高速旋轉(zhuǎn)式吹瓶機(jī)凸輪系統(tǒng)設(shè)計(jì)(開(kāi)合模凸輪)

1、高速旋轉(zhuǎn)式吹瓶高速旋轉(zhuǎn)式吹瓶機(jī)機(jī)凸輪系統(tǒng)設(shè)計(jì)凸輪系統(tǒng)設(shè)計(jì)-開(kāi)合開(kāi)合模凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)用模凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)用趙良知趙良知 李志李志國(guó)國(guó) 胡安朋胡安朋華南理工大學(xué)華南理工大學(xué) 機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院聯(lián)系聯(lián)系郵箱：郵箱：前言前言 旋轉(zhuǎn)式吹瓶機(jī)的凸輪系統(tǒng)是其整個(gè)設(shè)備的核心部件，設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的一系列動(dòng)作都是通過(guò)凸輪機(jī)構(gòu)控制完成的： 1、控制模具打開(kāi)和閉合的擺臂凸輪； 2、控制模具鎖止和解鎖的擺臂凸輪； 3、控制底模升降的直動(dòng)凸輪； 4、控制拉伸桿升降的直動(dòng)凸輪； 5、控制取、送瓶胚手指運(yùn)動(dòng)的直擺組合凸輪； 6、控制取、送瓶子手指運(yùn)動(dòng)的直擺組合凸輪。 可以說(shuō)凸輪系統(tǒng)的性能直接決定著整個(gè)設(shè)

2、備的性能。 華南理工大學(xué)研究課題組計(jì)劃陸續(xù)推出有關(guān)高速旋轉(zhuǎn)式吹瓶機(jī)凸輪系統(tǒng)六大凸輪解析法求解方程和設(shè)計(jì)方法。對(duì)凸輪系統(tǒng)的理論研究和設(shè)計(jì)，已經(jīng)在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用檢驗(yàn)，愿與真誠(chéng)共同發(fā)展，為進(jìn)一步深入研究和完善高速旋轉(zhuǎn)式吹瓶機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用。 近幾年，我國(guó)在包裝機(jī)械領(lǐng)域保持著驚人的發(fā)展速度，同時(shí)也取得一定的成就，但隨著各行各業(yè)積極朝著高端化發(fā)展，尤其是藥品、食品、飲料等領(lǐng)域的高速發(fā)展，要求包裝機(jī)械領(lǐng)域在設(shè)備研發(fā)技術(shù)和生產(chǎn)制造方面能夠跟上市場(chǎng)的發(fā)展步伐，提供穩(wěn)定、切實(shí)可靠的包裝服務(wù)。根據(jù)中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，我國(guó)包裝行業(yè)持續(xù)保持著16%左右的增長(zhǎng)速度。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的市場(chǎng)擴(kuò)容期，目前，行業(yè)已進(jìn)入整合和調(diào)

3、整的時(shí)期，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不均衡性使得行業(yè)的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)瓶頸期。同時(shí)，包裝領(lǐng)域呈現(xiàn)出越來(lái)越多元化、個(gè)性化的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)包裝機(jī)械也提出了更高的要求，能否適應(yīng)不同形狀、材質(zhì)的包裝需求，能否提高自動(dòng)化控制水平，能否提供穩(wěn)定高效的生產(chǎn)效率，能否保證包裝的美觀(guān)性和精確性都是包裝機(jī)械行業(yè)未來(lái)發(fā)展的要求。 從目前來(lái)看，我國(guó)的包裝機(jī)械還存在以下方面的問(wèn)題： 一、自動(dòng)化程度還不高，與世界領(lǐng)先國(guó)家，還有較大差距； 二、生產(chǎn)效率較低、運(yùn)行可靠性還不夠； 三、設(shè)備的適應(yīng)性與進(jìn)口設(shè)備相比還有比較大的差距； 四、設(shè)備的成套性和配套性還不完善； 五、設(shè)備的設(shè)計(jì)方法和理論還比較落后，隨著市場(chǎng)的飛速發(fā)展，設(shè)備的更新?lián)Q代周期越來(lái)越短，

4、這就對(duì)設(shè)備的設(shè)計(jì)理念提出了更高的要求 旋轉(zhuǎn)式吹瓶機(jī)的凸輪系統(tǒng)是其整個(gè)設(shè)備的核心部件，設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的一系列動(dòng)作都是通過(guò)凸輪機(jī)構(gòu)控制完成的，如控制模具打開(kāi)和閉合的擺臂凸輪、控制模具鎖止和解鎖的擺臂凸輪、控制底模升降的直動(dòng)凸輪、控制拉伸桿升降的直動(dòng)凸輪、控制取、送瓶胚手指運(yùn)動(dòng)的直擺組合凸輪以及控制取、送瓶子手指運(yùn)動(dòng)的直擺組合凸輪，可以說(shuō)凸輪系統(tǒng)的性能直接決定著整個(gè)設(shè)備的性能。 國(guó)外企業(yè)在旋轉(zhuǎn)式吹瓶機(jī)的凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面經(jīng)驗(yàn)豐富，實(shí)際生產(chǎn)中凸輪各方面性能優(yōu)良，首先，凸輪廓線(xiàn)比較順滑，沒(méi)有明顯波浪，第二，凸輪的加工工藝合理，加工和熱處理形變量很小，凸輪曲面垂直度良好。 由于該凸輪系統(tǒng)本身的復(fù)雜特性以及

5、研究水平的局限，國(guó)內(nèi)旋轉(zhuǎn)式吹瓶機(jī)凸輪系統(tǒng)從設(shè)計(jì)理論和方法到加工手段及工藝方面相對(duì)于進(jìn)口設(shè)備，都有一定的差距，隨著企業(yè)的投入越來(lái)越大，以及相關(guān)研究人員的努力，在凸輪的設(shè)計(jì)方面已經(jīng)取得了一定的成就。 在旋轉(zhuǎn)式吹瓶機(jī)凸輪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，最早采用的是比較原始的描點(diǎn)法，這種方法簡(jiǎn)單易懂，但工作量比較大，而且設(shè)計(jì)出的凸輪廓線(xiàn)存在很多問(wèn)題，例如手指位置不準(zhǔn)確等，特別是由于取點(diǎn)的密集性的問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致凸輪廓線(xiàn)出現(xiàn)尖點(diǎn)，這種尖點(diǎn)從理論上講即是此處的曲率太大，這種尖點(diǎn)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)行穩(wěn)定性和震動(dòng)有很大影響；隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，解析法慢慢被應(yīng)用到旋轉(zhuǎn)式吹瓶機(jī)凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，許多高校的科研工作者和工作在一線(xiàn)的設(shè)計(jì)人員在

6、這方面做出的很大的貢獻(xiàn)。 本研究在其前人基礎(chǔ)上，針對(duì)全自動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)式吹瓶機(jī)開(kāi)合模凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特征，采用解析法對(duì)凸輪原理進(jìn)行具體理論計(jì)算和應(yīng)用設(shè)計(jì)。目的旨在為高速旋轉(zhuǎn)式吹瓶機(jī)的開(kāi)合模凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)一步改善與創(chuàng)新性設(shè)計(jì)提供系統(tǒng)的理論數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)思路，改變以往以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)為主導(dǎo)的設(shè)計(jì)方法，使旋轉(zhuǎn)式吹瓶機(jī)的開(kāi)合模凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)更加精確，可靠，安全，穩(wěn)定。并用機(jī)械原理與凸輪運(yùn)行過(guò)程中的升程、休止和回程的概念結(jié)合起來(lái)，并通過(guò)Pro/E實(shí)現(xiàn)三維建模和機(jī)構(gòu)仿真，對(duì)凸輪的各方面性能進(jìn)行理論驗(yàn)證，使凸輪的設(shè)計(jì)過(guò)程更加完善和系統(tǒng)化。 通過(guò)開(kāi)合模凸輪連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析可知，轉(zhuǎn)動(dòng)擺臂滾輪通過(guò)凸輪導(dǎo)軌依靠連桿結(jié)構(gòu)來(lái)打開(kāi)或者關(guān)閉左

7、右模體。送胚時(shí)，機(jī)械手剛將瓶胚送入模具開(kāi)始，機(jī)械手與模具一起隨動(dòng)，擺臂開(kāi)始按預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律關(guān)閉模具，當(dāng)模具完全關(guān)閉時(shí)，機(jī)械手脫離模具。取瓶時(shí)，機(jī)械手剛將瓶子夾住時(shí)，擺臂開(kāi)始按預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律將模具緩慢打開(kāi)，機(jī)械手隨動(dòng)，當(dāng)打開(kāi)到一定角度時(shí)，機(jī)械手將瓶子從模具中取出。轉(zhuǎn)動(dòng)擺臂擺動(dòng)角度和左右模體的開(kāi)合角度存在一定的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，可以通過(guò)開(kāi)合模凸輪連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析圖解得出。開(kāi)合模凸輪類(lèi)型：開(kāi)合模凸輪可考慮為擺動(dòng)滾子推桿盤(pán)形凸輪，其中解析法設(shè)計(jì)擺動(dòng)滾子推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)示意圖如圖： 取擺動(dòng)推桿的軸心 與凸輪軸心O之間連線(xiàn)為坐標(biāo)系的Y 軸，在反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)推桿相對(duì)于凸輪轉(zhuǎn)過(guò)一定 角度時(shí)，擺動(dòng)推桿處于圖示位置，則B 點(diǎn)坐標(biāo)方程為： 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式為：升?；赝！?擺臂連桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律采用擺線(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，屬于三角函數(shù)類(lèi)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，此運(yùn)動(dòng)規(guī)律無(wú)剛性沖擊和柔性沖擊，即無(wú)較大慣性沖擊力。 擺臂連桿滾輪中心角位移公式： 升程段（合模）：擺桿滾輪中心運(yùn)動(dòng)軌跡坐標(biāo)表達(dá)式為： 擺桿滾輪中心角位移公式： 回程段（開(kāi)模）：擺桿滾輪中心運(yùn)動(dòng)軌跡坐標(biāo)表達(dá)