P740平版印刷机咬牙机构的设计与分析

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3.0 陈辉 2024-11-19 6 4 4.47MB 73 页 15积分
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摘 要
印刷业的发展对于人类文明的传承是具有重要意义的，随着近代科技的不断
发展，越来越多的印刷机被生产制造出来，高速化、数字化、多功能化已是当今国
际上印刷机制造商不断追求的目标，而我国的印刷机械制造业也得到了快速发展
在许多方面都取得了可喜的进步。
P740 四色平版印刷机是上海光华印刷机械有限公司自主研发生产的印刷设备。
该印刷机的最高印刷速度是 8000 张/小时，为了适应市场的需求，提高市场竞争
力，光华厂决定对传统的 P740 机型进行改进设计，以提高 P740 平版印刷机的印
刷速度，使其印刷速度能达到 13000 张/小时。因此如何在提高印刷速度后，仍能
保证印刷机构的工作要求，并且最大限度的降低机构的振动与噪音将是目前平版
印刷机通往高速化道路上的一大障碍。
本文将针对 P740 平板印刷机在提高印刷速度后存在的振动与噪音问题，结
合参考文献及相关资料对印刷机的振动噪音的产生原因进行分析总结。并就压印
滚筒上的咬牙机构改进问题进行具体的分析，找出解决高速运行下该机构产生振
动问题的切入点。对传统咬牙机构进行改进设计，利用 MATLAB 和Pro/E 两个软
件辅助咬牙机构的优化设计。在咬牙机构中的咬牙运动曲线进行了对比选择，并
选用了修正梯形曲线来作为改进后 P740 咬牙机构的运动曲线。并对改进后的咬牙
机构进行运动学分析、受力分析以及弹性动力学分析，说明了新型咬牙机构的合
理性和运动平稳性。最后对咬牙机构进行模态分析，以证明改进后的咬牙机构在
工作时不会产生共振。从而说明了在对 P740 传统机型机型改进后，速度在达到
13000 张/小时的同时，也达到咬牙机构减振降噪的目的。这对于实现平版印刷机
的高速化是有很大参考价值的。
关键词：平版印刷机 改进设计 MATLAB Pro/E 减振降噪
ABSTRACT
The development of the printing industry, heritage of human civilization is of great
significance.With the continuous development of modern technology, more and more
printers are manufactured out of high speed, digital, multi-functional technology is a
current international press manufacturers continue to pursue the goal. The printing
machinery industry of China has also been rapid development in many areas have made
gratifying progress.
P740 four-color offset printing is the Shanghai Guanghua Printing Machinery Co.,
Ltd. independent research and development production of printing equipment. The
printing presses of the highest printing speed of 8,000 sheets / hour, in order to meet
market demand, increase market competitiveness, Guanghua Chang decided to improve
the traditional design models P740, P740 lithographic printing press in order to improve
the printing speed, print it Speed can reach 13,000 / hour. So how to improve printing
speed, the printer can still ensure that the work requirements, and maximize the
reduction of body vibration and noise will be the current high-speed offset printing
presses on the road leading to a major obstacle.
This article aims to P740 plate after printing to improve the printing speed of
vibration and noise problems exist, combined with references and information on the
printing press of the vibration causes the noise were analyzed and summarized. And to
bite on the impression cylinder institutions to improve the analysis of specific issues,
find a solution to high speed vibration problems of the institution under the entry point.
Bite the organizations to improve the traditional design, using MATLAB, and Pro / E
two software Optimal Design of supporting teeth. Finally, the modal analysis of teeth
institutions to demonstrate the improved bite the organizations at work will not produce
resonance. Which shows the traditional models in the P740 model improved, the rate of
13,000 pieces / hour, but also to bite the body vibration and noise reduction purposes.
This is to achieve high-speed offset printing press is of great reference value.
Key Words:Offset printingpress,Improved design,
MATLAB,Pro/E,Reducing vibration and noise
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪 论......................................................1
§1.1 引言......................................................1
§1.2 平版印刷机................................................1
§1.2.1 平版印刷机发展现状 ...................................1
§1.2.2 平版印刷机产生振动噪音的原因分析 .....................2
§1.3 本课题的研究背景、目的和意义..............................3
§1.4 P740 印刷机滚筒装置咬牙机构...............................5
§1.4.1 咬牙机构的分类 .......................................6
§1.4.2 P740 压印滚筒咬牙机构工作原理 ........................7
§1.5 本课题研究的主要内容......................................8
§1.6 小结......................................................9
第二章 P740 咬牙机构的凸轮参数设计...............................10
§2.1 凸轮曲线的选择...........................................10
§2.1.1 通用凸轮曲线 ........................................10
§2.1.2 修正梯形曲线.........................................13
§2.1.3 修正梯形曲线与正弦曲线的比较 ........................14
§2.1.4 凸轮加速度、速度、和位移曲线的推导 ..................16
§2.2 凸轮轮廓曲线的求解.......................................18
§2.2.1 设计简图与公式推导 ..................................18
§2.2.2 编程与计算 ..........................................20
§2.2.3 压力角的校验 ........................................23
§2.3 小结.....................................................25
第三章 P740 咬牙机构的运动学分析.................................25
§3.1 运动学的研究方法.........................................25
§3.2 P740 咬牙机构运动分析方法................................25
§3.3 P740 咬牙机构相对运动分析................................27
§3.3.1 相对运动分析的理论基础 ..............................27
§3.3.2 相对角位移分析 ......................................28
§3.3.3 相对角速度、角加速度和角跃度分析 ....................29
§3.3 P740 咬牙机构绝对运动分析................................31
§3.3.1 摆杆的绝对角速度分析 ................................31
§3.3.2 摆杆的绝对角加速度分析...............................33
§3.4 小结.....................................................36
第四章 P740 咬牙机构的受力分析...................................36
§4.1 凸轮强度的设计计算.......................................36
§4.2 咬牙轴的受力分析.........................................37
§4.2.1 咬牙对咬牙轴的作用力.................................37
§4.2.2 惯性力对咬牙轴的扭矩分析.............................37
§4.2.3 弹簧对咬牙轴的预紧力.................................38
§4.3 咬牙轴的刚度校核.........................................39
§4.4 小结.....................................................41
第五章 P740 咬牙机构的弹性动力分析...............................42
§5.1 概述.....................................................42
§5.2 P740 咬牙机构的弹性动力学模型............................42
§5.2.1 P740 咬牙机构各构件等效动力模型的建立................42
2
§5.2.2 弹性动力学模型的简化.................................46
§5.3 P740 咬牙机构各构件等效动力模型的分析....................47
§5.3.1 工作端动态响应方程的建立.............................47
§5.3.2 工作端动态响应方程的求解.............................49
§5.4 小结.....................................................50
第六章 P740 咬牙机构的建模与有限元分析...........................51
§6.1P740 咬牙机构模型的建立...................................51
§6.2 凸轮建模.................................................52
§6.2.1 生成.ibl 文件..........................................53
§6.2.2 导入.ibl 文件..........................................54
§6.3P740 咬牙机构的模态分析...................................54
§6.3.1 模态分析概述.........................................54
§6.3.2 对咬牙轴的模态分析...................................54
§6.4 小结.....................................................58
第七章 总结......................................................59
§7.1 总结.....................................................59
§6.2 展望.....................................................60
附录一...........................................................61
附录二...........................................................64
附录三...........................................................69
参考文献.........................................................70
第一章 绪论
第一章 绪论
§1.1 引言
随着社会科学技术水平的不断提高，我国的平版印刷机械工业也在不断地发
展进步，从最初期的结构设计简单，印刷速度太低，印刷色数单一到现在的结构
复杂化，印刷速度大幅度提高，印刷色数不断增加，从而在一定程度上满足了我
国国内市场的需求。但是我国与国外平版印刷机械的发展相比，仍然有着很大的
距离，无论是在生产效率，精度，机器使用寿命等方面上都无法与国外先进水平
相比，而在导致这种差距的诸多因素中，印刷机械关键部位的性能分析与研究是
非常重要的，其中就包括咬牙开闭机构的设计，它作为单张纸印刷机的重要部件
其结构、精度、运动和动力性能必然会影响到印刷机的速度，印品的套印精度等。
因此以印刷机结构出发，改善印刷机结构性能，提高印刷机的印刷质量和印刷效
率显得十分重要。
§1.2 平版印刷机
§1.2.1 平版印刷机发展现状
随着世界制造中心向亚洲的转移，以及中国市场存在的巨大潜力，越来越多
的外资企业将目光转向了中国的印刷市场。海德堡、当纳利等大型企业均在内地投
资建厂。目前，中国印刷业已初步形成三大印刷产业带：以广东为中心的珠三角
印刷产业带、以上海、江浙为中心的长三角印刷产业带，以京、津为中心的环渤海
印刷产业带[1]。在众多行业中，印刷业已成为一个名副其实的朝阳行业。而适合不
同印刷的印刷机也被不断地从国外引进或在本国设计制造。
在这种大环境下，平版印刷机速度快、印刷周期短、印品质量好、色调丰富等
优点使平版印刷在印刷工业中所占的比例大大超过了其他印刷方式。随着印刷技
术不断提高，平版印刷机也不断完善，向高速、多色、自动化方面发展很快。品种
规格多样化，产品质量和自动化程度也不断提高，达到了新的水平。目前国外的
平版印刷机正常的印刷速度已经达到了15000张/小时[2]，而国产的平版印刷机速
度仍然很难突破10000张/小时，如果强制将速度提高到10000张/小时以上，印刷
机产生很大的振动，不仅会影响套印精度，而且因为振动产生的噪音会恶化工作
环境，不利于生产的进行。
1
第一章 绪论
§1.2.2 平版印刷机产生振动噪音的原因分析
平版印刷机在实际生产中被称为胶印机，它的印刷全过程是：纸张由自动输
纸装置输送到前规、侧规处定位，再由递纸牙传给压印滚筒，经橡皮滚筒和压印
滚筒之间的挤压，将印版传给橡皮滚筒的图文墨层转印到纸张上，完成印刷后的
纸张由压印滚筒再交给收纸装置。下面我们从印刷机的递纸系统、印刷系统和收纸
系统分析它们的振动原因。
首先对于递纸系统来讲，纸张在输纸板上经前规、侧规定位以后，停在输纸
板上。递纸机构的咬纸牙在经过交接点的一瞬间，咬住纸张，将纸张带入印刷单
元。这样就会出现一个问题，当纸张停在输纸板上时，速度为零，从理论分析和
实际生产中的效果来看，当递纸机构咬牙咬住纸张是从零开始突然提速时，纸张
容易在咬牙闭合之前发生滑移现象，从而引起传递误差，严重时纸张的叼口处会
被撕裂，这种递纸方式必然对纸张造成很大的冲击，对印品质量是非常不利的
[3]；
其次，对于印刷系统来讲，滚筒咬牙机构的咬牙准确咬住由递纸牙传递过来
的纸张并裹覆到滚筒表面，待纸头运动到压印滚筒时，将纸张准确的交给压印滚
筒进行后续印刷[4]。但是为了提高生产效率，印刷机都会面临一个提速问题，当印
刷机在高速情况下工作时，滚筒上的咬牙机构因为滚子与凸轮的撞击产生的振动
与噪音会很大，极大的恶化了车间的工作环境。然而在很多时候，企业的工程人
员都是按照机构功能进行简单的设计和分析，而忽略了机器的速度因素，甚至依
靠经验进行类比设计，实际上，随着印刷机速度提高，滚筒上的咬牙机构运动状
态和运动规律对功能实现的影响会越发明显。
最后，对于收纸系统来讲，单张纸平版印刷机的收纸工作主要由收纸牙排来
完成，在正常工作时，收纸牙排按一定的运动规律把每纸张从最后一色组的压印
滚筒或传纸滚筒上接收过去，传递并堆放在收纸台上。在收纸系统的工作过程中
产生噪音的主要原因有：在纸张从压印滚筒交接给收纸牙排的时候，收纸链条上
的咬牙垫在交接点上的线速度与压印滚筒上的牙垫线速度不相等，从而不能正常
交接纸张，并且容易产生噪音；导轨通过控制收纸链条的行程路线来控制咬牙排
的运行，在导轨的弯曲转角的地方圆弧过渡太小，从而在高速下导致咬牙链排对
导轨产生冲击，从而影响牙排的运动平稳性，加速了导轨和链条的磨损，也不易
提高牙排的运行速度[5,6]。
§1.3 本课题的研究背景、目的和意义
2
P740 平版印刷机咬牙机构的设计与分析
图1-1 P740 型四色平版印刷机
P740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1-1所示，随着市场需求的增加和客户的要求，该机型的技
术改进早已被提上日程，厂方通过对传统P740印刷机的实际运作情况进行实验分
析后，发现的具体问题为：如果将P740平版印刷机印刷速度提高至13000张/小时，
印刷机振动噪音问题会加剧，影响了印刷精度，并且破坏了生产环境，不利于生
产的顺利进行。
而本课题的项目来源就是上海光华印刷机械有限公司P740四色平版印刷机的
技术改进项目，根据上一章节对平版印刷机各个系统分析，目前对传统 P740平版
印刷机提速以后递纸系统和收纸系统出现的噪音问题已经被解决，具体的解决方
案为：
(1) 递纸系统，放弃传统P740递纸机构所采用的直接递纸方式，如图1-2a，采
用间接递纸方式，如图1-2b，即加入一个递纸牙，让递纸牙先在静止状态下咬住
经前规和侧规定位好的纸张，然后带着纸张加速，在与压印滚筒相等速度的情况
下交接纸张，间接递纸机构的好处就是改善了纸张的传递稳定性，避免了纸张受
冲击而导致套印精度的降低，间接递纸机构是以凸轮作为驱动件，通过摆杆带动
递纸牙轴做旋转，从而控制递纸牙完成递纸工作。
图a 直接递纸机构 图b 间接递纸机构
1前规；2纸张；3压印滚筒咬纸牙；4递纸牙
图1-2 递纸机构
(2) 收纸系统，对传统P740收纸系统中的收纸链条导轨进行重新设计，如图1-
3图a所示，整条导轨包括直线部分和圆弧部分，而在两者之间的转换点就叫做切
点处，因此在高速时，链条在导轨的切点处必然产生力的急剧变化，从而引起咬
纸牙轴的振动与冲击。因此，为了缓和这种急剧变化的力，不妨在改善导轨的形
状，即在直线部分和圆弧部分加一段曲线，从而在很大程度上降低了链条的冲击
振动噪音的问题也得到了解决。
3
第一章 绪论
图a 改进前的链条导轨 图b 改进后的链条导轨
1-链条 2-直线部分 3-圆弧部分 4-收纸链轮 5-缓和曲线部分
图1-3 链条导轨示意图
在本课题中我们将继续对P740平版印刷机的印刷系统进行分析，从压印滚筒
装置上的咬牙机构进行分析，找出产生振动噪音的原因，并对该机构进行优化设
计。因P740机型的压印滚筒咬牙机构咬牙开闭是由凸轮控制的，此时机构在运动
时由于加速度的突变滚子会对凸轮产生一个冲击作用，这种冲击必然会使机构产
生噪音，从以上的观察结论来看，如何最大程度的减小印刷机在高速情况下产生
的振动是我们要解决的问题之一，另外在对P740平版印刷机咬牙机构进行改进设
计的同时，满足咬牙机构强度和刚度的要求以及保证咬牙的咬纸准确性也是非常
重要的，因此只有解决了以上问题，P740印刷机的咬牙机构才能符合高速印刷的
要求。而实践表明，印刷机咬牙机构在高速印刷时的稳定性，直接影响到印刷质
量的好坏。对咬牙机构的分析也为将来进行其他类型的平版印刷机咬牙机构的优
化做了很好的铺垫，为缩小国产印刷机制造水平与世界先进水平之间的差距奠定
了良好的基础。
§1.4 P740 印刷机滚筒装置咬牙机构
在印刷机的各印刷装置中，滚筒装置的作用是把递纸机构传送来的纸张完成
印刷后交给收纸装置。滚筒装置一般由滚筒体、滚枕、齿轮、轴承、咬牙机构及其他
附件组成，如图1-4，滚筒体是印刷支撑面，在印刷滚筒和橡皮布滚筒上都包有衬
垫物。滚筒靠齿轮传动，在滚筒的两侧有两个经过精磨的圆环称为滚枕，又称肩
铁。走肩铁有利于滚筒运行平稳，但滚筒中心距调节受限制，不适用于要经常改
变滚筒中心距的场合。
4
摘要：

摘要印刷业的发展对于人类文明的传承是具有重要意义的，随着近代科技的不断发展，越来越多的印刷机被生产制造出来，高速化、数字化、多功能化已是当今国际上印刷机制造商不断追求的目标，而我国的印刷机械制造业也得到了快速发展在许多方面都取得了可喜的进步。P740四色平版印刷机是上海光华印刷机械有限公司自主研发生产的印刷设备。该印刷机的最高印刷速度是8000张/小时，为了适应市场的需求，提高市场竞争力，光华厂决定对传统的P740机型进行改进设计，以提高P740平版印刷机的印刷速度，使其印刷速度能达到13000张/小时。因此如何在提高印刷速度后，仍能保证印刷机构的工作要求，并且最大限度的降低机构的振动与噪音将...

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