打印机的机电一体化设计

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，包括打印机与计算机的接口，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。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。  关键字：  机械部分  控制装置  传感系统  驱动电路

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，富士通针式打印机色带，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。

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．针式打印机机械装置  

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，逊镭针式打印机色带，当到达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。 1.2步进电机的选择

根据原动机的选择因素以及自动打印机的功能原理要求和设计要求，需选择二次原动机运用电动机的转动输出带动机构运转。因电动机的运转输出功率稳定、易控制、效率高、噪音小。初始成本低、运转费用低、维修及维护方便、功率范围广（0.3-1000KW），符合原动机选择考虑因素、以及自动打印机的功能原理和设计需求。故选用n电=980r/min三相异步电动机。 1.3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。  1.4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。打印针是钢针，对于24针打印机来说，OKI针式打印机色带，打印头有24根打印针，以双列的方式布置。  

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。

1.5传动机构的选择原则

   对于传动机构的选择，我们一般遵循以下原则：

1 对小功率传动，应在满足工作性能的需要下。选择结构简单的传动装置，尽可能降低初始费用。  

2 对大功率传动。应优先考虑，传动的效率，节约能源。降低运转费用和维修费用。     3 执行机构上载荷变化频繁，且可能出现过载，这时应加过载保护装置。  

4  主、从动轴要求同步时，应采用无滑动传动装置。  

5 传动装置的选用必须与制造水平相适应。尽可能选用专业厂生产的标准传动装置。如减速器、变速器和无级变速器等。 1.6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。  

   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

⑶行式针式打印机  

行式针式打印机是一种针式打印机，可以满足银行、证券、电信、税务等行业高速批量打印业务的要求。行式针式打印机有比较强的专业打印倾向，有专门的西文字符打印机，也有专门的汉字字符打印机。与一般通用针式打印机相比，行式针式打印机的内部数据处理能力极强，由于打印头和走纸等控制复杂，针式打印机色带，一般采用主、从双CPU处理方式，既可极大地提高打印速度，又可全面地控制打印流程。  

行式针式打印机的打印头结构复杂，为了保证行式针式打印机在持续高速打印时不出现因过热而断针，打印头内部的散热冷却机构十分良好。行式针式打印机的打印针多，出针频率高，因而在降低噪声方面打印头也采用了许多有效措施和先进技术。  

行式针式打印机的关键技术在打印头上，出针频率高达2000Hz，是通用针式打印机的2倍以上。打印针数量普遍为72针、91针、144针，最多的有288针，是24针普通针式打印机的十几倍。行式针式打印机的打印头采用模块结构（如144针的打印头为12个模块，每个模块有12针），每个模块只需负责水平打印一小段打印距离（一般在1英寸左右），大大小于普通针式打印机的打印机距离（一般在十几英寸）。  

打印针模块的针排列方式对行式针式打印机的打印速度和性能有重大影响，一般情况下，行式针式打印机分为直排针方式、斜排针方式和并行纵向排列方式几种。  

直排列方式指打印针模块中各针水平横向排开，针模块左右水平移动进行打印时只能完成一行横向点的打印距离，打印高度为1/180英寸或1/144英寸，采用该排列方式的行式针式打印机的西文速度可达到1000行/分钟，但汉字速度只有200多行/分钟。因此，直排列方式行式针式打印机非常适合于西文字符的打印输出。  

斜排列方式是指打印针模块中各针斜向排开，针模块左右水平移动进行打印时，模块有几针就可打印几行横向点，如KD6000C行式打印机的模块有12针斜向排列，这种打印机在打印汉字时的速度可以达到1000汉字/分钟，比较适应汉字输出。  

并行纵向排列方式是指打印针模块中各针按两列并行纵向排开，每个模块一般有24针，通过增加多个打印头来提高速度，这是一种早期的行式打印技术，现已基本淘汰。  

行式针式打印机是打印机，其打印针寿命在10亿次/针以上，但其寿命受打印纸和色带质量的影响。  

⑷高速针式打印机  

高速针式打印机是介于普通针式打印机与行式针式打印机之间的产品，其主要特点是打印机速度很快。高速针式打印机的价格较高，但具有高打印质量、高打印速度、能承担打印重荷，在金融、邮电、交通运输及企业单位的批量专门处理打印数据领域占有重要的地位。  

针式打印机的“专利”是复写拷贝和连续走纸打印等功能，高速针式打印机也同样具有这方面的能力。目前高速针式打印机的复写能力一般为1+4~1+5层，较好的可以达到1+8层的复写拷贝能力。

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