卷筒紙膠印機(jī)印刷滾筒設(shè)計【三維SW】[含CAD高清圖和說明書全套]

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This paper introduces the working principle and key technology of roll. Then, the drum structure reasonable, the drum parts were designed, produced the assembly drawing, part drawing and the design specification and design documents. Finally, on the rotation of the drum shaft and bearing are analyzed and checked, detailed calculation shows that, the drum is designed to meet the requirements of. This topic is web offest press based on the market at present, reference commonly used web printing machine design, carries on the design to the common structure of cylinder and clutch pressure. Clutch by reference to similar machine implementation of the plate and blanket clamping and locking, drum pressure and pressure; the rotation of the roller can realize manual and electric; the on-off pressure mechanism can use manual and pneumatic two forms. A printing plate cylinder clamping mechanism adopts a narrow slit type, blanket clamping the splint; clutch pressure, pressure regulating single eccentric mechanism. And the establishment of the web offset printing device of solid model in SolidWorks software. Keywords: web offset printing device, entities IV 目 錄 摘 要 II ABSTRACT .III 第 1 章緒論 .1 1.1 概述 1 1.2 印刷機(jī)分類 1 1.3 印刷機(jī)的構(gòu)造 6 1.3.1 印刷機(jī)滾筒 6 1.3.2 收放卷裝置 6 1.3.3 傳動部分 6 1.3.4 供墨系統(tǒng) 6 1.3.5 干燥系統(tǒng) 7 1.4 工作原理 7 1.5 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 9 1.6 卷筒紙膠印機(jī)的發(fā)展趨勢 .10 第 2 章 滾筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .12 2.1 印版滾筒的設(shè)計 .12 2.1.1 膠印機(jī)滾筒概述 .12 2.1.2 膠印機(jī)滾筒裝卡機(jī)構(gòu)設(shè)計 .12 2.1.3 印版滾筒軸向結(jié)構(gòu)設(shè)計 .13 4.2 滾筒的設(shè)計 .13 4.2.1 滾筒概述 .13 2.2.2 滾筒裝卡機(jī)構(gòu)設(shè)計 .14 第 3 章 卷筒組件要求與設(shè)計計算 .16 3.1 卷筒的基本要求 .17 3.1.1 旋轉(zhuǎn)精度 .17 3.1.2 剛度 .17 3.1.3 抗振性 .18 3.1.4 溫升和熱變形 .19 3.1.5 耐磨性 .19 3.2 卷筒組件的布局 .19 3.3 卷筒結(jié)構(gòu)的初步擬定 .23 3.4 卷筒的材料與熱處理 .23 3.5 卷筒的技術(shù)要求 .24 3.6 卷筒直徑的選擇 .25 V 3.7 卷筒軸承的選擇 .26 3.8 軸承的選型及校核 .28 3.9 卷筒前端懸伸量 .31 3.10 卷筒支承跨距 32 3.11 卷筒組件的驗算 32 3.11.1 支承的簡化 33 3.11.2 卷筒的撓度 33 3.11.3 卷筒傾角 34 3.12 卷筒軸承的潤滑 35 第 4 章 滾筒調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)計 .36 結(jié) 論 .37 參考文獻(xiàn) 38 致 謝 40 1 第 1 章緒論 1.1 概述 生產(chǎn)印刷品及完成印刷過程使用的機(jī)械、設(shè)備、儀器的總稱。一般分 為制版機(jī)械、印刷機(jī)、裝訂機(jī)械 3 類。 另外，用于文具，電子類產(chǎn)品印刷的移印機(jī)、絲印機(jī)應(yīng)用也較廣泛。 1.2 印刷機(jī)分類 印刷機(jī)產(chǎn)品的種類繁多，有不同的分類方法。 1．按印版種類分類。按所用印版種類的不同可將印刷機(jī)分為以下四 種。 （1）凸版印刷機(jī)。凸版印刷是用凸版施印的一種印刷方式，凸版印刷 機(jī)是使用凸版完成印刷過程的機(jī)器。這里所說的凸版是指圖文部分明顯高 于空白部分的印版，如活字版、照相凸版和感光性樹脂版等。 首先由勻墨輥 1 和著墨輥 2 在印版滾筒 3（圓柱形的印版支承物）的 印版上著以油墨，然后進(jìn)紙，在紙的背面由壓印滾筒 5（圓柱形的壓印體） 施以印刷壓力，從而使印版上的油墨轉(zhuǎn)移到紙上。此種印刷方法屬于直接 印刷方式，即印版上圖文部分的油墨直接轉(zhuǎn)移到承印物表面的印刷方式。 （2）凹版印刷機(jī)。凹版印刷是用凹版施印的一種印刷方式。凹版印 刷機(jī)是用凹版進(jìn)行印刷的機(jī)器。這里所說的凹版是指圖文部分低于空白部 分的印版，主要有照相凹版和雕刻凹版。 凹印機(jī)的著墨方法與凸印機(jī)不同，即采用短墨路系統(tǒng)。首先使整個版 面全部著墨，然后把圖文部分 2 以外的油墨用刮墨刀 4 刮凈，當(dāng)紙張 5 從 壓印滾筒 6 與印版滾筒 1 中間通過時進(jìn)行壓印，完成印刷。為此，印刷部 應(yīng)設(shè)有利墨裝置。這種印刷方法也屬于直接印刷方式。 （3）平版印刷機(jī)。平版印刷是用平版施印的一種印刷方式。平版印 2 刷機(jī)是使用平版完成印刷過程的機(jī)器。這里所說的平版是指圖文部分與空 白部分幾乎處于同一平面的印版，如平凹版、PS 版、多層金屬版以及無水 平版等。 由于現(xiàn)代平版印刷機(jī)一般采用間接印刷方式，即印版上圖文部分的油 墨，經(jīng)中間載體的傳遞，轉(zhuǎn)移到承印物表面的印刷方式，故也將平版印刷 機(jī)稱為平版膠印機(jī)，即按照間接印刷原理，印版通過橡皮布轉(zhuǎn)印滾筒將圖 文轉(zhuǎn)移到承印物上進(jìn)行印刷的平版印刷機(jī)。 印版滾筒 P 上的印版在著墨前首先用水輥 2 在版面上著水（空白部分 4 著水而抗墨） ，然后用墨輥 3 在版面上著墨（圖文部分著墨） ，利用水墨 互斥原理進(jìn)行印刷。因此，在結(jié)構(gòu)上除設(shè)有輸墨裝置外，還設(shè)有給水裝置。 另外，印版上圖文部分的油墨不是直接轉(zhuǎn)移到承印物表面，而是先轉(zhuǎn)印到 橡皮布上，再由橡皮布轉(zhuǎn)移到紙上，故特設(shè)橡皮滾筒 B。當(dāng)紙張從橡皮滾 筒與壓印滾筒中間通過時，在印刷壓力的作用下進(jìn)行壓印，完成印刷。 （4）絲網(wǎng)印刷機(jī)：絲網(wǎng)印刷是孔版印刷的一種?？装嬗∷⑹侵赣“?的圖文部分可透過油墨漏印至承印物上的印刷方式。絲網(wǎng)印刷印版呈網(wǎng)狀， 版面形成通孔和不通孔兩部分，印刷時油墨在刮墨板的擠壓下從版面通孔 部分漏印在承印物上。絲網(wǎng)印刷機(jī)是供絲網(wǎng)印刷用的機(jī)器，可分為平型和 圓型絲網(wǎng)印刷機(jī)。 ①絲網(wǎng)印版：一般簡稱網(wǎng)版，版面呈網(wǎng)狀，由絲網(wǎng)模版、絲網(wǎng)和網(wǎng)框 組成的一種孔版。 a．絲網(wǎng)模版：由感光膠膜、膜片或其他材料附于絲網(wǎng)上，使空白部 分不漏墨的封閉層。 b．絲網(wǎng)：制作絲網(wǎng)印版支承體用的編織物，主要有尼龍絲網(wǎng)、聚酯 絲網(wǎng)和不銹鋼絲網(wǎng)等。 c．網(wǎng)框：支承絲網(wǎng)用的框架，由木材、金屬或其他材料制成。分為 固定式和可調(diào)式兩種形式。 3 ②刮墨板：將絲網(wǎng)上的油墨刮擠到承印物上的工具。 ③絲網(wǎng)印刷臺：絲網(wǎng)印刷機(jī)上放置承印物的裝置，在印刷時吸住承印 物，并與刮墨板共同產(chǎn)生有效印刷壓力。 ④網(wǎng)版間隔:絲網(wǎng)印刷機(jī)網(wǎng)版印刷面與承印物表面之間的距離。壓印 時靠網(wǎng)版間隔和絲網(wǎng)回彈性的作用，網(wǎng)版即刻脫離承印物表面，以保證在 印刷過程中網(wǎng)版印刷面與承印物表面處干線接觸狀態(tài)，這是實現(xiàn)絲網(wǎng)印刷 油墨良好轉(zhuǎn)移的重要條件之一。 2．按用途分類。按用途不同可將印刷機(jī)分為一般印刷機(jī)和特種印刷 機(jī)。 （1）一般印刷機(jī):供一般印刷用的印刷機(jī)。所謂一般印刷是指采用凸、 平、凹等版式，以紙張為承印材料，以印刷書刊、報紙、產(chǎn)品目錄等一般 印刷物為主要對象，以傳遞信息為主要目的的印刷方式，如書版印刷機(jī)、 報版印刷機(jī)等。 （2）特種印刷機(jī):供特種印刷用的印刷機(jī)，主要有軟管印 刷機(jī)、不干膠標(biāo)簽印刷機(jī)、移印機(jī)等。 3．按承印物類型分類。主要包括以下兩種。 （1）單張紙印刷機(jī):指以單張紙或其他單張材料為承印物的印刷機(jī)。 （2）卷筒紙印刷機(jī):指以卷筒紙或其他卷筒材料為承印物的印刷機(jī)。 4．按壓印機(jī)構(gòu)形式分類:按壓印機(jī)構(gòu)和裝版機(jī)構(gòu)形式不同可將印刷機(jī) 分以下幾種。 （1）手壓平印刷機(jī):壓印機(jī)構(gòu)和裝版機(jī)構(gòu)均呈平面形的印刷機(jī)。印刷 部的基本構(gòu)楊如圖 1－5 所示。 ①壓印平板:平壓平印刷機(jī)用于對版臺施加印刷壓力的平板。②版臺。 手壓平或圓壓手印刷機(jī)供裝營印版用的平臺。③著墨輥:印刷機(jī)上將油墨 涂布到印版上的輥。 把印版裝在版臺上，待印版由著墨輥著墨后，將承印物鋪在上面，由 壓印平板施加印刷壓力，完成印刷。 4 （2）圓壓平印刷機(jī):也稱平臺印刷機(jī)。壓印機(jī)構(gòu)呈圓筒形，裝版機(jī)構(gòu) 呈平面形的印刷機(jī)。圖 1－6 為圓壓平印刷機(jī)印刷部的構(gòu)成示意圖。 印版固定在版臺上作水平往復(fù)運動，壓印滾筒在規(guī)定位置旋轉(zhuǎn)，在壓 印時壓印滾筒的圓周統(tǒng)速度應(yīng)與版臺平移速度相等。印刷時，壓印滾筒上 的咬紙牙咬住紙張帶動其旋轉(zhuǎn)，依靠壓印滾筒與印版接觸時的印刷壓力完 成印刷。版臺往復(fù)一次，完成一個印刷過程。 壓印時，由于是圓柱面與平面接觸，所以比平壓印刷機(jī)容易得到較大 的印刷壓力（接觸區(qū)單位面積上受到的力） ，而總壓力又不致過大,這樣， 有利于進(jìn)行大幅面印刷。 根據(jù)壓印滾筒的運動特點不同，圓壓平印刷機(jī)又可分為以下四種類型。 ①?；剞D(zhuǎn)印刷機(jī)：版臺作往復(fù)運動，前進(jìn)時，壓印滾筒旋轉(zhuǎn)一周，返 回時，壓印滾筒停止旋轉(zhuǎn)，完成一個印刷過程的印刷機(jī)。其工作原理 壓印滾筒轉(zhuǎn)動并與印版接觸時進(jìn)行壓印，接著壓印滾筒停止旋轉(zhuǎn)，版 臺作返回行程，這時印版從滾筒空檔下通過，二者不相接觸。 ②二回轉(zhuǎn)印刷機(jī)：版臺每往復(fù)運動一次，壓印滾筒連續(xù)旋轉(zhuǎn)二周，完 成一個印刷過程的印刷機(jī)。 當(dāng)壓印滾筒旋轉(zhuǎn)第一周時，壓印滾筒下降與印版接觸進(jìn)行壓印；當(dāng)壓 印滾筒旋轉(zhuǎn)第二周時，壓印滾筒上升，脫離印版版面，此時版臺作返回行 程。 ③一回轉(zhuǎn)印刷機(jī)：版臺每往復(fù)運動一次，壓印滾筒轉(zhuǎn)一周，完成一個 印刷過程的印刷機(jī)。圖 1－7（c）為其工作原理圖。 本機(jī)印刷部采用大直徑的壓印滾筒，滾筒表面有兩個部分，一部分直 徑較大；用于壓印；另一部分直徑較小，以保證版臺在返回時不與印版表 面接觸。 ④往復(fù)轉(zhuǎn)印刷機(jī)：壓印滾筒每往復(fù)旋轉(zhuǎn)一次，完成一個印刷過程的印 5 刷機(jī)。其工作原理為圖 11－7（d）所示。版臺在印刷行程時，壓印滾筒按 逆時針方向旋轉(zhuǎn)并下降與印版表面接觸進(jìn)行壓??；版臺返回行程時，壓印 滾筒按順時針方向旋轉(zhuǎn)并上升脫離印版表面。 （3）圓壓圓印刷機(jī)：壓印機(jī)構(gòu)和獎版栩村幼導(dǎo)圓筒形的印刷機(jī)。印 刷部的基本構(gòu)成如圖 1－8 所示。 將圓弧形印版裝于印版滾筒上，由壓印滾筒施加印刷壓力，承印物從 兩個滾筒中間通過完成壓印。 這種印刷機(jī)由于采用了連續(xù)旋轉(zhuǎn)的印版滾筒形式，利用兩個滾筒的線 接觸進(jìn)行壓印，不僅結(jié)構(gòu)簡單，運動比較平穩(wěn)，避免了版臺往復(fù)運動產(chǎn)生 的慣性沖擊，叮以大大提高印刷速度，而且，還可將印刷裝置設(shè)計成機(jī)組 形式，易于進(jìn)行雙面、多色印刷。因此，圓壓圓印刷機(jī)得到廣泛應(yīng)用。 根據(jù)給紙形式不同，圓壓圓印刷機(jī)又分為單張紙印刷機(jī)和卷筒紙印刷 機(jī)。單張紙印刷機(jī)套印比較準(zhǔn)確，適于印刷精細(xì)印品；卷筒紙印刷機(jī)幾乎 全部采用了連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動機(jī)構(gòu)，印刷速度很高，并可附設(shè)折頁裝置，所以， 是進(jìn)行現(xiàn)代化大量印刷的有效設(shè)備。 5．按印刷色數(shù)和面數(shù)分類。在同一個印刷過程中，按所完成的印刷 色數(shù)和面數(shù)不同可將印刷機(jī)分為以下幾種類型。 ①單色印刷機(jī)：在一個印刷過程中，只完成單色印刷的印刷機(jī)。②雙 色印刷機(jī)。在一個印刷過程中，完成雙色印刷的印刷機(jī)。 ③多色印刷機(jī)：在一個印刷過程中，完成兩種以上墨色印刷的印刷機(jī)。 ④雙面單色印刷機(jī)：一個印刷過程中，在承印物的雙面都完成單色印 刷的印刷機(jī)。 ⑤雙面多色印刷機(jī)：一個印刷過程中，在承印物的雙面至少有一面完 成多色印刷的印刷機(jī)。 6 1.3 印刷機(jī)的構(gòu)造 1.3.1 印刷機(jī)滾筒 印刷機(jī)滾筒（輥筒）是印刷機(jī)械 的核心部件，其表面光潔度、幾何 精度的高低會對印刷品的質(zhì)量產(chǎn)生重要影響，尤其是在印制精美印刷品時， 絲毫的誤差都會降低印刷品的整體效果，使對開印刷產(chǎn)品兩邊發(fā)虛或失真。 由于印刷過程中使用的酸性油墨、酒精 、水等化工原料會腐蝕印刷機(jī)滾 筒（輥筒）的兩邊，常常導(dǎo)致墨輥筒、版滾筒（輥筒 ）的局部塌陷和斑 點；對于鍍鉻滾筒（輥筒） ，經(jīng)常由于異物的帶入而產(chǎn)生壓坑。此外，長 期、超負(fù)荷的使用也會導(dǎo)致印刷設(shè)備發(fā)生磨損失效。 1.3.2 收放卷裝置 收放卷自動交接料裝置，實現(xiàn)不停機(jī)接換料，大大節(jié)省了更換新紙卷 的時間，提高了機(jī)器 的生產(chǎn)效率。張力系統(tǒng)采用伺機(jī)電動控制，收卷采 用變頻電機(jī)控制。 1.3.3 傳動部分 主電機(jī)調(diào)速采用變頻調(diào)速器并配備精密齒輪，其傳動精度高，噪音低， 整機(jī)運行平穩(wěn)。采用氣動離合壓機(jī)構(gòu)精確調(diào)節(jié)印刷壓力 ，印刷壓錕氣動 離合，并有保護(hù)鎖定功能，壓力任意可調(diào)。刮刀角度三維可調(diào)，刮墨刀設(shè) 有軸向往復(fù)移動機(jī)構(gòu)，以改變刮墨刀 在印版上的軌跡，達(dá)到更好的印刷 效果，同時使刮墨刀磨損均勻，并延長刮墨刀的使用壽命。 1.3.4 供墨系統(tǒng) 采用國內(nèi)最先進(jìn)的氣動膈膜泵著墨油墨箱裝置。實現(xiàn)印版 凹陷部分 吸墨充分，確保圖象效果更佳。該裝置形成了供墨循環(huán)系統(tǒng)，由于油墨被 連續(xù)不斷地攪動，油箱 內(nèi)的油墨可以充分利用，效果更好。 7 1.3.5 干燥系統(tǒng) 為適應(yīng)塑料薄膜凹版印刷的特點和使油墨在塑料薄膜上迅速干燥的要 求，本機(jī)在每印刷單元機(jī)組上均配有加熱烘干箱和冷卻干燥箱，采用密封 式高效熱風(fēng)循環(huán)干燥系統(tǒng)，干燥溫度由控溫儀自動控制，并根據(jù)印刷工作 需要增減電熱功率，實行節(jié)能、安全及環(huán)保工作，為操作者提高較好工作 環(huán)境。 1.4 工作原理 印刷機(jī)的一個工作循環(huán)是：給件→定位→落版→降到墨板 、升回墨 板→刮墨 行程→升到墨板 → 降回墨板→抬版→回墨行程 →解除定位→收 件。在連續(xù)循環(huán)動作中，只要能實現(xiàn)功能，每個動作占用的時間應(yīng)盡量短， 以縮短每個工作循環(huán)同期，提高工作效率。在印刷行程中，到墨板擠壓油 墨和絲網(wǎng)印版 ，使絲網(wǎng)印版與承印物形成一條接觸線，稱為壓印線 。這 條線在刮墨板刃口處，無數(shù)條壓印線構(gòu)成印刷面。實現(xiàn)理想的壓印線是很 困難的，因為印刷行程是一個動態(tài)過程。 8 圖 1.1 印刷工作原理 經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)傳遞動力，讓刮墨板 在運動中擠壓油墨和絲網(wǎng)印版，使 絲網(wǎng)印版與承印物形成一條壓印線，由于絲網(wǎng)具有張力，對刮墨板產(chǎn)生 力，回彈力使絲網(wǎng)印版除壓印線外都不與承印物相接觸，油墨 在刮墨板 的擠壓力 F1 作用下，通過網(wǎng)孔，從運動著的壓印線漏印到承印物上。在 印刷過程中，絲網(wǎng)印版與刮墨板進(jìn)行相對運動，擠壓力 F1 和回彈力 F2 也隨之同步移動，絲網(wǎng)在回彈力作用下，及時回位與承印物脫離接觸， 以免把印跡蹭臟。即絲網(wǎng) 在印刷行程中，不斷處于變形和回彈之中。 印刷機(jī)刮墨板在完成單向印刷后與絲網(wǎng)印版一起脫離承印物，同時進(jìn) 行返程回墨，即完成一個印刷循環(huán)?；啬蟪杏∥锏纳厦媾c絲網(wǎng)印版反面 的距離稱為同版距或網(wǎng)距，一般應(yīng)為 2～5mm。手工印刷時，操作工人的手 法與熟練程度直接影響壓印線的形成。在實踐中絲印工作者積累了許多寶 貴經(jīng)驗，具體可歸納為六點，即保證刮墨板運動中的直線性、勻速性、等 角性、均壓件、居中性和垂邊性。印刷時刮墨板應(yīng)直線前進(jìn)，不能左右晃 動；不能前慢后快，前快后慢或忽慢忽快；到墨板的傾斜角應(yīng)保持不變， 特別要注意克服傾斜角逐漸增大的通病；印刷壓力要保持均勻一致；保持 刮墨板與網(wǎng)框內(nèi)側(cè)兩邊的距離相等；到墨板與邊框保持垂直。 印刷機(jī)平面絲網(wǎng)印版夾持在網(wǎng)框上由平網(wǎng)曲面絲網(wǎng)印刷機(jī)帶 動作勻 速平移，由于網(wǎng)版的摩擦便放置在支承裝置上的承印物隨之轉(zhuǎn)動。在壓印 線處曲面承印物的線速度與平面絲網(wǎng)印版移動速度一致，實現(xiàn)刮墨印刷。 理論上壓印 線應(yīng)在曲面承印物最高一條母線處，以利于加大離網(wǎng)角，保 證印刷質(zhì)量。為調(diào)整方便，刮墨板一般采用 60°±15°頂角，要求能作垂 直程度與上下尺寸的調(diào)整。 印刷機(jī)圓筒形容器或圓錐形容器的 曲面印刷可采用兩對滾輪支座， 長度與直徑之比小于 1．5 的蓋類和杯類用軸套支座，軟性中空容器可用 充氣裝置支撐。橢圓面近似為圓柱面的一部分，可以用圓柱 體鑲嵌辦法 9 支承。在圓錐體的表面進(jìn)行印刷的原理，與在圓柱體表面進(jìn)行印刷的原理 基本相同，所不同的是絲網(wǎng)印版的圖形形狀和絲網(wǎng)印版的運動形式。在制 作用于 圓錐體表面印刷的絲網(wǎng)印版時，要先畫出圓錐體表面的展開圖， 并根據(jù)展開圖求出扇形的中心，再選取適當(dāng)網(wǎng)框制作絲網(wǎng)印版。 印刷機(jī)在版的下方用 4 個輥支撐承印物，刮板呈固定狀，按扇形移 動版框，刮板加壓就可進(jìn)行圓錐版的表面印刷了。印刷時，圓錐形承印刷 在一定的刮板壓力下與絲網(wǎng)印版呈線接觸；當(dāng)絲網(wǎng)印版繞扇形展開圖的軸 心作水平扇形移動時，承印物在支撐裝置上作同步旋轉(zhuǎn)運動；油墨在刮板 的壓擠下，漏印到承印物的表面，完成印刷。 1.5 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 20 世紀(jì)人類社會最偉大的科技成果是計算機(jī)的發(fā)明與應(yīng)用，計算機(jī)及 控制技術(shù)在機(jī)械制造設(shè)備中的應(yīng)用是世紀(jì)內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的最重大的技術(shù)進(jìn) 步。 卷筒紙印刷設(shè)備形成龐大的數(shù)控設(shè)備家族，每年全世界的產(chǎn)量有 10～20 萬臺，產(chǎn)值上百億美元。 世界制造業(yè)在 20 世紀(jì)末的十幾年中經(jīng)歷 了幾次反復(fù)，曾一度幾乎快成為夕陽工業(yè)，所以美國人首先提出了要振興 現(xiàn)代制造業(yè)。90 年代的全世界數(shù)控機(jī)床制造業(yè)都經(jīng)過重大改組。如美國、 德國等幾大制造商都經(jīng)過較大變動，從 90 年代初開始已出現(xiàn)明顯的回升， 在全世界制造業(yè)形成新的技術(shù)更新浪潮。如德國機(jī)床行業(yè)從 2000 年至今 已接受３個月以后的訂貨合同，生產(chǎn)任務(wù)飽滿。隨著我國的發(fā)展，國內(nèi)引 進(jìn)了許多世界上先進(jìn)的卷筒紙印刷設(shè)備，使我國印刷業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展階 段，報業(yè)、商業(yè)印刷以及包裝印刷迅猛崛起印刷技術(shù)。以海德堡、曼羅蘭、 高寶、小森、三菱、西研、德蘭特-格貝爾等為代表的公司都推出了采用 新技術(shù)的卷筒紙膠印機(jī)，其都具有印刷速度高、生產(chǎn)效率高、自動化程度 高、印刷質(zhì)量好等特點 10 1.6 卷筒紙膠印機(jī)的發(fā)展趨勢 卷筒紙膠印機(jī)的基本發(fā)展方向是多色式印刷，有較好的發(fā)展。多色式 印刷，多色機(jī)可以打印多種顏色，效率高，主要是提高印刷速度，減少輔 助時間。從兩個方面來保證卷筒紙膠印機(jī)效率高。具體包括： （1）高速發(fā)展方向 由于高時效性的報紙，因此，使用卷筒紙膠印機(jī)首先要求高速度。大 型卷筒紙膠印機(jī)，主要由滾筒直徑的兩倍，每轉(zhuǎn) 4 的報紙。每小時超過 160000 件的報紙印刷。近年來出現(xiàn)了用卷筒紙膠印機(jī)雙卷筒新聞。因為每 小時輥速度，同樣可以印制的 160000 多份報紙。和更靈活的，可以節(jié)省 板。在卷筒紙膠印機(jī)業(yè)務(wù)，書刊，過去為了保證印刷質(zhì)量，大部分選用中 小型機(jī)單或半寬度。隨著技術(shù)的發(fā)展，印刷質(zhì)量控制問題已經(jīng)完全解決， 目前，與本機(jī)的商業(yè)和書籍已經(jīng)開發(fā)出更多的單和單一的趨勢。印刷速度 也不斷提高。鼓的輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)的速度達(dá)到了每小時十萬。為了保證印刷質(zhì) 量，追求高速度的卷筒紙膠印機(jī)發(fā)展的基本方向。 （2）精密智能自動化的發(fā)展 結(jié)合計算機(jī)技術(shù)，微電子技術(shù)，光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在輪轉(zhuǎn)印 刷機(jī)上的應(yīng)用。不僅解決了張力控制問題，印刷，油墨控制問題，而且還 配備了色彩管理系統(tǒng)，組織或 CIP4（CIP4 接口。為了滿足高速度，高質(zhì) 量的要求，機(jī)床的精度普遍提高，并逐步配備自動組卷系統(tǒng)，自動或半自 動換版系統(tǒng)，機(jī)器自動故障診斷顯示折疊機(jī)系統(tǒng)，遠(yuǎn)程診斷和調(diào)整系統(tǒng)， 自動，甚至可以直接與印刷裝訂設(shè)備。一些新聞網(wǎng)站抵消紙庫完全實現(xiàn)帶 紙，紙，機(jī)器自動換版，自動換紙路，所有印刷自動控制，加工，包裝， 印刷，整理客戶地址，自動輸送自動化。作為一個結(jié)果，自動化，智能化 控制，大大減少了輔助時間，卷筒紙膠印市場更好地適應(yīng)短版，質(zhì)量高， 短時間內(nèi)發(fā)展的需要。 11 （3）標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化的開發(fā) 卷筒紙膠印機(jī)的主要結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，根據(jù)不同的切割尺寸的要求，設(shè)計 了一個標(biāo)準(zhǔn)化的模塊。一方面可以組織專業(yè)化生產(chǎn)，穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量， 根據(jù)市場和用戶的需求，更重要的是，使用不同的排列組合，組合成不同 的形式及時機(jī)，以滿足市場和客戶的要求。如果有需要，可以配備在用戶 的機(jī)器上的色組，改裝機(jī)。 （4）向多功能的方向發(fā)展 擴(kuò)大使用的卷筒紙和使用范圍的另一個顯著特點。主要包括： 1.多單位，多紙路，一個可以同時打印多個磁帶機(jī)，大大提高工作效 率。 2、直接光刻，改變每個帶各印刷色數(shù)，減少印刷單元印刷多色印刷。 （5）對數(shù)字膠印機(jī) 近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字技術(shù)，計算機(jī) CTP 制版技術(shù)， 很快的數(shù)字印刷技術(shù)的發(fā)展。數(shù)字卷筒紙膠印機(jī)是重要的發(fā)展方向之一。 曼羅蘭公司推出的 dicoweb 網(wǎng)絡(luò)數(shù)字膠印機(jī)的代表。目前，數(shù)字印刷機(jī)的 “板塊”一般是可以記錄不能擦，擦不能記錄。曼羅蘭公司推出的 dicoweb 網(wǎng)絡(luò)數(shù)字印刷機(jī)的“ 盤” ，不僅可以記錄也能擦。它是在印版滾筒 上套一個由特殊材料制成的金屬套，在類似的帶狀材料使用 Creo 曝光的 激光頭，然后轉(zhuǎn)移色帶上的親水性或親愛的油原料進(jìn)入金屬套，形成“版 本” ，可以打印。印刷完畢后，用清潔液清潔圖像可。需要“版本的金屬 套” 。這種技術(shù)也可以移植到單張紙數(shù)字印刷機(jī)。 （6）結(jié)合輪轉(zhuǎn)印刷機(jī) 隨著技術(shù)和印刷產(chǎn)品市場發(fā)展的要求越來越高，有時膠印機(jī)不僅是一 個單一的滿足需求。因此，會出現(xiàn)在不同的印刷方法的組合式印刷機(jī)。的 卷筒紙膠印機(jī)組合主要有：在柔性版印刷或打印模式組合印刷的組合，和 12 其他數(shù)字印刷機(jī)的組合。選擇哪種組合，根據(jù)用戶的具體要求確定。 第 2 章 滾筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計 卷筒紙膠印機(jī)的印刷部件跟單張紙膠印機(jī)區(qū)別不大，只是結(jié)構(gòu)有簡單 一些。因為不需要叼紙牙結(jié)構(gòu)，滾筒的空擋很小，印版和橡皮的安裝比較 方便。 2.1 印版滾筒的設(shè)計 2.1.1 膠印機(jī)滾筒概述 印版滾筒是裝卡印版的滾筒，卷筒紙膠印機(jī)和單張紙膠印機(jī)的印版滾 筒結(jié)構(gòu)不同，印版裝卡和調(diào)整機(jī)構(gòu)也不同。卷筒紙膠印機(jī)的印版滾筒可以 設(shè)計成安裝一塊印版的結(jié)構(gòu)，也有設(shè)計成安裝兩塊印版的結(jié)構(gòu)。 2.1.2 膠印機(jī)滾筒裝卡機(jī)構(gòu)設(shè)計 印版滾筒安裝夾機(jī)構(gòu)可以分為夾板式印版滾筒、裝四塊印版的印版滾 筒、套紅印版滾筒、卷軸式印版滾筒、窄槽式印版滾筒和無縫滾筒等幾種。 目前采用最為廣泛的是窄槽式印版裝夾機(jī)構(gòu)，本次畢業(yè)設(shè)計亦采用了此種 機(jī)構(gòu)。 圖 1-1 所示的為目前廣泛應(yīng)用的窄槽式印版裝夾機(jī)構(gòu)。這種裝夾機(jī)構(gòu) 只是在滾筒體上開一個約 1~1.5mm 的窄槽, 將印版在彎版機(jī)上彎成前端小 于 90o的角（按窄槽的角度確定）, 一般為尾端大于 90°的角, 先將印版 的前端勾住滾筒上窄槽與滾筒外圓夾角小于 90o的角, 再將尾端插入滾筒 的槽內(nèi), 印版就裝好了。這種印版要求彎版尺寸非常準(zhǔn)確, 利用印版前端 和尾端的擠壓力使印版在滾筒體上固定。 這種裝版機(jī)構(gòu)的優(yōu)點是操作非常簡單，缺點是如果印版彎版尺寸不合 13 適, 印版就不能很好的緊緊地貼在版滾筒上, 印版壽命會受一定的影響。 2.1.3 印版滾筒軸向結(jié)構(gòu)設(shè)計 整體部件是對稱的，在兩邊對稱處安裝齒輪以保證滾筒不會產(chǎn)生扭曲。 采用走肩鐵式的滾筒，兩端的螺紋用于安裝鎖緊螺母，進(jìn)行印版滾筒 的軸向定位和調(diào)整。 圖 1-4 為印版滾筒 SolidWorks 所做的實體，兩端的偏心套完成離合 壓和調(diào)壓的工作，在滾筒的兩端安裝成對的齒輪，從而達(dá)到一個比較好的 傳動效果。 滾筒走肩鐵是現(xiàn)在比較流行的方式，可以使印版滾筒運轉(zhuǎn)的更加平穩(wěn)。 14 4.2 滾筒的設(shè)計 4.2.1 滾筒概述 橡皮滾筒的作用是將印版滾筒上的圖文轉(zhuǎn)陰到橡皮布上，在轉(zhuǎn)印到紙 張上。另外，橡皮滾筒還有滾筒離合壓和調(diào)壓的工作部件。橡皮滾筒具有 橡皮布裝卡機(jī)構(gòu)，橡皮布必須平整均勻地包在橡皮滾筒上，使用中不允許 有松動現(xiàn)象。新橡皮布使用一段時間之后一般會伸長，故要求裝卡橡皮布 機(jī)構(gòu)能重新拉緊橡皮布。不同的機(jī)器裝卡機(jī)構(gòu)也不同，根據(jù)機(jī)器使用裝卡 機(jī)構(gòu)分類，橡皮滾筒可分為壓板式橡皮滾筒、卷軸式橡皮滾筒、窄縫式橡 皮滾筒及套筒式橡皮滾筒等。 2.2.2 滾筒裝卡機(jī)構(gòu)設(shè)計 在本設(shè)計中采用的是壓板式橡皮滾筒。橡皮滾筒槽內(nèi)安裝有橡皮夾板 和張緊螺栓。橡皮布兩端先用橡皮夾板夾住，然后再放入橡皮滾筒槽內(nèi)， 擰動螺栓可使 橡皮布緊緊截面地貼在滾筒上。當(dāng)橡皮布松動時擰緊螺栓 可以使橡皮布張緊。 此種橡皮布裝卡機(jī)構(gòu)裝卡雖然比較費時間，但如圖 2-2 橡皮布的裝卡 它的結(jié)構(gòu)緊湊，適合應(yīng)用于本設(shè)計中的小滾筒單版膠印機(jī)。 15 在本設(shè)計中，采用的是滾筒離合壓的結(jié)構(gòu)。其中一個橡皮滾筒作為離 合壓和調(diào)壓的基準(zhǔn)以及主動輪，另一個滾筒則完成兩個橡皮滾筒的離合壓 和調(diào)壓的工作。在此處說明滾筒軸向結(jié)構(gòu)，離合壓部分則在下一部分說明。 圖 3-3 為兩個橡皮滾筒的主動滾筒，它作為調(diào)壓的基準(zhǔn)。 16 圖 3-3 橡皮滾筒（主動）SolidWorks 實體圖 最右邊的齒輪和電動機(jī)齒輪相嚙合，成為整個印刷平臺的動力源。左 端的鎖緊螺母在對滾筒進(jìn)行軸向定位的同時，完成整個印刷平臺的手動操 第 3 章 卷筒組件要求與設(shè)計計算 卷筒組件是印刷機(jī)的執(zhí)行件，它的功用是支承并帶動卷筒旋轉(zhuǎn)，完成 表面成形運動，同時還起傳遞運動和扭矩、承受切削力和驅(qū)動力等載荷的 作用。由于卷筒組件的工作性能直接影響到印刷機(jī)的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率， 因此它是印刷機(jī)中的一個關(guān)鍵組件。 卷筒和一般傳動軸的相同點是，兩者都傳遞運動、扭矩并承受傳動力， 17 都要保證傳動件和支承的正常工件條件，但卷筒直接承受切削力，還要帶 動工件或刀具，實現(xiàn)表面成形運動，因此對卷筒有較高的要求。 3.1 卷筒的基本要求 3.1.1 旋轉(zhuǎn)精度 卷筒的旋轉(zhuǎn)精度是指卷筒在手動或低速、空載時，卷筒前端定位面的 徑向跳動△r、端面跳動△a 和軸向竄動值△o。如圖 2-1 所示：圖中實線 表示理想的旋轉(zhuǎn)軸線，虛線表示實際的旋轉(zhuǎn)軸線。當(dāng)卷筒以工作轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn) 時，卷筒回轉(zhuǎn)軸線在空間的漂移量即為運動精度。 卷筒組件的旋轉(zhuǎn)精度取決于部件中各主要件（如卷筒、軸承及支承座 孔等）的制造精度和裝配、調(diào)整精度；運動精度還取決于卷筒的轉(zhuǎn)速、軸 承的性能和潤滑以及卷筒部件的動態(tài)特性。各類通用印刷機(jī)卷筒部件的旋 轉(zhuǎn)精度已在印刷機(jī)精度標(biāo)準(zhǔn)中作了規(guī)定，專用印刷機(jī)卷筒部件的旋轉(zhuǎn)精度 則根據(jù)工件精度要求確定。 △ a△ o△ r 圖 3-1 卷筒的旋轉(zhuǎn)誤差 3.1.2 剛度 卷筒組件的剛度 K 是指其在承受外載荷時抵抗變形的能力，如圖 2-2 所示，即 K=F/y（單位為 N/ m） ，剛度的倒數(shù) y/F 稱為柔度。卷筒組件的? 18 剛度，是卷筒、軸承和支承座的剛度的綜合反映，它直接影響卷筒組件的 旋轉(zhuǎn)精度。顯然，卷筒組件的剛度越高，卷筒受力后的變形就越小，如若 剛度不足，在加工精度方面，卷筒前端彈性變形直接影響著工件的精度； 在傳動質(zhì)量方面，卷筒的彎曲變形將惡化傳動齒輪的嚙合狀況，并使軸承 產(chǎn)生側(cè)邊壓力，從而使這些零件的磨損加劇，壽命縮短；在工件平穩(wěn)性方 面，將使卷筒在變化的切削力和傳動力等作用下，產(chǎn)生過大的受迫振動， 并容易引起切削自激振動，降低了工件的平穩(wěn)性。 圖 3-2 卷筒組件靜剛度 卷筒組件的剛度是綜合剛度，影響卷筒組件剛度的因素很多，主要有： 卷筒的結(jié)構(gòu)尺寸、軸承的類型及其配置型式、軸承的間隙大小、傳動件的 布置方式、卷筒組件的制造與裝配質(zhì)量等。 3.1.3 抗振性 卷筒組件的抗振性是指其抵抗受迫振動和自激振動而保持平穩(wěn)運轉(zhuǎn)的 能力。在切削過程中，卷筒組件不僅受靜載荷的作用，同時也受沖擊載荷 和交變載荷的作用，使卷筒產(chǎn)生振動。如果卷筒組件的抗振性差，工作時 容易產(chǎn)生振動，從而影響工件的表面質(zhì)量，降低刀具的耐用度和卷筒軸承 的壽命，還會產(chǎn)生噪聲影響工作環(huán)境。隨著印刷機(jī)向高精度、高效率方向 發(fā)展，對抗振性要求越來越高。 評價卷筒組件的抗振性，主要考慮其抵抗受迫振動和自激振動能力的 19 大小。 3.1.4 溫升和熱變形 卷筒組件工作時因各種相對運動處的摩擦和攪油等而發(fā)熱，產(chǎn)生了溫 升，溫升使卷筒組件的形狀和位置發(fā)生畸變，稱為熱變形。熱變形應(yīng)以卷 筒組件運轉(zhuǎn)一定時間后各部分位置的變化來度量。 卷筒組件溫升和熱變形，使印刷機(jī)各部件間相對位置精度遭到破壞， 影響工件加工精度，高精度印刷機(jī)尤為嚴(yán)重；熱變形造成卷筒彎曲，使傳 動齒輪和軸承的工作狀態(tài)變壞；熱變形還使卷筒和軸承，軸承與支承座之 間已調(diào)整好的間隙和配合發(fā)生變化，影響軸承正常工作，間隙過小將加速 齒輪和軸承等零件的磨損，嚴(yán)重時甚至?xí)l(fā)生軸承抱軸現(xiàn)象。 影響卷筒組件溫升、熱變形的主要因素有：軸承的類型和布置方式， 軸承間隙及預(yù)緊力的大小，潤滑方式和散熱條件等。 3.1.5 耐磨性 卷筒組件的耐磨性是指長期保持其原始精度的能力，即精度的保持性。 因此，卷筒組件各個滑動表面，包括卷筒端部定位面、錐孔，與滑動軸承 配合的軸頸表面，移動式卷筒套筒外圓表面等，都必須具有很高的硬度， 以保證其耐磨性。 為了提高卷筒組件的耐磨性，應(yīng)該正確地選用卷筒和滑動軸承的材料 及熱處理方法、潤滑方式，合理調(diào)整軸承間隙，良好的潤滑和可靠的密封。 3.2 卷筒組件的布局 卷筒組件的設(shè)計，必須保證滿足上述的基本要求，從而從全局出發(fā)， 考慮卷筒組件的布局。 20 印刷機(jī)卷筒有前、后兩個支承和前、中、后三個支承兩種，以前者較 多見。兩支承卷筒軸承的配置型式，包括卷筒軸承的選型、組合以及布置， 主要根據(jù)對所設(shè)計卷筒組件在轉(zhuǎn)速、承載能力、剛度以及精度等方面的要 求，并考慮軸承的供應(yīng)、經(jīng)濟(jì)性等具體情況，加以確定。在選擇時，具體 有以下要求： （1）適應(yīng)剛度和承載能力的要求 卷筒軸承選型應(yīng)滿足所要求的剛度和承載能力。徑向載荷較大時，可 選用滾子軸承；較小時，可選用球軸承。雙列滾動軸承的徑向剛度和承載 能力，比單列的大。同一支承中采用多個軸承的支承剛度和承載能力，比 采用單個軸承大。一般來說，前支承的剛度，應(yīng)比后支承的大。因為前支 承剛度對卷筒組件剛度的影響要比后支承的大。表 2-1 所示為滾動軸承和 滑動軸承的比較。 表 3-1 滾動軸承和滑動軸承的比較 滑動軸承 基本要求 滾動軸承 動壓軸承 靜壓軸承 旋轉(zhuǎn)精度 精度一般或較差。 可在無隙或預(yù)加 載荷下工作。精 度也可以很高， 但制造困難 單油楔軸承一般， 多油楔軸承較高 可以很高 剛度 僅與軸承型號有 關(guān)，與轉(zhuǎn)速、載 荷無關(guān)，預(yù)緊后 可提高一些 隨轉(zhuǎn)速和載荷升 高而增大 與節(jié)流形式有關(guān)， 與載荷轉(zhuǎn)速無關(guān) 21 承載能力 一般為恒定值， 高速時受材料疲 勞強度限制 隨轉(zhuǎn)速增加而增 加，高速時受溫 升限制 與油腔相對壓差 有關(guān)，不計動壓 效應(yīng)時與速度無 關(guān) 抗振性能 不好，阻尼系數(shù) D=0.029 較好，阻尼系數(shù) D=0.055 很好，阻尼系數(shù) D=0.4 速度性能 高速受疲勞強度 和離心力限制， 低中速性能較好 中高速性能較好。 低速時形不成油 漠，無承載能力 適應(yīng)于各種轉(zhuǎn)速 摩擦功耗 一般較小，潤滑 調(diào)整不當(dāng)時則較 大 f=0.002～0.008 較小 f=0.001~0.08 本身功耗小，但 有相當(dāng)大的泵功 耗 f=0.0005～0.001 噪聲 較大 無噪聲 本身無噪聲，泵 有噪聲 壽命 受疲勞強度限制 在不頻繁啟動時， 壽命較長 本身壽命無限， 但供油系統(tǒng)的壽 命有限 （2）適應(yīng)轉(zhuǎn)速要求 由于結(jié)構(gòu)和制造方面的原因，不同型號和規(guī)格的軸承所允許的最高轉(zhuǎn) 速是不同的。軸承的規(guī)格越大，精度等級越低，允許的最高轉(zhuǎn)速越低。在 承受徑向載荷的軸承當(dāng)中，圓柱滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速，比圓錐滾子軸承的 高。在承受軸向載荷的軸承當(dāng)中，向心推力軸承的極限轉(zhuǎn)速最高；推力球 軸承的次之；圓錐滾子軸承的最低，但承載能力與上述次序相反。因此， 應(yīng)綜合考慮轉(zhuǎn)速和承載能力兩方面要求來選擇軸承型式。 22 （3）適應(yīng)精度的要求 起止推作用的軸承的布置有三種方式：前端定位—止推軸承集中布置 在前支承；后端定位—集中布置在后支承；兩端定位—分別布置在前、后 支承。 采用前端定位時，卷筒受熱變形向后延伸，不影響軸向定位精度，但 前支承結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整軸承間隙較不便，前支承處發(fā)熱量較大；后端定位 的特點與前述的相反；兩端定位時，卷筒受熱伸長后，軸承軸向間隙的改 變較大，若止推軸承布置在徑向軸承內(nèi)側(cè)，卷筒可能因熱膨脹而彎曲。 （4）適應(yīng)結(jié)構(gòu)的要求 當(dāng)要求卷筒組件在性能上有較高的剛度和一定的承載能力，而在結(jié)構(gòu) 上徑向尺寸要緊湊時，則可在一個支承（尤其是前支承）中配置兩個或兩 個以上的軸承。 對于軸間距很小的多卷筒印刷機(jī)，由于結(jié)構(gòu)限制，宜采用滾針軸承來 承受徑向載荷，用推力球軸承來承受軸向載荷，并使兩軸承錯開排列。 （5）適應(yīng)經(jīng)濟(jì)性要求 確定卷筒軸承配置型式，除應(yīng)考慮滿足性能和結(jié)構(gòu)方面要求外，還應(yīng) 作經(jīng)濟(jì)性分析，使經(jīng)濟(jì)效果好。 在中速和大載荷情況下，采用圓錐滾子軸承要比采用向心軸承和推力 軸承組合配置型式成本低，因為前者節(jié)省了兩個軸承，而且箱體工藝性較 好。 綜合考慮以上因素，本設(shè)計的卷筒采用前、后支承的兩支承卷筒，前 支承采用雙列向心短圓柱滾子軸承和推力球軸承的組合，D 級精度；后支 承采用圓柱滾子軸承，E 級精度。其中前支承的雙列圓柱滾子軸承，滾子 直徑小，數(shù)量多（50—60 個） ，具有較高的剛度；兩列滾子交錯布置，減 少了剛度的變化量；外圈無擋邊，加工方便；軸承內(nèi)孔為錐孔，錐度為 1：12，軸向移動內(nèi)圈使之徑向變形，調(diào)整徑向間隙和預(yù)緊；黃銅實體保 23 持架，利于軸承散熱。前支承的總體特點是：卷筒靜剛度好，回轉(zhuǎn)精度高， 溫升小，徑向間隙可以調(diào)整，易保持卷筒精度，但由于前支承結(jié)構(gòu)比較復(fù) 雜，前、后支承的溫升不同，熱變形較大，此外，裝配、調(diào)整比較麻煩。 3.3 卷筒結(jié)構(gòu)的初步擬定 卷筒的結(jié)構(gòu)主要決定于卷筒上所安裝的刀具、夾具、傳動件、軸承和 密封裝置等的類型、數(shù)目、位置和安裝定位的方法，同時還要考慮卷筒加 工和裝配的工藝性，一般在印刷機(jī)卷筒上裝有較多的零件，為了滿足剛度 要求和能得到足夠的止推面以及便于裝配，常把卷筒設(shè)計成階梯軸，即軸 徑從前軸頸起向后依次遞減。卷筒是空心的或者是實心的，主要取決于印 刷機(jī)的類型。此次設(shè)計的卷筒，也設(shè)計成階梯形，同時，在滿足剛度要求 的前提下，設(shè)計成空心軸，以便通過刀具拉桿。 卷筒端部系指卷筒前端。它的形狀決定于印刷機(jī)的類型、安裝夾具或 刀具的形式，并應(yīng)保證夾具或刀具安裝可靠、定位準(zhǔn)確，裝卸方便和能傳 遞一定的扭矩。 3.4 卷筒的材料與熱處理 卷筒材料主要根據(jù)剛度、載荷特點、耐磨性和熱處理變形大小等因素 選擇。 卷筒的剛度與材料的彈性模量 E 值有關(guān)，鋼的 E 值較大 （2.1×10 N/cm 左右） ，所以，卷筒材料首先考慮用鋼料。鋼的彈性模量72 E 的數(shù)值和鋼的種類和熱處理方式無關(guān)，即不論是普通鋼或合金鋼，其彈 性模量 E 基本相同。因此在選擇鋼料時應(yīng)首先選用價格便宜的中碳鋼（如 45 鋼） ，只有在載荷特別重和有較大的沖擊時，或者精密印刷機(jī)卷筒需要 減少熱處理后的變形時，或者軸向移動的卷筒需要保證其耐磨性時，才考 慮選用合金鋼。 24 當(dāng)卷筒軸承采用滾動軸承時，軸頸可不淬硬，但為了提高接觸剛度， 防止敲碰損傷軸頸的配合表面，不少 45 鋼卷筒軸頸仍進(jìn)行高頻淬火 （HRC48～54）.有關(guān) 45 鋼卷筒熱處理情況如下表 2.2 所列： 表 2-2 使用滾動軸承的 45 鋼卷筒熱處理等參數(shù) 材 料 牌 號 工 作 條 件 使 用 機(jī) 床 常 用 代 用 熱 處 理 硬 度 輕中負(fù)載 車、鉆、 銑、卷筒 45 50 調(diào)質(zhì) HB220～ 250 輕中負(fù)載局部要求高硬 度 卷筒軸 45 50 高頻淬 火 HRC52～ 58 輕中負(fù)載 PV≤40（N·m/cm ·s2 ） 車、鉆、 銑、卷筒 45 50 淬火回火 高頻淬火 HRC42～ 50 HRC52～ 58 此次設(shè)計的印刷機(jī)卷筒，考慮到卷筒材料的選擇原則，選用價格便宜 的中碳鋼（45 鋼） 。查表 2-2 中，因工作中承受輕、中負(fù)荷，且要求局部 高硬度，故熱處理采用高頻淬火，HRC52～58。 3.5 卷筒的技術(shù)要求 卷筒的精度直接影響到卷筒組件的旋轉(zhuǎn)精度。卷筒和軸承、齒輪等零 件相連接處的表面幾何形狀誤差和表面粗糙度，關(guān)系到接觸剛度，零件接 觸表面形狀愈準(zhǔn)確、表面粗糙度愈低，則受力后的接觸變形愈小，亦即接 觸剛度愈高。因此，對卷筒設(shè)計必須提出一定的技術(shù)要求。 （1）軸頸 25 此次設(shè)計的卷筒，應(yīng)首先考慮軸頸。支承軸頸是卷筒的工作基面、工 藝基面和測量基面。卷筒工作時，以軸頸作為工作基面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運動；加 工卷筒時，為了保證錐孔中心和軸頸中心同軸，一般都以軸頸作為工藝基 面來最后精磨錐孔；在檢查卷筒精度時，以軸頸作為測量基面來檢查各部 分的同軸度和垂直度。采用滾動軸承時，軸頸的精度必須與軸承的精度相 適應(yīng)。軸頸的表面粗糙度和硬度，將影響其與滾動軸承的配合質(zhì)量。 對于普通精度級印刷機(jī)的卷筒，其支承軸頸的尺寸精度為 IT5，軸頸 的幾何形狀允差（圓度、圓柱度等）通常應(yīng)小于直徑公差的 1/4～1/2。 （2）內(nèi)錐孔 內(nèi)錐孔是安裝刀具或頂尖的定位基面。在檢驗印刷機(jī)精度時，它是代 表卷筒中心線的基準(zhǔn)，用來檢查卷筒與其他部件的相互位置精度，如卷筒 與導(dǎo)軌的平行度等。由于刀具和頂尖要經(jīng)常裝拆，故內(nèi)錐孔必須耐磨。 錐孔與軸承軸頸的同軸度，一般以錐孔端部及其相距 100～300 毫米 處對軸頸的徑向跳動表示；其形狀誤差用標(biāo)準(zhǔn)檢驗錐著色檢查的接觸面積 大小來檢驗，此乃綜合指標(biāo)；還要求一定的表面粗糙度和硬度等。 3.6 卷筒直徑的選擇 卷筒直徑對卷筒組件剛度的影響很大，直徑越大，卷筒本身的變形和 軸承變形引起的卷筒前端位移越小，即卷筒組件的剛度越高。 但卷筒前端軸頸直徑 D1 越大，與之相配的軸承等零件的尺寸越大，要 達(dá)到相同的公差則制造越困難，重量也增加。同時，加大直徑還受到軸承 所允許的極限轉(zhuǎn)速的限制，甚至為印刷機(jī)結(jié)構(gòu)所不允許。 通常，卷筒前軸頸直徑 D1 可根據(jù)傳遞功率，并參考現(xiàn)有同類印刷機(jī)的 卷筒軸頸尺寸確定。查《金屬切削印刷機(jī)設(shè)計》第 506 頁表 5-12 中，幾 種常見的通用印刷機(jī)鋼質(zhì)卷筒前軸頸的直徑 D1，可供參考，如下表 2-3 所 示： 26 印刷機(jī)，查上表中對應(yīng)項，初取 D1= D2=30。 表 3-3 卷筒前軸頸直徑 D1的選擇 機(jī)床功率 （千瓦） 機(jī)床 1.47～2. 5 2.6～3. 6 3.7～5. 5 5.6～7. 3 7.4～11 11～14. 7 車床 60～80 70～90 70～105 95～130 110～14 5 140～16 5 銑床 50～90 60～90 60～95 75～100 90～105 100～11 5 外圓磨 床 — 50～90 55～70 70～80 75～90 75～100 3.7 卷筒軸承的選擇 根據(jù)前述關(guān)于軸承的選擇原則，查《金屬手冊》第 375 頁，選取前支承的 角接觸球軸承。 27 KOYO22311RHR 軸承參數(shù) d(內(nèi)徑):55mm ? OD(外徑):120mm ? B(厚度):43mm ? r(最小):2 ? Cr(額定動載荷):236kN ? Cor(額定靜載荷):264kN ? Grease(脂潤滑):3000rpm ? Oil(油潤滑):4000rpm 28 ? b_type(類別):球面滾子軸承 圖 3-6 軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)及安裝尺寸 3.8 軸承的選型及校核 3.8.1 確定軸承型號 軸承的類型有很多種，主要根據(jù)其承載情況和調(diào)心等要求，進(jìn)行選擇。 因為本課題設(shè)計的是膠印機(jī)滾筒設(shè)計，所以卷筒軸上軸承的轉(zhuǎn)速很高，負(fù) 荷很大，且工作時間很長，最主要的是，經(jīng)過很長時間工作后，會因為不 均勻磨損而產(chǎn)生不平衡附加作用力。軸承間距大，軸會產(chǎn)生撓曲，此外， 軸承的中心也難保證同心，因此選用調(diào)心滾子軸承。查表選出軸承型號 450918C, dxBxD=45X100X36 調(diào)心滾子軸承. 卷筒軸兩端支撐采用滾動軸承支撐，根據(jù)工況，每天工作 8 小時，單 向轉(zhuǎn)動，只有在被卡住故考慮不計。且由于軸的跨距較長，兩支撐軸承在 同心的要求，確定使用調(diào)心滾子軸承。 在根據(jù)安裝軸承段軸的直徑，以及軸的轉(zhuǎn)速和要求的傳遞的轉(zhuǎn)矩查機(jī) 械設(shè)計手冊表 6-2-77 可初步選用 450918C 型號的調(diào)心滾子軸承。 29 3.8.2 軸承的校核 上步選定軸承為調(diào)心滾子軸承 450918C（GB/T 288-1994）,，其額定 動載荷為 =1050 , =1830 ， =0.30， =2.3rCkNr0key (1)計算軸承的支反力 假設(shè)在工作過程中所受的力為 遠(yuǎn)大于卷筒軸的重力，故忽kNF136? 略重力不計，且根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)可看作軸承受力平均，得軸承的支反力 。NR50621? (2)計算軸承派生軸向力 查機(jī)械設(shè)計表 10.7，可得公式 )2/(yRS? 將 ， 代入公式，可得：3.yNR50621NS01?S? 由于軸承本身沒有軸向力的作用，則可得 A1A102 (3)計算軸承所受當(dāng)量當(dāng)量動載荷 軸承工作時有中等沖擊，由表 10.6 可查載荷系數(shù) 5.1?nf 因 查表得eR??506/1/ 0,1yx 根據(jù)公式 ，將數(shù)據(jù))(22YAXfp? 代入可得kNp851 kWP,3/?? 同理可得， Np852 (4)計算軸承壽命 由于 ，故任取一軸承計算，由表 10.3 取溫度系數(shù) =1?12 tf 有軸承壽命計算公式 )(601PCfnLrtk? 由于是滾子軸承取 ，將數(shù)據(jù)代入公式可得3/? 30 hLk1704? 則符合膠印機(jī)滾筒的使用要求，則可確定使用 450918C 型號軸承。 3.9 卷筒前端懸伸量 卷筒前端懸伸量 a 指的是卷筒前支承支反力的作用點到卷筒前端受力 作用點之間的距離，它對卷筒組件剛度的影響較大。懸伸量越小，卷筒組 件剛度越好。 卷筒前端懸伸量 a 取決于卷筒端部的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸，一般應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn) 選取，有時為了提高卷筒剛度或定心精度，也可不按標(biāo)準(zhǔn)取。 另外，卷筒前端懸伸量 a 還與前支承中軸承的類型及組合型式、工件 或夾具的夾緊方式以及前支承的潤滑與密封裝置的結(jié)構(gòu)尺寸等有關(guān)。 因此，在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，應(yīng)盡可能減小懸伸量 a，以利于提 高卷筒組件的剛度。 初算時，可查《金屬切削印刷機(jī)設(shè)計》第 158 頁，如下表 3-4 所示： 表 3-4 卷筒的懸伸量與直徑之比 類型 機(jī) 床 和 主 軸 的 類 型 a/ D1 Ⅰ 通用和精密車床，自動車床和短卷筒端銑床，用滾動軸承支 承，適用于高精度和普通精度要求 0.6～1.5 Ⅱ 中等長度和較長卷筒端的車床和銑床，懸伸量不太長（不是 細(xì)長）的精密鏜床和內(nèi)圓磨，用滾動和滑動軸承支承，適用于絕 大部分普通生產(chǎn)的要求 1.25～2. 5 Ⅲ 孔加工印刷機(jī)，專用加工細(xì)長深孔的印刷機(jī)，由加工技術(shù)決 定需要有長的懸伸刀桿或卷筒可移動，由于切削較重而不適用于 有高精度要求的印刷機(jī) 2.5 根據(jù)上表所列，所設(shè)計的印刷機(jī)屬于Ⅱ型，所以取 a/ D1為 1.25～2.5，即： 31 a=（1.25～2.5）D 1=（1.25～2.5）×30=37.5～75 初取 a=45。 3.10 卷筒支承跨距 卷筒支承跨距 L 是指卷筒前、后支承支承反力作用點之間的距離。 合理確定卷筒支承跨距，可提高卷筒部件的靜剛度。可以證明，支承 跨距越小，卷筒自身的剛度越大，彎曲變形越小，但支承的變形引起的卷 筒前端的位移量將增大；支承跨距大，支承的變形引起的卷筒前端的位移 量較小，但卷筒本身的彎曲變形將增大?？梢?，支承跨距過大或過小都會 降低卷筒部件的剛度。 有關(guān)資料對合理跨距選擇的推薦值可作參考： （1） L =（4～5）D 1合 理 （2） L =（3～5）a，用于懸伸長度較小時；合 理 （3） L =（1～2）a，用于懸伸長度較大時。合 理 根據(jù)此次設(shè)計的印刷機(jī)剛性卷筒的懸伸量較大，取 L ≤2.5a 為宜。合 理 即此次設(shè)計的卷筒兩支承的合理跨距 L ≤2.5a=2.5×120=300合 理 初取 L=280。 3.11 卷筒組件的驗算 卷筒在工作中的受力情況嚴(yán)重，而允許的變形則很微小，決定卷筒尺 寸的基本因素是所允許的變形的大小，因此卷筒的計算主要是剛度的驗算， 與一般軸著重于強度的情況不一樣。通常能滿足剛度要求的卷筒也能滿足 強度的要求。 剛度乃是載荷與彈性變形的比值。當(dāng)載荷一定時，剛度與彈性變形成 32 反比。因此，算出彈性變形量后，很容易得到靜剛度。卷筒組件的彈性變 形計算包括：卷筒端部撓度和卷筒傾角的計算。 3.11.1 支承的簡化 對于兩支承卷筒，若每個支承中僅有一個單列或雙列滾動軸承，或者 有兩個單列球軸承，則可將卷筒組件簡化為簡支梁，如下圖 2-8 所示；若 前支承有兩個以上滾動軸承，可認(rèn)為卷筒在前支承處無彎曲變形，可簡化 為固定端梁，如圖 3-9 所示： 圖 3-8 卷筒組件簡化為簡支梁 圖 3-9 卷筒組件簡化為固定端梁 此次設(shè)計的卷筒，前支承選用了一個雙列向心短圓柱滾子軸承和兩個 推力球軸承作為支承，即可認(rèn)為卷筒在前支承處無彎曲變形，可簡化為上 圖 3-9 所示。 33 3.11.2 卷筒的撓度 查《材料力學(xué) I》第 188 頁的表 6.1，對圖 2-9 作更進(jìn)一步的分析，如 下圖 2-10 所示： 根據(jù)圖 2-10，可得此時的最大撓度 =maxB?EIF3-l 其中， F—卷筒前端受力。此處，F(xiàn)=F =1213.1NZ l—A、B 之間的距離。此處，l=a=12cm θ 圖 3-10 固定端梁在載荷作用下的變形 E—卷筒材料的彈性模量。45 鋼的 E=2.1×10 N/cm72 I—卷筒截面的平均慣性矩。當(dāng)卷筒平均直徑為 D，內(nèi)孔直徑為 d 時， I= 。此處，D=3564d-）π （ D 故可計算出，卷筒端部的最