文摘
根据运动学方程的模切机dual-elbow-bar机制,角加速度曲线图可以获得完全通过分析MATLAB程序的模切机运行时的最高速度(6000 r / h)。凸轮传动机构的材料特性分析了QFD(质量功能展开)方法,并给出了优化设计项目基于共轭凸轮驱动机构。逆向设计和共轭凸轮机构的大纲通过MATLAB程序。优化设计共轭凸轮传动机构的运动学形式由ADAMS软件模拟和分析。结果表明,优化设计机制可以提高模切机的最高速度7500 r / h和改善机器的整体性能。
1。介绍
在印刷和包装机械,dual-elbow-bar驱动机制是最重要的和必要的模切机器的一部分。它的运动和力条件直接影响模切精度,减少的速度,和机器的稳定性和可靠性;因此,运动学和动力学的分析dual-elbow-bar机制是至关重要的(1]。
希望解决dual-elbow-bar机制的存在的问题,许多学者已从运动学的角度进行研究,动态,和性能的优化设计,有些已经取得了令人瞩目的成就。谢和邹的动态响应提供了一个方法来分析滚筒模切,相结合的有限元分析模切力量和dual-elbow-bar机制的动态模拟。与此同时,分析计算成为可能的最大速度和最大切削力滚筒模切(2]。李和程解析方程解决motion-stand比双档链,模板中风,和酒吧维度的基础上简化模型,忽略次要因素(3]。张等人分析了运动dual-elbow-bar机制基于循环的方法(4]。勇等人介绍了转换机制的方法来解决dual-elbow-bar组运动,认为高级杆组低杆组降低,减少了计算复杂度的运动分析(5]。程和王分析和计算的可靠性自动模切机肘杆机构分别以原来的错误为随机变量(6]。Yanbin等人分析了elbow-bar框架模切系统的阻塞与数值方法,并设计了一个实验来验证模切模切系统的机构属性(7]。群和Zhimin建模和模拟的dual-elbow-bar机制模切机利用SolidWorks和分析一些组件的运动特点8]。赵和李dual-elbow-bar机制的建立仿真模型的模切机基于ADAMS dual-elbow-bar机制进行了模拟分析和制定dual-elbow-bar机制的运动规律9]。风扇和丁描述的shiftlessness高速旋转模切机及其控制系统通过比较各种传输和分析某些程序(10]。
根据现有的研究,仍然有一些缺陷在模切机的设计。这种情况的原因如下。主要依靠传统的设计方法,导致加工效率低,生产质量和准确性和稳定性差。材料选择是依赖经验,缺乏指导利用QFD工具。虚拟仿真技术的优化设计方法设计的模切机还不成熟。
模切机的主要模切机制图是ten-bar机制,这是复杂的和对称的,显示在图1。在图1AA′是驱动曲柄,AB和B′′连杆,公元前C和B′′是降低切换棒,BD和B′D′上切换棒,和弟弟′是切割平台。由于机制是对称的,从右边,它实际上可以看作是一个组合由根据平面机构和曲柄滑块机构,根据平面的机制包括曲柄传动部分,公元前作为摇滚歌手和曲柄滑块机构由传动部件(DB)和模切机滑块的平台。
2。模切机的运动分析与Dual-Elbow-Bar机制
考虑到dual-elbow-bar切割机的驱动机制是10 th-rod和3级机构,精确和简单使用复数向量法来分析和计算运动定律杆。首先,我们需要建立棒的位移矢量方程关闭;第二,我们可以通过欧拉公式将其转换为非线性方程组;最后,我们可以解决方程得到的规则运动通过MATLAB编程(11,12]。
基于图1,我们可以设置两级机构的位移封闭矢量方程。这是如下:
然后执行(1)的复数形式与欧拉公式表达式,实部和虚部的相等:
假设的最大模切机切割压力是300吨,最高的切割速度是每小时6000张门票,模切精度为0.1毫米,模切平台的中风是25毫米,主机功率15千瓦。基于的结果(2),我们可以建立杆运动学方程的运动方程和解决机制,通过MATLAB数值分析软件编程。最后,角加速度的变化曲线可以得到在MATLAB绘图情况下双切换组件在单个周期。
作为显示在图2,当最大角加速度达到近30 rad / s2连杆是弱的部分机制,更大的影响和对其疲劳强度更大的影响。如图3,当BD和B′D′杆与切割的切割平台达到顶峰,它会影响切割平台加速度超过40 rad / s2。因为切割平台机制在大小和重量大,这意味着这个平台有很大的惯性力在运动的过程中造成巨大影响的驱动机制和严重影响运动精度。
3所示。优化设计机制和材料特性的驱动机制
的运动dual-elbow-bar对机器的性能有很大的影响。当到达峰值加速度,它将产生一个较大的冲击载荷。然后,切割平台的运动过程不符合要求。关于这些结论将作为结构优化设计的参数。目前,我们需要找到一个新的驱动机制来取代原来的,可以改善运动特征,这样不仅可以实现切割工艺要求但也使尽可能简单的机制。凸轮机构设计中,dual-elbow-bar部分应该保留尽可能多的轮廓表面,这样可以避免轴承更大的负荷。
首先,凸轮材料的合金成分应证实基于工作性质。传统的设计往往是之前设计的合金钢的化学成分,然后流程设计经验。然而,缺乏设计按照公理满足无论是设计公理之间的功能域和物理域和物理域和过程域之间的设计(13]。QFD(质量功能展开)转换后,功能需求强度、塑性、韧性、耐蚀性、可焊性。
根据经验,合金成分和其他有影响力的组件是列在表中1。
上述设计方法可以用公理化设计公式(3)如下:
根据公理设计如图4,针对功能性需求层次分解,自明的公理设计后,材料参数和机制的耦合函数可以减少;因此我们可以确定凸轮材料的合金成分40 crmo。
第二,切割平台的运动参数确定如下。
(一)工作速度。根据设计要求,原始的最大速度应该从6000张/小时提高到7500张/小时,所以周期经验丰富年代。
(b)持有时间的压力。基于过程的要求,工作压力保持时间不应小于0.12秒。在这个设计中,0.16秒。
(c)切割平台的最大加速度。确保有利于运动的惯性力,避免大的影响。的值米/秒2。
(d)升力和返回时间分布。制作的顺利操作机制,电梯时间等于返回时间,即0.16秒。
中风(e)工作。根据需求,设计的工作行程是20毫米。
利用优化设计方法来扭转凸轮轮廓,然后在MATLAB编程凸轮轮廓的一个精确的地图,凸轮轮廓线坐标的参数方程推导通过坐标变换(14]。每次的共轭凸轮轮廓坐标方程结构参数确定,我们可以获得凸轮的轮廓坐标旋转值在MATLAB方程,如图5和6。
共轭凸轮的轮廓画在MATLAB是由一系列离散点的样条曲线拟合。这些点的坐标数据保存在MATLAB工作区数据文件中,我们可以得到共轭凸轮结构的三维实体图形的坐标数据文件通过调用主要在SolidWorks和副凸轮轮廓15]。
4所示。运动学仿真的优化机制
曾经在SolidWorks的几何模型建模投入亚当斯,我们就可以开始分析和仿真的动力学机制。
优化机制是由上下切换、凸轮、切割平台、rails和引擎的基础。操作速度是每小时7500张门票。添加13.08 rad / s的速度驱动程序的主要组件输入轴(与共轭凸轮),仿真时间是0.48和0.001步骤是年代。
通过ADAMS仿真分析,我们得到的速度和角加速度运动BC C和B′′,如图7和8。红色实线代表公元前,蓝色虚线代表B′C′。
5。结论
通过比较dual-elbow-bar驱动机制的特性曲线在6000张/小时和共轭凸轮驱动机构在7500张/小时,我们可以得到以下结论。(1)基于QFD和公理化设计凸轮的合金成分的材料确认为40 crmo可以获得良好的运动性能。(2)共轭凸轮传动机构的对称的酒吧,如公元前C和B′′如图7和8对称的运动变化规律。他们的速度和角加速度运动光滑连续,无突变。(3)角加速度的两个elbow-bars dual-elbow-bar驱动机制是超过40 rad / s2,但角加速度的共轭凸轮传动机构的两个elbow-bars小于30 rad / s2,它可以减少负载的影响模切机。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
本文由中国国家自然科学基金(项目没有。51305152);中国国家自然科学基金(项目号51405179);中央大学和基础研究基金(项目号52902 - 0900206075)。