机械原理课程设计

机器性能指标 ......................................................................................... 2 平台轮转式印刷机的工作原理 .............................................................. 2 参考数据 ................................................................................................. 2 设计内容 ............................................................................................... 3

滚筒传动链的参数设计和运动分析 ........................................................................ 3 设计变位齿轮1、2 ............................................................................................... 3 求双曲柄机构GHMN的传动角的变化曲线………………………………………...4 检验最小传动角是否小于20°…………………………………………………4 求滚筒周向位移变化曲线和圆周速度变化曲线 ................................................ 4 平台传动链的机构选型、参数设计和运动分析 .................................................... 8 确定连杆机构DEF中的曲柄长度 ........................................................................ 9 求双曲柄机构ABCD的传动角变化曲线 ............................................................. 9 检验最小传动角是否小于20° ........................................................................... 9 求平台位移变化曲线的速度变化曲线 .............................................................. 10 同步补偿凸轮机构设计 .......................................................................................... 13 确定两组双曲柄机构的对应初始位置角AB0、GH0 ................................... 13 确定同步区 .......................................................................................................... 13 确定平台的位移补偿曲线 .................................................................................. 13 设计凸轮机构复位区从动件运动规律和相应的凸轮转角 .............................. 14 设计主凸轮 .......................................................................................................... 16 设计回凸轮 .......................................................................................................... 17

设计小结………………………………………………………………………… 19 A 3 图纸……………………………………………………………附页

一、 机器性能指标

1. 印刷速度：每小时4500印张 2. 印刷幅面：320mm×850mm 3. 滚筒尺寸：Φ280mm×1000mm

二、 平台轮转式印刷机的工作原理

平台轮转式印刷机是通过平台的往复直线运动和印刷滚筒的连续回转运动实现印刷功能的。印刷的版面安装平台上，印刷纸张被逐页送上滚筒。在平台的工作行程中，有一段区域（压印区），版面与滚筒圆柱面相切，并且通过传动机构，使铅版的线速度与滚筒的圆周速度相等，从而在纸张上印出清晰的版面文本。滚筒滚动一周，平台就往复运动一次，完成一个印刷循环。

动力由一对变位齿轮输入，通过双曲柄机构使滚筒和平台获得变化的速度，但同时又不改变它们共同的周期，即做变速运动。这样的设计在确保同步压印区速度一致且较慢时，又能使得同步解除后的复位加快，提高印刷速度。

从“平台速度—滚筒圆周速度曲线”（图2-1）看，即使在同步区，依然存在速度差。微小的不同步，会直接影响印刷质量。所以为了保证印刷质量，要求在压印区内滚筒圆周速度与平台线速度保持精确相同，我们引入一个补偿凸轮机构。补偿凸轮机构用于补偿平台位移与滚筒圆周位移的差值。补偿凸轮与主动件AB同轴。

三、 参考数据 (mm)

LAB=116 LBC=100 LCD=100 LDA=37 LGH=100 LHM=100 LMN=95 LNG=40

m=4 r1 = r2 r3 = r4 =140 r8 =140 e =50 LEF=37 ∠CDE =177° 主凸轮基圆半径 r b =90 滚子半径r g=25。

3000200010000-1000-2000-3000-400095115135155175195215235255275295315335355平台速度滚筒线速度020355575 图2-1 平台速度—滚筒圆周速度曲线

四、 设计内容和要求

1. 滚筒传动链的参数设计和运动分析 1) 设计变位齿轮1、2。

给定GN与AD水平间距w=289mm，GN与AD垂直间距h=50-37=13mm

'2892(5037)2289.292mm 实际中心距 a12理论中心距 a122881m(z1z2)z1z272 2 齿轮的变为系数为正变位，故1，2齿数为72 实际啮合角 'arccos由于：

inv'tan''0.016565 inv200.014904

a12cos2020.69 'a12x1x2

z1z2(inv'inv)0.327 9根据无侧隙啮合方程 x1x22tan则变位系数 x1x20.16395

'a12a12289.2922880.3225 中心距变动系数 ym4 齿高变动系数 yx1x2y0.163950.163950.32250.005 4

*齿顶高 ha(haxy)m4.6342mm

齿根高

hf(ha*c*x)m4.3442mm

综上： 分度圆直径 dmz472288mm

齿顶圆直径 damz2ha28824.6342297.2684mm 齿根圆直径 dfmz2hf28824.3442279.3116mm 基圆直径 dbmzcos472cos20270.6315mm

2) 使用参考尺寸求双曲柄机构GHMN的传动角的变化曲线；检验最小传

动角是否小于20° 利用余弦定理可得：

cos=（(HG2NG2HN2)/(2*HG*NG） 得到：

HN21160028000cos

cosｂ=（(HM2NM2HN2)/(2*HM*NM）

cosｂ=(19025HN2)/190000.928cos 2.375 因为在0°到360°之间变化，所以cos最小值为0.391，最大值为

0.812，对应的角度最小传动角为35.7°。

结论：最小传动角不小于20°。

3) 求滚筒周向位移变化曲线和圆周速度变化曲线； 由于：

r/n)/(3600s/n)1.25r/s nHG=(4500

HGnHG.2=7.85rad/s

利用矢量图解法：

VMVHVMH

大小： ？ 已知 ？ 方向： ⊥HG ⊥MN ⊥HM

因为： VHHG.HG=7.85*100=785mm/s 初始角： θ=57.109° 当HG转过0°时：

VMPVm.61.41*10614.1mm/s

NVm6.46rad/s MN Vr36.46*140904.989mm/s S0.0

当HG转过20°时：

VMPVm.809.2mm/s

NVm8.518rad/s= MN Vr38.518*1401192.51mm/s

S19180**14046.426mm

当HG转过40°时：

VMPVm.1070.5mm/s

VmNMN=11.268 rad/s Vr311.268*1401192.51mm/s S44180**140107.512mm

当HG转过60°时：

VMPVm.751.3mm/s

NVm=7.97 rad/s MN Vr311.268*1401107.18mm/s

S89**140217.4mm 180

滚筒周向位移变化曲线100080060040020000100200300400

滚筒周向位移变化曲线圆周速度变化曲线20001500100050000100200300400圆周速度变化曲线

2. 平台传动链的机构选型、参数设计和运动分析

1) 给定平台的行程为620mm，根据参考尺寸，确定连杆机构DEF中的

曲柄长度，机构位置如图:

由平台的行程为620mm，可知，F点行程310mm。设：DE长度为x

连杆位置图

(520x)2502(520x)2502310

x154.21

LDE154.21mm

2） 使用参考尺寸求双曲柄机构ABCD的传动角的变化曲线；检验最小

传动角是否小于20°。 根据余弦定理：

cos=（(ABADDB)/(2*AB*AD）

cos=（(CDCBDB)/(2*CD*CB）

222222

cos=(51758584*cos)/20000 cos=0.258750.4292cos

s在最大值的时候取到1，在最小值的时候取到0，因此cos最

co小值取到0.25875，最大值取到0.68795，最小传动角为46.32°。

所以，最小传动角显然比20°大。

3） 求滚筒周向位移变化曲线和圆周速度变化曲线；

当AB处于0°、20°、40°和60°四个转过后的位置时，平台位移和速度变化曲线如下图（0°不讨论）：

以下图中矢量图μ=10mm/mm

20°时：

平台位移

平台速度 瞬心法得

由矢量图解法，得 40°时：

平台位移

平台速度 瞬心法得

由矢量图解法，得60°时：

平台位移

平台速度 瞬心法得

由矢量图解法，得

平台位移变化曲线70060050040030020010000100200300400

平台位移变化曲线平台位移速度变化曲线3000200010000-1000-2000-3000-4000

0100200300400平台位移速度变化曲线3、 同步补偿凸轮机构设计

1） 确定两组双曲柄机构的对应初始位置角AB0、GH0。

定义初始位置位置角为曲柄连杆机构拉直共线时AB0、GH0的大小。

有参考数据可知，GH057 通过Autocad 作图，求得AB064

2）确定同步区。同步区内滚筒圆周的线位移应大于印刷幅面的宽度320mm，建议取460mm左右。

当主动件AB转过34°时，平台速度与滚轮速度真好相等。以此作为同步区的起始点。此时滚筒线位移为87.349mm。由于87.349+460=547.349mm，查表可得同步区终点在170°。

3） 综合分析滚筒的圆周位移曲线和平台位移曲线之差值，确定并绘制平台

的位移补偿曲线。 AB转角 34 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 CD转角 32.319 33.198 37.530 41.759 45.885 49.909 53.833 57.659 61.391 65.033 68.589 72.066 75.470 78.810 82.093 85.329 88.528 91.699 94.854 98.003 平台位移 61.853 65.128 82.313 100.651 119.885 139.774 160.100 180.667 201.307 221.877 242.258 262.359 282.109 301.458 320.372 338.835 356.840 374.388 391.489 408.155 滚筒位移 87.349 90.617 107.614 125.668 144.676 164.480 184.870 205.606 226.443 247.158 267.565 287.530 306.941 325.768 343.986 361.602 378.638 395.122 411.090 426.577 位移补偿值 0.007 0.195 0.479 0.705 0.79 0.726 0.557 0.36 0.215 0.189 0.325 0.664 1.216 1.921 2.759 3.728 4.792 5.925 7.109 8.311 130 135 140 145 150 155 160 165 170

101.160 104.337 107.547 110.803 114.122 117.517 121.007 124.607 128.338 424.403 440.245 455.696 470.764 485.452 499.758 513.667 527.154 540.180 441.618 456.242 470.480 484.357 497.893 511.107 524.015 536.629 548.959 9.529 10.714 11.933 13.085 14.177 15.178 16.051 16.747 17.2 位移补偿差曲线2015补偿差值10501357911131517192123252729AB转角位移补偿值

1） 设计凸轮机构复位区从动件运动规律和相应的凸轮转角，并绘制全工作循环的从动件运动位移曲线图。

取复位区凸轮转角为100°，以便减小凸轮机构回程压力角。 滚子位移量

34 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 0.000 0.007 0.195 0.479 0.705 0.790 0.726 0.557 0.360 0.215 0.189 0.325 170 175 180 185 远休止 190 195 200 205 210 215 16.614 16.308 15.806 15.121 14.269 13.272 16.717 16.717 16.717 16.717 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 0.664 1.186 1.882 2.729 3.698 4.762 5.895 7.074 8.281 9.499 10.712 11.903 13.055 14.147 15.148 16.021 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 近休止 12.153 10.941 9.666 8.358 7.051 5.776 4.564 3.445 2.448 1.596 0.911 0.409 0.103 0.000

34°~170°为同步区补偿行程

185°~285°为凸轮复位行程，为了减少冲击，选用余弦变化规律。 使用余弦函数为：

得到复位曲线，如图：

滚子余弦复位曲线

根据表中数据，作滚子全程位移曲线，如图：

滚子全程位移曲线

5） 设计主凸轮

以滚子半径作一系列圆心在理论轮廓线上的圆，画出公切线，即主凸轮实际廓线，如图：

主凸轮理论廓线和工作廓线

6）设计回凸轮

以主凸轮最大半径作为回凸轮基圆半径，并向内减去主凸轮滚子位移。 回凸轮各角度对应半径

转角 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 位移 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.007 0.195 0.479 0.705 0.790 半径 131.717 131.717 131.717 131.717 131.717 131.717 131.717 131.710 131.522 131.238 131.012 130.927 转角 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 位移 5.895 7.074 8.281 9.499 10.712 11.903 13.055 14.147 15.148 16.021 16.717 16.717 半径 125.822 124.643 123.436 122.218 121.005 119.814 118.662 117.570 116.569 115.696 115.000 115.000 转角 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 位移 7.051 5.776 4.564 3.445 2.448 1.596 0.911 0.409 0.103 0.000 0.000 0.000 半径 124.666 125.941 127.153 128.272 129.269 130.121 130.806 131.308 131.614 131.717 131.717 131.717 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 0.726 0.557 0.360 0.215 0.189 0.325 0.664 1.186 1.882 2.729 3.698 4.762 130.991 131.160 131.357 131.502 131.528 131.392 131.053 130.531 129.835 128.988 128.019 126.955 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 16.717 16.717 16.614 16.308 15.806 15.121 14.269 13.272 12.153 10.941 9.666 8.358 115.000 115.000 115.103 115.409 115.911 116.596 117.448 118.445 119.564 120.776 122.051 123.359 300 305 310 315 320 325 330 335 340 345 350 355 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 131.717 131.717 131.717 131.717 131.717 131.717 131.717 131.717 131.717 131.717 131.717 131.717 由表中数据，绘制回凸轮理论廓线。如图：

回凸轮理论廓线

以滚子半径作一系列圆心在理论轮廓线上的圆，画出公切线，即回凸轮实际廓线，如图：

回凸轮实际廓线

LS1S2=rb2h213.43mm

五、 总结与心得

通过本次的学习，可以说是对机械原理这门课程的很好的巩固，运用机械原

理的知识来设计，进而来解决问题，充分调动了自己学习的积极性。

在本次机械原理课程设计过程中，遇到了很多问题，也解决了一些问题，学到了以前课程中没有关注到的概念，比如说共轭凸轮。同时，在利用矢量方程解决问题的时候，重新温习了AUTOCAD的知识，明白了这个辅助工具很有用处。 在此次课程设计中遇到的最大问题是关于凸轮方面的知识，其中共轭凸轮也是平时上课没有重点强调的，主凸轮的设计没有太大难度，但是在回凸轮的设计上，由于S1S2之间的距离不变，回凸轮是由基圆向内修正，与主凸轮设计相反，相对比较繁琐。