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自动包装机切纸机构的计算机辅助设计

2021年07月07日 淮北机械设备网

自动包装机切纸机构的计算机辅助设计

[摘要] 为了实现方便针自动包装机切纸机构的预期功能,用解析法对其中的凸轮机构进行了计算机辅助设计。推导出了切纸机构中执行构件的位移、速度、加速度计算公式,在MATLAB环境下对该机构组合系统的运动参数进行了计算,给出了执行构件的位移线图、速度线图和加速度线图。运动分析结果表明切纸机构满足设计要求。

关键词:计算机辅助设计;运动分析;切纸机构

方便针自动包装机是为了解决手工包装方便针劳动生产率低、生产成本较高的问题而专门设计的,其预期功能就是把6支不同规格的方便针按照要求的顺序排列并插入包装纸中。根据方便针自动包装机的功能要求和结构特点,切纸动作采用了串联式凸轮-连杆机构组合系统来实现,为了保证切纸动作的准确、可靠,对切纸机构进行了计算机辅助设计和运动分析。

1 切纸机构需满足的具体要求

切纸机构的主要功能是将插好6只不同规格方便针的带状包装纸按规定的宽度切断,同时固联在切纸刀上的压板在方便针插入包装纸前将包装纸压紧,以便于插针动作的完成。其机构运动简图如所示。 根据包装机机械运动循环图确定的切纸机构中凸轮摆杆的运动规律如下:

推程运动角δt=45°,采用等加速等减速运动规律;远休止角δs=110°;回程运动角δh=25°,也采用等加速等减速运动规律;近休止角δs=180°。摆杆在凸轮推动下首先向上摆动带动切纸刀向下实现切纸动作,并在下止点停留一段时间,此时固联在切刀上的压板将带有两道棱脊的包装纸压紧在活动托板上,为插针机构完成插针动作做好准备。

根据设计要求,凸轮转速n1=60r/min。执行构件(拉杆)的工作位移h=7mm。凸轮基圆半径rb=50mm,摆杆滚子半径rt=10mm,其余构件的尺寸及相对位置要求如图1所示。

2 凸轮机构的计算机辅助设计

凸轮机构设计的主要内容是根据从动件的运动规律确定凸轮廓线。设计时采用解析法通过计算机进行数值计算得到了凸轮廓线上各点的坐标值、曲率半径以及最大压力角等参数。对切纸机构中的凸轮采用解析法进行计算机辅助设计的基本步骤如下:

1)根据图1中给出的相关尺寸及拉杆的工作位移计算出凸轮摆杆的最大摆角ψmax。

2)为保证凸轮机构具有良好的受力状况,取推程许用压力角[α]=45°;为保证凸轮机构不产生运动失真,取凸轮实际廓线的许用曲率半径[ρa]=3mm,设计过程中要保证凸轮理论廓线外凸部分的曲率半径ρ≥3+10=13mm。

3)对凸轮机构进行计算机辅助设计。计算出理论廓线和实际廓线上各点的坐标值、压力角及理论廓线曲率半径。

4)对设计出的凸轮机构进行运动仿真,以检验凸轮机构的运动是否合理。

图2为解析法设计计算结果,其中最大压力角αmax=31.94°<45°,满足设计要求。运动仿真结果表明该凸轮机构可以正常工作。(待续)

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