印刷机械毕业设计（论文）-半自动裱纸机.doc

摘 要改进半自动裱纸机的结构，以提高其贴面精度。面纸和底纸的同步问题是半自动裱纸机的核心问题，改进后的机器可以很好的解决同步问题。半自动裱纸机一般由输纸部、涂胶部、前规施压部、施压输纸部四部分组成，人工送纸，自动涂胶，自动压合。由于半自动裱纸机目前已经比较成熟，因此裱纸机的输纸部、施压部的结构已经不需要再改进，涂胶部的大部分结构也保留原有，需要改进的涂胶部的传动设计。在结构改进设计过程中，还将涉及到一些部件的计算，如直齿圆柱齿轮、蜗杆、蜗轮、轴等，设计最终达到结构改进后成整机，经调试后可以满足机器高速运转下保证纸张的贴面精度3mm的误差。传动方式上选用链传动，它的传动平稳，制造和安装精度要求较低，而且调节简单，可以有效地提高贴面精度和工作效率，是最佳传动方式。关键词：半自动裱纸机 贴合精度 涂胶部 链传动 输纸部 ABSTRACTThis article is mainly concerning the configuration improvement of semi-automatic laminator so as to improve its pasting precision. The synchronization problem of the face-sheet and bottom-sheet is the key problem of the semi-automatic laminator,the problem will be well solved if the new machine can be produced in future. Semi-automatic laminating machine generally feeding department, the glue parts, put pressure on the former ministry of planning, ministry of pressure feeding of four parts.It is composed of artificial feed, automatic gluing and automatic lamination. As the semi-automatic laminating machine is now more mature, so laminating machine feeding department, put pressure on the structure of the department has no more improvement. Most of the department of glue will keep the original structure,and the need to improve the adhesive transmission design department. In the course of the configuration development it will concern the calculation of cylindrical gear,worm,worm wheel and axis and so on. The improvement will at last achieve the target that it can meet the 3mm pasting precision when the machine is running at a high speed.In the type of drive selects the chain drive, its transmission is steady, and it makes and installs the accuracy requirement to be low, and moreover adjusts simply. It may increase the cover precision and the working efficiency effectively, and it is the best type of drive. Key words: semi-automatic laminator the pasting precision glue parts chain transmission part feeding 目 录1 引言12 现有半自动裱纸机机型的结构分析42.1 输纸部的结构分析42.2 涂胶部的结构分析52.3 前规施压部的结构分析72.4 施压输纸部的结构分析73 改进后的半自动裱纸机的结构分析83.1 涂胶部的结构改进与设计83.2 传动方式的改进与设计 104 半自动裱纸机的关键部件的设计计算 125 社会经济效益分析 19结论 20参考文献 21致谢 22北京印刷学院毕业设计（论文）1 引言裱纸机在业内又被称为覆面机或贴面机，用于对预印彩色印刷面纸与卡纸等的裱贴粘合，它是预印纸彩盒、生产的重要配套设备，随着社会经济的不断发展，预印纸盒的应用越来越广泛，裱纸机的结构也越趋向多样化和自动化，制造技术、性能也越趋成熟和先进。由于裱纸机的结构和性能不同，卡纸等和面纸的裱贴粘合的效果也截然不同。裱纸加工主要是指将粘合剂涂布在将要滚压的底纸表面上，再将底纸与面纸进行加压使它们粘和在一起的加工技术,它主要应用于纸箱的加工。新型半自动裱纸机的适应性强，可以针对人员对机器操作的熟练程度，选择脚踏、光电、自动三种不同的操作状态。脚踏状态用于更换纸张时对正规矩，光电状态用于员工刚刚接触机器开机还不熟练的时间段，自动状态用于人工放纸速度非常熟练，这种状态可将机器高速、高效发挥到极限。 图1一、裱纸机的工艺裱纸工艺是利用粘合剂，通过压力将底纸和面纸粘合在一起，后将粘贴后的底纸和面纸用压合机压合成成品。用这种方法压出的制品面与面相贴合，故又称贴面裱，裱纸机又称层合机。裱纸时，面纸超前底纸3mm左右为合格的制品，超过贴合精度的产品为不合格产品，因此贴面精度是影响半自动裱纸机裱纸质量的主要因素。二、裱纸机的分类及其主要参数半自动裱纸机：最大用纸尺寸、最小用纸尺寸、印刷纸规格、底纸类型厚度、机械速度、机器宽度、机器长度、设备重量、机械总马力、贴合误差范围全自动裱纸机：最大用纸尺寸、最小用纸尺寸、印刷纸规格、底纸类型厚度、机械速度、机器宽度、机器长度、设备重量、机械总马力、贴合误差范围三、裱纸机的技术发展裱纸技术发展到今天已经比较成熟了，相应的半自动裱纸机械也种类繁多。在国内大部分的厂家多使用规矩定位式半自动裱纸机，该机型结构较为简单，但该机型在机器高速运转下贴面精度不易控制，当机器速度达到60m/min时，贴面误差明显变大，此外，现有机型的生产效率不高，只能用于对生产速度要求不高的场合。在国外裱纸技术更侧重于伺服技术，它利用伺服电机的工作来控制纸张的贴面精度，这种机型高效、平稳，伺服技术是裱纸工艺未来发展的潮流。目前这种技术在国际市场已有广泛的应用，但是这种机型价格昂贵，暂时还不能大量适应国内市场的需求，所以在这次毕业设计中，仍采用前规定位的方式。四、课题简介本课题为半自动裱纸机的结构改进，大致可分为四个部分：涂胶部、输纸部、前规施压部和施压输送部。 1.本课题的技术参数：适用面纸克重200g/m2 以上适用底纸克重250g/m2 以上，ABCDEF浪及纸板最大用纸尺寸11001100mm最小用纸尺寸350350mm最高机械度70m/min2.本课题的目标要求设计的图纸符合工厂的试制要求，其技术和经济指标满足中国市场现阶段要求。2 现有半自动裱纸机机型的结构分析2.1 输纸部的结构分析现有的半自动裱纸机在输纸时采用人工续纸的方式，底纸2从下板台上输送，面纸3从上板台上输送，在图示1处通过光电检测器的作用检测纸张是否到位，然后靠点轮辊先压合定位，后再输送的方式。一般由一至两人控制本部分，面纸需要人工续纸，底纸送纸有人工续纸和采用自动吸风送纸两种。图2面纸和底纸的运动是否同步是影响贴面精度的一个重要原因。以前的机型中，面纸和底纸的走纸同步性较差，底纸在人工操作下从下板面续纸，然后底纸在点轮辊的作用下向前输送，经过涂胶部的涂胶过程后，通过过桥板的传递，到达走纸皮带的分布位置。在走纸皮带的带动下，底纸在前规施压部停住等待面纸的到位，在底纸、面纸都到位的情况下，前规才有动作，点轮辊带动底纸和面纸向前运动，由于底纸上涂有粘合剂，底纸和面纸在前规施压部完成贴合，然后底纸和面纸继续向前运动，经过滚压滚筒的作用之后，进入施压输送部完成最后的压合。而现在的大多机型走纸路线大大缩短，采用了面纸和底纸同时续纸的方式，分别带动面纸和底纸向前运动的两个点轮辊通过同一条链条连接起来，在机器运转的时候，两个点轮辊同时动作，带动面纸和底纸同步向前运动，这样可以既可以保证走纸的同步问题，又提高了工作效率；并且在机器高速运转的条件下，在新机型上试验的产品的贴面精度能够很好的保证在3mm之间。2.2 涂胶部的结构分析半自动裱纸机的涂胶部承担着给底纸均匀涂布粘合剂的重任，半自动裱纸机上用的涂胶单元整体外型结构紧凑，可以完成快速平稳的涂胶任务。在上胶时采用自动胶泵系统，使用探针探测涂胶部位的液面高度，当液位低于设定下限位时，胶泵自动启动泵胶，当液位高于设定上限位时，胶泵自动停止。这样既减少了工人的操作劳动强度，又保证了机器运转的连续性。涂胶辊采用网纹辊结构，使涂胶更均匀，更节省；该部配有防卷结构，以确保薄型纸走纸顺畅；涂胶部的水洗辊能轻松将托纸辊上的余胶及纸尘迅速洗净，以保证下一张底纸背面的清洁；水洗机构还具有调节纸张湿度的功能，使得不同品质纸张贴合后最终保持平整度，有效地防止翘曲。水洗槽中采用循环水，这样使得水洗辊一直处于较洁净的状态；除保证底纸背面的清洁，还起到延长水洗辊机构使用寿命的功能。调节涂胶部胶量大小的部位采用联动装置，在操作中可以非常方便的进行单边调节，以适应生产的需要。由于涂胶部的结构设计思想已经比较成熟，故在此次半自动裱纸机的结构改进中只对其传动方式做出改动，而对其结构仍采用现有机型的结构，改进后的传动方式将在后一章中做详细介绍。图32.3 前规施压部的结构分析现有半自动裱纸机中的前规施压部一改国内外众多厂家采用的边压合边走纸的方式，这种走纸方式不能很好的保证纸张的贴合精度，而采用纸张到位，靠点轮辊先压合定位，然后再输送的方式，这样保证了纸张在前规处贴合的精度。前规施压部采用这种定位的方式决定了前规在纸张定位时的重要作用。前规的运动轨迹对贴合精度有着很大的影响。如果前规的运动提前，就会造成面纸和底纸贴合时前规还不能到达定位时所在的位置，使前规失效；如果前规的运动落后，又会造成面纸和底纸贴合后前规才到位，这样不但不能保证纸张的贴面精度，而且可能造成前规穿透面纸和底纸，使产品成为废品。带动前规运动的机构是一个凸轮机构，链条带动凸轮旋转，从而使凸轮推动前规作往复运动。由此可见，前规的运动轨迹是影响纸张贴面精度的一个重要因素。2.4 施压输送部的结构分析施压输送是裱纸工艺的最后一个加工过程，贴合后的纸张在这里完成最后的加工过程。施压输送部与主机联接处配有不同长度的压纸刚片，保证贴合纸张整齐有序的进入输送机构，有效的防止贴合后纸张的前部左右角因翘曲而开胶。为了保证纸张贴合后的牢度及平整度，压纸皮带的运行速度可以根据要求，在压合部通过手轮方便的进行无级调速，确保压纸机高中低速均可平稳运行；上压皮带可作前后移动，以适应不同尺寸的纸张，上压皮带采用随动结构，适应不同的纸张叠合高度。输送皮带上下均为辊子托压，更有效地保证了纸张贴合的可靠性。 在这次毕业设计中，针对半自动裱纸机的走纸路线太长以及机器的传动方式进行改进，主要是通过改进机器的结构来缩短走纸路线和采用联动的传动方式，以提高机器的贴面精度。3 改进后的半自动裱纸机的结构分析3.1 涂胶部的结构改进与设计下面介绍涂胶部主体机构。如图所示，当纸张通过涂胶部时，匀胶辊2将胶液打匀，涂胶辊1将胶液均匀的涂布在底纸的上表面上，托纸辊4将底纸托住，并且将底纸平稳的向前输送，同时，水洗辊5迅速的将托纸辊上的余胶与纸尘洗净，水洗机构还能有效的调节纸张的湿度，使纸张在贴合后保持平整，防止翘曲。图4涂胶辊采用了网纹辊结构，涂胶部中的涂胶辊与计量辊、涂胶辊与托纸辊、托纸辊与水洗辊之间的间隙均可以通过蜗轮蜗杆机构分别调节 。例如以下是涂胶辊和计量辊之间靠两端的蜗轮蜗杆同时运动，带动蜗轮中的轴做上下运动，从而可以同时调节两辊的距离。图5从生产实践中观察，现有的机型的涂胶部可以很好的完成均匀涂布粘合剂的任务，所以改进后的机型的涂胶部的结构主要采用了现有机型的结构，只是在传动方式上做出了改进。3.2 传动方式的改进与设计在机器的主传动方式上，选用了链传动，主要是由于与带传动相比，链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比；需要的张紧力小，作用在轴上的压力也小，可减少轴承的摩擦损失；结构紧凑；能在有油污的恶劣环境条件下工作。与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求较低；中心距较大时其传动结构简单。链传动的主要缺点是：瞬时链速和瞬时传动比不是常数，因此传动平稳性较差，工作中有一定的冲击和噪声。针对其传动平稳性较差的缺点，在机器图6上采用联动装置，如图4所示，压合辊1、托纸辊2和水洗辊3之间通过链轮相联接，电机将动力通过皮带轮传送给链轮5，然后通过链轮带动机器的运动，这样就避免了由于存在众多的单个链传动所产生的综合误差，在机器运转时就可以提高它的贴面精度。采用链传动的另一个优点是可以通过调节单个构件来达到对整个机器传动装置的调节，从而减少了机器的调试时间，提高了工作效率。4 半自动裱纸机的关键部件的设计计算4.1 电机的选择考虑到半自动裱纸机运行平稳，受力规律，类比其他半自动裱纸机的电机，由于裱纸机所需功率较小，而且负载平稳，且工作环境是一般车间生产的场所，无其它特殊要求，故可选用普通的Y系列封闭三相异步电机，选用电压为380V。另外，考虑到电机转速越低，则其尺寸越大，价格越贵，而且效率也较低，故选用同步转速为1500r/min。各项参数为：额定功率为1.5Kw；电流3.65A；效率为79%；功率因数0.79；转子转动惯量0.0027N。4.2 传动面蜗轮蜗杆的设计与计算由于涂胶部涂胶过程要平稳均匀，且蜗杆机构在调节时可以自锁。采用单头蜗杆，右旋。则初步设定基本参数：蜗轮蜗杆模数：m=2.5mm ， 头数： z1=1,z2=15 ， 蜗杆直径系数：q=10 ， 蜗杆的轴向压力角：=20，齿高系数： ha*=1 ， 齿顶隙系数： c*=0.2。故计算如下:蜗杆的螺旋线导程角 =arctg(z1/q)= arctg0.1=5.7。因为速度V0.01m/s,则当量摩擦角为6.28 o,所以蜗杆具有自锁性。令传动比为i=30，则蜗轮齿数 Z2=30 蜗杆分度圆直径 d1=mq=210=20mm 蜗轮分度圆直径 d2=mZ2=230=60mm蜗杆轴向齿距 Px=m=6.28mm蜗杆齿顶高 ha1=mha*=2mm蜗杆齿根高 hf1=m(ha*+c*)=21.2=2.4mm蜗杆齿高 h1=ha1+hf1=2+2.2=4.2mm蜗杆齿宽 b1(11+0.06Z2) m=25.6mm蜗杆轴向齿厚 Sn1=Sx1cos=3.14cos5.7 o=3.124mm蜗轮齿顶圆直径 da2=d2+2ha=d2+2ha*m =60+22=64mm蜗轮齿根圆直径 df2=d2-2(ha*+c*)m=227.6=55.2mm蜗轮齿顶高 ha2=ha*m = 2 mm蜗轮齿根高 hf2=(ha*+c*)m=2.4mm蜗轮齿高 h2= ha2+hf2=4.4mm蜗轮齿宽 b20.75da1=18mm蜗轮齿顶圆弧半径 R a2=d1/2-m=mq/2-m=8mm蜗轮齿根圆弧半径 Rf2=da1/2+mc*=12.4mm蜗轮变位系数 x2=a/m-(d1+d2)/2m=0蜗轮分度圆齿厚 s2=(0.5+2x2tgx)m=2(0.53.14+0)=3.14mm 4.3 纸张输送部链轮的设计与计算由于链轮的强度必须保证，链条的强度也要保证，链条在机器运转过程中要保持平稳，因此采用套筒滚子链。则配用链条的节距为p=12.7mm ，取单排链，链号为08B 润滑采用定期人工润滑的方式则滚子外径 d1max=8.51mm 内节链内宽 b1min=7.75mm 销轴直径 d2max=4.45mm 套筒孔径 d3min=4.5mm 链条通道高度 h1min=12.07mm 内链板高度 h2max=11.81mm 外或中链板高度 h3max=10.92mm 过渡链节尺寸 l1min=5.66mm l2min=6.12mm c=0.08mm 排距 pt=13.92mm 内链节外宽 b2max=11.3mm 外链节内宽 b3min=11.43mm 销轴全宽 b4max=17mm 止锁件附加宽度 b7max=3.9mm 测量力 f=120N 抗拉载荷 Q=17.8KN又有链轮齿数 z=20则有计算如下：分度圆直径 d=p/sin(1800/z)=12.7/sin(1800/20)=81.2mm齿顶圆直径 dmax=d+1.25p-d1=88.6mm dmin=d+(1-1.6/z)p-d1=84.4mm齿根圆直径 df=d-d1=81.2-8.51=72.7mm分度圆弦齿高 hamax=(0.625+0.8/z)p-0.5d1=4.2mm hamin=0.5(p-d1)=2.1mm4.4 涂胶部传动面直齿圆柱齿轮的设计与计算取匀胶辊齿轮与涂胶辊齿轮间的传动比为1.2:1，即 匀胶辊齿数 Z1=331.2=39 (涂胶辊齿数 Z2=33) 取模数为 m=3mm，则分度圆直径 d1=mz1=339=117mm齿顶高 ha=ha*m=13=3mm齿根高 hf=(ha*+c*)m=(1+0.25) 3=3.75mm全齿高 h1=ha1+hf1=3+3.75=6.75mm齿顶圆直径 da1=d1+2ha=d1+2ha*m=117+23=123mm齿根圆直径 df1=d1-2(ha*+c*)m =117-2(1+0.25) 3=109.5mm基圆直径 db=d1cos=117cos200=109.9mm齿距 P=m=3.143=9.42mm齿厚 s=m/2=4.71mm槽宽 e=m/2=4.71mm顶隙 c= c*m=0.253=0.75mm基圆齿距 pb=mcos=9.42cos200=8.85mm法向齿距 pn=pb=8.85mm涂胶辊齿数 Z2=33 则有 分度圆直径 d2=mz2=333=99mm中心距 a=(d1+d2)/2=(117+99)/2=108mm齿顶高 ha=ha*m=13=3mm齿根高 hf=(ha*+c*)m=(1+0.25) 3=3.75mm全齿高 h2=ha2+hf2=3+3.75=6.75mm齿顶圆直径 da2 = d 2 + 2 h a = d 2 +2 ha*m= 99+23=105mm齿根圆直径 df2=d2-2(ha*+c*)m =99-2(1+0.25) 3=91.5m基圆直径 db=d2cos=99cos200=93.0 mm齿距 P=m=3.143=9.42 mm齿厚 s=m/2=4.71mm槽宽 e=m/2=4.71mm顶隙 c= c*m=0.253=0.75 mm基圆齿距 pb=mcos=9.42cos200=8.85 mm法向齿距 pn=pb=8.85mm4.5 轴的尺寸计算和校核1 涂胶辊轴的计算(1)选择轴的材料为45钢，调质处理。(2)轴的结构设计：轴考虑采用无缝钢管与轴头焊接。辊直径为。 (3)计算支承反力、弯矩及扭矩，确定各段尺寸轴的受力分析如图所示a.求水平面的支承反力该轴输入的功率为 转速 由于链轮链速，所以链轮8对该轴的有效圆周力故，取，则压轴力 同理，圆周力为 压轴力为 b.绘弯矩图 c.绘扭矩图 d.求危险截面的当量弯矩由图可见B、C、D截面危险轴的扭切应力是脉动循环应力，取折合系数代入上式可得B截面当量弯矩为 C截面当量弯矩为 D截面当量弯矩为 e.计算危险截面处轴的直径由计算比较得C、D为危险截面 轴的材料选用45钢，调质处理，查得许用弯曲应力，则，C处轴直径 考虑到键槽对轴的削弱，取 D处为钢管 （为钢管内外径之比） 钢管外径，得 故 ，钢管厚定为满足要求。图75 社会经济效益分析经济危机下，印刷行业更显得困难重重，大家都在千方百计开源节流、降低成本，为企业增添新的发展动力。降低成本，可以增加企业效益，而提高产品质量同时又降低成本更是直接提高了企业的竞争力。裱纸机正是一种可以降低成本同时又提高产品质量的设备。在包装纸盒企业和纸制品企业中，经常为胶印机的承印物厚度达不到包装纸盒的厚度而大伤脑筋，这就必须先印刷较薄的纸板或纸张，再裱上一层或多层纸板以达到所需包装纸盒的厚度要求。传统的裱纸机，都是通过底纸先经过胶水机上胶，再通过人工将面纸贴上去，通过压机压实，然后较长时间放置以达到干燥之目的，最后才能投入使用。人工操作的缺陷是显而易见的：占用人工多，精度差，成品平整度不好，硬度差，效率底，周期长，耗胶量大,成本高。随着包装业的迅猛发展，市场对裱合纸张的精度要求也越来越高。现代的半自动裱纸机的优点是精度高、速度快、裱合质量好，而且对表面已处理过的纸张(复膜、上光等)裱合时，不会影响已处理纸张表面效果，尤其是经过强力压合后的成品，表面平整光滑、硬度得到大幅度提高，大大提升了裱合质量。在参考国内许多机型的基础上，我对贴合精度提高做了改进。相对于市场上各种机型，我的设计还不是很成熟，还有许多方面是需要通过实践来完善的，但是我肯定裱纸机在包装生产中的重要性，所以改进半自动裱纸机的性能是非常有必要的。结 论近四个月的时间过去了，我的毕业设计也完满的结束了。这次毕业设计是对我这四年在大学里学习的考验和总结，在期间遇到一个接一个的挑战和难题，通过努力都一一解决，从中得到了受益终身的宝贵经验，为我以后在社会上的生活工作都奠定了坚实的基础，带给我源源不断的动力和信心。在定下课题之后我开始对现在市场的裱纸机进行调研，对目前市场上半自动裱纸机的需求、各种产品的具体性能甚至是众多生产厂家的状况也都进行了充分的了解，而且对我将要进行的毕业设计课题目的的可行性进行了详细的调研，从中我积累了许多宝贵的经验，为之后的设计工作打好了基础。我还去印刷工厂看了看裱纸机是如何运动的，也增加了一些对裱纸机的了解。现在我国的半自动裱纸机基本是操作简单、维护方便的裱纸设备，操作时只需要将面纸和底纸分别放入各自的定位机构，机器按一定的节拍将其自动粘合。基本上都是操作简单、经久耐用、高效的，但是精度的准确度仍是一个值得考虑改进的问题。因此改进精度就是我研究的目的。通过这次对半自动裱纸机的结构改进，让我更懂得了半自动裱纸机的工作原理，这比在书上看见的知识要实际的多，也让我在大学四年学到的知识更加巩固扎实。这次学习让我的宏观认识转为更为缜密的微观设计。在设计中我保留了现有机型的优点，参照现有的机型，进行更加完善的机构改进，并且绘制完成了符合要求的图纸。通过努力终于完成了改进任务。参考文献1 蔡春源.新编机械设计手册（上、下册）. 学苑出版社, 1992.2 吴宗泽. 机械设计.高等教育出版社,2006.3 王之栎，王大康.机械设计综合课程设计.机械工业出版社，2003.4 何铭新, 钱可强.机械制