基于运动仿真的双层凸轮曲线设计与分析

团固四嗟团哩　仿囊，毽撰ＩＣＡＤＩＣＡＭＩＣＡＥＩＣＡＰＰ　基于运动仿真的双层凸轮曲线设计与分析　赖厚安　（上海沛愉机械制造有限公司，西安７　ｌ００７７）　＿｝商０。要：在分析凸轮曲线传统设计方法的基础上±愚ｌ出了新的设计｛翼　，萎蛩用ＡＬｌｔｏｄ§ｓｋ　ｌｎｖｅｎｔｏｒ￣计软件中的运动仿　真横块进行零部件的三维动态模｝　将形成的运动轨迹曲线转化成草图并修剪得到凸轮曲线。经设计加工出来的凸轮　＿：机构在多台厨转式贴标机上生产运行穗　证明了运用运动仿真来设计双层凸轮曲线方法的可行性与正确性。　－。０引　言　近些年，随着人们对产品外包装的认识更加深化，促　使着我国食品饮料包装机械取得了较快发展。但相对国　外同行业技术的发展，国内生产技术较为落后，大部分仍　采用陈旧的通用设备加工，机械零部件精度较低；其次我　国包装机械的设计主要还是测绘、仿制及稍加国产化改　进，开发新产品能力不足，产品开发缺少创新，设计　方法主要依赖于传统算法，其计算量大，经运行发现，设　计出的凸轮存在较大柔性冲击且易磨损。针对诸多难题，　我公司设计人员从更新设计理念出发，运用Ａｕｔｏｄｅｓｋ　Ｉｎｖｅｎｔｏｒ中的运动仿真模块完成贴标机凸轮曲线的设计。　１传统设计方法分析　．，　凸轮机构工作要求分析　如图２所示，工作中。从动件十字拨叉随回转大盘转　动，同时在双层凸轮的作用下产生与回转大盘旋转方向　回转大盘转过　区数据参数　备注　域时，十字拨义自　￣ｐ／ｒａｄ　ｔ，　拨义臼转剧要（仪用于传统汁舞・　ｖｏ／ｒａｄ　起始角（ｆＪ，　Ｌｉ．确　力’Ｉｍ的夹角）　相反的自转运动，且分为匀加速、匀速和匀减速三个阶　转角速度从零匀加　￣速至最大角速度　ｒａ　！　艾随夺盘譬过的　度　方删　～自转角　；　１）ｌｍｍ　Ｔ予　义竹腰唰日住　转过０２区域时，其　ｄ，　．十宁拨叉滚轮直径　以角速度∞～匀速　（　ｄ￣Ｓ－Ｉ）回转大盘角速度　自转角度ＯＺ２；转过ｍ，／（ｔａｄ￣Ｓ－Ｉ）　字拨义自转角速度　区域时，其角速ｔｏ：ｌ（ｒａｄ　。）吸标转鼓角速度　度从　…匀减速至　￣ｂ／ｍｍ　回转大盘分度圆直径　零，自转角度Ｏｌ，。由　于在方瓶贴标过程　／ｍｍ　吸标转鼓外径　Ｌ／ｍｍ　方瓶贴标处截面最大直径　中标签接缝相对瓶身要求精准定位，为满足贴标要求，十　字拨叉进入　．区域时要求有一条边指向回转大盘中心，　转出０　区域时也要有一边指向大盘中心。即：　机械工程师２０１４年第５期；１７９　圃国四囵国哩　仿一，堤鞭ＩＣＡＤＩＣＡＭＩＣＡＥＩＣＡＰＰ　Ｏｔｌ＋　２＋　３＝ｎｘ￣／２，ＴＴ，为正整数，且ｎ≥５，　２＋　３≥２叮Ｔ。　，．２十字拨叉上任意一点轨迹曲线的计算　（１）　驱动条件。根据设计要求，可在【选定扇区的特性】的下拉　菜单中选择合适的修正曲线。　２．２．２十字拨叉自转和回转大盘旋转驱动条件参数设定　在满足式（１）的要求下，根据设计要求分别没定十字　如图１，以任意一点为原点，水平方向为　轴，竖直方　向为Ｙ轴建　直角坐标系，各参数见表１。　十字拨义中心点０。（　。Ｙ。　）运动轨迹方程为：　拨叉自转角度值　ｌ、ＯＺ２和Ｏｔ＿｛，＿且　、　～ｔ　、ｔｑ和ｔ减通过上　述算式可知。十字拨又速度驱动条件应分为＿ｔ段：１）匀加　速段。如图３黄色区域，起始点速度和Ｎ，ｔｌ司均为零，运动　（）ｌ＝　（１＋　ｌ＿ｃｏｓ（１９０＋　），ｙｏｌ＝ｙｏ＋￣－ｓｉｎ（　ｏ＋　），Ｏ＝ｔｏｔ。　十宁拨义　任意一点Ｂ（ｘ，Ｙ）运动轨迹方程为：　结束点速度为　～，时间为ｔ　２）匀速段　起始速度为　时间为ｔ加＋￡匀，运动结束点速度为零，Ｈ，ｔｌ司为ｔ加＋　匀＋￡减。　０－ｍａｘ，运动时间为　加＋￡匀；３）匀减速段。起始点速度为０９　．　ｃ。ｓ（　），，：ｙ０１＋　ｓｉｎ（　），　：ｒ∞ｌ（　）ｄｆ。　￣由以上各式得十字拨叉上任意一点运动轨迹方程为：　：　。＋将三段运动参数（匀加速前和匀减速后分别增加了一段　（如图３所　示）。同理设定回转大盘驱动条件参数。　拿ｃ。ｓ（Ｏｏ＋　ｆ）＋　。　［　０＋ｆ“ｃＥＪ。（￡）ｄｚ］，　（２）　无自转运动）分别对应输入驱动条件参数表孚ｓｉｎ（　０＋Ｏ）ｔ）＋了Ｄ　ｓｉｎ［　棚　（￡）ｄ　］，　（３）　ｖ：　将式（２）和式（３）所形成的轨迹曲线进行一定的修改　即为凸轮曲线。　２基于运动仿真设计凸轮曲线的计算与建模　２．，　凸轮曲线设计的参数计算　为满足整机贴标要求，即吸标转鼓线速度　应等于　回转大盘线速度　与瓶身自转线速度　之和；同时十字　拨又虚满足凸轮机构工作要求分析中的式（１）。　：　船＋　帆，　２×　Ｌ：　×（半）＋　瓶×　。　每转一・圈町送标签数为　，即　由式（４）和式（５）得　瓶：　（　ＩＪ２　（４）　（５）　根据整机额定产量设定同转大盘的头数为　，吸标转鼓　＝争。　ｌ，２　２．２－３凸轮曲线的生成与建模　将仿真生成的四条运行　轨迹导出至草图经修剪和向　中心外方向偏移ｄ。／２距离得　到生产加工的凸轮曲线。运动　一咖一　）。　凶　字拨义与瓶托之间依靠齿轮传动，且驱动齿轮　与瓶托　轮的传动比为ｉ。　故　＝　：［　‘　一咖一Ｌ）］／／。　仿真的生成和凸轮三维实体　建模如图４所示。　３结论　设十字拨义在匀加速、匀速和匀减速自转所需时间　分别为ｔ加、　匀和　减，则匀速段：　匀＝　Ｌ；　ｎ　基于运动仿真设计出的双　（６）　匀ＪＪｕ速段：　１　一，　￡　层凸轮曲线经加工成零部件，装机并通过长时间生产运　行证明，凸轮机构柔性冲击小，使用寿命长。体现了其设　ｏｑ＝÷０加硫。　二　（７）　计方法的合理性与正确性，设计过程避免了大量的轨迹　方程的计算，降低误差累积的同时很大程度上提高了工　作效率，对回转式贴标机双层凸轮曲线的设计具有一定　ａ为匀加速段的加速度。　南式（６）、（７）得ｔ　＝２　段，可得ｔ　＝２　加～。　。匀减速段同于匀加速　的实际指导意义。　［参考文献］　［１］唐湘民．Ａｕｔｏｄｅｓｋ　ｉｎｖｅｎｔｏｒ有限元分析和运动仿真详解　Ｍ］．北　京：机械工业出版社，２００９．　２．２运动仿真的建立与三维建模　２．２．１　运动仿真模型建立及驱动条件与优化方式的选择　首先将十字拨叉与回转大盘建立三维模型并正确约　［２］张俊玲．回转式贴标机凸轮的设计与研究［Ｄ１．济南：』』ｊ东大学，　２００６．　束组装为一装配体，通过Ａｕｔｏｄｅｓｋ　Ｉｎｖｅｎｔｏｒ菜单【环境】　［３］成大先．机械设计手册［Ｍ］．４版．北京：化学工业出版利：，２００２．　（编辑黄荻）　选项中的【运动仿真】模块建立仿真运动。其次，Ａｕｔｏｄｅｓｋ　Ｉｎｖｅｎｔｏｒ运动仿真中所需驱动条件分为位置、速度和加速　度ｌ二种，根据｝：述参数计算，十字拨叉经过匀加速、匀速　作者简介：赖厚安（１９８５一），男，助理工程师，从事食品饮料包装机械　的设计与研究。　收稿日期：２０１４—０３—０７　和匀减速段所需时间已知，故可选【速度】为运动仿真的　１８０　机械工程师２０１４年第５期