Dr. Razvan Panaitescu, SE&A AMD PM MS, B&L机械设计
将打印单元系统转换为无齿轮系统可能是印刷行业的一个新概念，但结果往往是更好的精度。
多年来，打印系统一直使用相同的齿轮设计来复制图像。在这些设计中，会出现对齐问题，以及油墨分布的不一致。为了完善打印系统，机电支持考虑改变整个齿轮设计和打印系统的操作方式。在B&L的合作下，它研究了实现无齿轮打印单元的可能性。通过为每个橡皮布筒使用扭矩电机，它消除了齿轮设计的缺陷，间隙和合规元素的长链。打印单元的应用程序是使用SIMOTION/SINAMICS创建和安装的，作为西门子1PH7163电机的运动控制设备，驱动每个单元的上下两侧。
机器的描述
对由B&L机械设计公司改造的无轴腹板胶印机的印刷单元进行了分析。虽然所有四个单元都是独立运行的，但在运行过程中没有一个轴可以保证同步。
四个卷筒纸胶印机单元，从左到右:输出黑色、青色、品红和黄色。速度控制器积分器时间Tn增加到40 ms，允许在20 Hz和38 Hz的强固有频率下增加驱动阻尼。
这四个单元具有相同的机械结构，负责四种颜色(黑色、青色、品红和黄色)中的一种。在每个单元上都有两个垂直镜像的动力系统。每个单元印在纸的一面。电机通过风箱联轴器与它的30齿小齿轮连接。小齿轮与毛毯圆柱齿轮(120齿)，以1:4的比例。毯子上的小齿轮以2:1的比例驱动第三齿轮(60个齿)，这属于板筒。使用后一个齿轮，14-16个其他气缸被驱动。这些圆柱体形成了油墨系统，使油墨和水慢慢地循环，并被安置在印版表面。
在一次打印测试中，蓝色似乎是不匹配的，但在其他颜色上也可以看到同样的效果。这些配准点以每英寸(约75微米)4到5千英寸的振幅振荡。振荡的根本原因似乎是所有四个单元的速度和位置控制器的设置。该控制器经过了硬调，积分器时间极低，只有1毫秒。这些设置使控制器是动态的，因此，它对系统中发生的所有干扰作出迅速的响应。该系统的主要干扰是由于板和毯筒表面存在的间隙。当板缸的间隙接触橡皮布表面时(无论是在橡皮布间隙上方还是180°相移)，一个扰动力矩(冲击)会影响动力传动系统和速度。这个力矩激发了系统的固有频率，由于电机驱动的大惯量和每个气缸齿轮之间相对灵活的联轴器，系统的固有频率相当低。
频率响应测量
对速度控制系统进行了多次频响测量。频率响应的差异是在气缸的位置和印刷机的其他印刷部件之间。
审议了两种情况:
a)上下机独立驱动。
b)上下两个单元都在压痕中(只有一个单元是活动的，而另一个则通过毯筒之间发生的摩擦力作为额外的驱动惯量)。
在这两种情况下，没有明显的频率变化，观察到相似的反应。频移不显著的原因是，用于衰减系统中极点的摩擦不够大，不足以充当系统之间的刚性连接。
速度控制系统在低频率时显示了几个零:13,20,38hz，这似乎是调整速度和位置控制器时感兴趣的频率。虽然控制器之前已经进行了硬调，软调允许一个更稳定的控制器闭环振幅位于0分贝线以下。
机数据
如果印刷出现配准问题，驱动器参数可进一步调整。积分时间可以增加到最大值80毫秒，而速度控制器比例增益可以减少到最小170 Nms/rad。两个参数中的任何一个的变化必须关联在一起，并与参考模型频率的相应修改相关联。
对轴设置的唯一修改是将位置控制器增益从50s-1降低到40s-1。这种降低适应了最低无阻尼固有频率约20 Hz，这是在植物频率响应中观察到的。根据打印的实际结果，这个设置甚至可能更低，大约为25s-1。最低固有频率，以及动力传动系统的阻尼量在设置该频率方面起着重要作用。
时域测量
采用速度阶跃响应测量参数:振幅- 30转;偏移量- 20转/分;上升时间- 20毫秒;凝结时间- 200ms;测量时间为682.5 ms，纸张在上下单元毛毯筒之间运行。这形象印在两边。毯子在网上每旋转一次，都应该有0.180英寸的空隙。这个间隙与印版滚筒上的间隙重叠，为0.187英寸。第二次印刷间隙发生在印版与橡皮布间隙180度相接触时。这些间隙的存在(在橡皮布和平板圆柱体中)引入了一个重复的扰动力。 Once every blanket rotation, when both gaps met, this force acted on every plate rotation with higher amplitudes.
该过程中的扰动力也来自于齿轮齿在运行过程中接触产生的扰动力。由于齿轮不精确，并出现了齿隙，硬调谐电机/控制器努力保持在位置上产生额外的振动效应。如果有一个直接的测量系统和控制器调整的位置在负载，而不是在电机编码器，这种影响将更明显。
在初始设置下，控制器是硬调的，可以在转矩和速度的行为中看到，因为它们以最低的机械共振振荡。在转矩(或速度)响应上观察到的频率约为13赫兹。它是力学的固有频率，可能是在印刷结果上观察到的频率，与扰动力无关，也不依赖于速度。
当控制器调整为阻尼优化设置(更高的积分器次数和更低的比例增益)时，打印结果得到了改善，并克服了配准问题。调整后，速度和扭矩的振荡被显著地抑制了。这一调整与速度控制器设置有关，它变得更软，对干扰的响应更小。这样，来自大圆柱惯性的振荡被衰减，指挥响应得到了很大的改善。
振动分析
对每个打印单元进行了若干其他振动测试。试验结果表明，黑色和蓝色机组的轮系也存在机械问题。这两种装置在平板和橡皮布圆筒处都出现了不可接受的振动水平。由于振动谱只包含齿轮啮合频率的倍数，因此可以得出结论，这些振动的根本原因很可能是在黑色和蓝色打印单元的动力传动系统中的一个或多个坏齿轮。建议B&L检查齿轮系的机械精度，并观察齿轮齿位上任何可能的不准确性。
在恒定或上升操作过程中，在印刷装置两侧的橡皮布和印版滚筒的安装法兰上沿径向(X和Y)进行了多次振动测量。测量是在当前运行速度下进行的。加速度的时域值以峰值瞬时值表示，并按比例表示g级(g = 9.87 m/s2)。
以每分钟600英尺的速度旋转
600/2π *14.484in/12 = 79.116min－1
电机的转速是毯子的四倍，频率是
(79.116/60)* 4 = 5.27 Hz
干扰频率与齿轮齿数的关系如下:
z电动机= 30→l = 30*5.27 = 158 Hz
z板= 60→l = 60*5.27 = 316.5 Hz
zlanket= 120→l = 120*5.27 = 633 Hz
这些频率(一阶、二阶、三阶谐波)的整数倍等间隔为158 Hz的倍数。在900英尺/分钟的情况下进行了类似的计算，基本频率为237 Hz(电机齿轮的啮合频率)，倍数为474 Hz, 711 Hz(第三谐波)，948 Hz, 1185 Hz(第五谐波)。
当在印刷单元的前端，在X和Y方向上测量时，振动水平不超过0.5 g，这意味着它们在制造商的规格内。
在Y方向上，黑色上部单元似乎出现了2 g的振动峰值。X方向振动读数最高。黑色单位，在上下圆柱体，显示峰值为3克。同样，蓝色单位显示的峰值接近2.5 g。
检查了黑色和蓝色的单位，以观察齿轮执行。振动的水平是由于增加了第60次谐波的放大，这来自于板齿轮啮合频率。振动水平随生产速度的增加而增加。在900英尺/分钟时，黑色和蓝色单元的振动水平接近4g。这些值是不可接受的，需要立即注意纠正错误怀疑发生在两个齿轮。
提高了打印效果，解决了配准问题。
模态分析结论
通过激励负载进行顺应性频率响应测试，并测量其在动作点的响应。执行的一些测量是在相反的方向上的冲击方向(因此误导行为的相位)。这些单元被成对测试，以显示整个印刷机模态读数的一致性。
y方向模态分析反映了扭转模态，因为读数和冲击方向都与缸体表面切向。在柔度频率响应中无法识别扭转模态(在频响特性中更为明显)。当频率变成旋转频率的整数倍时，一些模态显示出比其他模态更多的放大(例如Y方向的400hz)。特征频率阻尼良好，没有贡献太多的增加振动水平。
由B&L改造的压力机是无轴的。所有机组独立运行，没有轴确保同步。
通过振动测量观察到的机械问题被报告在黑色和蓝色印刷装置。利用机电支持调查资源和技术，通过应用和实施严格的测试程序，注册问题得到了纠正和改善。一旦注册问题得到纠正，客户就可以了解如何进一步评估控制器设置的改进，现在可以在进一步的系统上执行类似的分析。如果应用和实施严格的测试程序，注册问题仍然可以得到改善。
bl机械设计
www.blmachinedesign.com
了下:机电整合的建议，电机(直接驱动)+无框电机
