武汉大学机械原理课程设计含C语言源程序.docx
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武汉大学机械原理课程设计含C语言源程序
机械原理课程设计说明书
设计题目:
平台印刷机(高速型)主传动机构运动简图设计
目录
一、设计题目:
平台印刷机的主传动机构的运动简图的设计3
二、机械运动方案的确定与论证3
方案一4
方案二4
三、设计过程用到的全部原始数据4
四、机械运动机构的设计计算5
五、分析讨论设计结果6
六、设计过程中的体会、收获及建议7
七、参考资料7
附录一:
程序运行结果8
附录二:
程序清单18
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,关于急回特性的要求我觉得其实无关紧要,无论急回特性是怎样的也总会是原动件转一圈才能印一张报纸。
所以以下的设计均没有将急回特性考虑在内,程序中也没有对其进行计算。
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。
各机构形态学矩阵:
功能元
实现功能的解(各个方案)
传动机构I
摩擦传动
螺旋机构
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
蜗轮蜗杆机构
补偿机构
凸轮机构
方案一:
为了避免补偿机构设计的麻烦,我最先想到的是速度可以精确调控的机构,也即传动机构Ⅰ选用螺旋机构,为了与螺旋机构形成较好的配合,传动机构Ⅱ可以选用蜗轮蜗杆机构。
对于这样的结构选型,急回就有一定意义了,可以通过齿轮系的选择使得版台回程时具有急回。
如果需要更高的生产率,甚至可以让蜗杆同时反转,从而在回程时仍然可以进行压印工作。
但这里设计的难点就集中在了如何实现机构的自动反转。
由于生产率的要求,反转必须在几秒内完成,同时考虑到反转时不能停机,可以考虑用离合机构完成。
如同《机械原理》第214页导弹发射的快速反应装置。
关键的问题在于实现离合器的自动控制。
采用纯机械式的控制应该达不到如此快速和频繁的要求,此处应采用电控。
鉴于时间紧迫,就不对其进行设计和讨论了。
方案二:
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。
以下按照方案二进行设计和计算。
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=57.0mm
传动齿轮的参数:
i=1m=4mmz=105
的初始角:
的角度:
滚筒的直径:
版台往复行程:
795mm
印刷纸张的设计幅面:
415*590mm2
生产率:
4400---4500张/小时
电动机功率:
3kw转速:
1450rpm
参数
的值:
和
凸轮位移:
凸轮基圆半径:
凸轮滚子半径:
四、机械运动机构的设计计算
开始的时候我试图用已有的软件进行机构的设计,为了可以分析曲柄滑块机构中滑块的运动速度,必须让曲柄匀速旋转。
那么就只能改变双曲柄机构的设计方法,直接选用平行四边形机构或者不用双曲柄而直接用齿轮传动。
但用这样的方法设计出的凸轮轮廓非常尖锐,而且尺寸很大。
不得已我只好采用给出的程序。
在设计出主程序并对子程序进行了必要的修改后,选定参数并启动程序得到运算结果见附录一。
程序及其说明见附录二。
将所得数据输入excel中作图,得到版台速度与滚筒线速度的曲线如图所示:
版台速度和滚筒线速度曲线
从图中可以看出从4度到91度是较好的速度重合区。
选取8度到88度区间,做出凸轮位移补偿图如下。
推杆推程位移曲线
根据所作曲线和所得数据,选取凸轮基圆半径为160mm,按照反转法原理设计凸轮的理论廓线。
然后根据滚子半径为30mm,做出凸轮的工作廓线。
五、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。
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。
在调试主程序和子程序的过程中不断的分析,改正程序的错误,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,机械原理这门课程的学习,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。
但从运动简图中可以明显看出,凸轮的尺寸过于庞大,造成整个机构的臃肿。
由于时间的关系,在确定初始参数时没有认真比对分析,未能找到最优化的设计方案,是设计中的很大不足。
还有一个问题是,由于本传动系统中凸轮水平放置,无法形成力封闭,所以有必要在凸轮上加一个弹簧形成力封闭。
六、设计过程中的体会、收获及建议
这次的课程设计是一次对我们所学知识的一次系统的运用,在这个过程中我不仅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。
这是由学习理论到运用所学的转变,对我们在校的大学生有很大的好处,特别是接触实际相对少的我们,特别是整体观,以及融合总结所学知识的能力。
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,使各种相关软件的综合运用,以及对计算机语言的掌握。
要求我们熟练的运用各种软件。
比如EXCL、Word,VC6.0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,我们遇到了相当大的的困难,特别是初次调试程序,上百个的错误几乎让人崩溃,这也锻炼了我们的耐心,以及一个工科生的忍耐力,面对枯燥数据的能力,各方面能力的挑战,比如C语言知识的遗忘,以及细节的把握,机械机构的理解等等方面的问题。
但是我们学会了积极的挑战我们所遇到的困难,不断的思考与改进自己的设计方法理论等,在错误中学习知识。
最终我们成功的解决了各项难题,设计成功了平台印刷机的主传动机构。
设计过程还要求我们有新的的思路,不同的设计方法与理论,这是机械创新的源泉,也是机械行业取的不断发展的原动力。
我们要不断的锻炼和提高自己的创新思维能力。
在做课程设计的过程中,我们也发现了一些问题,就是我们在运用传统的机械理论的同时,不太容易接触到先进的机器。
我们的设计的机器过于陈旧,落后,机械需要发展,需要创新,也需要先进的理论知识。
还有同学们要有团队合作的意识,要学会相互交流思想,交流各自不同的见解和想法,弥补自己在某方面的缺陷,使自己能够充分发挥团队这个总用。
七、参考资料
1、胡基才,胡杰编《机械原理课程设计指导书》武汉:
武汉大学,2--04--15
2、孙桓等主编《机械原理(第七版)》高等教育出版社,2006年12月
3、杨健霑主编《C语言程序设计》武汉大学出版社,2005年12月
附录一:
程序运行结果
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:
HD0=397.5000,R0=197.9103,L0=732.2681,E0=64.7167
HD=397.6678,R=198.0000,L=732.5000,E=64.5000
2HD=795.3356
计算滑块行程的最小传动角:
GAMA5=79.520025(DEGREE)
计算滑块回程的最小传动角:
GAMA6=68.982773(DEGREE)
ALFA0'=1.8465647(RADIAN),105.8003650(DEGREE)
FI=(DEGREE)
134.4313138.6269142.6170146.4095
150.0140153.4420156.7051159.8154
162.7850165.6255168.3479170.9627
173.4799175.9085178.2572180.5339
182.7457184.8996187.0016189.0576
191.0727193.0521195.0001196.9211
198.8189200.6972202.5595204.4089
206.2484208.0808209.9089211.7351
213.5617215.3910217.2252219.0662
220.9158222.7760224.6485226.5347
228.4364230.3548232.2915234.2476
236.2245238.2233240.2450242.2906
244.3612246.4575248.5805250.7308
252.9092255.1163257.3528259.6192
261.9161264.2439266.6031268.9942
271.4176273.8737276.3629278.8857
281.4426284.0340286.6603289.3223
292.0203294.7552297.5276300.3384
303.1884306.0788309.0106311.9851
315.0038318.0683
PSI=(DEGREE)
120.6466123.7049126.4232128.9016
131.1997133.3564135.3989137.3469
139.2155141.0163142.7586144.4498
146.0964147.7035149.2756150.8165
152.3296153.8177155.2836156.7294
158.1573159.5692160.9668162.3515
163.7250165.0886166.4435167.7909
169.1319170.4677171.7992173.1274
174.4533175.7779177.1020178.4266
179.7524181.0805182.4118183.7470
185.0871186.4331187.7858189.1463
190.5155191.8945193.2844194.6862
196.1012197.5307198.9759200.4383
201.9195203.4211204.9448206.4927
208.0668209.6695211.3035212.9715
214.6769216.4233218.2149220.0564
221.9535223.9125225.9412228.0488
230.2465232.5482234.9714237.5392
240.2821243.2432246.4856250.1097
254.2937259.4189
{C}{R}
55.476353-46.569148-64.08196734.818281
-46.56914841.75308755.708836-31.965434
-64.08196755.70883678.000000-36.026769
P0=1.070568,P1=-2.736576,P2=2.372164
N=1.070568,U=0.391207,M=0.665691,A/A=1.000000
L10=155.9848,L20=96.9930,L30=145.7028,L40=57.0000
L1=156.0000,L2=97.0000,L3=145.5000,L4=57.0000
曲柄滑块机构的运动分析
随着FAII角度变化,版台位移,速度,滚筒位移,速度,位移差结果如下:
FAII=1.0000SP=1.9020VF=335.8963SCIR=0.0000VCIR=823.7299weicha=1.9020
FAII=2.0000SP=2.7431VF=402.1571SCIR=1.8731VCIR=820.0295weicha=0.8700
FAII=3.0000SP=3.7375VF=467.9271SCIR=3.7430VCIR=816.4307weicha=-0.0056
FAII=4.0000SP=4.8847VF=533.1762SCIR=5.6099VCIR=812.9358weicha=-0.7253
FAII=5.0000SP=6.1843VF=597.8742SCIR=7.4740VCIR=809.5472weicha=-1.2897
FAII=6.0000SP=7.6359VF=661.9911SCIR=9.3355VCIR=806.2671weicha=-1.6996
FAII=7.0000SP=9.2389VF=725.4966SCIR=11.1946VCIR=803.0978weicha=-1.9558
FAII=8.0000SP=10.9926VF=788.3606SCIR=13.0516VCIR=800.0416weicha=-2.0590
FAII=9.0000SP=12.8964VF=850.5531SCIR=14.9067VCIR=797.1009weicha=-2.0103
FAII=10.0000SP=14.9496VF=912.0440SCIR=16.7602VCIR=794.2780weicha=-1.8107
FAII=11.0000SP=17.1511VF=972.8036SCIR=18.6124VCIR=791.5753weicha=-1.4613
FAII=12.0000SP=19.5002VF=1032.8019SCIR=20.4635VCIR=788.9952weicha=-0.9633
FAII=13.0000SP=21.9958VF=1092.0095SCIR=22.3138VCIR=786.5401weicha=-0.3180
FAII=14.0000SP=24.6369VF=1150.3971SCIR=24.1636VCIR=784.2126weicha=0.4733
FAII=15.0000SP=27.4223VF=1207.9353SCIR=26.0133VCIR=782.0150weicha=1.4090
FAII=16.0000SP=30.3508VF=1264.5955SCIR=27.8632VCIR=779.9501weicha=2.4876
FAII=17.0000SP=33.4211VF=1320.3489SCIR=29.7135VCIR=778.0204weicha=3.7076
FAII=18.0000SP=36.6320VF=1375.1674SCIR=31.5648VCIR=776.2286weicha=5.0672
FAII=19.0000SP=39.9819VF=1429.0230SCIR=33.4172VCIR=774.5774weicha=6.5647
FAII=20.0000SP=43.4694VF=1481.8882SCIR=35.2713VCIR=773.0697weicha=8.1981
FAII=21.0000SP=47.0929VF=1533.7360SCIR=37.1273VCIR=771.7083weicha=9.9656
FAII=22.0000SP=50.8509VF=1584.5395SCIR=38.9857VCIR=770.4963weicha=11.8651
FAII=23.0000SP=54.7415VF=1634.2728SCIR=40.8469VCIR=769.4367weicha=13.8946
FAII=24.0000SP=58.7632VF=1682.9102SCIR=42.7114VCIR=768.5327weicha=16.0518
FAII=25.0000SP=62.9141VF=1730.4266SCIR=44.5795VCIR=767.7875weicha=18.3346
FAII=26.0000SP=67.1922VF=1776.7975SCIR=46.4517VCIR=767.2045weicha=20.7405
FAII=27.0000SP=71.5957VF=1821.9991SCIR=48.3286VCIR=766.7874weicha=23.2671
FAII=28.0000SP=76.1227VF=1866.0082SCIR=50.2106VCIR=766.5396weicha=25.9121
FAII=29.0000SP=80.7709VF=1908.8023SCIR=52.0981VCIR=766.4652weicha=28.6728
FAII=30.0000SP=85.5384VF=1950.3596SCIR=53.9918VCIR=766.5679weicha=31.5465
FAII=31.0000SP=90.4229VF=1990.6592SCIR=55.8922VCIR=766.8519weicha=34.5307
FAII=32.0000SP=95.4222VF=2029.6810SCIR=57.7998VCIR=767.3215weicha=37.6224
FAII=33.0000SP=100.5341VF=2067.4055SCIR=59.7153VCIR=767.9812weicha=40.8189
FAII=34.0000SP=105.7563VF=2103.8145SCIR=61.6391VCIR=768.8358weicha=44.1172
FAII=35.0000SP=111.0863VF=2138.8904SCIR=63.5720VCIR=769.8900weicha=47.5143
FAII=36.0000SP=116.5218VF=2172.6167SCIR=65.5147VCIR=771.1491weicha=51.0071
FAII=37.0000SP=122.0602VF=2204.9779SCIR=67.4676VCIR=772.6184weicha=54.5926
FAII=38.0000SP=127.6991VF=2235.9595SCIR=69.4317VCIR=774.3035weicha=58.2674
FAII=39.0000SP=133.4359VF=2265.5483SCIR=71.4075VCIR=776.2105weicha=62.0284
FAII=40.0000SP=139.2680VF=2293.7318SCIR=73.3959VCIR=778.3454weicha=65.8721
FAII=41.0000SP=145.1927VF=2320.4992SCIR=75.3976VCIR=780.7148weicha=69.7951
FAII=42.0000SP=151.2074VF=2345.8405SCIR=77.4134VCIR=783.3255weicha=73.7940
FAII=43.0000SP=157.3094VF=2369.7471SCIR=79.4442VCIR=786.1848weicha=77.8652
FAII=44.0000SP=163.4959VF=2392.2117SCIR=81.4908VCIR=789.3002weicha=82.0050
FAII=45.0000SP=169.7641VF=2413.2284SCIR=83.5542VCIR=792.6796weicha=86.2099
FAII=46.0000SP=176.1112VF=2432.7926SCIR=85.6352VCIR=796.3314weicha=90.4759
FAII=47.0000SP=182.5343VF=2450.9011SCIR=87.7350VCIR=800.2644weicha=94.7994
FAII=48.0000SP=189.0307VF=2467.5521SCIR=89.8544VCIR=804.4879weicha=99.1763
FAII=49.0000SP=195.5974VF
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