泡罩包装机械中两种跃度连续型凸轮曲线的研究

刘雄心,毛云雁

(1.北京格润林斯科技有限公司,北京100070;2.浙江衢州方圆检测有限公司浙江衢州324022)

泡罩包装机械中两种跃度连续型凸轮曲线的研究

刘雄心1,毛云雁2

(1.北京格润林斯科技有限公司,北京100070;2.浙江衢州方圆检测有限公司浙江衢州324022)

本文主要论述了泡罩包装机械中的两种跃度连续的凸轮曲线(变形正弦加速度规律曲线和7次项运动规律曲线)的设计原理和方法,并用图形及方程式分析了这两种跃度连续的凸轮曲线的动力特性。

跃度;连续;凸轮曲线;泡罩包装机械

1 前言

凸轮机构是由具有曲线轮廓或凹槽的构件通过高副接触带动从动件实现预期运动规律的一种高副机构。它广泛应用于各种包装机械中。

凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成,当凸轮作等速转动时,从动件的运动规律(位移、速度、加速度、跃度等)取决于凸轮的曲线形状。[1]下面以两组跃度连续的凸轮曲线来分别论述。

2 变形正弦加速度规律曲线

2.1 组合型凸轮运动规律选用方法与原则

在包装机械中,对从动件的运动特性和动力特性的要求是多种多样的。单一型的运动规律很难满足包装机械的要求。为了获得更好的运动特性和动力特性,可以把几种运动规律曲线拼接起来,构成组合运动规律。构造组合运动规律时,可以根据凸轮机构的工作性能指标,选择一种基本运动规律作为主体,再用其它类型的基本运动规律与其拼接。拼接时应遵循以下原则:(1)位移曲线和速度曲线(包括运动的起始点和终止点)必须连续,以避免刚性冲击;(2)对于高速凸轮机构,要求其加速度曲线(包括运动的起始点和终止点)也必须连续,以避免柔性冲击。跃度曲线可以不连续,但其突变必须是有限值。

因此,当用不同运动规律组合时,它们在连接点处的位移、速度和加速度值应分别相等,这是运动规律组合时必须满足的边界条件。

当用不同运动规律组合时,如果它们在初始点和终止点的跃度为零,而且中间过程的跃度曲线是连续的,则有利于提高系统的工作平稳性。

2.2 凸轮在DPB130热封装置中的应用

如图1所示为DPB130包装机的热封装置。

图1 DPB130热封装置

图2 变形正弦加速度运动规律线图(推程)

该机构将成型泡罩的膜带与药品包装用铝箔在一定的温度和压力下粘合在一起,将药品密封在成型泡罩中。凸轮带动封合下模作上下往复运动,当封合下模运动到上始点时与加热状态的封合上模接触,此时与上模体相连的气缸开始工作,当达到封合所需压力时,完成封合[2]。

对于类似DPB130热封装置的凸轮机构的从动件采用变形正弦加速度规律曲线。

2.3 变形正弦加速度规律曲线分析与应用

如图2所示为推程期的变形正弦加速度规律曲线的运动线图。其中加速度曲线由三段曲线组合而成:第一段(0～Φ/8)和第三段(7Φ/8～Φ)为周期等于Φ/2的1/4波正弦曲线,第二段(Φ/ 8～7Φ/8)为振幅相同、周期等于3Φ/2的半波正弦曲线,这几段曲线在拼接处相切,形成连续而光滑的加速度曲线。

在第一段曲线中:

类速度为:

式中 φ∈[7Φ/8～Φ]

用于回程期的变形正弦加速度规律曲线的运动线图及运动方程略。

3 7次项运动规律曲线3.1 凸轮在DPB210A泡罩包装机冲裁装置中的应用

DPB210A型泡罩包装机是平板式包装机,它采用板式成型、板式封合来实现商品的包装。如图3所示为它的冲裁装置结构简图。它的工作过程是:凸模固定在上座板上不动,当凹模在凸轮的作用下,沿导柱上升到最高点时,凹模刃口上平面超过凸模刃口下平面,即相当于凸模进入凹膜刃口内,一般进入深度为3.5mm,将膜片冲切成规定尺寸的板块。同时凹模压迫退废料板一起向上运动,退料装置在气缸作用下,向下运动,将冲切好的板块推出,落在输送机传动带上运走。而后凹模在连续转动的凸轮带动下沿导柱向下回落,同时退废料板也在弹簧的作用下复位,使冲切后产生的废料边脱离凸模,由收废料机构带走。冲切的过程是快速的,并且凸轮承受着重压。对于类似DPB210A泡罩包装机的冲裁机构,它的凸轮曲线采用7次项运动规律。

图3 DPB210A冲裁装置结构简图

3.2 7次项运动规律分析与应用

设服从多项式类型运动规律的从动件位移方程的通式为

式中 c0、c1、c2…、cn——待定常(系)数

则可得速度方程、加速度方程、跃度方程分别为

令高于7次项的常数均为零,设推程期的边界条件为

从而求得推程期的运动方程为

式中 φ——凸轮的转角

ω——凸轮角速度

h——从动件升程

Φ——凸轮升程角,φ∈[0,Φ]由运动方程得出推程期的运动规律线图如图4所示。

图4 7次项运动规律线图(推程)

由图4所示的运动线图可以看出,从动件在初始点和终止点时,不仅速度、加速度为零,而且跃度为零。因为从动件在初始点和终止点的加速度为零,而且中间过程的加速度曲线是连续的,因此既没有刚性冲击,也没有柔性冲击,可用于高速机构中。

从动件在初始点和终止点的跃度为零,而且中间过程的跃度曲线是连续的,有利于提高系统的工作平稳性。

3.3 多项式运动规律方程系数的确定

对于幂次更高的多项式运动规律,可以用一种很简捷的方法来确定系数[3]。

在最高幂次为n的多项式中,设给定的边界条件为:

则相应的系数项cm=0,推程期的多项式运动规律的位移方程通式可写为

其中各项系数可按下列公式确定:

求得各系数后,代入原方程即为位移方程式。

4 结束语

随着计算机技术的普及应用,使变形正弦加速度规律曲线和7次项运动规律曲线的设计变得容易进行。并且由于这两种曲线具有优良的运动特性和动力特性,因此可以推广到很多机械设备需要高速运行的凸轮机构中[4]。

[1]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社,1993.

[2]刘雄心.泡罩包装机中的凸轮曲线设计和分析[J].包装与食品机械,2010(4):40-44.

[3]许林成,赵治华,王治,等.包装机械原理与设计[M].上海:上海科学技术出版社,1988.

[4]徐灏.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,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

刘雄心(1971-),男,高级工程师,研究方向为包装机械设计。通讯地址:100070北京市丰台区造甲街128号北京市六一仪器厂,E-mail:liuxiongxin007@sina.com。

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