橡皮滚筒的动平衡分析

刘建彬 胡刚

印刷滚筒的动平衡问题一直是印刷设备制造商和印刷企业技术人员的研究重点，只有动平衡满足要求，印刷滚筒才能运转平稳，达到理想的印刷质量。例如，报纸高速印刷设备的橡皮滚筒在加工制造过程中，由于受到橡皮布安装调节机构和滚筒空档的影响，导致橡皮滚筒的外形不均匀，从而使其质心偏离旋转轴心，进而在运转过程中产生不平衡离心力和不平衡离心力偶，最终影响到印刷精度。所以，提前对印刷滚筒的动平衡进行分析实为必要。下面，笔者就介绍采用Proe软件对橡皮滚筒动平衡进行分析的过程，以供业内人士借鉴。

静平衡分析

印刷滚筒的动平衡分析以静平衡分析为前提。首先，按照橡皮滚筒CAD图纸的尺寸要求，利用Proe软件绘制出其对应的三维结构简图，并统一坐标系的方向；然后，在Proe软件的组装模式下，按照橡皮滚筒的装配尺寸完成模拟装配。

1.建立伺服电机定义模块

首先，查阅手册，并在伺服电机定义模块中输入所用材料的密度，以确定橡皮滚筒的质量。在Proe软件中完成橡皮滚筒的模拟装配以后，由标准模式进入机构模式。根据印刷速度（按最高速度75000张/小时）、橡皮滚筒类型（笔者模拟的是双倍径滚筒），按照计算式75000×360/3600，来定义伺服电机的模拟转速，最终转化为Proe软件的默认单位3750deg/sec。伺服电机定义模块如图1所示。

2.建立分析定义模块

建立名称为AnalysisDefinition1的分析定义模块，分析定义的条件为：橡皮滚筒在模拟转速为3750deg/sec的电机带动下运转，运转时间可任意定义，且不增加其他外力。分析定义模块如图2所示。

3.建立测量项目并得出测量结果

根据上一步的分析在测量结果的目录下建立测量项目，包括fr_1（旋转惯性力的合力）、frx_1（x方向分力）、fry_1（y方向分力），从而得到AnalysisDefinition1分析定义模块中橡皮滚筒的不平衡合力以及分力的方向和大小，这便完成了橡皮滚筒静平衡的分析。

4.验证测量结果

待确定不平衡合力的大小和方向之后，再模拟增加一个沿着不平衡合力反方向的外力F1，外力F1的大小由用户定义（如图3），将测量结果以表达式的形式调出来插入软件模块中即可。然后再新建名称为AnalysisDefinition2的力分析定义模块，令橡皮滚筒在电机及外力F1的共同作用下运转，此时再测量不平衡合力以及不平衡合力在x和y方向的分力，若此时三者均为零（测量结果模块如图4所示），则表明橡皮滚筒的静平衡符合要求。

动平衡分析

1.选定两个平衡平面

笔者将两个平衡平面分别选定为橡皮滚筒两端的去重平面，这两个平衡平面之间的距离为1000mm，将去重半径定义为r（r=127mm）。利用Proe软件分析出不平衡合力f的大小，再根据离心惯性力计算公式f=mω2×r，求出不平衡质量m，同时也可确定去重质量。

2.建立分析定义模块

此部分可参考橡皮滚筒静平衡分析中建立分析定义模块的方法。

3.建立测量项目并测量结果

建立测量力矩项目：M（不平衡合力矩）、Mx（x方向分力矩）、My（y方向分力矩），并确定不平衡合力矩及其分别在x方向和y方向的分力距的大小和方向。

4.验证测量结果

为得到两个平衡平面上的不平衡力偶，需要在这两个平衡平面上做出合力曲线。如图5所示，首先在第一个平衡平面内作出合力矩，然后在合力距的垂直方向上做出该平衡平面的分力，分力的大小是合力距与两个平衡平面之间距离的比值，因为静平衡分析中已经确定了不平衡合力的大小和方向，第二个平衡平面的分力大小和方向可根据平行四边形原理得到。所有确定的数值可在装配模式下通过关系模块赋给（如图6）。

由于两个不平衡力偶分别在两个平衡平面内，所以要在两个平衡平面上分别增加外力F2、F3，并建立名称为AnalysisDefinition3的分析定义模块，条件是橡皮滚筒在电机带动下，同时在两个平衡平面内分别模拟增加两个外力，然后验证不平衡合力及其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，若六者都为零或者接近于零，则可认为橡皮滚筒的动平衡符合要求。

以上过程只是分析了橡皮滚筒两个平衡平面的动平衡，对于动平衡不满足要求的橡皮滚筒，还需要做相应的去重工作，然而，去重过程还要考虑到体积改变对不平衡相位的影响。因此，要想设计出动平衡满足要求的橡皮滚筒，必须经过反复试验以及核算，把不平衡质量控制在要求范围内，并尽可能地越小越好。对于工程技术人员来说，掌握好机械原理，充分利用软件分析，才能更好地为生产服务。