胶订包本机背胶锅结构设计

1、胶订包本机背胶锅结构设计目录第一章绪论11.1 本课题的研究背景11.2 本课题的研究意义21.3 课题的研究目的和主要研究内容3第二章胶订包本机结构介绍62.1 工作原理62.2 结构设计72.2.1 回转式平台结构设计72.2.2 书夹原理设计72.2.3 装订平台原理及结构设计92.2.4 平台功能分析92.2.5 铣背及排屑装置92.2.6 挂胶及排气装置10第三章机械系统的设计113.1 背胶锅总体结构设计113.2 传动方式设计133.2.1 链传动设计计算143.2.2 滚子链的静强度计算163.2.3 滚子链失效形式分析173.3 齿轮设计173.4 其他结构设计213.5 温

2、度的控制223.5.1 温度控制的要求223.5.2 温度控制电路设计23第四章 技术经济分析26第五章 结论与展望275.1 结论275.2 对进一步研究的展望27参考文献28VII致谢29声明30摘要在我国，大量常用的书籍如教科书、科技书刊、大型文艺刊物、小说等都是平装书，因此胶订包本机无疑是书刊装订中主要的设备，随着对书刊质量和数量要求的不断提高，胶订包本机的结构形态也不断发生变化。本文主要研究的是胶订包本机中的背胶锅结构。背胶锅机构在整个胶订包本机中承担着对书刊背侧上胶的关键作用，其工作本质保证为书刊背侧上胶的胶质厚度和温度的恒定。对它的设计合理与否，直接关系到书本的胶订质量。本文就背

3、胶锅的机械结构进行了细致的设计与校核，以背胶锅供胶轮，上胶轮的位置控制，以及对加热棒的恒温控制和经济成本为工作核心，着眼于市场，对背胶锅结构进行了设计和改进。所设计的背胶锅最后达到的要求是结构紧凑，操作直观，并对其配以了合理的以链传动为主的传动方案和传动路线，从而提高背胶锅的工作效率，经济性和稳定性。关键词：印刷机械，背胶锅，胶订包本机IXAbstractIn our country, the massive commonly used books like textbook, the technical books and periodicals, the large-scale liter

4、ary publication, the novel and so on are softbacks, therefore the rubber subscribes a package of this aircraft is without doubt the books and periodicals binds the main equipment, along with to the books and periodicals quality and quantitative requirements unceasing enhancement, the rubber subscrib

5、es the package of this aircrafts structure shape also unceasingly to change. What this article main research is the rubber subscribes in the package of this aircrafts back glue cooker structure. Carries the glue cooker organization, in the entire rubber subscribes in a package of this aircraft to un

6、dertake the crucial role which spreads to the books and periodicals back side, its work essence guaranteed that spreads the sol thickness and temperature constant for the books and periodicals back side. To its rational design or not, the direct relation books rubber subscribes the quality. This art

7、icle carried glue cookers mechanism to carry on the careful design and the examination, supplied the rubber tire by the back glue cooker, on rubber tires position control, as well as to heated up sticks constant temperature control and the economic cost is the work core, focused in the market, has c

8、arried on the design and the improvement to the back glue cooker structure. Designs the back glue cooker achieves finally the request is the structure is compact, the operation is direct-viewing, and matched to it by reasonable by the chain drive transmission plan and the transmission route primaril

9、y, thus raised the back glue cookers working efficiency, efficiency and stability.Key word: The printing mechanism, carries the glue cooker, the rubber subscribes a package of this aircraft第一章绪论1.1 本课题的研究背景如今，中国印刷工业，无论是出版物的印刷、包装物的印刷、还是印刷设备和印刷器材的生产，都取得突飞猛进的发展：出版印刷业规模和速度平稳上升， 包装装潢印刷保持大幅增长，印刷设备制造业技术水平不

10、断提升。市场满足率在不断提高的同时，在国内、国际两个市场都取得骄人的优异成绩。印刷工业十一五发展目标表明，2010 年印刷工业产值可达 4500 亿元，可以预料，今后中国仍然是世界印刷业最活跃的市场之一。在我国，大量常用的书籍如教科书、科技书刊、大型文艺刊物、小说等都是平装书，因此胶订包本机无疑是书刊装订中主要的设备。早在计划经济时期，我国就已经开始着手开发和研制胶订包本机，但胶订包本技术普遍接受却是近几年内的事情，技术更新加快也是近几年。国产的胶订包本机可简单的归纳为二种机型环型运动式和往复运动式。环行运动式有平装胶订自动线、椭圆胶订包本机、圆盘包本机，往复运动式有条包机和小包本机。而环行运

11、动机型又分为两大类：一类是作环行运动但在直线运动时工作，包括进书芯、铣背、开槽、七底胶、上侧胶、上封面、托实、夹紧、落书、收书等工序，代表产品有深圳精密达机械有限公司的 TBB50/6A 椭圆胶订包本机（如图 1-1）、上海紫光机械有限公司的 ZxJD440A 平装胶订自动线（如图 1-2）;另一类是作正圆运动，所有工序均在圆弧上完成，这类型机就是圆盘包本机，属传统机型。图 1-1TBB50 型椭圆胶订包本机29图 1-2ZXJD44A 型平装胶订自动线然而，我国胶订包本技术同国外相比，还存在一定差距。差距最主要的体现是稳定性与可靠性，如何提高胶订机生产率，保持精度，以及减少故障率，这是我国胶

12、订包本机需要解决的问题。而这些问题背后最本质的因素则是胶订包本机各部件的技术处理。1.2 本课题的研究意义我国印刷业进入“光”与“电”的时代后，制版、印刷设备的升级，使当前的技术已经达到高水准，内地省份都具备一定精美能力。前道工序水准的提高就顺理成章地提到议事日程上来了。传统装订工艺和设备已落后于时代。形成印刷与印后脱节，障碍了高品质的书刊生产。再精美的印刷，没有精美的装订，无论怎样也体现不了印刷质量的提高。国际、国内精美书刊的装订方式主要有精装和胶订平装（内含锁线胶订和无线胶订）两种，其它装订方式均无可企及。精装书籍的总量和平装书籍比，可谓少之又少。那么胶订工艺就显示出十分重要的意义，胶订包

13、本机成为书刊印刷装订行业不可少得的重要设备，如同人们日常生活中不可或缺的粮油一样重要。无线胶订具有显著优点，它几乎选用于各种类型的纸张及厚度的书册的装订；热熔胶的使用使其可在很短时间内干燥，书可以马上进行裁切，因此能够组成生产线，提高出书速度；无线胶订保证书脊外形美观，棱角平直，既无铁丝订的锈迹，也无锁线订的线迹。即使干燥后书脊也能保持柔软，装订质量优于铁丝平订，书刊具有翻阅方便，不粘订口等优点，可与锁线订相媲美，面助价格低廉，另外，无线胶订便于实现机械化作业，现在不仅有无线胶订包本机，更有将配页， 胶订，包本及裁切联为一体的无线胶订生产线。虽然我国目前已有许多无线胶订设备，但从发展形势推断，

14、今后仍有大批量的需求，其原因有以下几点：1 无线胶订工艺出书快，能缩短出版周期，适应出版界需要。2 无线胶订工艺省工省力又省料，书籍加工后外观平整。3 全国每年大致有72亿册左右书册需要装订，其中平装书占60%以上。4 国际市场上出现了无线胶订精装加工。5 全国还有一些可以开发的地方，如我国的西部，特别是在西北一些偏运地区还在使用铁丝平订，近几年都在向无线胶订工艺发展。6 原来的无线胶订单机和部分联动生产线已使用了近 20 年，需要更新，特别是近几年出现的新设备 和新的变革，必然要代替旧的设备，从而能够更好地适应现代书籍本册质量的需要。1.3 课题的研究的主要目的和内容胶订包本机工作时分为及个

15、工序，即定位，铣背，上胶，贴封面，挤压成型。所有的工序，部件都是在导轨上运作完成的。背胶锅的结构和位置，必须根据导轨以及其他部件结构，结合整个工序来确定的。另外还必须考虑到其工作的环境， 必须有良好的密封性，弹性和在高温下连续作业的能力。因此，在设计中，必须注意突出以下几点：1 背胶锅的材质，强度，工作寿命的计算；2 背胶锅的机械结构设计必须与主传动机构相配合；3 须方便拆卸与清理；4 其设计必须突出经济性，环保性。在本次课题中，就围绕以上几个原则对背胶锅的机械部分进行设计，并对主要零部件进行校核验证，分析其制作工艺与经济特性。胶订包本的上胶原理为固体胶颗粒在胶锅内加热成液体状(电加热+温控装

16、置)， 通过挂胶轮的旋转把液体胶在胶轮上涂布一定厚度，在书夹带着书芯经过挂胶轮时，即可在书背上涂上一层胶，保证涂胶均匀并保持一定厚度。同样原理，利用侧面涂胶装置在书背两侧面涂上一定度的侧面胶，保证书皮与书芯第一页及末页紧密粘接不脱落。胶订包本机背胶锅结构设计热熔胶的熔融温度一般是在 70100左右。要使热熔胶达到能胶粘订联书刊的程度，其加热温度要在 150180左右。国外资料表明，新闻纸施胶，胶温在 170时，热熔胶的拉力测试值可达 8.830.44N/cm。当胶温升到 180时， 热熔胶的拉力测试值会下降为 7.330.33N/cm。当胶温降到 155时，而热熔胶的拉力测试值只有 5.220

17、.25N/cm。从上面的数据可以看出，热熔胶的加热温度过高，虽然胶的流动性、润湿性、渗透性上升了，但黏结强度却会下降，影响胶料的拉力。反之，温度过低，虽然胶的黏度上升了，但却影响了胶料的流动性， 以及对书芯页边的润湿性和渗透性，同样会影响胶的拉力，甚至会发生热熔胶于书芯页边之间跟本不粘合的现象。因此，热熔胶的加热温度和上胶温度一定要控制在一个适当的范围内。本课题中研究的是胶订包本机中的背胶锅。背胶锅在整个生产过程中，主要的作用是给定定量的热溶胶，待其胶粘后断胶，进而进行下一个工作周期。整个工作步骤看似简单，但其中所涉及的技术要求非常高。目前，印刷业中普遍采用的热溶胶是 EVA 热熔胶（如下图

18、1-3），其在使用过程中涉及两个时间参数:一个是热熔胶的粘合时间，一个是热熔胶的固化时间。粘合时间是指热熔胶被涂刷到书背上运行到与封面粘合成型的这段时间，这两个被粘物的吻合必须在热熔胶规定的粘合时间上完成，这个时间一般在 511 秒之间，如超过或不足都会造成粘合不牢、书背不平、书脊过高等问题。固化时间是指胶液被涂刷到书背上一直到冷却固化可进行裁切的这段时间，热熔胶的固化时间一般在 23 分钟较为合适。尤其对中、高速胶订包本机来讲，如固化速度过慢，书在成型后的传送过程中书背会变形、外观质量较差，且裁切时易粘刀、书背也容易起皱，影响裁切精度。了解以上 EVA 热溶胶的化学特点，可以有针对性地对现在

19、市场上所设计的背胶锅做出改进和设计，可以达到以下几个优点：（1）工作周期稳定，尤其是在缺少定期的维护情况下，依然能够稳定地给胶。（2）精度提高，给胶量不恒定，位置偏差小。（3）提高安全性，在超负荷工作下能有效避免安全事故。（4） 实现对热溶胶的循环使用，使胶订包本机的背胶锅提高对温度的控制力，既节省了原料，又促进了生产。（5） 提高密封性，热溶胶的挥发会对空气造成污染，影响工作者的身体健康。胶订包本机背胶锅结构设计图 1-3EVA 热溶胶晶体第二章 胶订包本机结构介绍胶订包本机是我国主要的胶订装备，与国外相比，技术特点与差距主要表现在:在机器的稳定性、可靠性方面,国产机与先进机的差距较大。只有

20、大力提高胶订机的稳定性、可靠性,才能减少故障,减少停机时间,长时间保持机器的精度, 提高生产率。以机电一体化为特征,包括变频调速技术、PLC 可编程序控制技术、温度控制技术、无轴传动的新技术,越来越广泛的用于胶订生产线,机器的自动化程度越来越高,灵活性越来越大,使得设备的操作越来越简单,调整越来越方便是大趋势。安全、环保、人性化成为胶订机设计的新特点,人机工程学设计、安全认证、绿色印刷与装订的概念日益深入人心。技术创新、设备创新是包括胶订技术、设备在内的印后加工发展的源泉, 重视胶订工艺改革、胶订设备的创新越来越为业内人士所关注。随着短版印刷,个性化。印刷装订市场的发展,胶订生产线不再仅仅是向

21、高速方向发展,人们更注重胶订机调整的灵活性、快速性。因此,必须加大对高质、高效、方便的个性化装订设备的研发。目前，市场上的胶订包本机的种类主要有直线型、圆盘型和椭圆型, 随着书刊印刷向短版、快速、个性化方向发展,调机灵活、方便、快捷的中、低速胶订机受到了人们青睐，它的生产速度一般在 9001200A 本/时，本章就低速胶订包本机的结构作一简要的介绍。2.1 工作原理采用一定方法将书背涂胶,进而把书芯、书皮牢固粘接在一起的方式来完成书本的装订过程。如图 2-1 所示,本文设计的中、低速胶订机产品整机运行过程如下:书夹在装订平台 1 或 2 上上芯后,进入因转平台随其运行,依次经铣刀 1 或 2

22、对书芯铣背、拉毛;再进入胶锅 1 或 2 对书芯上背胶和侧胶;当书夹运行到装订平台时,书夹即脱离回转平台而进入装订平台,进而完成书芯的装订、成品下线过程;胶订包本机背胶锅结构设计接着书夹再上芯,进入下一工作循环。要求装订牢固可靠、装订处平整美观。2.2 结构设计低速胶订机采用模块式设计主体为多边形回转平台,其上装有铣刀箱(完成书芯的铣背、背脊的拉毛、排纸屑),挂胶及排废气装置(熔胶、书背上胶、上侧胶、排废气),控制平台等;包皮机构与上芯平台做成一个平台,作为模块之一与主体配合工作;书夹也作为一个相对独立的模块,可在回转平台和包装平台间运行,完成相应功能。2.2.1 回转式平台结构设计整体采用多

23、边形结构设计,每个边都可挂接书夹并带动其旋转。普通钢结构焊接而成,边长及边数依据书平大小和回转式平台的最大直径来定。其动力源为普通异步电机(经减速器),转速由设计参数确定。实质上为一物料传送机构,主要功能将书夹从一个工位传送到另一个工位,并周而复始地循环转动。其运转精度对书芯的包装精度无影响。因而其传动机构及其控制可较为简单。2.2.2 书夹原理设计用来夹紧书芯便于书背铣削、挂胶及包装,并通过回转式平台从一个工位传送到另一个工位直至完成装订。在运转过程中要求书夹能够根据装订的工艺要求实现其自动张合,并能方便地调整书夹的张合程度(随书芯厚薄)如图 2-2 所示。图 2-1 回转式胶订包本机书夹与

24、回转平台的挂接采用手爪机构运用杠杆原理控制手爪的张合,从而实现书夹与回转平台的脱离与结合。图 2-2 书夹结构原理图2.2.3 装订平台原理及结构设计在此平台上要完成书皮的自动上皮、书皮的包装及书芯的装订、成品下线、书芯的装夹等功能。书芯在书夹的带动下经过铣背、挂胶后,运行到装订平台,书夹脱离回转平台,进入到装订平台来完成书芯的装订。书夹在装订平台上的运行采用齿轮条传动。书夹到过包装工位后,包装机构中的托板上升,把书皮与书背贴合,接着夹板机构闭合,把书皮与书两侧面贴和,利用胶的粘结,进而完成书芯及书皮的装订工作。托板与夹板的动作由凸轮杠杆机构实现。如图 2-3 所示。书皮的自动传送,参照自动机

25、械的上料装置设计完成,如采用了气动式、机械式等形式。2.2.4 控制平台功能分析该平台控制整台机器的所有电气设备,重点控制各机构的动作协调。如对于装订机构,要保证其机构在有芯无皮、有皮无芯、无皮无芯等几种情况下不动作, 可通过光电检测装置来保证其动作的正确无误。胶订包本机背胶锅结构设计图 2-3 包皮机结构简图2.2.5 铣背及排屑装置采用电机直接带动盘形铣刀高速旋转,在书夹带着书芯从铣刀上经过时对背进行铣削,使书平整,同时装在铣刀盘面上的数个划刀,在书背上划出沟痕(开槽刀由 V 型改进为 U 型,扩大了书脊铣槽的裁面),有利于热熔胶的灌注,增加胶的粘结力,使装订更加牢固可靠。由于铣刀的铣削而

26、产生较多的碎纸屑,如不加以及时清除,造成工作场地混乱, 如果进入胶锅内,将影响到装订质量。采用直接在铣刀盘下安装一风扇高速旋转, 形成铣刀箱内负压,从而把碎纸屑从刀盘下排出。如图 2-4 所示。图 2-4铣刀箱机构简图2.2.6 挂胶及排气装置固体胶颗粒在胶锅内加热成液体状(电加热+温控装置),通过挂胶轮的旋转把液体胶在胶轮上涂布一定厚度,在书夹带着书芯经过挂胶轮时,即可在书背上涂上一层胶,保证涂胶均匀并保持一定厚度。同样原理,利用侧面涂胶装置在书背两侧面涂上一定度的侧面胶,保证书皮与书芯第一页及末页紧密粘接不脱落。胶的加热过程中会产生异味气体,污染工作环境,增加抽气装置,把废气集中排除(采用

27、离心式抽风机)。第三章 背胶锅结构设计本章就结合胶订包本机的结构对背胶锅结构的整体设计进行了细致的介绍， 从总体的结构设计着手，逐步细化，阐述了其机械工作过程和位置，温度控制的基本实现方式。3.1 背胶锅总体结构设计一般地来说，书刊胶订过程如图 2-1。背胶锅在整个生产流程中负责上胶， 胶订包本机的上胶机构虽然简单，但图书无线胶装的内在质量很大程度取决于该机构。该机构由胶锅、上胶轮、温控器等组成，早期的机器胶锅较小，且只有一个上胶轮，由于只有一次上胶，很难做到上胶均匀及保证上胶的厚度。建议改为双上胶轮为好，由于花费不大，很多厂家都已作改进。要保证上胶的质量，关键在于调节好上胶轮的高度，以保证胶

28、能渗满书槽私书背有一定的胶层厚度(0.5lmm)，一般第一上胶轮与书背相距 0.40.8mm，第二上胶轮与书背的距离在 1.22.2 之间调整。调整距离过小会使书背增厚，过大使书背胶层过厚， 并影响上封面的质量，上侧胶同理。经过几年的改进，现热熔胶的质量已有一定的保证，只要按要求控制好胶的温度，其物理性能即可得到保证。为了保证胶的温度，设多一个预热胶锅更好，以免在生产过程中因直接在机上胶锅添加胶粒而影响温度及熔解不匀影响质量。图 3-1书刊胶订过程背胶锅整个工作过程一般分为供胶，涂胶。为了保证给胶量的恒定，通常还添加补胶，挂胶的工序。而供胶轮，涂胶轮的转速一般都是同步恒定的。由此可确定第一种设

29、计方案，即可以借鉴二级减速器的结构设计，通过连杆机构使上胶论带动补胶轮转动完成整个工序，这也是市场上目前比较流行的背胶锅的结构设计。如图（图 3-2）即为方案一中背胶锅的结构。图 3-2方案一背胶锅结构示意图从胶锅结构我们可知,由于供胶轮和书背涂胶轮都采用单边支承,二者的传动为齿轮啮合传动.这样供胶轮在其自身重量作用下和使用中的轴孔磨损,使供胶轮沿水平方向向一端下沉.涂胶轮则由于支承孔的磨损和胶液的冲力,使其沿水平方向向上抬高.如图 2-3 所示,在使用时无论怎样调整两侧偏心轮都不能使书背两侧得到厚薄均匀的胶层,影响了书刊成型后的质量及胶接强度.图 2-3磨损后两胶轮的工作状态示意图在本课题中

30、，可以对该结构进行调整改进，采用方案二，即使经过改进设计的书背涂胶机构(如图 2-4)把原来的供胶轮和涂胶轮的单边支承改为全支承,这样就完全克服了单支承的缺点,保证了书背两侧涂胶能够厚薄均匀.图 3-4改进后的背胶锅结构示意图3.2 传动方式设计背胶锅的传动的设计可采取以下两种方式： 方式一，齿轮传动齿轮传动的特点如下：1. 效率高 在常用的机械传动中，以齿轮传动效率为最高，闭式传动效率为96%99%，这对大功率传动有很大的经济意义。2. 结构紧凑 比带、链传动所需的空间尺寸小。3. 传动比稳定 传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。齿轮传动获得广泛应用，正是由于其具有这一特点。4. 工作可靠

31、、寿命长 设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可长达一二十年，这也是其它机械传动所不能比拟的。这对车辆及在矿井内工作的机器尤为重要。齿轮传动精度随高，但是工作区域不适合背胶锅这种大型工作域内，故不符合本设计的传动方式方式二，带传动带传动又包含 V 带传动，多楔带传动和同步带传动等，它们的共同特点是运用于高速传动的场合，而与背胶锅这种相对于低速的工作环境也是不符合的（0.56m/s）。方式三，链传动链传动的实现形式是链与链轮轮齿之间的啮合实靠现平行轴之间的同向传动。它的特点是：1. 链轮传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比； 2.需要的张紧力小，作用在轴上的压力

32、小，可减少轴承的摩擦损失 ； 3.结构紧凑；4.能在高温，有油污等恶劣环境下工作；5.制造和安装精度较低，中心距较大时其传动结构简单；基于以上特点，链传动广泛应用于矿山机械、农业机械、石油机械、机床及摩托车中。但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于像背胶锅这种传动距离相对过大的场合。而链传动能很好的满足背胶锅设计的需要。因此，在本次设计中，对背胶锅采取链轮传动方式，主要有供胶轮，涂胶轮和偏心轮。链传动是一种应用较广的一种机械传动。它是由链条和主、从动链轮所组成。链轮上制有特殊齿形的齿，依靠链轮轮齿与链节的啮合来传递运动和动力。链传动是属于带有中间扰性的啮合传动。与属于摩擦传动

33、的带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保持准确的传动比，传动效率较高；又因链条不需要象带那样张得很紧，所以作用于轴上的径向压力较小；在同样使用条件下，链传动结构较为紧凑。同时链传动能在高温及速度较低的情况下工作。与齿轮传动相比，链传动的制造与安装精度要求较低，成本低廉；在远距离传动（中心距离最大可达十多米）时，其结构比齿轮传动轻便得多。链传动主要在要求工作可靠，且两轴相距较远，以及其他不宜采用齿轮传动的场合。基于以上几点， 故采用链传动方式。3.2.1 滚子链设计计算传动比 i=n1/n2=z2/z1,由于背胶锅链轮工作环境平稳载荷，因此取传动比为 5（其中 n1 代表小链轮转速，n

34、2 代表大链轮转速）；胶订包本机背胶锅结构设计小链轮齿数z1zmin=9,推荐z1=29-2i，大链轮z2=iz1120，取z1为 18；设计功率pd=KAP,其中KA为工况系数，在平稳载荷的情况下取 1，P为传递功率，定为 4kW；链条节距 p 的选择如下图 3-5，为使传动平稳，结构紧凑，故选用小节距单排链，图 3-6 为单排链的链条形式。为了保证上胶轮 40 本/分的工作效率，小链轮转速在 100r/min 左右，确定链条型号为 16A；图 3-5ISO A 系列滚子链功率曲线图图 3-6单排链链条形式单排链的传递功率P0=Pd/(KzKp)，其中Kz为小链轮齿数系数，Kp为排数系数，

35、查机械设计手册可知 18 齿Kz为 0. 943,单排链的Kz为 1；链条节数Lp=(z1+z2)/2+2a0/p+kp/a0=126； 链条长度L=Lpp/1000=510；链条速度v=z1n1p/60000=0.56m/s； 有效圆周力Ft=1000P/v=7143N；作用在轴上的力F=（1.151.20）KAFt=8500N3.2.2 滚子链的静强度计算由于背胶锅结构为低速重载链传动(v=np式中 N静强度安全系数；Q 链条极限拉伸载荷（抗拉载荷），查表可得 Q=55。6kN；Ft有效圆周力，7143N；Fc离心力引起的力，Fc=qv2；q链条质量,2.6kg/m；v链条速度，0.56m

36、/s；Ff悬垂力，在Ff和Ff二者中取最大值，具体取值见图 2-7；Ff=Kfqa/100Ff=(Kf+sin)qa/100，图 3-7确定悬垂力的拉力系数 Kf胶订包本机背胶锅结构设计Kf悬垂拉力系数；a链传动中心距；两轮中心连线对水平面倾角；np许用安全系数。3.2.3 滚子链的失效形式分析1 组成滚子链条的主要零件之间易产生以下问题:(1)链条、铰链磨损易产生跳齿、脱链现象。(2)销轴和套筒的工作表面发生胶合。(3)套筒与滚子产生冲击与噪声。(4)链板和滚子套筒易疲劳破坏。链条铰链在进入啮入和脱离轮齿时,在铰链的销轴与套管间有相对滑动引起磨损,因链节相对转角增大,使磨损链节的实际节距变长

37、,啮合点沿齿高外移,同时啮合齿减少,容易引起跳齿和脱链。开式传动、环境条件恶劣或润滑密封不良时, 极易引起铰链磨损,从而急剧降低链条的使用寿命。为提高滚子链寿命,可采取以下措施:(1)在选用时应选取较小的链轮节距,并限制链轮的极限转速。(2)通过降低铰链比压,增加链轮齿数和链节数。(3)可采用镀铬金属、干润滑、铜锡合金或聚合体保护链轮的极限转速层来有效地防止它的磨损,但其成本较高。在本课题中，考虑到经济问题，故采取以上 1 和 2 措施。3.3 齿轮设计一、齿轮精度等级、材料选择材料及热处理：选择小齿轮材料为 40Cr（调质），硬度 280HBS,大齿轮材料为 45#钢，硬度为 240HBS，

38、二者材料硬度差为 40HBS精度等级：选用 7 级精度（GB10095-88） 二、渐开线直齿轮几何计算齿轮的设计按照机械设计手册中的要求进行，具体参数如下表 3-1 所示。表 3-1 渐开线直齿轮几何计算名称代号小齿轮大齿轮分度圆直径dd184d2168齿数ZZ142Z284模数mm2齿高bb= fR R =8.5齿顶高 hafaha1=m(1x1)=4ha2=m(1x1)=4齿根高hfhf1=m(1.2x1)=4.5hf2=m(1.2x1)=4.5齿顶间隙ee=0.25齿顶圆直径dada1=d12ha1=180da2=d22ha2=92齿根圆直径dfDf1=d12hf=163Df2=d22

39、hf=75三、直齿轮强度校核1、齿轮材料及热处理：大齿轮材料为 45 钢正火硬度为 240HBS，小齿轮材料为40cr 硬度为 280HBS，硬度差为 40HBS。3 t 1 k Tm + 1 Zfdm s H E 22、按齿面接触强度计算d1t 2.32 1）确定公式内各个计算数值：（1） 载荷系数 Kt=1.3（2） 小齿轮转矩0.284N.m（3） 齿宽系数fd = 1E（4） 材料的弹性影响系数 Z = 189.8MPa1/ 2（5） 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限s H lim1= 600MPa ，大齿轮的接触疲劳强度极限s H lim2= 550MPa（6） 应力循环次数：

40、N1 = 60ni jLh工作寿命 15 年（设每年工作 300 天），两班制N1 = 60n1jLh= 60 10000 2 8 300 15 = 4.147 109胶订包本机背胶锅结构设计1.33N 2 = 4.147 109= 3.11109 （3-1）按式 3-1 查表接触疲劳寿命系数KHN1=0.90,KHN2=0.92（7） 求得接触疲劳许用应力为： 取失效概率为 1%，安全系数 S=1s= s H lim1KHN1 = 600 0.9 = 540 MPa（3-2）H 1s1s = s H lim 2 KHN 2 = 550 0.92 = 506 MPa（3-3）H 2s12）计算

41、3 t 1 k Tm + 1 Zfdm s H E 2（1）试计算小齿轮分度圆直径d1t，代入s H 中较小的值d1t 2.32 （3-4）3 1.3 0.284 1031.33 + 1 189.8 211.33 506 = 2.32 = 10.44mm3）根据侧面齿面强度校核结果小齿轮的分度圆直径d1=84mm，满足3 t 1 k Tm +1 Zfdm s H E 2d1 2.32 = 10.44mm （3-5）所以根据侧面齿面强度校核满足要求。3、根据齿根弯曲强度计算数值弯曲强度校核公式32k TY Yfd Z1 s F t 1Fa Sam （3-6）1）确定公式内的各计算数值（1） 查得

42、小齿轮的弯曲疲劳强度极限s FE1= 500MPa ，大齿轮的接触疲劳强度极限s FE 2= 380MPa ;（2） 查得弯曲疲劳寿命系数 K FN1= 0.85 , K FN 2= 0.88 ;胶订包本机背胶锅结构设计（3） 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 S=1.4,s = s FE1KFN1 = 500 0.85 = 303.57MPa （3-7）F 1s1.4s = s FE 2KFN 2 = 500 0.85 = 238.86MPa （3-8）F 2s1.4（4） 计算圆周速度 vv =pd1n160 1000= p 90 100 = 0.5 m/s（3-9）60 1000（

43、5） 计算齿宽 bb = fd d1 =190 = 90 mm（6） 计算齿宽与齿高之比 b/h齿高 h=2.25m=2.254=8.5mmb/h=90/8.5=10（7） 计算载荷系数 K根据v = 47 m/s，7 级精度，查得动载系数 KV Ft假设 KHa = KFa = 1.2 ;查得使用系数 KA = 1 100 N/mm查得KV = 1.198b查得 7 级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，HbddK= 1.12 + 0.18(1 + 0.6 f 2 ) f 2 + 0.2310-3 b将数据代入后得到KHb= 1.12 + 0.18(1 + 0.6 12 ) 12 + 0.23

44、10-3 90 = 1.4287(3 -10)由b/h=20,KHb= 1.4287 ,查得 KFb = 1.4故载荷系数KFb（3-10）K = KAKV KFa K = 11.1981.2 1.4 = 2.013 ）（8） 齿轮齿数和齿形系数Z1 = 86查得YFa1 = 2.35 ; YFa 2 = 2.28（9） 查取应力校正系数查得YSa1 = 1.68 ; YSa 2 = 1.78（10） 计算大小齿轮的 YFaYSa 并加以比较s F YFa1YSa1 = 2.35 1.68 = 0.013（3-11）s F 1 303.57YFa 2YSa 2s F 2= 2.281.78 =

45、 0.017238.86（3-12）大齿轮的数值大3fd Z1 s F 2kTY Y1 Fa Sa 2)校核计算32k TY Yfd Z1 s F t 1Fa Sam 2 2.013 0.284 103= 3 0.017mm = 0.76mm （3-13）1 45,所以m 满足条件根据齿根弯曲强度校核满足要求。3.4 其他部位设计支撑杆的设计支撑杆的作用是支撑整个工作平面，以及平稳由于链轮，齿轮的转动所带来的平面的晃动，在本次设计课题中，加入支撑杆。支撑杆的支撑端作用于机座平面，机座在工作时所承受的主要有三个力，一是机座本身的重力作用，约为 2kN，二是齿轮，链轮的周向运动所带来的径向力， 三

46、是轴的轴向窜动，相对于机座重力来说，其他的力作用因素小。因此机座端采用销钉连接。支撑杆的底端与底座连接，采用螺栓连接。具体结构如图 2-8。摆臂机构的设计提出设计摆臂机构的主要原因有以下几点：1 链条长度是链轮中心距长度的 3 倍，仅仅依靠偏心轮的调节是不够的，必须通过摆臂机构加以限制；2 由于滚子链长度长，长时间工作变形大，可以通过摆臂机构使之处于紧张状态，3 易于对摆臂机构进行位置调整在对背胶锅进行了机械设计的后，将展开对加热棒的温度控制，温度控制的达到的目的既是恒温，并伴随上胶轮转速的变化而变化。图 3-8支撑杆机构图 3-9摆臂机械示意图3.5 温度的控制3.5.1 温度控制的要求我国

47、现在使用的 EVA 热熔胶，适合装订使用的，一般分为高速胶和低速胶两种：高速胶固化速度略快，低速胶固化速度略慢；还根据被粘物质的不同，胶版纸、铜版纸用胶；并有背胶（书背用胶）和侧胶（粘口上用胶）之分，以适应不同粘结强度的需要。使用 EVA 热熔胶要做好用前的准备工作，如加料、预热、温度的正确调整等工序以后才可进行生产。热熔胶加热后的软化点（也称熔点），一般应在80以上，也就是说胶体加热到80以上时，才会软化并开始熔动。这个温度仅仅是胶的熔融温度 要使其达到能粘结书籍的程度，加热温度还要上升到130180时才能使用。这个温度的胶体无论是粘度、流动性等，都适合书籍本册的粘结。根据国外资料表明，在普

48、通的书版纸上施胶，胶温在 170时，热熔胶的拉力测试值可达到 8.830.44N/cm；当胶温上升到 180时，热熔胶的拉力测试值下降到 7.330.33N/cm。反之，当胶温降到 155时，拉力测试值只有 5.22胶订包本机背胶锅结构设计0.25N/cm。由此可见热熔胶加热熔融的温度不宜过高或过低。如果胶温过高，虽然胶的流动性、渗透性上升了，胶稀了，但粘度及粘结强度下降了；胶温过低， 虽然胶体的粘度上升了，胶稠了，但又影响了胶的流动性和对书背涂布的润湿性和渗透性，同时也会降低胶的拉力、韧性等，甚至会出现涂胶后，封面与书背之间不能粘结的现象。因此，热熔胶的加热温度要求比较严格，一定要控制在最佳

49、温度范围内。在国外热熔胶的温度控制更为严格（主要是使用条件与环境的差异），其温度范围一般控制在35之间。2.5.2 温度控制电路设计温度控制系统由核心处理模块、温度采集模块、键盘显示模块、及控制执行模块等组成。采用比较流行的AT89S51作为电路的控制核心，使用12位的高精度模数转换器AD574A进行数据转换，控制电路部分采用PWM控制可控硅的通断以实行对温度的连续控制，此方案电路简单并且可以满足题目中的要求。硬件电路主要有两大部分组成：模拟部分和数字部分：从功能模块上来分有： 主机电路、数据采集电路、键盘显示电路、控制执行电路。就本系统来说，需要实时采集温度数据，然后经过A/D转换为数字信号

50、，送入单片机中的特定单元，然后一部分送去显示；另一部分与设定值进行比较，通过PID算法得到控制量并经由单片机输出去控制加热或降温。数据采集电路主要由 AD590，0P07，74LS373，AD574A 等组成。为了达到测量的要求，选用温度传感器 AD590，AD590 具有较高精度和重复性(重复性优于0.1，其良好的非线形可以保证优于 0.1 的测量精度，利用其重复性较好的特点，通过非线形补偿，可以达到 0.1测量精度。)超低温漂移高精度运算放大器 0P07 将温度电压信号进行放大，便于 A/D 进行转换，以提高温度采集电路的可靠性。电路硬件部分见图 3-10。AD590 是电流型温度传感器，

51、通过对电流的测量可得到所需要的温度值。根据特性分挡，AD590 的后缀以 I，J，K，L，M 表示。如图3-11示,它是利用晶体管的阻抗变换特性使集电极获取高阻抗电流输出, 并通过串接阻抗很大的负载把信号放大,使电路的总电流与温度系数很小的电阻中的电流成固定比例关系。T1,T2,T3,T4的发射极连在一起接到R1上,T6的发射极则接到R2上。R1=R2/4,这使流过T1T4的总电流与流过T6的电流之比更好地符合4:1,克服了因T6集电极电位与其它NPN管集电极电位不同而引起的误差。在T7的胶订包本机背胶锅结构设计集电极回路中增加了一个二极管接法的PNP管T5,它的作用除了与T6对称以平衡T7和

52、T8的集电极电压,以减小T7和T8基区调制效应引起的误差之外,还对器件提供了很好的保护作用。T12是一个结型场效应管,实际上是一个高值电阻。它的作用是保证电路在接上电源时能可靠地启动。流过T12的电流最后也流过T10,因此不会产生附加的误差电流。电容C和电阻R3、R4是为了防止寄生振荡。T8,T11是产生基射电压正比于绝对温度的晶体管,R5、R6将电压转换电流。T10的集电极电流跟踪T9和T11集电极电流,它提供所有的偏置及电路其余部分基底漏电流, 从而迫使总电流正比于绝对温度。AD590 的主特性参数如下： 工作电压：430V；工作温度：55150； 保存温度：65175； 正向电压：44V

53、；反向电压：20V；焊接温度（10 秒）：300；灵敏度：1AK。基于以上参数可以发现，AD590 的工作环境完全满足对于背胶锅热熔胶的温度 130180温度采集。图 3-10数据采集电路图 3-11AD590 的内部电路第四章 经济技术分析进行工艺方案的技术经济分析，是对多工艺方案择优和舍取的依据。要求：(l)熟悉工艺成本、不变费用、可变费用的概念。了解临界年产量概念。(2)熟悉全年工艺成本和单件工艺成本的曲线形状。(3)了解投资相近条件下采用哪种方案的原理。在课题设计中，时刻不能忘记的是经济成本，这也是企业非常关注的一个环节，好的产品，经济是必须的。背胶锅整体的传动方式是链传动，所有链轮齿轮都为外购，或者外购加工， 尽量减少中间环节，节约成本。根据精度要求对个部件进行调整。另外，在生产中也要注意提高生产率：TPTb 十(Ta 十 Ts 十 Tr 十 Tc)/NTb，基本时间。通过提高切削用量、采用高级加工方法、减少切削行程等方法缩短。Ta：辅助时间.通过改进量具、卡具和工具方法，及辅助时间与基本时间相重合缩短。Ts：布置工作时间。通过调整和换刀时间、减少换刀次数。Tr：休息时间，不可缩短。 Tc：终结时间；加大生产批量，增加量具、刃具标准化。因此，可利用以上原理