閔林鋒

摘 要：為了改善飛達壓紙機構的工作壽命，本文提出利用非圓齒輪擺桿機構代替壓腳凸輪機構。其間通過UG建立給紙機壓腳凸輪機構三維模型，并在ADAMS中進行運動學分析，得到壓腳凸輪機構擺桿角位移曲線，利用紙機壓腳凸輪機構凸輪位移運動規(guī)律，反求非圓齒輪節(jié)曲線;齒廓數學模型建立后，開發(fā)齒廓生成軟件生成齒廓，利用三維軟件建立非圓齒輪擺桿機構的三維模型，利用ADAMS完成運動學仿真并得到擺桿位移運動規(guī)律。研究表明，擺桿的角位移曲線與凸輪機構中的擺桿角位移曲線對比，二者基本一致，此外，在相同條件下，非圓齒輪表面接觸力比凸輪滾子表面接觸力減小了40%，驗證了該設計的正確性和實用性。

關鍵詞：給紙機;壓腳凸輪機構;ADAMS;非圓齒輪

中圖分類號：TH132.429 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2020）32-0035-04

Abstract： In order to improve the working life of the feeder paper pressing mechanism， this paper proposed to replace the presser foot cam mechanism with a non-circular gear swing lever mechanism. In the meantime， a three-dimensional model of the presser foot cam mechanism of the paper feeder was established through UG， and kinematics analysis was carried out in ADAMS， and the angular displacement curve of the swing rod of the presser foot cam mechanism was obtained， the non-circular gear pitch curve was reversed by using the cam displacement movement law of the paper machine presser foot cam mechanism; after the mathematical model of the tooth profile was established， the tooth profile generation software was developed to generate the tooth profile， and the 3D software was used to establish the 3D model of the non-circular gear pendulum mechanism， and the ADAMS was used to complete the kinematics simulation and obtain the displacement motion law of the pendulum rod. The research shows that comparing the angular displacement curve of the pendulum rod with that of the cam mechanism， the two are basically the same， in addition， under the same conditions， the non-circular gear surface contact force was 40% less than the cam roller surface contact force， which verified the correctness and practicability of the design.

Keywords： paper feeder;foot cam mechanism;ADAMS;non-circular gear

單張輸紙裝置又被稱為給紙機構，俗稱飛達或分紙頭，其廣泛應用于單張紙印刷機（如柔性版印刷機、膠印機、凹印機和絲網印刷機等）及部分印后設備（如模切機、折頁機、印刷品質量檢測裝置等），是印刷包裝機械中使用最為廣泛的關鍵部位，其性能好壞將直接影響印刷包裝設備的工作效率。國際知名的飛達專業(yè)生產廠家德國MABEG（馬貝格）公司處于行業(yè)頂尖水平，它的飛達水平代表了飛達的最新發(fā)展技術。國外生產制造的飛達可穩(wěn)定工作在給紙速度12 000張/h，有的甚至能夠達到15 000張/h。飛達也一直是我國單張紙印刷機械發(fā)展的主要瓶頸。目前，給紙速度6000張/h以內的飛達市場已基本全面被國內廠家占領，而10 000張/h上的飛達則完全依賴進口。

給紙機構主要由分紙吸嘴機構、壓腳機構和遞紙機構組成，分別完成分紙、壓紙和遞紙三個動作[1-2]。要想提高給紙速度，壓腳機構也需要保持高速，否則給紙動作無法完成。瑞安某包裝印刷有限公司在壓腳機構使用過程中發(fā)現，機器長期高速運行出現兩個問題：第一，凸輪表面出現磨損，使得壓腳機構壓紙效果不佳;第二，目前，壓腳凸輪機構中擺桿前端的滾子采用滾動軸承，在凸輪表面，跳動撞擊使得滾子壽命降低。非圓齒輪是用來傳遞兩軸間非勻速運動的，和其他非勻速比傳動機構（如凸輪、連桿等）相比，具有傳動平穩(wěn)、結構緊湊、運動精度高等優(yōu)點[3-4]。齒輪嚙合與凸輪嚙合相比，齒輪有多個齒逐漸接觸，同樣條件下耐磨性更好。和熱處理方式相比，其改進結構和改善材料的成本更低。因此，本文以該企業(yè)的壓腳凸輪機構研究對象，提出一種非圓齒輪擺桿機構（非圓齒輪與標準圓柱齒輪組合的擺桿機構）代替凸輪擺桿機構，簡稱非圓齒輪壓腳機構，建立非圓齒輪擺桿機構求解模型，編寫齒廓求解軟件獲得非圓齒輪輪廓數據，建立三維模型完成虛擬仿真試驗和運動學分析，驗證設計的可行性。

本文提出非圓齒輪與標準齒輪組合機構（簡稱非圓齒輪擺桿機構）代替凸輪和滾子，其適用于包裝機械中其他凸輪機構的改進設計，促進了包裝機械的發(fā)展。

1 壓腳機構

1.1 工作原理

壓腳機構主要由凸輪、擺桿1（桿長[l1]）、連桿2（桿長[l2]）、搖桿3（桿長[l3]）、力封閉彈簧（彈性系數[k]）組成，如圖1所示。電機帶動凸輪轉動，通過擺桿1上的滾子帶動擺桿1擺動，進而實現連桿2擺動達到壓腳的壓紙、松紙的動作。力封閉彈簧使得擺桿1上的滾子一直貼緊凸輪表面，防止脫離凸輪表面影響動作的傳遞和帶來沖擊。為了進行凸輪機構的分析，對壓腳機構進行拆分，得到凸輪和擺桿（簡化后，擺桿1桿長由[l1]調整為[l]）組成的一級機構，如圖2所示。

1.2 虛擬樣機建立與仿真

基于瑞安某包裝機械有限公司的給紙機構測繪壓腳機構，在UG三維軟件里建立三維實體模型，并導入ADAMS進行運動學仿真（見圖3），測得擺桿1的角位移曲線和凸輪表面接觸力曲線，如圖4所示。

2 非圓齒輪擺桿機構設計

2.1 非圓齒輪節(jié)曲線數學模型

以現有某高速給紙機給紙機構為實例，經測量，其壓腳機構擺桿長為[l]（簡化后），擺桿回轉中心[A]到非圓齒輪回轉中心[O]的中心距為[a]，擺桿角位移為[φ]。以A為坐標系原點建立直角坐標系，參考現有機子滾子半徑，給定圓柱齒輪分度圓半徑[R1]，則非圓齒輪向徑[R2]滿足式（1）條件。非圓齒輪壓腳機構傳動示意圖如圖5所示。

2.2 非圓齒廓生成

將非圓齒輪壓腳機構中的非圓齒輪齒的節(jié)曲線數據點導入利用Matlab軟件編寫的齒廓生成程序，輸入齒數、模數和壓力角，得到齒廓數據點（見圖6），生成.dat文件，再導入UG軟件繪制齒輪三維模型，如圖7所示。

3 三維模型建立與虛擬仿真

在UG三維軟件中繪制、裝配非圓齒輪壓腳機構，并導入ADAMS軟件，設置約束與參數，完成運動學仿真，仿真界面如圖8所示。通過后臺分析，得到擺桿的角位移曲線，如圖9所示，與凸輪擺桿角位移曲線對比，結果顯示基本一致。此外，對非圓齒輪與齒輪滾子之間的接觸力進行測試，與凸輪與滾子的接觸力相比，最大幅值前者只是后者的40%左右，因此可以有效提高耐磨性。

4 結論

基于現有壓腳凸輪機構數據，本文提出一種非圓齒輪擺桿傳動的壓腳機構并將其應用于原機中，利用ADAMS仿真軟件完成虛擬仿真，驗證了可行性。此外，在相同彈簧拉力、相同轉速下，分別測試了凸輪壓腳機構凸輪表面接觸力與非圓齒輪壓腳機構齒輪表面接觸力，結果顯示，后者與前者相比，齒輪表面接觸力相對減小40%，大大提高耐磨性，因此該機構具有一定的應用價值。

參考文獻：

[1]任慧，蔡吉飛.單張紙膠印機給紙機分離頭運動分析與設計[J].中國印刷與包裝研究，2009（6）：34-39.

[2]嚴榮標.印刷包裝化械中飛達的優(yōu)化設計[D].杭州：浙江大學，2017：20-22.

[3]齊福斌.單張紙給紙機發(fā)展與選擇[J].中國印刷物資商情，2007（5）：42-45.

[4]吳序堂，王貴海.非圓齒輪及非勻速比傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997：35-36.