諧波傳動(dòng)在印刷包裝機(jī)械中的應(yīng)用

□張明科

伴隨著包裝機(jī)械的需求以及印刷技術(shù)的改進(jìn)，印刷包裝機(jī)械的需求也是逐步上升，機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)要求其機(jī)械性能更加可靠、穩(wěn)定，其控制操作愈加精確。諧波傳動(dòng)在印刷包裝機(jī)械中的應(yīng)用，主要是利用彈性元件的可控變形完成運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力傳遞，實(shí)現(xiàn)相位調(diào)整機(jī)構(gòu)的控制精準(zhǔn)性，在機(jī)械行業(yè)具有較高的應(yīng)用潛力。

一、諧波傳動(dòng)原理及印刷包裝相位調(diào)整機(jī)構(gòu)

(一)諧波傳動(dòng)原理。諧波傳動(dòng)由三個(gè)基本構(gòu)件組成，一是波發(fā)生器，是由凸輪組成，橢圓輪廓的凸輪外套薄壁柔性軸承；二是柔輪，是由薄壁構(gòu)件外端的環(huán)形圓柱齒輪構(gòu)成，齒數(shù)ZR，三是剛輪，是圓柱內(nèi)的齒輪，齒數(shù)為ZG。這三個(gè)基本構(gòu)件需要滿足諧波發(fā)生以及傳動(dòng)的要求，所以柔輪及剛輪模數(shù)m要相等，兩者之間的齒數(shù)則是要滿足以下等式：ZR=ZG-2，再者柔輪長軸節(jié)圓直徑等于剛輪的節(jié)圓直徑，即滿足：Dj=mZG，并且剛輪與柔輪在凸輪長軸處輪齒完全嚙合，短軸相對獨(dú)立，處于長軸及短軸之間的諸齒處于嚙合的過渡狀態(tài)，從而確保處于凸輪長軸運(yùn)動(dòng)前方的過渡區(qū)的諸齒能夠?qū)崿F(xiàn)完美嚙入以及后方過渡區(qū)的諸齒依次逐漸嚙出。傳動(dòng)時(shí)波發(fā)生器相對剛輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周，柔輪不斷變形的齒環(huán)與剛輪齒輪能夠逐漸發(fā)生嚙合，再者剛輪與柔輪齒數(shù)滿足ZR=ZG-2，從而形成變形諧波,產(chǎn)生“錯(cuò)齒”，波發(fā)生器一周錯(cuò)開兩個(gè)齒，三個(gè)基本構(gòu)件能夠產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，通過差動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)其中一個(gè)件的固定，實(shí)現(xiàn)減速或者是增速，也可以兩件輸入運(yùn)動(dòng)而另一件輸出運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生差動(dòng)傳動(dòng)，諧波傳動(dòng)的形式可以根據(jù)需求而定，兩者狀態(tài)均如圖1所示。

(二)印刷包裝機(jī)械相位調(diào)整機(jī)構(gòu)。根據(jù)上述對諧波傳動(dòng)的原理闡述可以發(fā)現(xiàn)，諧波傳動(dòng)比較大，精度高，空回小并且傳動(dòng)平穩(wěn)，質(zhì)量也較輕，所以在傳動(dòng)過程中可以按照印刷包裝機(jī)械相位調(diào)整的要求，組裝在機(jī)械中，不對其生產(chǎn)操作及工作造成大影響，而是成為相位調(diào)整機(jī)構(gòu)的動(dòng)力裝置，確保相位調(diào)整機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的平穩(wěn)、高速及精準(zhǔn)。應(yīng)用于相位調(diào)整機(jī)構(gòu)的諧波傳動(dòng)裝置主要有兩種形式，一是本性柔輪結(jié)構(gòu)，二是環(huán)形柔輪機(jī)構(gòu)。三個(gè)基本構(gòu)件的組合方式一共有八種，其具體情況如表1所示。

表1

在多色印刷機(jī)以及紙箱開槽機(jī)等印刷包裝機(jī)械中常采用差動(dòng)裝置1、增速裝置1、差動(dòng)裝置2這三種形式的組合，實(shí)現(xiàn)相位調(diào)節(jié)功能，使得諧波傳動(dòng)具有較高的運(yùn)動(dòng)精度以及會(huì)差精度，便于操作及相位調(diào)節(jié)更加精確。

二、諧波傳動(dòng)在印刷包裝機(jī)械中的應(yīng)用效果

比對傳統(tǒng)印刷包裝機(jī)械中的剛性傳動(dòng)，諧波傳動(dòng)在現(xiàn)代化印刷包裝生產(chǎn)中應(yīng)用更為廣泛，主要是其有以下8個(gè)優(yōu)勢，能夠適用于走向工業(yè)化生產(chǎn)的印刷包裝，實(shí)現(xiàn)高速、精準(zhǔn)以及長效的運(yùn)作。一是傳動(dòng)比大，單級傳動(dòng)比若是采用內(nèi)嚙復(fù)波傳動(dòng)可以高達(dá)107，一般的單級傳動(dòng)比也能夠阻礙1.002～300之間內(nèi)變化，可以滿足一般的印刷機(jī)械傳動(dòng)要求。二是同時(shí)嚙合齒數(shù)較多，諧波傳動(dòng)的組合方式一共有八種，所以可以選用合適的嚙合參數(shù)，可以利用特殊齒形以及截面不同徑向系數(shù)，構(gòu)成漸開線三維修形的齒廓，則能夠?qū)Ш淆X數(shù)提升到30%～50%，有效增加嚙合面積。三是機(jī)構(gòu)簡單重量輕，相同工作條件、承載能力及減速比下，諧波傳動(dòng)減速器的零件數(shù)量以及重量明顯低于傳統(tǒng)的剛性傳動(dòng)減速器，并且能夠隨著傳動(dòng)比增大，便于安裝及操作。四是承載能力大效率高，不同于其他傳動(dòng)，諧波傳動(dòng)是利用多齒嚙合，并且存在“錯(cuò)齒”，所以其承載能力更大，“錯(cuò)位”產(chǎn)生的傳動(dòng)能也更為平穩(wěn)及高效率。五是傳動(dòng)精度高，諧波傳動(dòng)的多區(qū)域性以及多齒嚙合特點(diǎn)，能夠在相同制造精度的狀況下，實(shí)現(xiàn)更高的傳動(dòng)精度。六是齒側(cè)間隙小，諧波傳動(dòng)的嚙合參數(shù)以及結(jié)構(gòu)參數(shù)是可以自由選擇的，所以只要選擇合理的參數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)間隙吻合，避免間隙對諧波傳動(dòng)造成大影響。七是嚙合時(shí)是面接觸以及多齒嚙合，故而滑動(dòng)速度較小，磨損少，所以傳動(dòng)更為平穩(wěn)、噪聲少及無沖擊現(xiàn)象。八是能夠?qū)崿F(xiàn)密封空間的傳遞運(yùn)動(dòng)，密封空間是現(xiàn)階段印刷包裝自動(dòng)化生產(chǎn)的重要環(huán)境，密封空間是減少空氣以及其他雜質(zhì)對印刷包裝著色以及印刷面版效果的影響，所以在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的時(shí)候?qū)h(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)槊芊?。諧波傳動(dòng)能夠在密封的兩種介質(zhì)中將柔輪固定，就可以實(shí)現(xiàn)密封間傳遞運(yùn)動(dòng)，還可以操縱高溫以及高壓管路的閥門，這也是諧波傳動(dòng)最為獨(dú)特的優(yōu)勢，滿足現(xiàn)代化印刷包裝機(jī)械的生產(chǎn)要求以及工作要求。

三、結(jié)語

綜上所述，諧波傳動(dòng)在印刷包裝機(jī)械中的應(yīng)用，比對其傳統(tǒng)剛性傳動(dòng)更具有優(yōu)勢，在現(xiàn)代化機(jī)械行業(yè)發(fā)展背景下，依舊能夠滿足印刷包裝的工作環(huán)境以及生產(chǎn)要求，能夠靈活應(yīng)變選擇不同的組合形式，滿足各個(gè)環(huán)境下的工作需求。