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基于 Pro/E 的微型冲压机槽轮机构运动仿真与分析

2020-02-28 15:52:38 来源: 机械设计与制造工程
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导读: 槽轮机构是微型冲压机在自动生产线上实现转位冲压功能检验生产件的核心部件,组件销轮( 主动拨盘) 的拨销拨动从动槽轮槽( 从动拨盘) 对微型冲压机转盘精确定位,凸弧与从动槽轮凹弧配合使冲压机冲头冲压,是微型冲压机工作可靠的关键因素; 由于槽轮机构参数关联多,位移、速度等参数计算复杂难求证,因此应用 Pro/E 软件对其进行运动仿真,输出运动参数图并分析运动数据,以此验证了槽轮机构在微型冲压机中设计的合理性,极大地简化了槽轮组件结构和运动参数的计算过程,提高了槽轮机构的整体设计效率。
随着自动化生产线的发展开拓,生产件的快速有效检验工序也趋于自动化。新型的微型冲压机检验装置具有分度转位冲压功能,可有效用于工序检验。而实现这一功能的槽轮机构是一种较为常见的间歇运动机构,结构简单、工作可靠,但在该装置中运动参数计算较为复杂,各工作部件之间关联性较强。目前,虽有其运动参数参考值,但由于计算过程中设计变量多,参数间的关联耦合度大,槽轮机构运动系数、位移、角速度、角加速度参数选取范围较大,造成在实际设计中运动参数计算不精确,误差大且难求证。本文用 Pro/E 软件对微型冲压机中的槽轮机构进行运动仿真,获取运动数据,求证槽轮机构在微型冲压机中运动参数,以使微型冲压机达到工作要求。

1 微型冲压机工作原理

微型冲压机基于自动化生产线而设计,是检验批量生产件的新型装置,其转位冲压功能可完成生产件的检验、修正、去毛刺等工序。微型冲压机的工作要求为每 3 ~ 4s 对生产件进行一次冲压动作; 选用典型的槽数为 6 的平面间歇外槽轮机构,以外槽轮机构组件销轮( 主动拨盘) 和槽轮( 从动拨盘) 转向相反特性为出发点,应用机构运动传动链原理,设计冲压机的各部件,其结构示意图如图 1 所示,传动系统如图 2 所示。一次冲压过程需完成以下几个动作: 1) 通过冲压模筒置生产件于转盘内( 此动作由自动生产线协助完成) ; 2) 冲压机冲头对生产件进行冲压检验; 3) 生产件被冲压脱离转盘; 4) 将生产件输送装箱( 此动作由自动生产线协助完成) 。各动作次序关联紧密,相互制约。之后槽轮机构继续工作,对冲压机的下一次冲压进行转位,重复冲压动作。由此可知,槽轮机构是冲压机动作的核心部件,槽轮机构的主要设计指标是主动拨轮的转速,即图 2 中轴 4 的转速 n4,根据冲压机冲压工作时间要求,可求得 n4 = 15. 0 r/min。图 2 中轴 1 ~ 轴 5 的转速分别为 n1 n5

2 冲压机传动轴转速计算

根据冲压机结构设计要求,其运动指标为槽轮机构的位移和速度。

1) 冲头传动比 i32 及转速 n3 计算。

微型冲压机冲压部件如图 3 所示,由图 2 可知,冲压部件的转速即为轴 3 的转速,因轴 3 和轴 4 锥齿齿数相同,所以 n3 = n4 = 15. 0r/min。因此选取固定部件的齿轮齿数以及与其啮合的齿轮齿数分别为 Z3 = 30,Z2 = 20,其轴转速与齿轮数之间存在如下关系式: 从动轮的齿数/主动轮的齿数 =主动轮的转速/从动轮的转速,即 i32 = Z3 /Z2 i32= Z3 /Z2=n2 /n3,由此可求得 n2= 22. 5r/min。

2) 冲压机主动轮( 动力源) 传动比 i21 及转速n1 计算。

根据冲压机工作要求,冲压机轴 1 和轴 2 带轮 6 主动拨轮角位移图直径分别为 d1 = 44mm,d2 =21mm,由此可得带轮传动比计算公式为: i12 = n1 /n2 = d2 /d1( 1 - ε) ≈0. 477,其中 ε 为滑动率,取值范围为 0. 01 ~0. 02,因 ε 较小,一般不考虑。由齿轮传动比 i32 =3 /2 可得 n1 = 10. 7r/min。


3 槽轮机构运动仿真与分析


槽轮机构仿真模型如图 4 所示,首先选取槽轮上 1 点、拨轮上 2 点为参考点,图 2 中轴 4 为参考轴,然后在Pro /E 应用程序菜单中选取机构,设定仿真运行时间为 22. 8s,对槽轮机构进行仿真和分析,拨轮拨动槽轮运动仿真过程如图 5 所示。

1) 主动拨轮运动分析

以主动拨轮销上 2 点为运动分析参考点,主动拨轮运动角位移、角速度、角加速度随时间的变化分别如图 6 ~ 图 8 所示。由图 6 可知,拨轮角位移随时间变化具有单调性,当拨轮销( 图 4 中 2 点)进入槽轮槽时,位移随时间单调递增,最大值为239mm,当拨轮销退出槽轮槽时位移随时间单调递减,最小值为 199mm。运行过程中,拨轮销以恒定角速度 55mm /s 和恒定角加速度 86mm /s2 进行运动,拨轮运行一周所需时间为 3. 8s,可使冲压机完成转盘精确定位和冲压一次。

②角速度分析。

从动槽轮角速度随时间变化如图 10 所示,当拨销进入槽轮槽时,槽轮运动角速度与时间成正比,最大实际运行角速度为 76mm/s,即 12( °) /s,接近槽轮理想运行角速度 14( °) /s; 当拨销退出槽轮槽时,槽轮角速度与时间成反比,最小运动角速度为零; 拨销进退槽轮槽所需时间为 1. 3s,槽轮凹弧和主动拨轮凸弧锁紧运行时间为 2. 5s,此时间段内,槽轮停止转动,即角速度为零,由此可知,槽轮上单个槽轮槽和凹弧总工作时间为 3. 8s,因此槽轮转动一圈所需时间为 3. 8 ×6 =22. 8s。

③角加速度分析。

从动槽轮角加速度随时间变化如图 11 所示,当拨销刚进入从动槽轮槽时,从动槽轮角加速度缓慢增加至 144mm/s2,当拨销运动至从动槽轮槽底部时,从动槽轮角加速度急剧增至 656mm/s2,当拨销退 时,从 656mm/s2 随时间减小至零,从动槽轮停止转动,槽轮凹弧与拨轮凸弧处于配合锁紧状态,冲压机开始冲压检测工件。

4 结束语

本文通过分析微型冲压机工作原理和工作要求,以槽轮机构组件销轮( 主动拨盘) 和槽轮( 从动拨盘) 为出发点设计微型冲压机传动系统并建立传动链,得出冲压机工作性能分析的关键指标为机构组件的运动位移、角速度、角加速度,根据微型冲压机传动系统计算各传动轴的转速,用 Pro/E 软件分析微型冲压机中的槽轮机构运动过程,输出运动参数分析图。由分析可知,槽轮机构的设计满足微型冲压机工作要求和设计要求,减少了槽轮机构运动系数、位移、角速度、角加速度的计算步骤,同时也验证了槽轮机构设计的正确性,有效提高了槽轮机构主从动轮结构参数设计效率。

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