印刷機(jī)蘸油機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

鄭 紅

（溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，溫州 325035）

在印刷機(jī)中，為了讓墨板均勻充滿油墨，需要蘸油輥先吸足油墨，再將油墨刷至墨板上，為此需要設(shè)計(jì)蘸油機(jī)構(gòu)，如圖1所示。印刷機(jī)蘸油機(jī)構(gòu)系統(tǒng)O1、O2、O3固定鉸鏈的位置及關(guān)聯(lián)尺寸如表1所示。運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力經(jīng)齒輪減速器傳給構(gòu)件1（工作轉(zhuǎn)速30r/min），并通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)帶動(dòng)擺桿4圍繞O3軸做往復(fù)擺動(dòng)，擺角27°，擺桿末端固連蘸油輥5。蘸油輥5擺動(dòng)到上極限位置時(shí)，與供油輥2相切，供油輥2則在構(gòu)件1的另一路傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)使下圍繞O2軸做間歇運(yùn)動(dòng)，供油輥2的作用是將油盒3中的油墨吸附上來，然后通過與蘸油輥5的滾動(dòng)摩擦將油墨刷給蘸油輥5。蘸油輥5轉(zhuǎn)動(dòng)到下極限位置時(shí)，與水平工作運(yùn)動(dòng)的墨板6相切，通過滾動(dòng)摩擦將油墨刷至墨板6。供油輥2和蘸油輥5（擺桿4）的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)如圖2所示，即構(gòu)件1在工作轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)周期內(nèi)，蘸油輥5（擺桿4）由下極限位置以等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律順時(shí)針轉(zhuǎn)過27°至上極限位置，然后遠(yuǎn)休止停歇不動(dòng)，接著又以等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律返回至下極限位置，隨后近休止停歇不動(dòng)。供油輥2以勻速運(yùn)動(dòng)規(guī)律轉(zhuǎn)過工作行程60°，隨即急回，接著近休止停歇不動(dòng)。

圖1 印刷機(jī)蘸油機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

從設(shè)計(jì)要求及蘸油輥5的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖可知，蘸油輥5（擺桿4）具有往復(fù)擺動(dòng)規(guī)律，可以選擇擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)動(dòng)作要求；供油輥2具有單向間歇運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并且有長時(shí)間的停歇，可以選擇間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；構(gòu)件1距離吸油刷油執(zhí)行動(dòng)作機(jī)構(gòu)較遠(yuǎn)，每路傳動(dòng)系統(tǒng)均需要搭配選擇兩個(gè)及以上的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，前端機(jī)構(gòu)將運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力拉近蘸油輥5和供油輥2，后端機(jī)構(gòu)再按運(yùn)動(dòng)規(guī)律執(zhí)行動(dòng)作，或者反過來，前端機(jī)構(gòu)先執(zhí)行運(yùn)動(dòng)規(guī)律，后端機(jī)構(gòu)再將運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力傳給蘸油輥5和供油輥2。印刷機(jī)械是輕工行業(yè)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、動(dòng)作機(jī)構(gòu)均無大的負(fù)荷，關(guān)鍵是要滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作運(yùn)動(dòng)規(guī)律及節(jié)拍。基于以上設(shè)計(jì)思路，本文擬定出蘸油機(jī)構(gòu)系統(tǒng)三種機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡圖，并進(jìn)行理論分析與對比，如圖3所示。

圖2 蘸油輥5和供油輥2的運(yùn)動(dòng)循環(huán)

表1 各固定鉸鏈的位置及關(guān)聯(lián)尺寸

圖3 蘸油機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡圖

1 運(yùn)動(dòng)方案1

運(yùn)動(dòng)方案1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)路線分析，如圖4所示。

圖4 運(yùn)動(dòng)方案1傳動(dòng)路線

1.1 優(yōu)點(diǎn)

首先，機(jī)構(gòu)最簡單，易實(shí)現(xiàn)，傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)鏈最短。其次，前端兩路分傳動(dòng)系統(tǒng)均采用了帶傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳送運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力，分別驅(qū)動(dòng)兩凸輪機(jī)構(gòu)的擺動(dòng)從動(dòng)件按所要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律動(dòng)作，保證蘸油輥5和供油輥2節(jié)拍匹配工作。

1.2 缺點(diǎn)

供油輥2每個(gè)工作循環(huán)周期均以勻速運(yùn)動(dòng)規(guī)律轉(zhuǎn)過60°，隨即急回，接著近休止停歇不動(dòng)。凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)從動(dòng)件的工作行程擺角60°，在進(jìn)行凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)時(shí)，為保證最小傳動(dòng)角大于45°，會(huì)增大凸輪基圓半徑，導(dǎo)致凸輪結(jié)構(gòu)尺寸增大。

2 運(yùn)動(dòng)方案2

運(yùn)動(dòng)方案2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)路線分析，如圖5所示。

圖5 運(yùn)動(dòng)方案2傳動(dòng)路線

2.1 優(yōu)點(diǎn)

首先，機(jī)構(gòu)較簡單，易實(shí)現(xiàn)，傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)鏈較短，但相比運(yùn)動(dòng)方案1略顯長。其次，凸輪機(jī)構(gòu)的擺動(dòng)從動(dòng)件和曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的搖桿均按所要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律動(dòng)作，并且在傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)鏈的前端，然后兩路分傳動(dòng)系統(tǒng)均采用了平行雙搖桿機(jī)構(gòu)，將前端的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳送，保證蘸油輥5和供油輥2節(jié)拍匹配工作。

2.2 缺點(diǎn)

機(jī)構(gòu)系統(tǒng)使用了較多的連桿機(jī)構(gòu)，并且連桿較長，剛性不足，工作中容易引發(fā)振動(dòng)，如果連桿受到意外碰撞力的作用，易產(chǎn)生彎曲變形或?qū)е聣簵U喪失穩(wěn)定性。

3 運(yùn)動(dòng)方案3

運(yùn)動(dòng)方案3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)路線分析，如圖6所示。

圖6 運(yùn)動(dòng)方案3傳動(dòng)路線

3.1 優(yōu)點(diǎn)

首先機(jī)構(gòu)較簡單，易實(shí)現(xiàn)，傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)鏈較短，但相比運(yùn)動(dòng)方案1略顯長。其次，供油輥2每個(gè)工作循環(huán)周期內(nèi)均以勻速運(yùn)動(dòng)規(guī)律轉(zhuǎn)過60°，間歇運(yùn)動(dòng)可選用槽輪機(jī)構(gòu)或棘輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。

3.2 缺點(diǎn)

機(jī)構(gòu)系統(tǒng)有一條長長的鏈條連續(xù)工作轉(zhuǎn)動(dòng)，抖動(dòng)噪音較大，有油污。

4 蘸油機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇及其工作原理

從對蘸油機(jī)構(gòu)系統(tǒng)三種運(yùn)動(dòng)方案簡圖的定性評(píng)價(jià)來看，運(yùn)動(dòng)方案1相對更具合理性，因此本文選擇方案1。

印刷機(jī)蘸油機(jī)構(gòu)系統(tǒng)工作原理：電動(dòng)機(jī)輸出運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，小帶輪安裝在電機(jī)輸出軸上，斜向上將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給大帶輪，大帶輪將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給齒輪減速器，實(shí)現(xiàn)減速增矩；減速器輸出軸通過聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)兩路帶傳動(dòng)，將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分路傳動(dòng)，一路傳給下擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)，控制蘸油輥5按運(yùn)動(dòng)規(guī)律動(dòng)作，一路傳給上擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)，控制供油輥2按運(yùn)動(dòng)規(guī)律動(dòng)作；兩個(gè)凸輪同步啟動(dòng)回轉(zhuǎn)，凸輪驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)從動(dòng)件，在滿足工作節(jié)拍的前提下將油墨刷至墨板上。

印刷機(jī)蘸油機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)最重要的是兩個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)工作節(jié)拍的匹配，蘸油機(jī)構(gòu)系統(tǒng)工作節(jié)拍100個(gè)/min，即1min/100個(gè)=60s/100個(gè)=0.6s/個(gè)，也就是說印刷機(jī)蘸油工作一次全過程的時(shí)間是0.6s，凸輪機(jī)構(gòu)一個(gè)循環(huán)的周期是0.6s。根據(jù)圖2蘸油輥5和供油輥2的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖分配凸輪相位，蘸油輥5擺動(dòng)從動(dòng)件：勻加速勻減速運(yùn)動(dòng)推送30°，遠(yuǎn)休止150°，勻加速勻減速運(yùn)動(dòng)退回30°；近休止150°，一個(gè)周期360°。供油輥2擺動(dòng)從動(dòng)件：勻速直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)180°，隨即急回30°，接著近休止停歇不動(dòng)150°，一個(gè)周期360°。

工作設(shè)計(jì)中將凸輪相位周期轉(zhuǎn)換成時(shí)間周期，即蘸油輥5擺動(dòng)從動(dòng)件：勻加速勻減速運(yùn)動(dòng)推送0.05s，遠(yuǎn)休止0.25s，勻加速勻減速運(yùn)動(dòng)退回0.05s；近休止0.25s，一個(gè)周期0.6s。供油輥2擺動(dòng)從動(dòng)件：勻速直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)0.3s，勻速直線運(yùn)動(dòng)急回0.05s，近休止0.25s，一個(gè)周期0.6s。假設(shè)兩個(gè)凸輪的基圓直徑定為30mm，蘸油輥5與供油輥2的直徑為60mm，蘸油輥5擺動(dòng)從動(dòng)件行程定為27°，供油輥2擺動(dòng)從動(dòng)件行程定為60°，兩個(gè)凸輪的回轉(zhuǎn)中心至相應(yīng)擺動(dòng)從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)中心的距離50mm，擺桿長度50mm，據(jù)此通過反轉(zhuǎn)法即可做出滿足工作節(jié)拍要求的兩個(gè)凸輪輪廓曲線，如圖7所示。

圖7 兩個(gè)凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)

一個(gè)工作循環(huán)周期內(nèi)，兩個(gè)凸輪啟動(dòng)同步回轉(zhuǎn)，供油輥2擺動(dòng)從動(dòng)件在0.3s時(shí)間內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)60°，隨后勻速直線運(yùn)動(dòng)急回0.05s，接著近休止0.25s至一個(gè)周期結(jié)束。蘸油輥5擺動(dòng)從動(dòng)件在0.05s時(shí)間內(nèi)勻加速勻減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律轉(zhuǎn)過27°，隨后0.25s時(shí)間處于遠(yuǎn)休止停留吸油狀態(tài)，0.3～0.35s以勻加速勻減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律退回，0.35～0.60s后近休止，將油墨刷至墨板上，直至一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)工作周期結(jié)束。兩個(gè)擺動(dòng)從動(dòng)件的退回動(dòng)作都是在彈簧驅(qū)動(dòng)下強(qiáng)制完成的。

5 結(jié)論

通過上述設(shè)計(jì)分析計(jì)算，用CAD繪制印刷機(jī)蘸油機(jī)構(gòu)裝配圖，裝配圖以蘸油機(jī)構(gòu)工作位置繪制。設(shè)計(jì)工作完成后，經(jīng)樣機(jī)試制調(diào)試，使用效果良好。如果凸輪、滾子零件的寬度再大點(diǎn)，機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性更好；如果凸輪輪廓曲線能夠修正得更光滑，機(jī)構(gòu)振動(dòng)會(huì)更小，穩(wěn)定性更好；如果凸輪最小傳動(dòng)角能夠控制在45°左右，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)動(dòng)力性能更優(yōu)。