高速多色膠印機(jī)多科學(xué)綜合優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、膠印機(jī)是印刷行業(yè)廣泛使用的一種體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)精密的紙制印刷品生產(chǎn)設(shè)備。隨著人們對(duì)印刷效率和品質(zhì)要求的不斷提高，高速、多色和高精度成為現(xiàn)代膠印機(jī)發(fā)展的潮流。目前，國(guó)際先進(jìn)的高速高精度多色膠印機(jī)其最高印刷速度普遍達(dá)15000r/h以上，而我國(guó)同類(lèi)產(chǎn)品的印刷速度難以突破12000r/h。國(guó)產(chǎn)膠印機(jī)與國(guó)外產(chǎn)品的差距表現(xiàn)在高速印刷條件下整機(jī)穩(wěn)定性差、可靠性低等方面。有鑒于此，基于現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法研制動(dòng)態(tài)性能良好的國(guó)產(chǎn)高速高精度多色膠印機(jī)

2、具有重大的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　在印刷機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了廣泛而深入的研究，但研究中存在著印刷機(jī)建模、分析和優(yōu)化缺乏系統(tǒng)性、全面性和綜合性等不足。為解決上述問(wèn)題，本文在江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)資金項(xiàng)目的資助下，針對(duì)某型單張紙高速高精度四色膠印機(jī)(以下簡(jiǎn)稱“膠印機(jī)”)的數(shù)字化建模、數(shù)字化分析、數(shù)字化集成和數(shù)字化優(yōu)化進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究過(guò)程中，通過(guò)綜合運(yùn)用數(shù)字化設(shè)計(jì)方法、多學(xué)科理論知識(shí)、多種關(guān)鍵技術(shù)和多領(lǐng)域工具軟件

3、，探索出一套適合膠印機(jī)復(fù)雜產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)的先進(jìn)的、完整的、實(shí)用的解決方案，從而在數(shù)字化環(huán)境下膠印機(jī)的整機(jī)建模、性能分析、優(yōu)化流程集成和結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)優(yōu)化方面作出了創(chuàng)造性貢獻(xiàn)。概括起來(lái)，本文的研究?jī)?nèi)容及取得的主要成果如下：
　　(1)膠印機(jī)整機(jī)三維CAD建模與參數(shù)化。建立了精確的、規(guī)范的、層次化的膠印機(jī)整機(jī)全系統(tǒng)三維CAD模型。規(guī)范了零件尺寸參數(shù)命名方式，利用線性矩陣方程描述了參數(shù)驅(qū)動(dòng)機(jī)理。基于CAD軟件二次開(kāi)發(fā)技術(shù)和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)

4、，開(kāi)發(fā)了通用的膠印機(jī)參數(shù)化建模系列程序，并將其應(yīng)用于膠印機(jī)關(guān)鍵零部件的參數(shù)化設(shè)計(jì)。
　　(2)膠印機(jī)整機(jī)虛擬樣機(jī)建模與仿真。建立了膠印機(jī)單色組整機(jī)虛擬樣機(jī)模型，通過(guò)對(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行高速印刷條件下的虛擬試驗(yàn)，明確了膠印機(jī)振動(dòng)的主要來(lái)源以及激振力的時(shí)域、頻率特征。視墻板為柔性體，視其他零部件為剛體，建立了膠印機(jī)印刷部分剛?cè)狁詈咸摂M樣機(jī)模型，通過(guò)對(duì)模型的仿真驗(yàn)證了墻板強(qiáng)度的可靠性。
　　(3)膠印機(jī)有限元建模與分析。提出了膠印機(jī)有限

5、元建模中模型要素的處理方法，包括CAD模型的簡(jiǎn)化、螺栓連接和軸承連接的等效處理等。綜合運(yùn)用多種有限元建模技術(shù)建立了膠印機(jī)單色組整機(jī)和整機(jī)機(jī)架的有限元模型，進(jìn)行了相應(yīng)的靜力分析、模態(tài)分析和頻率響應(yīng)分析，找到了結(jié)構(gòu)需要優(yōu)化的薄弱環(huán)節(jié)。建立了橡膠層與剛性印刷滾筒三維接觸有限元模型，并對(duì)模型進(jìn)行了剛?cè)峤佑|非線性分析。通過(guò)對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行最小二乘法函數(shù)擬合，得到了橡膠層表面印刷壓力分布數(shù)學(xué)模型。
　　(4)膠印機(jī)多軟件集成優(yōu)化平臺(tái)的構(gòu)建。開(kāi)發(fā)

6、了模塊化有限元建模流程模板，實(shí)現(xiàn)了膠印機(jī)有限元建模過(guò)程的自動(dòng)化?；谲浖杉夹g(shù)對(duì)多種異構(gòu)CAD軟件、CAE軟件、自編程序、模板進(jìn)行集成，建立起統(tǒng)一的膠印機(jī)數(shù)字化集成優(yōu)化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了CAD、CAE以及設(shè)計(jì)優(yōu)化全過(guò)程的集成化和自動(dòng)化。
　　(5)膠印機(jī)壓印滾筒和機(jī)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化?；谧兠芏确▽?duì)壓印滾筒內(nèi)部筋板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果設(shè)計(jì)了筋板形狀，所設(shè)計(jì)的滾筒能夠滿足高速印刷時(shí)撓度較小的要求?；谧兠芏确▽?duì)膠印機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)

7、進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化，獲得了機(jī)架結(jié)構(gòu)材料最佳分布方案。在此基礎(chǔ)上，基于優(yōu)化平臺(tái)對(duì)墻板筋板尺寸參數(shù)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)靈敏度分析和多目標(biāo)優(yōu)化，獲得了重量較輕且動(dòng)態(tài)性能良好的機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。
　　(6)膠印機(jī)串墨機(jī)構(gòu)和開(kāi)閉牙凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)化。運(yùn)用矩陣變換法分析了串墨機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。以4個(gè)串墨輥串墨運(yùn)動(dòng)初始相位為因素進(jìn)行了試驗(yàn)設(shè)計(jì)，優(yōu)選出了一組可以基本消除串墨機(jī)構(gòu)不平衡慣性力的串墨初始相位搭配方案。選取對(duì)稱簡(jiǎn)諧梯形加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)開(kāi)閉牙凸輪從動(dòng)件

8、運(yùn)動(dòng)曲線，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)曲線設(shè)計(jì)軟件。根據(jù)達(dá)朗貝爾原理建立了開(kāi)閉牙凸輪從動(dòng)件單自由度扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模型及相應(yīng)的數(shù)值仿真模型，求得了從動(dòng)件的振動(dòng)響應(yīng)。以開(kāi)閉牙凸輪從動(dòng)件主振動(dòng)和殘余振動(dòng)最小化為目標(biāo)完成了從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)曲線的多目標(biāo)設(shè)計(jì)優(yōu)化，得到了運(yùn)行學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能良好的運(yùn)動(dòng)曲線。以新運(yùn)動(dòng)曲線為基礎(chǔ)，通過(guò)逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真求得了連續(xù)、光滑的凸輪實(shí)際輪廓曲線。
　　(7)改進(jìn)型膠印機(jī)振動(dòng)測(cè)試。利用振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)采集了改進(jìn)型膠印機(jī)若干部位的振動(dòng)加速度。基