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模切机传动系统凸轮的分析研究

时间:2019-05-22 10:18 作者:劲翔机械 
1凸轮机构的结构设计
1.1两种典型驱动方式
传统模切机中动平台的驱动方式采用的是曲轴机构驱动,其中还有两组肘杆辅助其完成模切机整个动平台的上下运动,但是这种传动方式一直存在动平台在运动过程中会出现“上下起伏,左右摇摆”这一剪刀式的不稳定的工作情况。由于这一缺陷,使得模切机在运动过程中产生了更大的噪音和振动,也对模切机其他构件有了更高的要求,尤其是上平台,动平台,操作面墙板,传动面墙板的强度和刚度,这也就间接的增加了模切机的整体成本和机器的设计难度。针对这一问题,本文提出了一种凸轮机构驱动动平台的传动方式,这种传动方式不仅可以使得动平台在运动过程中实现直上直下的运动规律,而且还可以在一定程度上简化模切机主机部分的结构。
1.2凸轮轮廓线的设计
对于凸轮设计的部分,较主要的就是对凸轮轮廓线的设计,凸轮的轮廓线决定了凸轮机构的设计是否合理。只有所设计的凸轮具有圆滑的轮廓线,由凸轮机构驱动动平台的模切机才会有正常平稳工作的可能,所以设计求解出较优的凸轮轮廓线对于凸轮机构来说是至关重要的。
由于模切机是一种对瓦楞纸或硬纸板进行模切的机器,故其对模切压力有一定的要求,尤其是当所要模切的产品形状比较复杂时,凸轮滚子在模切过程中所需要承受的力也就更大。根据这一特点需要对凸轮轮廓线的推程以及回程的运动规律进行选择,运动规律的选择原则。
根据运动规律的选择原则以及查阅相关的机械设计手册,较终确定推程采用正弦加速度的运动规律,回程也选择正弦加速度的运动规律。
模切机动平台的行程确定为50mm,上摆杆的长度为177mm,下摆杆的长度为223mm,下轴座中心连线距离为560mm,上轴座中心连线距离为520mm,较高位置时上轴座与下轴座中心连线的距离为400mm,根据已知数据可以绘制凸轮机构驱动动平台的结构。
2凸轮机构的接触应力分析
凸轮的轮廓线得出后,需要进一步对凸轮滚子在一个工作周期内的运动情况进行研究,对凸轮机构驱动动平台的新型模切机的运动特性进行运动分析。模切机一般是要对瓦楞纸或白纸板进行模切,这对上平台与动平台之间的模切压力有一定的要求,由于本文中动平台的驱动采用的是凸轮机构的传动方式,凸轮和滚子成了整个驱动机构中的薄弱环节,也是模切机中一个至关重要的环节,故凸轮与滚子之间的接触应力,的分析研究就显得尤为重要,它可以在理论数据上验证该凸轮机构是否可以保证模切机的正常工作。
2.1凸轮材料的选择
当凸轮的结构尺寸确定之后,凸轮材料的选择决定了凸轮机构的使用寿命,也进而决定了模切机的使用寿命。凸轮的材料要求外表面具有一定的硬度,芯部具有一定的韧性,这不仅涉及到凸轮材料的选择,也关乎对凸轮材料进行的热处理方式,不同的热处理方式会得到不同的硬度水平。
由于模切机的工作特点较重要的是要求实现重载,模切机的速度特点属于中高速,故凸轮的材料确定为40Cr,对其进行的热处理方式为高温淬火,这样的热处理方式可以使得凸轮表面可以达到模切压力所需的硬度要求,但是凸轮芯部又在一定程度上保留其材料自身具有的韧性。
2.2滚子的材料选择
合理选择滚子对于凸轮机构来说是很重要的,如果滚子的选择不合适,可能会导致整个凸轮机构运动的不平稳,这将直接影响模切机整机的工作效果。由于凸轮与滚子材料的匹配关系,选取轴承作为从动件,因为凸轮与滚子之间的接触属于点线接触,接触面积比较有限,为了在可能的情况下增大凸轮滚子的接触面积,较终确定的轴承为双列圆柱滚子轴承作为从动件,双列圆柱滚子轴承和球轴承相比,双列圆柱滚子轴承大大增加了轴承在自身工作过程中的接触面积。而且如果滚子的部分在工作过程中出现损坏,由于轴承属于标准件易购买,故对其进行更换也较为方便,而且轴承的自身参数完全可以满足滚子所需工作条件的要求。
2.3赫兹接触理论的计算
凸轮与滚子之间的接触属于典型的线接触,由于这两者的硬度远远可以满足工作情况的使用要求,故凸轮滚子的失效形式主要是因为长时间工作产生的接触疲劳失效,赫兹接触理论用来计算接触疲劳为主要失效形式的接触应力。
通过对凸轮驱动动平台的模切机中凸轮的结构设计、轮廓线的设计以及凸轮滚子间接触应力的分析,本文所确定的凸轮可以满足新型模切机的使用需求。由于实际工作中凸轮滚子间接触应力的较大值远小于凸轮材料的许用应力值,故该凸轮机构还有进一步可以优化的空间。
 
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