新型滾動軸承結構參數對印刷壓力的影響

楊文，顏偉，余江鴻，姚齊水，黃劍鋒，鄺允新

新型滾動軸承結構參數對印刷壓力的影響

楊文1，顏偉2，余江鴻3，姚齊水3，黃劍鋒1，鄺允新1

（1.湖南鐵道職業技術學院 智能制造學院，湖南 株洲 412001；2.駐貴陽地區第三軍代表室，貴陽 550081；3.湖南工業大學機械工程學院，湖南 株洲 412007）

為優化印刷滾筒的撓曲變形，有效提升其支承性能，改善印刷滾筒的壓力分布。選擇預負荷彈性復合圓柱滾子軸承作為變剛度印刷滾筒傳動支承部件，基于等效剛度模型計算不同填充度預負荷彈性復合圓柱滾子軸承的剛度，分析預負荷彈性復合圓柱滾子軸承結構參數變化對剛度的影響，構建變剛度印刷滾筒支承系統力學模型，通過有限元仿真分析預負荷彈性復合圓柱滾子軸承剛度對變剛度印刷滾筒印刷壓力的影響。結果表明，隨著滾動體填充度的增加，預負荷彈性復合圓柱滾子軸承的徑向剛度減小，變剛度印刷滾筒撓曲變形不同程度增大，結合疲勞壽命角度綜合考慮，選擇填充度在45%～50%的預負荷彈性復合圓柱滾子軸承作為印刷滾筒的彈性支承，其最大撓曲變形量較普通圓柱滾子軸承平均下降了9.5%。在保證了疲勞壽命的前提下，有效改善了印刷滾筒壓力分布的均勻性，提升了印刷質量。

變剛度印刷滾筒；預負荷彈性復合圓柱滾子軸承；剛度；撓曲變形；印刷壓力

高質量的印刷過程是圖文完整地轉印到承印物上，并達到印刷品色彩均勻和飽滿的要求[1]。印刷滾筒是印刷設備的核心部件，圖文信息需要多個印刷滾筒相互接觸壓印，并借助合適的印刷壓力進行轉移[2]。由于印刷滾筒承受多種載荷作用，不可避免會產生撓曲變形，在印刷過程中因局部接觸區域印刷壓力不足，極易導致印刷品圖文印制不完整和印制標準色彩有較大差距等問題[3]。

為了改善印刷滾筒的撓曲變形對印刷質量的影響，海德堡印刷機械公司[4]提出通過優化滾筒結構尺寸、空間布局以及加強筋的數量，以提高滾筒的剛度；高占習等[5]基于有限元方法，結合現有生產工藝，提出滾筒優化方案，為許用最大撓度下高精度的滾筒設計提供參考；劉琳琳等[6]通過對滾筒撓曲變形的有限元分析，研究滾筒撓曲變形特性，對滾筒結構進行優化，得出一種非均勻分布翅形加強筋印刷滾筒結構。以上研究通過優化滾筒結構，對防止印刷滾筒的周向撓曲變形具有一定效果，然而印刷滾筒在材料選擇和生產工藝上受到限制，其滾筒的軸向的撓曲變形并未從根本上進行改善。為此，李超等[7]從另一視角提出了變剛度印刷滾筒結構設計方法，與常規滾筒相比，變剛度印刷滾筒抵抗軸向撓曲變形更具優勢。

通過優化印刷滾筒結構，在一定程度上降低了滾筒的撓曲變形，印刷質量得到了一定改善，但受到支承方式的制約，印刷壓力分布不均的問題還有待進一步解決。在印刷過程中，支承軸承的剛度是影響滾筒軸向撓曲變形的關鍵因素，對印刷壓力分布情況產生直接的影響。在印刷滾筒的支承軸承研究方面，陳瑞燕等[8]研究了靜態軸承游隙對印刷壓力的影響，表明了隨著軸承的游隙增大會導致印刷壓力下降；錢進[9]著重分析了膠印機滾筒支承方式的改進，得出滾動軸承游隙取負值時有利于改善滾筒支承的剛性。

目前，印刷滾筒支承系統的研究主要集中在普通圓柱滾子軸承方面，隨著印刷機高速發展，普通圓柱滾子軸承由于其結構固有的局限性，承載能力較差、旋轉精度不高、高速重載易損等問題突顯，難以滿足印刷滾筒實現高質量印刷的需求。預負荷彈性復合圓柱滾子軸承[10]是一種新型滾動軸承，其特點是在空心圓柱滾動體內孔兩端設計有深穴（倒角），在內孔中嵌入高分子材料——聚四氟乙烯（PTFE）[11]，形成彈性復合圓柱滾動體。滾動體新的結構型式及內嵌高分子材料優良的物理特性，使滾動體的受力狀況得到明顯的改善，增強了軸承的承載能力[12-14]。前期研究[15-17]表明，與普通圓柱滾子軸承相比，預負荷彈性復合圓柱滾子軸承作為印刷滾筒支承能部件為印刷滾筒提供過壓保護和改善印刷滾筒的支承性能。

文中在前期研究[7,15]基礎上，為了改善變剛度印刷滾筒支承系統的承載性能，選取預負荷彈性復合圓柱滾子軸承作為變剛度印刷滾筒傳動支承部件，研究預負荷彈性復合圓柱滾子軸承的結構參數對其剛度的影響，建立等效剛度數學模型，分析預負荷彈性復合圓柱滾子軸承剛度變化對印刷滾筒印刷壓力的影響規律，提出有效改善印刷滾筒壓力均勻分布的設計方案。

1 軸承的載荷分布

預負荷彈性復合圓柱滾子軸承是將滾動體通過過盈裝配在軸承的內外圈之間，使軸承產生內部應力，每個滾動體都受到預載荷的作用，有利于提高軸承剛度，預負荷彈性復合圓柱滾動體靜態受力見圖1。載荷是通過滾動體由一個圈套傳遞到另一個圈套，因此，對軸承承載能力起決定作用的是滾動體承受載荷的能力[18]。在實際工況中，滾動體受力復雜，為便于分析計算，作如下假設：各滾動體所受的預載荷相同；軸承的內外圈作為剛性體不發生彈性形變，固定軸承外圈；假定某個滾動體的中截面一直處于徑向載荷作用線上，記0號滾動體位于徑向載荷作用線正下方，其徑向載荷為0，產生的理論變形量為0，以0號滾動體為中心對左右兩側對稱的其余滾動體依次進行編號，第個滾子承受載荷為Q，彈性變形為δ。

圖1 靜態承載受力圖

根據靜態情況下彈性復合圓柱滾子軸承整體受力平衡條件，建立平衡方程，見式（1）。

式中：φ為第個滾動體承受載荷Q與徑向載荷正方向的夾角；為復合彈性圓柱滾子軸承單邊滾動體數。

徑向載荷的作用線上滾動體與其余各滾動體變形量的關系式為：

滾動體變形量與載荷之間關系為：

式中：K為線性彈性變形系數，線性接觸時=0.9。

通過式（1）—（3）建立徑向載荷r與0之間的關系：

對于圓柱滾子軸承來說存在：

式中：為滾子的數目；一般取r=1/4.08。

將式（5）代入式（4）可得：

2 軸承剛度對印刷壓力的影響分析

剛度是滾動軸承重要性能參數之一，反應軸承受載荷時抵抗變形一種性能[19]。滾動軸承的剛度定義為外載荷與軸承內、外圈形成相對位移之間的關系。根據預負荷下彈性復合圓柱滾子軸承靜態承載受力情況，可得其徑向剛度為：

雖然印刷滾筒具有較大剛性，但是在自身重力和印刷壓力下，印刷滾筒不可避免地會產生撓曲變形，而支承印刷滾筒的軸承剛度直接影響印刷滾筒整體撓曲變形。若將軸承等效為彈簧，印刷滾筒視為圓柱型彈性簡支梁，根據印刷滾筒兩端軸承剛度與印刷滾筒的撓曲變形關系建立理論模型，見圖2。

圖2中，為軸承等效剛度，為印刷滾筒振動位移量，d為印刷壓力集中等效力。

印刷滾筒振動位移量直接表現為滾筒襯墊壓縮變化量。靜態條件下，印刷滾筒接觸區域寬度與襯墊材料變形量的關系有[3]：

式中：為與襯墊材料相關的參數；為襯墊的壓縮量。

對式（8）兩端同時微分得：

令d得：

3 預負荷彈性復合圓柱滾子軸承徑向剛度計算

有限元方法對復雜工程應用問題處理和解決起著重要作用，ABAQUS在非線性仿真分析具有明顯優勢。文中選取ABAQUS軟件作為軸承和印刷滾筒有限元分析的技術手段。

3.1 相關參數的設定

預負荷彈性復合圓柱滾子軸承的基本參數見表1。填充度[20]大小直接影響軸承的剛度，填充度過小則無法體現預負荷彈性復合圓柱滾動體性能優勢；填充度過大則軸承承載能力過低，因此選擇填充度為40%～70%（跨度為5%）的彈性復合圓柱滾子軸承作為分析對象。彈性復合圓柱滾子軸承內、外圈以及滾動體材料選取軸承鋼GCr15，其彈性模量為2.07×105MPa、泊松比為0.3；假設內、外圈不發生變形，取內、外圈彈性模量為2.06×108MPa，泊松比仍為0.3；填充材料PTFE彈性模量為280 MPa、泊松比為0.4。

表1 預負荷彈性復合圓柱滾子軸承的基本尺寸

Tab.1 Basic dimensions of preloaded elastic composite cylindrical roller bearing

3.2 建模與網格劃分

根據3.1節相關參數，取預負荷彈性復合圓柱滾子軸承部分內、外圈，以及徑向載荷的作用線上的1/4滾動體建立三維接觸模型。圖3為三維模型的網格劃分，在采用有限元分析時，對連續實體模型進行離散化是進行有限元求解的必要條件，模型離散化程度直接影響著非線性接觸問題的誤差，對軸承進行有限元建模，局部的網格密化能提高計算精度，但會增加計算成本；同時有限元模型中網格的質量同樣決定了分析的準確性。六面體網格具備求解精度高、收斂速度快、變形特性好、單元數量少、計算成本低等優點[21]，為了保證模型計算精度，在滾動體與內、外圈接觸區域適當密化網格。由于模型形狀比較規則，因此控制各部件網格類型為六面體。

圖3 彈性復合圓柱滾子軸承分析模型網格劃分

3.3 定義邊界條件和加載

邊界條件的設置將直接影響計算結果的正確性[22]。軸承外圈一般安裝的軸承座上，軸承內圈通過軸肩定位過盈安裝在旋轉軸上，軸承外圈與軸承座不會發生相對轉動，因此約束外圈外表面全部自由度，同時約束內圈、滾動體和填充材料端面軸向自由度，以及在剖分出施加對稱約束。考慮到軸承還有Δ=0.03 mm的過盈量，在已創建的分析步中對軸承內圈在徑向施加0.03 mm的位移來模擬過盈，模型邊界條件見圖4。

在印刷時，印刷區域長度為1.85 mm；工作時的印刷壓力控制在0.8～1.2 MPa，取印刷壓力為1.2 MPa；印刷滾筒以及附件的重力=5 700 N；印刷時的印痕寬度取0.007 m，計算出施加在軸承上的徑向載荷r=10 570 N，結合式（6），求得0=2 888.64 N，在軸承內圈上面創建一個RP1點，將該點與軸承內圈上表面進行耦合，在第2個分析步對參考點RP1施加徑向載荷0/4，設置其他相應求解選項后，對該模型求解。

圖4 預負荷彈性復合圓柱滾子軸承的邊界條件

3.4 分析結果與討論

工作服役狀態下，彈性復合圓柱滾動體與內外圈的位移變化云圖見圖5。因假設內外圈不發生形變，所以內圈徑向位移大小就是滾動體所產生的徑向形變量，通過提取在第2個分析步下內圈內徑表面所有節點的位移值，取其均值得到滾動體徑向變形量，表2為不同填充度的滾動體徑向變形量0，以及根據式（7）計算出相應填充度的彈性復合圓柱滾子軸承的徑向剛度值。從表2中可以看出，隨著彈性復合圓柱滾動體填充度的增大，徑向變形量0有不同程度的增大，軸承徑向剛度也有不同程度減小。

圖5 預負荷彈性復合圓柱滾子軸承位移云圖

表2 不同填充度彈性復合圓柱滾子軸承徑向變形量以及軸承徑向剛度

Tab.2 Radial deformation and radial stiffness K of elastic composite cylindrical roller bearing with different filling degree

4 變剛度印刷滾筒撓曲變形有限元分析

4.1 相關參數的設定

變剛度印刷滾筒改善了常規印刷滾筒在鑄造過程中形成的渣眼、縮松和黏砂等缺陷，其內部結構特征見圖6。筒體與芯軸在軸向通過4個圓幅型加強筋進行連接，中間位置的加強筋與內撐板相連，在筒體和芯軸之間形成中空部分以達到輕量化設計的目的[16]。在材料屬性方面，其中筒體和芯軸材料均采用45鋼，彈性模量為2.1×105MPa，泊松比為0.31，密度為7 850 kg/m3；加強筋和內撐板的材料均采用Q235，彈性模量為2.045×105MPa，泊松比為0.25，密度為7 850 kg/m3。

圖6 變剛度印刷滾筒結構示意圖

4.2 定義邊界條件及加載

參照圖2在ABAQUS中建立變剛度印刷滾筒彈簧支承模型，可根據表2對彈簧勁度系數進行取值。在添加邊界條件時，約束兩端軸承外圈外表面全部自由度。因為只考慮滾筒徑向撓曲變形，所以對變剛度印刷滾筒軸頸端面除徑向位移自由度外的其余自由度進行約束。在印刷時，變剛度印刷滾筒的印痕寬度為0.007 m，該區域的均布壓力為1.2 MPa。由于重力不可忽略，所以對變剛度印刷滾筒施加重力載荷，模型邊界條件及加載見圖7。

圖7 邊界條件及加載

4.3 分析結果與討論

圖8所示為變剛度印刷滾筒位移云圖，取壓力作用區域相應的節點變形值進行插值，得到如圖9所示在不同填充度彈性支承下滾筒撓曲變形。圖9中橫坐標軸向距離原點處為印刷滾筒印刷區域端部，隨著軸向距離的增大，即越接近印刷滾筒印刷區域另一端面處。從圖9中看出，不同彈性支承的印刷滾筒撓曲變形規律基本相同；隨著填充度增加，印刷滾筒相同位置的變形量也增大；曲線不是規則的“拋物曲線”，印刷滾筒由于加強筋的作用其附近的撓曲變形有小幅下降，改善了其印刷壓力分布的均勻性。

圖8 變剛度印刷滾筒位移變化云圖

圖9 不同彈性支承的變剛度印刷滾筒的撓曲變形對比

最大撓曲變形發生在滾筒中部位置，不同彈性支承的變剛度印刷滾筒撓曲的最大變形量見圖10。由于填充度低于40%的預負荷彈性復合圓柱滾子軸承受到制造和安裝等因素限制，且較小填充度的彈性復合圓柱滾子軸承內嵌的高分子材料的物理性能作用有限，一般情況下不考慮填充度低于40%的預負荷彈性復合圓柱滾子軸承。當填充度為40%～70%（跨度為5%）的預負荷彈性復合圓柱滾子軸承作為彈性支承時，變剛度印刷滾筒的最大變形量依次為0.072 1、0.072 5、0.073 2、0.074 3、0.076 0、0.078 9、0.084 0 mm，同時也對比分析了當普通圓柱滾子軸承（填充度為0%）作為支承時，變剛度印刷滾筒的最大變形量（0.080 5 mm）。由此可見，印刷滾筒的最大撓曲變形量隨著預負荷彈性復合圓柱滾子軸承填充度增大其增幅也有不同程度增大。當填充度為40%～55%的預負荷彈性復合圓柱滾子軸承作為彈性支承時，印刷滾筒的最大撓曲變形量差距不大，且相較于填充度為60%～70%和40%～55%的預負荷彈性復合圓柱滾子軸承作為彈性支承時，印刷滾筒的最大撓曲變形量較小，印刷壓力相對較穩定，印品質量相對較高。根據大量研究表明[15]，填充度為40%～70%的預負荷彈性復合圓柱滾子軸承，隨著填充度增大，其最大等效應力先逐漸降低后顯著增大，且在填充度為65%時達到最低值。最大等效應力是影響軸承疲勞壽命的關鍵指標，從疲勞壽命角度考慮，預負荷彈性復合圓柱滾子軸承的最佳填充度為45%～65%。綜合考慮，選擇填充度為45%～50%的預負荷彈性復合圓柱滾子軸承作為印刷滾筒的彈性支承，既提升了印品印刷質量，同時也有效保證了軸承疲勞壽命。對比分析填充度為45%～50%的預負荷彈性復合圓柱滾子軸承和普通圓柱滾子軸承作為印刷滾筒支承的性能，前者較后者的最大撓曲變形量平均下降了9.5%，有效改善了印刷滾筒壓力分布的均勻性，提升了印刷質量。

圖10 不同彈性支承的變剛度印刷滾筒最大撓曲變形量

5 結語

填充度是影響軸承剛度的重要因素，隨著填充度增大，預負荷彈性復合圓柱滾子軸承剛度有不同程度地減小。

印刷滾筒由于加強筋的作用，其附近的撓曲變形有小幅下降，其印刷壓力分布的均勻性局部有了有效改善，提高了整體印刷質量。

不同填充度的預負荷彈性支承對變剛度印刷滾筒撓曲變形影響不同，填充度為40%～55%的彈性復合圓柱滾子軸承作為變剛度印刷滾筒支承部件時，印刷滾筒整體撓曲變形量差距不大，結合疲勞壽命角度綜合考慮，選擇填充度為45%～50%的預負荷彈性復合圓柱滾子軸承作為印刷滾筒的彈性支承，其最大撓曲變形量較普通圓柱滾子軸承平均下降了9.5%，在保證了印刷滾筒疲勞壽命的前提下，有效改善了其壓力分布的均勻性，提升了印刷質量。

[1] 李子燾. 印刷壓力變化對印刷質量的影響及補償措施的研究[D]. 廣州: 華南理工大學, 2015: 8-12.

LI Zi-tao. The Research of Influence and Improvement of Printing by Printing Pressure[D]. Guangzhou: South China University of Technology, 2015: 8-12.

[2] 馮載榮. 膠印機印刷滾筒性能分析與結構優化研究[D]. 西安: 西安理工大學, 2009: 3-5.

FENG Zai-rong. A Study of the Performance Analysis and Structural Optimization of the Printing Cylinder of the Offset Press[D]. Xi'an: Xi'an University of Technology, 2009: 3-5.

[3] 張海燕. 印刷機設計[M]. 北京: 印刷工業出版社, 2006: 13-18.

ZHANG Hai-yan. Printing Machine Design[M]. Beijing: Printing Industry Press, 2006: 13-18.

[4] 海德堡印刷機械公司. 機械媒體技術手冊[M]. 廣州:世界圖書出版公司, 2004: 35.

Heidelberg Printing Machinery Company. Technical Manual of Mechanical Media[M]. Guangzhou: World Book Publishing Company, 2004: 35.

[5] 高占習, 武吉梅, 陳艷麗, 等. 基于有限元方法的滾筒結構分析及設計[J]. 北京印刷學院學報, 2010, 18(6): 38-40.

GAO Zhan-xi, WU Ji-mei, CHEN Yan-li, et al. Cylinder Structure Analysis and Designs Based on Finite Element Method[J]. Journal of Beijing Institute of Graphic Communication, 2010, 18(6): 38-40.

[6] 劉琳琳, 馮載榮, 王常興. 基于有限元接觸分析的印刷滾筒壓力仿真與結構優化[J]. 中國印刷與包裝研究, 2010, 2(S1): 308-310.

LIU Lin-lin, FENG Zai-rong, WANG Chang-xing. Performance Research and Structure Optimize on Printing Cylinder Based on Finite Element Contact Analysis[J]. China Printing and Packaging Study, 2010, 2(S1): 308-310.

[7] 李超. 變剛度印刷滾筒結構設計與支承性能研究[D]. 株洲: 湖南工業大學, 2016: 8-10.

LI Chao. Research on Structure Design and Supporting Performance of Adjustable Stiffness Printing Cylinder[D]. Zhuzhou: Hunan University of Technology, 2016: 8-10.

[8] 陳瑞燕, 張海燕. 基于接觸力學的圓柱滾子軸承剛度對印刷壓力的影響分析[J]. 中國印刷與包裝研究, 2010, 2(1): 42-46.

CHEN Rui-yan, ZHANG Hai-yan. Analysis of the Influence of the Rigidity of Cylindrical Roller Bearing on Printing Pressure Based on Contact Mechanics[J]. China Printing and Packaging Study, 2010, 2(1): 42-46.

[9] 錢進. 膠印機滾筒支承方式的改進[J]. 印刷世界, 2008(2): 40-41.

QIAN Jin. Improvement of Support Mode of Offset Press Cylinder[J]. Print World, 2008(2): 40-41.

[10] 姚齊水. 一種彈性復合圓柱滾子軸承: 中國, 202048098U[P]. 2011?11?23.

YAO Qi-shui. Adjustable Positioning Rolling-Sliding Radial Composite Bearing: China, 202048098U[P]. 2011?11?23.

[11] 楊文, 姚齊水, 余江鴻, 等. 彈性復合圓柱滾子軸承承載性能的理論研究[J]. 機械傳動, 2013, 37(5): 6-9.

YANG Wen, YAO Qi-shui, YU Jiang-hong, et al. Research of Carrying Capacity of Elastic Composite Cylindrical Roller Bearing[J]. Journal of Mechanical Transmission, 2013, 37(5): 6-9.

[12] YAO Qi-shui, YANG Wen, YU De-jie, et al. Bending Stress of Rolling Element in Elastic Composite Cylindrical Roller Bearing[J]. Journal of Central South University, 2013, 20(12): 3437-3444.

[13] YU J, ZHANG R, YANG W, et al. Dynamic Contact Characteristics of Elastic Composite Cylindrical Roller Bearing[J]. The Open Mechanical Engineering Journal, 2015, 9: 703-708.

[14] 余江鴻, 楊文, 李超, 等. 彈性復合圓柱滾動體的加工工藝[J]. 中國機械工程, 2015, 26(12): 1616-1621.

YU Jiang-hong, YANG Wen, LI Chao, et al. Machining Technology for Elastic Composite Cylindrical Rollers[J]. China Mechanical Engineering, 2015, 26(12): 1616-1621.

[15] 姚齊水, 李超, 王勇, 等. 基于預負荷彈性支承的印刷滾筒承載性能研究[J]. 中國機械工程, 2015, 26(23): 3214-3220.

YAO Qi-shui, LI Chao, WANG Yong, et al. Research on Bearing Behaviors of Printing Cylinder Based on Preload Elastic Supporting[J]. China Mechanical Engineering, 2015, 26(23): 3214-3220.

[16] 向磊, 姚齊水, 李超, 等. 基于正交試驗的新型印刷滾筒結構優化[J]. 包裝工程, 2019, 40(7): 210-216.

XIANG Lei, YAO Qi-shui, LI Chao, et al. Structure Optimization of New Type Printing Cylinder Based on Orthogonal Test[J]. Packaging Engineering, 2019, 40(7): 210-216.

[17] 李超, 姚齊水, 向磊, 等. 新型印刷滾筒結構設計與撓曲變形分析[J]. 包裝工程, 2018, 39(21): 144-149.

LI Chao, YAO Qi-shui, XIANG Lei, et al. Structure Design and Flexural Deflection of New Type Printing Cylinder[J]. Packaging Engineering, 2018, 39(21): 144-149.

[18] 王進堂. 基于印刷機滾筒軸承接觸問題的有限元分析[D]. 西安: 西安理工大學, 2009: 4-6.

WANG Jin-tang. The Finite Element Analysis Basing on the Contact Problem for Cylinder Roller Bearing of Printing Machine[D]. Xi'an: Xi'an University of Technology, 2009:4-6.

[19] HONG S W, TONG V C. Rolling-Element Bearing Modeling: A Review[J].International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 2016, 17(12): 1729-1749.

[20] 姚齊水, 張然, 明興祖, 等. 彈性復合圓柱滾子軸承靜態徑向剛度分析[J]. 中國機械工程, 2013, 24(22): 3085-3089.

YAO Qi-shui, ZHANG Ran, MING Xing-zu, et al. Static Radial Stiffness Analysis of Elastic Composite Cylindrical Roller Bearings[J]. China Mechanical Engineering, 2013, 24(22): 3085-3089.

[21] MAEDA T, NOGUCHI S, YAMASHITA H, et al. An Automatic Hexahedral Mesh Generation Method for Hexahedral Elements towards Rotating Machine[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2005, 161(1/2): 101-106.

[22] 李濤, 左正興, 廖日東. 結構仿真高精度有限元網格劃分方法[J]. 機械工程學報, 2009, 45(6): 304-308.

LI Tao, ZUO Zheng-xing, LIAO Ri-dong. Meshing Method of High Precision FEM in Structural Simulations[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2009, 45(6): 304-308.

Effect of Structural Parameters of New Rolling Bearing on Printing Pressure

YANG Wen1, YAN Wei2, YU Jiang-hong3, YAO Qi-shui3, HUANG Jian-feng1, KUANG Yun-xin1

(1. School of Intelligent Manufacturing, Hunan Railway Professional Technology College, Hunan Zhuzhou 412001, China; 2. The Third Representative Office in Guiyang, Guiyang 550081, China; 3. School of Mechanical Engineering, Hunan University of Technology, Hunan Zhuzhou 412007, China)

The work aims to optimize the deflection deformation of printing cylinder to effectively enhance the support performance and improve the pressure distribution of printing cylinder. The preloaded elastic composite cylindrical roller bearing (PECCRB) was selected as the transmission support component for variable stiffness printing cylinder. Based on the equivalent stiffness model, the stiffness of PECCRB with different filling degree was calculated, and the effect of structural parameters of PECCRB on stiffness was analyzed. Besides, the mechanical model of variable stiffness printing cylinder support system was constructed, and the effect of PECCRB stiffness on the printing pressure of variable stiffness printing cylinder was analyzed by finite element simulation. The results showed that with the increase of the filling degree of the rolling element, the radial stiffness of the PECCRB decreased and the deflection deformation of the variable stiffness printing cylinder increased in varying degree. Considering the fatigue life, the PECCRB with the filling degree of 45% ～ 50% was selected as the elastic support of the printing cylinder. In addition, compared with ordinary cylindrical roller bearings, the maximum deflection of printing cylinder with PECCRB was reduced by 9.5%. On the premise of ensuring the fatigue life, the uniformity of pressure distribution of printing cylinder is effectively improved and the printing quality is enhanced.

variable stiffness printing cylinder; preloaded elastic composite cylindrical roller bearing; stiffness; deflection deformation; printing pressure

TH133.33

A

1001-3563(2022)17-0123-07

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.016

2021–10–09

國家自然科學基金（51175168）；湖南省自然科學基金（2021JJ60069）；湖南省教育廳優秀青年項目（21B0897）

楊文（1987—），男，碩士，副教授，主要研究方向為機械結構與系統動力學。

鄺允新（1982—），男，碩士，副教授，主要研究方向為機械設計。

責任編輯：曾鈺嬋