毕业设计（论文）-书刊胶印机调版套准机构设计.doc

北京印刷学院 本科毕业论文（设计） 机电工程学院 课 题 名 称 书刊胶印机调版套准机构设计 专 业 名 称 机械工程及自动化 专 业 班 级 11级机械（）班 姓 名 学 号 指 导 教 师 2015 年 5 月 20 日摘要在卷筒纸书刊胶印机印刷过程中，由于装版偏差等其他误差及原因的影响，会产生套印不准的现象。套印不准主要分为三个方面，即纵向套印不准、横向套印不准和斜向的套印不准，出现这些状况都会降低印刷产品的品质。所以，需要有能检测套准情况并消除套印不准情况的机构。由于套印偏差会严重影响到印刷质量，所以控制套印误差是书刊胶印机的极为紧要的要求，以做到图文套印精准。本设计将介绍各种印刷机的调版套准的基本原理，并会对几种不同的结构进行对比，最后设计出一种比较理想的调版套准机构。关键词:书刊印刷 卷筒纸胶印机 套准 机构全套图纸加扣3012250582 AbstractIn book and periodical printing process, due to the deviation of locking up the plate and so on, the influences of various factors, will make the printing produces longitudinal, transverse and oblique alignment error, which affects the quality of the print. Therefore, it is necessary to detect and adjust the condition of register. Overprint accuracy is one of the important indexes of web offset press, no matter the text printing or the image printing, the misregister will seriously affects the printing quality, this design will introduces basic principles of all kinds of the printing machine version of alignment, and contrast that several different structures,design a kind of ideal version of the registration agency at last .Key words：Book and periodical printing Offset lithography Printing press Adjustable version of the alignment Institution目录摘要1Abstract2目录31绪论41.1印刷机的特点及国际行业现状41.2胶印机的基本原理51.3胶印机的发展状况与发展趋势61.3.1胶印机的历史61.3.2卷筒胶印机的发展趋势61.4本设计的内容和重要意义102套准机构的总体方案设计112.1套准机构的结构与工作原理112.2机构方案选择112.2.1轴向套准机构112.2.2周向套准机构122.3 电机的选择132.4键的选择142.5传动装置的选择152.5.1传动比的分配152.6轴承的选择163.传动零件的设计计算173.1丝杠传动的设计173.1.1传动方式的选择173.1.2螺纹类型的选择193.1.3.螺母、螺杆尺寸设计及校核193.2圆柱直齿轮传动的设计223.3蜗轮蜗杆的设计计算264.工作过程及参数304.1轴向套准过程及参数304.2周向套准过程及参数30总结31致谢32参考文献33341绪论1.1印刷机的特点及国际行业状况印刷工业和人们的生活密切关联，十分紧要，同时也是人类社会前进的作为一个紧要动力。所以，印刷工业多以顶梁柱产业的姿态，出现在工业技术先进的地方。印刷工业所需要的一整套的技术以及设备，就由印刷机械制造业来供应。现在，尤其在中国成为世贸组织成员之后，我国的经济一直不断高速增长。印刷这一特别的行业同时进步的速度愈加地快，其在我国GDP中所占的百分比亦愈来愈高。因为，我国本土的印刷工业的底子有点差，技术水准跟外国领先的印刷企业相比还很落后，加上经济全球化的影响，外国科技领先的公司大规模进入我国市场，也给中国的本土工业带来了相当大的压力。对于外国领先企业的领先科技和管理模式，我们首先应该虚心去研习，可以进行一定程度上的效仿，但是一并的，我们亦需要明确自己的位置和目的，努力做自主研发，发展创新，这样才能研发出自己的产品，有专利及产权的保护，才不会被外国先进企业所压制。伴随着经济的进步，人们生活水平在提高，人们的审美要求在提高，印刷品的质量也必须要提高，这样才能满足人们的各种需要。可以说，没有印刷机就没有印刷品，所以印刷机在印刷行业的地位首屈一指。而且在工业发达的国家及地区，印刷机的技术水平有了很大提高，满足多领域各种用途、各种型号的印刷机相继被研发出来并投放市场，印刷机的使用范围得到更深化的扩大。现在的印刷机印刷速度非常快，效率高，并且能印刷的色彩也愈来愈多。部分设备里还较普遍地配备有墨色控制装置、读版装置、自动套准机构、张力自动控制装置、自动接纸装置和印品质量的测控等装置，不单加强印刷机的效用，也让其成为机电一体化的样板。高度的机电一体化能为印刷品品质的稳定性提供可靠保障。新的印刷市场有两个特点，一是品种多，二是批量小，为了满足这样的市场需求，印刷机行业已经迈入了数字化时代，联机直接制版胶印机和数字式印刷机之后，辅助时间得到极限大的缩短,效率得到提高、成本得到减少。这样的进步会深远且重大地影响到世界印刷技术的前进。1.2胶印机的基本原理1905年，美国人Rubel发明了间接印刷的技术，所谓间接印刷，就是先将图文信息转移到橡皮布滚筒上，然后再转印到承印物上面，故一般将此种平印称为胶印。由于使用了具有弹性的橡皮布，经过过橡皮布的传达，印刷速度得到加快，印版磨损得到降低，从而使印版的使用寿命大大延长。而且胶印可以印出细小的网点和线条，即使是在略毛糙的纸张上，比直接印刷要清楚。因而，胶印是印刷史上的一项具有重大影响的发明。胶印机是按照间接印刷的原理，把印版上的图像文字信息，先转移到橡皮布滚筒上面，然后再转印到承印物品上进行印刷的一种平版印刷机（亦称平版胶印机）。它与别的印刷机的区别有两点，一是设有润湿装置，二是有橡皮布滚筒。印刷时，由于油水相斥原理，印版上的图文部分会附着上油墨，而空白部分不会附着油墨。然后图像文字信息先被印到包覆在橡皮滚筒的橡皮布上，再经过橡皮布滚筒的压印，转印到承印物品上。1.3胶印机的发展状况与发展趋势1.3.1胶印机的历史当鲁贝尔发明胶印机之后，当时在美国海力斯公司工作的德籍美国人卡斯帕把这个重要的发明带回了德国，并根据他的设计，全世界首个三个滚筒的胶印机于1907年被制造出来。该设备由卡斯帕自己操作。卡斯帕对胶印机的完善和发展作出巨大贡献。同年他又设计制造了一台卷筒纸胶印机，并在第二年获得专利权。1911年，德国的法贝尔和施莱歇机器厂接受了制造胶印机的任务。后来，双色胶印机被位于德累斯顿的普拉内塔公司制造出来，这一年是1923年。今天，胶印机的结构仍像当年卡斯帕设计的那样，大多还是三个滚筒，但从发明第一台胶印机到今天，各国制造的胶印机曾有过各式各样的设计，滚筒排列、滚筒直径大小都很不一样。1926年，由法贝尔和施莱歇公司研制成五滚筒结构的双色胶印机。二战之后，胶印机的发展方向为多色、高速、大型和卷筒纸，陆陆续续出现了四色机、五色机和六色机，速度也从每小时四千至五千张提高到每小时一万张以上。1915年，商务印书馆购进了美国海力斯胶印机，胶印机由此于传入我国。解放前，我国的胶印机发展进程很慢，只有少数几个沿海大城市其中主要是上海，才有胶印机，而且都是进口过来的机器，生产水平也很落后。解放后，我国的印刷工业得到了很快的发展，在解放初期，我国就已经制成了手摆式胶印机。大约1958年，高速自动双色胶印机于我国的北京人民机器厂被制造出来。随着技术的进步，胶印工艺所需要的纸张、油墨和橡皮布都能我们自己制造，所以胶印很快就得到了普及。现在，我国不单能制造单张纸胶印机。我国生产制造的胶印机不但能供国内使用，而且还能走出国门，出口到其他国家。我国还能生产卷筒纸胶印机。目前，国外诸如海德堡、罗兰、高斯、小森、三菱等企业仍然垄断着我国的高端印刷机市场。当然，国内外的生产技术差距是由多方面因素造成的，比如金属材料，比如加工工艺，比如制造水平，比如生产管理机制，比如机械设计水准等等。这些因素都导致了我国的印刷机生产水平相对发达国家来说较为落后。然而可喜的是，通过无数前辈精英长期的研究开发，国内的一些印刷设备制造企业如北人集团和亚华、光华、高斯等在多个方面都取得了长足的发展,国内外印刷机制造业的距离正在一步步拉近。1.3.2卷筒胶印机的发展趋势为了提高印刷效率采用卷筒纸胶印机的越来越多，近年来卷筒纸胶印机在印刷速度、质量、自动化程度等方面都有很大提高，无轴传动和无缝滚筒是最引人注目的技术。时刻关注并研究卷筒纸胶印机的前进方向及动态，那么印刷厂就会知道怎样根据自己需求去选择机器，印刷机生产商就会知道需要怎样改良和研发自己的卷筒纸胶印机以更好地来满足市场的需求。虽然各类卷筒纸胶印机的发展有各自的特点、种类繁多，但它们还是存在共同点的。卷筒纸胶印机的基本方向有两点，一是“多色化”，即一次走纸就能印刷出多种颜色。二是“高效化”，是不断提高质量和效率，并且前提是保证质量和环保。高效大体上是印刷速度的加快、自动化程度和可靠性的提升、辅助时间的降低、停机率的降低、功能的加强等几个方面。胶印机在这几个方面上的进步均很大。具体来讲，其发展趋势主要有：1、向高速、宽幅发展提高印刷速度和增加幅面宽度这两点是卷筒纸胶印机提高效率的两个重要方面。目前卷筒纸胶印机的印刷速度已经可以达到每秒十五米，而纸宽方面已经出现三幅宽。印刷新闻报纸对所用的卷筒纸胶印机要求一是速度快，二是能由印刷量的大小选择纸张的幅宽，因为新闻报纸对时效性的要求很高。小型和中型机大都采用单幅纸。大型新闻机基本上都使用双幅倍径滚筒。目前已然有三幅宽倍径滚筒的新闻用卷筒纸胶印机。最近几年还制造出了更加灵活并且可以节省版材的双幅小滚筒新闻机。以前一般采用单幅或半幅的中小型印刷机来生产商用印刷品和书刊，因为要保证印刷品的品质。但是，现在商业和书刊用机都有向单幅及单幅以上进展的倾向，因为得益于印刷科技的前进，印刷品品质控制的问题已经迎刃而解，如今已有一点五幅、双幅甚至三幅宽的机器。与此同时，印刷速度也在不断提高。在保证印刷品品质的前提下，更快的速度必然是卷筒纸胶印机前进的基础方向。2、向精密、自动化、智能化发展卷筒纸胶印机上应用了很多前沿高新技术，比如计算机技术，比如微电子技术，比如光纤通信技术和网络技术等等。张力控制、套印、水墨控制等困境在这些高新技术面前迎刃而解。目前的胶印机上也装备有色彩管理系统、CIP3或CIP4界面。印刷机的精度普遍提高了以达到高速、高质量的印刷需求。自动化程度的提高和辅助时间的降低是最关键的项目，这样才能适应印刷品批量降低的趋势。自动接纸系统、半自动或自动换版系统、机器故障自动诊断和显示系统、远程诊断和调整系统、全自动的折页机乃至印后的装订设备这些系统及机器，用户可以根据自己的需要进行配备。为了保障印刷品的色调和降低调色耗时，装备了闭环色彩控制系统的胶印机，可以使印刷品的色调得到保障，调色的时间得到降低。在使印刷品的色调值保持在标准值的范围内的过程中，闭环色彩控制系统在印刷过程中发挥了巨大作用，该系统不断检验印刷品上的彩色控制条，并且对比检验的结果和标准密度值，然后将两者的误差变为修正墨键值回馈墨给控制系统，墨控系统对墨键进行修正。全自动化新闻用卷筒纸胶印机已经出现了，该规格胶印机可以全自动完成从纸库取纸、上纸机器自动换版、自动改变纸路、全部印刷自动控制至印后分拣插页、打包、打印客户地址、自动输送等等流程。为了更加符合印刷市场向短版、高质量、短周期发展的需求，卷筒纸胶印机在不断提高自动化、提高智能化控制、提高机器精度及稳定性，提升机器的可靠性，辅助时间和停机率得到大幅度降低。上世纪90年代的最新技术无轴传动技术迅速在卷筒纸胶印机上得到使用，因其相比较于传统的机械传动，同步运转精度更高，有利于维护保养因为润滑部位减少，而且不用的机组可简单的停机等其他很多长处。随着控制系统和专用电机成本的降低，无轴传动这一技术将成为胶印机的标配，这样即使是在高速运转的条件下，印刷品的质量依然能保持稳定。3、向标准化、模块化发展将卷筒纸胶印机的组成部分和主要结构设计成标准化的模块，这些模块可以满足不同的裁剪尺寸要求。这样首先可以稳定和提升质量，因为专业化生产被组织出来，然后，更重要的可以及时满足根据市场和用户的需求，因为这些不同形式的机器可以使用不一样的排列组合。如有需求，也可以对机器进行改装，比如在用户的机器上加装色组。另外，部分标准模块也可以直接供应市场。比如各种收页机、自动接纸机、无轴传动控制系统、张力变化反馈控制系统等都能在市场上直接采购到。4、以胶印为主的组合式印刷机有些时候只用单一的胶印机不能满足用户的需求，由于技术在发展，用户市场对印刷品的要求也越来越高。这些因素催生出了组合式印刷机，各种组合式印刷机的印刷方式是不一样的。现在，组合式胶印机以卷筒纸胶印机为主，主要有与柔印、凹印、丝印、数字印刷等机组的一种或者多种机组的组合。这种配合能使各类印刷方法的长处得到最大化的施展，依照用户的详细需求，可以设计出各种组配。5、向多功能方向发展现在的印刷技术主要有平版印刷、凸版印刷、凹版印刷、柔性版印刷、丝网印刷等等。这几种印刷技术都有自己的特点，并且都在进步，技术水平也愈来愈高，但是由于特点不一样，所以任何一种方式都不能被替换掉。尽管胶印出来的印刷品十分精美，但凹印、丝网印刷在印大墨量大色块的印刷品时有着很大优势。经济、灵活是柔版印刷的优点。不同印刷种类的机器组成多功能设备的目前一个较明显的趋势就是不同印刷种类的及其组成多功能设备，这样可以达到功能互补、效率提高的目的。目前已经了胶柔印刷机、胶凹印刷机，今后胶印机与其它功能印刷机组合出来的设备肯定会得到长足发展，推动印刷技术的进步。6、数字卷筒纸胶印机近年来，随着数字印刷技术迅速进步，数字卷筒纸胶印机成为一个重要的发展方向，比如典型的曼罗兰公司推出的DicoWeb卷筒纸数字胶印机。曼罗兰公司生产的DicoWeb卷筒纸数字胶印机的“印版”不仅可以记录，而且可以擦除，这跟现在一般的可记录但不能擦除的数字印刷机的印版大不一样。它是在它的印版滚筒上套一个金属套，此金属套具有亲水性，由专门的材料制造而成。“印版”是由滚筒表面添加的亲墨的聚合物固化形成的，这个过程采用了热转移技术。“印版”加工好之后，就可以印刷了。印完之后，“印版”上的图文信息可以洗掉。在这个金属套上还可以重新做“版”。还有很多其他种类的数字卷筒纸胶印机，比如喷墨印刷，还有HpIndigo公司的Omnius机采用的是静电成像印刷。7、降低噪音噪音与劳动环境和环境保护联系密切。卷筒纸胶印机特别是它的折页部分，噪音很大，所以能降噪的方法必须要积极采取。目前的主要措施有：改进机器结构：比如改良折页机的折刀和夹板，提高某些零部件的精度，这些措施都能降低噪音。改良设备结构是降低噪音归根结底的解决办法。局部封闭：目前噪音问题要想从振源上完全解决还很困难，因为机器的高速运行必然产生较大振动。但是可以采用在噪音大的部分，用隔音板、吸音材料把该部位局部封闭起来的办法来降噪。如封闭全部的折页机或者是折页滚筒部分。有的机器密闭了控制台，还有的只把中央控制台留在外边，密闭了剩下的整个机器。带消音耳机：尽管采取了以上两点降噪方法，某些情况比如操作者需要直接在印刷机上操作时或没有其他降噪方法时，工作人员务必要佩戴消音耳机。1.4本设计的内容和重要意义作为卷筒纸书刊胶印机印刷工作性能的重要技术指标之一，套印的准确性也是一个重要标志来检验印刷品质量。多色印刷工作不能出现套印不准的情况，由于高品质的印刷层次、画面清晰度和精细度以及产品档次都和套准有着密不可分的关系，并且，套印精准对后续的模切、折页也有非常关键的影响，甚至自动包装工艺的精确性都受套印精度影响。目前，自动检测与控制套准误差在印刷行业十分重要，因为印刷机的发展方向基本上是多色、高效、自动化。在卷筒纸书刊胶印机工作过程中，牵引辊的歪斜、纸卷的偏心、纸带的位移和伸缩变形等很多要素都会导致出现套印不准的情况，表现为产生纵向、横向和斜向的套准偏差，印刷品的品质就受到了很大影响。所以，就要检测及调节胶印机的套准情况。本设计是对滚筒轴向套印不准和周向套印不准进行调节的机构，至于第三种即斜向的套印不准，这里不作讨论。本机构能稳定并调整印刷滚筒的位置进行印版的调节实现套印精准，其中用到了蜗轮、蜗杆、丝杆、螺母的自锁。2套准机构的总体方案设计2.1套准机构的结构与工作原理周向套准机构和轴向套准机构都被普遍采用在印刷机上。周向就是纸带的运行方向。周向套准偏差值相对较大，其主要由纸张的伸缩变形导致。周向套准机构经过改变印版滚筒在圆周方向上的相对位置，让印版在纸张前进的方向上的相对位置发生变化，然后便让纸张前进方向上的印刷位置发生变化，以实现周向套准。轴向就是与沿着印版滚筒轴中心线的方向。轴向套准偏差值一般都不大，导致出现轴向套印偏差的起因主要是纸卷偏心、纸带牵引辊偏斜。轴向套准机构通过改变版滚筒在轴向上的相对位置，让印版在轴中心线方向上的相对位置发生变化，然后让纸张横向上印刷位置产生变化，以实现轴向套准。2.2机构方案选择轴向套准和周向套准，没有办法通过一个动作完成，必须分解成为两个动作，把两个动作综合在一起，实现轴向和周向的套准。2.2.1轴向套准机构轴向套准机构的原理一般是采用直齿或斜齿轮传动，使印版滚筒在轴的方向上发生位移，实现套准。其结构比较简单。齿轮传动是在机械传动中，齿轮传动是一种最重要的传动。齿轮传动的样式相当多，被普遍使用。较高的效率、紧凑的结构、可靠的工作性能、比较长的寿命、稳定的传动比，这些都是齿轮传动的明显优点。本来会首选齿轮传动，但考虑到本设计中，轴向套准只是对滚筒在轴向进行微调，每次调的距离不会很大，而电动机一般速度会比较高，所以选取传动比较大的蜗杆传动来带动丝杠转动。在本设计中，采用蜗轮蜗杆传动然后通过丝杠传动实现轴向套准。首先用电机带动蜗杆1，从而使得与蜗杆啮合的蜗轮3转动。蜗轮成为丝杠传动的主动件，使得丝杆2可以在轴向产生移动，而丝杆与滚筒是通过滚筒轴套4连接在一起的，滚筒轴套与机架是通过花键连接的，丝杆的轴向移动，就可以带动滚筒5轴向移动，这样就实现了轴向套准。图2-1 轴向套准机构2.2.2周向套准机构卷筒纸书刊胶印机上，利用斜齿轮进行调节的周向套准机构比较普遍。其基本原理：由于斜齿轮齿廓的螺旋升角，当它相对于啮合齿轮发生轴向移动时，两齿轮在周向上就会有相对的转动。调节机构使印刷滚筒斜齿轮产生一个轴向的移动，然后就会使啮合的齿轮产生周向转动，带动印版滚筒周向转动，就实现了纵向套准。使斜齿轮和与它啮合的齿轮发生轴向相对移动，我们选择较为常用的丝杠传动。由于周向误差比轴向误差大，而且更加频繁，也就使得周向套准机构的工作时间和工作频率比较高，前面的轴向套准机构采用的那套传动就不适合此处的周向套准机构。在本机构设计中，采用传统的齿轮传动和丝杠传动的结合来实现周向套准的功能。电动机1带动小齿轮2，从而带动跟小齿轮啮合的大齿轮3，大齿轮成为丝杠传动的主动件，带动螺母5轴向移动，螺母5与内斜齿轮6连在一起，螺母的轴向移动就会带动斜齿轮6的轴向移动，从而使外斜齿轮7产生周向转动，而外斜齿轮又通过花键与版滚筒齿轮8和滚筒9连接在一起，外斜齿轮7的周向转动，带动版滚筒齿轮8的周向转动，而内斜齿轮6的轴向移动又会带动版滚筒齿轮8的轴向移动，从而不会干涉到版滚筒齿轮的正常啮合传动。外斜齿轮7的周向转动，带动滚筒9的周向转动，这样就实现了周向套准。图2-2 周向套准机构2.3 电机的选择本设计中，两个动作有同样的特点，那就是传递的转矩比较小，速度比较小，从而整体所需要的功率就比较小。而且整个设计总体尺寸比较小，为了使结构紧凑，不浪费空间，所以不采用独立的减速器，而采用新式的电机直连减速器，电机和减速器合为一体，减小了空间占用量，节省了铸造机架的材料。电动机应用广泛，分类非常多，为了我们调节准确，选用步进电动机。根据步进电机驱动的特点，可以满足准确定位和调速的目的。由于结构要求，轴的长度太长，在同一根轴上，装了太多的轴承，为了使加工方便，所以尽量不在轴端装非弹性联轴器，而一般而言，弹性联轴器所能传递的转矩有限，为了满足结构设计方便，美观，简单，所以采用电机直连减速器，不经过联轴器，直接把轴插入直连减速器当中，装配方便。此类减速器属于新型减速器，虽然电机和减速器直连，但两部分的选择还是分开的，只是减速器的体积减小了，在电机确定的情况下，减速器的传动比还是可以选择的，但是这种减速器不属于国家规定的标准，每个厂家制造的不一样，本设计采用的是常州创伟电机电器有限公司的步进电动机和厦门精研中空减速器箱，如图2-3和图2-4所示。图2-3 步进电动机 图2-4中空减速器表2-1 电机数据型号转矩步距角额定转速110BHT148-600E150Nmm3500rpm表2-1 减速器数据型号速比80GKRC202.4键的选择在本设计中，由于有轴向和周向两个方向的移动，为了不让两个方向的移动发生干涉，选择连接的时候，首先需要保证周向转动，然后同时能产生轴向移动，这两个方向上的运动不能相互影响。满足这两个条件的连接，一般会选择键连接。键连接可以传递转动扭矩，同时，通过键连接，轴上零部件轴向移动的导向目的也能达到。导向平键和花键都可以满足本设计的要求，但由于本设计中，轴的直径一般都较大，选择导向平键的话，在轴上开槽比较大，对导向长度要求也比较严格，相比较而言，使用花键连接更为合适。花键连接一般分为矩形花键和渐开线花键，由平键连接发展而来，对比于平键连接，由于结构形式特殊，花键连接在强度、工艺以及使用方面有受力较为均匀、齿根处应力集中较小、轴与毂的强度削弱较少、能承受载荷比较大、轴上零部件与轴的对中性好、导向性较好等优点。在国标中，没有符合本设计所需要尺寸系列的矩形花键，所以只能选择渐开线花键连接。图2-5 普通平键 图2-6 导向平键图2-7 花键2.5传动装置的选择2.5.1传动比的分配本设计中，总共有两个电机，也就是两个输入端，所以有轴向和周向两套传动比。在轴向运动中，由电机、减速器、蜗轮蜗杆和丝杠传动组成了整个动作。其中，电机起到提供动力的作用，丝杠的主要作用是把转动变成直线移动，有减速功能的就只有减速器和蜗杆传动，选择减速器的传动比为6，蜗轮蜗杆的减速比为82。在周向运动中，由电机、减速器、齿轮传动和丝杠传动组合完成整个动作。其中选择减速器的传动比为20，齿轮传动的减速比为6。2.6轴承的选择选用合适的滚动轴承非常关键。选择合适，从大方面来讲能缩短企业的维修时间、减少维修费用，从小方面来讲，能使主机拥有良好的工作性能，十七使用寿命延长。所以，从最开始的设计到制造到使用都必须重视轴承的选择。最普遍的选择轴承的步骤基本是： 首先要确定轴承的使用环境，综合考虑负载方向及负载类型、转速、润滑方式、同轴度要求、定位或非定位、安装和维修环境、环境温度等，有了这些根据，才能确定要选用轴承的基本类型、公差等级和游隙。 根据轴承的使用环境、负载情况和寿命要求，计算确定轴承型号。或者依据使用需要，先确定轴承型号，接着校核寿命。 校核所选择轴承的额定载荷和极限转速，这两个方面是选轴承过程中需要着重探求的。在整个机构中，蜗轮蜗杆，丝杠，斜齿轮的传动都属于轴向载荷比较大的情况，所以直接选用角接触球轴承。而滚筒支撑处一并受轴向力和径向力，而且径向力较大，所以选择用圆锥滚子轴承。3.传动零件的设计计算3.1丝杠传动的设计3.1.1传动方式的选择螺旋传动靠的是螺旋与螺纹牙面旋合来实现回转运动与直线运动转换的机械传动。螺旋传动分为三种：（1）平常采用梯形螺纹和锯齿形螺纹的滑动螺旋。其优点是结构简单加工方便，容易完成逆行程自锁。短处是摩擦阻力很大，传动效率很低；容易磨损，轴向刚度较差。使用最多的是梯形螺纹。锯齿形螺纹主要适用于单面受力。矩形螺纹因为工艺性较差，强度较低，很少用到。三角螺纹偶尔也会用到，主要适用于受力不大和精密机构的调整螺旋。一般螺纹升程和摩擦系数都不大，所以轴向力非常大，但是转矩却非常小。就是应用这种工作原理，所以传力螺旋能获得机械增益。螺纹升程愈小，机械增益的效果愈佳。但是该传动的效率在30%40%，效率不高，可能出现爬行等现象。能够自锁。磨损大。寿命短。（2） 传动效率高的滚珠螺旋。这种结构的摩擦阻力小。由于阻力很小，所以滚珠螺旋的磨损小，这样机构的寿命就教长，维护也相对简单，工作可靠性比其他两种结构要好。而且滚珠螺旋的间隙可以调整，使得它的传动精度比较高。但是如果没有防逆装置，滚珠螺旋的运动具有可逆性，不能自锁。抗冲击性能不佳，承载能力不够大。另外，由于滚珠螺旋结构复杂，加工难度高，成本也比较高。滑动螺旋和滚动螺旋都能满足本设计要求。拟选用滑动螺旋。 （3）液体静压油膜润滑的螺旋传动。油膜在螺纹工作面之间起到强大的润滑作用，所以静压螺旋传动摩擦力很小，无磨损现象。该螺旋传动的传动效率可达99%，且没有爬行现象。该螺旋传动具有可逆性，不能自锁，反向运动无反向空程。但是螺母的结构复杂，加工难度高，成不也不低。另外这种传动对供油系统压力、温度和过滤几方面的要求比较高。滑动螺旋传动的主动件是螺杆，另外一个零件是螺母，螺杆每转动一周，螺母移动一个螺距（弹头螺纹）。滑动螺旋装置的结构很紧凑，因为螺距一般很小，所以即使螺杆的转角大，螺母的直线位移也很小，这样传动链就大大缩短了。另外，这种机构有很好的增力作用。从动件的大转矩可以由主动件的小转矩转化得到。本设计中，所有轴的材料都选择的是45号钢。另外为了使螺纹需要有较高的强度和韧性，螺纹的硬度要达到45HRC，所以螺纹部分还要进行淬火处理。公差配合方面，查阅相关资料，了解到传动工作台的技术要求以及安装限制。最终，确定公差等级为h7级，配合确定为基轴制配合。以丝杆为滑动螺旋的传动结构，大体上分为以下两种情况。（1）螺母固定不动，螺杆转动并移动（见图3-1）。这种情况结构简单，但轴向尺寸往往很大，刚性较差。（2）螺杆固定于两端独立的支撑件，螺杆转动，螺母移动（见图3-2）。这种情况结构紧凑，轴向尺寸较小，刚性较大。 图3-1 螺母固定丝杆传动 图3-2 螺杆固定丝杆传动鉴于本设计是用电机提供源动力，在周向套准的时候，采用齿轮传动，动力会连接在螺杆上，带动螺杆旋转运动，而整个可以左右移动的从动轮结构是连接在螺母上的，故本设计中周向套准选用后一种方案，即螺杆转动、螺母移动。而在轴向套准的时候，采用蜗轮蜗杆传动，动力会连接在螺母上，带动螺母旋转运动，整个可以移动的滚筒是跟螺杆连接在一起的，所以采用第一种方案作为轴向套准机构，即螺母转动，螺杆移动。3.1.2螺纹类型的选择螺纹的形状分为梯形、锯齿形和矩形这三种。梯形螺纹应用最广。单向受力的情况下一般用锯齿形螺纹。矩形螺纹加工难度高，且强度较低，尽管效率高，还是应用的比较少。（1）梯形螺纹的特点：牙型角=30，螺纹副的大径和小径处的径向间隙是相等的。螺纹牙根强度比较高，工艺性比较好；内外螺纹以锥面贴合，对中性好，不容易发生松动；采用整体式螺母。（2）丝杆传动则选择梯形单线螺纹，以达到自锁要求。3.1.3.螺母、螺杆尺寸设计及校核本设计中，有两个丝杠传动，现在以轴向丝杠传动为例进行设计和校核。（1）根据耐磨性确定螺纹中径滑动螺旋的磨损受到很多因素影响，其中螺纹工作面上压力是最主要影响因素。螺纹工作面上的压力越大，螺旋副间越容易形成过度磨损。由参考文献4中5-43式得设计计算式：1）其中，F为螺杆的轴向力（单位为N），本设计中，2）p为材料的许用压力，由表5-12查得，此处取20MPa。3）一般取，在此处取1.7代入数值可算得由GB/T5796.32005可取的梯形螺纹，中等精度。其中是公称直径，是中径，是大径，。（2）自锁性的条件与检验因是单头螺纹，导程S=P=3mm，故螺纹升角为查表5-12可得摩擦系数为，此处取，由参考文献4的式5-46可求得故自锁性可靠。（3）螺杆强度的校核螺杆的受力较大，所以要校核它的强度。螺杆工作时主要承受两个力的作用，一是轴向压力，二是扭矩的作用。螺杆的危险截面上首先存在压缩（或拉伸）应力，同时也存在切应力。故而要校核螺杆的强度，需要依据第四强度理论计算出危险截面的计算应力，其强度条件为式中：F螺杆所受的轴向压力，5000N； A螺杆螺纹段的危险截面面积； 螺杆螺纹段的抗扭截面系数， T螺杆所受的扭矩 螺杆的许用应力，查表5-13可得。代入计算得螺杆满足强度要求。（4）螺母螺纹牙的强度计算一般的，一对螺旋副间，螺母的材料强度比螺杆要低。另外，螺纹牙容易发生的破坏形式为剪切和挤压破坏，所以只需要校核螺母螺纹牙的强度。螺纹牙危险截面的剪切强度校核计算公式为螺纹牙危险截面的弯曲强度校核计算公式为其中，b为螺纹牙根部的厚度，为弯曲力臂。对于梯形螺纹， 螺母材料的许用切应力，查表5-13可得螺母材料的许用弯曲应力，查表5-13可得代入计算可得 所以螺母螺纹牙的强度满足设计需要。（5）螺杆稳定性的检验由于长径比大的受压螺杆的轴向力F大于某一临界值时，螺杆就会突然发生侧向弯曲，丧失稳定性。所以，在一般情况下，螺杆承受的轴向力F务必要小于临界载荷。式中：螺杆稳定性的计算安全系数。 螺杆稳定性安全系数，在本设计中，取（对于传导力的螺旋，一般） 螺杆的临界载荷，计算时需要选用不同的公式。选择是根据螺杆的柔度值的大小来决定。一般可按欧拉公式计算：式中：E螺杆材料的拉压弹性模量，； I螺杆危险截面的惯性矩，代入计算所以满足稳定性要求。3.2圆柱直齿轮传动的设计已知传递转矩为，小齿轮转速，由电动机驱动，双班制，工作寿命10年。计算结果及步骤如下：1. 齿轮选择1）齿轮类型：按设计，选择直齿圆柱齿轮。2）精度等级：因为冷弯机为一般工作机，速度不高，所以选用8级精度（GB1009588）。3）材料及热处理方式：查参考文献3中，大、小齿轮材料均选用45号钢。其中小齿轮进行调质处理， ，取。大齿轮进行正火处理，取。二者材料硬度差为40HBS。4）选定齿轮齿数。选小齿轮齿数，大齿轮齿数。2.按齿面的接触强度进行设计由设计计算公式进行计算，即（1）确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数。2）计算小齿轮传递的转矩。由式得：3）由查参考文献3中表10-7，取4）查参考文献3中表10-6得： 5）由参考文献3中图10-21d得：接触接触疲劳极限 6）计算应力循环次数。7）由图10-19取接触疲劳寿命系数，8）计算接触疲劳许用应力。按失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得 （2）计算1）试计算小齿轮的分度圆直径，代入中较小的值2）计算圆周速度3）计算齿宽b。4）计算齿宽与齿高之比。模数 齿高 5）计算载荷系数。根据，精度等级为8级，由图10-8查得动载系数=1.08；直齿轮，；由表10-2查得使用系数；由表10-4用插值法查得8级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，=1由，查图10-13得；故载荷系数6） 按实际的载荷系数校正计算得到的分度圆直径 由式（10-10a）得7）计算模数m。取模数m=1。8）计算中心距。9）计算分度圆直径。10）确定实际齿宽。取、。3.按齿根弯曲强度校核。根据参考文献5中的式8-19可得计算公式为：确定公式内的各计算数据齿形系数和应力修正系数。查参考文献3中表6-4，YFa1=2.4，YFa2=2.16，查参考文献3中表6-4，YSa1=1.67，YSa2=1.81。 根据参考文献3中图6-15得 弯曲疲劳强度极限3）弯曲疲劳强度寿命系数，由参考文献3中图6-17得： 4) 取，。5）计算弯曲疲劳许用应力。6）校核齿面弯曲疲劳强度。 根据以上计算，所设计的齿轮满足强度要求。3.3蜗轮蜗杆的设计计算蜗轮、蜗杆主要用于传递交错轴间运动和动力。一般情况下，轴交角。蜗轮蜗杆传动的传动比大，工作较平稳，噪音比较小。而且蜗轮蜗杆的结构紧凑，可以自锁。蜗轮蜗杆传动的缺点是当蜗杆头数较少时，它的传动效率低。另外蜗轮蜗杆常需要采用贵重的减摩有色金属材料，制造加工成本高。 蜗轮是回转形零件，结构特点与齿轮基本相似。涡轮的直径一般大于宽度。实心式、腹板式、孔板式、轮辐式等不同结构形式的涡轮，其齿轮上常常还有轮缘、轮毂等结构。蜗杆的结构特点是其长度一般大于直径，与轴类似，有螺纹。蜗杆上的螺纹，有单头和多头之分。单头蜗杆的自锁性能好、容易加工。但是单头蜗杆的传动效率低。圆柱蜗杆尤其是阿基米德圆杆蜗杆获得了广泛应用。图3-3 蜗轮蜗杆连接已知传递转矩为，蜗杆转速，由电动机驱动，要求寿命为12000h。计算结果及步骤如下：1、选择材料 因为蜗杆传动功率较小，速度较小，所以蜗杆的材料用 45 号钢。因为蜗杆传动需要较高的耐磨性，所以螺旋齿面进行淬火处理，硬度为 4555HRC。蜗轮材料选用铸锡磷青铜 ZCuSn10P1，制造工艺为金属模铸造。因为本设计中涡轮的尺寸较小，所以采用整体浇铸。 2、按齿面接触疲劳强度进行设计 3、由开式蜗杆传动设计准则，需要先按齿面接触疲劳强度进行设计，然后再校核齿根弯曲疲劳强度。 传动中心距：（1）确定作用在涡轮上的转矩 按估取效率=，则（2）确定载荷系数 K 由于工作载荷不稳定，选取使用系数 ；由表11-5选取使用系数；因为转速较低，冲击较小，可取动载系数 ；则 （3）确定弹性影响系数 由于涡轮的材料选用的是铸锡磷青铜 ZCuSn10P1 ，蜗杆的材料是45钢，所以取。（4）确定接触系数 先假设蜗杆分度圆直径和传动中心矩的比值，从图11-18中可查到。（5）确定许用接触应力 金属模铸造的铸锡磷青铜 ZCuSn10P1金属模铸造的涡轮与45号钢的蜗杆配合。蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，由表11-7查得蜗轮的基本许用应力。应力循环次数寿命系数则（6）计算中心距取中心距，由，所以根据表11-2取模数，蜗杆分度圆直径，这时。由图11-18查得接触系数，因为，故以上计算结果可用。4、蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸（1）蜗杆轴向齿距；直径系数；齿顶圆直径；齿根圆直径；分度圆导程角；蜗杆轴向齿厚（2）蜗轮蜗轮齿数；变位系数；验算传动比，满足要求；蜗轮分度圆直径蜗轮喉圆直径蜗轮齿根圆直径蜗轮咽喉母圆半径5、校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数根据，从图11-19中可查的齿形系数。螺旋角系数许用弯曲应力由表11-8查得，蜗轮的基本许用弯曲应力寿命系数弯曲强度是满足的。6、验算效率已知与相对滑动速度有关。根据表11-18用插值法查得；代入式中得，比原估计值要大，故不用重新计算。7、精度等级公差和表面粗糙度的确定 由于这里设计的传动动力的蜗杆属于通用机械减速器，从圆 柱蜗杆、涡轮精度中选择 8 级精度，侧隙种类为 ，标注为 。然后查阅有关手册得到要求的公差项目和粗糙度，这里不作详解。 8、热平衡核算（略）。4.工作过程及参数4.1轴向套准过程及参数轴向套准主要由电机、蜗轮蜗杆、丝杠组成，整个工作过程中，电机转动，带动蜗杆转动，蜗杆转动带动蜗轮转动，蜗轮转动带动丝杆轴向运动，从而滚筒轴向运动。而滚筒与外斜齿轮通过花键连接。滚筒发生轴向运动时，斜齿轮不会有轴向运动。综合四个部分的参数及机构形式，可得以下运动参数：当滚筒需要轴向运动1mm时，丝杆运动1mm，蜗轮转动1/3圈，蜗杆转动82/3圈，通过传动比为6的减速器之后，电机需要走164圈，也就是，电机的步距角是，换算过来之后，电机需要走步。通过给电机脉冲来控制电机要走的步数，就能进行距离的调整。4.2周向套准过程及参数周向套准机构主要由电机、直齿轮、丝杠和斜齿轮组成。在整个过程中，电机转动带动小齿轮转动，小齿轮带动大齿轮转动，大齿轮带动丝杆转动，丝杠转动转换成螺母的轴向移动，螺母与内斜齿轮相对无运动，螺母的轴向移动就变成了内斜齿轮的轴向移动，而与内斜齿轮啮合的外斜齿轮在轴向没办法移动，就只能通过斜齿轮的螺旋角来使轴向移动转换为周向运动，从而实现滚筒的周向调节。在这个过程中，版滚筒齿轮既有轴向移动又有周向转动，如果把版滚筒齿轮的螺旋角设计得跟