CN109454989A - 用于浮动支撑金属空心体的芯棒结构 - Google Patents

Abstract

一种用于浮动支撑金属空心体的芯棒结构；包括：芯棒轴，为一细长回转体结构；芯棒，为空心圆柱体结构，同心套设安装在芯棒轴上，并绕芯棒轴的纵向轴线转动；轴承组件，连设于芯棒和所述芯棒轴之间；其中，芯棒的外周具有承压面，用以承受印刷时产生的印刷压力；承压面的承压中心位于轴承组件对芯棒的支撑部上。本发明将轴承组件的支撑部设置对位芯棒承压面的承载中心，通过这种特定的支撑设置可保证芯棒的印刷压力沿纵向轴线方向均匀分布；将轴承组件设计为沿芯棒轴的纵向轴线方向位置可调，以此调整轴承组件的支撑部的位置，使之能够对位具有不同承压中心的芯棒，而芯棒的前端无需调整轴向位置，进而简化了换型操作，节省了时间并降低了成本。

Description

用于浮动支撑金属空心体的芯棒结构

技术领域

本发明涉及金属空心体的加工技术领域，具体涉及一种在金属空心体的表面印刷过程或其它罐成形工艺过程（如罐身滚花纹成形等）中，对其进行浮动支撑的芯棒结构。

背景技术

金属空心体是一种一端开口的金属筒状体，常见的如金属罐和动力电池壳等。以金属罐（铁、铝等材质的两片罐）为例，在对金属罐进行表面印刷时，需要将金属罐套设于一芯棒结构上，通过芯棒结构对金属罐起到印刷时的支撑作用。在印刷的过程中，要求相互作用的芯棒外表面与印刷机的印粘轮的外表面相互平行并贴合，以达到罐身沿其纵向轴线处处具有均匀的印刷压力，进而保证罐身各处印刷质量的一致性。一般地，沿罐身长度范围内，其平行度要求不超过0.05mm。

现有技术中的传统芯棒组件（以下称“方案一”），若要达到上述平行度的要求，对芯棒结构中各相关零件的装配精度要求很高，因此制造难度较高，尤其对于具有芯棒单独跳印功能的结构，由于运动部件多，因此对各个零件的精度要求更高。同时，由于存在较大的平行度误差，为了保证达到最小的印刷压力，最大印刷压力就会调整得较大，这样就大大地增加了芯棒的轴承、与芯棒结构相关联的凸轮及随动轴承，以及其它运动部件的发热和磨损，进而降低了各部件的使用寿命，同时印刷质量也难以达到理想状态。

为了克服方案一的不足，有业界研发了带有浮动自对准功能的芯棒结构（以上称“方案二”），其芯棒与芯棒轴之间仅有一个轴承组件连接，由于轴承具有径向游隙，芯棒相对于上述轴承组件具有浮动特性。因此，在某种程度上，这种浮动特性可使芯棒在印刷过程中进行自动校准，达到与印粘布自动平行，保证罐身沿其纵向轴线处处具有较均匀的印刷压力，这样就降低了对各相关零件的精度要求，同时也降低了最大印刷压力，减少了上述轴承组件、凸轮、凸轮轴承及其它相关运动零部件的发热和磨损，提高了各部件的使用寿命。

经过申请人对方案二的浮动自对准的芯棒结构进行更加深入地分析后得知：在金属罐的印刷过程中，芯棒印刷区域的压力分布越均匀，其分布压力的合力的作用线越靠近印刷区域的几何中心，当印刷压力分布完全均匀时，其合力的作用线将通过印刷区域的几何中心。理论上，芯棒印刷压力分布越均匀，印刷质量越稳定、一致，最大印刷压力越小，各相关部件的磨损和发热也越小。方案二中的轴承组件用来承受上述印刷压力，轴承的支撑力可以合成为一合力，作为作用力而存在，而上述印刷压力的合力可作为反作用力而存在。印刷过程中，芯棒处于一个相对平衡的状态，根据力和力矩的平衡原理可知，若要芯棒的印刷压力沿纵向轴线方向均匀分布，则轴承组件的支撑点位置与芯棒印刷压力中心（即芯棒印刷区域的几何中心）须满足以下关系：

若上述轴承组件仅包含一个球轴承单元，则轴承组件的支点必须与印刷压力中心重合；若上述轴承组件包含至少两个以上的球轴承单元，则印刷压力中心须位于上述轴承组件最外两侧支点之间，同时印刷压力的中心离上述轴承组件最外两侧支点连线的中点越近，上述轴承组件的各轴承单元的受力越均匀。

但是，上述现有技术的方案二中并未对轴承支撑的位置做出详细要求，因此，方案二在实施时，在印刷过程中将存在印刷压力不均匀的情况，即无法有效地实现自动对准。此时，将达不到方案设计的初衷，同时由于轴承支撑承受弯矩而其受力不均将会加剧上述轴承组件中轴承单元的发热和磨损，严重降低其使用寿命。

另一方面，上述现有技术的方案二，在生产不同罐高的罐型时，只能通过以下三种方式实现：

一、更换芯棒轴，同时保证芯棒的前端在设备中的相对轴向位置不变，只更改芯棒的外圆柱面与金属罐接触的长度，并同时使印刷过程中的印刷压力中心位于芯棒轴对芯棒的支撑点上；由于需要更换芯棒轴，因此会大大增加零件成本、人工成本和时间成本；

二、不更换芯棒轴，只改变芯棒的前端在设备中的轴向位置和芯棒外圆柱面与金属罐接触的长度，并同时使印刷过程中的印刷压力中心位于芯棒轴对芯棒的支撑点上；此种方式改变了芯棒前端的轴向位置，相当于改变了设备进罐时罐口的轴向位置，这样的话就需要调整印刷机入罐前的单路机部分的输送线，以适应罐口位置的改变，因此调整难度增大，甚至难以实现，同时时间及人力成本大幅增加；

三、不更换芯棒轴，芯棒前端的轴向位置不变，只更改芯棒外圆柱面与金属罐接触的长度；但此时金属罐印刷时的印刷压力中心将难以保证仍然位于支撑中心范围内，进而也无法保证金属罐沿轴线方向的印刷压力均匀分布，同时也会大大增加支撑轴承的发热和磨损，降低零件的使用寿命。

由此可见，以上三种罐高换型方式均存在较大的缺陷，在实际生产时基本上都难以可靠实施。

因此，如何解决上述现有技术存在的不足，便成为本发明所要研究解决的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于浮动支撑金属空心体的芯棒结构。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种金属空心体印刷用中心浮动支撑的芯棒结构；包括：

一芯棒轴，为一细长回转体结构；

一芯棒，为一空心圆柱体结构，可转动地同心套设安装在所述芯棒轴上，使其能够绕芯棒轴的纵向轴线转动；

一轴承组件，连设于所述芯棒和所述芯棒轴之间；

其中，所述芯棒的外周具有一承压面，该承压面用以承受印刷时产生的印刷压力；所述承压面的承压中心位于所述轴承组件对所述芯棒的支撑部上。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1．上述方案中，所述轴承组件仅包括一个轴承单元，所述支撑部为该轴承单元的中心支点。

2．上述方案中，所述轴承组件包括至少两个沿芯棒轴的纵向轴线方向布置的轴承单元，所述支撑部为两外侧的轴承单元的中心支点之间形成的支撑区域。

3．上述方案中，还包括：

至少一套筒垫片，定位于所述芯棒轴上，并在轴向上抵靠定位所述轴承组件；所述轴承组件通过所述套筒垫片实现沿芯棒轴的纵向轴线方向位置可调。

4．上述方案中，所述套筒垫片具有多种长度规格，通过将不同长度规格的单个套筒垫片与所述轴承组件抵靠定位实现对轴承组件的轴向位置可调；

或者，所述套筒垫片具有多种长度规格，通过将多个不同长度规格的套筒垫片在轴向上排列组合与所述轴承组件抵靠定位，以此实现对轴承组件的轴向位置可调；

或者，所述套筒垫片仅有一种长度规格，通过将不同数量的套筒垫片在轴向上排列组合与所述轴承组件抵靠定位，以此实现对轴承组件的轴向位置可调。

5．上述方案中，所述芯棒轴上形成有一轴肩，所述套筒垫片抵靠定位于所述轴肩与所述轴承组件之间。

6．上述方案中，所述轴承组件具有多种厚度规格，所述厚度指的是轴承组件在所述芯棒轴径向上的厚度；通过将不同厚度规格的轴承组件定位于所述芯棒轴上，以此实现不同罐身直径的金属空心体印刷的换型需求。

7．上述方案中，还包括：

一填充块，套设于芯棒轴的前端，并与所述芯棒间隙配合。

8．上述方案中，所述填充块具有多种厚度规格，所述厚度指的是填充块在所述芯棒轴径向上的厚度；通过将不同厚度规格的填充块定位于所述芯棒轴上，以此实现不同罐身直径的金属空心体印刷的换型需求。

为达到上述目的，本发明采用的另一技术方案是：

一种用于浮动支撑金属空心体的芯棒结构；包括：

一芯棒轴，为一细长回转体结构；

一芯棒，为一空心圆柱体结构，可转动地同心套设安装在所述芯棒轴上，使其能够绕芯棒轴的纵向轴线转动；

一轴承组件，连设于所述芯棒和所述芯棒轴之间，且轴向设置位置可调；

其中，所述芯棒的外周具有一承压面，该承压面用以承受印刷时产生的印刷压力；所述承压面的承压中心位于所述轴承组件对所述芯棒的支撑部上。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1．上述方案中，所述轴承组件仅包括一个轴承单元，所述支撑部为该轴承单元的中心支点。

2．上述方案中，所述轴承组件包括至少两个沿芯棒轴的纵向轴线方向布置的轴承单元，所述支撑部为两外侧的轴承单元的中心支点之间形成的支撑区域。

3．上述方案中，还包括：

至少一套筒垫片，定位于所述芯棒轴上，并在轴向上抵靠定位所述轴承组件；所述轴承组件通过所述套筒垫片实现沿芯棒轴的纵向轴线方向位置可调。

4．上述方案中，所述套筒垫片具有多种长度规格，通过将不同长度规格的单个套筒垫片与所述轴承组件抵靠定位实现对轴承组件的轴向位置可调；

或者，所述套筒垫片具有多种长度规格，通过将多个不同长度规格的套筒垫片在轴向上排列与所述轴承组件抵靠定位，以此实现对轴承组件的轴向位置可调；

或者，所述套筒垫片仅有一种长度规格，通过将不同数量的套筒垫片在轴向上排列与所述轴承组件抵靠定位，以此实现对轴承组件的轴向位置可调。

5．上述方案中，所述芯棒轴上形成有一轴肩，所述套筒垫片抵靠定位于所述轴肩与所述轴承组件之间。

6．上述方案中，所述轴承组件具有多种厚度规格，所述厚度指的是轴承组件在所述芯棒轴径向上的厚度；通过将不同厚度规格的轴承组件定位于所述芯棒轴上，以此实现不同罐身直径的金属空心体印刷的换型需求。

7．上述方案中，还包括：

一填充块，套设于芯棒轴的前端，并与所述芯棒间隙配合。

8．上述方案中，所述填充块具有多种厚度规格，所述厚度指的是填充块在所述芯棒轴径向上的厚度；通过将不同厚度规格的填充块定位于所述芯棒轴上，以此实现不同罐身直径的金属空心体印刷的换型需求。

本发明的工作原理及优点如下：

一、本发明将轴承组件的支撑部设置对位芯棒承压面的承载中心，通过这种特定的支撑设置可保证芯棒的印刷压力沿纵向轴线方向均匀分布；

二、本发明将轴承组件设计为沿芯棒轴的纵向轴线方向位置可调，以此调整轴承组件的支撑部的位置，使之能够对位具有不同承压中心位置的芯棒，同时保持芯棒的前端在设备中的轴向位置基本不变，进而简化了换型操作，节省了时间并降低了成本。

附图说明

附图1为本发明实施例的剖面结构示意图；

附图2为本发明实施例应用于设备的使用状态参考图；

附图3为本发明实施例换型第一罐高的剖面结构示意图；

附图4为本发明实施例换型第二罐高的剖面结构示意图；

附图5为本发明实施例换型第一罐身直径的剖面结构示意图；

附图6为本发明实施例换型第二罐身直径的剖面结构示意图。

以上附图中：0．金属罐；1．芯棒轴；2．芯棒；3．轴承组件；4．轴承单元；5．承压面；6．承压中心；7．支撑部；8．芯棒轴的前端；9．各轴承单元的中心支点；10．套筒垫片；11．芯棒的前端；12．轴肩；13．芯棒轴的后端；14．填充块；20．罐体进给机构；21．芯棒预旋转盘；22．印粘轮；23．油墨工位；24．芯棒结构；25．印粘布；26．转运轮；27．罩光机；A．支撑区域。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：参见附图1及附图3~6所示，为一种用于浮动支撑金属空心体的芯棒结构，用于如图2所示的印刷设备中，该印刷设备的构造与本发明并无直接关联，仅作本发明在实施时的举例说明之用，因此不能以此限制本发明的保护范围。除印刷设备而外，本发明还可应用于其它罐成形工艺过程（如罐身滚花纹成形等）中，具体设备不做附图说明。

在本实施例中，所述金属空心体具体可为金属罐0。

如图2所示，该印刷设备用于金属罐0的表面印刷，设备主要包括罐体进给机构20、芯棒转盘21、印粘轮22以及多个油墨工位23。其中，所述芯棒转盘21以及所述印粘轮22均呈圆盘状，两者贴近设置，且两者的转轴平行。所述芯棒转盘21上沿圆周方向设置有多个本发明的芯棒结构24，所述罐体进给机构20将待印刷的金属罐0送入芯棒转盘21上的各芯棒结构24中，各金属罐0由各芯棒结构24定位并由芯棒转盘21带动沿芯棒转盘21的轴线转动，使金属罐0在将进入印刷区域之前，线速度接近印粘轮22所附印粘布25的线速度。

所述印粘轮22上沿圆周方向设置有多个印粘布25，在印粘轮22转动时，各所述印粘布25与各所述油墨工位23依次一一接触，后者用于向各印粘布25上施加待印刷的油墨。其中，所述印粘轮22与所述芯棒转盘21贴近设置，当芯棒转盘21转动时，各所述芯棒结构24与各所述印粘布25依次一一接触，使得各芯棒结构24上的金属罐0在与涂有油墨的印粘布25接合期间旋转一次，将印粘布25上的油墨转印到金属罐0上。印刷完毕之后的金属罐0通过罩光机27对罐体外表面涂敷一层保护光油，然后通过转运轮26将印刷并罩光后的金属罐0从芯棒结构24转运至传送链（如销钉链）或传送带（图中未绘出）上，再经过烘炉（图中未绘出）进行烘干处理，由此完成印刷过程。

如图1所示，所述芯棒结构包括：

一芯棒轴1，为一细长回转体结构；

一芯棒2，为一空心圆柱体结构，可转动地同心套设安装在所述芯棒轴1上，使其能够绕芯棒轴1的纵向轴线转动；

一轴承组件3，连设于所述芯棒2和所述芯棒轴1之间；轴承组件3沿芯棒轴1的纵向轴线方向定位于所述芯棒轴1上，并滚动支撑所述芯棒2。轴承组件3包括至少一个轴承单元4，该轴承单元4可选用滚珠轴承、具有圆弧接触面的圆柱滚子轴承等。

其中，所述芯棒2的外周具有一承压面5，该承压面5用以承受印刷时产生的印刷压力，该印刷压力均匀地施加于整个承压面5上。所述承压面5的承压中心6位于所述轴承组件3对所述芯棒2的支撑部7上。

所述承压中心6指的是所述承压面5在芯棒2的纵向轴线方向上的中心，即芯棒2印刷压力区域的几何中心。

其中，所述轴承组件3可仅包括一个轴承单元4，在这种情况下，所述支撑部7为该轴承单元4的中心支点9；或者，所述轴承组件3包括至少两个沿芯棒轴1的纵向轴线方向布置的轴承单元4，在这种情况下，所述支撑部7为两外侧的轴承单元4的中心支点9之间形成的支撑区域A。

通过轴承组件3的设置，可使芯棒结构具有浮动特性，以滚珠轴承为例，滚珠轴承的内圈定位于芯棒轴1上，外圈定位于芯棒2上，由于滚珠与内圈、外圈间存在间隙，因此可利用该间隙实现所述芯棒2相对于轴承组件3具有浮动特性；同时，轴承组件3的支撑部7对位于金属罐0的印刷压力中心（承压中心6），因此，这种浮动特性可使芯棒2在印刷过程中与印粘轮22的印粘布25自动平行对准，保证罐身沿其纵向轴线处处具有均匀的印刷压力。

其中，如图2~5所示，所述芯棒结构还包括：

至少一套筒垫片10，定位于所述芯棒轴1上，并在轴向上抵靠定位所述轴承组件3；

所述轴承组件3通过所述套筒垫片10实现沿芯棒轴1的轴向位置可调。

通过套筒垫片10调整轴承组件3的位置，只是轴承组件3轴向位置调节的方式之一，仅作举例说明之用，除此而外，本领域技术人员还可通过其他现有技术实现轴承组件3的轴向位置可调。

在生产中实施罐高换型时，需要更换具有不同承压中心6的芯棒2；本案可通过调整轴承组件3的轴向位置进而调整支撑部7的位置，使之能够对位具有不同承压中心6的芯棒2（芯棒2的前端11相对于设备的轴向位置则无需调整），进而简化了换型操作，节省了时间并降低了成本。

其中，所述套筒垫片10可具有多种长度规格，通过将不同长度规格的单个套筒垫片10与所述轴承组件3抵靠定位实现对轴承组件3的轴向位置可调；

或者，所述套筒垫片10可具有多种长度规格，通过将多个不同长度规格的套筒垫片10在芯棒轴2的纵向轴线方向上排列组合与所述轴承组件3抵靠定位，以此实现对轴承组件3的轴向位置可调；

或者，所述套筒垫片10可仅有一种长度规格，通过将不同数量的套筒垫片10在芯棒轴2的纵向轴线方向上排列组合与所述轴承组件3抵靠定位，以此实现对轴承组件3的轴向位置可调。

其中，所述芯棒2轴上形成有一轴肩12，所述套筒垫片10抵靠定位于所述轴肩12与所述轴承组件3之间。除此而外，套筒垫片10也可通过卡簧等其它结构达成抵靠定位。

其中，如图4、5所示，所述轴承组件3也可具有多种厚度规格，所述厚度指的是轴承组件3在所述芯棒轴1径向上的厚度；通过将不同厚度规格的轴承组件3定位于所述芯棒轴1上，以此实现不同罐身直径的金属罐印刷的换型需求。

借此设计，芯棒轴1的主体13直径（即芯棒轴根部安装轴承处至轴前端之间的直径）可按最大直径设计，从而增强了芯棒轴1的支撑刚度和强度，减小了芯棒轴1在罐成形（如印刷）过程中的弯曲变形，提高了相关部件的使用寿命及金属罐的印刷质量。

其中，还包括：

一填充块14，套设于芯棒轴1的前端8，并与所述芯棒2间隙配合。所述填充块14可选用两端开口的筒状结构。

通过填充块14的设置，一方面可防止污染物进入轴承组件3，另一方面可减少芯棒结构内部空间，提高吸真空效率。

所述填充块14可具有多种厚度规格，所述厚度指的是填充块14在所述芯棒轴1径向上的厚度；通过将不同厚度规格的填充块14定位于所述芯棒轴1上，以此实现不同罐身直径的金属罐印刷的换型需求。

当需要对芯棒结构进行调整，以满足金属罐的罐高换型（罐长换型）印刷时，先卸下装配于芯棒轴1前端8的螺母，并卸下轴承组件3；随后，根据待印刷罐型的高度参数选择与之对应的不同承压中心6位置的芯棒2，并根据该芯棒2的承压面5长度调整轴承组件3的安装位置，使轴承组件3的支撑部7对位芯棒2的承压中心6；然后定位轴承组件3，并装配上螺母，以此完成换型操作。其中，轴承组件3轴向位置的控制可通过配合不同长度规格的套筒垫片10来实现，但在具体实施时并不局限于此方式，亦可通过卡簧等其它结构实现轴承组件3的定位。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于浮动支撑金属空心体的芯棒结构；其特征在于：包括：

一芯棒轴，为一细长回转体结构；

一芯棒，为一空心圆柱体结构，可转动地同心套设安装在所述芯棒轴上，使其能够绕芯棒轴的纵向轴线转动；

一轴承组件，连设于所述芯棒和所述芯棒轴之间；

其中，所述芯棒的外周具有一承压面，该承压面用以承受印刷时产生的印刷压力；所述承压面的承压中心位于所述轴承组件对所述芯棒的支撑部上。

2.根据权利要求1所述的芯棒结构，其特征在于：所述轴承组件仅包括一个轴承单元，所述支撑部为该轴承单元的中心支点。

3.根据权利要求1所述的芯棒结构，其特征在于：所述轴承组件包括至少两个沿芯棒轴的纵向轴线方向布置的轴承单元，所述支撑部为两外侧的轴承单元的中心支点之间形成的支撑区域。

4.根据权利要求1所述的芯棒结构，其特征在于：还包括：

至少一套筒垫片，定位于所述芯棒轴上，并在轴向上抵靠定位所述轴承组件；

所述轴承组件通过所述套筒垫片实现沿芯棒轴的纵向轴线方向位置可调。

5.根据权利要求4所述的芯棒结构，其特征在于：所述套筒垫片具有多种长度规格，通过将不同长度规格的单个套筒垫片与所述轴承组件抵靠定位实现对轴承组件的轴向位置可调；

或者，所述套筒垫片具有多种长度规格，通过将多个不同长度规格的套筒垫片在轴向上排列组合与所述轴承组件抵靠定位，以此实现对轴承组件的轴向位置可调；

或者，所述套筒垫片仅有一种长度规格，通过将不同数量的套筒垫片在轴向上排列组合与所述轴承组件抵靠定位，以此实现对轴承组件的轴向位置可调。

6.根据权利要求4所述的芯棒结构，其特征在于：所述芯棒轴上形成有一轴肩，所述套筒垫片抵靠定位于所述轴肩与所述轴承组件之间。

7.根据权利要求1所述的芯棒结构，其特征在于：所述轴承组件具有多种厚度规格，所述厚度指的是轴承组件在所述芯棒轴径向上的厚度；通过将不同厚度规格的轴承组件定位于所述芯棒轴上，以此实现不同罐身直径的金属空心体印刷的换型需求。

8.根据权利要求1所述的芯棒结构，其特征在于：还包括：

一填充块，套设于芯棒轴的前端，并与所述芯棒间隙配合。

9.根据权利要求8所述的芯棒结构，其特征在于：所述填充块具有多种厚度规格，所述厚度指的是填充块在所述芯棒轴径向上的厚度；通过将不同厚度规格的填充块定位于所述芯棒轴上，以此实现不同罐身直径的金属空心体印刷的换型需求。

10.一种金属空心体印刷用中心浮动支撑的芯棒结构；其特征在于：包括：

一芯棒轴，为一细长回转体结构；

一芯棒，为一空心圆柱体结构，可转动地同心套设安装在所述芯棒轴上，使其能够绕芯棒轴的纵向轴线转动；

一轴承组件，连设于所述芯棒和所述芯棒轴之间，且轴向设置位置可调；

其中，所述芯棒的外周具有一承压面，该承压面用以承受印刷时产生的印刷压力；所述承压面的承压中心位于所述轴承组件对所述芯棒的支撑部上。