平压印刷机设计说明书

机械原理课程设计计算说明书学院：专业：学号：起迄日期：

佳木斯大学课程设计

目录

前言............................................................3摘要………………………………………………………………………………5

1设计任务……………………………………………………………………....5

1.1设计要求…………………………………………………………………..5

1.2原始数据…………………………………………………………………..5

1.3工艺动作与功能分解……………………………………………………..6

1.4机构选型…………………………………………………………………..72机械运动方案的拟定………………………………………………………….9

2.1机械运动方案的拟定……………………………………………………..9

2.2方案的评价………………………………………………………………..12

2.3方案的确定………………………………………………………………..123执行系统的协调分析及运动循环图………………………………………….134机构尺寸的确定及设计计算………………………………………………….14

4.1机构总体尺寸确定………………………………………………………..14

4.2曲柄摇杆机构的设计……………………………………………………..15

4.3双摇杆机构的设计………………………………………………………..17

4.4槽轮机构的设计…………………………………………………………..19

4.5皮带齿轮机构的设计...................................................................................21

5机构运动分析.....................................................................................................236设计总结……………………………………………………………………….24参考文献………………………………………………………………………….26

前言世界印刷机械自20世纪80年代以来取得了较大的发展。20多年来，印刷机械的发展经历了三个阶段。

第一阶段是20世纪80年代初至90年代初期，这一阶段是胶印印刷工艺发展的鼎盛时期.这一时期的单张纸胶印机最大印刷速度为10000印/小时。一台四色印刷机印刷前的预调整准备时间一般为2小时左右。印刷机自动控制主要集中于自动结纸、自动收纸、自动清洗、墨色的自动检测及墨量自动调节以及套准遥控等方面。这一时期除了单色、双色机外，每个单张纸胶印机制造厂商几乎都还具有四色机的制造能力，多数制造商都能够制造纸张翻转机构，进行双面印刷。

第二阶段是20世纪90年代初至20世纪末。进入20世纪90年代，以单张纸胶印机为标志，国际上印刷机械设计制造水平向前迈进了一大步。与第一阶段的机型相比，新一代机型的速度进一步提高，由10000印/小时提高到15000印/小时，印前预调整时间也由第一阶段的2小时左右大大缩短为15分钟左右。机器的自动化水平和生产效率也大大提高。

进入21世纪以来印刷机械迎来第三个发展阶段。单张纸胶印机的某些机型可以达到17000—18000印/小时，但制造厂商并不极力追求印刷机最大印刷速度的提高，而是通过信息技术的应用，进一步缩短印前准备时间和更换活件的时间追求更高生产效率。

在印刷机械自动化方面，网络化、生产集成化、数字化工作流程、与管理信息系统(MIS)的链接等技术成为开发的重点。

此外，为了适应人们对高档彩色印刷品的需求，8色组甚至10色组的多色组双面印刷、附加联线印后加工功能成为各类单张纸胶印机（包括小胶印机、DI直接制版机以及大型胶印机）的开发趋势，而且技术日臻成熟，该类型印刷机已经开始挤占原本属于卷筒纸印刷机的一部分市场。

据欧洲印刷及纸加工机械制造商协会联合会（EUMAPRINT）统计数字表明，由于受世界经济不景气影响，德、法、美、意、瑞士等七国印刷机械设备2002年的销售比2001年下降了13.08%。从经济景气指数分析，欧美及中国、俄罗斯、日本等11个国家中，只有中国、俄罗斯是上升的趋势，其余均是下降的，其中，德国2002年的销售额约为68亿美元，比2001年下降了12%；美国的销售额约为22.7亿美元，比2001年下降了16%；英国2002年的销售额比2001年下降了24%，约为10.64亿美元；意大利则下降了8%，约为7.63亿美元。

而2001年印刷机械设备年产值排在前5位的国家则分别为：德国77.3亿美元、日本39.18亿美元、美国27.02亿美元、英国14亿美元、意大利8.29亿美

元。2001年印刷机械设备出口前5位的国家分别为：德国63.25亿美元、日本15.78亿美元、美国12.46亿美元、意大利10.6亿美元、英国9.4亿美元。2001年印刷机械设备进口前6位分别为：美国22亿美元、中国13亿美元、德国12.28亿美元、意大利9.22亿美元、英国9.2亿美元、日本7.98亿美元。2002年中国印刷机械市场一花独放，印刷机械设备的销售额增长了13.8%，成为世界印刷及设备器材制造商的必争之地。

另据德国机械设备制造商协会（VDMA）印刷分会最新统计，2003年德国印刷机械行业产值约70亿欧元，比2002年下降了13%。其中印刷机械占48亿欧元，纸张加工机械占11亿欧元，其余为纸张生产机械。目德国印刷技术仍居世界领先地位，其全球市场占有率超过30%，产品出口率高达80%，主要出口到美国、中国和欧盟成员国。2003年德国对华出口印刷机械3.7亿欧元，占德国印刷机械出口总额的9.8%，中国已成为德印刷机械第二大单一出口市场。而美国仍是德国印刷机械最大的进口国，占德国印刷机械出口总额的1/6。

现代印刷机一般由装版、涂墨、压印、输纸等机构组成。它在工作时先将要印刷的文字和图像制成印版，装在印刷机上，然后由人工或印刷机把墨涂敷于印版上有文字和图像的地方，再直接或间接地转印到纸或其他承印物上，从而复制出与印版相同的印刷品。

印刷机按印版形式分为凸版、平版、凹版和孔版印刷机；安装版和压印结构分为平压平式、圆压平式和圆压圆式印刷机。印刷机的功能是使印版图文部分的油墨，转移到承印物的表面。印刷机一般由输纸、输墨、印刷、收纸等装置组成。平版印刷机还有输水装置。

印刷机的种类很多，可以按以下五个方面来分类：

一、按照版面型式分为：凸版印刷机，平版印刷机，凹版印刷机，孔版印刷机；

二、按照纸张的尺寸规格分为：平版纸或单张纸印刷机，卷筒纸印刷机；

三、按照印刷色数分为：单色印刷机，双色印刷机，多色印刷机；

四、按照印刷幅面分为“八开印刷机，四开印刷机，对开印刷机，全张印刷机、超全张印刷机等；

五、印刷机的分类方法虽然很多，但是，印刷机的核心部分是印刷装置的压印机构，因此，依据施加压力的方式，一般所印刷机分为平压平型、圆压平型、圆压圆型、斜压平型。本次设计就是平压印刷机机构设计。

摘要

我所设计的是题目一平压印刷机机构设计，我所设计的方案由曲柄摇杆机构和双摇杆机构串联，前者实现印头的运动，后者实现油辊的运动。墨盘的运动由槽轮机构来完成。这三个机构由一个电机带动，并且协调运动。曲柄转动一周印纸一张，循环运动。

1、设计任务

1.1设计要求

(1)根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。

(2)按工艺动作过程拟定运动循环图。

(3)构思系统运动方案(至少3个以上)，进行方案评价，选出较优方案。

(4)对传动机构和执行机构进行尺寸设计。

(5)绘制系统机械运动方案简图。

(6)编写设计说明书，附源程序和计算结果。

1.2原始数据

⑴实现印头、油辊、油盘运动的机构由一个电动机带动，通过传动系统使该机具有1600～1800次/小时的印刷能力。

⑵电动机功率P＝0.8kw，转速n＝930r/min，电动机放在机架的左侧或底部，可自行决定。

⑶根据印刷纸张幅面(280×406mm2)，最大印刷幅面为260×380mm2，设定L CD ＝250mm。

⑷印头摆角为70°，要求印头返回行程与工作行程的平均速度之比(行程速度变化系数)K＝1.118。

⑸油辊摆角为110°，油辊在上极限位置时，恰与油盘的上边缘接触，油盘直径为400mm。

⑹要求机构传动性能良好，即印头和油辊在两极限位置处的传动角g 大于或等于许用传动角［g］＝40°。结构应紧凑，制造方便。

1.3工艺动作与功能分解

⑴总功能要求

印制各种资料、名片、表格。

⑵工作原理

平压印刷机的工作原理及工艺动作分解如图1所示，将油墨定量输送至墨盘2, 令墨盘作间歇转动，使墨辊1蘸墨时能较均匀地得到供墨；墨辊沿墨盘面和铜锌板面11上下运动，完成蘸墨和刷墨动作；放有白纸的压印板3绕一固定点D 来回摆动，其工作行程终点使白纸与涂有油墨的铜锌板压合，完成印刷工艺。当空回行程时便可取出成品。

图1

1.4机构选型

1、对于整个平压印刷机机构来说，油辊、墨盘和印头要尽可能地协调运动起来，这样的话机械的效率才能更高，印刷的成本才能更低。

2、在设计要求中要实现另印头、油辊、油盘运动的机构由一个电动机带动，题目只给出一个动力源，因此实现这些动作的机构必须联动。

3、题目中要求印头摆角为70°，印头返回行程与工作行程的平均速度之比(行程速度变化系数)K＝1.118，这就表明印头运动需具有急回特性。

4、油辊的运动是由摆杆AB 带动的，又由于图中摆杆和油辊的特殊运动，在摆杆上有一可以伸缩杆长的弹簧机构，而且油辊还自我转动，这样可以使油辊蘸墨更均匀。

5、题目中要求油盘作间歇转动，能够完成这项运动的机构有槽轮机构、棘轮机构、拨杆机构、不完全齿轮机构。

6、完成这些运动的机构以及这些机构所连接成的整体机构均应力求结构简单、紧凑。

对于平面印刷机可参考下表进行主要机构的选型：

表1

机构的选型种类

表2

印头机构的选型

表3

油辊机构的选型

2、机械运动方案的拟定

2.1机械运动方案的拟定

⑴由于只有一个动力源，因而实现三个功能运动的机构必须联动，并且其主要动作必须协调。要首先构思实现动作要求的执行机构，然后勾划描述各机构动作协调配合关系的运动循环图，最后按执行路线连成整机，力求结构简单、紧凑。

⑵印头和油辊的运动由两个曲柄摇杆机构按时序式联接来实现。曲柄摇杆机构1实现印头的往复摆动；曲柄摇杆机构2实现油辊的往复摆动。电机带动双联齿轮输入运动，通过齿轮1、2分别驱动曲柄1和2。

⑶印头和油辊的运动由曲柄摇杆机构和双摇杆机构的串联来实现。电机通过齿轮机构带动曲柄摇杆机构实现印头的往复摆动。同时，摇杆(印头)又带动另一摇杆实现油辊的往复摆动。

⑷印头和油辊的运动由凸轮机构和连杆机构按时序式联接来实现。由凸轮驱动双摇杆机构完成印头的往复摆动；由同轴传动的凸轮2通过齿轮驱动摆杆摆动。调整两凸轮的相位和从动件的角位移以协调印头和油辊的运动。

⑸实现油盘间歇运动的机构方案有很多，我选择槽轮机构。因为槽轮机构容易设计和制造。

方案一：两个曲柄摇杆机构按时序式联接

如图2所示，曲柄摇杆机构CHFD 实现印头的往复摆动，且具有急回特性，极位夹角为10度。曲柄摇杆机构AGEB 实现油辊的往复摆动,且需要两曲柄摇杆协调运动。电机带动双联齿轮2、4输入运动，通过齿轮1、3分别驱动曲柄1和6。此方案的优点是印头和油箱均有急回作用，且两套机构可分开进行位置调整。缺点是结构稍复杂一些。

图2

方案二：曲柄摇杆机构和双摇杆机构串联。

如图3所示，曲柄摇杆机构BAED 实现压印头的往复摆动(与方案I 相同)，曲柄动力由电机通过齿轮机构输入。而双摇杆机构BCFD 是以曲柄摇杆机构的从动件DE 为主动件，使油辊实现往复摆动。它与方案Ⅰ比较，在满足同样要求的情况下结构较为紧凑。

图3

方案三：摆动滚子凸轮机构和曲柄摇杆机构串联

如图4所示，由凸轮1驱动双摇杆机构FHID 完成印头的往复摆动；双摇杆机构FHID 由摆动滚子盘形凸轮机构带动。油辊的运动由曲柄摇杆机构带动，且此机构中的曲柄和凸轮相联接。

这样利用凸轮机构同样可方便地满足印头的急回作用。

图4

2.2方案的评价

方案一运转速度不平稳，不利于涂墨均匀，印头、油辊需分别控制，传动性能差。由于动力由一个动力源提供，所以印头和油辊很难协调运动，运动效率低。方案二将曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构串联，运动精确,印头回程是工作,充分利用了机构,提高了机械效率，并可得到比较好的运动规律，尺寸也不致过大。又因为它是全低副机构，宜用于低速、重载。

方案三采用了凸轮机构。凸轮机构虽能得到理想的运动规律，但要使从动件达到110的摆角，凸轮的向径比较大，于是凸轮机构的运动空间也较大。而且凸轮与从动件是高副接触，不宜用于低速、大压力的场合。

2.3方案的确定

由以上可知，我选择方案二。因为方案二较方案一和方案三构件较少，结构紧

凑，各构件间协调能力更好，油辊蘸墨更均匀，工作效率更高。

3、执行系统的协调分析及运动循环图

在方案二中印头、油辊和墨盘要协调运动，墨盘作间歇转动，使油辊蘸墨时能较均匀地得到供墨；此时油辊应该沿着墨盘的上边缘从上而下滚动，在油辊运动和墨盘接触时，磨盘转动，这样油辊和墨盘就协调运动起来；同时印头返回运动。当油辊转过110度之后，往回运动，这时铜锌板面上已经均匀地刷上了油墨，而同时印头从左向右进行工作，使白纸与涂有油墨的铜锌板压合，油辊此时也运动到了开始的位置，墨盘未运动。这样一个整体的过程就完成了一次印刷，之后往

复循环。

图5

4、机构尺寸的确定及设计计算

4.1机构总体尺寸确定

由于平压印刷机的运动由印头、油辊和墨盘的相互协调运动组成的，所以平压印刷机的总体尺寸和这三个构件有关。墨盘绕自轴转动，而轴的位置不变，所以墨盘位置不变。但印头绕D 点旋转70度，位置就发生了改变，这样在确定机构总体尺寸时就需要考虑印头运动的极限位置。墨盘的运动则绕B 点转动110度，而且已知墨盘的直径为400mm,这就需要在确定B 点和D 点相对位置时考虑到能够放下墨盘。最后还有油辊大小的确定，油辊不宜太大也不宜太小，应该在满足

蘸墨的情况下，还能在运动中不发生干涉。

图6

4.2曲柄摇杆机构的设计

（1）印头摆角为70°，要求印头返回行程与工作行程的平均速度之比(行程速度变化系数)K＝1.118。

（2）要求机构传动性能良好，即印头和油辊在两极限位置处的传动角g 大于或等于许用传动角［g］＝40°。结构应紧凑，制造方便。

由公式K=(180°+θ)/(180°-θ)得：

θ=180°(K-1)/(K+1)

则θ=180°(K-1)/(K+1)

=180°(1.118-1)/(1.118+1)

=180°0.118/2.118

=10°

图7

由机械原理知识可用图解法作图得：

先确定D 点位置，然后再确定B 点的位置，而要确定B 点的位置就要先知道曲柄的长度。在曲柄摇杆机构设计中不但要考虑到曲柄的长度，还要考虑到机架的长度，即B、D两点的位置关系。

在这里要满足两个条件：

（1）要求机构传动性能良好，即印头和油辊在两极限位置处的传动角g 大于或等于许用传动角［g］＝40°。结构应紧凑，制造方便。

（2）要求倾斜的墨盘能够放到机构里。

设计过程：

刚开始我试着使DB 与水平线的夹角为30度设计，设计完成后发现最小传动角小于许用传动角40度。之后我又选择了20度，作图完成后发现最小传动角比30度时还小，所以我得出要想使机构的最小传动角大于等于40度，DB与水平线的夹角就应该大于30度。于是我试着用了45度，结果最小传动角大于许用传动角。但是曲柄摇杆机构中最重要的尺寸是摇杆，因为摇杆的尺寸关系到墨盘能否放入机构中，也决定了机架、曲柄和连杆的尺寸。

曲柄摇杆机构的尺寸如下：

摇杆：360

机架DB：670

曲柄：200

连架杆：680

图8

4.3双摇杆机构的设计

在双摇杆机构中油辊摆角为110°，油辊在上极限位置时，恰与油盘的上边缘接触，油盘直径为400mm。由于双摇杆机构和曲柄摇杆机构串联，且把曲柄摇杆中从动件摇杆作为双摇杆中的原动件，此时双摇杆的机架尺寸仍为670，不变。在油辊位置设计中，油辊所在杆起始位置要往左偏移，而不应往右偏移，这样在油辊往左运动110时能尽可能的利用铜锌板，而且也缩短了印头的设计尺寸，在大量的设计计算中，我发现油辊所在杆的起始位置应相对于竖直方向偏移15度。

在确定两摇杆的尺寸时应先确定主动摇杆的尺寸，在主动摇杆的尺寸设计中，一开始我让它和曲柄摇杆机构中摇杆的尺寸相同，但在我设计完成后进行运动分析时，发现双摇杆机构的运动和曲柄摇杆机构的运动有干涉，并不能按设计要求所运动。所以为了避免干涉，经过大量的设计计算，确定主动摇杆的尺寸为120，再运用逼近法，作图分析出另一摇杆的尺寸以及连架杆的尺寸。双摇杆机构的尺寸如下：

主动摇杆：120

从动摇杆：100

连架杆：630

机架DB：670

图9

4.4

槽轮机构的设计

槽轮机构尺寸计算如下：槽数：z=4

圆销数n=1

中心距L=240

回转半径R=Lsin β

=L sin(π/z)

=240sin(π/4)

=170

圆销半径r ≈R/6≈28槽顶半径s=Lcos β

=Lcos(π/z)=240cos(π/4)=170

槽深h ≥s-(L-R-r)=128

h=128

拨盘轴径d 1≤2(L-s)=140

d 1=60

槽轮轴径d 2≤2(L-R-r)=84

d 2=40

槽顶侧壁厚b=4锁止弧半径r 0

=R-r-b

图10

4.5皮带齿轮机构的设计

⑴实现印头、油辊、油盘运动的机构由一个电动机带动，通过传动系统使该机具有1600～1800次/小时的印刷能力。

⑵电动机功率P＝0.8kw，转速n＝930r/min，电动机放在机架的左侧或底部，可自行决定。

因为该机构具有1600～1800次/小时的印刷能力，曲柄转整周机构印刷一次，所以该机构主动件曲柄的转速n=29r/min,此时机构具有1740次/小时的印刷能力。而电动机的转速n=930r/min,则传动比i=32。

要想使电动机和各主动轴联接起来，就需要皮带和齿轮，把传动比分配成i=32=4×2×4。

①带传动中皮带轮尺寸设计：

皮带轮1直径为30；皮带轮2直径为120

②齿轮传动中圆柱齿轮尺寸设计：

齿轮1：模数2；压力角20°；齿数18；分度圆直径36；齿顶高系数1；

顶隙系数0.25；

齿轮2：模数2；压力角20°；齿数36；分度圆直径72；齿顶高系数1；

顶隙系数0.25；

齿轮3：模数2；压力角20°；齿数18；分度圆直径36；齿顶高系数1；

顶隙系数0.25；

齿轮4：模数2；压力角20°；齿数72；分度圆直径144；齿顶高系数1；

顶隙系数0.25；

③齿轮传动中锥齿轮尺寸设计：

齿轮5:模数2；齿数15；分度圆直径30；分锥角45；齿顶高系数1；

顶隙系数0.2；

齿轮6:模数2；齿数15；分度圆直径30；分锥角45；齿顶高系数1；

顶隙系数0.2；

且锥齿轮两轴之间的交角∑=90°

轴1带动曲柄转动；轴2带动拨盘转动。

图11

5机构运动分析

曲柄摇杆机构的特殊点一般位置的速度分析

由矢量方程图解法得

V C =V A +V CA

大小：? wt ?

方向：⊥DC⊥BA

⊥CA

图12

6设计总结

历时两周的机械原理课程设计终于过去了，不得不说这两周是很匆忙的，但是也是充足的，也是令我难以忘怀的。正因为忙碌而感觉到充足。当看到出图的那一刻感觉自己两周的辛勤没有白费，付出总有回报。

当在第一周知道要做机械原理课程设计时，我是怀着一种忐忑的心情的，可以说既渴望，又害怕。渴望自己可以做出一点东西，检验一下机械原理到底学的怎样；害怕自己做不好，到最后什么也没做成。怀着这种心情到了第一天，第一天老师给我们开了动员大会，在老师说道要我们做25页的设计说明书时我彻底懵了，而且还必须是电子版，关键是要求CAD 出图。当时就感觉一座大山压在我的头顶，真是压力山大啊！反正第一天是各种不爽。而且最后老师让我们到图书馆找一本书当参考资料，书名我是记不得了，反正等我到图书馆4楼时，凡是有机械原理和设计字样的书全让人一扫而空了。我感觉一个借阅室全是我们机制的学生，有的学生手里借了五六本还不知足。总结第一天那叫一个惨。

第二天老师让我们把方案定下来，本来我选的是题目七蔬菜切片机，但当场选题目七的太多，我一看题目一就有一个人，然后就莫名其妙地选了题目一。然后我的机械原理课程设计就这么狗的开始了。刚开始就是方案设计，不会啊！看大家都上网百度，我也百度了一下。百度出来乍一看居然没看懂，这时我有点怀疑自己了，但在我仔细看完以后看懂了，而且自己还想出了一种方案。在第三天我们把方案给老师检查之后，就开始选方案并求机构的各尺寸。在接下来的几天里我完全生活在水深火热之中，各种求尺寸，各种计算，折磨人。在刚开始计算曲柄摇杆机构的尺寸时就遇到了困难，因为设计要求已知行程速比系数和许用传动角这两个条件。在用图解法计算中，我不知道两机架的相对位置，就因为这我作图失败了好几次，这要求设计出的曲柄摇杆机构可以放入400mm 的墨盘。好不容易这个问题解决了，新的问题又来了。最小传动角小于了许用传动角，然后我又得把设计好的推翻重新计算，在多次的失败之后我终于找到最合适的位置，设计出了曲柄摇杆机构。貌似我的双摇杆机构很好设计，在我以为大功告成之后，我做了一个运动分析，发现双摇杆机构和曲柄摇杆机构有干涉，有把好不容易设计的东西推翻，这种心情真的让人很失落。但在最后无数次的设计之后我终于设计

出了最合适的尺寸。这周就这样过去了。

在第二周用CAD 作图也是一个极其煎熬的过程。因为CAD 软件我们是去年学的，而且这么长时间了肯定忘的差不多了。几张图就耗走了我一天时间，里面好多命令都忘了，而且运动循环图不会，在请教了老师之后终于会了。而且出了一个特闹心的事，去打印社CAD 出图，结果就因为用了一个不能打印的图层，图没有打印出来，回去我又改完图之后才打印的，当我打印出来图时，心情还是有点小激动的。再之后这两天我就是在宿舍写设计说明书，这也不爽，虽然写到这快完了，但是这是我从昨天就开始做了。

这次机械原理课程设计我感觉我做的还是很成功的，虽然有艰辛、有困难，但同时我也感觉很充足。其实在最后我还想抱怨一下，老师要求确实太高了，机械原理课程设计不是面向某一个人的，它是面向所有的学生的，这里既有程度好的学生，也有学生差的学生。所以难度上不应太难，也不应太易。最让我接受不了的就是必须用作图软件出图，有的学生确实不会，与其逼着他让别人替他完成，还不如让他自己手绘。每个人都有自己的长处，应尽量发挥他们的长处。其实我还是要谢谢自己，谢自己坚持把这个设计做完。

参考文献

1.机械原理，魏文君等主编，中国农业大学出版社，2005

2.机械原理教程，申永胜主编，清华大学出版社，1999

3.机械系统概念设计，邹慧君等编著，机械工业出版社，2003

4.机械设计，曹惟庆、徐曾荫主编，机械工业出版社，2000

5.机械原理教程，邹慧君等编著，机械工业出版社，2001

6.机械原理课程设计手册，邹慧君主编，高等教育出版社，1998

7. 机械原理课程设计，曲继方，机械工业出版社，1999

8.机械设计学（第2版），黄靖远等主编，机械工业出版社，2000

9.机械创新设计，张春林等编著，机械工业出版社，2001

10.孙桓，陈作模等.机械原理（第七版）.北京：高等教育出版社，2005