北京印刷学院印刷设备概论作业论文.doc

单张纸印刷机离合压机构的仿真与设计

北京印刷学院本科毕业设计（论文部分）

题目：单张纸印刷机离合压机构的仿真与设计
系部：信息与机电工程学院
专业：机械工程及自动化
班级：
学号：
姓名：

单张纸印刷机离合压机构的仿真与设计

（北京印刷学院 信息与机电工程学院, 北京 102600）
摘要：单张纸胶印机的橡皮滚筒进行离合时，要求橡皮滚筒离合压动作平稳，无冲击现象，两端位移始终保持一致。并且要求离合压机构能够自锁，保证印刷压力稳定。
随着印刷行业的发展，计算机图形设计技术的更新换代，使用二维理念、二维图纸进行印刷机设计虽然仍然是一种重要的表现，但是产品设计的最终出路在于三维设计和数字化的运动仿真分析，这是无法回避发展趋势。而在顺应这一趋势下涌现出的各种工业设计软件与虚拟样机分析软件中，SolidWorks三维设计软件和ADAMS机械系统动力学自动分析软件就是其中的佼佼者。
关键词： 离合压；胶印；单张纸；系统设计；仿真；印刷压力
中图分类号： 文献标识码： 文章编号：

1 引言
印刷在国民经济占有重要的地位，它是人们进行信息交流、文化和科学技术传播的手段，它是一个重要的宣传工具。它与人们的日常生活密切相关，任何人都离不开印刷，印刷工业是永不衰落的工业。在世界范围内，印刷机械行业已是世人普遍关注的技术领域之一，成为各国经济发展中新的经济增长点。不少发达国家把印刷工业的发展水平看成是一个国家经济发展程度的标志。近十几年来，印刷工业得到飞速发展，其产品集机、电、光于一体，产品的质量不断提高。目前，不仅印刷机的工作性能和技术水平有了显著的提高，而且使用范围和引用领域也得到了扩大。目前，在中国印刷机市场上，高端的印刷机可以说仍被国外企业垄断着（例如海德堡，罗兰，高斯，小森，三菱等），当然国内外的差距是多方面的，金属材料、加工工艺、制造水平、生产管理、机械设计等等方面都制约着我国的印刷机的生产水平。不过经过多年的努力，国内的一些企业在各方面都取得了很大的进步，缩小了与国外企业的差距。
胶印印刷过程是一个非常复杂的过程，是由相互联系又相互作用的多个要素及印刷机各部分系统组成的。离合压机构是胶印印刷机的一个重要组成部分。根据印刷工艺过程及印刷机操作程序的要求，胶印机的三个滚筒应能互相离合，即必须有离压和合压两个工作状态。当纸张进入印刷部件进行正常印刷时，三滚筒合上—处于合压状态，相互滚压，完成图文转移得到印张；而当输纸系统发生如出现双张、空张、歪张、纸晚到等故障或当调机或其他需要时，滚筒应及时脱开，使其处于离压状态。否则橡皮滚筒上的墨迹就会印到压印滚筒的表面，待以后正常印刷时又转印到印张背面造成废品。所以在单张纸胶印机上都装有用于控制滚筒离合的离合压机构，通过改变滚筒中心距来实现滚筒的离合压。
单张纸胶印机的橡皮滚筒进行离合时，要求橡皮滚筒离合压动作平稳，无冲击现象，两端位移始终保持一致。并且要求离合压机构能够自锁，保证印刷压力稳定。
随着印刷行业的发展，计算机图形设计技术的更新换代，使用二维理念、二维图纸进行印刷机设计虽然仍然是一种重要的表现，但是产品设计的最终出路在于三维设计和数字化的运动仿真分析，这是无法回避发展趋势。而在顺应这一趋势下涌现出的各种工业设计软件与虚拟样机分析软件中，SolidWorks三维设计软件和ADAMS机械系统动力学自动分析软件就是其中的佼佼者。
本文就是将SolidWorks三维建模及运动仿真及ADAMS运动学分析联系起来运用到印刷领域，通过用SolidWorks20007版对所提出的印刷机离合压机构进行三维参数化建模，然后将所建立的三维模型机构使用ADMAS对其进行仿真及运动分析，实现对所设计的离合压机构的参数化调节。离合压工艺动作应遵循印刷机印刷工艺过程、印刷装置及相关机构运动规律，按严格的时间、位移规律进行，并且离合压动作要平稳，保证压力稳定。
三维模型是技术创新和产品设计的有效辅助工具，对于各个设计部分的协调、配合，对于设计数据的管理和使用等，比起传统设计二维设计软件，具有更大的实际意义。虚拟样机分析的价值在于其强大的数字分析的能力，充分利用现有的高性能计算技术解决大量大规模的问题。提升仿真效率、保证设计初期设计的有效性、提升品质、加速产品投放市。
在印刷领域，SolidWorks与ADAMS联合使用的开发还处于起步阶段，它具有远大而光明的市场前景。相信随着对三维模型的虚拟样机分析的开发研究的逐渐成熟，整个印刷行业也将面临一场巨大的变革。这种变革决不是简简单单的技术改进，而是数字化印刷时代的真正到来。

2 胶印机离合压机构介绍
2.1离合压机构的作用
控制橡皮滚筒同印版滚筒和压印滚筒之间的离合，合压机构动作使橡皮滚筒同压印滚筒和印版滚筒接触，完成油墨到纸张上的转移过程；不印刷时，离压机构动作，使橡皮滚筒与压印滚筒和印版滚筒离开，防止油墨转移到压印滚筒背面，使纸张背面蹭脏。当机器出现故障时，离压机构自动工作，从而避免非正常输入的纸张或其它异物进入滚筒之间，硌坏橡皮布。
2.2离合压机构的工作原理
离合压的方式有两种，一种是同时离合压；另一种是顺序离合压。根据滚筒的排列可以看出：同时离合压，即橡皮滚筒同压印滚筒和印版滚筒同时接触和分离，滚筒的缺口必须和滚筒的排列角一样大，防止第一张纸一半印上，一半印不上。滚筒的排列角一般占滚筒的三分之一以上，这样大大地降低了滚筒表面的利用率。要完成大幅面的印刷，必须增大滚筒的直径。滚筒的直径越大，带来的问题就越多，此处不详叙，这种结构现已被淘汰。顺序合压，即橡皮滚筒先同印版滚筒合压，后同压印滚筒合压；离压时，先同压印滚筒离压，后同印版滚筒离压。总括一句话，不管合压还是离压，其动作都是按顺序进行的。以顺序合压为例，当橡皮滚筒与印版滚筒合压时，橡皮滚筒的缺口刚好与印版滚筒的缺口相对，如图2-1所示。

图2-1 顺序离合压示意图

把这个合压也叫做第一次合压。第一次合压完后，橡皮滚筒继续向前转，当其缺口与压印滚筒的缺口相对时，橡皮滚筒与压印滚筒合压，把这个合压通常也叫做第二次合压。离压过程相反，把橡皮滚筒与压印滚筒的离压叫做第一次离压，而橡皮滚筒与印版滚筒的离压叫做第二次离压。这样滚筒上的缺口与滚筒的排列角没有任何关系，因此其缺口可以做得尽可能小，从而可以缩小滚筒的直径。缩小滚筒的直径会带来很多益处，所以目前几乎所有的印刷机采用的都是顺序离合压。
离合压时，为了使其滚筒迅速能进入稳定状态开始印刷，一般情况下，离合压时都有一个提前角，这个角度基本上都在10°左右。
2.3离合压机构的种类
就国内外现有胶印机机型来看，其离合压机构的传动形式主要有气动式和机械式两种，下面分别进行说明。
2.3.1气动式离合压机构
现在国内外的一些胶印机开始采用气动控制的离合压机构。如国产BEIREN300型印刷机就是采用气压传动离合压机构。如下图2-2所示，橡皮滚筒与印版滚筒、压印滚筒的离合压动作由两个串联的气缸分别进行，气缸的初始位置由一个直线电机控制。印版滚筒中心是固定的，压印滚筒装在偏心轴承中，用来调压。实现离合压动作主要是靠装于橡皮滚筒两端的一对单偏心轴承机构来完成。气缸动作带动齿条5上下运动，齿条带动齿轮轴上的小齿轮4转动，齿轮4随之转动，带动偏心轴承上的扇形齿轮3转动，使偏心轴承1转动一个角度，从而实现离合压动作。

图2-2 BEIREN300气动离合压机构结构示意图
1-橡皮滚筒偏心轴承2-橡皮滚筒3-扇形齿轮
4-小齿轮5-齿条6-串联气缸7-直线电机8-墙板

2.3.2机械式离合压机构
机械式的离合压机构，应用最广泛，在各种轮转胶印机中其具体结构可能不同，但是都是通过凸轮连杆机构来驱动偏心轴承转动来实现离合压动作。
国产的J2108机就是采用机械式的离合压机构，如下图2-3所示。合压凸轮1与离压凸轮2安装在压印滚筒的轴端随压印滚筒的旋转而转动。它们旋转时，分别驱动从动滚子3和13绕固定轴心O往复摆动。由于撑牙9和滚子3的摆臂相固联，撑牙12和滚子13的摆臂相固联。因此，滚筒旋转时，撑牙9和12都绕轴心O往复摆动。双头棘爪11受电磁铁6的控制可处于不同的工作位置。当电磁铁6使双头棘爪11顺时针方向转动，它就受到撑牙9的推动，因而通过它使摆杆8逆时针方向转动（8和9铰接在一起），再通过连杆5使偏心轴承4顺时针方向转至合压终点位置；当电磁铁6使双头棘爪11逆时针方向转动时它就受撑牙12的推动，摆杆8、连杆5和偏心轴承4的动作方向与前述相反，因而离压。

图2-3 J2108机离合压机构
1-合压凸轮2-离压凸轮3、13-滚子4-偏心轴承
5-连杆6-电磁铁7-弹簧8-摆杆10-顶杆9、
12-撑牙11-双头棘爪

而在机械式的离合压机构中如果再具体分类，还可一般还可将其分为三点悬浮式及偏心套式两种最常见的。下面进行两种类型的具体分析对比。
2.3.3三点悬浮式离合压机构
三点悬浮式的离合压机结构采用三点支承滚筒，如图2-4所示： 1、2在离合压时为固定点，当凸套与1、2接触位置变化时，橡皮滚筒轴5的轴心线与1、2之间的距离就发生变化，从而实现了离合压。

图2-4 三点支撑离合压原理简图
1,2-偏心结构3-圆轮与弹簧
4-凸套 5-橡皮滚筒的轴 6-连杆

下面分析一下这三点的作用及工作原理:
1点是用来调滚筒中心距的，是由一个偏心轴加一个轴承外环构成的。当偏心轴的位置变化时，其轴承外环的位置也变化，则滚筒的轴心也随之而变。使用轴承外环关键是把滑动摩擦改为滚动摩擦，减少磨损和功率损耗。此偏心轴的运动一般都是靠蜗轮蜗杆机构带动的。除了这一点外，另外一点还有支撑滚筒和承受部分印刷压力的作用。因此这三点中，1点是最粗的，即使出现故障也不允许其断裂。
2点是用来给凸套4定位的用的，即凸套每处于一个新的位置时，该点则保持使凸套在新的位置上不再继续向右运动。由于该点只起一个定位作用，需要的力很小，所以其轴相对来说细一些。正因如此，该点还能起到保护作用，当机器受到较大的冲击时，该点为薄弱环节，首先折断，避免其它部件进一步损坏。除了上述的作用外，该点的另一个重要作用就是调压作用。该点的结构和1点的结构基本上一样，也是一个偏心轴承加一个轴承外环。当偏心轴的位置变化时，凸套4与该点的接触位置好发生变化，从而改变了滚筒的位置，实现了调压。
该偏心轴的运动一般都是用齿轮带动的，即把偏心轴与扇形齿轮的轴装在一起，再用一个小齿轮带动这个扇形齿轮转动。正常工作时，由于偏心轴本身自锁，即离合压时，齿轮不会转动。
3点是用来使滚筒复位用的，即使滚筒在每一新的位置上都能保持稳定。3点的结构是由一个强力弹簧加一个圆轮组成的。当凸套4离开圆轮时，弹簧就伸长使圆轮与凸套继结保持接触，当凸套推动圆轮运动时，弹簧就压缩。不管凸套的位置有何变化，3点总是与凸套接触，因此总是能满足平面三点定位原理的，这个定位关系必须绝对保证。除了上述的作用外，3点的弹簧还有缓冲吸振的作用，从而使机器运转更加平稳。
三点是县浮式离合压机构几乎对墙板孔没有任何要求，这给墙板孔的加工带来了很大的方便。压力调节环节少，准确性高。而且调节方便。由于有薄弱环节的存在，能够起到保护机器的作用，但是这种离合压机构的安装和调试都很麻烦，没有专用的工具和丰富的经验，很难保证其精度。由于只有三点接触，接触面比较小，因此抗冲击能力差，不适于大的印刷压力。
再来具体分析下图2-5所示的海德堡胶印机的三点支撑离合压机构图。从图可以看出其基本结构与J2108胶印机离合压机构相同。离合压凸轮装在传纸滚筒轴头上。合压时，电磁铁8得电，电磁铁吸合。通过连杆16及摆杆5使双头棘爪的合压端棘爪7对准合压顶块，在合压凸轮1、滚子10的推动下，双头棘爪带动摆臂9及合压轴逆时针旋转，通过固定在合压轴上的摆杆13、长连杆14使橡皮滚筒轴承外套逆时针旋转过一角度，其外轮廓高面先后转到两个支撑圆柱上，橡皮滚筒克服重力和弹簧压力向右上方移动，先后与印版滚筒和压印滚筒合上压。离压是整个过程相反。为了保证橡皮滚筒每次离合压时有确定、稳定的工作位置，当离合压凸轮通过滚子摆杆将双头棘爪顶到两个极限位置时，其合压轴摆臂应靠在两个限位螺钉22、23上。
三点支撑机构的调压装置是利用调节偏心支撑圆柱来调节滚筒中心距和印刷压力的。如图2-5，当转动调节蜗杆28，使固装在偏心支撑圆柱上的蜗轮转动，改变偏心圆柱位置，从而推动橡皮滚筒向压印滚筒方向移动，而达到改变中心距和印刷压力的目的。同样的方法调节另一偏心支撑圆柱时，可以调节橡皮滚筒与印版滚筒压力，调节顺序也是以压印滚筒为基准先调前者。

图2-5 Mov胶印机三点支撑离合压机构

2.3.4偏心套式离合压机构
偏心套离合压机构分为单偏心套离合压机构、双偏心套离合压机构和单偏心轴承与双偏心轴承的组合应用。
1.采用单偏心轴承:一般是压印滚筒固定，印版与橡皮滚筒的轴端安装在偏心轴承上。如图2-6a所示：印版滚筒的偏心轴承是专门用来调节印版滚筒和橡皮滚筒之间压力的，因此偏心半径OiOp应垂直于两滚筒轴中心连线OpOb，使Op移动能较大地改变它和Ob的距离。橡皮滚筒的偏心轴承有两个用途,一个是用于滚筒的离压和合压,另一个是调节橡皮滚筒和压印滚筒之间的压力。橡皮滚筒偏心轴承的位置应当满足下列三个条件：1）为了保证离压时橡皮滚筒与其余两滚筒的离压量相等，须使橡皮滚筒在合压位置与离压位置时中心的连线ObOb1与滚筒排列角∠OpObOi的角分线重合。2）为了调节橡皮滚筒与压印滚筒之间的压力，应对于橡皮滚筒与印版滚筒的影响较小，O2、Ob、Op三点共线。3）为了最有效的调节橡皮滚筒与压印滚筒之间的压力，应使O2Ob⊥OiOb。

（a） （b）
图 2-6 单偏心轴承调节图

图2-6b所示为单偏心轴承调节滚筒中心距的另一种方案。即印版滚筒固定，压印滚筒合橡皮滚筒安装在各自的偏心轴承中。在这种情况下，压印滚筒偏心轴承作为单独调节压印滚筒合橡皮滚筒之间的压力，而橡皮滚筒的偏心轴承，一方面用作单独调节印版滚筒合橡皮滚筒之间的压力，另一方面完成橡皮滚筒离合压。这种结构对纸张传递不利，因为压印滚筒中心变动后会影响纸张交接位置。故实际生产中很少使用。
这种单偏心机构容易制造,但是由于只有一个滚筒的中心确定,调节后容易出现滚筒间平行误差,同时调节也不方便。

2.采用双偏心轴承:如图1-5所示,印版滚筒和压印滚筒的轴心Op、Oi是固定的,在橡皮滚筒轴端装有双偏心轴承。外偏心轴承一般用作单独调节中心距ObOi，内偏心轴承用来调节中心距OpOb及滚筒离、合压。双偏心轴承有三个圆心,而两个圆心是两个零件圆心的重合。 Ob为内偏心轴承内孔和橡皮滚筒轴的圆心；Oi为外偏心轴承内孔和内偏心轴承外圆的圆心；O2外偏心轴承外圆和墙板孔的圆心。
离合压及调节橡皮滚筒与印版的压力时，外偏心轴承不动，内偏心轴承绕O1转动。安排内偏心轴承位置重点保证调节的独立性并兼顾离合压力相等。调节橡皮滚筒与压印滚筒之间的压力是依靠转动外偏心轴承来实现的。
图2-7还表示出了偏心轴承的驱动机构。摆杆1摆动使内偏心轴承转动，实现滚筒离合压。双头螺丝2可以调节橡皮滚听与印版滚筒之间的压力。摆杆4可以调节橡皮滚筒与压印滚筒之间的压力，刻度盘5只是滚筒间隙（压力）大小。调节双头螺丝3可是刻度盘的示值与实际滚筒间隙相等。

图2-7 双偏心轴承调节图

上述双偏心调节，滚筒的中心线平行度较好，但双偏心轴承精度要求严，增加了制造的困难。

3.单偏心轴承和双偏心轴承的组合应用：如图2-8所示为单偏心轴承和双偏心轴承的组合。各偏心已旋转至压印位置。印版滚筒的偏心轴承用于调节中心距OpOb，故O3Op垂直OpOb（近似）。橡皮滚筒轴安装与双偏心轴承中，外偏心轴承用于调节橡皮滚筒与压印滚筒之间的压力，内偏心轴承用于控制印刷滚筒的离合压。在调节外偏心轴承时，O1围绕固定的O2点转动，O2、O1CD形成一个四连杆机构，O1C为连杆，Ob为连杆上一点，他的运动轨迹为形状复杂的平面曲线。连杆瞬心为P点。由于偏心距O1Ob很小，故POb很逼近直线OpO1O2，可见橡皮滚筒中心Ob的运动方向近似垂直于OpO2O1，所以调解中心距ObOi时，中心距ObOp基本上不变。当旋转内偏心轴承时，Ob绕O1旋转，Ob所走圆弧轨迹的始末两点连线基本在∠OpObOi的等分线方向上，故离压后所的滚筒间的间隙相等。

图2-8 单双偏心组合调节图

目前，国产单色脚印机采用的调解中心距的偏心机构就属于这种形式。他对偏心套精度和墙板制造精度要求都比较严格，但由于每一个偏心只控制一个环节，所以容易达到技术要求。该机构使用方便，甚至在机器运转过程中也能调解中心距，从A、B的刻度上直接读出调节量的大小。
2.3.5两种方案比较
三点悬浮式离合压机构离合方便，几乎对墙板孔没有任何要求，这给墙板孔的加工带来了很大的方便。并且其压力调节环节少，准确性高。而且调节方便。由于有三点支撑的薄弱环节存在，能够有效的起到保护机器的作用。但是这种离合压机构的安装和调试都很麻烦，必须使用专用的工具，并借助丰富的经验，方可保证其安装精度。
由于只有三点接触，接触面比较小，因此抗冲击能力差，不适于大的印刷压力。这也就是三点悬浮机构为什么只在小胶印设备上广泛使用的原因。
同偏心式离合压机构相比较，偏心式的离合压机构为了考虑顺序离合压，必须采用双偏心机构才能够实现，但偏心机构的加工十分复杂，而且加工精度也有很大的要求，三点悬浮式离合压无须在机械结构上为考虑顺序控制而做更多的工作，电器部分就很容易实现顺序离合压的功能。
2.4凸套或偏心套的推动机构
离合压机构的工作原理时所说的连杆推动凸套或偏心套的运动中连杆的动力都是间接来自于离合压凸轮，如图2-9所示。
合压时，连杆7推动撑牙5向上与撑垫6接触，合压凸轮推动摆11摆动，同时使撑牙5与主动杆4一起摆动，从而带动杆3向下运动，实现合压。离压时，电磁铁放开摆杆8，使其上升，则撑牙5脱离与合压摆杆11上的撑垫6接触，而开始与合压摆杆10上的撑垫接触。离压凸轮2推动离压摆杆10摆动，使撑牙5与主动杆4一起摆动，从而带动连3向上运动，实现离压。

图2-9 凸套或偏心套的推动机构
1-合压凸轮，2-离压凸轮，3-连杆，4-主动杆，5-撑牙，6-撑垫，
7-连杆，8-摆杆，9-电磁铁，10-离压摆杆，11-合压摆杆

合压时，连杆7推动撑牙5向上与撑垫6接触，合压凸轮推动摆11摆动，同时使撑牙5与主动杆4一起摆动，从而带动杆3向下运动，实现合压。离压时，电磁铁放开摆杆8，使其上升，则撑牙5脱离与合压摆杆11上的撑垫6接触，而开始与合压摆杆10上的撑垫接触。离压凸轮2推动离压摆杆10摆动，使撑牙5与主动杆4一起摆动，从而带动连3向上运动，实现离压。
离合压机构只允许有两种状态存在：一是合压状态，另一是离压状态，不充行出现即不合压又不离的模棱两可的状态。
顺序离合压的顺序不能改变，合压凸轮的第一高点推动橡皮滚筒和印版滚筒合压，第二点推动橡皮滚筒与压印滚筒合压；而离压凸轮的第一高点推动橡皮滚筒与压印滚筒离压，第二点推动橡皮滚筒与印版滚筒离压。由于橡皮滚筒与印版滚筒的离压量与其与压印滚筒的离压量不一样，后者要稍微大一些，因此离压凸轮和合压凸轮的轮廓曲线也有所差别。
2.5调压机构
调压机构的作用就是改变滚筒的中心距，即橡皮滚筒与印版滚筒的中心距，橡皮滚筒与压印滚筒的中心距。调压机构的动作都是单独进行的，即每一套机构只负责调节一处的中心距。调压机构有的机器上一套，有的机器上两套；有的机器上两边一起调，有的两边单独调。带有一套调压机构的机器，只能调节橡皮滚筒和压印滚筒之间的中心距，另一处的中心距都能调。从机器设计的角度来看，带有两套调压机构的意义并不大，因为橡皮滚筒与印版滚筒之间只有油墨传递，一般情况下一次调好后，可很长时间不需要调整。橡皮滚筒和压印滚筒之间的调压机构是必须的，改变衬垫很麻烦，而动一下中心距则很方便。
　　一边单调的调压机构(即在一边调节，两边的调压机构同时工作)，只要机器的精度保证，调压时就能够始终保持滚筒轴线平行，但在墙板间需要一个传动轴把两边的调压机构连在一起。两边单独调的调压机构，即两边的调压机构单独进行调节，互不影响。由于人为因素的存在，有时两边不能调的完全一样，这对机器的工作很不利，所以这种结构在新的机器上已逐步开始淘汰。调压机构和离合压机构一样，也是通过改变凸套或偏心套的位置来实现调节滚筒中心距的。三个滚筒中压印滚筒的轴心线是不动的，因此能调的只能是橡皮滚筒和印版滚筒，印版滚筒的轴心位置的变化只影响其和橡皮滚筒之间的中心距，而橡皮滚筒的位置变化时对两滚筒的中心距都可能有影响，因此在设计时，总是想办法使调节橡皮滚筒和压印滚筒的中心距对另一中心距影响最小或无任何影响。调压机构上安装的限位装置就决定了凸套或偏心套所移动的最大幅度。一旦超出这个范围，两个中心距之间的相互影响就会显著增大。
2.6调压机构和离合机构的区别与联系
调压机构和离合压机构本质上都是改变滚筒的中心距，其改变中心距的方式都是改变凸套或偏心套的位置。这是它们的共同点。它们的异同点表现在：
1)中心距的改变量不一样调压引起的中心距的改变量与离合压引起的中心距的改变量相比很小。
2)调压只是改变一处的中心距，而离合压两个中心距都在改变。
3)离合压只有两个明确的位置，离压或合压，而调压量却是在一个范围内连续变化。
4)离合压机构只有在机器运转时才能工作，且可自动进行，而调压机构在机器运转或静止时都可进行调节，不过只能手动，但是运动中调节更好。
5)离合压机构比较复杂，而调压机构相对简单。
2.7离合压机构的限位装置
离合压机构的限位装置是保证离合压机构始终工作在有效的范围内的一个重要装置。没有此装置，合压时，由于机构的惯性，就有可能超过最大的合压位置；离压时，同样因机构的惯性存在，就有可能起过最大的离压位置。速度过高时，限位装置有可能造成离合压机构的反弹，从而造成离合压机构到不了位。如何消除离合压机构的惯性成了设计中心必须考虑的一个问题，目前有的设备上采用了摩擦制动装置。这样能使离合压机构达到最大的位置时速度减为零，从而不产生任何冲击，也没有反弹的现象存在。采用摩擦制动装置可不必安装限位装置，事实上有的厂家已经开始这样做了。离合压机构和调压机构都引起中心距的变化，因此必须尽可能消除它们之间的相互影响。也就是说，无论调压量多大，离压合机构的两个工作状态不应改变。这就是要求调压时，连杆只能以和主动杆的连拉点为支点摆动，设计时必须满足这个条件。离合压机构的限位靠塞必须正确安装，即在最大离合压量时，使主动杆与靠塞的距离为0.1mm。大了起不到限位的作用，小了有可能使离合压机构不到位。
3 结构设计及运动分析
离合压的传动机构一般采用凸轮-连杆机构,它要满足在离合压过程中印刷滚筒平移、无冲击现象和离压或合压位置的定位稳定可靠两个基本要求,这就有赖于正确设计离合压机构的各个部件.而平面机构的运动学分析则包括机构的位移、速度和加速度的分析。
P
O
L1
L3
L4

(a) 离合压机构简图 (b)等效离合压机构简图
图 3-1 离合压机构和等效离合压机构简图

图3-1(a)为三点悬浮式离合压机构简图,凸轮套被支撑在三个滚子央,其中两个滚子固定,另外一个滚子受到撑力弹簧作用。为便于分析, 将离合压机构等效成一个曲柄滑块机构,一个四杆机构和一个凸轮滚子从动件机构,等效离合压机构如图3-1(b)所示。等效后的结构简图可知,首先要通过分析凸轮的运动规律来计算从动件的运动，然后在对与从动件相连的四杆机构紧系分析，从而获得合压和离压过程中P点相对于O点的位移、速度和加速度分析结果。机构运动分析的方法可分为图解法和解析法两大类。图解法比较直观，但结果不够精确，解析法可获得精确的结果，还可用于计算机的运算。
3. 1顺序离合压时间
三滚筒顺序离合压时间如图3-2所示。设从橡皮滚筒与印版滚筒合压到橡皮滚筒与压印滚筒合压所经过的时间相当于滚筒转角θ,橡皮滚筒与印版滚筒的合压提前角为γ。
如橡皮滚筒与印版滚筒的咬口边在到达压印点A之前合压,为了保证橡皮滚筒与压印滚筒是在图文的托梢边通过压印点B之后才
开始合压,则应有:
　　　　　　θ >α +γ - β
其中, α为滚筒排列角;β为滚筒空档角.
θ值取得大一些有利于保证橡皮滚筒与压印滚筒在图文托梢边通过压印点B之后合压,但若过大,可能会使橡皮滚筒与压印滚筒的咬口边经过C点后才合压,仍然不能满足要求. 所以为了保证橡皮滚筒与压印滚筒的咬口边在B点前合压,则
　　　　　　θ <α +γ
因此,从橡皮滚筒与印版滚筒合压到橡皮滚筒与压印滚筒合压这段时间内,滚筒的转角θ
应满足下式:
　　α +γ - β <θ <α +γ
图 3-2 顺序离合压计算分析图
顺序离合压机构简单、易于调节,并且有利于提高滚筒表面利用系数和满足印刷工艺的要求, 因而现代单张纸胶印机均采用顺序离合压方式

3.2凸轮实际廓线上点的导数值确定
为了对凸轮机构进行运动学分析,首先必须求出原凸轮的理论廓线. 测量所获得的原始数据是凸轮从0°～360°每隔1°的向径值:

在任意节点处,其导数值可以由数值微分方法求出近似值. 我们采用数值微分中的5 点公式,取5点xk - 2 , xk - 1 , xk , xk + 1 ,xk + 2 , 相应的函数值为yk - 2 , yk - 1 , yk , yk + 1 , yk + 2 ,则xk 处的微分值由下式确定:
yk'=f 'xk=112hyk-2-yk+2+8yk+1-yk-1 (1)
式中, h 为步长, h=xk - 1-xk - 2=xk-xk - 1 =xk + 1-xk=xk + 2-xk + 1≠0。
对于凸轮机构,按极坐标可得:
ρk'=f'θk=112hρk-2-ρk+2+8ρk+1-ρk-1 (2)
式中, h=θk - 1-θk - 2=θk-θk - 1 =θk + 1-θk=θk + 2-θk + 1=1。
按上式就可以确定凸轮廓线上各点的导数值。
3.3凸轮实际廓线上切线和法线倾角的确定
如图3-3 所示,凸轮廓线在Ck 点的向径与其切线TT 的夹角μ由下式确定:
μ=tan-1ρkρk' (3)
则凸轮廓线在Ck 点的切线和法线NN 与X 轴的倾角λk 和ηk 分别为:
λk=θk+μ=θk+tan-1ρkρk' (4)
ηk=λk-π2=θk+tan-1ρkρk'-π2 (5)
式(4) 、(5) 在不同的象限和不同的凸轮廓线段会有不同的表现形式。

图3-3 凸轮廓线上切线和法线的确定
3.4凸轮机构理论廓线的确定
在图3-4中,有:
OG = OCk + CkG (6)
矢量式在两坐标轴上的投影为:
(7)
xk=ρkcosθk+rtcosηk
yk=ρksinθk+rtsinηk
式中, rt 为滚子半径. 矢量OG 的向径值rk 和转角ψk 分别为:
(9)
rk= 2xk2+yk2=2ρkcosθk+rtcosηk2+ρksinθk+rtsinηk2

图3-4 按凸轮实际廓线确定其理论廓线

3.5按凸轮理论廓线确定从动件的运动规律及压力角

图3-5 按凸轮理论廓线确定从动件的运动规律

图3-5中, a 为两轴心间的距离;βb 为从动件起始位置与轴心连线AB 之间的夹角; rb 为基圆半径;rk 为凸轮理论廓线上任意点的向径;βk 为从动件从起始位置起算起的从动件转角,即从动件的角位移。从图3-5 可得:

(10)
βb=cos-1a2+L2-rb22aL
βk=cos-1a2+L2-rk22aL-βb
则与βk 对应的凸轮角位移为:
ϕk=ψk+Nδk (11)
δk=cos-1a2+rb2-L22arb-cos-1a2+rk2-L22ark (12)
式中,当从动件推程与凸轮转角相同时,N=1,相反,则N=-1。
图3-5中凸轮廓线的法线NN 与从动件上该点速度V 之间的夹角αk 为其压力角,该值为：
(13)
αk=π2-τ-Nψk-ηk,
τ=cos-1rk2+L2-a22rkL
由瞬心法可以得到如下式所示的凸轮角速度与从动件角速度的关系:

Vk∙BP=ω∙AP (14)
即 vkω=APBP=BP-aBP (15)
图3-5中NN 与连心线BA 的延长线的交点P 为相对速度瞬心点. 自P 点作B E 的垂线,垂足为F ,EPF =αk ,在直角三角形△EPF 中有:
tanαk=L-BPcosβb+βkBPsinβb+βk (16)
由以上公式推出从动件的角速度为:
vk=ω1-aLtanαsinβb+βk+cosβb+βk (17)
按上述公式计算出的凸轮角位移在一系列数值时从动件相应的角速度值,其凸轮角位移并非为等间距,利用插值法可以得到等间距情况下的一系列凸轮角位移及其对应的从动件角速度值:

从而由拉格朗日5 点数值微分公式得出从动件的角加速度:
εk=ω12bvk-1-vk+1+8vk+1-vk-1 (18)
3.6四杆机构的相关计算
四杆机构由L1 ,L2 ,L3 ,L4组成,四杆与水平面所夹锐角分别为θ1,θ2,θ3和θ4 ,杆2,杆3和杆4的角速度分别为ω2,ω3和ω4,角加速度分别为a2 ,a3和a4。如图3-1(b),可知凸轮从动件的角速度与AB杆的角速度相等，即vk=ω2,a1=εk。
在四杆机构中,根据矢量环方程
L2ejθ2+L3ejθ3-L4ejθ4-L1ejθ1=0 (19)
将上式两边对时间t求导,用欧拉公式展开并整理得杆4的角速度:
ω4=L2ω2sinθ2-θ3L4sinθ4-θ3 (20)
再一次将式(2) 对时间t求导,用欧拉公式展开并整理得:
a4=
L2a2sinθ3-θ2-L2ω22cosθ3-θ2+L1ω12cosθ3-θ4-L3ω32L1sinθ3-θ4

4 三维建模与运动仿真学分析
ADAMS作为专业的机械仿真软件，仿真功能十分强大，但其几何建模功能则要逊色于专业的SolidWorks软件，完全依靠ADAMS的集合建模工具建立复杂的二期是空间的凸轮连杆机构的几何体是非常困难的。不过ADAMS与三维软件可以通过ADAMS-Exchange模块进行数据交换，这为在ADAMS理建立尸体树枝模型进行仿真分析提供了方便。
4.1 Solidworks三维建模
使用Solidworks软件对离合压机构进行装配体的三维建模，并要按照AMAMS要求将各部件位置正确摆放，组成装配关系正确的装配体。如果装配关系不正确，会影响各个运动构件的位置关系，会对下一步用ADAMS软件分析运动造成误差。
图4-1为离合压结构整体的三维建模截图。

图4-1 离合压结构整体的三维建模截图

因为离合压机构零件繁多，如果直接导入到ADAMS软件里进行分析，会影响分析的准确度，甚至可能因为无法完全定义每一个零件间的运动关系而造成无法分析的情况。因此，根据离合压机构运动的特点，将主要运动部件：凸轮-摆杆机构及三点悬浮机构从整体装配图中单独分离，这样可方便导入到ADAMS软件里进行运动分析。而在此处仅将分离了合压凸轮机构进行分析，因为合压与离压原理相似。
图4-2（b）为根据图4-2（a）简化后的等效离合压机构三维建模

（a）等效离合压机构简图 （b）等效离合压机构三维建模
图4-2 等效离合压机构建模分析

4.2 ADAMS运动仿真分析
对AMAMS-view进行环境设置：重力方向为Y=-9.80665，Gravity=On，选择单位系统为国际单位制：MMKS。
将图4-2（b）中三维模型存为*.xmt_txt或者*.xmt_bin格式输出，然后将这种中间格式的文件通过ADAMS的import选项读入，读入方式可以为Model模型后者构件Part引入。因为此处已将机构在Solidworks中简化，所以此处可以选择整体构件作为Model引入。
按上述方法在AMAMS中导入用Solidworks建立好的机构模型，如下图4-3所示。

图4-4

在ADAMS软件中，只能对有质量的构件进行分析，所以再导入完模型后，就需要定义每一个构件的材质，在这个模型里可以将所有构件都定义为Steel，每个被定义后的构件都会产生一个质心。
然后为了便于分辨构件，还可以进行质颜色的设置。
注意，因为构件很多，以防有漏掉的未定义质量的构件，可以在设定完质量后，点击工具栏里运动仿真选项中的Play，进行仿真检查，在重力的作用下，已经定义质量的构件会“掉下去”，而未定义质量的构件AMAMS会检查出来给与提示，然后可继续修改，直至完全设定结束。
对于一些不需要运动的构件且也不影响运动的构件，可考虑将之删除。此处就将不会影响运动的轴类构件删除。
完全定义后的模型如下图4-4所示
凸轮
凸轮滚子
摆杆
滚筒套
连杆

图4-4

根据运动关系添加动力及约束：
1.凸轮为整个构件运动的动力构件，所以先对凸轮添加旋转的驱动力：点击工具栏里的添加旋转驱动选项，将Speed设为30。
2.对凸轮使用添加固定副选项，将凸轮中心的点与大地Groud固定，作为整个运动机构的参考系。
3.凸轮与简化后的摆杆滚子有曲面的接触，才能使滚子随着凸轮的转动而山下摆动，所以选择工具栏里的曲底凸轮选项，然后分别选择凸轮曲面与滚子曲面，作为接触面，此时滚子与凸轮接触面将紧密接触，这样就可实现凸轮在旋转时，可带动滚子沿着凸轮曲面上下摆动。
4.使用添加转动副选项，分别对凸轮与大地，摆杆与大地，摆杆和连杆，连杆和滚筒套等需要转动的运动构件添加旋转运动副。如下图4-5所示。
连杆L与滚筒连接点P

参考系固定点O

图4-5

添加完所有需要运动的构件的运动副后，即可点击工具栏