（浙江通业印刷机械有限公司 浙江省绍兴市 311800）
一、输纸机装置的结构组成与变速需求
输纸机是现代单张纸印刷机上的重要组成部分，结构与印刷机输纸机结构相似，由纸张分离机构、传送机构、升降机构、控制机构、气泵气路系统等结构组成。在工作的过程中，输纸机将会将纸张一张一张的平稳输送至印刷部件。目前，随着印刷速度的不断提高，输纸机的性能也需要得到提高，以满足印刷机的印刷需求。如果仍然使用均速输送纸张的方式，将导致纸张在达到前规矩时遭受较大的冲击，从而导致纸边出现回弹或卷曲现象，继而导致纸张的定位边遭到破坏。所以，为确保纸张能够得到精确定位，还要减小高速输送纸张给纸张带来的冲击。采取变速输送纸张的方式，则可以在输送纸张的前端采取较高的输送速度，然后在纸张靠近规矩时将为低速，从而使纸张与前规缓慢接触。因此，采取变速输送纸张的方式，不仅能够提高纸张定位精度，还能够减少纸张遭受的冲击。
就目前来看，可以进行输纸机输送带变速调整的机构主要有三类，即传动导杆机构、齿轮连杆变速机构和椭圆齿轮变速机构。椭圆齿轮变速机构为新型变速机构，主要需要利用椭圆齿轮在啮合过程中节点位置沿着两齿轮中心线变化的特点，从而借助主动齿轮和从动齿轮转角间非线性关系带动输纸带开展变速运动。从性能上来看，椭圆齿轮变速机构具有传动平稳和动平衡容易实现的优势，较之连杆机构更加牢靠和紧固。相较于凸轮机构，椭圆齿轮变速机构能够实现单向循环运动，并且不需要加装弹簧装置，能够确保纸张运动的精度。此外，利用该机构较容易实现具有一定规律的变速运动。
二、技术方案的设计和实施
为解决高速状态输纸，纸张到达规矩时，纸张线速度＜0.6m/s，满足纸张定位要求，采用变形椭圆齿轮变速机构，以传动比为函数关系来确定变形椭圆齿轮节曲线。
设λ为不对称系数，其传动比为二个连续函数，两函数交点处有公切线存在。如下（图1）
根据（图2），设中心距为A，主动齿轮1的角速度ω1为常数，从动齿轮2的角速度ω2为变量，推导出两变形椭圆齿轮节曲线的极坐标方程
（C为积分常数，由边界条件定）
得到从动齿轮节曲线方程
速度和加速度曲线（图3）
2、由于非圆齿轮制造精度不可能像圆柱齿轮那样高的精度，为了提高运动平稳性精度和接触精度，采用二对变形椭圆齿轮组合的传动机构见（图4）消除其齿隙过大，引起传动不平稳性。
3、变形椭圆齿轮回转中心不在质心上，存在较大的转动惯量，容易引起振动。在第二对变形椭圆齿轮轴上加入飞轮，进行动力消振。改善其动力性能。
变形椭圆齿轮变速机构具有结构简单紧凑、传动平稳可靠，完全能满足周期性变化高速输纸定位精度的要求，但设计难度大、制造困难。
变形椭圆齿轮变速结构（图4）
在变形椭圆齿轮变速机构中，输送带上纸张速度变化规律将由齿轮传动比曲线决定。为解决该机构设计难度大、制造困难大的问题，在进行实际设计的过程中还要做好齿轮传动的参数设计，以满足机构的几何条件和变速工艺条件。为确定齿轮传动比参数，可以使用面向对象的VB语言进行机构椭圆齿轮优化设计软件的编制。从软件流程上来看，需要先输入焦距和长半轴初始值，然后进行优化设计程度的调用，以完成焦距和长半轴的优化设计。在此基础上，可以得到椭圆的主要参数焦距和长半轴，然后通过优化参数完成短半轴的计算，并且完成模数选择，从而完成齿数的计算。最后，则可以得到传动比曲线，并且通过调用CAD完成椭圆齿轮零件图的绘制。
在变速输纸机构中，椭圆齿轮传动需要满足前快后慢的要求，但是其主动齿轮转角并不是180°，同时纸张传输还要满足最大速度和最小速度等要求，所以椭圆齿轮设计需要对齿轮几何条件和工艺条件进行综合考虑。为此，还要建立椭圆齿轮运动的优化设计数学模型，并且选取纸张达到前规的最小速度为目标函数，同时选取椭圆焦距和长半轴为设计变量，从而利用利用几何条件和工艺条件作为模型求解的约束条件，继而完成二维优化问题的求解。为实现这一过程，可以在优化设计界面上根据输入的工艺条件得到设计变量的初始值。在此基础上，就可以利用复合形法进行机构的优化设计，从而得到最后的计算结果。需要注意的是，要确定初始值在一定范围内，以便得到最优点。在编写程序的过程中，需要设定一个迭代次数。如果超过这一数值未能得到最优点，需要中断命令，并进行初始点的重新计算，然后重新进行求解。得到椭圆齿轮的基本参数后，可以根据主动齿轮转动角速度进行从动齿轮角速度的求解，并且完成实时传动比曲线图的绘制。而在设计结果分析界面上，通过输入主动齿轮的任意转角，就可以在传动比曲线上完成相应转角的传动比的绘制，并且将从动齿轮的转角和角速度显示出来，所以能够为机构的设计带来便利。最后，在保存设计结果时，可以将传动比曲线、计算数据和椭圆传动简图等内容导入Word文档。
完成椭圆齿轮各参数的计算后，还要绘制零件图。利用CAD绘图软件，则可以为零件图的绘制提供便利。首先，可以在模块中进行CAD绘图软件的定义应用，然后通过运行程序将软件打开，完成零件图绘制后再保存退出。而在绘图的过程中中，还要做好椭圆节曲线的绘制。具体来讲，就是利用绘图工具栏的上“椭圆”工具，从而通过输入长、短半轴数值获得想要得到的椭圆节曲线形状，然后利用“偏移”工具获得齿根圆和齿顶圆。在确定齿轮位置时，考虑到节曲线上拥有均匀分布的齿轮，还要进行椭圆全弧长的齿数等分，并且以各齿轮位置中心点为等分点。根据节曲线上齿槽宽和齿厚，可以确定齿轮两侧节曲线和齿廓曲线位置。而通过实现全弧长4z等分，则能够确定齿轮中心点和两侧节曲线与齿廓曲线的交点。最后，在确定齿廓时，需要确保齿廓形状满足啮合基本定律。值得注意的是，一对椭圆齿轮主要需要依靠主动轮和从动轮齿廓的推动实现副节曲线的纯滚动。在选择齿廓时，应该尽量选择具有良好传动特性，并且能够为机构的安装和测量提供便利的齿廓。但是，由于齿轮各处的曲率不具有重合的中心，所以还要根据各齿轮位置中心处的曲率半径进行齿轮齿廓的确定。通过分析计算，则能够得到圆柱齿轮的标准渐开线齿廓齿形，然后将其当成是各齿轮的齿廓。而使用VB语言完成该椭圆齿轮变速机构的辅助程序设计，从而利用已有工艺条件完成机构设计，则能够使机构的设计过程得到简化。
三、项目创新内容：
A、采用自动开发变形椭圆齿轮变速机构能满足16000（张/小时）输纸速度，其纸张输送线速度到达规矩时＜0.6m/s，满足高速输纸要求。
a.变形椭圆齿轮驱动线带辊旋转，使递纸机构放纸时速度与线带辊接纸时速度相等。
b.为了提高变形椭圆齿轮传动平稳性，接触精度采用二对变形椭圆齿轮组合机构。
c.变形椭圆齿轮回转中心不在质心上，为了消除其振动采用飞轮进行动力消振。
作者简介
姓名：汤群莉（1985.12.15）；性别：女，籍贯：浙江省金华人，学历：大专，毕业于浙江工业大学；现有职称：助理工程师；研究方向：输纸机传动；
论文作者:汤群莉
论文发表刊物:《电力设备》2016年第14期
论文发表时间:2016/10/13
标签：齿轮论文; 椭圆论文; 机构论文; 纸张论文; 曲线论文; 传动比论文; 角速度论文; 《电力设备》2016年第14期论文;