畢業(yè)設(shè)計（論文）-曲面印刷機間歇傳動機構(gòu).doc

中北大學2016屆畢業(yè)設(shè)計說明書曲面印刷機間歇傳動機構(gòu)摘要 相交于普通平面印刷機只能完成平面印刷，曲面印刷剛好彌補了它的不足。全自動曲面印刷機能在一些圓柱、圓錐、圓弧等不規(guī)則外形的產(chǎn)品外表面進行印刷，例如塑料杯、紙杯、碗和管狀容器等。全自動曲面印刷機包括輪轉(zhuǎn)印刷機構(gòu)、料盤機構(gòu)、上下料機構(gòu)和傳動機構(gòu)，其中加入了光電檢測和可編程plc等自動化元素，可實現(xiàn)自動對版功能，從而提高了印刷精度和印刷速度，滿足大批量、多色印刷等功能。 本次設(shè)計主要是對全自動印刷機主要傳動部分的設(shè)計，即間歇傳動機構(gòu)，它的作用是驅(qū)動料盤做分度運動。間歇傳動機構(gòu)大體上由蝸輪蝸桿箱和蝸形凸輪箱組成，其中蝸輪蝸桿箱體一邊接入驅(qū)動鏈動力源，另一邊將動力源以九十度方向傳入蝸形凸輪箱，驅(qū)動蝸形凸輪和分度盤實現(xiàn)八分度運動。蝸形凸輪輪廓展開線為一條兩邊各占圓周曲線七十五度的曲線和中間為占210度的直線，直線部分時分度盤不做運動，曲線部分時分度盤運動，具體為蝸形凸輪每轉(zhuǎn)八圈，分度盤轉(zhuǎn)一圈。 為了完成本次設(shè)計，需要運用solidworks和cad兩種繪圖軟件，構(gòu)建間歇傳動機構(gòu)的三維模型，完成三維立體造型圖、爆炸圖、二維裝配圖以及五個主要零件圖。并且完成分度盤的就愛給你個工藝設(shè)計。說明書部分，通過圖表和理論公式對軸承、蝸輪蝸桿、蝸形凸輪等零件的設(shè)計、校核。關(guān)鍵詞：曲面印刷，間歇傳動，蝸形凸輪箱，蝸輪蝸桿箱，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目錄1 引言11.1 全自動曲面印刷機簡介11.2 全自動曲面印刷機的經(jīng)濟效益及優(yōu)勢11.2.1 經(jīng)濟效益11.2.2 優(yōu)勢11.3 國內(nèi)外全自動曲面印刷機發(fā)展21.3.1 國內(nèi)曲面印刷機發(fā)展狀況21.3.2國外曲面印刷機發(fā)展狀況31.4 全自動曲面印刷機結(jié)構(gòu)和工作流程51.4.1 組成結(jié)構(gòu)51.4.2 工作流程61.5 間歇傳動機構(gòu)介紹62 間歇傳動機構(gòu)設(shè)計方案72.1 間歇傳動機構(gòu)選擇72.2 間歇傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計92.3 機構(gòu)的材料選擇102.3.1 剛度（K)102.3.2 強度112.3.3 震動穩(wěn)定性112.3.4 耐磨性112.3.5 經(jīng)濟性113.1 蝸輪蝸桿設(shè)計123.1.1 蝸輪蝸桿參數(shù)計算123.1.2 蝸輪蝸桿材料與加工153.1.3 蝸輪蝸桿的潤滑163.2 蝸形凸輪機構(gòu)設(shè)計163.2.1 蝸形凸輪173.2.2 分度盤183.3 軸的設(shè)計203.3.1 軸的材料選擇213.3.2 軸的失效形式213.3.3 軸的定位方式213.3.4 軸的強度校核223.4 鍵的設(shè)計233.5 軸承的選擇243.5.1 軸承的分類243.5.2 滾動軸承的材料253.5.3 軸的軸向定位253.5.4 選擇軸承的確定253.6 其他零件設(shè)計263.6.1 連接件選擇263.6.2 箱體結(jié)構(gòu)264 分度盤的加工工藝284.1 分度盤的的工藝性分析284.2 分度盤的工藝分析及生產(chǎn)類型的確定284.2.1 分度盤的用途284.2.2 分度盤的主要技術(shù)要求294.2.4確定分度盤的生產(chǎn)類型294.3 確定毛坯尺寸和繪制毛坯圖304.3.1 毛坯選擇304.3.2 確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量304.3.3 繪制分度盤毛坯圖314.4 擬訂加工工藝路線314.4.1 選擇定位基準314.4.2 制定工藝路線314.5 選擇加工設(shè)備和工藝設(shè)備324.5.1 機床、刀具、量具的選擇324.5.2 夾具的選擇334.6 確定工序尺寸334.7 確定切削用量344.7.1 工序1切削用量的確定344.7.3工序3切削用量的確定344.7.4 工序4切削用量的確定354.7.5 工序5切削用量的確定354.7.6 工序6切削用量的確定354.7.7 工序7切削用量的確定354.7.8 工序8切削用量的確定354.7.9 工序9切削用量的確定364.7.10 工序10切削用量的確定364.7.11 工序11切削用量的確定364.7.12 工序12切削用量的確定364.7.13 工序13切削用量的確定364.8 制定相關(guān)的工藝文件37參 考 文 獻38致 謝40II1 引言1.1 全自動曲面印刷機簡介在圓柱形，圓弧形等不規(guī)則表面產(chǎn)品的表面上裝飾，現(xiàn)如今的技術(shù)有絲網(wǎng)版往復移印，商標粘貼，曲面印刷等，但是相對于其他方式，曲面印刷有著生產(chǎn)效率高、成本低、印刷效果理想等優(yōu)勢。曲面印刷機的基本原理是將油墨涂在刻有圖案或者文字的凹版上，然后復印到曲面上，再將曲面和產(chǎn)品表面同步旋轉(zhuǎn)，將文字或者圖案轉(zhuǎn)印到產(chǎn)品表面上。 全自動曲面印刷機最先由日本CUBIC公司發(fā)明的一項技術(shù)，該技術(shù)由于通用性廣，而且由于具有極高的的經(jīng)濟效益潛力，已將在全世界廣泛使用。在長期的生產(chǎn)使用中，全自動曲面印刷機的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計也逐漸趨于完善，使其能夠多色套印，極限印刷速度能夠達到每分鐘300件，并且印刷精準，印刷質(zhì)量好，自動化水平高。1.2 全自動曲面印刷機的經(jīng)濟效益及優(yōu)勢1.2.1 經(jīng)濟效益隨著經(jīng)濟的發(fā)展 、人民生活水平的不斷提高，高檔彩色包裝印刷品的需求也將不斷增加。比如在大型運動場，由于各項運動賽事，影院系統(tǒng)的迅速增加，觀眾也顯著增加，因此對飲料杯的需求量加大，尤其是碳酸飲料杯，在kfc德克士等飲料行業(yè)的需求量也大幅攀升。如此大的需求量，這就為我國印刷業(yè)包括出版物印刷、包裝、商業(yè)印刷和其它印刷的發(fā)展，提供了廣闊的市場。在我國，包裝印刷行業(yè)每年都以兩位數(shù)的速度增長，光是2003年全國印刷工業(yè)總產(chǎn)值就約為2200億元人民幣（其中印刷加工出口300億元）。1.2.2 優(yōu)勢市面上有些自稱是全自動曲面印刷機的產(chǎn)品，其實也不是完全的全自動，準確的說是半自動化印刷機，由于不具有多色印刷、自動對版、自動處理等要求，所以它們對人工仍具有依賴性，并且不適合高速印刷。因此造價相對低廉，只適合小規(guī)模企業(yè)或小批量訂單。全自動印刷機由于加入了pc機、ccd攝像機、光電檢測系統(tǒng)、plc控制系統(tǒng)等智能化元素，具有自動上下料、固化處理、套印精準，效率高等優(yōu)點，由于對人工的依賴性降低，僅僅需要少量的人工。相交于半自印刷機，全自動印刷機雖然價格比較高，但是其能同時套印六種顏色，適合大批量印刷。而且由于結(jié)構(gòu)設(shè)計的完善，全自動印刷機能高速、平穩(wěn)的運行。1.3 國內(nèi)外全自動曲面印刷機發(fā)展1.3.1 國內(nèi)曲面印刷機發(fā)展狀況 全自動曲面印刷技術(shù)是引進技術(shù)，所以先進程度沒有國外的好，大多數(shù)時間里都需要花費巨資進口國外的機器。但是由于國內(nèi)的包裝印刷行業(yè)在巨大需求的推動下高速發(fā)展，雖然國內(nèi)的機械起步較晚，也已經(jīng)有了后來居上的趨勢。接下來介紹幾家國內(nèi)全自動曲面印刷機生產(chǎn)廠家的概況：隆興公司：廣東潮安隆興公司依靠自身的研究發(fā)展，已經(jīng)成為國內(nèi)唯 一一家集研究開發(fā)曲面膠印機 、制造模具 、生產(chǎn)片材和制杯、制版、印杯和生產(chǎn)紙杯為一體的省民營科技、高新技術(shù)企業(yè)，目前已榮獲八項專利。隆興公司在國內(nèi)可以說是印刷行業(yè)的領(lǐng)頭羊，為中國的曲面印刷行業(yè)做出了貢獻。 圖1-1 六色高速自動曲面膠印機如圖1-1所示是隆興公司生產(chǎn)的六色高速自動曲面膠印機，它0有如下幾個特點：1、用于圓錐型杯子、碗的外表文字和圖案印刷2、印刷直徑：40-160 mm3、印刷高度：20-115 mm4、印刷速度：8000-20000 只/時5、可提供6-9色曲面膠印機。瑞安市力泰機械有限公司:該公司成立于2006年9月14日，經(jīng)營范圍為塑料包裝成型機械、普通印刷機械等。圖1-3是該公司生產(chǎn)的TDQY-105六色曲面印刷機。本設(shè)備是引進了國外的先進技術(shù)，然后融入自己的特色研制的，為凸版印刷，以膠印的方式在承印品曲面印制圖片文字，最多可以印六種顏色。 圖1-3 TDQY-105它有如下幾個特點：1、印刷直徑：直徑40-105mm2、 最大印刷寬度：110mm3、 最大印刷速度：1300個/小時4、 印刷尺寸：116mm x 510mm x 1mm1.3.2國外曲面印刷機發(fā)展狀況 國外的印刷技術(shù)比中國起步要早，先進技術(shù)始終在他們手中，國內(nèi)一些企業(yè)仍然需要以高價格向他們購買。以下是兩個國外企業(yè)的概況：萬達姆機械有限公司:該公司是荷蘭dover集團11個子公司之一，現(xiàn)已擁有各類機械加工設(shè)備。該公司在食品機械的制造領(lǐng)域有著十分豐富的實踐經(jīng)驗并瞄準市場和跟蹤世界先進技術(shù)水平，硬質(zhì)塑料包裝印刷設(shè)備 飲料杯印刷設(shè)備。 圖1-4 萬達姆 PM系列曲面印刷機 圖1-4是萬達姆的PM系列印刷機，該機器設(shè)計用于印刷圓桶，直徑達280毫米至300毫米。 該系統(tǒng)可同時處理小圓杯(最低75毫米)。 打印長度達890毫米至250毫米。 機器生產(chǎn)速度高達每分鐘360個圓桶， 最大程度涵蓋產(chǎn)品的市場! 包括一個標準的自動饋線，前處理，紫外光固化軸、計數(shù)確切。 意大利卡夫公司：意大利卡夫公司（CALF）于1960年成立。主要生產(chǎn)高速自動曲面容器印刷設(shè)備。卡夫公司有15000平米的研發(fā)生產(chǎn)中心 、一流的生產(chǎn)線、專業(yè)團隊，所以擁有強大的研究、開發(fā) 、設(shè)計和制造實力?？ǚ蚬镜脑谇嬗∷⑿袠I(yè)一直占據(jù)著國際領(lǐng)先位置，不僅為客戶提供優(yōu)秀的產(chǎn)品，還能提供完善的售后服務(wù)，享譽全球。 圖1-5 LTTHO 6型六色曲面印刷機圖1-5是卡夫卡公司的LTTHO6六色曲面印刷機，可以用于各種材質(zhì)剛性和柔性的圓管、瓶蓋和圓棒的六色膠印。 承印品由自動裝載機和定位器或是由手動兩種方式通過進給皮帶送入膠印機；芯棒上的圓管裝載采用配備了相關(guān)安全裝置的抽吸輪和機械推桿；用于圓管表面預(yù)處理的火焰裝置；“無圓管不印刷”控制系統(tǒng)；配備“無圓管不施亮油”控制系統(tǒng)的亮油涂飾機可以移開，便于亮油輥的快速維護、清潔和更換；可以從控制盤上選擇的用于從芯棒上卸載圓管的抓鉗或吸盤裝置。 技術(shù)規(guī)格： 最高印刷速度： 9000 只圓管 / 小時12000 只瓶蓋 / 小時 最小圓管直徑： 13 毫米 最大圓管直徑： 70 毫米 最小圓管長度： 50 毫米 最大圓管長度: 230 毫米 印刷長度： 225 毫米 1.4 全自動曲面印刷機結(jié)構(gòu)和工作流程1.4.1 組成結(jié)構(gòu) 圖1-6 整機布局 如圖1-1所示是全自動曲面印刷機的整機布局，大致結(jié)構(gòu)有 : 版輥（1）、大膠輥（4）、模把（5）、料盤（6）、蝸形凸輪機構(gòu)傳動箱（7）、四螺頭上料機構(gòu)（61）、上料機（43）、料杯傳輸（60）、抽風機（53）、存料臺（62）、真空泵（66）主傳動調(diào)速電機（65）、控制盒（64）、傳動帶（37）、烘干箱（46）、疊杯轉(zhuǎn)鼓（48）、氣缸（52）。1.4.2 工作流程承印品如杯子、管子等經(jīng)過傳送帶送到上料機，上料機由四個螺頭組成，螺頭處的導料桿將承印品吹到料盤的上料工位模把。該模把將承印品吸住，料盤分度一次，螺頭轉(zhuǎn)一圈，上杯一個。接著承印品隨著料盤轉(zhuǎn)入前處理工位，在此處對承印品進行清洗除銹等表面處理，然后進去印刷工位，大膠輥帶動承印品旋轉(zhuǎn)完成轉(zhuǎn)印。整個結(jié)構(gòu)由一個電動機提供動力，通過間歇傳動箱，萬向軸和變速輪等結(jié)構(gòu)實現(xiàn)同步運轉(zhuǎn)，主傳動軸與大膠輥和料盤的傳動比為8:2:1。印刷完成后承印品轉(zhuǎn)入下料工位，被吹入下料機構(gòu)，被真空吸附機構(gòu)帶上傳輸帶，進入烘干箱。經(jīng)過箱內(nèi)的兩根不同速度的傳送帶和紫外燈管，表面發(fā)生固化。至此 ，整個印刷過程完成，送入存料臺。1.5 間歇傳動機構(gòu)介紹 本次設(shè)計主要負責全自動曲面印刷機的間歇傳動機構(gòu)部分，該部分主要負責提供料盤機構(gòu)分度運動， 主要有凸版輪轉(zhuǎn)印刷機構(gòu)、傳動機構(gòu)、料盤機構(gòu)、上下料機構(gòu)和控制機構(gòu)組成。間歇傳動機構(gòu)給料盤提供間歇八分度運動。2 間歇傳動機構(gòu)設(shè)計方案2.1 間歇傳動機構(gòu)選擇 全自動曲面印刷機整機由凸版輪轉(zhuǎn)印刷機構(gòu)、傳動機構(gòu)、料盤機構(gòu)、上下料機構(gòu)和控制機構(gòu)組成，全部動力由一個電機提供動力源，由各傳動鏈和控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)動作。間歇傳動機構(gòu)是整機印刷的動作的主要部分，提供分度運動。間歇傳動機構(gòu)有以下幾種類型：1.棘輪機構(gòu)：它是由棘輪、主動棘爪、止回棘爪和機架組成，主要是將主動件的往復擺動轉(zhuǎn)換成從動棘輪的單向間歇轉(zhuǎn)動，應(yīng)用形式有間歇送進，分度和轉(zhuǎn)為等。 圖2-1 棘輪機構(gòu)2.槽輪機構(gòu)：也叫馬耳他機構(gòu)，由帶圓銷的主動撥盤、有徑向槽的從動槽輪和機架構(gòu)成，將主動撥盤的勻速圓周運動轉(zhuǎn)換成從成槽輪的間歇傳動。 圖2-2 槽輪機構(gòu)3.凸輪間歇傳動機構(gòu)：由一個圓柱面上有一條兩端開口、 不閉合的曲線凸脊的主動凸輪和端面上均勻分布圓柱銷的從動輪組成，從動盤的圓柱銷插入凸脊隨著凸輪的轉(zhuǎn)動間歇運動。 圖2-3 凸輪間歇傳動機構(gòu)4.不完全齒輪機構(gòu)：由兩個普通漸開線齒輪嚙合配合組成的，其中主動輪是只有幾個齒的不完全齒輪，從動輪是一個完整齒輪，并且有鎖止弧防止在間歇式發(fā)生游動現(xiàn)象。 圖2-4 不完全齒輪機構(gòu) 具有間歇傳動的機構(gòu)有很多，在此不一一列舉。本次設(shè)計的間歇機構(gòu)的需要達到的技術(shù)要求有1.運動精度高：雖然全自動印刷機的自動對版功能提高了印刷質(zhì)量，但是如果間歇傳動機構(gòu)的傳動件之間存在誤差，那么即使控制系統(tǒng)再好也不能適應(yīng)不規(guī)則的抖動。2.速度調(diào)節(jié)方便：有些機構(gòu)雖然有各自的有點，但是也有各自的缺點，并不能廣泛使用。有些機構(gòu)對速度的調(diào)節(jié)敏感度不高，不能精準的做出控制系統(tǒng)要求的動作。3.機構(gòu)壽命長：在長期不同的速度工作下，有些機構(gòu)由于自身結(jié)構(gòu)的原因 ，會出現(xiàn)機械疲勞或者損傷等，更換費時費力。綜上所述：棘輪機構(gòu)由于是將擺動轉(zhuǎn)換成間歇運動，不適合高速條件下工作；槽輪機構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，控制準確，但是由于在加速度變化大時沖擊力大，長期工作下壽命不長；不完全齒輪機構(gòu)也只適合低速小載荷情況下；所以選擇凸輪間歇機構(gòu)作為本次設(shè)計的對象。2.2 間歇傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 在前面已經(jīng)選擇了凸輪機構(gòu)作為間歇傳動部分，這種機構(gòu)傳動過程比較平穩(wěn)，而且對凸輪輪廓線的合理設(shè)計還能減少動載荷和沖擊力，延長了機構(gòu)的壽命，適合高速運轉(zhuǎn)的要求，能很好的將圓周運動轉(zhuǎn)換成間歇運動。由于整個全自動曲面印刷機由一個電機提供動力源，同時驅(qū)動大膠輥和料盤的分度運動，但是大膠輥和料盤屬于平行放置，不能由一個傳動鏈條直接驅(qū)動，所以將動力源分支，這樣動力源需要一個機構(gòu)來改變方向。蝸輪-蝸桿機構(gòu)剛好適合將動力改變90度方向。如圖2-1為間歇傳動機構(gòu)的設(shè)計圖，動力從蝸桿輸入，經(jīng)過蝸輪蝸桿將動力傳入蝸形凸輪，再經(jīng)由分度盤提供料盤分度運動。 圖2-5 間歇傳動機構(gòu)布局2.3 機構(gòu)的材料選擇 可用于機械零件的材料有幾百種，但是不能隨便使用，必須根據(jù)零件的要求選擇合適的材料?？傮w來說需要從可靠性和經(jīng)濟性來取舍，以下是材料選擇需要考慮到的因素。2.3.1 剛度（K) 剛度是指零件在受力時抵抗彈性變形的能力，不僅和零件材料的彈性模量E有關(guān)，還和材料的幾何形狀有關(guān)，在軸的設(shè)計中尤為重要，軸在工作時產(chǎn)生彎曲不僅影響加工精度，而且有軸斷裂的危險，容易引起人身傷害。計算公式為：k=P/，P 是作用于機構(gòu)的恒力， 是由于力而產(chǎn)生的形變。剛度的國際單位是牛頓每米（N/m）。由于各鋼材的彈性模量差別不大，所以一般從結(jié)構(gòu)改變來改變剛度。2.3.2 強度 強度是指材料在承受外力后抵抗不發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的能力，是機械零件必須考慮的因素，弄清楚零件強度可以預(yù)測破壞失效的條件和時機。強度可以分為以下幾種：1.抗壓強度材料承受壓力的能力2.抗拉強度材料承受拉力的能力3.抗彎強度材料對致彎外力的承受能力4.抗剪強度材料承受剪切力的能力2.3.3 震動穩(wěn)定性 機械的振動強弱用振動量衡量，振動量可以使位移量，加速度或者速度。有規(guī)律機械的振動極易引起共振，共振的危害是顯而易見的，大多數(shù)的機械零件的額損壞都和共振有關(guān)。想要減少或者杜絕共振，需要從機械零件的固有頻率、激振力頻率、振動響應(yīng)著手。2.3.4 耐磨性 零件表面發(fā)生物質(zhì)脫損的現(xiàn)象就是磨損，一般發(fā)生在運動副之間。磨損發(fā)生后運動副之間產(chǎn)生間隙，還會產(chǎn)生振動現(xiàn)象，影響了機構(gòu)的精準度，加速零件的消耗。所以在進行零件的設(shè)計時應(yīng)該選用耐磨性好的材料，再利用合適的加工工藝提高材料表面的硬度，還可以在運動副之間添加潤滑油，比如在間歇機構(gòu)的蝸輪蝸桿采用油浴的方式提供潤滑。2.3.5 經(jīng)濟性 在進行機械零件的設(shè)計時，不一定非要選擇最合適的材料，因為最合適的材料很可能是最貴的，不利于控制產(chǎn)品的成本，在市場上沒有競爭優(yōu)勢。我們需要注意，大型零件盡量選擇廉價的供應(yīng)充足的材料，如灰鐵。一些關(guān)鍵零件應(yīng)該盡量減小質(zhì)量，也是控制成本的一種方式。在加工工藝方面，盡量選擇容易加工的，不需要太多熱處理的材料。我們還應(yīng)該多使用標準件，供貨方便，而且省去了設(shè)計人員重新設(shè)計零件的時間，省時省力。 機械零件設(shè)計時除了以上的幾種需要考慮的因素外，還可能需要注意零件的工作環(huán)境、材料的熱處理等因素。結(jié)合以上分析，整個機構(gòu)的零件材料大致選擇如下：凸輪箱體 HT200蝸輪箱體 HT200 蝸輪 ZQn1S0-1蝸桿 40Cr分度軸 1 （凸輪） 45鋼分度軸 2（分度盤） 40Cr 凸輪 QT500-5分度盤 45鋼3 間歇傳動機構(gòu)關(guān)鍵零件的設(shè)計3.1 蝸輪蝸桿設(shè)計 如圖3-1為蝸輪蝸桿傳動副，它的作用是在空間交錯傳遞動力，間歇傳動中蝸輪蝸桿夾角為90。使用蝸輪蝸桿傳動的好處就是能得到很高的傳動比，最高甚至能上千，所能承載的載荷很高。間歇傳動機構(gòu)用它可以將電機的高轉(zhuǎn)速降低傳入到分度機構(gòu)。而且傳動過程基本無噪聲污染，還具有自鎖功能，防止蝸輪的來回擺動帶動蝸桿影響傳動精度。 蝸輪的齒形一般做成弧形，是為了嚙合時將蝸輪包住，從而實現(xiàn)線接觸。線接觸的優(yōu)點是可以承受較大載荷，蝸輪蝸桿的接觸面不至于變形。 圖3-1 蝸輪蝸桿傳動副3.1.1 蝸輪蝸桿參數(shù)計算 1.蝸輪的基本參數(shù)：模 數(shù) 頭 數(shù) K=5（蝸桿頭數(shù)越多，傳遞效率越高） 壓 力 角 螺旋方向 左旋導 程 角 導 程 蝸輪直徑 圖3-2是蝸桿結(jié)構(gòu)圖，由于蝸輪蝸桿傳動比大，蝸桿的轉(zhuǎn)速高，和蝸輪的接觸發(fā)熱量大，容易發(fā)生膠合，點蝕和磨損。蝸桿兩側(cè)裝有軸承，在下面的軸承章節(jié)詳解。 圖3-2 蝸桿 2.蝸輪的參數(shù)：模 數(shù) 齒 數(shù) 壓 力 角 螺旋方向 左旋厚 度 B=66mm分度圓直徑 中 心 距 圖3-3蝸輪 3.蝸輪蝸桿齒面接觸疲勞強度計算 校核公式 ：蝸輪齒面接觸應(yīng)力 MPa：材料彈性影響系數(shù)：接觸系數(shù)：載荷系數(shù)：蝸輪上的轉(zhuǎn)矩N.mm：材料的許用接觸應(yīng)力4.蝸桿傳動的效率 ：齒輪嚙合損耗功率：導程角當量摩擦角5.彎曲疲勞強度計算校核公式： ： 蝸輪齒根彎曲應(yīng)力MPa：蝸輪齒形系數(shù)：螺旋角影響系數(shù)：許用彎曲應(yīng)力設(shè)計公式： 3.1.2 蝸輪蝸桿材料與加工 蝸輪一般使用滾齒機利用滾刀或者飛刀進行加工，而且蝸輪和蝸桿加工的刀具必須使用相同，目的是使蝸輪蝸桿能正確配合。蝸桿作用部分和蝸桿軸相比差距不大，所以一般將螺紋部分直接加工在軸上，根據(jù)GB/T10085-1988,使用漸開線螺桿。由于蝸輪蝸桿的嚙合部位先對滑動大，容易產(chǎn)生高溫，磨損和膠合現(xiàn)象。蝸桿采用合金鋼45，經(jīng)過表面淬火磨削后硬度能達到4055HRC，避免膠合，耐磨性增強。蝸輪使用材料ZQSn10-1。3.1.3 蝸輪蝸桿的潤滑 由于蝸輪蝸桿的嚙合部位轉(zhuǎn)速高，承載力大，在沒由潤滑油的情況下容易磨損和膠合，影響傳動效率，所以需要采用添加潤滑油的形式來緩解。潤滑油的種類很多，根據(jù)GB5903-1986，需要采用高粘度的礦物油。表3-1為粘度推薦值和給油方式。 表3-1潤滑油粘度和給油方法 相對速度V(m/s）0102.5055101015152525載荷類型重重中不限不限不限不限粘度Y（mm/s）90050035022015010080給油方法 油池潤滑噴油或油池噴油潤滑的噴油壓力/MPa0.723 間歇傳動需要在高速情況下工作，發(fā)熱量大，且是封閉式，本次設(shè)計決定采用油池潤滑，不僅便于吸收熱量，還能持續(xù)提供潤滑。由于采取了上蝸桿下蝸輪配合形式，且屬于封閉式，所以潤滑油應(yīng)該沒過蝸輪直徑三分之一。3.2 蝸形凸輪機構(gòu)設(shè)計 在全自動曲面印刷幾種，要求間歇間歇傳動機構(gòu)分度運動要快，扭矩大，沖擊力小，能承受瞬時高負荷沖擊，而一般間歇機構(gòu)并不能滿足要求，需要設(shè)計一種新型機構(gòu)來彌補。如圖3-4的蝸形凸輪機構(gòu)剛好適合這樣的要求，能承受較高的載荷，工作過程平穩(wěn)，分度運動精確。 圖3-4蝸形凸輪傳動機構(gòu) 蝸形凸輪機構(gòu)有圓柱形凸輪、分度盤、圓柱銷和機架組成。3.2.1 蝸形凸輪 如圖3-5所示為蝸形凸輪，全自動曲面印刷機的印刷部分過程為：大膠輥和料盤上模把位的承印品接觸滾動，模把轉(zhuǎn)動一圈后印制完畢。在此過程中要求分度盤停止轉(zhuǎn)動，但是凸輪始終在勻速轉(zhuǎn)動，所以凸輪和分度盤的間歇運動要求中間有一段停歇。 圖3-5蝸形凸輪 凸輪槽線和分度盤軸線的夾角變化，則進行分度運動，稱之為轉(zhuǎn)位角，不變化的角度稱之為停歇角。在滿足印完成需要的停歇時間上，需要盡量減小停歇角，加大轉(zhuǎn)位角。因為如果轉(zhuǎn)位角度過小，在機構(gòu)運行時沖擊力太大，加重了分度盤，分度盤軸軸向力和凸輪槽線摩擦，所以我們將首尾的轉(zhuǎn)位角設(shè)置為各75度，在這兩段凸輪槽推動分度盤上的滾柱進行分度運動，中間的停歇角為210度，該段凸輪勻速轉(zhuǎn)動，但是不推動滾柱運動，分度盤靜止，此刻進行印刷動作。從動件轉(zhuǎn)動時的加速度曲線按變形正弦曲線變化。圖3-6是凸輪與分度盤相對位置曲線。 圖3- 6蝸形凸輪與分度盤相對位置曲線 該曲線中間的過度平緩，有助于分度運動的平穩(wěn)運行，獲得更好的機械性能，開始和結(jié)束曲線無縫連接，避免了瞬時沖擊，降低噪聲，有助于延長零件壽命。凸輪經(jīng)過調(diào)制處理，氮化后硬度達到30-35HRC,表面硬度為900HV。凸輪內(nèi)孔和凸輪軸的配合公差為，凸輪端面對內(nèi)孔的垂直度0.01mm。3.2.2 分度盤 圖3-7是分度盤，由八個滾柱和一個分度盤體組成。兩個相鄰滾柱的水平距離H就是凸輪槽線的最大升程，可由公式 R： 分度盤的半徑Z ：滾柱數(shù)量凸輪兩相鄰槽線的寬度 （d為滾子的直徑） 圖3-7 分度盤 圖3-8是分度盤盤體，加工時需要注意與分度軸保持垂直，避免分度盤上的模把定位不均勻，影響印刷精度，而且還會使?jié)L柱不在一個平面，分度運動會有振動，分度不準確。在分度盤盤體端面均勻分布八個模把孔和八個圓柱銷孔，等分角度45 。圓周均布八個滾柱孔，八個滾柱通過八個圓柱銷固定在分度盤上，由45鋼制成，調(diào)質(zhì)處理收硬度達25-35HRC。 圖3-8 分度盤盤體 分度盤盤體的加工工藝將在后面詳細介紹。 圖3-9是滾柱結(jié)構(gòu)，由滾柱軸和滾柱殼組成，滾柱軸下面部分有一個孔，在插入分度盤盤體圓周上的孔內(nèi)時通過圓柱銷和分度盤盤體固定，上面部分插入凸輪槽中。為了減少滾柱和凸輪槽之間的摩擦，可以效仿軸承結(jié)構(gòu)，在滾柱軸和滾柱殼中間加入滾針，這樣就形成滾動摩擦，減少摩擦損耗。由于滾柱殼和凸輪槽之間高速運動，要求滾柱殼有很高的硬度，所以選用材料GCr15.滾柱殼和凸輪槽之間的配合不能有間隙，在高速運動下產(chǎn)生的巨大沖擊力對滾柱軸、滾柱殼凸輪槽線等零件的壽命有極大的影響。為了使機構(gòu)運行平穩(wěn)和減少振動，凸輪槽的軸向?qū)挾缺仨毢蜐L柱殼都為45mm，分度盤內(nèi)徑為92mm，寬度為42mm，分度盤和凸輪軸距為180mm。 圖3-9 滾柱3.3 軸的設(shè)計 軸的作用是支承回轉(zhuǎn)零件做回轉(zhuǎn)運動，傳遞功率 或者扭矩。軸可以分為直軸和曲軸，應(yīng)用最廣的是直軸。直軸又可以分為光軸、階梯軸和錐度軸。本次設(shè)計的間歇傳動機構(gòu)主要由兩個重要的軸，即分度盤軸和渦輪軸，兩者都屬于直軸中的階梯軸階梯軸有加工工藝好、熱處理工藝好、裝配工藝好的幾個優(yōu)點，加工簡單，裝配方便，應(yīng)用廣。 分度盤軸和渦輪軸都為轉(zhuǎn)軸，同時受轉(zhuǎn)矩和彎矩，在對這兩個軸進行設(shè)計時需要注意，需要對軸的材料進行分析選取，對軸的結(jié)構(gòu)和危險截面進行剛度和強度的校核。3.3.1 軸的材料選擇 軸的材料需要滿足強度要求，還要有足夠的剛度，耐磨性和加工性。幾種常用的材料有 鑄鐵：吸收振動性能好，方便加工，對應(yīng)力集中不敏感，但是鑄造質(zhì)量不能保證精度。鑄鐵又可以分為球墨鑄鐵和高強度鑄鐵，一般應(yīng)用于復雜的曲軸等。所以不適合間歇機構(gòu)的軸。 合金鋼：合金鋼的優(yōu)點是強度高，可淬火性能好，一般用于整體結(jié)構(gòu)小，發(fā)熱量大的大功率傳遞。常用的合金有12CrNi2、20Cr、40Cr。雖然它的優(yōu)點適合設(shè)計軸，但是缺點是對應(yīng)力集中的敏感性高，而且價格貴，不適合大批量生產(chǎn)控制成本，不采用。 碳素鋼：碳素鋼應(yīng)用廣泛，不僅比合金鋼價格便宜，而且對應(yīng)力的敏感性低，3050鋼最常用，其中45鋼為首選。所以本次設(shè)計渦輪軸和分度盤軸都選用45鋼。45鋼屬于中碳結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)過淬火后高溫回火，軸具有很高的韌性和強度能達到HRC5659，機械性能好，適合間歇傳動機構(gòu)高速重載的要求。3.3.2 軸的失效形式 軸的失效形式主要由疲勞斷裂，需要對軸進行疲勞強度校核，像分度軸這種間歇傳動軸，在瞬間加速時沖擊載荷較大，軸容易產(chǎn)生變形或者斷裂，需要對軸進行靜強度計算校核。軸類零件還易產(chǎn)生彎曲，失穩(wěn)，重心偏置等問題，這和軸的熱處理工藝，加工過程，校核計算等因素有關(guān)。3.3.3 軸的定位方式 軸需要固定軸向的移動。軸光靠和軸承的過盈配合不能滿足要求，還可以利用軸承蓋單向固定，軸向的承受載荷最大。軸上的軸肩和軸用彈簧擋圈也能固定，但是不能承受太大的軸向力，否則容易變形。軸向還可以利用卡簧、緊定螺釘和軸端擋圈等固定。軸上的零件還需要周向固定，一般都是鍵連接,還有圓錐銷連接,成形聯(lián)接,過盈配合等。圖3-10蝸輪軸圖3-11 分度盤軸3.3.4 軸的強度校核 軸的破壞一般都是疲勞破壞，所以進行軸的設(shè)計時需要對軸進行強度計算。分度盤軸和蝸輪軸都屬于傳遞扭矩軸，在傳遞轉(zhuǎn)矩T（N.mm）時，其強度條件公式 軸的最小直徑： 式中：軸抗扭截面模量 實心軸：P：軸傳遞的功率，KWn：軸的轉(zhuǎn)速r/min：許用切應(yīng)力MPaC：于材料有關(guān)的系數(shù)對軸的彎矩和扭矩進行合成，進行強度校核。當量彎矩 a：應(yīng)力矯正系數(shù)。校核危險截面，危險截面軸徑d： 式中W：軸的抗彎截面模量：材料的許用彎曲應(yīng)力疲勞強度的安全系數(shù)S S:彎矩作用下的安全系數(shù)；：轉(zhuǎn)矩作用下的安全系數(shù)；校核疲勞強度： SSS:許用安全系數(shù)；3.4 鍵的設(shè)計 機械設(shè)計中常用鍵來固定齒輪或者其他零件在軸上，借此來傳遞扭矩和動力。在蝸輪軸和分度軸的設(shè)計中用到了鍵來固定蝸形凸輪和蝸輪，平鍵的兩側(cè)是工作面，上表面與輪轂槽底之間留有間隙。其定心性能好，裝拆方便。平鍵有普通平鍵、導向平鍵和滑鍵這三種。鍵的選用需要考到鍵的材料、類型和尺寸。鍵的材料要求抗拉強度不小于600MPa，一般用45號鋼。鍵可以分為平鍵、半圓鍵、楔向鍵、切向鍵和花鍵等，根據(jù)各種鍵的作用形式，本次設(shè)計用到平鍵。平鍵是靠兩側(cè)傳遞扭矩，本次設(shè)計選用普通平鍵A型，蝸輪軸上有兩個鍵槽，分別固定蝸輪和蝸形凸輪，鍵的尺寸根據(jù)軸的直徑和輪轂寬度決定。蝸輪軸上兩個所處軸徑為60mm，67mm，輪轂寬度分別為152mm和67mm，鍵長一般比輪轂短510mm，再根據(jù)機械設(shè)計手冊，取鍵 18X140 和鍵20X63 GB/T 1906-2003. 對鍵的強度校核；在遭受沖擊時=100120MPa，假設(shè)取110MPa，在知道傳遞扭矩的情況下利用公式 =（d鍵的寬度，h鍵的厚度，l鍵的長度）如果，則鍵的強度符合要求。除了鍵，軸的固定還用了軸肩擋圈、套筒等，其中擋圈選用GB886-86 25X27，材料選擇35鋼，內(nèi)外徑分別為d=25，D=27。 3.5 軸承的選擇 轉(zhuǎn)動的軸不可能和箱體直接接觸，那樣不僅摩擦力大，減損動力，而且會加劇軸和箱體的磨損，久了就會降低配合精度，所以需要利用軸承來減少摩擦，提高轉(zhuǎn)動精度和承受載荷。3.5.1 軸承的分類軸承有兩個大類，分別是滑動摩擦軸承和滾動摩擦軸承。 1，滾動軸承：滾動軸承結(jié)構(gòu)有內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架。內(nèi)圈：一般裝配在軸上隨軸轉(zhuǎn)動，也有可能內(nèi)圈不轉(zhuǎn)動，起固定作用。外圈：一般裝配在支撐軸的殼體上起固定作用，但當內(nèi)圈固定，外圈轉(zhuǎn)動。滾動體：滾動體有球體、圓柱滾子、圓錐滾子、球面滾子、滾針幾種形狀，滾動體的作用是讓軸的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦。保持架：滾動體在無規(guī)律滾動時互相之間容易磨損，有了保持架之后他們能隔開一段距離，避免了磨損。 2，滑動軸承：滑動軸承由軸承座、軸頸和軸瓦組成。滑動軸承不像滾動軸承有滾子來減少摩擦，靠的是軸瓦。軸瓦具有較好的強度和剛度，在軸瓦上一般覆蓋一層軸承襯，軸承襯厚度很小，摩擦性好，還能包住潤滑油從而減少摩擦。 兩種軸承結(jié)構(gòu)不同，各有各的優(yōu)缺點和適用場合。滾動軸承結(jié)構(gòu)緊湊，組合結(jié)構(gòu)簡單，容易保養(yǎng)，潤滑方便，摩擦力低，啟動轉(zhuǎn)矩小，功率損失小，對速度溫度的適應(yīng)性高，旋轉(zhuǎn)精度高。但是缺點是高速高載荷下壽命減少，容易產(chǎn)生振動，噪聲大，在大載荷的沖擊下容易產(chǎn)生破壞，徑向尺寸比滑動軸承大。滑動軸承優(yōu)點是工作平穩(wěn)，幾乎沒有噪聲，由于潤滑油在滑動表面形成的潤滑油膜使旋轉(zhuǎn)體之間隔離開，摩擦力低，降低了磨損，油膜還起到吸收振動的能力，所以適用于低速重載荷場合。缺點是容易發(fā)生磨損、膠合和疲勞破壞，啟動阻力大3.5.2 滾動軸承的材料滾動軸承的滾動體和內(nèi)外圈由于在高速轉(zhuǎn)動下摩擦，還要承受軸向和徑向載荷，所以對材料的前度和耐磨性很高，還要求良好的抗疲勞能力和抗沖擊能力。一般采用滾動軸承鋼制造，比如GCr15、GCr15SiMn、GCr6等，經(jīng)過淬火后表面硬度可以達到6065HRC，為了提高表面接觸疲勞強度還要經(jīng)過磨削拋光。保持架的要求不高，可以用軟鋼沖壓直接得到，也有用塑料或者銅合金制造。3.5.3 軸的軸向定位軸的定位很重要，要求不能在正常溫度和轉(zhuǎn)速下不能軸向串動。常用的軸承固定方式有兩端單向固定：就是兩個軸承各自限制一個方向的移動，有助于在受熱膨脹是補償移動間隙。一端固定一端游動：固定的一端，限制了軸的雙向移動，另一端沒有限制，可以自由伸縮，在跨距大的情況下能調(diào)整伸縮量。兩端游動：兩端的軸承內(nèi)圈不固定，外圈雙向固定，保證軸可以雙向移動。3.5.4 選擇軸承的確定間歇傳動機構(gòu)的軸承支承件選用滾動軸承，在蝸輪軸兩端和中間，分度盤軸兩端和蝸桿兩端都要用到。滾動軸承又可以分為好多類。按照承受載荷方向來分類有向心軸承（在軸向力不大的情況下承受徑向力）、推力軸承（不能承受徑向力）、向心推力軸承（同時具備前兩種軸承特點）。按照滾動體形狀可以分為球軸承、滾針軸承。深溝球軸承應(yīng)用廣泛，因為它結(jié)構(gòu)簡單，適用方便。它可以承受徑向載荷，摩擦系數(shù)小，屬于高速軸承。調(diào)心球軸承能自動調(diào)心，補償軸和殼體變形引起的誤差。一般用于同軸度不高的情況，能承受徑向載荷和少量軸向載荷。圓錐滾子軸承能承受徑向載荷，屬于分離型軸承，內(nèi)外圈可以分別裝配，便于安裝，在軸向徑向游隙大的地方可以在安裝的時候補償。角接觸軸承的極限轉(zhuǎn)速比較高，屬于向心推力軸承，其承受載荷的能力可以隨著接觸角調(diào)節(jié)。圓柱滾子軸承只能承受徑向載荷，但是其能承受的載荷相比其他的軸承高了1.53倍，剛性好，抗沖擊力好。滾動軸承不適用于重載高速情況下使用，所以機構(gòu)需要注意最高轉(zhuǎn)速不要超過軸承的極限轉(zhuǎn)速。滾動軸承屬于標準件，設(shè)計的時候比較方便，但是從實際考慮，市場上不一定整套都有賣的，所以需要考慮常用的軸承。本次設(shè)計考慮到以上所有因素，決定使用軸承 2007918、GB297-64(7210)、GB297-64(7213)3.6 其他零件設(shè)計3.6.1 連接件選擇間歇傳動機構(gòu)中大量使用了螺釘作為連接件，螺釘?shù)倪x擇只需要考慮強度就可以，所以使用的螺釘有：M8 X 15 、 M10 X 80 、 M12 X 30 、M5 X 20 、 M5 X 8。3.6.2 箱體結(jié)構(gòu) 箱體在設(shè)計時需要考慮剛度，可以利用加強筋來加強。聯(lián)接剛度小時在機構(gòu)工作振動大時，容易發(fā)生斷裂，所以螺栓需要靠近座孔。箱體的材料一般選擇灰鑄鐵，鑄鐵的含碳量比較高，其性能比較脆，抗拉性能比較差。但鑄造性能比較好，可以采用鑄造的方法加工出形狀相對復雜的零件，而且鑄鐵價格便宜，加工工藝性好，適合箱體的鑄造，使用量廣泛。所以蝸形凸輪箱和蝸輪箱的材料選擇HT20-40。圖3-1