CN113187852A

CN113187852A - 一种印刷机导向辊隔振装置及设计方法

Info

Publication number: CN113187852A
Application number: CN202110455608.3A
Authority: CN
Inventors: 雷晓飞; 吴楠; 侯和平
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xi'an Huaqi Zhongxin Technology Development Co ltd
Priority date: 2021-04-26
Filing date: 2021-04-26
Publication date: 2021-07-30
Anticipated expiration: 2041-04-26
Also published as: CN113187852B

Abstract

本发明提供了一种印刷机导向辊隔振装置及设计方法，包括局域共振单元组和十字型蹦床，十字型蹦床包括十字型孔洞板和扇形立柱，扇形立柱均匀排布固定于所述十字型孔洞板外侧，局域共振单元均布于隔振装置内腔与十字型孔洞板之间，扇形立柱的外侧与隔振装置的外腔固定。本发明主要针对印刷机导向辊的振动基频进行精准的隔离，首先通过调节局域共振单元的尺寸以及材料参数大小，对应不同高端印刷机导向辊的不同基频峰值；其次通过设计十字型蹦床的结构，主要针对十字型孔洞的存在，使每根扇形立柱扎根在更柔软的基座上，增强扇形立柱的共振效应，从而拓宽抑制振频率，且通过调节十字型孔洞及扇形立柱的尺寸参数大小，达到灵活调整抑振频率的目的。

Description

一种印刷机导向辊隔振装置及设计方法

技术领域

本发明属于转子轴系系统减振技术领域，涉及一种高端印刷机导向辊隔振装置及设计方法。

背景技术

轴系系统是动力装置系统中必不可少的重要部件，应用非常广泛。导向辊作为一种转子轴系系统，贯穿于一台高端印刷设备走料系统自放卷开始至收卷结束的全过程，同时也作为评价一台印刷机质量优劣的重要标准。

当印刷机在高速运转状态下时，导向辊、支轴、墙板及各部件的加工材料、加工精度以及连接配合不良会引起各部件的振动，进而会导致料膜发生皱褶、横向漂移和断裂等现象，从而降低套印精度甚至影响到其余部件的寿命。因此，为控制印刷机械振动问题造成的损失，对导向辊进行隔振设计是保证印刷质量的重要途径。

需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

发明内容

本发明目的在于提供了一种印刷机导向辊隔振装置及设计方法，对振动波的精准调控、高效吸收，保证印刷机导向辊在各种复杂工况条件下的运行平稳。

为实现上述目的本发明采用如下技术方案：

该印刷机导向辊隔振装置，包括局域共振单元组和至少一个十字型蹦床；所述局域共振单元组包括至少三个局域共振单元；

所述十字型蹦床包括十字型孔洞板和扇形立柱；所述扇形立柱的数量为3个或者6个，所述扇形立柱均匀排布固定于所述十字型孔洞板外侧；

所述局域共振单元均布于隔振装置内腔与所述十字型孔洞板之间；所述扇形立柱的外侧与隔振装置的外腔固定。

进一步地，上述局域共振单元包括碳钢质量块、弯曲弹性橡胶梁和衔接块；所述衔接块两端分别与两个弯曲弹性橡胶梁的一端固定，所述弯曲弹性橡胶梁的另一端固定有所述碳钢质量块。

进一步地，上述局域共振单元的数量为3个。

进一步地，上述十字型孔洞板上设有用于调整振动波的十字型孔洞；所述十字型孔洞与所述扇形立柱间隔排布于十字型孔洞板上。

进一步地，上述十字型蹦床的数量为2个。

进一步地，每个十字型蹦床上十字型孔洞和扇形立柱的数量都是6个。

进一步地，上述十字型孔洞板采用碳钢材料。

进一步地，上述扇形立柱采用橡胶材料。

基于上述的印刷机导向辊隔振装置的设计方法，包括以下步骤：

S1：通过对印刷机导向辊进行模态计算，确定印刷机导向辊的固有频率为f，再进行隔振装置基础参数的计算，计算公式为：

式中：k为局域共振单元的弹簧刚度；m为局域共振单元中碳钢质量块的质量；

S2：通过确定局域共振单元中衔接块和碳钢质量块的质量比υ＝m/M，确定局域共振单元的系统刚度，其计算公式为：

k＝4π²υMf² (2)

式中：M为衔接块质量；

S3：确定弯曲弹性橡胶梁的刚度，其计算公式为：

式中：E₁为弹性橡胶梁杨氏模量；S₁为横截面积，此处S₁＝a²；h₁为弯曲弹性橡胶梁的投影高度；

S4：通过式(3)，得出弯曲弹性橡胶梁的高度h₁和横截面积S₁的关系，确定其高度h₁及横截面积S₁,计算公式为：

S5：确定局域共振单元的等效质量，具体公式如下：

式中：m₂为局域共振单元中碳钢质量块的质量；m₁为弯曲弹性橡胶梁的质量；

S6：将式(5)修改为：

式中：ρ₂为碳钢质量块的密度，h₂为其高度，b、c分别为其横截面的宽和高；ρ₁为弯曲弹性橡胶梁的密度；

S7：通过步骤1-6公式，求得质量块高度为：

S8：通过S1至S7，即可确定隔振装置的几何参数。

进一步地，上述弯曲弹性橡胶梁截面为正方形，边长为a，S为横截面积，其计算公式如下：

S＝a² (8)。

本发明的有益效果：

本发明主要针对印刷机导向辊的振动基频进行精准的隔离，首先通过调节局域共振单元的尺寸以及材料参数大小，对应不同高端印刷机导向辊的不同基频峰值；其次通过设计十字型蹦床的结构，主要针对十字型孔洞的存在，使每根扇形立柱扎根在更柔软的基座上，增强扇形立柱的共振效应，从而拓宽抑制振频率，并且通过调节十字型孔洞以及扇形立柱的尺寸参数大小，达到灵活调整抑振频率的目的。本发明的隔振装置具有灵活性强，对一定频率范围内的振动波进行精准调控的优点，从而达到高效吸收振动波能量，隔离轴系的振动。

本发明隔振装置中十字蹦床结构的设计，利用其局域共振放大的现象，结构为由周期性排列的十字型孔洞的平板固体区域上竖起周期性阵列的扇形立柱。十字型孔洞的存在，使每根立柱扎根于更柔性的基座中，这些除十字型孔洞之外的竖有立柱的固体区域有效地充当了跳板，使扇形立柱的共振行为增强。在具体工程应用中，可以通过调节十字形孔截面的几何参数比如、形状、转角、立柱几何尺寸以及调节板厚，来进行隔振频率范围的调节。

附图说明

图1是本发明隔振装置的结构示意图；

图2是本发明局域共振单元组结构示意图；

图3是本发明局域共振单元结构示意图；

图4是本发明两个十字型蹦床正视图；

图5是本发明两个十字型蹦床结构示意图；

图6是本发明十字型蹦床局部示意图。

图中：1.局域共振单元；2.十字型蹦床；3.碳钢质量块；4.弯曲弹性橡胶梁；5.衔接块；6.十字型孔洞板；7.扇形立柱；8.十字型孔洞。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

结合附图对本发明进行详述，具体步骤如下：

如图1所示，该印刷机导向辊隔振装置，包括局域共振单元组和外圈两层十字型蹦2床。隔振装置整体主要由弹性橡胶和碳钢两种材料周期性组成。局域共振单元组，对其要减振的高端印刷机导向辊实现一阶峰值频率及附近振动响应的降低。十字型蹦床2结构，其特征在于实现振动能量高频段的衰减。

其中，局域共振单元组包括三组局域共振单元1结构，呈120°圆周排列。十字型蹦床2包括十字型孔洞板6和扇形立柱7，扇形立柱7的数量为3个或者6个，扇形立柱7均匀排布固定于十字型孔洞板6外侧。局域共振单元1均布于隔振装置内腔与十字型孔洞板6之间，扇形立柱7的外侧与隔振装置的外腔固定。

如图2和图3所示，局域共振单元1包括碳钢质量块3、弯曲弹性橡胶梁4和衔接块5；衔接块5两端分别与两个弯曲弹性橡胶梁4的一端固定，弯曲弹性橡胶梁4的另一端固定有碳钢质量块3。

局域共振单元1设计来源为单弹簧振子抑振结构，在连接两层金属框架上的衔接块上并联两个单弹簧振子抑振结构，整体结构为碳钢质量块3—弯曲弹性橡胶梁4—衔接块5—弯曲弹性橡胶梁4—碳钢质量块3，结构形状形似官帽。隔振装置中局域共振单元1结构根据不同设备高端印刷机导向辊的变化需求，针对其低频共振响应峰值，设计隔振装置中局域共振单元1结构中单弹簧振子的弹性橡胶梁以及质量块的结构以及尺寸参数，从而调节其对应的低频共振响应峰值对应的频率，实现峰值频率及附近振动响应的降低。

如图4-6所示，十字型孔洞板6上设有用于调整振动波的十字型孔洞8；十字型孔洞8与扇形立柱7间隔排布于十字型孔洞板6上，且扇形立柱7与十字型孔洞8等角度掺差排列，每个十字型蹦床2上十字型孔洞8和扇形立柱7的数量最好为6个。十字型孔洞板6采用碳钢材料，扇形立柱7采用橡胶材料。

十字型蹦床2针对需隔振的高端印刷机导向辊的高频振动，主要通过第二层以及三层蹦床结构对其振动能量进行衰减。振动能量通过第一层局域共振单元组结构的低频衰减之后，进入外层十字型蹦床2结构的十字型孔洞8，振动能量通过十字形孔洞，进而往传至蹦床结构的扇形立柱上，继续由扇形立柱传至下一层十字型蹦床结构上。以此类推，进行振动能量的高频段衰减。

本发明所提供的隔振装置具体实施情况：

在印刷机导向辊的直轴中，当设备开启导向辊转动时，导向辊辊面转动引起机械振动，振动能量传递至导向辊两端直轴进而传递到整个机器上，造成机器加工精度的误差。将本发明的隔振装置装配在导向辊直轴两端，直轴的振动能量传至隔振器中。针对其一阶低频共振响应峰值，通过第一层局域共振单元组，实现峰值频率及附近振动响应的降低。振动能量通过本发明隔振装置中第一层局域共振单元1组时，低频能量有所衰减。第2、3层十字型蹦床2结构，振动能量通过两层之间的衔接块5时，将振动能量传递至十字型蹦床2结构十字型孔洞8中，再往两边发散，引起十字型蹦床2结构上扇形立柱7的共振，进而传递至下一层蹦床结构，实现本发明隔振装置振动能量的高频衰减。通过本发明隔振装置中的局域共振单元组结构以及外圈两层的十字型蹦床2结构，实现对需隔振的高端印刷机导向辊的总振动响应得到有效控制的目的。

本发明所涉及隔振装置具体设计方法：

本发明提出的轴系隔振装置包含局域共振单元组结构和十字型蹦床2结构两个部分，其外观设计参考轴系隔振装置的具体使用环境，针对的轴系系统对象是印刷机导向辊，对其进行隔振装置的设置。

根据导向辊直轴的外径尺寸，确定隔振装置的内圈尺寸，两者尺寸大小一致。其次，进行隔振装置外圈尺寸的设计，其设计的关键在于，在满足隔振装置隔振性能的前提下，达到节约材料的目的。

隔振装置中局域共振结构的设计，主要通过以下步骤实现：

步骤1、通过对需要隔振的高端印刷机导向辊进行模态计算，确定需要隔振的高端印刷机导向辊的固有频率为f，通过高端印刷机导向辊的固有频率f，进行隔振器具体参数的计算；其计算公式为：

式中：k表示局域共振结构中的弹簧刚度；m表示局域共振结构中质量块的质量；

步骤2、通过确定两层金属框架间衔接块和局域共振结构中碳钢质量块3的质量比υ＝m/M，确定局域共振结构的系统刚度，其计算公式为：

k＝4π²υMf²

式中：M为衔接块质量。

步骤3、局域共振单元1底部的弯曲弹性橡胶梁4为局域共振单元1提供刚度，而顶部的碳钢质量块3为其提供质量，其中弯曲弹性橡胶梁4截面为正方形，边长为a。弯曲弹性橡胶梁4刚度近似计算公式为：

式中：E₁为弯曲弹性橡胶梁4杨氏模量；S₁为横截面积，此处S₁＝a²；h₁为弯曲弹性橡胶梁4的投影高度。

步骤4、通过步骤3公式，得出弯曲弹性橡胶梁4结构高度h₁和以及横截面边长的关系，计算公式为：

工程实际中，考虑到系统稳定性，此处，高度边长比不宜过大。此处根据比例关系，确定其高度h₁及边长a的值。

步骤5、对于本发明中的局域共振结构，视弯曲弹性橡胶梁4为含质量弹簧，则局域共振结构的等效质量确定为：

式中：m₂为局域共振单元中碳钢质量块3的质量；m₁为弯曲弹性橡胶梁4的质量。

步骤6、将上式改写为：

式中：ρ₂为局域共振单元中碳钢质量块3的密度，h₂为其高度，b、c分别为其横截面的宽和高；ρ₁为弯曲弹性橡胶梁4的密度。

步骤7、通过步骤1-6公式，求得质量块高度为：

通过步骤(1)至步骤(7)，即可获得本发明隔振装置中局域共振单元结构的几何参数。若存在偏差，可通过改变弯曲弹性橡胶梁4结构高度h₁和以及横截面边长a对结构进行调整，直至满足设计要求为止。同样，可利用结构参数与系统刚度及质量关系式步骤(1)至步骤(7)完成对结构材料参数的设计，或实现几何参数与材料参数的同步设计。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。