諧波傳動在印刷包裝機械中的應用

□張明科

伴隨著包裝機械的需求以及印刷技術的改進，印刷包裝機械的需求也是逐步上升，機電一體化的實現(xiàn)要求其機械性能更加可靠、穩(wěn)定，其控制操作愈加精確。諧波傳動在印刷包裝機械中的應用，主要是利用彈性元件的可控變形完成運動及動力傳遞，實現(xiàn)相位調整機構的控制精準性，在機械行業(yè)具有較高的應用潛力。

一、諧波傳動原理及印刷包裝相位調整機構

(一)諧波傳動原理。諧波傳動由三個基本構件組成，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，是由薄壁構件外端的環(huán)形圓柱齒輪構成，齒數(shù)ZR，三是剛輪，是圓柱內(nèi)的齒輪，齒數(shù)為ZG。這三個基本構件需要滿足諧波發(fā)生以及傳動的要求，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動前方的過渡區(qū)的諸齒能夠實現(xiàn)完美嚙入以及后方過渡區(qū)的諸齒依次逐漸嚙出。傳動時波發(fā)生器相對剛輪轉動一周，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“錯齒”，波發(fā)生器一周錯開兩個齒，三個基本構件能夠產(chǎn)生相對運動，通過差動機構，實現(xiàn)其中一個件的固定，實現(xiàn)減速或者是增速，也可以兩件輸入運動而另一件輸出運動，從而產(chǎn)生差動傳動，諧波傳動的形式可以根據(jù)需求而定，兩者狀態(tài)均如圖1所示。

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

表1

在多色印刷機以及紙箱開槽機等印刷包裝機械中常采用差動裝置1、增速裝置1、差動裝置2這三種形式的組合，實現(xiàn)相位調節(jié)功能，使得諧波傳動具有較高的運動精度以及會差精度，便于操作及相位調節(jié)更加精確。

二、諧波傳動在印刷包裝機械中的應用效果

比對傳統(tǒng)印刷包裝機械中的剛性傳動，諧波傳動在現(xiàn)代化印刷包裝生產(chǎn)中應用更為廣泛，主要是其有以下8個優(yōu)勢，能夠適用于走向工業(yè)化生產(chǎn)的印刷包裝，實現(xiàn)高速、精準以及長效的運作。一是傳動比大，單級傳動比若是采用內(nèi)嚙復波傳動可以高達107，一般的單級傳動比也能夠阻礙1.002～300之間內(nèi)變化，可以滿足一般的印刷機械傳動要求。二是同時嚙合齒數(shù)較多，諧波傳動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)，構成漸開線三維修形的齒廓，則能夠將嚙合齒數(shù)提升到30%～50%，有效增加嚙合面積。三是機構簡單重量輕，相同工作條件、承載能力及減速比下，諧波傳動減速器的零件數(shù)量以及重量明顯低于傳統(tǒng)的剛性傳動減速器，并且能夠隨著傳動比增大，便于安裝及操作。四是承載能力大效率高，不同于其他傳動，諧波傳動是利用多齒嚙合，并且存在“錯齒”，所以其承載能力更大，“錯位”產(chǎn)生的傳動能也更為平穩(wěn)及高效率。五是傳動精度高，諧波傳動的多區(qū)域性以及多齒嚙合特點，能夠在相同制造精度的狀況下，實現(xiàn)更高的傳動精度。六是齒側間隙小，諧波傳動的嚙合參數(shù)以及結構參數(shù)是可以自由選擇的，所以只要選擇合理的參數(shù)，就可以實現(xiàn)間隙吻合，避免間隙對諧波傳動造成大影響。七是嚙合時是面接觸以及多齒嚙合，故而滑動速度較小，磨損少，所以傳動更為平穩(wěn)、噪聲少及無沖擊現(xiàn)象。八是能夠實現(xiàn)密封空間的傳遞運動，密封空間是現(xiàn)階段印刷包裝自動化生產(chǎn)的重要環(huán)境，密封空間是減少空氣以及其他雜質對印刷包裝著色以及印刷面版效果的影響，所以在實現(xiàn)自動化生產(chǎn)的時候將環(huán)境轉變?yōu)槊芊狻ＶC波傳動能夠在密封的兩種介質中將柔輪固定，就可以實現(xiàn)密封間傳遞運動，還可以操縱高溫以及高壓管路的閥門，這也是諧波傳動最為獨特的優(yōu)勢，滿足現(xiàn)代化印刷包裝機械的生產(chǎn)要求以及工作要求。

三、結語

綜上所述，諧波傳動在印刷包裝機械中的應用，比對其傳統(tǒng)剛性傳動更具有優(yōu)勢，在現(xiàn)代化機械行業(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，能夠靈活應變選擇不同的組合形式，滿足各個環(huán)境下的工作需求。