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隨著人們生活水平的提高，商品包裝越來越受到人們的關(guān)注，這就促進(jìn)了包裝機(jī)行業(yè)的蓬勃發(fā)展。目前，包裝機(jī)械已經(jīng)成為我國的重要經(jīng)濟(jì)支柱之一，廣泛的應(yīng)用于各個行業(yè)。橫封機(jī)構(gòu)是自動包裝機(jī)的重要組成裝置，主要完成包裝袋的橫邊熱封。在傳統(tǒng)的立式自動包裝機(jī)中，橫封裝置主要由擺桿、滾輪、凸輪、熱封器組成，如圖1所示。由凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特性可知，凸輪輪廓的優(yōu)劣決定了熱封器運動特性的好壞。不合理的凸輪輪廓不僅容易引起振動、噪聲，縮短零部件壽命，還會影響封口質(zhì)量，因此設(shè)計既能滿足工作要求又具有很小沖擊的凸輪輪廓是橫封裝置設(shè)計的重點。本文以某廠立式粉末包裝機(jī)為研究對象，著重研究凸輪輪廓對包裝機(jī)振動的影響。

1原凸輪輪廓分析

1.1凸輪輪廓曲面參數(shù)

由于橫封裝置的左右凸輪機(jī)構(gòu)是對稱的，在此僅對其中一組凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究。如圖2所示，原凸輪的輪廓曲線由五段圓弧拼接而成，第一段與第二段弧線構(gòu)成凸輪的推程，笫三段為凸輪的遠(yuǎn)休，第四段和第五段構(gòu)成凸輪的回程。這種幾何凸輪雖然加工方便，但動力學(xué)特性較差〔七該凸輪的輪廓曲面參數(shù)如表1所示。

1.2凸輪的運動分析

根據(jù)橫封裝置的機(jī)構(gòu)組成，經(jīng)幾何分析后可得岀凸輪輪廓各段圓弧對應(yīng)的擺桿角位移公式。以X代表凸輪圓心與滾子圓心之間的距離，單位/mm；以S代表擺桿的角位移，單位/rad。

 

圖4中，擺桿角速度連續(xù)但無平滑過渡，存在速度的急劇變化，產(chǎn)生很大的沖擊。圖5中，擺桿角加速度存在突變，致使慣性力也存在突變，產(chǎn)生柔性沖擊，引起包裝機(jī)振動。另外，圖5中正負(fù)角加速度差值較大，回程中的加速度過大容易引起凸輪和滾輪之間的接觸力變化，產(chǎn)生振蕩甚至相互脫離，產(chǎn)生振動和噪聲。

2凸輪輪廓改進(jìn)設(shè)計

2.1擺桿運動規(guī)律的選擇

在凸輪機(jī)構(gòu)中，從動件常用的運動規(guī)律有多項式運動規(guī)律和三角函數(shù)運動規(guī)律以及二者的組合，根據(jù)不同的工作要求選擇不同的運動規(guī)律。熱封裝置中，凸輪轉(zhuǎn)一圈，熱封器張合一次。工作過程只要求凸輪轉(zhuǎn)過一定角度，擺桿完成一定的行程，考慮到包裝機(jī)的包裝速度較快，應(yīng)使擺桿在啟動和停止時具有較小的角速度和角加速度，減小熱封器對包裝機(jī)的沖擊，因此選用正弦運動規(guī)律。正弦運動規(guī)律的加速度變化連續(xù)平緩，在始、末點無柔性沖擊。

2.2擺桿的運動方程

上式中： n—凸輪的角速度，n=8.3776rad/s

圖6、7、8中，實線代表原凸輪的特性，虛線代表改進(jìn)后凸輪的特性。如圖6所示，兩條曲線的形狀基本一致，旦最大值和最小值都相同，說明改進(jìn)后的凸輪能夠滿足熱封機(jī)構(gòu)的工作要求。圖7中，實線呈折線形狀，說明頂機(jī)構(gòu)中擺桿的角速度在折彎處變化比較劇烈。虛線不但連續(xù)而且光滑，說明新機(jī)構(gòu)中擺桿的角速度變化比較平緩，產(chǎn)生的沖擊比較小。原熱封裝置中擺桿的最大角速度為1.301rad/s,而新熱

封裝置中擺桿的最大角速度為1.325rad/s,二者的差距很小。圖8中，原機(jī)構(gòu)中擺桿的最大角加速度為26.39rad/s²,新機(jī)構(gòu)中擺桿的最大角加速度為15.86rad/s²,明顯比原來小很多，而且角加速度變化光滑連續(xù)，無沖擊存在。由圖7、圖8可以明顯的看出，改'進(jìn)設(shè)計后的凸輪機(jī)構(gòu)具有更加優(yōu)越的運動特性。

2.4改進(jìn)后的熱封凸輪輪廓曲線

根據(jù)文獻(xiàn)，得到擺動滾子推桿盤形凸輪的輪廓方程為

x=as\n8-Isin(5+5+^₀)y=acosZ-7cos(3+s+佐)

式中：

a一凸輪軸心與擺桿軸心之間的距離;

I—擺桿的長度;

8-凸輪轉(zhuǎn)過角度;
s—擺桿的角位移;

代一擺桿的初始擺角。

將式8、9,10代入式11中即可得到凸輪輪廓的表達(dá)式。利用MATLAB的繪圖功能，根據(jù)所得公式,分段生成新凸輪的輪廓曲線，如圖9所示。

 

 

圖9改進(jìn)后的凸輪輪廓

3結(jié)束語

對原有熱封機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，推導(dǎo)出凸輪輪廓曲線與擺桿轉(zhuǎn)角之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式，運用MATLAB軟件進(jìn)行仿真，直觀的反映出原有凸輪的缺陷。根據(jù)熱封裝置的工作要求，選取正弦加速度運動規(guī)律作為擺桿的運動規(guī)律，設(shè)計出了更加優(yōu)越的輪廓曲線。由于采用解析法，繪制的輪廓曲線精度比較高，而且當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)發(fā)生變化時，只需修改表達(dá)式中的參數(shù)值即可得到新的輪廓曲線。

 

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