1、 哈尔滨商业大学 本科 毕业设计（论文） 基于 SolidWorks的八开胶印机输墨装置的 建模及仿真 学 生 姓 名： 指 导 教 师： 专 业 班 级 ： 印刷工程 学 号 ： 学 院： 轻工学院 二 XX 年 六 月 八 日哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） I 摘 要 随着 计算机技术 在 各行业全面深入的渗透 ， 各技术领域的思维、观念和方法不断地更 新 ， 机械设计领域也同样产生了 不可磨灭的 革命性影响 ，计算机辅助设计技术的应用越来越广泛 。 论 文 在 对 胶印机输墨装置 进行 详细 分析 的基础上 ， 将计算机辅助设计技术在印刷机设计上进行了初步的探讨， 利用 SolidW
2、orks 软件 建立了八开胶印机输 墨 装置的三维模型 ，以实现印刷机开发周期及成本的最小化、设计最优化、生产效率最大化的目的。 关键词： 八开胶印机 ； 输墨装置； SolidWorks； 建模仿真 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） II Abstract As the application of computer technology in various industries is more and more deeply, the thinking、 ideas and methods of technology field have been constantly updated
3、. The mechanical design field as well as has an indelible revolutionary influence . Through the detailed analysis of the offset printing inking system, this paper use SolidWorks build a three-dimensional simulation model. Applied computer aided design technology on the printing machine design prelim
4、inary, to achieve the purpose of minimizing the design cycle and cost、 optimizing the design, and maximizing the production efficiency. Keywords： Octavo Offset Press； Inking System； SolidWorks； Modeling Simulation.哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） I 目 录 摘 要 . I Abstract .II 1 绪 论 . 1 1.1 传统机械设计 . 2 1.2 现代机械设计 . 2 1
5、.2.1 现代机械设计核心技术 . 3 1.2.2 现代机械设计特点 . 3 1.3 国内外研究及应用现状 . 4 1.3.1 研究概况 . 4 1.3.2 应用现状 . 5 1.3.2 发展趋势 . 5 1.4 论文研究的主要内容 . 6 2 胶印机输墨装置结构与性能 . 7 2.1 平版胶印机 . 7 2.1.1 单张纸胶印机印刷原理 . 7 2.1.2 单张纸胶印机结构组成 . 7 2.2 输墨装置的结构 . 8 2.3 输墨装置设计要求及原则 . 9 3 八开胶印机输墨装置的计算机建模仿真 . 10 3.1 软件选择 . 10 3.2 八开胶印机输墨装置的建模仿真 . 11 3.2.1
6、 零件体的建立 . 11 3.2.2 装配体的建立 . 18 结 论 . 28 参考文献 . 29 致 谢 . 31 附 录 1 . 32 附 录 2 . 50 附 录 3 . 71 哈尔滨商业大学本科毕业 设计（论文） 1 1 绪 论 机械设计，是根据 一定的功能 要求 和 使用 习惯 对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法 、 相对位置等 ， 进行 一系列 构思分析和计算 ，然后 将其具体 而严谨地 描述 出来 以作为制造依据的工作过程 1。也就是说，要生产一台实际可用的机械，设计者必须将 对机械的 构思 设计运 用较 直观的方法严谨 而完
7、整 地表达出来。所以 ， 机械设计无疑是机械工程中 尤为 重要的环节， 它 是生产机械的前提，也是 直接 决定 了 机械性能的 关键 所在 。 在 上世纪 60 年代以前，设计者进行机械设计需要依靠经验总结 的 数据进行手工绘图， 其 设计思路 非常 被动，表达也不 够 精准直观。随着科技 的 发 展， 计算机软硬件性能和水平的持续提高 ， 以及计算机技术对各行各业全面深入的渗透 ， 各技术领域的思维、观念和方法都获得了不断地更新。世界科技 的全面 进步对机械设计领域也同样产生了 不可磨灭的 革命性影响 2。计算技术、设计技术、设计工具乃至新材料、新工艺 等 各种 新的技术 在机械设计与制造中
8、的应用 ， 使 得 机械工程 的 设计过程中单调机械的工作大 大地 减少 ， 设计人员的创造性思维得到前所未有的解放。 与此同时 ， 传统的理论体系、方法体系也受到 了巨大 的冲击。 由于 计算机技术 在各学科大范围地应用 ， 便 出现了许多以大量数据 作 为基础 、 依靠动态分析的设计方法，例如机械优化设计、计算机辅助设计、有限元分析、价值分析、模糊优化设计、人机工程及艺术设计 等等 3。作为 机械设计的发展目标，优化设计要在各种 受 限定条件下（ 例 如理论知识、计算手段、材料和加工能力等）设计出最好的 方案 。优化设计需要综合考虑许多设计要求：工作性能优良、尺寸和重量尽量小而轻、使用中的
9、可靠性、制造成本低、最低消耗和减小 对 环境 的 污染 。然而这些要求 之间常 常是互相矛盾的，不可能 将 每一项 标准 都 同时 做到最优 ， 各项的相对重要性由 各个 机械 的 用途和种类 的不同而产生差异。 这就 需要设计者按照 所设计 目标机械的具体作用和要求，权衡轻重统筹兼顾，使 得 机械具有最佳的综合技术 作用以及市场 经济效 益 。 六十年代以前 ，设计的优化 还是 主要依靠设计者 自身所具有的 经验、知识 跟 远见 ，这是需要极大的知识储备与时间经历作为保证的 。 而 随着制造 与 使用经济 、 技术资料数据的 不断 积累 ， 机械工程基础理论和 系统分析 、价值工程等新学科的
10、 产生与突破 4，以及 无处不在的 计算机 技术的深入 推广应用 ，机械设计的优化 逐渐舍弃主观 经验 判断而依靠科学 数据与计算。 另外， 产品功能要求的增加 ， 特别是产品的复杂性增加 ， 更新换代速度加快致使寿命 期缩短 ， 对产品的设计 ， 尤其是机械产品方案的设计要求越来越高。现代设计的特点是面向市场和用户的设计 ， 现代设计不仅要实现产品的基本功能 ， 更应体现人性化和环境保护的设计理念。 哈尔滨商业大学本科毕业 设计（论文） 2 1.1 传统 机械设计 传统机械设计是 根据 经验总结，运用力学 和 数学的经验公式、图表、设计手册等归结出经验值， 再 通过经验公式、类比方法、近似系
11、数 对机械 进行设计 ， 其设计方法依靠 理论设计和经验设计 5。它可以说 是人与机械制造之间直接构建的桥梁，是一种依靠 经验 的 设计 方式，且具有 静态设计、直觉设计 的固性 ，所以 传统机械设计 也 被 称为常规设计。传统设计需要 人工 查阅 检索 由理论和经验总结的设计手册，数据庞大而繁复，需要设计师手工 计算及绘图， 既消耗设计者的精力同时数据精确度与图形精准度也不高， 其局限性 显而易见； 设计 与 修改过程繁复 ， 工作量大 导致设计 效率 较 低；冗长的 工作周期 使得 设计 无法迅速根据要求更新改进从而不能 跟上市场 的 需求；人工操作 直接作为表达 手段 导致尺寸精度不高
12、，并且其二维的表达方式也不够清晰、直观地显示各机构的形态与关系； 不能考虑到机械从材料 的 选择、加工装配、使用运行到报废回收的实际需要，造成了环境的污染和资源、人力的浪费。另外，由于过分依赖经验积累基础，运用 经验公式、图标、规定、标准进行条件计算和类比设计，使得设计方法不能在长期的运用中不断提高。被动的静态设计、过分依赖经验、近似计算、人工工作量大是传统机械设计的特征，正是这些特征成为其前进发展中的最大的阻碍。 1.2 现代机械设计 在现今的数据时代，计算机在各领域应用越发广泛与深入，而以计算机作为主要媒体的计算机 辅助设计在人与机械模型建立间加入仿真元素，建立稳定而又严密的设计关系 ，其
13、 在工业上也占据着越发重要的地位。计算机辅助设计（ Computer Aided Design， CAD） 是指运用计算机软件进行模拟实 物的设计，能够在视觉上直观再现所设计产品的外型、结构、质感、运动方式等基本特征的过程 6。而在计算机作为媒介辅助之下的机械零件设计、运动仿真、干涉校验等已经成为机械设计的必然发展趋向。利用计算机软件建 立 装置零件、机构、装配体的 三维 模型（模型建立）； 然后 再 将设计好的零件 进行 模 拟装配 ：添加配合关系， 建立装配体后能够准确 地 掌握各零部件之间的装配关系（仿真系统建立）；装配体完成后可进行干涉检查，通过分析各项性能指标及系统响应时间和稳定时间
14、来查看装配体结构是否合理（仿真实验）。通过 一些必要的仿真 就 可 以 直接应用 设计数 据或用来 指导生产； 另外， 还可将零件生成透明体将其隐藏，外部零件被隐藏后便可清楚地看到内部的装配结构，最后还可利用动画来演示装配体的拆装和运动过程 。这些特有的功能有利于设计者对构思的表达和对设计的修改，从而更完美地 实现系统、模型、计算机之间的基本联系 ， 对机械系统的研究分析有着十分重要的实践意义。 哈尔滨商业大学本科毕业 设计（论文） 3 1.2.1 现代机械设计核心技术 现代机械设计方法的 核心技术 主要 有 三 个方面 7： 以 产品功能为 设 计的核心目标。美国 麦尔斯 提出了 “ 顾客购
15、买的不是产品的本身，而是产品所具有的功 能 ” ， 明确 地 表达了 功能是产品的本质和 关键 。这一原理的提出 极大程度 地解放了 设计师 的思 路。 为了实现某一功能，可以采用各种不同的原理和结构。 从 近年来 出现 的计时装置 、 通讯方法 、 文件复制设备等方面的飞速发展 可以看出， 设计师 的才智得到了空前的发挥，多方面 地 满足了社会的需要。 “ 人机学 ” 的形成和发展。机械的工作与人往往是 密 不可分的，如汽车 、 飞机的某 些操纵信号 需 要 人为 输入。 所以机械的设计 必须考虑 使用 者的反 应 速度和能力 局限，还必须考虑 使用 者 及用户的 舒适性。考虑 到“ 人机学
16、 ” 是提高产品的竞争力 非常的重要方面 ， 机械产品竞毕 竟是为了人类 而 设计的 ， 许多产品已经向自动化发展，许多民用产品对使用者的 技 术要求 逐渐 降低（俗称 “ 傻瓜化 ” ）。实际上 智能的傻瓜化 就是当前处理人机问题的一个重要的途径。 建立系统的 “ 工业设计 ” 学科体系 。 工业设计 是设计者使产品在外观 、 形状 、色彩 、 尺寸比例等方面 进行 的合理设计，使产品与人 及 环境更 加 协调， 从而 得到更好的使用效果与 竞争 力。 1.2.2 现代机械设计特点 针对传统设计，现代设计方法主要有以下 四个 特点 8： 自由性：计算机辅助设计可直观展现零件结构 ,，然后 任
17、意 并 精确地调整尺寸，给予设计者极大的自由，改变了传统设计的被动思维； 节能性：机械从原料使用，装配加工，投入运行到报废回收都将考虑到设计中，减少了原来传统设计的污染和浪费； 可靠性：科学的发展使得各学科之间的交叉性大大增加，力学与有限元分析法在机械设计中的应用使得强度设计准则要求日益提高； 高效与精准性：由于不需要人工计算、制图，而 是 由计算机进行设计参数和设计方案的求取，解决了传统设计工作周期长效率低、精确度掌握困难的弊端，简化了繁复的设计与修改过程。 计算机辅助设计将机械的适用性、可靠性和经济 性 良好高效地统一起来，其设计方法也 在 随着各学科（ 如： 机构学、机械结构强度学、机械
18、动力学、传动机械学 等 ）的进步 及 产品技术的变革 和 改 进而不断发展，例如有限元法（ Finite Element Analysis，FEA： 将 较为 复杂的 一个 求解域 分 为若干个有限 的 单元，对每一单元计算方法进行简化求解从而推导出整个域的满足条件）、专家系统（具有专业知识和经验计算的人工哈尔滨商业大学本科毕业 设计（论文） 4 智能程序系）、统模态分析（研究分析弹性结构固有的震动模态）等 等 ， 正在 向着越来越 人性化、 智能化的方向 发展 。现代机械设计继承了传统机械设计基础，将自然、工业 和艺术等科学知识有机地融合起来，形成 了 新的设计体系 。 1.3 国内外研究及
19、应用现状 1.3.1 研究概况 计算机辅助设计是一项涉及了 若干学科领域的前沿技术。发达国家于 20 世纪 80年代提出了相关概念，在过去 10 年，计算机辅助设计技术迅速地发展并达到了实用阶段。 21 世纪以来，计算机辅助设计软件在电子和电气、科学研究、机械设计、软件开发、机器人、服装业、出版业、工厂自动化、土木筑、地质、计算机艺术等各个领域得到广泛应用。现在国内外机械设计应用较多的软件有 AutoCAD、 Pro/E、SolidWorks、 UG 等。 我国与一些科技先进的国家相比，在这个领域上还有一定的差距。但国家有关部门和科学家们已经对此有了相当的重视，国家自然科学基金、国家高技 术产
20、业规划都把虚拟现实技术（ VR）列入了研究项目。国内许多高校和研究部门在紧跟国际先进技术的同时，也积极投入到了这一领域当中，并且取得了一定的研究成果。 清华大学计算机科学与技术系对虚拟现实和临场感方面作了研究，并在克服立体图闪烁的措施和深度感试验方面采用了许多独特的方法。他们针对室内的环境特点，提出了借助图像变换使立体视觉图像中对应水平特征呈现形状一致性，以利于实现特征匹配，并由此获得物体三维结构的新颖算法。 哈尔滨工业大学机械系在机构的三维运动仿真方面进行了许多研究。他们利用OpenGL 开发的机构三维仿 真软件成功地模拟出了一些常用机构的运动状态，并在此基础上加入了一些计算机辅助设计和分析
21、的功能。该校计算机系还成功地摹拟出了人的脸部动作，例如表情的合成和唇动的合成。 北京航空航天大学计算机系重点研究了虚拟环境中物体物理特性的表示和处理，并在虚拟现实的视觉接口方面研究了部分软件和硬件，开发出了用于飞行员训练的虚拟现实系统。 浙江大学 CAD&CG国家重点实验室开发出了一套桌面虚拟建筑环境实时漫游系统，实现了立体视觉，同时提供的交互工具使系统的真实感达到了较高的水平。 西北工业大学在基于 UG 软件的二次开发方面也进 行了不少研究。 上海交通大学的图像处理及模式识别研究所、国防科技大学计算机研究所、北京工业大学 CAD 研究中心等单位也都在这一领域做了许多的工作，并取得了一定的研究
22、成果。 哈尔滨商业大学本科毕业 设计（论文） 5 西安交通大学信息工程研究所对立体显示技术进行了研究，提出了一种基于JPEG 标准压缩编码新方案，获得了较高的压缩比。 西安理工大学机械与精密仪器学院在基于 SolidWorks 的二次开发方面也做了大量贡献，开发了弧面分度凸轮和连杆机构的运动仿真软件。 9 1.3.2 应用现状 在过去 10 年中，计算机辅助设计技术迅速地发展并达到了实用阶段。就 印刷机械设计来说，国外印刷机制造商早在七十年代就已经采用计算机辅助设计进行研究，而国内大多数印刷机生产厂家长时间以来，都在对国外的胶印机进行仿造设计和测绘制造。胶印机的设计方面，也基本处于跟踪模仿的水
23、平。往往是国外的胶印机有了一种新的输墨系统设计方案，国内就进行实验了解其性能，然后仿造，适合我们的机型就直接利用，或者做一些小幅度的调整和改进。造成这种情况的主要原因还是在于我国在胶印机输墨系统设计的理论研究还比较薄弱。我国研究者目前主要致力于利用计算机仿真软件对印刷机械进行优化设计、仿真研究以及对软件的二次开 发。一般涉及到系统静态性能分析时，我们可以根据设计方案计算出输墨系统的着墨系数、打墨线数、匀墨系数、积墨系数、着墨率等五大性能指标，但是涉及系统动态性能分析时，国内尚缺乏理论计算依据，无法直接计算动态性能指标，一般情况下，只能通过实验方法做最终检验。这样，由于在系统的设计阶段不能预先计
24、算系统的动态性能指标，只有在方案设计完成后，试制出输墨系统，用实验方法来实测动态性能。如果性能不理想，就需要重新设计方案，再试制，再实测，不断地反复。 10这种情况不仅设计周期长，而且经费投入也大。模仿国外输墨系统，是一种既 省时又经济的方法，但这也限制我们输墨系统设计思路的开拓，这样被动的局面，既不利于我国技术的创新，也不可避免地遇到了知识产权保护等问题。 1.3.2 发展趋势 目前，计算机辅助设计已经在各个领域得到了广泛的应用，例如汽车制造业、航天航空业、工程机械、通用机械制造业以及国防工业。所涉及到的产品大到庞大的卡车，小到照相机的快门，上至天上的火箭，下到轮船的锚机。各种设计载体的不同
25、需要使得计算机辅助设计软件不断地完善改进。计算机辅助设计软件主要的发展趋势体现在 11： 考虑产品继承性 ：在产品的更新换代过程中，能够方便地获得该产品的全部历史数据，以便充分利用已经经过生产实践的产品数据信息。 满足并行设计要求：用并行设计方法代替串行设计方法，即在设计过程中将产品分成不同模块分别设计，然后根据结果关系组装集成，这便于建立起产品的统一的哈尔滨商业大学本科毕业 设计（论文） 6 数据模型后进行动态管理。 具有良好集成性：一般通过两种方法，一是通过接口将现有的计算机辅助设计系统连接起来，二是开发集成计算机辅助设计系统。 智能系统：支持智能设计， 检测失误，建议方案，具有推理能力等
26、。 1.4 论文研究的主要内容 本文在对八开胶印机输墨装置结构与功能进行研究分析的基础上，利用SolidWorks 软件根据实际需要设计建立输墨装置三维模型，完成了八开胶印机输墨装置仿真模型的建立，实现现代的意义上的印刷机设计与 高效准确 地 计算机建模 。这种现代计算机辅助设计胶印机输墨装置的方法能够为设计人员在以后进行设计时提供参考工具，方便随时调用现有胶印机的设计方案，缩短了设计周期，节约了开发成本，达到生产效率最高化的目的。 论文研究的 主要内容有 ： 详细分析胶印机输墨装置结构与各部分的作用与功能； 利用 SolidWorks 对八开胶印机输墨装置进行三维建模； 将设计好的零件模型进行 模拟 装配，准确掌握各零部件之间的装配关系 ； 在设计建模过程中 比较设计过程中传统设计方法与计算机辅助设计的差异 。
