劉雄心,毛云雁

(1.北京格潤林斯科技有限公司,北京100070;2.浙江衢州方圓檢測有限公司浙江衢州324022)

泡罩包裝機(jī)械中兩種躍度連續(xù)型凸輪曲線的研究

劉雄心1,毛云雁2

(1.北京格潤林斯科技有限公司,北京100070;2.浙江衢州方圓檢測有限公司浙江衢州324022)

本文主要論述了泡罩包裝機(jī)械中的兩種躍度連續(xù)的凸輪曲線(變形正弦加速度規(guī)律曲線和7次項(xiàng)運(yùn)動規(guī)律曲線)的設(shè)計(jì)原理和方法,并用圖形及方程式分析了這兩種躍度連續(xù)的凸輪曲線的動力特性。

躍度;連續(xù);凸輪曲線;泡罩包裝機(jī)械

1 前言

凸輪機(jī)構(gòu)是由具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件通過高副接觸帶動從動件實(shí)現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動規(guī)律的一種高副機(jī)構(gòu)。它廣泛應(yīng)用于各種包裝機(jī)械中。

凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪、從動件和機(jī)架三部分組成,當(dāng)凸輪作等速轉(zhuǎn)動時(shí),從動件的運(yùn)動規(guī)律(位移、速度、加速度、躍度等)取決于凸輪的曲線形狀。[1]下面以兩組躍度連續(xù)的凸輪曲線來分別論述。

2 變形正弦加速度規(guī)律曲線

2.1 組合型凸輪運(yùn)動規(guī)律選用方法與原則

在包裝機(jī)械中,對從動件的運(yùn)動特性和動力特性的要求是多種多樣的。單一型的運(yùn)動規(guī)律很難滿足包裝機(jī)械的要求。為了獲得更好的運(yùn)動特性和動力特性,可以把幾種運(yùn)動規(guī)律曲線拼接起來,構(gòu)成組合運(yùn)動規(guī)律。構(gòu)造組合運(yùn)動規(guī)律時(shí),可以根據(jù)凸輪機(jī)構(gòu)的工作性能指標(biāo),選擇一種基本運(yùn)動規(guī)律作為主體,再用其它類型的基本運(yùn)動規(guī)律與其拼接。拼接時(shí)應(yīng)遵循以下原則:(1)位移曲線和速度曲線(包括運(yùn)動的起始點(diǎn)和終止點(diǎn))必須連續(xù),以避免剛性沖擊;(2)對于高速凸輪機(jī)構(gòu),要求其加速度曲線(包括運(yùn)動的起始點(diǎn)和終止點(diǎn))也必須連續(xù),以避免柔性沖擊。躍度曲線可以不連續(xù),但其突變必須是有限值。

因此,當(dāng)用不同運(yùn)動規(guī)律組合時(shí),它們在連接點(diǎn)處的位移、速度和加速度值應(yīng)分別相等,這是運(yùn)動規(guī)律組合時(shí)必須滿足的邊界條件。

當(dāng)用不同運(yùn)動規(guī)律組合時(shí),如果它們在初始點(diǎn)和終止點(diǎn)的躍度為零,而且中間過程的躍度曲線是連續(xù)的,則有利于提高系統(tǒng)的工作平穩(wěn)性。

2.2 凸輪在DPB130熱封裝置中的應(yīng)用

如圖1所示為DPB130包裝機(jī)的熱封裝置。

圖1 DPB130熱封裝置

圖2 變形正弦加速度運(yùn)動規(guī)律線圖(推程)

該機(jī)構(gòu)將成型泡罩的膜帶與藥品包裝用鋁箔在一定的溫度和壓力下粘合在一起,將藥品密封在成型泡罩中。凸輪帶動封合下模作上下往復(fù)運(yùn)動,當(dāng)封合下模運(yùn)動到上始點(diǎn)時(shí)與加熱狀態(tài)的封合上模接觸,此時(shí)與上模體相連的氣缸開始工作,當(dāng)達(dá)到封合所需壓力時(shí),完成封合[2]。

對于類似DPB130熱封裝置的凸輪機(jī)構(gòu)的從動件采用變形正弦加速度規(guī)律曲線。

2.3 變形正弦加速度規(guī)律曲線分析與應(yīng)用

如圖2所示為推程期的變形正弦加速度規(guī)律曲線的運(yùn)動線圖。其中加速度曲線由三段曲線組合而成:第一段(0～Φ/8)和第三段(7Φ/8～Φ)為周期等于Φ/2的1/4波正弦曲線,第二段(Φ/ 8～7Φ/8)為振幅相同、周期等于3Φ/2的半波正弦曲線,這幾段曲線在拼接處相切,形成連續(xù)而光滑的加速度曲線。

在第一段曲線中:

類速度為:

式中 φ∈[7Φ/8～Φ]

用于回程期的變形正弦加速度規(guī)律曲線的運(yùn)動線圖及運(yùn)動方程略。

3 7次項(xiàng)運(yùn)動規(guī)律曲線3.1 凸輪在DPB210A泡罩包裝機(jī)沖裁裝置中的應(yīng)用

DPB210A型泡罩包裝機(jī)是平板式包裝機(jī),它采用板式成型、板式封合來實(shí)現(xiàn)商品的包裝。如圖3所示為它的沖裁裝置結(jié)構(gòu)簡圖。它的工作過程是:凸模固定在上座板上不動,當(dāng)凹模在凸輪的作用下,沿導(dǎo)柱上升到最高點(diǎn)時(shí),凹模刃口上平面超過凸模刃口下平面,即相當(dāng)于凸模進(jìn)入凹膜刃口內(nèi),一般進(jìn)入深度為3.5mm,將膜片沖切成規(guī)定尺寸的板塊。同時(shí)凹模壓迫退廢料板一起向上運(yùn)動,退料裝置在氣缸作用下,向下運(yùn)動,將沖切好的板塊推出,落在輸送機(jī)傳動帶上運(yùn)走。而后凹模在連續(xù)轉(zhuǎn)動的凸輪帶動下沿導(dǎo)柱向下回落,同時(shí)退廢料板也在彈簧的作用下復(fù)位,使沖切后產(chǎn)生的廢料邊脫離凸模,由收廢料機(jī)構(gòu)帶走。沖切的過程是快速的,并且凸輪承受著重壓。對于類似DPB210A泡罩包裝機(jī)的沖裁機(jī)構(gòu),它的凸輪曲線采用7次項(xiàng)運(yùn)動規(guī)律。

圖3 DPB210A沖裁裝置結(jié)構(gòu)簡圖

3.2 7次項(xiàng)運(yùn)動規(guī)律分析與應(yīng)用

設(shè)服從多項(xiàng)式類型運(yùn)動規(guī)律的從動件位移方程的通式為

式中 c0、c1、c2…、cn——待定常(系)數(shù)

則可得速度方程、加速度方程、躍度方程分別為

令高于7次項(xiàng)的常數(shù)均為零,設(shè)推程期的邊界條件為

從而求得推程期的運(yùn)動方程為

式中 φ——凸輪的轉(zhuǎn)角

ω——凸輪角速度

h——從動件升程

Φ——凸輪升程角,φ∈[0,Φ]由運(yùn)動方程得出推程期的運(yùn)動規(guī)律線圖如圖4所示。

圖4 7次項(xiàng)運(yùn)動規(guī)律線圖(推程)

由圖4所示的運(yùn)動線圖可以看出,從動件在初始點(diǎn)和終止點(diǎn)時(shí),不僅速度、加速度為零,而且躍度為零。因?yàn)閺膭蛹诔跏键c(diǎn)和終止點(diǎn)的加速度為零,而且中間過程的加速度曲線是連續(xù)的,因此既沒有剛性沖擊,也沒有柔性沖擊,可用于高速機(jī)構(gòu)中。

從動件在初始點(diǎn)和終止點(diǎn)的躍度為零,而且中間過程的躍度曲線是連續(xù)的,有利于提高系統(tǒng)的工作平穩(wěn)性。

3.3 多項(xiàng)式運(yùn)動規(guī)律方程系數(shù)的確定

對于冪次更高的多項(xiàng)式運(yùn)動規(guī)律,可以用一種很簡捷的方法來確定系數(shù)[3]。

在最高冪次為n的多項(xiàng)式中,設(shè)給定的邊界條件為:

則相應(yīng)的系數(shù)項(xiàng)cm=0,推程期的多項(xiàng)式運(yùn)動規(guī)律的位移方程通式可寫為

其中各項(xiàng)系數(shù)可按下列公式確定:

求得各系數(shù)后,代入原方程即為位移方程式。

4 結(jié)束語

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及應(yīng)用,使變形正弦加速度規(guī)律曲線和7次項(xiàng)運(yùn)動規(guī)律曲線的設(shè)計(jì)變得容易進(jìn)行。并且由于這兩種曲線具有優(yōu)良的運(yùn)動特性和動力特性,因此可以推廣到很多機(jī)械設(shè)備需要高速運(yùn)行的凸輪機(jī)構(gòu)中[4]。

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1993.

[2]劉雄心.泡罩包裝機(jī)中的凸輪曲線設(shè)計(jì)和分析[J].包裝與食品機(jī)械,2010(4):40-44.

[3]許林成,趙治華,王治,等.包裝機(jī)械原理與設(shè)計(jì)[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1988.

[4]徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

Study of Two Jerk D iagram Con tinuous Cam Curves Apply ing in Blister Pack ing Mach inery Design

L IU Xiong-xin,MAO Yun-yan
(1.Beijing Greeness Science and Technology Co.Ltd.,Beijing 100070,China; 2.Zhejiang Quzhou Fang Yuan Detection Co.Ltd.,Quzhou 324022,China)

This papermain ly elaborates on design p rincip les of two jerk diagram continuous cam curves (deforming sine acceleration motion curves and 7 motion curves)app lying in blister packing machinery,and analyses the dynamic traitof cam curveswith the graphics and equations.

jerk diagram;continuous;cam curve;blisterpacking machinery

book=6,ebook=225

TB486.1

A

1005-1295(2010)06-0038-04

2010-05-22;

2010-08-10

劉雄心(1971-),男,高級工程師,研究方向?yàn)榘b機(jī)械設(shè)計(jì)。通訊地址:100070北京市豐臺區(qū)造甲街128號北京市六一儀器廠,E-mail:liuxiongxin007@sina.com。

do i:10.3969/j.issn.1005-1295.2010.06.010