基于机构运动分析技术的封罐机靠模凸轮曲线构

日期:2019-03-18 / 人气:

0 引言

封罐机的工作原理是基于复杂的凸轮-连杆运动机构,其中关键部分是靠模凸轮的曲线计算。传统的方法是通过数学方法求解,需要将曲线按水平段,垂直段,圆弧段分别建立方程求解,而且要分象限。为了得到精度符合数控加工要求的曲线,至少需要数百个点,计算量非常大。而在CAD/CAM软件中也无法以常规的做图方法,通过扫描等操作来得到靠模凸轮曲线。

SolidWorks是一款非常优秀的机械设计软件,不但具有强大的实体设计功能,还集成了运动分析的功能。本文以SolidWorks 2011为例,探讨了一种在CAD/CAE环境下,利用运动分析的方式来求解封罐机靠模曲线的方法,简化了以往需要解复杂的方程才能实现的工作。

1 封罐机凸轮一连杆机构运动原理

封罐机凸轮-连杆机构是以三连杆机构的一个顶点做圆周运动(转臂轴回转中心轨迹),一个顶点靠在靠模凸轮运动而使另一顶点形成所要加工的罐的形状,如图1所示。实际应用中是已知圆的直径和罐的形状,而需要计算出凸轮的形状。因为三连杆机构在运动中不仅是沿固定轨迹做回转运动,运动过程中还存在摆动,所以在CAD/CAM软件中无法以常规的做图方法通过扫描等操作来得到凸轮曲线。

凸轮-连杆运动机构简图-基于机构运动分析技术的封罐机靠模凸轮曲线构建

图1 凸轮-连杆运动机构简图

2 基于SolidWorks机构运动分析的凸轮曲线构建

2.1 凸轮-连杆机构建模方法

本文工作的目的是得到三连杆机构顶点的运动曲线。为了简便,只构造两个零件:底盘和三角形零件。在底盘上,将圆轨迹和罐外形做成沟槽,从而与三角形零件配合;在三角形零件上,将与圆轨迹和罐外形配合的点分别做成圆柱,直径与底盘的沟槽宽度相同。

2.2 机构装配及运动副建立

在SolidWorks装配体环境中,以底盘零件做为基础零件并插入三角形零件,将三角形零件的两个圆柱分别与底盘零件的两个槽做相切配合和凸轮配合。

(1)将三角形零件一个项点上的圆柱与底盘零件的圆槽做相切配合。

(2)将三角形零件的另一个圆柱与底盘零件的长圆槽做凸轮配合。其操作方法过程为:①先后选取“配合”“机械配合”“凸轮”;②选取圆柱面,以圆柱做为“凸轮推杆”;③在要配合的实体里,选取连续的罐外形面,并确定。做好配合后的装配体如图2所示。

装配体-基于机构运动分析技术的封罐机靠模凸轮曲线构建

图2 装配体

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2.3 机构运动分析

SolidWorks软件从2011版开始,将无缝集成的分析软件COSMOS Motion彻底做为一个功能插件。可以精确模拟并分析装配体的运动。

其过程如下:

(1)首先确认SolidWorks Motion插件已启动,如图3所示。

SolidWorks Motion插件-基于机构运动分析技术的封罐机靠模凸轮曲线构建

图3 SolidWorks Motion插件

(2)运动条件设定。在SolidWorks中,装配体模型运动的图形模拟叫做运动算例。SolidWorks提供三种算例类型:动画,基本运动,Motion分析。它们的功能如表1所示。

表1 运动算例功能

运动算例功能-基于机构运动分析技术的封罐机靠模凸轮曲线构建

为了得到三连杆机构除圆轨迹和罐外形以外,第三个顶点精确的运动轨迹,需要用到“Motion分析”的功能。

(3)施加力矩。进入运动分析模式后,首先要为三角形零件施加一个回转力矩。即以盘形零件轴心线为转轴,在三角形零件的顶点施加一个回转的作用力,见图4。

施加力矩-基于机构运动分析技术的封罐机靠模凸轮曲线构建

图4 施加力矩

(4)定义接触。为了真实模拟运动情况,还需要定义两个零件的接触。在这里,将两个零件简单的定义为实体接触即可。

(5)计算。运动条件设置好后,还要选取“从跟踪路径生成曲线”。这样要得到的凸轮曲线才会显示出来。

以上设置完成后,点选“运算”。所需要的凸轮曲线就计算出来了,如图5所示。

凸轮曲线-基于机构运动分析技术的封罐机靠模凸轮曲线构建

图5 凸轮曲线

为了将曲线输出到CAM软件以进行凸轮加工,可以将曲线以“.csc”格式直接保存,也可以将装配体模型整个转存为其它格式。

3 结束语

采用运动分析的方法来求解封罐机凸轮机构曲线,非常简便和直观。相对于采用解数学方程的方法,大大节省了计算时间,并提高了准确性。此方法不仅可以应用于封罐机的靠模凸轮设计,也可以应用于其他机械上各种运动机构的设计,具有很好的使用价值。



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