高速旋转式吹瓶机凸轮系统设计(开合模凸轮)

1、高速旋转式吹瓶高速旋转式吹瓶机机凸轮系统设计凸轮系统设计-开合开合模凸轮机构的设计应用模凸轮机构的设计应用赵良知赵良知 李志李志国国 胡安朋胡安朋华南理工大学华南理工大学 机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院联系联系邮箱：邮箱：前言前言 旋转式吹瓶机的凸轮系统是其整个设备的核心部件，设备在运行过程中的一系列动作都是通过凸轮机构控制完成的： 1、控制模具打开和闭合的摆臂凸轮； 2、控制模具锁止和解锁的摆臂凸轮； 3、控制底模升降的直动凸轮； 4、控制拉伸杆升降的直动凸轮； 5、控制取、送瓶胚手指运动的直摆组合凸轮； 6、控制取、送瓶子手指运动的直摆组合凸轮。 可以说凸轮系统的性能直接决定着整个设

2、备的性能。 华南理工大学研究课题组计划陆续推出有关高速旋转式吹瓶机凸轮系统六大凸轮解析法求解方程和设计方法。对凸轮系统的理论研究和设计，已经在实际生产中得到应用检验，愿与真诚共同发展，为进一步深入研究和完善高速旋转式吹瓶机设计应用。 近几年，我国在包装机械领域保持着惊人的发展速度，同时也取得一定的成就，但随着各行各业积极朝着高端化发展，尤其是药品、食品、饮料等领域的高速发展，要求包装机械领域在设备研发技术和生产制造方面能够跟上市场的发展步伐，提供稳定、切实可靠的包装服务。根据中国机械工业联合会的调查统计，我国包装行业持续保持着16%左右的增长速度。经过长期的市场扩容期，目前，行业已进入整合和调

3、整的时期，产业结构的不均衡性使得行业的发展进入一个瓶颈期。同时，包装领域呈现出越来越多元化、个性化的发展趋势，对包装机械也提出了更高的要求，能否适应不同形状、材质的包装需求，能否提高自动化控制水平，能否提供稳定高效的生产效率，能否保证包装的美观性和精确性都是包装机械行业未来发展的要求。 从目前来看，我国的包装机械还存在以下方面的问题： 一、自动化程度还不高，与世界领先国家，还有较大差距； 二、生产效率较低、运行可靠性还不够； 三、设备的适应性与进口设备相比还有比较大的差距； 四、设备的成套性和配套性还不完善； 五、设备的设计方法和理论还比较落后，随着市场的飞速发展，设备的更新换代周期越来越短，

4、这就对设备的设计理念提出了更高的要求 旋转式吹瓶机的凸轮系统是其整个设备的核心部件，设备在运行过程中的一系列动作都是通过凸轮机构控制完成的，如控制模具打开和闭合的摆臂凸轮、控制模具锁止和解锁的摆臂凸轮、控制底模升降的直动凸轮、控制拉伸杆升降的直动凸轮、控制取、送瓶胚手指运动的直摆组合凸轮以及控制取、送瓶子手指运动的直摆组合凸轮，可以说凸轮系统的性能直接决定着整个设备的性能。 国外企业在旋转式吹瓶机的凸轮机构设计方面经验丰富，实际生产中凸轮各方面性能优良，首先，凸轮廓线比较顺滑，没有明显波浪，第二，凸轮的加工工艺合理，加工和热处理形变量很小，凸轮曲面垂直度良好。 由于该凸轮系统本身的复杂特性以及

5、研究水平的局限，国内旋转式吹瓶机凸轮系统从设计理论和方法到加工手段及工艺方面相对于进口设备，都有一定的差距，随着企业的投入越来越大，以及相关研究人员的努力，在凸轮的设计方面已经取得了一定的成就。 在旋转式吹瓶机凸轮系统的设计上，最早采用的是比较原始的描点法，这种方法简单易懂，但工作量比较大，而且设计出的凸轮廓线存在很多问题，例如手指位置不准确等，特别是由于取点的密集性的问题会导致凸轮廓线出现尖点，这种尖点从理论上讲即是此处的曲率太大，这种尖点对凸轮机构的运行稳定性和震动有很大影响；随着计算机技术的发展，解析法慢慢被应用到旋转式吹瓶机凸轮机构的设计中，许多高校的科研工作者和工作在一线的设计人员在

6、这方面做出的很大的贡献。 本研究在其前人基础上，针对全自动高速旋转式吹瓶机开合模凸轮机构的动力学特征，采用解析法对凸轮原理进行具体理论计算和应用设计。目的旨在为高速旋转式吹瓶机的开合模凸轮机构进一步改善与创新性设计提供系统的理论数据与设计思路，改变以往以经验设计为主导的设计方法，使旋转式吹瓶机的开合模凸轮机构设计更加精确，可靠，安全，稳定。并用机械原理与凸轮运行过程中的升程、休止和回程的概念结合起来，并通过Pro/E实现三维建模和机构仿真，对凸轮的各方面性能进行理论验证，使凸轮的设计过程更加完善和系统化。 通过开合模凸轮连杆机构运动分析可知，转动摆臂滚轮通过凸轮导轨依靠连杆结构来打开或者关闭左

7、右模体。送胚时，机械手刚将瓶胚送入模具开始，机械手与模具一起随动，摆臂开始按预定运动规律关闭模具，当模具完全关闭时，机械手脱离模具。取瓶时，机械手刚将瓶子夹住时，摆臂开始按预定运动规律将模具缓慢打开，机械手随动，当打开到一定角度时，机械手将瓶子从模具中取出。转动摆臂摆动角度和左右模体的开合角度存在一定的运动关系，可以通过开合模凸轮连杆机构运动分析图解得出。开合模凸轮类型：开合模凸轮可考虑为摆动滚子推杆盘形凸轮，其中解析法设计摆动滚子推杆盘形凸轮机构示意图如图： 取摆动推杆的轴心 与凸轮轴心O之间连线为坐标系的Y 轴，在反转运动中，当推杆相对于凸轮转过一定 角度时，摆动推杆处于图示位置，则B 点坐标方程为： 从动件运动形式为：升停回停。 摆臂连杆运动规律采用摆线运动规律，属于三角函数类运动规律，此运动规律无刚性冲击和柔性冲击，即无较大惯性冲击力。 摆臂连杆滚轮中心角位移公式： 升程段（合模）：摆杆滚轮中心运动轨迹坐标表达式为： 摆杆滚轮中心角位移公式： 回程段（开模）：摆杆滚轮中心运动轨迹坐标表达