基于Solidworks的气动丝网版上胶装置的建模与仿真分析

谢冲冲 李莹

摘  要： 借助Solidworks软件，来设计模拟气动丝网版上胶装置的结构，对部件进行三维建模和模型装配，并利用Solidworks Simulation插件对上胶网版进行受力分析，以及Motion插件对整个气动丝网版上胶机构进行运动仿真，得出数据以及仿真结果有助于我们分析气动丝网版上胶机构的可行性，其中有限元分析计算，使我们对所设计方案能够更好地进行综合评价。

关键词： 上胶装置;Solidworks;建模;仿真

中图分类号： TP391    文献标识码： A    DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.10.033

本文著录格式：谢冲冲，李莹. 基于Solidworks的气动丝网版上胶装置的建模与仿真分析[J]. 软件，2019，40（10）：147151

Modeling and Simulation Analysis of Gluing Device For

Pneumatic Screen Plate Based on Solidworks

XIE Chong-chong， LI Ying

（Kunming University of Technology， Kunming 650504）

【Abstract】： With the help of Solidworks software， the structure of the gluing device for the simulation pneumatic screen plate is designed， the components are modeled and assembled in three dimensions， and the stress analysis of the gluing screen plate is carried out by using the Solidworks Simulation plug-in， and the motion simulation of the gluing mechanism for the whole pneumatic screen plate is carried out by the Motion plug-in. The simulation results are helpful for us to analyze the feasibility of the gluing mechanism of pneumatic screen plate. The finite element analysis and calculation make us better evaluate the design scheme.

【Key words】： Gluing device; Solidworks; Modeling; Simulation

0  引言

烟包企业裱盒生产车间，烟标外皮壳与内盒需要流体胶进行粘合，外皮壳与内盒的粘合作为裱盒制作工艺的重要工序之一，其粘合速度一定程度上决定整体裱盒加工生产的效率。目前外皮壳与内盒的粘合加工生产多采用手工丝网版刷胶，整个加工制作的生产效率过缓，生产周期较长，其中该粘合工序的生产作为重要的工艺组成部分，是影响生产效率的重要因素之一。

因此，我们利用Solidworks设计一台气动丝网版上胶装置，将三维建模用于设计的前期方案设计阶段，然后对方案进行优化，并对设计出的机构进

行仿真分析，并对丝网版进行受力分析，确定刮板的施力和刮胶速度，对整体装置进行运动仿真，验证设计的合理性和可操作性。利用Solidworks对相关的裱盒粘合工序生产设计提供了依据和指导。

1  气动丝网版上胶装置的三维建模

1.1  工作原理分析

气动丝网版上胶装置的主要工作原理是将烟标外皮壳放置在上胶装置的工作台上，由丝网版压制在外壳上，使用刮板施压将流体胶通过丝网版上的网孔刷涂在外皮壳上的特定位置，上胶的尺寸与内盒底部（或内盒底部与侧边框）尺寸一致，人工丝网版上胶是人工使用刮板在丝网版上施力刮胶来进行上胶，由于人工上胶主观因素较大，刮胶速度和施力方面会受工作时长等因素影响，会出现同一个外壳不同区域的上胶量不同，同时还会存在外皮壳整体的上胶量过大或过小等现象，从而导致外皮壳与内盒粘合边缘有溢胶或粘合不牢的现象。如下图1所示为外皮壳上胶位置图，图中红色区域为上胶位置。

1.2  整体设备部件构建

根据手工丝网版上胶的工作原理，利用Solid works构建上胶装置的三维模型，所设计的上胶装置主要包括气压缸、丝网版、刮板、工作台等部件。其运动的动力源由电源带动气压缸工作提供，气压缸Ⅰ可以带动丝网版平压在放置有外皮壳的工作台上，气压缸Ⅲ驱动刮板对丝网版施压，气压缸Ⅱ驱动刮板在丝网版上进行刮胶，从而完成上胶过程。

当完成初步结构分析后，即可利用Solidworks进行三维模型的建立，在草圖中绘制二维平面轮廓，通过拉伸命令，形成初步的模型，然后通过各种Solidworks命令即可初步构建模型。每个零件都用Solidworks进行构建，设置好各自尺寸，即完成建模，如上图2所示的装置。在Solidworks中，通常用的零件构建功能就是草图绘制，拉伸，切除，打孔，倒圆，有的零件可以直接从零件库里选取标准件，通过改变标准件的参数即可得到自己所需的零件，这种建模效率更高，得到的零件更为标准。

1.3  整体装配

将所有的零件绘制完毕后，通过Solidworks新建装配体功能，将零件导入装配体，按各零件之间的配合关系进行装配，通过各零部件的装配形成一个完整的三维装配结构模型，通过拖动鼠标旋转视图，可以观察整个装配体的构造、配合关系。打开Solidworks软件，新建装配体，命名为气动丝网版上胶装置。按设计的结构将气压缸、丝网版、刮板、工作台等利用配合命令重合、平行、垂直、同轴心建立约束关系。装配完成后再次检验装配约束关系是否正确，在Solidworks配合关系一栏，看配合是否出现红色或者黄色。若出现则表示某一零件相应尺寸、配合关系不合理导致装配缺陷或者错误。并且在装配关系中，可以单独选中某个需要从新设计的零件，点击该零件进行修改然后保存，同样在这个装配体中，该零件也会在装配体中从新构建，检查装配体关系，其他配合约束关系不会受到影响。

1.4  干涉检查

在利用Solidworks构建三维模型时由于直观、配合、设计、计算等因素，各零部件之间会出现干涉状况，通过Solidworks中的评估下的干涉检查命令来对装配体进行检查，通过干涉功能。进入干涉检查时，单击计算命令，这样就可以对整个装配体进行干涉检验。若存在干涉情况，则装配体中干涉零件会显示为红色，这样就需要回零件里进行相应修改。

利用干涉检查，将整个模型存在的干涉排除，这样就能避免在实际生产过程中，各轴、孔等配合不精准，需要反复打磨加工来满足安装精度，减少了人力、物力不必要的浪费。同时也为下一步正确的分析数据和运动仿真提供必要先决条件。这样能够避免各部件之间产生干涉，相互阻挡摩擦，或者各部件之间卡死不能运转等情况。

2  对气动丝网版上胶装置进行受力分析与仿真

2.1  丝网版受力分析

在Solidworks中，Solidworks Simulation可以预测零件在承载下性能如何，并可以检测在设计周期可能出现的问题，通过给丝网版添加应用载荷和夹具，并选定材料。对丝网版进行受力分析，可以查看结果。所有这些信息都包括在Simulations算例中。大部分分析问题要求有综合性分析产品，在最终通过设计之前进行精确且完整的实时模拟。使用强大且全面的Solidworks Simulations能够具有高效的评估性能、提高质量和推动产品创新。

此次构建的模型主要用于模拟丝网版的结构和受力状态。使用Solidworks中的Simuation功能来分析丝网版的刚度和受力情况，以确保丝网版能均匀且定量上胶，保证外皮壳的上胶量。通过分析能够确定丝网版在受刮板载荷力的作用下，流体胶的通过量。利用受力分析可以解决设计过程诸多不确定性和数据不足的特点。

现代网络技术飞速发展，目前有很多公司设计研发出了多款受力分析软件，比如PKPM、staad、anisys以及各种三维建模软件自带的受力分析插件。这些软件核心原理基本相同，采用化整为零方法，即将各自建立的三维模型进行网格划分，分成很多小块，每一小块受不同载荷。最后将每一个相关的受力小块单元进行叠加，受力分析由一个单元变成一个整体，这样就可以分析在受载荷情况下的变形、受力情况等静力学特性，并计算出整个三维模型的特性，称为有限元分析计算。由于实际有限元分析受力单元多，分布面广，且重叠性突出的特点，都借助于相应的计算机辅助软件进行有限元分析计算，通过计算机辅助软件分析为工程设计者提供了便利，减少了产品设计的工作量，加快了设计进度。在这些受力分析软件中Solidworks Simulation操作界面简单，使用方便，性能突出。

为对模型进行有限元分析计算，对实体模型网格化，网格划分大的小和属性参数对最终有限元分析结果的精度有很大的影响。在使用Solidworks Simulations进行受力分析时，需要进行6个步骤操作，分别是夹具、载荷、材料、运行、结果。①添加夹具：应用夹具以阻止零件在应用载荷时移动。②载荷：添加压力或者添加力。③材料：对三维模型应用材料。④运行：使用默认设置求解或者调整设置求解。⑤结果：显示vonMises应力，显示位移，显示应变。

对丝网版进行受力分析时，先添加夹具，将丝网版边框固定，然后在受力的丝网版区域施加受力大小和受力方向，选择PET材料，并应用进行运行模拟，这时候出现动画模拟，停止动画，显示运行结果。首先显示vonMises应力，然后显示位移，最后显示应变。如下图7、8所示，绿色箭头表示两端添加夹具示意，紫红色箭头表示丝网版压力示意。如下图9所示，应用PET材料。如下图10所示，为vonMises应力图。如下图11所示，为位移显示。如下圖12所示，为应变。

由图10可知，该丝网版静应变变形比例为1.95907e+08N/m^2。由图11所示，该丝网版由边框到中间位置位移量逐渐增大，到一定位置之后位移量趋于一致。综上所示，研究分析结果与丝网版实际应用特点相符合，这进一步验证了借助Solidworks辅助设计的可行性，得出了有效的数据和信息。

上处仅是为使用PET材料丝网版的受力分析，丝网版边框选为铝合金材料，因以上受力分析只是对丝网版的受力分析，目的是根据丝网版的受力来测定不同刮板压力下对于外皮壳的上胶量，从而根据上胶量选择最佳压力（上胶量过小会导致外皮壳与内盒粘合牢度不够，上胶量过大会产生溢胶现象），从而选择气压缸驱动刮板对丝网版的压力，不需要考虑丝网版下部工作台对刮板压力的承应力。

2.2  运动仿真

借助Solidworks Motion工具仿真，通过三维模型的动态展示从而直观地反映气动丝网版上胶装置的运行情况，整个设备使用气压缸驱动，最终丝网版在刮板的压力作用下，将流体胶转移到外皮壳上。通过运动仿真可以检测当前各部件的运动性能，从各结构的不同运动状态可以分析出其结构的合理性，并检测出该设计方案的可行性，也有助于检验各零件之间的配合情况，从而依据仿真结果来优化完善丝气动网版上胶装置的设计。

在Solidworks中对丝网版上胶装置进行运动仿真时，首先打开运动算例，在插件选项中添加Solidworks Motion插件，选择Motion分析，拖动装配体键码，根据需要确定时长，由于该气动丝网版上胶装置是通过气压缸来带动，通过添加气缸，确定距离配合、设定行程、最大最小尺寸，选取刮板作为平移零件，并选定移动方向，确定移速，并确认保存，添加刮板与丝网版的接触，使用接触组，并填写参数确认保存，添加压力，进行仿真。

在Solidworks Motion分析中，可以方便调整模型的运动速度，使设计者能够直观的观察模型运动的完整情况，可以确定装配过程中各约束是否正确，是否产生干扰，是否联动，并可以通过设定时长以及任意选择时间点来观察某一时刻模型的状态。通过运动模拟仿真分析，所设计的气动丝网版上胶装置符合设计要求，能够满足外皮壳上胶实际目标。

3  结论

本文通过Solidworks软件进行零件构建，然后利用Solidworks对零件进行装配形成完整的装配体，并进行了干涉检查。利用Solidworks Simulations对气动丝网版上胶装置中重要构件丝网版进行了受力分析，保证了设计结构和材料的合理性。而且通过Solidworks Motion对整个气动丝网版上膠装置进行了运动仿真，确定该装置能够在外皮壳上均匀定

量上胶，符合设计需要。通过利用Solidworks设计气动丝网版上胶装置的三维模型，直观的展示了气动丝网版上胶装置的外部构造和各部件之间的配合关系，验证了该装置传动的合理性以及各部件配合的协调性。通过Solidworks软件加快了设计的进度，节约了设计时间，保证了设计的可靠性，验证了方案的可行性和正确性。

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