автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Оценка влияния элементов конструкции на деформации цилиндров печатной пары

На правах рукописи

Суслов Михаил Вадимович

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ НА ДЕФОРМАЦИИ ЦИЛИНДРОВ ПЕЧАТНОЙ ПАРЫ

Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (печатные средства информации)

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 ЛЕН 2010

Москва-2010 г.

004617115

Работа выполнена на кафедре «Печатного и послепечатного

оборудования»

ГОУ ВПО "Московский государственный университет печати"

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Герценштейн Илья Шойло-вич

доктор технических наук, профессор

Бобров Владимир Иванович

кандидат технических наук Разинкин Евгений Владимирович

Ведущая организация: ЗАО «ВНИИПолиграфмаш»

Защита диссертации состоится "21" декабря 2010 г. в 12 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.147.01 при ГОУ ВПО "Московский государственный университет печати" по адресу 127550 Москва, ул. Прянишникова, д. 2а

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета печати.

Автореферат разослан "_"_2010 г.

Ученый секретарь Мл « Климова Е.Д.

диссертационного совета Д 212.147.01

и

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Одной из причин наиболее часто встречающегося дефекта печатного оттиска - неравномерности оптической плотности - являются деформации печатного, формного и офсетного цилиндров, вызываемые технологическим усилием печати.

Чтобы избежать этого дефекта на стадии проектирования печатной машины приходится оценивать возможные деформации будущих цилиндров и сравнивать их с допускаемыми величинами, а для этого необходимы как методики оценки допускаемых деформаций, так и методы вычисления деформаций проектируемых цилиндров.

Существующие методики определения допустимых деформаций основаны на технологически необходимом и критическом давлении печати, при этом диапазон давлений и, соответственно допустимых деформаций, излишне широк. Для улучшения качества продукции необходимо уточнить диапазон допустимых деформаций цилиндров.

В настоящее время расчеты деформаций цилиндров проводятся методами сопротивления материалов и теории упругости, которые дают хорошие результаты для сравнительно длинных цилиндров постоянного поперечного сечения, а в остальных случаях - только при наличии эмпирических поправочных коэффициентов. Следует отметить, что существуют конструкции цилиндров, расчёт которых - достаточно трудоемкий процесс.

Для таких расчетов эффективен метод конечных элементов, позволяющий рассчитывать самые разнообразные конструкции и оценивать влияние отдельных элементов конструкции на деформацию цилиндров. Однако для моделирования деформаций цилиндров этим методом необходимо решить ряд вопросов по приложению нагрузки, расстановке опорных закреплений и параметрам разбиения модели. Ре-

шение этих вопросов позволит рассчитывать цилиндры печатного аппарата практически любой конфигурации.

Таким образом, традиционные методы определения допустимых деформаций и их расчета не позволяют достаточно точно оценить параметры геометрии конструкции цилиндров печатного аппарата, поэтому разработка методики моделирования и расчета деформаций цилиндров печатного аппарата является актуальной.

Цели и задачи работы

Целью диссертации является анализ деформаций цилиндров печатного аппарата с использованием МКЭ и разработка рекомендаций по использованию этого метода в инженерной практике при проектировании печатной техники.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- уточнение методики определения допустимых деформаций цилиндров печатной пары;

- разработка методики моделирования заделок и нагрузок, определения приемлемого разбиения модели на конечные элементы;

- проведение натурных экспериментов для проверки адекватности модели;

- разработка рекомендаций по геометрическим параметрам элементов конструкции цилиндров ПА.

Научная новизна

1. Уточнена методика определения диапазона допустимых деформаций декеля и цилиндров ПА.

2. Разработана методика моделирования деформаций цилиндров ПА методом конечных элементов.

3. Выявлены количественные и качественные зависимости деформаций цилиндров печатного аппарата от их конструктивных параметров.

4. Разработана методика подбора параметров цилиндров ПА.

Практическая ценность

Проведенные исследования позволяют:

- установить допустимые деформации цилиндров печатной пары в зависимости от требований к равномерности оптической плотности оттиска;

- оперативно и с высокой точностью определять деформации цилиндров самых разнообразных конструкций;

- определить влияние отдельных элементов конструкции на деформацию цилиндров.

Разработанные методики и рекомендации ускоряют внедрение метода конечных элементов в конструкторскую практику и позволяют использовать его в учебном процессе на практических работах по оценке жесткости печатного аппарата.

Реализация результатов исследования

Разработанные рекомендации используются при обучении студентов в рамках дисциплины «Расчет и конструирование печатного оборудования».

Апробация работы была проведена на научных конференциях:

- научно-техническая конференция студентов МГУП 2007 г.;

- научно-техническая конференция молодых ученых МГУП 2008, 2009, 2010 г.

Материалы работы используются при выполнении дипломных работ на кафедре «Печатного и послепечатного оборудования».

Основные научные и практические результаты, выносимые на защиту:

1. Уточненная методика определения диапазона допустимых деформаций декеля и цилиндров печатной пары.

2. Методика моделирования деформаций цилиндров печатной пары.

3. Результаты сопоставления экспериментальных данных по исследованию деформаций с результатами моделирования МКЭ.

4. Рекомендации по конструированию цилиндров печатной пары.

Публикации. Результаты проведенных исследований отражены в печатных работах, в том числе в 2 статьях в ведущем отраслевом научном журнале "Известия вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела".

Получено авторское свидетельство на полезную модель по теме диссертации.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Материалы изложены на 85 страницах, включая 62 рисунка, 6 таблиц, список литературы из 34 наименований.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель исследования, отмечена научная новизна и практическая значимость работы, представлены основные положения научной работы, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены существующие способы определения допустимых деформаций цилиндров печатной пары и методики расчета при их проектировании и формулируются задачи исследования.

Исходя из известных зависимостей оптической плотности и деформаций от давления (полученных в работах К.В. Тира, В.Т. Бушунова, Л.А. Казаровицкого, А.А. Тюрина, Я.И. Чехмана) можно построить зависимость оптической плотности от деформаций^декеля (рис. 1).

Диапазон допустимых^ перепадов оптической плотности

Диапазон

допустимых

перепадов

деформации

декеля

Диапазон допустимых перепадов давления

Рис. 1. Диапазон допустимой деформации декеля, определенный по зависимости оптической плотности от давления и жесткостной характеристики декеля

Получаемый диапазон (при допустимом перепаде оптической плотности 0,050) составляет приблизительно 20% от номинальной деформации декеля (для плоской офсетной печати при деформации резинотканевого полотна 0,1 мм допустимые отклонения составляют 0,02 мм). Допустимые отклонения от правильной формы одного цилиндра вдвое (если цилиндры приблизительно одинаковы по конструкции) меньше допустимого диапазона деформации декеля. Напри-

мер, погрешности офсетных цилиндров не должны превышать 0,01-0,02 мм; следует отметить, что в это значение входят и погрешности изготовления цилиндров, составляющие для разных фирм от 5 до 10 мкм, и прогибы цилиндров.

При анализе деформаций цилиндров К.И. Финакиным и H.H. Серпионовым было выделено несколько видов их деформации: изгиб оси, симметричное сплющивание сечения (превращение его формы из круга в эллипс), прогиб стенки в зоне контакта, прогиб шеек. Складывая эти составляющие, можно получить суммарные деформации цилиндра.

В конструкции цилиндров печатной пары К.И. Финакин и H.H. Серпионов выделили основные элементы: обод цилиндра, продольные и кольцевые (диафрагмы) ребра жесткости, внутренняя втулка, вал цилиндра. Используя методы сопромата, К.И. Финакин аналитически определил прогиб оси цилиндра. Сходные выражения используются и для расчета деформаций валков прокатных станов (формулы А.И. Цели-кова). Методами теории упругости H.H. Серпионов оценил прогиб стенки цилиндра. К.И. Финакин уточнил эти выражения, введя в них корректирующие коэффициенты, найденные экспериментальным путем. Чижов В.Ф. определил прогибы с учетом ребер, рассматривая цилиндр как оболочку. Следует отметить, что методики Финакина К.И. и Серпионовы H.H. рассматривают деформации в статике. Взаимное влияние цилиндров печатной пары на их деформации в динамике было рассмотрено Роевым Б.А.

Существующие классические методики расчета позволяют оценить прогиб оси относительно длинных цилиндров с постоянным поперечным сечением, и прогиб их стенки, но не учитывают влияние отдельных элементов конструкции. Для определения поэлементного влияния и для расчета сравнительно коротких цилиндров эффективен метод конечных элементов (МКЭ).

Для его внедрения в инженерную практику необходимо решить следующие задачи:

- разработать методику моделирования заделок и нагрузок, выбора числа элементов разбиения модели на конечные элементы;

- провести натурные эксперименты для проверки адекватности модели;

- разработать рекомендации по конструкции элементов цилиндров (профилю и числу ребер, цапфам и т.д.);

Во второй главе рассматривается моделирование деформаций цилиндров печатной пары и возможные трудности при проведении расчетов.

Процесс моделирования проводится в следующей последовательности:

- построение трехмерной (30) модели;

- моделирование закрепления (заделки);

- моделирование действующего нагружения и его характеристик;

- выбор материала модели;

- разбиение модели на конечные элементы;

- выбор типа расчета и анализ его результатов.

При подготовке модели необходимо учитывать ряд параметров, оказывающих влияние на результат расчета. Например, при неверном закреплении модели можно получить распределение деформаций, не соответствующее действительности (рис. 2). В работе представлены рекомендации по предупреждению подобных недостатков.

Рис. 2. Результаты расчета модели с заделкой, выбранной неверно

Для подшипников, допускающих перекос осей, рекомендуется осуществлять закрепление модели по диаметру цапфы, перпендикулярному направлению нагрузки. Для многорядных подшипников можно осуществлять закрепление по торцевому сечению или дуге торцевого сечения цапфы.

В результате численных экспериментов показано, что сила натиска между цилиндрами, распределенная по контактной площадке может быть представлена нагрузкой, равномерно распределенной по линии - образующей соответствующего цилиндра.

Чем больше число элементов разбиения, тем точнее результат, но тем продолжительнее время расчета. Численными экспериментами установлено, что достаточно точные результаты могут быть получены при характерном размере элемента, не превышающим 1/10 от общей длины модели.

В процессе печати на офсетный цилиндр воздействует как формный, так и печатный цилиндры. В зависимости от схемы построения печатного аппарата силы этого воздействия приводят к различным видам деформации поперечного сечения офсетного цилиндра (рис. 3) и различным прогибам оси, иногда даже отчасти нейтрализуя друг друга.

Рис. 3. Сипы, действующие на офсетный цилиндр и поведение поперечного сечения при схеме печатного аппарата: а - «на 7 часов»; б - вертикальное построение

В третьей главе описывается процесс получения экспериментальных данных по деформациям реальных цилиндров для проверки адекватности моделирования из двух источников и сопоставление расчетных и экспериментальных данных.

Первым источником послужили хорошо документированные данные из экспериментов К.И. Финакина, выполненные им на моделях цилиндров из оргстекла. Достоинство этих экспериментов - большое разнообразие конструкций цилиндров и значительная величина прогибов (в силу малого модуля упругости оргстекла), способствующих точности измерений.

Построение соответствующих моделей для расчетов МКЭ проведено с учетом рекомендаций, указанных во 2 главе работы, число элементов разбиения, принималось 120 тыс., параметры материала соответствуют оргстеклу.

Таблица 1.

Сравнение результатов моделирования и экспериментов К.И. Финакина

Тип цилиндра Деформация цилиндра в средней части (мкм)

по эксперименту К.И. Финакина по расчету МКЭ

1 18 18

2 35 33

3 49,5 46,2

4 58 55

5 60 57

Результаты вычислений соответствуют экспериментальным данным (Табл 1).

Вторым источником явились результаты измерений прогибов формного цилиндра печатной машины «Яошаоуг 314» (рис. 4).

11 10 9

Рис. 4. Схема испытательного стенда

Усилие на формном цилиндре 1 создавалось гидравлическим нагружателем 3 (рис. 4), деформации этого цилиндра фиксировались индикаторами часового типа 5, б, 7 с точностью измерений 1 мкм. Данный стенд так же можно использовать для определения деформаций офсетного цилиндра, для этого на позиции 9, 10, 11 устанавливаются индикаторы часового типа.

Модель, подготовленная для расчетов, соответствует параметрам, приведенным в документации по машине.

Анализ полученных данных показал расхождение в результатах моделирования и экспериментальных измерений (рис. 5), которые можно объяснить деформациями в опорах цилиндра.

% 140 ас

2 120

| юо л

0 5000 10000 150001

усилие, Н

О Экспериментальные данные •"'К'"результаты моделирования

Рис. 5. Максимальный прогиб формного цилиндра Сопоставление экспериментальных и расчетных данных, свидетельствует о возможности использовании МКЭ для проектирования ПО.

В четвертой главе проведен анализ влияния отдельных элементов конструкции (таких, как продольные и кольцевые ребра жесткости, внутренний вал, торцевые стенки и окна) на деформацию цилиндров.

Одним из важнейших элементов конструкции цилиндров являются цапфы, оказывающие существенное влияние на суммарную деформацию цилиндра (рис. 6).

Рис. 6. Зависимость прогиба цилиндра от геометрических параметров цапфы

Численные эксперименты показывают, что увеличение длины цапфы в 4 раза приводит к увеличению прогиба в 8 раз, данная зависимость справедлива как для сплошных цилиндров, так и для пустотелых. Увеличение диаметра цапф в 3 раза приводит к уменьшению прогиба приблизительно в 20 раз.

На деформацию цилиндров ПА оказывает влияние такой параметр цапф как их форма. В большинстве случаев используются цилиндрические цапфы, в некоторых машинах применяют конические. Поэтому представляет интерес выявление эффективности использования конических цапф.

0.014

0.012

90

110 130 150

диаметр основания, мм

170

—•— Высота конуса И=190 —а— Высота конуса Ь=85 —А— Высота конуса Ь=60

Рис. 7. Параметры конической цапфы и результаты моделирования

Использование конической цапфы позволяет уменьшить прогиб оси цилиндра (рис. 7) и напряжения, возникающие на переходе границе цапфы-цилиндр. По результатам моделирования рекомендуется использовать конические цапфы с высотой конической части (И), равной длине самих цапф (/)•

Деформация тела цилиндра в основном зависит от толщины его стенки. Данная зависимость деформации тела цилиндра обладает нелинейным характером (рис. 8), что позволяет говорить о том, что увеличение толщины стенок целесообразно до определенных пределов, после чего следует использовать дополнительные элементы, повышающие жест-

кость, такие как кольцевые и продольные ребра. Следует отметить разницу в характере зависимости для коротких (рис. 8) и длинных (рис. 9) цилиндров.

Рис.8. Зависимость деформации цилиндра от толщины стенки

В рамках работы рассматривается модель, толщина стенки которой непостоянна по длине цилиндра и имеет бочкообразную форму (по аналогии с бомбировкой валов в металлургической промышленности), линию прогибов конструкции такого типа достаточно сложно оценить традиционными методиками расчета. Изменяемым параметром данной модели является диаметр по центру «бочки», этот вариант сравнивается с моделью, в которой толщина стенки постоянна вдоль образующей (рис. 9). Полученные зависимости показывают, что использование бочкообразной формы менее эффективно, чем применение конструкции со стенкой постоянной толщины.

•бочкообразная форма традиционная форма

10 15 20 25 толщииа стенки, мм

£ £

«з

о

о. с

0.011 0.0105 0.01 0.0095 0.009 0.0085 0.008 0.0075 0.007 0.0065 0.006

Рис. 9. Параметры стенки цилиндра и результаты моделирования

Торцевые стенки цилиндров могут быть как сплошными, так и с окнами (рис. 10 а, б), что может быть обусловлено необходимостью снижения массы цилиндра или технологическим процессом его изготовления.

Для оценки перепадов деформаций, возникающих при прохождении ребер и окон через плоскость нагружения, проведена серия расчетов, в котором нагрузка прикладывается под различными углами к оси цилиндра (рис. 10 в).

а) 6} ^г^ в)

Рис. 10. Схемы цилиндров со сплошными торцевыми стенками (а), с окнами (б) и схема нагружения модели (в)

Перепад деформаций модели с окнами в торцевых стенках не превышает 5% (рис. 11), тем не менее, возможный перепад давления при вращении цилиндра можно устранить установкой кольцевых ребер жесткости.

угол поворота

• цилиндр со сплошными торцевыми стенками —в-— цилиндр с окнами в торцевых стенках

Рис. 11. Зависимость деформации цилиндра от угла приложения нагрузки

Для увеличения жесткости цилиндров печатной пары в конструкцию включают ребра двух типов - кольцевые и продольные (рис. 12).

г К

,---------------------------------1

ШШг £

... ____ 14 _______

/ /

Я

Рис. 12. Модель цилиндра с продольными (а) и кольцевыми (б) ребрами жесткости

Увеличение числа кольцевых ребер жесткости, как следует из рис. 13, имеет смысл лишь до определенного предела.

0.25000 0.24000 023000

1 0.22000

ю

з

| 0.21000 0.20000 0.19000 0.18000

число колец

141линдры с окнами в стенках —•— Цтиндры со сплошными стенками

Рис. 13. Зависимость деформации цилиндра от числа кольцевых ребер жесткости

Увеличение ширины кольцевых ребер жесткости ведет к уменьшению деформаций (рис. 14) и их перепаду по длине тела цилиндра.

прямоугольного кольцевого ребра жесткости

Расчеты для кольцевых ребер с различным поперечным сечением: прямоугольным, трапецеидальным и в виде двутавра, показали целесообразность использования трапецеидального сечения для кольцевых ребер.

Деформации цилиндров с продольными ребрами зависят от числа ребер (например, разница прогибов между цилиндрами с 4 и 6 продольными ребрами жесткости составляет 13%) и меняются с углом поворота цилиндров {рис. 15).

0.0058 —----,-.-- . --,-,-,-,-

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10О

угол поворота, град

'6 ребер жесткости ^^Д ребра жесткости )

Рис. 15. Деформации цилиндров в зависимости от количества ребер и расстояния между ними

По результатам исследований рекомендуется выбирать угол между продольными ребрами от 10° до 20° в зависимости от диаметра цилиндра.

Увеличению жесткости способствует конструкция цилиндра с продольным ребрами, опирающимися на внутренний вал (рис. 16).

0 »0 20 30 40 50 €0 70 во 60 100

угол поворота

—Ф— ребра, опертые на вн. ось —высота ребра 3 мм

— - высота ребра 7 мм —Ф—-высота ребра 12 мм

Рис 16. Зависимость деформаг{ий цилиндров от высоты продольных ребер

На основании проведенных исследований предлагается методика выбора параметров для получения цилиндров ПА с заданной жесткостью. Данная методика включает в себя два основных этапа:

- определение диапазона допустимой деформации декеля и назначение максимально допустимой деформации цилиндра.

- подбор параметров цилиндров печатной пары.

Первый этап решает в основном технологическую задачу применительно к конкретным видам декеля, краски и запечатываемого материала. В рамках данного этапа можно выделить следующие основные моменты:

1. Построение графической зависимости оптической плотности от давления.

2. Построение графической зависимости деформации сжатия декеля от давления.

3. Определение допустимого перепада оптической плотности и последующее определения деформаций на совмещенном по оси давлений графике.

4. Определение допустимой величины погрешности геометрической формы цилиндра.

5. Определение допустимой деформации цилиндров ПА.

На следующем этапе осуществляется подбор параметров, цилиндра, обеспечивающих сформулированные требования, для этого необходимо решить следующие задачи:

1. Определение ширины контактной зоны и действующих

нагрузок.

2. Построение модели и подготовка к расчету.

3. Проведение расчета.

4. Проверка соответствия диапазону допустимых дефор-

маций.

5. Модификация элементов жесткости при превышении

допустимых деформаций.

6. Повторный расчет при новых параметрах конструкции.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

Деформации цилиндров печатной пары печатных машин под действием усилия печати не должны превышать допустимых значений, иначе возможно нарушение равномерности оптической плотности оттиска - одного из важнейших показателей его качества.

Допустимая величина деформаций может быть найдена при совместном анализе жесткостной характеристики декеля и зависимости оптической плотности оттиска от давления печати.

Экспериментальная проверка показала, что аналитические выражения для оценки деформации цилиндров, полученные методами сопромата и теории упругости, адекватно описывают прогибы относительно длинных цилиндров по-

стоянного поперечного сечения. Для цилиндров с ребрами и окнами в торцевых стенках в теоретические выражения пришлось ввести экспериментальные корректирующие коэффициенты.

Использование метода конечных элементов позволяет определить деформации цилиндров практически любой конструкции.

Сопоставление результатов численного моделирования с учетом разработанных рекомендаций с данными экспериментов на цилиндрах печатной машины и на моделях из оргстекла, показало возможность использования МКЭ при проектировании ПО.

В работе исследовано влияние отдельных конструктивных элементов цилиндров на их деформацию.

Разработанные в настоящей работе рекомендации по реализации метода конечных элементов позволяют эффективно использовать этот метод в практике конструирования печатных машин.

Основные публикации по теме диссертации В ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендуемых ВАК:

1. Суслов, М.В. Влияние конструкции цилиндров печатной пары на их жесткость /М.В. Суслов // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. - М.: МГУП, 2010. - №3. - С. 55-61.

2. Суслов, М.В. Диапазон допустимых деформаций цилинд-

Ков печатного аппарата /С.А. Гуляев, И.Ш. Герценштейн,

1В. Суслов // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. - М.: МГУП, 2010. - №4.-С. 41-47. В других изданиях:

3. Суслов, М.В. Оптимизация поперечного сечения цилиндров печатной пары /М.В. Суслов // Вестник МГУП - М.: МГУП, 2007. - №6. С. 27-48.

4. Учебный стенд для оценки жесткости печатной пары. Полезная модель. Заявка № 2010107019/05(009840). Положительное решение от 01.07.2010.

Подписано в печать 11.11.2010. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать на ризографе. Усл. печ. л. 1.51. Тираж 100 экз. Заказ № 310/252. Отпечатано в РИЦ Московского государственного университета печати 127550, Москва, ул. Прянишникова, 2а

Введение.

Глава 1. Допустимые деформации цилиндров печатного аппарата и методы их расчета.

1.1. Нагрузки в зоне печатного контакта.

1.2. Допустимые деформации цилиндров печатной пары.

1.3. Конструкция и методы расчета цилиндров печатной пары.

1.3.1. Конструкция цилиндров печатной пары.

1.3.2. Методы расчета деформаций стенок цилиндров.

1.3.3. Методы расчета изгиба оси цилиндра.

1.3.4. Метод конечных элементов.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Методика определения деформаций методом конечных элементов

МКЭ).

2.1. Построение модели цилиндра.

2.2. Задание закрепления модели цилиндра.

2.2.1. Расположение опорных узлов.

2.2.2. Разрешенные перемещения в закреплении.

2.3. Задание нагружения.

2.3.1. О возможности замены распределения нагрузки по площади на распределение по линии.

2.3.2. Силы, действующие на цилиндры печатной пары.

Основным требованием хорошего качества печати является равномерный и насыщенный переход краски с формы или с офсетного полотна на бумагу. Практика показывает, что такой переход краски достигается только, если давление, возникающее при контакте печатающих элементов формы с декелем, находится в определенном фиксированном диапазоне, что справедливо как для офсетной плоской печати, так и для высокой и глубокой печати.

Одной из причин неравномерности давления печати является недостаточная жесткость печатного, формного и офсетного цилиндров на их рабочей части, т.е. на той части, где непосредственно происходит их контакт и осуществляется печатный процесс.

Методика расчета жесткости, применявшаяся в прошлые годы, была основана на методах сопротивления материалов и не учитывала ряда особенностей конструкции цилиндров. Исследование и конструирование печатных аппаратов (ПА) представляет до сих пор одну из актуальных задач в полиграфическом машиностроении. Широко распространившийся в последние годы метод конечных элементов (МКЭ) позволяет ускорить расчёты, однако его реализация наталкивается на определенные трудности, преодолению которых посвящена настоящая работа.

Цель диссертационной работы.

Целью диссертации является разработка методики оценки деформаций цилиндров печатного аппарата и разработка рекомендаций по проектированию таких цилиндров.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: уточнение методики определения допустимых деформаций декеля и цилиндров печатной пары;

- разработка методики реализации метода конечных элементов (МКЭ);

- разработка рекомендаций по геометрическим параметрам элементов конструкции цилиндров ПА.

Научная новизна

1. Уточнена методика определения диапазона допустимых деформаций декеля и цилиндров ПА.

2. Разработана методика моделирования деформаций цилиндров печатного аппарата методом конечного элементов.

3. Выявлены количественные и качественные зависимости деформаций цилиндров печатного аппарата от их конструктивных параметров.

4. Разработана методика подбора параметров цилиндров ПА

Практическая ценность

Проведенные исследования позволяют:

- установить допустимые деформации цилиндров печатной пары в зависимости от требований к равномерности оптической плотности оттиска;

- оперативно и с высокой точностью определять деформации цилиндров самых разнообразных конструкций;

- определить влияние отдельных элементов конструкции на деформацию цилиндров.

Разработанные методики и рекомендации ускоряют внедрение метода конечных элементов в конструкторскую практику и позволяют использовать его в учебном процессе на практических работах по оценке жесткости печатного аппарата.

Положения, выносимые на защиту

1. Уточненная методика определения диапазона допустимых деформаций декеля и цилиндров печатной пары.

2. Методика моделирования деформаций цилиндров печатной пары.

3. Результаты сопоставления экспериментальных данных по исследованию деформаций с результатами моделирования МКЭ.

4. Рекомендации по конструированию цилиндров печатной пары.

Выводы по главе

1. По результатам исследований подтверждены зависимости суммарных деформаций цилиндров ПА от геометрии цапф, а так же установлены зависимости для тех параметров, влияние которых нельзя оценить с помощью традиционных методик расчета.

2. На основании полученных зависимостей предлагаются рекомендации по геометрии того или иного элемента конструкции цилиндров ПА.

3. Предложенная методика позволяет получить цилиндр удовлетворяющий условиям допустимых деформаций.

Заключение

Деформации цилиндров печатной пары печатных машин под действием усилия печати не должны превышать допустимых значений, иначе возможно нарушение равномерности оптической плотности оттиска — одного из важнейших показателей его качества.

Допустимая величина деформаций может быть найдена при совместном анализе жесткостной характеристики декеля и зависимости оптической плотности оттиска от давления печати.

Экспериментальная проверка показала, что аналитические выражения для оценки деформации цилиндров, полученные методами сопромата и теории упругости, адекватно описывают прогибы относительно длинных цилиндров постоянного поперечного сечения. Для цилиндров с ребрами и окнами в торцевых стенках в теоретические выражения пришлось ввести экспериментальные корректирующие коэффициенты.

Использование метода конечных элементов позволяет определить деформации цилиндров практически любой конструкции.

Сопоставление результатов численного моделирования с учетом разработанных рекомендаций с данными экспериментов на цилиндрах печатной машины и на моделях из оргстекла, показало возможность использования МКЭ при проектировании ПО.

В работе исследовано влияние отдельных конструктивных элементов цилиндров на их деформацию.

Разработанные в настоящей работе рекомендации по реализации метода конечных элементов позволяют эффективно использовать этот метод в практике конструирования печатных машин.

1. Герценштейн И.Ш. Конструирование и расчет печатного оборудования: конспект лекций. М.: МГУП, 2010 - 136 с.

2. ГОСТ 18854-94. Подшипники качения. Расчет статической грузоподъемности и эквивалентной статической нагрузки. Введ. 01.01.95.- М.: Изд. стандартов, 1994.- 29 с.

3. Готман Е.В. Исследования давления при печати. / Е.В. Готман // Полиграфическое производство. М.: МПИ, 1941. - №2.

4. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. / Джонсон К.; пер. с англ. -M.: Мир, 1989. 510 е., ил.

5. Дэниел Дж. Вилсон Рулонная офсетная печатная машина: механизмы, эксплуатация, обслуживание. / Дэниел Дж. Вилсон; пер. с англ. Н. Герценштейн. М.: ЦАПТ, 2007. - 424 с.

6. Замрий А.А. Проектирование и расчет методом конечных элементов трехмерных конструкций в среде АРМ Structure 3D / Замрий А.А. М.: Изд. АПМ, 2010.-376 с.

7. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. / Зенкевич О. пер. с англ. М.: Мир, 1975. 540 с.

8. Королев А.А. Конструкция и расчет машин и механизмов прокатных станов: Учеб. пособие для вузов / Королев А.А. — 2-е изд., перераб. и доп. М.: «Металлургия». 1985. — 376 с.

9. Лукач Ю.Е. Валковые машины для переработки пластмасс и резиновых смесей. / Ю.Е. Лукач, Д.Д. Рябинин, Б.Н. Метлов. М., «Машиностроение», 1967. — 296 стр.

10. Митрофанов В.П. Печатное оборудование / Митрофанов В.П., Тюрин А.А., Бирбраер Е.Г., Штоляков В.И. М.: МГУП, 1999. 442 с.

11. Попрядухин П. А. О давлении в процессе печатания. Труды МПИ, выпуск 1,М., 1948.

12. Попрядухин, П.А. Технология печатных процессов / П.А. Попрядухин.1. М.: Книга, 1968. 360 с.

13. Серпионов H.H. К вопросу о вычислении прогиба стенки безреберного печатного цилиндра от давления печати. Труды МПИ №16, 1963.

14. Суслов М.В. Влияние конструкции цилиндров печатной пары на их жесткость /М.В. Суслов // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. М.: МГУП, 2010. - №3. - С. 55-61.

15. Суслов М.В. Диапазон допустимых деформаций цилиндров печатного аппарата /С.А. Гуляев, И.Ш. Герценштейн, М.В. Суслов // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. — М.: МГУП, 2010. №4. - С. 41-47.

16. Суслов М.В. Оптимизация поперечного сечения цилиндров печатной пары /М.В. Суслов // Вестник МГУП М.: МГУП, 2007. - №6. С. 27-28.

17. Тир К.В. Механика полиграфических автоматов / К.В. Тир. М.: Книга, 1980.

18. Тир К.В. О нагрузках возникающих при печати на печатных машинах Сб. трудов УНИИПП Харьков, 1937, № 1.1 9 . Тюрин, A.A. Печатные машины / A.A. Тюрин. — М.: Книга, 1966. -459с.

19. Тюрин, A.A. Печатные машины-автоматы / A.A. Тюрин. — М.: Книга, 1980. -416с.

20. Финакин К.И. Исследование печатного аппарата ролевых книжно-журнальных машин высокой печати и разработка методики его расчета на жесткость. Труды ВНИИПолиграфмаш, выпуск 19, М., 1962.

21. Финакин К.И. Конструкция и жесткость цилиндров печатного аппарата ролевых ротационных машин высокой печати. Труды ВНИИПолиграфмаш, выпуск 19, 1962г.

22. Хечумов P.A. Применение метода конечных элементов к расчету конструкций: Учебное пособие для технических вузов / P.A. Хечумов, X. Кеплер, В.И. Прокопьев : под общ. ред. P.A. Хечумова. М.: Изд. АСВ, 1994. -353 с.

23. Целиков А.И. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах. Т.З. Машины и агрегаты для производства и отделки проката / А.И. Целиков, Полухин П.И., В.М. Гребеник и др. М.: Металлургия, 1988. -423 с.

24. Чехман Я.И. Печатные аппараты (Основы теории): учебное пособие / Я.И. Чехман. Киев УМК ВО, 1989. 87 с.

25. Чехман Я.И. Печатные машины / Я.И. Чехман, В.Т. Сенкусь, Е.Г. Бир-браер. М.: Книга, 1987.

26. Чижов В.Ф. Исследование жесткости цилиндра и вала печатной машины. /В.Ф. Чижов. -М.: МПИ, 1985.

27. Чичаев В.А. Оборудование целлюлозно-бумажного производства. В 2-х томах. Т. 2. Бумагоделательные машины/ В.А. Чичаев, M.JI. Глезин, В.А. Екимова и др. М.: Лесная пром-сть, 1981. — 264 с.

28. Шелофаст В.В. Основы проектирования машин / В.В. Шелофаст. М.: Изд-во АПМ, 2004. 472 с.

29. Шелофаст В.В. Основы проектирования машин. Примеры решения задач / В.В. Шелофаст, Т.Б. Чугунова. М.: Изд-во АПМ, 2004. 240 с.

30. Штоляков В.И. Офсетные печатные машины : учеб. пособие / В.И. Штоляков, А.Ф. Федосеев, Л.Ф. Зирнзак, И.А. Егоров, С.П. Вартанян, Э.С. Артыков. М.: Изд-во МГУП, 1999. 216 с; 334 ил.

31. Штоляков В.И. Рулонные офсетные печатные машины КБ А : учеб. пособие / Штоляков В.И., Токмаков Б.В., Перова A.A.; Моск. гос. ун-т. печати. М.: МГУП, 2009. - 145 с.

32. Энциклопедия по печатным средствам информации. Технологии и способы производства / Гельмут Киппхан; Пер. с нем. М.: МГУП, 2003. -1280с.