR,float VP,float VCIR,FILE*fp）FAI=%10.4f ,SP=%10.4f ,SCIR=%10.4f ,VP=%10.4f ,VCIR=%10.4fn,FAI,SP,SCIR,VP,VCIR）; return ;/*下面是版台位移子程序 *
