机电一体化产品设计

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化

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设

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院系：机电工程学院

班级：机制自动化10-01

学号：**********@@

姓名：邹@@@

打印机

打印机是一种典型的机电一体化产品。打印机由机械部件、电子部件以及相应软件的共同配合完成文字及图形的打印。接口同样是打印机中重要的部件。这里所说的接口既包括打印机与计算机的接口，同样也包括机械部件间的接口以及电控部分与机械传动的接口。与老式字符式打印机不同，现代的打印机采用点阵的打印方式，因此既可以打印字符也可以打印图片。

1针式打印机

针式打印机主要是由打印头、字车结构、色带机构、输纸机构和控制电路组成。控制电路中包含对打印头、走纸和字车行走的控制。另外，ROM存储器中存储的打印字库用来控制被打印字符与打印针运动之间的关系。

现代打印机大多数是基于微处理器控制的系统。打印机上所有的机械上的复杂动作、字符的形成等都通过过微处理器进行存储记忆、控制和操作。下面以机械和电控两个方面分析针式打印机的结构和设计。

1．1针式打印机机械装置

1．1．1字车及其传动

字车的作用是驱动打印头，通过其左右移动带动打印头横向左右移动，当到达指定位置后由打印头撞击色带，在打印纸的相应位置上印出字符。字车通常由步进电动机驱动，其机械结构如图所示。

字车机械结构

为了保证打印头定位准确，使用齿形皮带进行传动，打印头被装卡在皮带上。当打印头印字时，字车停止。

1．1．2打印头

打印头由打印针、电磁铁、复位弹簧、导向装置等组成，是整台打印机的核心部件，其结构如图10—2所示。

打印头的结构

打印针是钢针，对于24针打印机来说，打印头有24根打印针，以双列的方式布置见图。

针式打印机打印出的字符是通过钢针击打色带从而将色带上的墨色转印到打印纸上。每根钢针击打色带时会在打印纸上形成一个色点，24根钢针的击打与字车行走机构及进纸机构的配合可以形成24×24点阵。汉字的字符就是由24×24点阵形成，如图所示

打印针排列示意图                                        24*24点阵字符

打印针由电磁铁驱动，导向装置保证打印针以垂直于色带的方向撞击色带，从而将色带颜色转印到打印纸上。打印针上的复位弹簧保证当电磁铁失电后打印针可以可靠复位。色带挡板的作用是防止在打印针不工作时，色带与打印纸接触，保证打印纸的洁净，打印针的驱动结构示意图如图所示。

打印针驱动结构示意图1一限位器；2一打印针复位弹簧；3一打印针；4一导针板；5一色带；6一色带挡板；7一打印纸；8一胶辊；9一铁芯；10一驱动线圈。

1．1．3色带驱动机构

色带驱动机构的作用是驱动色带运动，不断改变色带被打印针撞击的部位，保证色带均匀磨损，从而延长色带的使用寿命。

在设计色带驱动机构时，必须保证打印时色带停止，字车行走时色带运行。如果采用两个电动机分别驱动字车与色带，则两台电动机的同步较为复杂。由于字车为往复运行，而色带为单向运行，因此当两套机构采用同一台电动机时，必须在机构设计上下些功夫。

通常色带驱动机构与字车传动机构的皮带轮同轴、同步运行，这样做的好处是两者自然同步，但是如何保证在字车往复运动的同时，色带单向运行呢?

下图所示为色带驱动机构的简图。其中7为字车驱动皮带轮以及色带驱动机构的驱动齿轮。两者同轴、同步运行，同时由一台步进电动机驱动。当打印头向左运行时，由齿轮5、7和摆臂6构成的周转轮系逆时针转动，使得齿轮5与齿轮9啮合保证色带驱动轴的转向为逆时针。反之，当打印头向右运行时，周转轮系顺时针转动，使得齿轮5与齿轮4啮合(齿轮4与齿轮3为双联齿轮)，同样保证色带驱动轴的转向为逆时针。加入这一齿轮机构的可以确保色带与打印头同步运行，同时也使得色带得以单向运行。

色带驱动机构的简图

(a)打印头向左运动时各齿轮的转向；(b)打印头向右运动时各齿轮的转向。1一色带驱动轴；2一色带驱动齿轮；3,4、9、10一齿轮；5一摆动齿轮；6一摆臂；7一字车驱动齿轮；8一打印头驱动皮带。

1．1．4走纸机构

在一篇打印字符中，字车负责字符的横向移动，而走纸机构负责字符的纵向移动。走纸方式一般有摩擦走纸、齿轮馈送和压纸滚筒馈送等。其动力方式为通过牵引机构将步进电动机的转动转变为走纸移动。

1．2针式打印机的控制装置

针式打印机的各个动作在控制装置的控制之下工作。控制装置包括微机控制系统、驱动电路系统、接口和电源。

1．2．1微机控制系统

微机控制系统主要包括有CPU和ROM及FtAM存储器。根据CPU的数量不同，打印机可以分为单一CPU结构和主从CPU结构。CPU是整个打印机控制的核心，它负责计算机与打印机之间的信息传递控制、字车的行走控制、打印头的控制、打印机操作面板的控制以及打印机上DIP开关信息的读取和处理。所以针式打印机也就是一个完整的微型机。对打印机的各种控制是通过软件进行的。软件控制程序和各个字符的点阵字库都存储在ROM存储器中，而用户自定义的字符以及计算机发来的打印命令则存储在删存储器中。

1．2．2传感器系统

打印机的内部装设有若干个传感器，有的是为了保证打印字符的位置准确，有的是保证打印机的正常工作。针式打印机中常见的传感器包括字车左边界检测传感器、纸尽检测传感器和打印头温度检测传感器。

1．字车左边界检测传感器

字车左边界检测传感器的作用是检测装载打印头的字车是否回到了左侧起始位置。打印机每次打印时都以此处作为基点，以保证打印字符的纵向对齐。

字车左边界检测传感器通常为对射式光电开关，有些打印机也会使用机械微动开关，但是光电开关具有更高的准确性。在使用光电开关时会在字车上安装遮光板。当字车没有到达左边界时，遮光板不会遮挡光线，光线会从狭缝照到光敏三极管上，使三极管导通。当字车到达左边界时，遮光板遮挡光线，三极管截至，发出信号。

2．纸尽检测传感器

与字车左边界检测传感器一样，纸尽检测传感器也同样采用光电传感器或机械微动开关。当采用光电开关时，会使用反射式光电开关。当有纸时光线被反射，反射光使光敏三极管导通，否则三机关截至。使用机械微动开关时，利用开关控制三极管的基极电压同样可以输出纸尽的电平信号。

3．打印头温度检测传感器

如果打印头的温度过高会使打印头损坏。打印头温度检测传感器就是为防止打印头温度过高而设置的。该传感器通常为热敏电阻，安装在打印头内部。当温度过高时，传感器的输出经CPU处理后会停止打印头的工作，防止打印头损毁。这时虽说字车仍在工作但是却不能打印字符。

1．2．3驱动电路

驱动电路的功能是驱动字车的行走电动机、打印纸的供纸电动机以及打印头的电磁铁，每一部分都有各自的驱动电路。驱动电路受控于CPU。驱动电路将CPU的控制信号加以放大分别控制字车驱动步进电动机、进纸驱动步进电动机和打印头电磁铁。针式打印机控制系统原理如图所示。

1．2．4接口电路

接口电路的作用是沟通打印机与计算机之间的信息。计算机向打印机发出的数据、控制指令以及打印机向计算机反馈的应答信号均通过接口电路联通。

打印机上用的接口主要有并行接口(Centronics接口)、串行接口(RS一232接15)和USB接口三种。

1．2．5电源

电源为打印机提供各种电压要求的直流电源。

对机电一体化课程的建议

在大四的第一学期，通过这一学期对机电一体化的学习，让我学到了很多知识，还让我了解到其他课程的重要性，如液压与气压传动，机器人原理，机械设计，机械原理，机械制图等等。让我知道它们不再是一门单独的课程，而是去解决一个具体问题工具。它们需要我们系统的去运用来解决我们学习和生活中遇到的问题。

说到我对这门课程的建议，我感觉这门课程的课时太短，又是一门考查课，不能让我们有足够的时间和重视度去深入的学习它。还有就是老师在课堂上讲的很多机械自动化的例子有点太高深，我们很难去理解。希望老师以后能将一些稍微简单的例子，让我们也能够有能力去掌握其中的知识和原理。以便在以后自己去解决问题时得到应用。最后感谢老师对我们的教诲。