单张纸胶印机滚筒振动分析及改进

史发军

如今，单张纸胶印机正朝着“高速、高效、自动、智能”的方向深入发展，“高速”则是单张纸胶印机发展的基本要求。然而，随着单张纸胶印机速度的提升，整个机体的振动幅值也会显著增大。其中，滚筒作为单张纸胶印机的重要部件，其振动情况直接影响着印品质量，如常见的重影、条痕和递纸规矩误差等故障，往往都是由滚筒振动异常引起的。此外，滚筒的振动还会加剧印版、轴承等部件的磨损，导致印版耐印力下降。可见，要想在高速单张纸胶印机上实现精美印刷，就必须保证滚筒平稳运行，而了解滚筒的振动原因与振动形式，并对滚筒进行合理设计是最为关键的基础工作之一。

滚筒振动原因与振动形式

在印刷过程中，印刷单元担负着图像转移的主要职能，可以说是单张纸胶印机的核心。单张纸胶印机的印刷单元由印版滚筒、橡皮滚筒、压印滚筒（包括印版、橡皮包衬的夹紧固定装置、叼纸牙机构、滚筒相对位置调节装置等）、齿轮传动部分、离合压机构、传纸装置及有关控制器件组成。在纸张从上一色组被传递到下一色组的过程中，诱发滚筒振动的原因有很多，主要包括以下几个方面。

1.滚筒运转不平衡

印刷过程中，滚筒一直都在高速旋转，有时会因质量分布不均而造成运转不平衡，在此过程中，滚筒必然会产生一定的惯性力，这种惯性力若没有得到有效消除，将会引起滚筒运转速度发生突变，从而使滚筒的振动幅值增大。在不考虑轴承刚度差异和传动不平衡的影响时，滚筒在这种情况下产生的振动称之为谐振。

2.传动机构传动不均衡

单张纸胶印机通过滚筒轴端的斜齿轮来传递动力，当传动机构传动不均衡时，滚筒就会受到径向力和轴向力的综合作用，从而使其两端受力不一致，进而产生振动。滚筒的这种振动形式属于扭振。

3.往复或间歇运动机构受到冲击

单张纸胶印机的结构组成中有许多往复或间歇运动机构，如叼纸牙、摆动式递纸牙、前规等，当凸轮进行加速度运转时很容易对这些运动机构造成不同程度的冲击，尤其是离合压机构产生的冲击，更会严重影响滚筒的运行状况，从而导致滚筒发生振动。滚筒因以上原因而产生的振动形式除了有谐振、扭振之外，还有冲击振动。

4.滚筒轴承发生磨损

滚筒轴承的磨损状况会直接影响滚筒振动幅值的大小。轴承与轴颈的配合间隙越大，轴承的磨损就会越严重，滚筒振动也会随之变得更加剧烈。另外，滚筒轴承两端支承刚度的不一致，也使得印刷过程中滚筒的振动形式变得更为复杂，除了出现谐振、扭振的振动形式之外，有时还会出现摆振。

5.滚筒空档带来的冲击

胶印过程中，印刷压力是通过两个滚筒之间接触来获取的。对于单张纸胶印机来说，由于滚筒空档的存在，使得印刷压力在一个印刷周期内呈现规律性的产生和消失，而在此过程中，滚筒将反复承受较大的瞬间冲击，从而产生振动。滚筒的这种振动形式是沿轴线方向整体平移振动与弯曲振动的叠加。

避免滚筒振动的措施

（1）避免滚筒振动的常用措施之一就是采用减振方法，首先要对选用的减振方法进行分析，以确定适合单张纸胶印机滚筒的减振方案。

（2）将滚筒轴承与轴颈的配合间隙控制在10～15μm，另外，要尽可能地选用高精度的轴承和齿轮。

（3）在滚筒齿轮之间的交接位置，增加调隙装置，以控制侧隙大小。

（4）对离合压机构进行优化，为保证合压位置的准确，在离合压机构操作面的墙板内侧安装一个离合压限位机构（如图1），以确保离合压机构平稳运行、无冲击波。另外，在制作墙板时应选用合适的材料及结构。

滚筒设计注意事项

在新滚筒的设计中，一定要根据已确定的减振方案，同时结合现有滚筒的尺寸数据，通过编程重新设计滚筒的截面以及轴向尺寸，建立现有滚筒与新设计滚筒实体模型，使用SolidWorks和ANSYS软件对两个滚筒的静态特性进行模拟研究，检验新设计滚筒的静态特性是否达到使用要求。

为保证所设计滚筒的静态特性达到要求，笔者经过长期的研究和验证，总结了在滚筒设计工作中需要注意的几点事项。

（1）新滚筒的设计方案必须要保证滚筒的可加工性，并且加工成本不宜太高。

（2）由于在设计过程中，滚筒的直径、空档角等主要参数一旦确定，便不能改变，因此在确定这些主要参数之前，一定要经过科学的计算和软件模拟，经过测试合格之后才可确定。

（3）在设计中要保证在一定印刷压力下，滚筒的挠度尽可能小。

（4）新滚筒截面形心相对于其回转中心的偏移量应尽可能小，从而有助于滚筒保持平衡。

我公司在滚筒设计工作中就遵循了以上几点注意事项，随后在对新滚筒的偏心、重量以及抗弯刚度进行了计算与研究后发现，新滚筒的静态特性较现有滚筒得到了明显提高，这为滚筒的平稳运行打下了坚实的基础。