平版印刷机递纸机构的设计与研究

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3.0 赵德峰 2024-11-19 4 4 1.78MB 68 页 15积分
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目 录
摘要
ABSTRACT
目 录 .................................................................................................................................1
第一章 绪论 .....................................................................................................................1
§1.1 平版平版印刷机现状及趋势概述 .....................................................................1
§1.2 本课题的研究背景、目的和意义 .....................................................................1
§1.3 本文的组织结构 .................................................................................................3
第二章 递纸机构设计研究系统 .....................................................................................4
§2.1 递纸机构设计与研究系统流程 ........................................................................4
§2.1.1 递纸机构的设计模块 ...................................................................................4
§2.1.2 递纸机构的虚拟试验模块 ...........................................................................5
§2.2 小结 ....................................................................................................................6
第三章 PZ1020 平版印刷机递纸机构类型的选取 .......................................................7
§3.1 概述 .....................................................................................................................7
§3.2 递纸机构的分类 .................................................................................................7
§3.3 递纸机构类型的选取 .........................................................................................9
§3.3.1 PZ1020 型平版印刷机原递纸机构 .............................................................9
§3.3.2 PZ1020 型平版印刷机递纸机构改进后的类型 .........................................9
§3.4 小结 ...................................................................................................................11
第四章 PZ1020 平版印刷机递纸机构的设计 .............................................................12
§4.1 概述 ...................................................................................................................12
§4.2 构建递纸机构运动规律 ...................................................................................12
§4.2.1 递纸机构运动过程分析 ............................................................................12
§4.2.2 递纸机构运动规律的选择 ........................................................................14
§4.3 构建共轭凸轮轮廓曲线 ...................................................................................29
§4.3.1 主凸轮轮廓曲线确定 ................................................................................29
§4.3.2 主凸轮轮廓压力角确定 ............................................................................30
§4.3.3 副凸轮轮廓线的计算 ................................................................................30
§4.3.4 副凸轮轮廓压力角确定 ............................................................................31
§4.3.5 主副凸轮安装角 ........................................................................................31
§4.4 定心下摆式递纸机构的参数化设计 ...............................................................32
§4.5 小结 ...................................................................................................................34
第五章 基于共轭凸轮尺寸误差引起的振动分析 .......................................................35
§5.1 概述 ...................................................................................................................35
§5.2 Pro/E 对递纸机构的三维实体建模与虚拟装配 ............................................ 35
§5.2.1 递纸机构实体模型分析 ............................................................................35
§5.2.2 Pro/E 建立递纸机构实体模型 .................................................................. 36
§5.2.3 虚拟装配 .....................................................................................................38
§5.3 利用 ADAMS 对递纸机构的仿真 .................................................................. 39
§5.3.1 导入递纸机构模型 ....................................................................................39
§5.3.2 测试图分析 ................................................................................................41
§5.4 小结 ..................................................................................................................45
第六章 基于 ANSYS 的共轭凸轮机构振动模态分析 ............................................... 47
§6.1 概述 ...................................................................................................................47
§6.2 模态的基本概念 ...............................................................................................47
§6.3 共轭凸轮的模态分析过程 ...............................................................................48
§6.3.1 共轭凸轮的模态分析流程 .........................................................................48
§6.3.2 共轭凸轮的模态分析结果 .........................................................................48
§6.4 小结 ...................................................................................................................51
第七章 总结 ...................................................................................................................52
§7.1 总结 ...................................................................................................................52
§7.2 展望 ...................................................................................................................52
附录 .................................................................................................................................54
参考文献 .........................................................................................................................65
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .............................................67
致 谢 ...............................................................................................................................68
第一章 绪论
1
第一章 绪论
印刷术是我国古代四大发明之一，对人类的文明、社会的进步做出了巨大贡
献。印刷是信息交流、传播文化和科技知识的手段，同时也是一个国家的重要的
宣传工具，它与人们的日常生活密切相关，除了水和空气都可以印刷，任何人都
离不开它。印刷工业是一个朝阳产业，不会衰落。印刷工业可以看成是一个国家
经济发达和精神文明程度的标志。在发达国家，印刷工业产值按工业产值排位，
均排在前十位，其产值占 总产值的 1%以上。因此，印刷工业不仅本身创造了经
济效益，而且为推动本国他国家的经济发展，促进商业销售，对内对外交流做出
了重要贡献。在我国印刷工业正蓬勃发展地向前发展，有着广阔的前景[1]。
§1.1 平版平版印刷机现状及趋势概述
随着经济的发展和人们生活水平以及审美要求的提高，印刷品作为一种商品
必须满足人们的这种要求，而印刷机作为印刷品的实现设备在印刷行业占有举足
轻重的地位。目前，在中国印刷机市场上，高端的印刷机可以说仍被国外企业垄
断着（例如海德堡，罗兰，高斯，小森，三菱等），当然国内外的差距是多方面的，
金属材料、加工工艺、制造水平、生产管理、机械设计等等方面都制约着我国的
印刷机的生产水平。不过经过多年的努力，国内的一些企业如光华、北人、高斯
等在各方面都取得了很大的进步，缩小了与国外企业的差距。
印刷机的发展趋势正向着高速化、轻量化、智能化的方向发展。对比国内外
印刷机，现在国外的平版印刷机正常的印刷速度已经达到了 12000 张/小时，而国
产的平版印刷机的速度还很难突破 10000 张/小时，关键国产平版印刷机在高速印
刷时，套印精度较差和故障率比较高。影响印刷机精度的原因有很多，但是平版
印刷机中机构的振动是主要因素之一，主要体现在纸张的定位、纸张的交接、滚
筒的咬纸等部件上[2]。
§1.2 本课题的研究背景、目的和意义
就平版印刷机而言，可将其组成大致归纳为三个大部分，输纸部分、印刷部
分、收纸部分。如图 1-1 所示。
平版印刷机递纸机构的设计与研究
2
图1-1 平版印刷机的组成
在输纸部分中，最重要的就是递纸机构。平版印刷机的印刷速度、套准精度
以及印品的质量与递纸机构密切相关。如果递纸机构运动不当，就会出现递纸牙
运动不平稳，咬纸错位，套印不准，甚至无法印刷，因此，递纸机构的选择和设
计至关重要。
PZ1020 型四色平版印刷机是光华印刷机械有限公司自行设计、制造生产的大
四开规格印刷设备。如图 1-2 所示。
图1-2 PZ1020 型平版印刷机
PZ1020 最早采用的是直接加速递纸方式。该平版印刷机的最高印刷速度为
8000 张/小时，而目前市场上早有 12000 张/小时的平版印刷机，如果强制将 PZ1020
平版印刷机印刷速度提高至 12000 张/小时，会出现咬纸误差，套印不准，甚至无
法印刷，因此难以在较高速印刷时保证较高的印刷质量。直接加速递纸方式是在
输纸板上前进的纸张被前规挡住，经前规、侧规定位以后，停在输纸板上。压印
滚筒上的咬纸牙再经过交接的点的一瞬间，咬住纸张，将纸张带入印刷单元。这
种递纸方式的缺点在于纸张停在输纸板上时，速度为零。从理论上来分析以及实
际效果中的反映，这种递纸方式对纸张造成很大的冲击。对印品质量是非常不利
的。实践表明，印刷机高速运转时对机体产生的振动将会使印刷机的印刷质量受
到很大影响。印刷机高速印刷时的稳定性，直接影响到印刷质量的好坏[3-4]。
印刷过程是一个非常复杂的系统，是由相互联系又相互作用的多个要素及印
刷机各部分系统组成的。产生振动的根源是：外在环境条件的变化；加工精度的
偏差；原始印刷材料的不均匀性；机器工作状态的偏差；机械磨损以及其他原因[5-8]。
递纸机构一般包括传纸滚筒、递纸牙排、凸轮机构等。其中凸轮机构的设计
与制造的精度对递纸机构的影响相当大，甚至会使递纸机构出现噪音与振动，从
第一章 绪论
3
而影响机构的正常运转。
本文从递纸机构的工作原理出发，对PZ1020平版印刷机的递纸机构重新进行
了设计与分析，使得该平版印刷机在12000张/小时印刷速度下能够平稳工作，并通
过虚拟试验来检测在实际加工时的凸轮是否满足要求。这为将来进行平版印刷机
递纸机构的优化，缩小国产印刷机与世界先进水平之间的差距，替代进口，扩大
出口，走向国际大市场，奠定了良好的基础。
§1.3 本文的组织结构
为了很好地解决递纸机构设计及研究，本文对递纸牙运动规律和共轭凸轮设
计，虚拟样机验证设计和模态分析等方面做了较为详细的讨论。
论文的结构安排如下：
第一章绪论部分主要介绍了平版印刷机的研究现状和发展趋势，分析了本文
的研究背景和现实意义，以及本文的工作重点和结构安排。
第二章本文将研究内容提出方案，该方案由递纸机构设计和振动原因分析两
个模块组成，分别讲述了两个模块之间的关系以及如何实现。
第三章阐述了递纸机构的分类，然后比较各种递纸机构的优缺点并结合
PZ1020 自身特点，为 PZ1020 选择了一种能提高印刷速度和平稳性能的递纸机构。
第四章分析了几种适合高速的凸轮从动件运动规律，通过比较选用五次多项
式来拼接出递纸牙的运动规律曲线，根据递纸牙运动规律设计出共轭凸轮，最后
对整个递纸机构的分析过程进行参数化设计，根据不同的初始参数，可方便地得
到满足工作要求的新的凸轮轮廓。
第五章阐述了凸轮轮廓尺寸误差引起的振动将会是凸轮机构产生振动的主要
原因，本章采用虚拟试验的方法模拟不同尺寸精度下递纸机构的运动情况，从而
找出一个合理的尺寸精度和离散点的密度，使递纸机构在实际运动时的运动规律
符合于设计要求，保证了数据输出的精确度。
第六章运用 ANSYS 软件对前面章节设计出的共轭凸轮进行了模态分析，求出
了固有频率，并与激振力的频率做出比较，判断所设计出的机构是否与激振力发
生共振。
第七章对全文做出总结及对今后研究做出展望。
平版印刷机递纸机构的设计与研究
4
第二章 递纸机构设计研究系统
本章针对递纸机构的设计与研究，建立了一种能够自动分析设计结果是否满
足设计要求的系统，这种系统是基于各种计算机辅助软件可以通过接口和编程来
实现。
§2.1 递纸机构设计与研究系统流程
该设计与研究系统主要包括递纸机构设计模块和试验模块。程序的流程如图
2-1 所示，在设计模块中，我们可以得到满足理论要求的共轭凸轮并输出数据。在
试验模块中，对保存的数据进行检验，对机构进行虚拟样机试验，查看是否满足
实际要求。
系统
设计模块
递纸牙运动规律
满足凸轮
设计
共轭凸轮设计
试验模块
压力角检验
加工误差振动分析
模态分析
N
Y
图2-1 系统流程图
§2.1.1 递纸机构的设计模块
模块的需求设计：
递纸机构的共轭凸轮参数化设计必须具备以下功能：
（1） 友好的用户界面；
（2） 数据的读入、处理和运行要准确，有较高的可靠性；
（3） 经过计算给出的数据和曲线图要直观，
设计流程如图2-2所示：
摘要：

目录摘要ABSTRACT目录.................................................................................................................................1第一章绪论.....................................................................................................................1§1.1平版平版印刷机现状及趋势概述..................

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