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[word doc]异形瓶分件供送变螺距螺杆的三维实体建模

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[word doc]异形瓶分件供送变螺距螺杆的三维实体建模[word doc]异形瓶分件供送变螺距螺杆的三维实体建模 异形瓶分件供送变螺距螺杆的三维实体建 模 136 机械设计与制造 MachineryDesign&Manufacture 第8期 2010年8月 文章编号:1001—3997(2010)08一Ol36一O3 异形瓶分件供送变螺距螺杆的三维实体建模 李军霞1,2史荣姚云峰高静娜 (河北科技大学材料科学与工程学院,石家庄050018)(z燕山大学机 械工程学院,秦皇岛066004) Modelofthevariablepitchscrewof...
[word doc]异形瓶分件供送变螺距螺杆的三维实体建模
[word doc]异形瓶分件供送变螺距螺杆的三维实体建模 异形瓶分件供送变螺距螺杆的三维实体建 模 136 机械与制造 MachineryDesign&Manufacture 第8期 2010年8月 文章编号:1001—3997(2010)08一Ol36一O3 异形瓶分件供送变螺距螺杆的三维实体建模 李军霞1,2史荣姚云峰高静娜 (河北科技大学材料科学与工程学院,石家庄050018)(z燕山大学机 械工程学院,秦皇岛066004) Modelofthevariablepitchscrewoffeedspecialcontainer LIJun-xia1,2SHIRong.,YAOYun-feng,GAOJing-na (SchoolofMaterialScienceandEngineering,HebeiUniversityofscienceand technology,Shijiazhuang050018, China)(SchoolofMechanicalEngineering,YanshanUniversity,Qinhuangd ao066004,China) ?…’?…’?…’?….?…?…’?…’?…?…’?…’?…’?…’?…?….?…’?…’?…’?…’?…’?…?…’?…’?…’?…?…’?…?…’?…’?…’?…’?…’?…’?…’?…’ ?…’?…’?’…?…’?”“, ;【摘要】提出了一种绘制异形瓶变螺距螺杆螺旋槽的解析作图法, 并对传统的设计方法进行; ?了修改.利用PRO/E的扫描混合功能,构造了变螺距螺杆的三维实 体模型,并通过ADAMS进行了运? 动仿真分析,证明了按本方法设计的变螺距螺杆与供送件不会发生 干涉,运行平稳,仿真结果与理论: :曲线相吻合,验证了模型建立的正确性.解决了复杂形体供送件螺杆 的参数化设计,完善了其设计理i ;论与设计方法.; :关键词:变螺距螺杆;扫描混合;Pr0/E;三维实体建模: ;【Abstract】 Analyticmethodofdrawingvariablepitchscrewspiralscrolloffeedspecialcontainerisi ;puttedforward,andtraditionaldesignmethodismodified.3-Dimensionalmodelisestablishedbyscan;:: mixedfunctionofPRO/E,andmotionsimulationbyADAMSshowthatthevariablepitchscrewwith ;delivering凡’tinte咖 Fenceandmovingstably,simulationresultsuppOFtwiththetheoreticdatawell,and :modeliscertified.Parametricdesignofscrewtofeedcomplexcontainerissol ved,anddesigntheoryandi:: ;designmethodareper厂ected.; ;! ?Keywords:Variablepitchscrew;Scanmixed;Pro/E;3-Dimensionalmodel? 二…??…??…??…??…??…??…??…??…??…??…??…??…??…??…? ?…??…??…??…??…??…??…??…??…??…??…??…??…??…??…?? …??…??…??…??…??…??…??…??…?j 中图分类号:TH16,TB486文献标识码:A 1引言 供送螺杆是现代食品包装机械的一种用于传输瓶,灌,盒等 包装容器的常用供送装置,可将规则或不规则排列的成批包装容 器,按照包装工艺要求的条件逐个地供送到包装位,还可以根 据工艺要求完成增距,减距,分流,升降和翻身等动作,以满足规 定的工艺要求.因此分件供送螺杆被称为整个设备或生产线的 “咽喉”,其构造的合理与否直接影响产品质量,工效,总体布局及 自动化水平.随着自动灌装机,包装生产线的日益高速化和容器 的多样化,供送螺杆的设计与加工要求越来越复杂,传统构形设 计已不能满足实际生产的要求.鉴此,本论文对异形瓶变螺距螺 杆的三维实体建模进行了探讨,以供参考. 目前,对变螺距螺杆的研究主要集中在变螺距螺旋线的理 论,设计卅和螺杆加工方法方面M,文献,分别提出了螺杆的j 维建模方法,但以上都是对输送圆形瓶螺杆的研究,而目前对输 送异形瓶变螺距螺杆三维实体建模的研究甚少,有关理论还需进 一 步完善.本文通过分析分件供送变螺距螺杆的结构特点和工作 原理,对异形瓶变螺距螺杆螺旋槽的绘制方法进行了进一步研 究,利用PRO/E的扫描混合功能建立了三维实体模型,并通过 ADAMS进行了运动仿真分析,证明了按本方法设计的异形瓶变 螺距螺杆与供送件不会发生干涉,运行平稳,且完全满足供送件 运动的工艺要求,验证了模型建立的正确性. ?来稿日期:2009—10—05 2螺杆螺旋线的数学模型 本文设计的螺杆参数包括:螺杆外径D(mm),螺杆内径r (illITI),供送件直径domm),螺杆转速n(rpm),初始螺距(mm) 和最大螺距St(Him). 在螺杆输送过程中,为了保证供送件运行的平稳性,合理确 定变螺距螺杆螺旋线的形式至关重要.本文采用四段组合式螺旋 线的形式,即等速段,正弦变加速段,等加速段和余弦减加速段. 使加速度曲线的始,末端均为零值,且加速度在全程无突变,不存 在刚性和柔性冲击,减少供送件与输送链带的摩擦力,可保证供 送件与输送链带平稳携接.四段组合式变螺距螺杆的结构,如图 1所示. 图1四段组合式螺杆结构图 变螺距螺旋线各段的运动规律分别为: (1)等速段的运动方程为 fa1=0 {1=Soxn l,=So 第8期李军霞等:异形瓶分件供送变螺距螺杆的三维实体建模137 (2)正弦加速段的运动方程为 I=sin(×)Jz2m Js+[1--COS(“IT×)]InL‰J soi2+[手×n(手×)] (3)等加速段的运动方程为 f劬q一 {1)3=Son+c~(2izJ1r+i3),几 Ln3=ES0+n,(4/av+i3)12n (4)余弦减加速段的运动方程为 (2) (3) a4=an~cos(×) 厶如 s+[(手×)++譬](4) : s+一f1-cos(~一×一i4)1+叮rnL4mJ q4(2l+1r)/(竹凡) 式中:‰一螺杆的最大加速度i一螺杆各段曲线的圈数及最 大圈数;o4…VH一螺杆各段曲线的加速度,速度及位移. 若取n=6Orpm,S?200mm,i1~=1,2,i3m=3,i4m=2则四段组合 式变螺距螺旋线的加速度曲线,如图2所示.以上数学模型为设 计变螺距螺杆的理论基础,通过以上数学模型可以在PRO/E绘 制曲线的记事本中编辑螺旋线方程,进而绘制各段螺旋线. 18O 160 140 l2O 10O 80 60 40 20 0 i(圈数) 图2四段组合式变螺距螺旋线加速度曲线 3变螺距螺杆的三维实体建模 异形瓶i维实体模型及计算模型,如图3所示. 图3异形瓶的三维实体模型及计算模型 由图3可见,供送件的横截面由直线和圆弧组成,长度和宽 度分别为bl=40mm,b2=65mm,直线段b3=b4=l0ram,左右圆弧的圆 心分别为OlxO2,半径均为p=32.6ram,且O0l=002=7.4mm. 3.1螺杆螺旋槽的绘制方法 分件供送螺杆的螺旋槽对物件起着隔挡,增减速推移和稳定 供送的作用,理论与实践表明,合理设计螺旋槽几何参数对保证 被供送物体的平稳运行至关重要.本论文供送件运动状态示意图, 如图4所示.由图4分析可知,供送过程中要求供送件首先竖直进 入,逐渐旋转90.,然后再依次倾斜倒下,最后进入传送链带进行 包装.故供送件螺旋槽形状在每段不仅尺寸上不同,且形状也各 不相同. 图4供送件运动示意图 本文通过分析异形瓶容器与螺杆的相贯运动原理,建立了异 形瓶变距螺杆螺旋槽的数学模型. (1)供送件与螺杆轴向旋转一定角度供送件与螺杆轴向平 行时相贯运动原理图,如图5所示. Yt 图5供送件与螺杆相贯运动原理图 由图5分析可知,直线段ad与螺杆的相贯线仍为直线ad. 设圆弧6d段任意点m为(z,k)(6z6,0z0.5b),则该点的 相贯线轨迹(,)的坐标为: + 砉a吨S(1-oo~)(5) (嘉)一(6) 其中,k=ro+O.5b,一,/一(7) 若取螺杆外径D=IlOmm,螺杆转速n=6Orpm,初始螺距So= 95mm和最大螺距S=200mm.则当供送件与螺杆轴向平行时,螺 旋槽的形状,如图6所示. 50 4o 吕 3o 20 ,,r , \/ ,, \/ 5040302UlOUlU2U304050 x(mm) 图6供送件与螺杆轴向平行的螺旋槽 供送件与螺杆轴向旋转一定角度时,螺旋槽的绘制方法与供 送件相对螺杆轴向平行时类似. (2)供送件相对螺杆纵向倾斜一定角度供送件相对于螺杆纵 向倾斜时,可以降低供送件的重心,且使供送件逐渐倾斜倒下,可 保证与输送链带平稳衔接.当供送件沿着螺旋槽的方向倾斜时, 可保证供送件运行时与螺杆不发生干涉,倾斜角度实际就是螺杆 的螺旋升角.螺杆螺旋升角的解析式为式8,将式8展开得各段 螺旋升角的解析式为式9. tg嘶: ?L, (8) 138机械设计与制造 No.8 Aug.2010 tgoll=SJTrD t2=t酗+薷(1一s) t 藉’9’ ltgot4=tg.丽ar,~xt4sin) 螺杆所有点的螺旋升角,如图7所示. 供送件相对于螺杆的倾斜示意图,如图8所示.由图8分析 可知,供送件与螺杆在中心轴上的相交截面,即为该点螺旋槽的 形状. 32 30 28 26 24 22 2O 18 l6 14 图7螺杆的螺旋升角 图8供送件纵向倾斜的示意图 由图7可知,第六段末的倾斜角度为,其螺旋槽形状,如图9 所示. 5O {0 3o 20 -- 4U—jo-20-1Uo】U20jU40 X(mm) 图9供送件纵向倾斜时螺旋槽草图 供送件其它倾斜角度的螺旋槽草图在形状上是相似的,仅在 尺寸上有一定差别. 3.2螺杆的三维实体建模步骤 变螺距螺杆的三维实体建模步骤如下: 步骤1:创建实体旋转特征,如图10所示. 图1O实体旋转特征 步骤2:绘制螺旋线按式(1—4)和螺杆参数,在记事本中依次 编辑螺旋线方程,即可得到四段螺旋线,如图l1所示. 图11螺杆螺旋线 步骤3:绘制扫描混合特征由于螺旋槽的各个截面形状不 同,因此采用Pro/E的扫描混合特征可以方便的进行螺杆的维 实体建模.如图12所示,第一段螺旋线的扫描混合特征,截面1 和截面2分别为第一段螺旋线首,末螺旋槽的截面.其它螺旋线 的扫描混合采用相同的方法即可. 图12扫描混合特征 步骤4:相切修剪存实际加工中,螺旋线的两端都需要延长 才能切除螺旋线首,末端的残料,且必须相切延长才合理.经计 算该螺旋线展开线首,末两端的切线斜率分别为3.7895和1.8. 步骤5:倒角 最终生成的螺杆维实体模型,如图13所示. 图13变螺距螺杆的j维实体模型 4基于ADAMS的运动仿真分析 将变螺距螺杆的三维实体模型,导人ADAMS添加驱动与载 荷后,如图14所示. 图l4变螺距螺杆导入ADAMS的模型图 通过观察供送件的运行情况验证了按本方法设计的螺旋槽 j物件不会发生干涉,且具有很好的平稳性. 5结论 (1)根据分件供送变螺距螺杆的结构和运动特点,提出了一 种绘制变螺距螺杆螺旋槽的解析作图法,为今后异形瓶变螺距螺 杆的设计提供了理论依据. (2)提出了一种全新的三维实体建模方法,采用Pro/E的扫 描混合功能建立了异形瓶变螺距螺杆的j维实体模型,并通过 ADAMS运动仿真分析,证明了按本方法设计的变螺距螺杆与物 件不会发生干涉,运行平稳,验证了本论文模型建立的正确性. 参考文献 1许林成等.包装机械原理与设计[M].上海:上海科学技术出版社,1988: 61,8O 2许林成,蔡建新,张红伟等.高速定时分件帙送螺杆系统研究新进罹—变螺 距螺旋线设计新方法初探?.包装工程,1997,18(2,3):20--23 3周向新.高速分件供送螺杆全程单函数运动规律及特性分析?.包装与食 品机械,1996:1-3 4赵战峰,战祥乐,余尚行.异形截面容器供送变螺距螺杆数控加工[JJ. 包装 与食品机械,2007,25(5):4548 5孑L伟时输送圆柱形容器的变螺距螺杆加工问题探讨_J].材料与设备, 2003(5):33-35 6张磊,徐昌贵,仉毅.基于Pro/E 2007,28(5):7o~72 Jj_包装工程 7戈春阳,周一届.基于Prate的等螺距供送螺杆计算机辅助设计的研究[J]. 包装工程,2007,28(7):83,84
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