Korea Ever-Power · Руководство по применению инженерных решений
Червяк и червячное колесо для приводов печатных машин и подачи бумаги.
В офсетной печатной машине одна пара червячных передач делает то, что не под силу никакому другому типу передач: она преобразует вращательное движение в одновременное вращение и осевое перемещение валика распределения краски, равномерно распределяя двухмикронную пленку краски по ширине валика в 1000 мм за каждый оборот. Этот колебательный механизм является скрытой геометрией, лежащей в основе каждого четкого печатного изображения.
В печатных машинах червячные передачи используются в двух различных функциях, которые не встречаются ни в одном другом применении. Во-первых, это механизм колебания красочного валика: червячная передача входит в зацепление с винтовой канавкой на красочном валике, преобразуя вращение в осевое перемещение валика — равномерно распределяя краску по ширине печати и предотвращая полосы. Во-вторых, это привод подачи бумаги или полотна: червячные передачи приводят в движение ролики подачи бумаги с точно контролируемой скоростью для обеспечения точности многоцветной регистрации в пределах плюс-минус 0,05 мм. На схеме механизма колебания краски показано, как геометрия червячной передачи определяет ход и скорость перемещения. Вибрация от зацепления червячной передачи передается через красочный конвейер на печатную поверхность, что делает качество поверхности (Ra от 0,2 до 0,4 мкм) и точность зубьев (DIN 5–7) критически важными для качества печати. Червячные передачи печатных станков работают на более высоких скоростях (входная частота от 1500 до 3000 об/мин) и при меньших нагрузках (от 5 до 20 Н·м), чем большинство промышленных червячных передач, что относит их к режиму точной скорости, а не к режиму крутящего момента.
Две различные роли червячной передачи в печатных станках
В отличие от всех остальных применений в этой серии (A01–A17), где червячная передача служит исключительно редуктором, в печатных станках геометрия червячной передачи используется двумя принципиально разными способами — и понимание обоих способов необходимо для правильного выбора технических характеристик.
Приводная резьба входит в зацепление с винтовой канавкой на ролике распределения краски. По мере вращения резьбы (приводимой в движение зубчатой передачей печатного цилиндра) ролик краски одновременно вращается и перемещается вдоль оси на 3–8 мм за один оборот. Это осевое колебание равномерно распределяет пленку краски по ширине ролика, предотвращая образование полос дефицита краски. Червяк здесь функционирует как кулачок линейного перемещения, а не как редуктор. «Шестеренчатая пара» состоит из резьбы червяка и канавки ролика, а не из отдельного червячного колеса.
Пара червячных передач снижает скорость двигателя до скорости вращения подающего ролика — это обычная функция редуктора. Червячная передача подающего ролика должна обеспечивать чрезвычайно стабильную скорость печати, поскольку многоцветная печать предполагает совмещение четырех отдельных цветовых оттисков на одном листе с точностью до плюс-минус 0,05 мм. Изменение скорости на подающем ролике на 0,1% приводит к накоплению ошибок совмещения, которые становятся заметны в виде цветовых искажений после 3-5 отпечатков.
Механизм колебания чернильного валика — как геометрия червячной нити распределяет чернила.
Механизм колебания чернил уникален для печатных станков — ни в одной другой отрасли не используется червячная передача таким образом. Резьба червяка действует как винтовой кулачок, который входит в зацепление с соответствующей винтовой канавкой, выточенной в цапфе распределительного ролика чернил. При вращении червяка резьба толкает ролик в осевом направлении, в то время как ролик одновременно вращается за счет трения с соседними роликами в красочном конвейере.
На приведенной ниже схеме механизм показан в поперечном и осевом разрезах.
Ход перемещения S = от 3 до 8 мм ├────────────────────────────────┤ ═══════════════════╗ ╔═══════════════════ Журнал чернильного валика ╚════════════════╝ Корпус чернильного валика (винтовая канавка) ↕ зацепление (несет чернильную пленку) │ [НИТЬ ЧЕРВЯ] │ Ось вращения червя (перпендикулярно ролику) Червь вращается ──→ нить толкает ролик в осевом направлении ──→ ролик колеблется влево-вправо на ход S за оборот Ход поршня: S = шаг червяка × (угол зацепления канавки / 360°) Типичный пример: зацепление 6 мм × 180° = Ход поршня 3 мм за пол-оборота Полный цикл колебаний: общее перемещение на 6 мм (3 мм влево + 3 мм вправо)
Почему колебания важны для качества печати. Без осевой осевой флуктуации валик распределения чернил переносит чернила только по фиксированной линии контакта с каждым соседним валиком. Расход чернил варьируется по ширине изображения (фотография с темными областями слева расходует больше чернил с левой стороны), и без осевой осцилляции слой чернил становится неравномерным в течение 50–100 оттисков, образуя видимые светлые и темные полосы в областях сплошного цвета. Осевая осцилляция перераспределяет чернила в поперечном направлении, усредняя толщину пленки по всей ширине валика. Ход осевой осцилляции (3–8 мм) и частота осцилляции (один раз за 1–3 оборота) задаются шагом резьбы червяка и геометрией зацепления — они заложены в конструкцию червяка и не могут быть отрегулированы после изготовления.
Требование к точности резьбы. Резьба червяка, приводящая в движение колебательный механизм красочного валика, должна быть изготовлена с более жесткими допусками, чем стандартный червяк с редуктором. Ошибка шага резьбы в колебательном механизме приводит к неравномерной скорости перемещения — валик движется быстрее в одном направлении, чем в другом, создавая асимметричное распределение чернил. Суммарная ошибка шага резьбы должна быть ниже 10 мкм по всей длине зацепления резьбы (обычно от 20 до 40 мм). Для этого требуется шлифовка (Ra 0,2–0,4 мкм) резьбы колебательного механизма — нарезанная зубьями резьба с Ra 1,6 мкм не соответствует требованиям к точности шага для качественной печати.
Чувствительность к вибрации — как возбуждение в зацеплении червячной передачи влияет на качество печати
Печатные станки чувствительны к вибрации. Перенос краски с печатной формы на полотно и на бумагу происходит при контактном давлении от 0,1 до 0,3 МПа на ширине зазора от 3 до 8 мм — любая вибрация, модулирующая это контактное давление, вызывает соответствующую модуляцию толщины красочного слоя на бумаге. Результат виден как «двоение» (слабые повторяющиеся тени изображения), «полосатость» (периодические светлые и темные полосы) или «размытие» (смазывание изображения в направлении печати).
Зубчатая пара — как колебательный компонент, так и пара редукторов подачи — вносит вибрацию на частоте зацепления. Для однозаходной конфигурации при входной частоте 1500 об/мин частота зацепления составляет 1500 / 60 = 25 Гц. Для двухзаходной конфигурации при той же скорости частота зацепления составляет 50 Гц. Эти частоты попадают в диапазон от 10 до 100 Гц, где рама печатной машины и красочный механизм имеют структурные резонансы — это означает, что даже небольшое возбуждение на частоте зацепления может усиливаться и вызывать значительную вибрацию на поверхности печати.
В таблице показано, что разница в качестве обработки поверхности между шлифованной и притертой поверхностью приводит к десятикратному снижению амплитуды вибрации сетки, что означает переход от «видимых полос» к «отсутствию видимых дефектов» в качестве печати. Для коммерческой офсетной и флексографической печати стандартным является шлифованная поверхность (Ra 0,4 мкм). Для упаковки премиум-класса, воспроизведения изображений и защитной печати (банкноты, марки) рекомендуется притертая поверхность (Ra 0,2 мкм).
Корейская компания, занимающаяся флексографической печатью упаковки, сообщила о периодическом появлении полос на новой 6-цветной печатной машине, работающей с гофрированным картоном со скоростью 180 метров в минуту. Полосы проявлялись в виде светлых/темных полос с интервалом 25 мм в больших областях сплошного цвета — интервал соответствует окружности червячного механизма колебания чернил (однозаходный, Ø8 мм, шаг 8 мм). Расследование подтвердило, что деталь колебания была отшлифована (Ra 1,4 мкм). Погрешность шага составила 22 мкм на длине зацепления 30 мм, что привело к неравномерной скорости колебания и асимметричному распределению чернил. Производитель печатной машины указал шлифованные червячные механизмы в первоначальном списке деталей, но замененный червячный механизм колебания, поставленный при последнем техническом обслуживании, был заменен отшлифованным червячным механизмом дистрибьютором деталей (визуально идентичный, на 60 процентов дешевле). Замена на шлифованный компонент (Ra 0,3 мкм, погрешность шага 6 мкм) устранила полосы в течение первых 100 оттисков после установки. Стоимость шлифованной детали: 28 долларов США. Стоимость зубчатой замены: 11 долларов США. Стоимость отходов печати, связанных с обвязкой, за 3 недели, пока была установлена зубчатая деталь: приблизительно 4800 долларов США в виде бракованных коробок. Вывод: компоненты колебаний печатного станка не взаимозаменяемы со стандартными промышленными деталями — требования к точности шага и качеству поверхности зависят от функции печати и должны проверяться при каждой замене, а не предполагаться исходя из совместимости размеров.
Технические характеристики трех червячных передач для печатных станков
Пример 1 — Корейская флексографическая типография: 6-цветная печать, осцилляция чернил и привод подачи.
Корейская типография, специализирующаяся на печати упаковки, заказала червячные редукторы для 6-цветной флексографической печатной машины, работающей с гофрированной и гибкой упаковкой со скоростью от 120 до 200 м/мин. Каждая цветовая станция имела одну осцилляционную нить для чернил и одну пару редукторов подачи. Осцилляционная нить: однозаходная, Ø10 мм, шаг 6 мм, шлифовка Ra 0,3 мкм, закаленная сталь (HRC 58). Погрешность шага: менее 8 мкм на участке зацепления 35 мм. Ход перемещения: 3 мм на пол-оборота. Шесть осцилляционных нитей на печатную машину: 6 × 22 USD = 132 USD. Пара червячных редукторов подачи: однозаходная, модуль 1,5, межосевое расстояние 30 мм, передаточное отношение 20:1, шлифовка Ra 0,4 мкм, класс точности DIN 6. Выходной крутящий момент: 8 Н·м (легкий — только при натяжении бумажного полотна). Шесть пар редукторов подачи на печатную машину: 6 × 85 USD = 510 USD. Общая стоимость компонентов червячной передачи на один печатный станок: 642 доллара США. На этом станке печаталось приблизительно 2,4 миллиона погонных метров гофрированной упаковки в год по цене 0,08 доллара США за погонный метр — что составляет 192 000 долларов США годового объема полиграфической продукции, обеспечиваемого компонентами червячной передачи на сумму 642 доллара США.
Вариант 2 — Японская офсетная типография: 4-цветная печать, совмещение ±0,05 мм, притирка внахлест.
Японская типография, специализирующаяся на коммерческой печати, выбрала червячные передачи для привода листоподающей машины 4-цветной офсетной печати, выпускающей высококачественные брошюры, каталоги и художественные принты. Требования к совмещению: ±0,05 мм между четырьмя цветоделениями (CMYK). Размер листа: B1 (720 × 1020 мм). Скорость печати: 12 000 листов в час. Червячная передача привода должна обеспечивать стабильность скорости в пределах ±0,05% для достижения целевого совмещения на длине печати 1020 мм — отклонение скорости на 0,05% на протяжении 1020 мм приводит к суммарной ошибке позиционирования в 0,5 мм на заднем крае листа. При допуске ±0,05 мм допустимое отклонение скорости составляет ±0,005%. Пара подающих червячных передач: однозаходная, модуль 2, межосевое расстояние 40 мм, передаточное отношение 15:1, притирка Ra 0,2 мкм, класс точности DIN 5. Люфт: менее 3 угловых минут (дуплексная печать). Притирка и точность DIN 5 обеспечивают вибрацию зацепления менее 0,01 мм/с RMS, что приводит к изменению толщины чернильной пленки менее ±2%. Стоимость одной пары подающих червячных передач: 280 долларов США (притирка + дуплексная печать + DIN 5 премиум). Просмотреть прецизионная червячная передача Варианты для печатных станков, требующих точности по DIN 5–7 и притирки поверхности.
Пример 3 — Вьетнамская газетная пресса: онлайн-трансляция, высокая скорость, экономичность.
Вьетнамское издательство, выпускающее газеты, выбрало червячные передачи для приводов подачи полотна и фальцевальной машины 4-секционной рулонной офсетной печатной машины производительностью 45 000 экземпляров в час. Газетная печать имеет более мягкие допуски качества по сравнению с коммерческой офсетной печатью — допустима точность привода ±0,3 мм, видимые полосы в сплошных областях допустимы в газетной бумаге, а основным критерием выбора является надежность при высокой скорости и длительных тиражах (более 100 000 оттисков за тираж). Червячная передача для подачи полотна: 2-заходная (более высокая эффективность при высокой скорости, самоблокировка не требуется), модуль 2, межосевое расстояние 40 мм, передаточное отношение 10:1, шлифовка Ra 0,6 мкм, класс точности DIN 7. Входная скорость: 2800 об/мин. Двухзаходная спецификация повысила эффективность с 48 до 70 процентов, снизив нагрев двигателя и продлив срок службы подшипников при длительной высокой входной скорости. Стоимость пары: 65 долларов США. Нити для осцилляции чернил: стандартная шлифовка Ra 0,4 мкм, свинец 8 мм. Стоимость одного червячного механизма осцилляции: 15 долларов США. Общая стоимость компонентов редуктора для печатной машины с 4 секциями: приблизительно 520 долларов США. Печатная машина производила около 16 миллионов экземпляров газет в год — стоимость редуктора составляла менее 0,004 процента от годовой стоимости полиграфической продукции.
Часто задаваемые вопросы
В: Можно ли использовать стандартный промышленный шнековый привод в качестве вибрационного шнека печатного станка?
Только если точность шага резьбы и качество поверхности соответствуют требованиям печати. Стандартная промышленная деталь с Ra 1,6 мкм и погрешностью шага резьбы более 15 мкм будет давать видимые полосы чернил в областях сплошного цвета — даже если размеры (диаметр, шаг резьбы, форма резьбы) соответствуют требованиям. Функция осцилляции зависит от точности шага резьбы (суммарная погрешность менее 10 мкм) и гладкости поверхности (Ra менее 0,4 мкм), чего не гарантируют стандартные промышленные шнековые резьбонарезные устройства. Всегда уточняйте спецификацию погрешности шага резьбы и качества поверхности у поставщика шнековых резьбонарезных устройств — или явно указывайте «шнековое резьбонарезное устройство для печати», чтобы обеспечить применение правильного производственного допуска.
В: Как колебательный ход влияет на качество распределения чернил?
Более длинный ход (от 6 до 8 мм) обеспечивает лучшее распределение краски по ширине валика, но увеличивает осевую нагрузку на подшипники валика и резьбу червяка. Более короткий ход (от 3 до 4 мм) снижает нагрузку на подшипники, но требует большего количества циклов колебаний (большего числа оборотов червяка) для достижения эквивалентного распределения краски. Оптимальный ход зависит от вязкости краски и характера печати: для высоковязких УФ-красок требуется более длинный ход; для низковязких флексографских красок на водной основе более легкое распределение достигается при более коротком ходе. Производители печатного оборудования устанавливают ход на этапе проектирования, выбирая шаг червяка и геометрию зацепления — оператор не может изменить его в процессе работы.
В: Какой класс точности DIN следует указывать для червячных передач печатных станков?
Классы точности червячных передач по стандарту DIN 3974 варьируются от 1 (наивысшая точность) до 12 (наименьшая). Коммерческая печать (брошюры, упаковка): DIN 6–7 — достижимо с помощью шлифованного червяка с шероховатостью Ra 0,4 мкм. Премиальная печать (воспроизведение изображений, защитная печать): DIN 5 — требуется притертый червяк с шероховатостью Ra 0,2 мкм и индивидуальная проверка геометрии зубьев. Газетная и гофрированная бумага: DIN 7–8 — достижимо с помощью шлифованного или зубофрезерованного червяка. Класс DIN определяет как возбуждение зацепления (вибрацию), так и погрешность передачи (изменение скорости) — оба фактора напрямую влияют на качество печати. Указание класса на один шаг строже, чем необходимо, увеличивает стоимость пары червячных передач на 30–50 процентов; указание класса на один шаг строже, чем необходимо, приводит к видимым дефектам печати.
В: Как часто следует заменять червячные передачи печатного станка?
Износ червячных передач осцилляционного механизма происходит в точке контакта резьбы с канавкой ролика. Интервал замены зависит от скорости печати и количества отработанных часов: для газетных печатных машин с наработкой более 3000 часов в год замена резьбы осцилляционного механизма может потребоваться каждые 2-3 года. Для коммерческих офсетных печатных машин с наработкой от 1500 до 2500 часов в год: каждые 3-5 лет. Индикатором износа является ухудшение качества печати (повторное появление полос на сплошных участках), а не фиксированное количество часов — если появляются полосы, которых не было при последней установке червячного механизма осцилляционного механизма, замените резьбу. Редукторные пары подающих механизмов служат дольше (от 5 до 10 лет), поскольку нагрузки невелики, а работа непрерывна (меньше усталости от пусков и остановок, чем в промышленных условиях).
В: Используются ли червячные передачи в цифровых печатных машинах?
В цифровых печатных машинах (струйных, электрофотографических) не используются червячные передачи с колебательным механизмом подачи чернил, поскольку у них нет традиционных чернильных систем — изображение формируется цифровым способом без системы красочных валиков, которая необходима в аналоговых машинах. Однако в цифровых печатных машинах червячные передачи по-прежнему используются для транспортировки бумаги, подачи листов и привода подачи — функции снижения скорости и самоблокировки такие же, как в офсетных и флексографических машинах. Таким образом, рынок червячных передач для печатных машин смещается от машин с преимущественно колебательным механизмом (аналоговые машины) к машинам только для подачи (цифровые машины) по мере развития отрасли — но общий спрос на компоненты остается стабильным, поскольку каждой печатной машине, аналоговой или цифровой, необходимы приводы для транспортировки бумаги.
В печатных машинах используется червячная передача, геометрия которой не повторяется ни в одной другой отрасли: механизм колебания красочного валика преобразует вращение резьбы червяка в одновременное осевое перемещение распределительного валика, равномерно распределяя краску по всей ширине печати и предотвращая образование полос. Этот механизм требует точности шага (менее 10 мкм в сумме) и качества поверхности (Ra от 0,2 до 0,4 мкм), чего не обеспечивают стандартные промышленные червячные передачи. Пара червячных передач с редуктором подачи выполняет обычную функцию редуктора, но с точностью, соответствующей скоростным характеристикам (DIN 5–7, вибрация зацепления ниже 0,05 мм/с СКЗ), которые напрямую определяют точность многоцветной приводки и равномерность красочного слоя. Качество поверхности является наиболее важным параметром спецификации — разница между зубофрезерованной (Ra 1,6 мкм) и притертой (Ra 0,2 мкм) поверхностью приводит к десятикратному снижению вибрации зацепления и разнице между «видимыми полосами» и «высоким качеством печати».
Для производителей печатного оборудования и ремонтных бригад наш инженерный отдел предлагает резьбовые соединения для печатных станков и редукторы подачи с точностью от DIN 5 до 8, соответствующие стандартам полиграфической промышленности. Стандартный каталог прецизионные червячные передачи Включает в себя резьбу с колебательным движением, имеющую подтвержденные сертификаты точности шага, и подающие пары с документацией класса точности DIN. Предоставьте технические характеристики привода печати с указанием типа печатного станка, диапазона скорости, класса качества печати и количества цветовых станций.
Выбираете червячные передачи для печатного станка?
Укажите тип печатного станка (офсетный, флексографический, глубокий), количество цветовых станций, скорость печати, допуск на совмещение, а также необходимость использования осциллирующих нитей, подающих пар или и того, и другого. Мы порекомендуем класс точности DIN, качество поверхности и точность шага нити.
Редактор: Cxm
