橡皮滾筒的動平衡分析

劉建彬 胡剛

印刷滾筒的動平衡問題一直是印刷設(shè)備制造商和印刷企業(yè)技術(shù)人員的研究重點(diǎn)，只有動平衡滿足要求，印刷滾筒才能運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，達(dá)到理想的印刷質(zhì)量。例如，報紙高速印刷設(shè)備的橡皮滾筒在加工制造過程中，由于受到橡皮布安裝調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和滾筒空檔的影響，導(dǎo)致橡皮滾筒的外形不均勻，從而使其質(zhì)心偏離旋轉(zhuǎn)軸心，進(jìn)而在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生不平衡離心力和不平衡離心力偶，最終影響到印刷精度。所以，提前對印刷滾筒的動平衡進(jìn)行分析實為必要。下面，筆者就介紹采用Proe軟件對橡皮滾筒動平衡進(jìn)行分析的過程，以供業(yè)內(nèi)人士借鑒。

靜平衡分析

印刷滾筒的動平衡分析以靜平衡分析為前提。首先，按照橡皮滾筒CAD圖紙的尺寸要求，利用Proe軟件繪制出其對應(yīng)的三維結(jié)構(gòu)簡圖，并統(tǒng)一坐標(biāo)系的方向；然后，在Proe軟件的組裝模式下，按照橡皮滾筒的裝配尺寸完成模擬裝配。

1.建立伺服電機(jī)定義模塊

首先，查閱手冊，并在伺服電機(jī)定義模塊中輸入所用材料的密度，以確定橡皮滾筒的質(zhì)量。在Proe軟件中完成橡皮滾筒的模擬裝配以后，由標(biāo)準(zhǔn)模式進(jìn)入機(jī)構(gòu)模式。根據(jù)印刷速度（按最高速度75000張/小時）、橡皮滾筒類型（筆者模擬的是雙倍徑滾筒），按照計算式75000×360/3600，來定義伺服電機(jī)的模擬轉(zhuǎn)速，最終轉(zhuǎn)化為Proe軟件的默認(rèn)單位3750deg/sec。伺服電機(jī)定義模塊如圖1所示。

2.建立分析定義模塊

建立名稱為AnalysisDefinition1的分析定義模塊，分析定義的條件為：橡皮滾筒在模擬轉(zhuǎn)速為3750deg/sec的電機(jī)帶動下運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)時間可任意定義，且不增加其他外力。分析定義模塊如圖2所示。

3.建立測量項目并得出測量結(jié)果

根據(jù)上一步的分析在測量結(jié)果的目錄下建立測量項目，包括fr_1（旋轉(zhuǎn)慣性力的合力）、frx_1（x方向分力）、fry_1（y方向分力），從而得到AnalysisDefinition1分析定義模塊中橡皮滾筒的不平衡合力以及分力的方向和大小，這便完成了橡皮滾筒靜平衡的分析。

4.驗證測量結(jié)果

待確定不平衡合力的大小和方向之后，再模擬增加一個沿著不平衡合力反方向的外力F1，外力F1的大小由用戶定義（如圖3），將測量結(jié)果以表達(dá)式的形式調(diào)出來插入軟件模塊中即可。然后再新建名稱為AnalysisDefinition2的力分析定義模塊，令橡皮滾筒在電機(jī)及外力F1的共同作用下運(yùn)轉(zhuǎn)，此時再測量不平衡合力以及不平衡合力在x和y方向的分力，若此時三者均為零（測量結(jié)果模塊如圖4所示），則表明橡皮滾筒的靜平衡符合要求。

動平衡分析

1.選定兩個平衡平面

筆者將兩個平衡平面分別選定為橡皮滾筒兩端的去重平面，這兩個平衡平面之間的距離為1000mm，將去重半徑定義為r（r=127mm）。利用Proe軟件分析出不平衡合力f的大小，再根據(jù)離心慣性力計算公式f=mω2×r，求出不平衡質(zhì)量m，同時也可確定去重質(zhì)量。

2.建立分析定義模塊

此部分可參考橡皮滾筒靜平衡分析中建立分析定義模塊的方法。

3.建立測量項目并測量結(jié)果

建立測量力矩項目：M（不平衡合力矩）、Mx（x方向分力矩）、My（y方向分力矩），并確定不平衡合力矩及其分別在x方向和y方向的分力距的大小和方向。

4.驗證測量結(jié)果

為得到兩個平衡平面上的不平衡力偶，需要在這兩個平衡平面上做出合力曲線。如圖5所示，首先在第一個平衡平面內(nèi)作出合力矩，然后在合力距的垂直方向上做出該平衡平面的分力，分力的大小是合力距與兩個平衡平面之間距離的比值，因為靜平衡分析中已經(jīng)確定了不平衡合力的大小和方向，第二個平衡平面的分力大小和方向可根據(jù)平行四邊形原理得到。所有確定的數(shù)值可在裝配模式下通過關(guān)系模塊賦給（如圖6）。

由于兩個不平衡力偶分別在兩個平衡平面內(nèi)，所以要在兩個平衡平面上分別增加外力F2、F3，并建立名稱為AnalysisDefinition3的分析定義模塊，條件是橡皮滾筒在電機(jī)帶動下，同時在兩個平衡平面內(nèi)分別模擬增加兩個外力，然后驗證不平衡合力及其x方向分力和y方向分力、不平衡合力距及其x方向分力距和y方向分力距，若六者都為零或者接近于零，則可認(rèn)為橡皮滾筒的動平衡符合要求。

以上過程只是分析了橡皮滾筒兩個平衡平面的動平衡，對于動平衡不滿足要求的橡皮滾筒，還需要做相應(yīng)的去重工作，然而，去重過程還要考慮到體積改變對不平衡相位的影響。因此，要想設(shè)計出動平衡滿足要求的橡皮滾筒，必須經(jīng)過反復(fù)試驗以及核算，把不平衡質(zhì)量控制在要求范圍內(nèi)，并盡可能地越小越好。對于工程技術(shù)人員來說，掌握好機(jī)械原理，充分利用軟件分析，才能更好地為生產(chǎn)服務(wù)。