高速旋轉(zhuǎn)式吹瓶機凸輪系統(tǒng)設(shè)計(開合模凸輪)

1、高速旋轉(zhuǎn)式吹瓶高速旋轉(zhuǎn)式吹瓶機機凸輪系統(tǒng)設(shè)計凸輪系統(tǒng)設(shè)計-開合開合模凸輪機構(gòu)的設(shè)計應用模凸輪機構(gòu)的設(shè)計應用趙良知趙良知 李志李志國國 胡安朋胡安朋華南理工大學華南理工大學 機械與汽車工程學院機械與汽車工程學院聯(lián)系聯(lián)系郵箱：郵箱：前言前言 旋轉(zhuǎn)式吹瓶機的凸輪系統(tǒng)是其整個設(shè)備的核心部件，設(shè)備在運行過程中的一系列動作都是通過凸輪機構(gòu)控制完成的： 1、控制模具打開和閉合的擺臂凸輪； 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凸輪； 4、控制拉伸桿升降的直動凸輪； 5、控制取、送瓶胚手指運動的直擺組合凸輪； 6、控制取、送瓶子手指運動的直擺組合凸輪。 可以說凸輪系統(tǒng)的性能直接決定著整個設(shè)

2、備的性能。 華南理工大學研究課題組計劃陸續(xù)推出有關(guān)高速旋轉(zhuǎn)式吹瓶機凸輪系統(tǒng)六大凸輪解析法求解方程和設(shè)計方法。對凸輪系統(tǒng)的理論研究和設(shè)計，已經(jīng)在實際生產(chǎn)中得到應用檢驗，愿與真誠共同發(fā)展，為進一步深入研究和完善高速旋轉(zhuǎn)式吹瓶機設(shè)計應用。 近幾年，我國在包裝機械領(lǐng)域保持著驚人的發(fā)展速度，同時也取得一定的成就，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的發(fā)展步伐，提供穩(wěn)定、切實可靠的包裝服務。根據(jù)中國機械工業(yè)聯(lián)合會的調(diào)查統(tǒng)計，我國包裝行業(yè)持續(xù)保持著16%左右的增長速度。經(jīng)過長期的市場擴容期，目前，行業(yè)已進入整合和調(diào)

3、整的時期，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不均衡性使得行業(yè)的發(fā)展進入一個瓶頸期。同時，包裝領(lǐng)域呈現(xiàn)出越來越多元化、個性化的發(fā)展趨勢，對包裝機械也提出了更高的要求，能否適應不同形狀、材質(zhì)的包裝需求，能否提高自動化控制水平，能否提供穩(wěn)定高效的生產(chǎn)效率，能否保證包裝的美觀性和精確性都是包裝機械行業(yè)未來發(fā)展的要求。 從目前來看，我國的包裝機械還存在以下方面的問題： 一、自動化程度還不高，與世界領(lǐng)先國家，還有較大差距； 二、生產(chǎn)效率較低、運行可靠性還不夠； 三、設(shè)備的適應性與進口設(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)計方法和理論還比較落后，隨著市場的飛速發(fā)展，設(shè)備的更新?lián)Q代周期越來越短，

4、這就對設(shè)備的設(shè)計理念提出了更高的要求 旋轉(zhuǎn)式吹瓶機的凸輪系統(tǒng)是其整個設(shè)備的核心部件，設(shè)備在運行過程中的一系列動作都是通過凸輪機構(gòu)控制完成的，如控制模具打開和閉合的擺臂凸輪、控制模具鎖止和解鎖的擺臂凸輪、控制底模升降的直動凸輪、控制拉伸桿升降的直動凸輪、控制取、送瓶胚手指運動的直擺組合凸輪以及控制取、送瓶子手指運動的直擺組合凸輪，可以說凸輪系統(tǒng)的性能直接決定著整個設(shè)備的性能。 國外企業(yè)在旋轉(zhuǎn)式吹瓶機的凸輪機構(gòu)設(shè)計方面經(jīng)驗豐富，實際生產(chǎn)中凸輪各方面性能優(yōu)良，首先，凸輪廓線比較順滑，沒有明顯波浪，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)本身的復雜特性以及

5、研究水平的局限，國內(nèi)旋轉(zhuǎn)式吹瓶機凸輪系統(tǒng)從設(shè)計理論和方法到加工手段及工藝方面相對于進口設(shè)備，都有一定的差距，隨著企業(yè)的投入越來越大，以及相關(guān)研究人員的努力，在凸輪的設(shè)計方面已經(jīng)取得了一定的成就。 在旋轉(zhuǎn)式吹瓶機凸輪系統(tǒng)的設(shè)計上，最早采用的是比較原始的描點法，這種方法簡單易懂，但工作量比較大，而且設(shè)計出的凸輪廓線存在很多問題，例如手指位置不準確等，特別是由于取點的密集性的問題會導致凸輪廓線出現(xiàn)尖點，這種尖點從理論上講即是此處的曲率太大，這種尖點對凸輪機構(gòu)的運行穩(wěn)定性和震動有很大影響；隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，解析法慢慢被應用到旋轉(zhuǎn)式吹瓶機凸輪機構(gòu)的設(shè)計中，許多高校的科研工作者和工作在一線的設(shè)計人員在

6、這方面做出的很大的貢獻。 本研究在其前人基礎(chǔ)上，針對全自動高速旋轉(zhuǎn)式吹瓶機開合模凸輪機構(gòu)的動力學特征，采用解析法對凸輪原理進行具體理論計算和應用設(shè)計。目的旨在為高速旋轉(zhuǎn)式吹瓶機的開合模凸輪機構(gòu)進一步改善與創(chuàng)新性設(shè)計提供系統(tǒng)的理論數(shù)據(jù)與設(shè)計思路，改變以往以經(jīng)驗設(shè)計為主導的設(shè)計方法，使旋轉(zhuǎn)式吹瓶機的開合模凸輪機構(gòu)設(shè)計更加精確，可靠，安全，穩(wěn)定。并用機械原理與凸輪運行過程中的升程、休止和回程的概念結(jié)合起來，并通過Pro/E實現(xiàn)三維建模和機構(gòu)仿真，對凸輪的各方面性能進行理論驗證，使凸輪的設(shè)計過程更加完善和系統(tǒng)化。 通過開合模凸輪連桿機構(gòu)運動分析可知，轉(zhuǎn)動擺臂滾輪通過凸輪導軌依靠連桿結(jié)構(gòu)來打開或者關(guān)閉左

7、右模體。送胚時，機械手剛將瓶胚送入模具開始，機械手與模具一起隨動，擺臂開始按預定運動規(guī)律關(guān)閉模具，當模具完全關(guān)閉時，機械手脫離模具。取瓶時，機械手剛將瓶子夾住時，擺臂開始按預定運動規(guī)律將模具緩慢打開，機械手隨動，當打開到一定角度時，機械手將瓶子從模具中取出。轉(zhuǎn)動擺臂擺動角度和左右模體的開合角度存在一定的運動關(guān)系，可以通過開合模凸輪連桿機構(gòu)運動分析圖解得出。開合模凸輪類型：開合模凸輪可考慮為擺動滾子推桿盤形凸輪，其中解析法設(shè)計擺動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)示意圖如圖： 取擺動推桿的軸心 與凸輪軸心O之間連線為坐標系的Y 軸，在反轉(zhuǎn)運動中，當推桿相對于凸輪轉(zhuǎn)過一定 角度時，擺動推桿處于圖示位置，則B 點坐標方程為： 從動件運動形式為：升?；赝?。 擺臂連桿運動規(guī)律采用擺線運動規(guī)律，屬于三角函數(shù)類運動規(guī)律，此運動規(guī)律無剛性沖擊和柔性沖擊，即無較大慣性沖擊力。 擺臂連桿滾輪中心角位移公式： 升程段（合模）：擺桿滾輪中心運動軌跡坐標表達式為： 擺桿滾輪中心角位移公式： 回程段（開模）：擺桿滾輪中心運動軌跡坐標表達