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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注，這就促進了包裝機行業(yè)的蓬勃發(fā)展。目前，包裝機械已經(jīng)成為我國的重要經(jīng)濟支柱之一，廣泛的應用于各個行業(yè)。橫封機構是自動包裝機的重要組成裝置，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。由凸輪機構的結構特性可知，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計的重點。本文以某廠立式粉末包裝機為研究對象，著重研究凸輪輪廓對包裝機振動的影響。

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構是對稱的，在此僅對其中一組凸輪機構進行研究。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成凸輪的推程，笫三段為凸輪的遠休，第四段和第五段構成凸輪的回程。這種幾何凸輪雖然加工方便，但動力學特性較差〔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)橫封裝置的機構組成，經(jīng)幾何分析后可得岀凸輪輪廓各段圓弧對應的擺桿角位移公式。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，引起包裝機振動。另外，圖5中正負角加速度差值較大，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凸輪輪廓改進設計

2.1擺桿運動規(guī)律的選擇

在凸輪機構中，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，考慮到包裝機的包裝速度較快，應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，說明改進后的凸輪能夠滿足熱封機構的工作要求。圖7中，實線呈折線形狀，說明頂機構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，說明新機構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，原機構中擺桿的最大角加速度為26.39rad/s²,新機構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'進設計后的凸輪機構具有更加優(yōu)越的運動特性。

2.4改進后的熱封凸輪輪廓曲線

根據(jù)文獻，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改進后的凸輪輪廓

3結束語

對原有熱封機構進行結構分析，推導出凸輪輪廓曲線與擺桿轉(zhuǎn)角之間的數(shù)學關系式，運用MATLAB軟件進行仿真，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，而且當凸輪機構的參數(shù)發(fā)生變化時，只需修改表達式中的參數(shù)值即可得到新的輪廓曲線。

 

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