机械设备服务介绍

印刷机械在高速运转中，振动与冲击是影响印刷质量、设备寿命及操作人员安全的核心因素——过量振动会导致套印不准、墨色不均，甚至部件疲劳断裂；瞬间冲击则可能造成纸张撕裂、机构卡滞。因此，振动与冲击测试是印刷机械研发、生产及运维中的关键环节，通过精准检测各项参数，可定位故障源、优化结构设计、保障设备稳定运行。本文将详细拆解印刷机械振动与冲击测试的主要检测项目，解析其技术逻辑与应用价值。

振动加速度检测：衡量振动强度的核心指标

振动加速度是描述物体振动时速度变化率的物理量，单位为m/s²，它直接反映了振动的“剧烈程度”——数值越大，说明部件在单位时间内的速度变化越快，受到的冲击力越强。在印刷机械中，振动加速度是最基础也最关键的振动参数，因为它直接关联印刷质量与设备寿命。

以高速轮转印刷机为例，滚筒的振动加速度若超过阈值，会破坏印版与橡皮布之间的动态压力平衡。比如，当滚筒轴颈的加速度峰值超过10m/s²时，印版与橡皮布的接触压力会出现±0.1MPa的波动，这足以导致套印误差超过0.1mm——而印刷行业对套印精度的常见要求是≤0.05mm，这种误差会直接造成废品。

测试振动加速度时，通常采用压电式加速度传感器。这种传感器的核心优势是响应速度快（响应时间≤1μs）、频率范围宽（可覆盖0-20kHz），能精准捕捉高速运转部件的瞬间振动。安装时，传感器需固定在振动传递的“关键路径”上：比如检测滚筒振动，会将传感器贴在滚筒轴颈的非旋转端面，或通过磁座吸附在轴承座上——这样可避免旋转部件带来的离心力干扰，确保测量准确性。

数据处理环节，除了关注“峰值加速度”（瞬间最大振动强度），还需分析“有效值加速度（RMS）”。有效值反映的是振动的平均能量水平，更能体现长期运行对部件的疲劳损伤。例如，某型号胶印机的齿轮箱振动有效值加速度标准为≤4.5m/s²，若测试值达到6m/s²，说明齿轮啮合间隙过大或轴承滚珠磨损，需及时拆解齿轮箱进行检修，否则长期运行会导致齿轮齿面剥落或轴承碎裂。

此外，对于往复运动的部件（如递纸牙排），还需检测“双向加速度”——即牙排前进与后退时的加速度差异。若差异超过2m/s²，说明牙排的传动机构（如凸轮、连杆）存在卡滞或磨损，需调整或更换部件。

振动位移检测：定位机械间隙与变形的关键

振动位移是物体振动时，质点偏离平衡位置的最大距离，单位通常为mm或μm。与加速度不同，振动位移直接关联机械部件的“物理变形”——它能反映出部件之间的间隙、轴的弯曲或滚筒的椭圆度等问题，是定位机械结构故障的关键参数。

在印刷机械中，振动位移的检测重点集中在旋转部件的“径向与轴向跳动”。比如，印版滚筒的径向位移若超过0.02mm，会导致滚筒与橡皮布之间的印刷压力不均，印品上出现纵向的“墨杠”（条痕）；递纸牙排的轴向位移过大，则会造成纸张定位偏差，引发“斜拉纸”故障，导致印品套印错位。

由于印刷机械的旋转部件（如滚筒）转速可达1000r/min以上，接触式位移传感器（如百分表）易受磨损，因此更常用非接触式的电涡流位移传感器。这种传感器通过检测金属导体与探头之间的间隙变化来测量位移，精度可达0.1μm，且无磨损，适合长期监测。安装时，传感器需与被测部件的旋转轴线垂直，探头与部件表面的间隙保持在2-5mm（根据传感器型号调整），确保信号稳定。

振动位移的测试结果需结合“静态跳动”与“动态振动”综合分析。比如，某滚筒的静态径向跳动（停机时用百分表测量）为0.01mm，符合标准，但动态振动位移（运转时用电涡流传感器测量）达到0.03mm，这说明滚筒在运转时受到了不平衡力的影响，产生了额外的振动。此时，需对滚筒进行动平衡校正，通过在滚筒端面上添加平衡块，降低动态位移至标准范围。

再比如，递纸机构的导向轴轴向位移检测：若静态位移为0.01mm，动态位移为0.05mm，说明导向轴的轴承间隙过大，运转时轴发生了轴向窜动。此时，需更换轴承或调整轴承的预紧力，消除轴向间隙。

对于印刷机械的固定部件（如机架、墙板），振动位移的检测也很重要。比如，机架的垂直位移若超过0.1mm，会导致整个印刷机的水平度偏差，影响滚筒的平行度，进而造成套印误差。此时，需调整机架的地脚螺栓，重新校准水平度。

振动速度检测：关联振动能量的重要参数

振动速度是物体振动时的瞬时速度，单位为mm/s，其有效值（RMS）与振动的“能量传递”直接相关——速度有效值越大，说明振动向周围部件传递的能量越多，越易引发结构疲劳。在印刷机械中，振动速度的检测主要针对“传动系统”，如齿轮箱、传动轴、电机基座等，这些部位的振动速度过大，往往意味着传动部件的磨损或装配不良。

以齿轮箱为例，齿轮啮合时的振动速度若过大，说明齿轮齿面磨损或齿侧间隙过大。比如，某型号凹印机的齿轮箱振动速度有效值标准为≤6.3mm/s，若测试值达到12.5mm/s，会导致齿轮齿面的接触应力增大，长期运行会引发齿面剥落或断齿。

测试振动速度常用磁电式速度传感器。这种传感器的原理是通过线圈切割磁感线产生感应电动势，输出与振动速度成正比的电信号。它的频率范围较窄（通常0.5-1000Hz），但适合测量中低频振动——而印刷机械传动系统的振动频率大多在100-500Hz之间，正好匹配。

安装磁电式传感器时，需注意固定方式：传感器需通过螺栓或强磁座固定在被测部件的刚性表面（如齿轮箱的铸铁外壳），避免安装在塑料或钣金件上——这些材料会吸收振动能量，导致测量误差。例如，若将传感器安装在齿轮箱的塑料端盖上，测试值可能比实际值低30%以上，无法反映真实的振动状态。

振动速度的测试结果还需结合“相位分析”。相位是指振动信号与参考信号（如电机转速信号）之间的时间差，通过相位分析可判断振动源的位置。比如，若齿轮箱的振动速度信号与电机转速信号同相位，说明振动源来自电机的不平衡；若相位差90度，则可能是传动轴的不对中。

此外，对于电机基座的振动速度检测，还需关注“垂直方向与水平方向的速度差异”。若垂直方向速度是水平方向的2倍以上，说明电机基座的减震垫失效，需更换减震垫（如橡胶减震垫或弹簧减震器），降低垂直方向的振动传递。

共振频率检测：规避致命振动的核心步骤

共振是印刷机械最危险的振动状态——当外界激励频率与机械结构的固有频率重合时，振动幅度会急剧放大（理论上可达到无穷大），短时间内即可造成部件断裂。例如，某台高速切纸机的机架固有频率为150Hz，若电机的转速频率（转速r/min÷60）恰好达到150Hz（即电机转速9000r/min），机架会产生强烈共振，导致切纸刀的位置偏差超过0.5mm，甚至引发机架开裂。

共振频率的检测方法主要是“正弦扫频激励法”。具体步骤是：通过电磁激励器或激振锤对被测结构施加从低到高的正弦激励信号（如从10Hz扫到500Hz），同时用加速度传感器采集结构的振动响应，绘制“激励频率-响应加速度”曲线。曲线中的峰值点对应的频率即为结构的固有频率（共振频率）。

对于印刷机械的大型结构（如机架、墙板），还可采用“模态分析”技术。模态分析通过在结构的多个位置布置传感器，采集不同位置的振动响应，识别结构的多阶固有频率（如一阶、二阶固有频率）和振型（振动时的变形形态）。例如，机架的一阶固有频率可能为150Hz（整体上下振动），二阶固有频率为300Hz（左右摆动），通过模态分析可全面了解结构的振动特性。

测试共振频率时，需注意“边界条件”的一致性。边界条件是指结构与周围环境的连接方式，如机架与地面的连接（地脚螺栓的紧固力矩）、部件之间的装配间隙等。若测试时地脚螺栓松动，机架的固有频率会降低，导致测试结果不准确。例如，某机架在地脚螺栓紧固时的固有频率为150Hz，若螺栓松动1/2圈，固有频率可能降至120Hz，此时若电机转速调整至7200r/min（频率120Hz），会引发共振。

此外，对于旋转部件（如滚筒），还需检测“临界转速”——即滚筒的转速达到其固有频率对应的转速时，会产生共振。例如，某滚筒的固有频率为200Hz，对应的临界转速为12000r/min（200Hz×60），若滚筒转速超过临界转速，会产生强烈振动。因此，印刷机械的设计转速需避开临界转速（通常低于临界转速的70%或高于130%）。

冲击加速度峰值检测：应对瞬间载荷的关键指标

冲击是印刷机械中常见的“瞬态载荷”——它是物体在极短时间内（通常1-10ms）受到的急剧变化的力，会产生极大的加速度（可达数百甚至数千m/s²）。印刷机械中的冲击主要来自：进纸机构的吸纸嘴与纸张的碰撞、收纸台的纸堆下落冲击、模切机的冲头与纸板的冲击、折页机的折刀与纸张的冲击等。

冲击加速度峰值是衡量冲击强度的关键指标——若峰值超过部件的承受极限，会导致纸张撕裂、机构变形或电气元件损坏。例如，某型号高速糊盒机的进纸机构冲击加速度峰值标准为≤200m/s²，若测试值达到300m/s²，会导致纸张在吸纸过程中撕裂，废品率从1%上升至5%以上。

测试冲击加速度峰值需解决“瞬态信号捕捉”的问题。由于冲击过程的持续时间极短，普通数据采集系统的采样率（如1kHz）无法准确捕捉峰值，因此需采用高速数据采集系统（采样率≥50kHz）搭配压电式加速度传感器（响应时间≤1μs）。高速采样率能确保在1ms的冲击过程中采集到50个数据点，精准还原冲击的时域曲线。

安装传感器时，需将其固定在“冲击受力点”附近，确保捕捉到最真实的冲击信号。例如，检测吸纸嘴的冲击，传感器会贴在吸纸嘴的支架上；检测模切机冲头的冲击，传感器会贴在冲头的顶部；检测收纸台的冲击，传感器会贴在收纸台的底部框架上。

冲击加速度峰值的测试结果需结合“冲击次数”综合分析。例如，某收纸台的冲击峰值为150m/s²，若每小时冲击次数为1000次，长期运行（如1000小时）后，收纸台的框架会因疲劳而开裂。此时，需在收纸台底部添加缓冲垫（如泡沫塑料或橡胶垫），降低冲击峰值至100m/s²以下，延长框架寿命。

此外，对于电气元件（如PLC、传感器）的冲击保护，需根据冲击加速度峰值选择合适的减震措施。例如，某PLC的额定抗冲击加速度为100m/s²，若测试环境中的冲击峰值为150m/s²，需在PLC底部安装橡胶减震垫（可降低冲击峰值约40%），或采用悬浮式安装结构，进一步削弱冲击传递。

冲击响应谱检测：评估部件抗冲击能力的工具

冲击响应谱（SRS）是一种将冲击时域信号转化为频域响应的分析方法，它反映了冲击对不同固有频率的单自由度系统的影响。换句话说，冲击响应谱能告诉你：对于固有频率为f的部件，在这次冲击中会受到多大的加速度载荷。

在印刷机械中，电气元件（如PLC、伺服电机编码器）、精密机械部件（如线性导轨、滚珠丝杠）的固有频率通常在100-1000Hz之间。这些部件对冲击非常敏感——若冲击响应谱中对应频率的加速度超过其额定值，部件很可能在长期冲击下失效。例如，某伺服电机编码器的固有频率为500Hz，额定抗冲击加速度为100m/s²，若冲击响应谱中500Hz对应的加速度达到150m/s²，编码器的内部光学元件会因振动而偏移，导致信号丢失。

测试冲击响应谱的步骤如下：首先，用高速数据采集系统采集冲击的时域信号（加速度-时间曲线）；然后，通过数值计算（如快速傅里叶变换FFT结合单自由度系统的响应公式）生成冲击响应谱曲线（加速度-频率曲线）；最后，将曲线与部件的额定抗冲击加速度对比，评估部件的安全性。

冲击响应谱的优势在于“针对性”——不同部件的固有频率不同，只需关注响应谱中对应频率的峰值，即可快速评估部件的抗冲击能力，避免“过度设计”或“设计不足”。例如，对于固有频率为200Hz的线性导轨，只需关注响应谱中200Hz附近的峰值，无需考虑其他频率的响应；对于固有频率为800Hz的PLC，只需关注800Hz附近的峰值。

此外，冲击响应谱还可用于优化减震设计。例如，某印刷机的收纸台冲击响应谱中，300Hz对应的加速度峰值为200m/s²，若在收纸台底部安装一个固有频率为300Hz的减震器，可将该频率的响应加速度降低至100m/s²以下——这是因为减震器的固有频率与冲击响应的峰值频率重合，能有效吸收冲击能量。

需要注意的是，冲击响应谱的计算需选择合适的“阻尼比”。阻尼比是描述系统吸收振动能量能力的参数，印刷机械中的金属结构阻尼比通常为0.01-0.05，橡胶减震垫的阻尼比为0.1-0.3。若阻尼比选择不当，会导致响应谱的计算结果偏差较大。例如，若将金属结构的阻尼比按0.1计算，响应谱的峰值会比实际值低20%以上。

关键部件振动分布检测：定位振动源的核心手段

印刷机械是由多个部件组成的复杂系统，振动往往具有“传递性”——一个部件的振动会通过螺栓、轴承等连接部位传递到其他部件。例如，齿轮箱的振动会传递到机架，再传递到滚筒；电机的振动会传递到传动轴，再传递到递纸机构。因此，仅检测单个点的振动无法定位振动源，需进行“关键部件的振动分布检测”。

关键部件振动分布检测的核心是“多传感器布置”——在关键部件的多个位置安装传感器，采集各点的振动参数（加速度、速度、位移），然后分析振动的“传递路径”和“幅值分布”，找出振动的根源。例如，检测滚筒组的振动分布，会在滚筒的“输入端轴颈”“中间部位”“输出端轴颈”三个位置布置加速度传感器（径向和轴向各一个），采集各点的振动加速度。

若输入端轴颈的振动加速度峰值为8m/s²，中间部位为5m/s²，输出端为3m/s²，说明振动源在输入端——可能是传动轴的不平衡、联轴器对中不良或电机的振动传递过来的。此时，需检查传动轴的动平衡、联轴器的对中偏差（通常要求≤0.05mm）以及电机的振动状态。

若中间部位的振动加速度峰值最高（如8m/s²），而两端轴颈的加速度为5m/s²，则说明振动源在滚筒本身——可能是滚筒的动平衡不良、印版安装偏差或滚筒的椭圆度超标。此时，需对滚筒进行动平衡校正（剩余不平衡量≤5g·mm）、重新安装印版（保证印版的周向与轴向偏差≤0.02mm）或检测滚筒的椭圆度（要求≤0.01mm）。

再比如，检测递纸机构的振动分布：会在递纸牙排的“前端”“中间”“后端”三个位置