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1、1 绪论从20世纪70年代末、80年代初我国引进不干胶标签印制技术起，随着我国社会主义市场经济的不断发展，不干胶标签印刷已进入发展黄金时期，而国内的不干胶标签印刷机的制造也从无到有，在规格、品种、性能等方面都有了突飞猛进的发展，赶上并达到了国际先进水平。随着国内包装装潢印刷业的不断发展，不干胶标签印刷逐渐地占据了越来越大的市场，在我国不干胶标签由20世纪70年代的稀奇之物，变为今天人们生活中随处可见的物品，成为各种商品标签的首选，广泛地应用于各种商品以及广告宣传、超市商店、邮政运输以及防伪等方面。同时，市场对不干胶标签印刷的质量也有了更高的要求，很显然也推动了不干胶标签印刷机的制造，使其有了较
2、大的发展。 随着改革开放的深人发展,我国对外贸易的迅速扩大, 包装印刷更加引起人们的重视。不断扩大的市需求, 使得模切压痕、凹凸压印技术及设备越来越广泛应用于包装盒、纸箱、商标的制作。模切机尤其是自动模切机获得了空前的发展机遇, 国产自动模切机已成为印后加工设备中发展最快、技术含量及自动化程度最高, 与国外先进机器差距最小的印后加工设备之一。1.1 不干胶标签印刷机简介不干胶印刷是目前应用广泛的印刷技术，不干胶标签印刷是以纸张、薄膜或特种材料为面料，背面涂有粘合剂，以涂硅保护纸为底纸的一种复合材料，并经印刷、模切等加工后成为成品标签。应用时去掉底纸只需轻轻一按，即可贴到各种基材的表面，也可使用
3、贴标机在生产线上自动贴标。不干胶标签印刷大多采用凸版印刷，多为平压平型或圆压平型压印方式。标签印刷大多数为块和线条印刷，对油墨得需求量较大。这就要求传墨量较大；不干胶印刷表面光滑，承印物的密度较大，印刷后墨层不易结膜，容易出现蹭脏的现象，除了合理的选用亮光快干油墨外，还要注意控制印刷环境温度和印刷速度。1.2 模切机简介模切压痕技术是按模型压痕和按模版压切两种技术的综合统称，其原理是在定型的模具之内，通过施加压力的大小，使印刷载体纸张受力陪位产生压缩变形或是断裂分离。模切机的主要机件是模切版台和压切机构。被加工板料就是处于这二者之间，在压力作用下完成模切的的整饰技术处理。模切压痕版有不同的类型
4、和相对应的压切机构，使模切机分为平压平型、圆压平型和圆压圆型三种基本类型。国产模切机在七十年代时以立式平压平机型为主, 该机型自动化程度低, 模切质量不高, 但由于价格低廉、易调整、适于小批量生产, 所以至今应用仍相当广泛。八十年代以来,由于包装印刷的发展, 需求的急剧增加, 通过引进、消化、吸收外国先进模切技术及设备,国产自动模切机尤其是卧式自动平压平模切机、模切烫金两用机发展成为主流机型。 平压平自动模切机经过近二十年的发展, 国内模切机制造企业, 最具代表性的是唐山玉印公司和上海亚华公司。它们已从原来的测绘仿制, 逐步走上了以自主开发为主的发展道路。目前国内模切机厂家还有不少, 上海亚华
5、、唐山玉是其中的佼佼者, 其模切机的共同特点为自动化程度高, 普遍采用先进的变频控制器调速,整机控制采用可编程序控制器, 有的机型还采用程序控制操作显示器（人机界面）控制, 动态显示机器的运行状态及故障模切速度快、精度高, 产品适用性强, 可以满足各种包装材料模切压痕的需要。1.3 设计目的和意义本课题的目的在于充分掌握平压模切机的基本原理的前提下，借鉴国内外先进模切设备的经验,对其进行结构设计和仿真分析。我国不干胶标签印刷始于20世纪70年代末期，随着不干胶标签的行业的高速发展，其模切部件压印机构、纵切部件和横切部件设计上的一些缺陷限制了标签印刷机的生产发展。例如：1.设计不当，模切压力过大
6、，出现爆线、“暗线”。这是一个模切中的常见设计缺陷。2.设计不合理，空行程过大，影响模切的速度和精度。3.前后定位摆架定位距离过小，影响模切的速度和精度。4.切刀设计不当，产生印品横切断产生歪、斜、不平整的等现象。5.由于分条数设计不合理，分成条后印品杂乱，不均匀。所以此次课题对这方面的研究对于提高印刷模切机的生产效率、降低生产成本以及减少机器故障等方面有着重要意义。1.4 设计内容1.了解不干胶标签印刷机的模切部件的模切机构及后续的纵切部件及横切部件工作原理及传动系统设计，拟定传动系统图；2.完成主要机构的设计计算和结构设计；3.关键零部件的结构设计计算；4.绘制各部件装配图和主要零件图；5
7、.利用Solidwoks、Pro/E或ADAMS软件对模切机构部分进行仿真分析。1.5 设计数据模切类型：平压模切模切速度：3600-6000imp/h卷筒纸宽度：230mm最大进纸长度：200mm最大模切面积：180220电机功率：2.2kw工作台高度：1200mm2 模切机工作原理分析模切是在压力作用下完成的，所以模切部件的最重要的机构就是压印机构。目前，国内最多的压印机构为双肘杆机构，该机构具有在曲柄旋转一周的过程中，活动平台能两次到达最高极限位置（又称“死点”）的传动特性。模切时，由上板框和模切板组成的下平台不动，上平台通过主传动系统和肘杆压力机构由最低点到最高点逐渐上升，往复运动。在
8、活动平台到达“死点”时，模切压力最大，此时肘杆伸直，压力将垂直地传递给机座，连杆和曲柄不受力，有效降低了连杆和曲柄的载荷峰值。模切机肘杆机构机构简图如图2.1所示。曲柄5做匀速圆周运动,带动连杆1、2摆动,从而带动肘杆6、7摆动,使绞接在肘杆上的活动平台8在导向滑块9的限制下做上下起伏运动。此机构的自由度为1,且只有一个原动件曲轴5,所以该机构有确定的运动。图中,肘杆1和连杆3及曲轴5,肘杆2和连杆4及曲轴5均构成二级杆组,杆件6、7及杆件8则构成一个三级杆组。图2.1 双肘杆机构简图3 传动装置的总体设计3.1 传动系统的拟定模切机构系统传动如图2.3所示，机构由电机1驱动，经减速器2减速，
9、通过链轮传动3和齿轮传动到达偏心轮4，由偏心轮4带动连杆摆动，实现模切台上下运动。图3.1 模切机构传动系统简图1-电机 2-减速器 3-链传动 4-偏心轴3.2 选择电机(1)选择电动机系列按工作要求及工作条件，选用三相异步电动机，封闭式扇式结构，即：电压为380V Y系列的三相交流电源电动机。(2)选择电机功率电动机的额定功率：（3）确定电动机转速模切速度为3600-6000imp/h,即偏心轴转速要求为60-100r/min，故电动机转速要求不高即可满足工作需求。（4）确定电动机型号根据以上数据要求，查机械设计课程设计手册表12-1，选择电动机型号为Y100L1-4，电动机技术参数如下：
10、 额定功率：2.2kw，同步转速：1500r/min，满载转速：1410r/min,质量：32kg3.3 各级传动比确定一级传动为减速器传动,减速器型号为XWD4-11-2.2kw摆线针轮减速机，传动比为：二级传动为链传动，传动比为：三级传动为齿轮传动，传动比为：四级传动为齿轮传动，传动比为：五级传动为齿轮传动，传动比为：六级传动为齿轮传动，传动比为：七级传动为齿轮传动，传动比为：总传动比：四级传动为齿轮传动，传动比为：3.4 计算传动装置的运动和动力参数3.4.1 传动装置效率传动装置总效率： 模切机构传动系统由减速、联轴器、链传动、齿轮传动、轴承、铜套等组成，查机械设计课程设计手册表1-7
11、确定各部分效率如下： 减速器传动效率： 联轴器传动效率：轴承传动效率：铜套传动效率：链传动传动效率： 齿轮传动效率：(精度八级)3.4.2 传动装置各轴转速、功率、转矩将传动装置各轴由高速到低速依次定为轴1、轴2、轴3、轴4、轴5、轴6、轴7、轴8。如图3.23.2图 传动装置各级转轴轴1：，轴2：，轴3：，轴4：，轴5：，轴6：，轴7：，轴8：，4 齿轮的设计计算将传动装置各轴上齿轮由高速轴到低速轴依次定为齿轮1、齿轮2、齿轮3、齿轮4、齿轮5、齿轮6。本设计重点对齿轮5和齿轮6进行设计校核。4.1 选定齿轮的类型、精度等级、材料及齿数(1)由工作情况、加工因素等条件考虑选用标准直齿圆柱齿轮
12、传动。(2)模切机为一般工作机械，速度不高且运转平稳，要求精度一般，选用八级精度。(3)材料选择查机械设计表10-1选择小齿轮材料为40Cr(调质处理)硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢(调质处理)硬度为240HBS。(4)齿数的选择根据实际情况选择小齿轮齿数为=25，大齿轮齿数为=225=504.2按齿面接触强度计算由设计公式进行计算4.2.1 确定公式内的各计算数值(1)试选载荷系数1.3(2)计算小齿轮的转矩89.70(3)由表选取齿宽系数1(4)查机械设计表10-6得材料弹性系数189.8MPa(5)查机械设计图10-21d按齿面硬度查得：小齿轮的接触疲劳强度极限600Mpa;大齿
13、轮的接触疲劳强度极限550mpa(6)由公式计算应力循环次数 (7)查机械设计图10-19得接触疲劳寿命系数，(8)计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数为1，由公式4.2.2 计算（1）计算小齿轮分度圆直径，带入中较小值（2）计算圆周速度V（3）计算齿宽b （4）计算齿宽于齿宽之比b/h模数：齿高： （5）计算载荷系数根据,8级精度，查机械设计图10-8得动载系数1.05;直齿轮，假设。由表查得查机械设计表10-2得使用系数为1；查机械设计表10-4得8级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时：由b/h11.12，,查机械设计图10-13得故载荷系数（6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆
14、直径，由公式得 （7）计算模数m 4.3 按齿根弯曲强度计算由弯曲强度计算公式为4.3.1 确定公式内的各计算数值(1)查机械设计图10-20c得小齿轮的弯曲疲劳强度极限大齿轮的弯曲疲劳强度；（2）由图查得弯曲疲劳寿命系数（3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数.，由公式得（4）计算载荷系数K K=1.764（5）查取齿形系数查机械设计表10-5得,（6）查取应力校正系数查机械设计表10-5得,（7）计算大、小齿轮的并加以比较大齿轮的数值大4.3.2 设计计算 2.78对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m小于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数2.78并就近圆整为标准值m=3，按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数 大齿轮齿数4.4 几何尺寸的计算（1）计算分度圆直径 （2）计算中心距 （3）计算齿轮宽度 综合实际取，4.5 验算 ，合适4.6 结构设计及绘制齿轮零件图大小齿轮均选用实心式结构尺寸如下：图4.1 小齿轮图4.2 大齿轮4.6 其它齿轮设计 根据齿数比求出其
