毕业设计（论文）-曲面印刷机间歇传动机构.doc

中北大学2016届毕业设计说明书曲面印刷机间歇传动机构摘要 相交于普通平面印刷机只能完成平面印刷，曲面印刷刚好弥补了它的不足。全自动曲面印刷机能在一些圆柱、圆锥、圆弧等不规则外形的产品外表面进行印刷，例如塑料杯、纸杯、碗和管状容器等。全自动曲面印刷机包括轮转印刷机构、料盘机构、上下料机构和传动机构，其中加入了光电检测和可编程plc等自动化元素，可实现自动对版功能，从而提高了印刷精度和印刷速度，满足大批量、多色印刷等功能。 本次设计主要是对全自动印刷机主要传动部分的设计，即间歇传动机构，它的作用是驱动料盘做分度运动。间歇传动机构大体上由蜗轮蜗杆箱和蜗形凸轮箱组成，其中蜗轮蜗杆箱体一边接入驱动链动力源，另一边将动力源以九十度方向传入蜗形凸轮箱，驱动蜗形凸轮和分度盘实现八分度运动。蜗形凸轮轮廓展开线为一条两边各占圆周曲线七十五度的曲线和中间为占210度的直线，直线部分时分度盘不做运动，曲线部分时分度盘运动，具体为蜗形凸轮每转八圈，分度盘转一圈。 为了完成本次设计，需要运用solidworks和cad两种绘图软件，构建间歇传动机构的三维模型，完成三维立体造型图、爆炸图、二维装配图以及五个主要零件图。并且完成分度盘的就爱给你个工艺设计。说明书部分，通过图表和理论公式对轴承、蜗轮蜗杆、蜗形凸轮等零件的设计、校核。关键词：曲面印刷，间歇传动，蜗形凸轮箱，蜗轮蜗杆箱，CADIntermittent transmission mechanism of curved surface printing machineabstract Intersect in the common plane printing machine can only complete print, surface printing just make up for its shortcomings. Automatic surface printing function in some cylindrical, conical and circular irregular shape products surface printing, such as plastic cups, cups, bowls and tubular container. Automatic surface printing machine includes rotary printing mechanism, feed wheel mechanism, a feeding mechanism and a transmission mechanism, which joined the photoelectric detection and PLC programming automation elements, can realize automatic version of the function, so as to improve the printing precision and speed and meet the need of large scale, multicolor printing, and other functions. This design is mainly to the automatic printing machine main transmission part of the design, that is, the intermittent transmission mechanism, it is the role of the drive plate to do indexing movement. Intermittent drive mechanism is generally composed of worm gear box and the snail shaped cam box, which while access to worm gear box drive chain power source, on the other side of the power source to 90 degrees to the direction of incoming globoid cam box, drive worm cam and indexing plate to achieve eight indexing motion. Globoid cam outline expansion line for a on both sides of each accounted for circular curves seventy-five curve and intermediate accounting for 210 degrees straight, straight part of the indexing disc does not make the movement, curve part of the indexing disk motion, specific for Globoid Cam per turn eight laps, an indexing disc rotates a circle.In order to complete the design and need to use SolidWorks and CAD two drawing software, build the three-dimension model of intermittent drive mechanism, the complete three-dimensional shapes, exploded diagram, 2D assembly drawing and five of the main parts of the map. And complete the indexing plate of love to you a process design. The description part, through charts and theoretical formula of the bearings, worm gear, worm cam and other parts of the design and check.Keywords: surface printing, intermittent transmission, worm cam box, worm gear box, CAD目录1 引言11.1 全自动曲面印刷机简介11.2 全自动曲面印刷机的经济效益及优势11.2.1 经济效益11.2.2 优势11.3 国内外全自动曲面印刷机发展21.3.1 国内曲面印刷机发展状况21.3.2国外曲面印刷机发展状况31.4 全自动曲面印刷机结构和工作流程51.4.1 组成结构51.4.2 工作流程61.5 间歇传动机构介绍62 间歇传动机构设计方案72.1 间歇传动机构选择72.2 间歇传动机构的结构设计92.3 机构的材料选择102.3.1 刚度（K)102.3.2 强度112.3.3 震动稳定性112.3.4 耐磨性112.3.5 经济性113.1 蜗轮蜗杆设计123.1.1 蜗轮蜗杆参数计算123.1.2 蜗轮蜗杆材料与加工153.1.3 蜗轮蜗杆的润滑163.2 蜗形凸轮机构设计163.2.1 蜗形凸轮173.2.2 分度盘183.3 轴的设计203.3.1 轴的材料选择213.3.2 轴的失效形式213.3.3 轴的定位方式213.3.4 轴的强度校核223.4 键的设计233.5 轴承的选择243.5.1 轴承的分类243.5.2 滚动轴承的材料253.5.3 轴的轴向定位253.5.4 选择轴承的确定253.6 其他零件设计263.6.1 连接件选择263.6.2 箱体结构264 分度盘的加工工艺284.1 分度盘的的工艺性分析284.2 分度盘的工艺分析及生产类型的确定284.2.1 分度盘的用途284.2.2 分度盘的主要技术要求294.2.4确定分度盘的生产类型294.3 确定毛坯尺寸和绘制毛坯图304.3.1 毛坯选择304.3.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量304.3.3 绘制分度盘毛坯图314.4 拟订加工工艺路线314.4.1 选择定位基准314.4.2 制定工艺路线314.5 选择加工设备和工艺设备324.5.1 机床、刀具、量具的选择324.5.2 夹具的选择334.6 确定工序尺寸334.7 确定切削用量344.7.1 工序1切削用量的确定344.7.3工序3切削用量的确定344.7.4 工序4切削用量的确定354.7.5 工序5切削用量的确定354.7.6 工序6切削用量的确定354.7.7 工序7切削用量的确定354.7.8 工序8切削用量的确定354.7.9 工序9切削用量的确定364.7.10 工序10切削用量的确定364.7.11 工序11切削用量的确定364.7.12 工序12切削用量的确定364.7.13 工序13切削用量的确定364.8 制定相关的工艺文件37参 考 文 献38致 谢40II1 引言1.1 全自动曲面印刷机简介在圆柱形，圆弧形等不规则表面产品的表面上装饰，现如今的技术有丝网版往复移印，商标粘贴，曲面印刷等，但是相对于其他方式，曲面印刷有着生产效率高、成本低、印刷效果理想等优势。曲面印刷机的基本原理是将油墨涂在刻有图案或者文字的凹版上，然后复印到曲面上，再将曲面和产品表面同步旋转，将文字或者图案转印到产品表面上。 全自动曲面印刷机最先由日本CUBIC公司发明的一项技术，该技术由于通用性广，而且由于具有极高的的经济效益潜力，已将在全世界广泛使用。在长期的生产使用中，全自动曲面印刷机的机械结构设计也逐渐趋于完善，使其能够多色套印，极限印刷速度能够达到每分钟300件，并且印刷精准，印刷质量好，自动化水平高。1.2 全自动曲面印刷机的经济效益及优势1.2.1 经济效益随着经济的发展 、人民生活水平的不断提高，高档彩色包装印刷品的需求也将不断增加。比如在大型运动场，由于各项运动赛事，影院系统的迅速增加，观众也显著增加，因此对饮料杯的需求量加大，尤其是碳酸饮料杯，在kfc德克士等饮料行业的需求量也大幅攀升。如此大的需求量，这就为我国印刷业包括出版物印刷、包装、商业印刷和其它印刷的发展，提供了广阔的市场。在我国，包装印刷行业每年都以两位数的速度增长，光是2003年全国印刷工业总产值就约为2200亿元人民币（其中印刷加工出口300亿元）。1.2.2 优势市面上有些自称是全自动曲面印刷机的产品，其实也不是完全的全自动，准确的说是半自动化印刷机，由于不具有多色印刷、自动对版、自动处理等要求，所以它们对人工仍具有依赖性，并且不适合高速印刷。因此造价相对低廉，只适合小规模企业或小批量订单。全自动印刷机由于加入了pc机、ccd摄像机、光电检测系统、plc控制系统等智能化元素，具有自动上下料、固化处理、套印精准，效率高等优点，由于对人工的依赖性降低，仅仅需要少量的人工。相交于半自印刷机，全自动印刷机虽然价格比较高，但是其能同时套印六种颜色，适合大批量印刷。而且由于结构设计的完善，全自动印刷机能高速、平稳的运行。1.3 国内外全自动曲面印刷机发展1.3.1 国内曲面印刷机发展状况 全自动曲面印刷技术是引进技术，所以先进程度没有国外的好，大多数时间里都需要花费巨资进口国外的机器。但是由于国内的包装印刷行业在巨大需求的推动下高速发展，虽然国内的机械起步较晚，也已经有了后来居上的趋势。接下来介绍几家国内全自动曲面印刷机生产厂家的概况：隆兴公司：广东潮安隆兴公司依靠自身的研究发展，已经成为国内唯 一一家集研究开发曲面胶印机 、制造模具 、生产片材和制杯、制版、印杯和生产纸杯为一体的省民营科技、高新技术企业，目前已荣获八项专利。隆兴公司在国内可以说是印刷行业的领头羊，为中国的曲面印刷行业做出了贡献。 图1-1 六色高速自动曲面胶印机如图1-1所示是隆兴公司生产的六色高速自动曲面胶印机，它0有如下几个特点：1、用于圆锥型杯子、碗的外表文字和图案印刷2、印刷直径：40-160 mm3、印刷高度：20-115 mm4、印刷速度：8000-20000 只/时5、可提供6-9色曲面胶印机。瑞安市力泰机械有限公司:该公司成立于2006年9月14日，经营范围为塑料包装成型机械、普通印刷机械等。图1-3是该公司生产的TDQY-105六色曲面印刷机。本设备是引进了国外的先进技术，然后融入自己的特色研制的，为凸版印刷，以胶印的方式在承印品曲面印制图片文字，最多可以印六种颜色。 图1-3 TDQY-105它有如下几个特点：1、印刷直径：直径40-105mm2、 最大印刷宽度：110mm3、 最大印刷速度：1300个/小时4、 印刷尺寸：116mm x 510mm x 1mm1.3.2国外曲面印刷机发展状况 国外的印刷技术比中国起步要早，先进技术始终在他们手中，国内一些企业仍然需要以高价格向他们购买。以下是两个国外企业的概况：万达姆机械有限公司:该公司是荷兰dover集团11个子公司之一，现已拥有各类机械加工设备。该公司在食品机械的制造领域有着十分丰富的实践经验并瞄准市场和跟踪世界先进技术水平，硬质塑料包装印刷设备 饮料杯印刷设备。 图1-4 万达姆 PM系列曲面印刷机 图1-4是万达姆的PM系列印刷机，该机器设计用于印刷圆桶，直径达280毫米至300毫米。 该系统可同时处理小圆杯(最低75毫米)。 打印长度达890毫米至250毫米。 机器生产速度高达每分钟360个圆桶， 最大程度涵盖产品的市场! 包括一个标准的自动馈线，前处理，紫外光固化轴、计数确切。 意大利卡夫公司：意大利卡夫公司（CALF）于1960年成立。主要生产高速自动曲面容器印刷设备。卡夫公司有15000平米的研发生产中心 、一流的生产线、专业团队，所以拥有强大的研究、开发 、设计和制造实力。卡夫公司的在曲面印刷行业一直占据着国际领先位置，不仅为客户提供优秀的产品，还能提供完善的售后服务，享誉全球。 图1-5 LTTHO 6型六色曲面印刷机图1-5是卡夫卡公司的LTTHO6六色曲面印刷机，可以用于各种材质刚性和柔性的圆管、瓶盖和圆棒的六色胶印。 承印品由自动装载机和定位器或是由手动两种方式通过进给皮带送入胶印机；芯棒上的圆管装载采用配备了相关安全装置的抽吸轮和机械推杆；用于圆管表面预处理的火焰装置；“无圆管不印刷”控制系统；配备“无圆管不施亮油”控制系统的亮油涂饰机可以移开，便于亮油辊的快速维护、清洁和更换；可以从控制盘上选择的用于从芯棒上卸载圆管的抓钳或吸盘装置。 技术规格： 最高印刷速度： 9000 只圆管 / 小时12000 只瓶盖 / 小时 最小圆管直径： 13 毫米 最大圆管直径： 70 毫米 最小圆管长度： 50 毫米 最大圆管长度: 230 毫米 印刷长度： 225 毫米 1.4 全自动曲面印刷机结构和工作流程1.4.1 组成结构 图1-6 整机布局 如图1-1所示是全自动曲面印刷机的整机布局，大致结构有 : 版辊（1）、大胶辊（4）、模把（5）、料盘（6）、蜗形凸轮机构传动箱（7）、四螺头上料机构（61）、上料机（43）、料杯传输（60）、抽风机（53）、存料台（62）、真空泵（66）主传动调速电机（65）、控制盒（64）、传动带（37）、烘干箱（46）、叠杯转鼓（48）、气缸（52）。1.4.2 工作流程承印品如杯子、管子等经过传送带送到上料机，上料机由四个螺头组成，螺头处的导料杆将承印品吹到料盘的上料工位模把。该模把将承印品吸住，料盘分度一次，螺头转一圈，上杯一个。接着承印品随着料盘转入前处理工位，在此处对承印品进行清洗除锈等表面处理，然后进去印刷工位，大胶辊带动承印品旋转完成转印。整个结构由一个电动机提供动力，通过间歇传动箱，万向轴和变速轮等结构实现同步运转，主传动轴与大胶辊和料盘的传动比为8:2:1。印刷完成后承印品转入下料工位，被吹入下料机构，被真空吸附机构带上传输带，进入烘干箱。经过箱内的两根不同速度的传送带和紫外灯管，表面发生固化。至此 ，整个印刷过程完成，送入存料台。1.5 间歇传动机构介绍 本次设计主要负责全自动曲面印刷机的间歇传动机构部分，该部分主要负责提供料盘机构分度运动， 主要有凸版轮转印刷机构、传动机构、料盘机构、上下料机构和控制机构组成。间歇传动机构给料盘提供间歇八分度运动。2 间歇传动机构设计方案2.1 间歇传动机构选择 全自动曲面印刷机整机由凸版轮转印刷机构、传动机构、料盘机构、上下料机构和控制机构组成，全部动力由一个电机提供动力源，由各传动链和控制系统协调动作。间歇传动机构是整机印刷的动作的主要部分，提供分度运动。间歇传动机构有以下几种类型：1.棘轮机构：它是由棘轮、主动棘爪、止回棘爪和机架组成，主要是将主动件的往复摆动转换成从动棘轮的单向间歇转动，应用形式有间歇送进，分度和转为等。 图2-1 棘轮机构2.槽轮机构：也叫马耳他机构，由带圆销的主动拨盘、有径向槽的从动槽轮和机架构成，将主动拨盘的匀速圆周运动转换成从成槽轮的间歇传动。 图2-2 槽轮机构3.凸轮间歇传动机构：由一个圆柱面上有一条两端开口、 不闭合的曲线凸脊的主动凸轮和端面上均匀分布圆柱销的从动轮组成，从动盘的圆柱销插入凸脊随着凸轮的转动间歇运动。 图2-3 凸轮间歇传动机构4.不完全齿轮机构：由两个普通渐开线齿轮啮合配合组成的，其中主动轮是只有几个齿的不完全齿轮，从动轮是一个完整齿轮，并且有锁止弧防止在间歇式发生游动现象。 图2-4 不完全齿轮机构 具有间歇传动的机构有很多，在此不一一列举。本次设计的间歇机构的需要达到的技术要求有1.运动精度高：虽然全自动印刷机的自动对版功能提高了印刷质量，但是如果间歇传动机构的传动件之间存在误差，那么即使控制系统再好也不能适应不规则的抖动。2.速度调节方便：有些机构虽然有各自的有点，但是也有各自的缺点，并不能广泛使用。有些机构对速度的调节敏感度不高，不能精准的做出控制系统要求的动作。3.机构寿命长：在长期不同的速度工作下，有些机构由于自身结构的原因 ，会出现机械疲劳或者损伤等，更换费时费力。综上所述：棘轮机构由于是将摆动转换成间歇运动，不适合高速条件下工作；槽轮机构虽然结构简单，工作可靠，控制准确，但是由于在加速度变化大时冲击力大，长期工作下寿命不长；不完全齿轮机构也只适合低速小载荷情况下；所以选择凸轮间歇机构作为本次设计的对象。2.2 间歇传动机构的结构设计 在前面已经选择了凸轮机构作为间歇传动部分，这种机构传动过程比较平稳，而且对凸轮轮廓线的合理设计还能减少动载荷和冲击力，延长了机构的寿命，适合高速运转的要求，能很好的将圆周运动转换成间歇运动。由于整个全自动曲面印刷机由一个电机提供动力源，同时驱动大胶辊和料盘的分度运动，但是大胶辊和料盘属于平行放置，不能由一个传动链条直接驱动，所以将动力源分支，这样动力源需要一个机构来改变方向。蜗轮-蜗杆机构刚好适合将动力改变90度方向。如图2-1为间歇传动机构的设计图，动力从蜗杆输入，经过蜗轮蜗杆将动力传入蜗形凸轮，再经由分度盘提供料盘分度运动。 图2-5 间歇传动机构布局2.3 机构的材料选择 可用于机械零件的材料有几百种，但是不能随便使用，必须根据零件的要求选择合适的材料。总体来说需要从可靠性和经济性来取舍，以下是材料选择需要考虑到的因素。2.3.1 刚度（K) 刚度是指零件在受力时抵抗弹性变形的能力，不仅和零件材料的弹性模量E有关，还和材料的几何形状有关，在轴的设计中尤为重要，轴在工作时产生弯曲不仅影响加工精度，而且有轴断裂的危险，容易引起人身伤害。计算公式为：k=P/，P 是作用于机构的恒力， 是由于力而产生的形变。刚度的国际单位是牛顿每米（N/m）。由于各钢材的弹性模量差别不大，所以一般从结构改变来改变刚度。2.3.2 强度 强度是指材料在承受外力后抵抗不发生不可逆转的能力，是机械零件必须考虑的因素，弄清楚零件强度可以预测破坏失效的条件和时机。强度可以分为以下几种：1.抗压强度材料承受压力的能力2.抗拉强度材料承受拉力的能力3.抗弯强度材料对致弯外力的承受能力4.抗剪强度材料承受剪切力的能力2.3.3 震动稳定性 机械的振动强弱用振动量衡量，振动量可以使位移量，加速度或者速度。有规律机械的振动极易引起共振，共振的危害是显而易见的，大多数的机械零件的额损坏都和共振有关。想要减少或者杜绝共振，需要从机械零件的固有频率、激振力频率、振动响应着手。2.3.4 耐磨性 零件表面发生物质脱损的现象就是磨损，一般发生在运动副之间。磨损发生后运动副之间产生间隙，还会产生振动现象，影响了机构的精准度，加速零件的消耗。所以在进行零件的设计时应该选用耐磨性好的材料，再利用合适的加工工艺提高材料表面的硬度，还可以在运动副之间添加润滑油，比如在间歇机构的蜗轮蜗杆采用油浴的方式提供润滑。2.3.5 经济性 在进行机械零件的设计时，不一定非要选择最合适的材料，因为最合适的材料很可能是最贵的，不利于控制产品的成本，在市场上没有竞争优势。我们需要注意，大型零件尽量选择廉价的供应充足的材料，如灰铁。一些关键零件应该尽量减小质量，也是控制成本的一种方式。在加工工艺方面，尽量选择容易加工的，不需要太多热处理的材料。我们还应该多使用标准件，供货方便，而且省去了设计人员重新设计零件的时间，省时省力。 机械零件设计时除了以上的几种需要考虑的因素外，还可能需要注意零件的工作环境、材料的热处理等因素。结合以上分析，整个机构的零件材料大致选择如下：凸轮箱体 HT200蜗轮箱体 HT200 蜗轮 ZQn1S0-1蜗杆 40Cr分度轴 1 （凸轮） 45钢分度轴 2（分度盘） 40Cr 凸轮 QT500-5分度盘 45钢3 间歇传动机构关键零件的设计3.1 蜗轮蜗杆设计 如图3-1为蜗轮蜗杆传动副，它的作用是在空间交错传递动力，间歇传动中蜗轮蜗杆夹角为90。使用蜗轮蜗杆传动的好处就是能得到很高的传动比，最高甚至能上千，所能承载的载荷很高。间歇传动机构用它可以将电机的高转速降低传入到分度机构。而且传动过程基本无噪声污染，还具有自锁功能，防止蜗轮的来回摆动带动蜗杆影响传动精度。 蜗轮的齿形一般做成弧形，是为了啮合时将蜗轮包住，从而实现线接触。线接触的优点是可以承受较大载荷，蜗轮蜗杆的接触面不至于变形。 图3-1 蜗轮蜗杆传动副3.1.1 蜗轮蜗杆参数计算 1.蜗轮的基本参数：模 数 头 数 K=5（蜗杆头数越多，传递效率越高） 压 力 角 螺旋方向 左旋导 程 角 导 程 蜗轮直径 图3-2是蜗杆结构图，由于蜗轮蜗杆传动比大，蜗杆的转速高，和蜗轮的接触发热量大，容易发生胶合，点蚀和磨损。蜗杆两侧装有轴承，在下面的轴承章节详解。 图3-2 蜗杆 2.蜗轮的参数：模 数 齿 数 压 力 角 螺旋方向 左旋厚 度 B=66mm分度圆直径 中 心 距 图3-3蜗轮 3.蜗轮蜗杆齿面接触疲劳强度计算 校核公式 ：蜗轮齿面接触应力 MPa：材料弹性影响系数：接触系数：载荷系数：蜗轮上的转矩N.mm：材料的许用接触应力4.蜗杆传动的效率 ：齿轮啮合损耗功率：导程角当量摩擦角5.弯曲疲劳强度计算校核公式： ： 蜗轮齿根弯曲应力MPa：蜗轮齿形系数：螺旋角影响系数：许用弯曲应力设计公式： 3.1.2 蜗轮蜗杆材料与加工 蜗轮一般使用滚齿机利用滚刀或者飞刀进行加工，而且蜗轮和蜗杆加工的刀具必须使用相同，目的是使蜗轮蜗杆能正确配合。蜗杆作用部分和蜗杆轴相比差距不大，所以一般将螺纹部分直接加工在轴上，根据GB/T10085-1988,使用渐开线螺杆。由于蜗轮蜗杆的啮合部位先对滑动大，容易产生高温，磨损和胶合现象。蜗杆采用合金钢45，经过表面淬火磨削后硬度能达到4055HRC，避免胶合，耐磨性增强。蜗轮使用材料ZQSn10-1。3.1.3 蜗轮蜗杆的润滑 由于蜗轮蜗杆的啮合部位转速高，承载力大，在没由润滑油的情况下容易磨损和胶合，影响传动效率，所以需要采用添加润滑油的形式来缓解。润滑油的种类很多，根据GB5903-1986，需要采用高粘度的矿物油。表3-1为粘度推荐值和给油方式。 表3-1润滑油粘度和给油方法 相对速度V(m/s）0102.5055101015152525载荷类型重重中不限不限不限不限粘度Y（mm/s）90050035022015010080给油方法 油池润滑喷油或油池喷油润滑的喷油压力/MPa0.723 间歇传动需要在高速情况下工作，发热量大，且是封闭式，本次设计决定采用油池润滑，不仅便于吸收热量，还能持续提供润滑。由于采取了上蜗杆下蜗轮配合形式，且属于封闭式，所以润滑油应该没过蜗轮直径三分之一。3.2 蜗形凸轮机构设计 在全自动曲面印刷几种，要求间歇间歇传动机构分度运动要快，扭矩大，冲击力小，能承受瞬时高负荷冲击，而一般间歇机构并不能满足要求，需要设计一种新型机构来弥补。如图3-4的蜗形凸轮机构刚好适合这样的要求，能承受较高的载荷，工作过程平稳，分度运动精确。 图3-4蜗形凸轮传动机构 蜗形凸轮机构有圆柱形凸轮、分度盘、圆柱销和机架组成。3.2.1 蜗形凸轮 如图3-5所示为蜗形凸轮，全自动曲面印刷机的印刷部分过程为：大胶辊和料盘上模把位的承印品接触滚动，模把转动一圈后印制完毕。在此过程中要求分度盘停止转动，但是凸轮始终在匀速转动，所以凸轮和分度盘的间歇运动要求中间有一段停歇。 图3-5蜗形凸轮 凸轮槽线和分度盘轴线的夹角变化，则进行分度运动，称之为转位角，不变化的角度称之为停歇角。在满足印完成需要的停歇时间上，需要尽量减小停歇角，加大转位角。因为如果转位角度过小，在机构运行时冲击力太大，加重了分度盘，分度盘轴轴向力和凸轮槽线摩擦，所以我们将首尾的转位角设置为各75度，在这两段凸轮槽推动分度盘上的滚柱进行分度运动，中间的停歇角为210度，该段凸轮匀速转动，但是不推动滚柱运动，分度盘静止，此刻进行印刷动作。从动件转动时的加速度曲线按变形正弦曲线变化。图3-6是凸轮与分度盘相对位置曲线。 图3- 6蜗形凸轮与分度盘相对位置曲线 该曲线中间的过度平缓，有助于分度运动的平稳运行，获得更好的机械性能，开始和结束曲线无缝连接，避免了瞬时冲击，降低噪声，有助于延长零件寿命。凸轮经过调制处理，氮化后硬度达到30-35HRC,表面硬度为900HV。凸轮内孔和凸轮轴的配合公差为，凸轮端面对内孔的垂直度0.01mm。3.2.2 分度盘 图3-7是分度盘，由八个滚柱和一个分度盘体组成。两个相邻滚柱的水平距离H就是凸轮槽线的最大升程，可由公式 R： 分度盘的半径Z ：滚柱数量凸轮两相邻槽线的宽度 （d为滚子的直径） 图3-7 分度盘 图3-8是分度盘盘体，加工时需要注意与分度轴保持垂直，避免分度盘上的模把定位不均匀，影响印刷精度，而且还会使滚柱不在一个平面，分度运动会有振动，分度不准确。在分度盘盘体端面均匀分布八个模把孔和八个圆柱销孔，等分角度45 。圆周均布八个滚柱孔，八个滚柱通过八个圆柱销固定在分度盘上，由45钢制成，调质处理收硬度达25-35HRC。 图3-8 分度盘盘体 分度盘盘体的加工工艺将在后面详细介绍。 图3-9是滚柱结构，由滚柱轴和滚柱壳组成，滚柱轴下面部分有一个孔，在插入分度盘盘体圆周上的孔内时通过圆柱销和分度盘盘体固定，上面部分插入凸轮槽中。为了减少滚柱和凸轮槽之间的摩擦，可以效仿轴承结构，在滚柱轴和滚柱壳中间加入滚针，这样就形成滚动摩擦，减少摩擦损耗。由于滚柱壳和凸轮槽之间高速运动，要求滚柱壳有很高的硬度，所以选用材料GCr15.滚柱壳和凸轮槽之间的配合不能有间隙，在高速运动下产生的巨大冲击力对滚柱轴、滚柱壳凸轮槽线等零件的寿命有极大的影响。为了使机构运行平稳和减少振动，凸轮槽的轴向宽度必须和滚柱壳都为45mm，分度盘内径为92mm，宽度为42mm，分度盘和凸轮轴距为180mm。 图3-9 滚柱3.3 轴的设计 轴的作用是支承回转零件做回转运动，传递功率 或者扭矩。轴可以分为直轴和曲轴，应用最广的是直轴。直轴又可以分为光轴、阶梯轴和锥度轴。本次设计的间歇传动机构主要由两个重要的轴，即分度盘轴和涡轮轴，两者都属于直轴中的阶梯轴阶梯轴有加工工艺好、热处理工艺好、装配工艺好的几个优点，加工简单，装配方便，应用广。 分度盘轴和涡轮轴都为转轴，同时受转矩和弯矩，在对这两个轴进行设计时需要注意，需要对轴的材料进行分析选取，对轴的结构和危险截面进行刚度和强度的校核。3.3.1 轴的材料选择 轴的材料需要满足强度要求，还要有足够的刚度，耐磨性和加工性。几种常用的材料有 铸铁：吸收振动性能好，方便加工，对应力集中不敏感，但是铸造质量不能保证精度。铸铁又可以分为球墨铸铁和高强度铸铁，一般应用于复杂的曲轴等。所以不适合间歇机构的轴。 合金钢：合金钢的优点是强度高，可淬火性能好，一般用于整体结构小，发热量大的大功率传递。常用的合金有12CrNi2、20Cr、40Cr。虽然它的优点适合设计轴，但是缺点是对应力集中的敏感性高，而且价格贵，不适合大批量生产控制成本，不采用。 碳素钢：碳素钢应用广泛，不仅比合金钢价格便宜，而且对应力的敏感性低，3050钢最常用，其中45钢为首选。所以本次设计涡轮轴和分度盘轴都选用45钢。45钢属于中碳结构钢，经过淬火后高温回火，轴具有很高的韧性和强度能达到HRC5659，机械性能好，适合间歇传动机构高速重载的要求。3.3.2 轴的失效形式 轴的失效形式主要由疲劳断裂，需要对轴进行疲劳强度校核，像分度轴这种间歇传动轴，在瞬间加速时冲击载荷较大，轴容易产生变形或者断裂，需要对轴进行静强度计算校核。轴类零件还易产生弯曲，失稳，重心偏置等问题，这和轴的热处理工艺，加工过程，校核计算等因素有关。3.3.3 轴的定位方式 轴需要固定轴向的移动。轴光靠和轴承的过盈配合不能满足要求，还可以利用轴承盖单向固定，轴向的承受载荷最大。轴上的轴肩和轴用弹簧挡圈也能固定，但是不能承受太大的轴向力，否则容易变形。轴向还可以利用卡簧、紧定螺钉和轴端挡圈等固定。轴上的零件还需要周向固定，一般都是键连接,还有圆锥销连接,成形联接,过盈配合等。图3-10蜗轮轴图3-11 分度盘轴3.3.4 轴的强度校核 轴的破坏一般都是疲劳破坏，所以进行轴的设计时需要对轴进行强度计算。分度盘轴和蜗轮轴都属于传递扭矩轴，在传递转矩T（N.mm）时，其强度条件公式 轴的最小直径： 式中：轴抗扭截面模量 实心轴：P：轴传递的功率，KWn：轴的转速r/min：许用切应力MPaC：于材料有关的系数对轴的弯矩和扭矩进行合成，进行强度校核。当量弯矩 a：应力矫正系数。校核危险截面，危险截面轴径d： 式中W：轴的抗弯截面模量：材料的许用弯曲应力疲劳强度的安全系数S S:弯矩作用下的安全系数；：转矩作用下的安全系数；校核疲劳强度： SSS:许用安全系数；3.4 键的设计 机械设计中常用键来固定齿轮或者其他零件在轴上，借此来传递扭矩和动力。在蜗轮轴和分度轴的设计中用到了键来固定蜗形凸轮和蜗轮，平键的两侧是工作面，上表面与轮毂槽底之间留有间隙。其定心性能好，装拆方便。平键有普通平键、导向平键和滑键这三种。键的选用需要考到键的材料、类型和尺寸。键的材料要求抗拉强度不小于600MPa，一般用45号钢。键可以分为平键、半圆键、楔向键、切向键和花键等，根据各种键的作用形式，本次设计用到平键。平键是靠两侧传递扭矩，本次设计选用普通平键A型，蜗轮轴上有两个键槽，分别固定蜗轮和蜗形凸轮，键的尺寸根据轴的直径和轮毂宽度决定。蜗轮轴上两个所处轴径为60mm，67mm，轮毂宽度分别为152mm和67mm，键长一般比轮毂短510mm，再根据机械设计手册，取键 18X140 和键20X63 GB/T 1906-2003. 对键的强度校核；在遭受冲击时=100120MPa，假设取110MPa，在知道传递扭矩的情况下利用公式 =（d键的宽度，h键的厚度，l键的长度）如果，则键的强度符合要求。除了键，轴的固定还用了轴肩挡圈、套筒等，其中挡圈选用GB886-86 25X27，材料选择35钢，内外径分别为d=25，D=27。 3.5 轴承的选择 转动的轴不可能和箱体直接接触，那样不仅摩擦力大，减损动力，而且会加剧轴和箱体的磨损，久了就会降低配合精度，所以需要利用轴承来减少摩擦，提高转动精度和承受载荷。3.5.1 轴承的分类轴承有两个大类，分别是滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承。 1，滚动轴承：滚动轴承结构有内圈、外圈、滚动体和保持架。内圈：一般装配在轴上随轴转动，也有可能内圈不转动，起固定作用。外圈：一般装配在支撑轴的壳体上起固定作用，但当内圈固定，外圈转动。滚动体：滚动体有球体、圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子、滚针几种形状，滚动体的作用是让轴的滑动摩擦变为滚动摩擦。保持架：滚动体在无规律滚动时互相之间容易磨损，有了保持架之后他们能隔开一段距离，避免了磨损。 2，滑动轴承：滑动轴承由轴承座、轴颈和轴瓦组成。滑动轴承不像滚动轴承有滚子来减少摩擦，靠的是轴瓦。轴瓦具有较好的强度和刚度，在轴瓦上一般覆盖一层轴承衬，轴承衬厚度很小，摩擦性好，还能包住润滑油从而减少摩擦。 两种轴承结构不同，各有各的优缺点和适用场合。滚动轴承结构紧凑，组合结构简单，容易保养，润滑方便，摩擦力低，启动转矩小，功率损失小，对速度温度的适应性高，旋转精度高。但是缺点是高速高载荷下寿命减少，容易产生振动，噪声大，在大载荷的冲击下容易产生破坏，径向尺寸比滑动轴承大。滑动轴承优点是工作平稳，几乎没有噪声，由于润滑油在滑动表面形成的润滑油膜使旋转体之间隔离开，摩擦力低，降低了磨损，油膜还起到吸收振动的能力，所以适用于低速重载荷场合。缺点是容易发生磨损、胶合和疲劳破坏，启动阻力大3.5.2 滚动轴承的材料滚动轴承的滚动体和内外圈由于在高速转动下摩擦，还要承受轴向和径向载荷，所以对材料的前度和耐磨性很高，还要求良好的抗疲劳能力和抗冲击能力。一般采用滚动轴承钢制造，比如GCr15、GCr15SiMn、GCr6等，经过淬火后表面硬度可以达到6065HRC，为了提高表面接触疲劳强度还要经过磨削抛光。保持架的要求不高，可以用软钢冲压直接得到，也有用塑料或者铜合金制造。3.5.3 轴的轴向定位轴的定位很重要，要求不能在正常温度和转速下不能轴向串动。常用的轴承固定方式有两端单向固定：就是两个轴承各自限制一个方向的移动，有助于在受热膨胀是补偿移动间隙。一端固定一端游动：固定的一端，限制了轴的双向移动，另一端没有限制，可以自由伸缩，在跨距大的情况下能调整伸缩量。两端游动：两端的轴承内圈不固定，外圈双向固定，保证轴可以双向移动。3.5.4 选择轴承的确定间歇传动机构的轴承支承件选用滚动轴承，在蜗轮轴两端和中间，分度盘轴两端和蜗杆两端都要用到。滚动轴承又可以分为好多类。按照承受载荷方向来分类有向心轴承（在轴向力不大的情况下承受径向力）、推力轴承（不能承受径向力）、向心推力轴承（同时具备前两种轴承特点）。按照滚动体形状可以分为球轴承、滚针轴承。深沟球轴承应用广泛，因为它结构简单，适用方便。它可以承受径向载荷，摩擦系数小，属于高速轴承。调心球轴承能自动调心，补偿轴和壳体变形引起的误差。一般用于同轴度不高的情况，能承受径向载荷和少量轴向载荷。圆锥滚子轴承能承受径向载荷，属于分离型轴承，内外圈可以分别装配，便于安装，在轴向径向游隙大的地方可以在安装的时候补偿。角接触轴承的极限转速比较高，属于向心推力轴承，其承受载荷的能力可以随着接触角调节。圆柱滚子轴承只能承受径向载荷，但是其能承受的载荷相比其他的轴承高了1.53倍，刚性好，抗冲击力好。滚动轴承不适用于重载高速情况下使用，所以机构需要注意最高转速不要超过轴承的极限转速。滚动轴承属于标准件，设计的时候比较方便，但是从实际考虑，市场上不一定整套都有卖的，所以需要考虑常用的轴承。本次设计考虑到以上所有因素，决定使用轴承 2007918、GB297-64(7210)、GB297-64(7213)3.6 其他零件设计3.6.1 连接件选择间歇传动机构中大量使用了螺钉作为连接件，螺钉的选择只需要考虑强度就可以，所以使用的螺钉有：M8 X 15 、 M10 X 80 、 M12 X 30 、M5 X 20 、 M5 X 8。3.6.2 箱体结构 箱体在设计时需要考虑刚度，可以利用加强筋来加强。联接刚度小时在机构工作振动大时，容易发生断裂，所以螺栓需要靠近座孔。箱体的材料一般选择灰铸铁，铸铁的含碳量比较高，其性能比较脆，抗拉性能比较差。但铸造性能比较好，可以采用铸造的方法加工出形状相对复杂的零件，而且铸铁价格便宜，加工工艺性好，适合箱体的铸造，使用量广泛。所以蜗形凸轮箱和蜗轮箱的材料选择HT20-40。图3-1