搜索proe分件供送螺桿的造型設計
2013-05-23 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
張磊 徐昌貴 來源:萬方數據
關鍵字:包裝機械 分件供送螺桿 掃描 proe
分件供送螺桿裝置是灌裝機中的關鍵零部件,介紹了應用proe三維設計軟件進行變距組合式螺桿的造型設計方法。設計過程中按推導出的數學方程構造各段螺旋線,并以該螺旋線作為掃描軌跡,遵循范成法原理包絡出螺桿的各段螺旋曲面。該方法可以廣泛應用于其它運動規(guī)律變螺距螺旋線螺桿的造型設計。
灌裝機械是包裝機械中的一個重要的類別,是一種特殊類型的專業(yè)機械。灌裝機上的分件供送螺桿裝置可按某種工藝要求將規(guī)則或不規(guī)則排列的容器、物件以確定的速度、方向和間距分批或逐個地供送到給定的工位,分件供送裝置是整個設備的"咽喉",分件螺桿又是分件供送裝置中最重要的零件,現(xiàn)有的研究工作主要集中在變螺距螺旋線的理論、設計和螺桿的加工方法方面,筆者用proeNGINEER有關截面掃描功能,構造變螺距螺桿三維實體模型,為變螺距螺桿的數控加工可視化提供圖形顯示依據。
1、螺桿螺旋線的數學模型
圖1所示三段式組合螺桿是典型的要嗓距分件螺桿。在螺桿起始段。為了改善進瓶的平穩(wěn)性,采用等螺距實現(xiàn)等速送料;在中間段,螺桿的供送加速度由零值依正弦函數變化規(guī)律增至最大值,為變加速度段;在后段,瓶子加速運動,以便逐漸增大進瓶的速度和間距,最終與撥瓶星輪同步,為等加速度段。由于變螺距螺桿螺旋線的特殊性,在等加速度段和變加速度段上,螺距關于螺旋線圈數變量的函數是多項式方程,所以不能直接采用變螺距螺旋掃描特征命令對其造型。由于供送螺桿是以螺桿和被供件的空間相貫運動為特點的,兩者的相對運動范成出變參數螺桿的槽型,采用范成法構造螺桿三維實體模型,可復現(xiàn)變螺距螺旋曲面的包絡形成原理,精確構造出螺桿的各段螺旋曲面。
螺桿設計的原始參數包括:螺桿外徑D (mm)、螺桿內徑do ( mm)、供送件直徑ρ (mm)、螺桿轉速n ( r/min)、變速圈數N、初始螺距So ( mm)、撥輪節(jié)距S1( mm)螺桿轉動到任意點時轉動的圈數i。
加速度類型的選擇決定了螺桿上各個位置的曝距和螺桿的運動規(guī)律。一般的加速度類型包括等速\等加速、半正弦加速以及各種各樣的組合形式。下面分析各個運動規(guī)律的螺旋線的數學表達式。
1)等速運動段:
2)半正弦加速運動段
3)等加速運動段:
以上的分析推導內容是設計變距螺桿的理論基礎。通過這些公式可以編寫函數計算出對應于供送件運動任意時刻的位移螺桿上螺旋線的位置,進而確定掃描特征的掃描軌跡。
2變螺距螺桿的造型步驟
Pro /ENGINEER(以下簡稱Pro /E)軟件系統(tǒng)是美國PTC公司1989年推出的產品,是一個用于產品的三維模型設計、加工分析及繪圖等的CAD /CAE /CAM軟件系統(tǒng),利用其掃描特征命令可以方便的構造螺桿的三維實體模型。供送螺桿的參數如下:被供送件直徑為ρ為63mm,螺桿的底徑do為80mm,螺桿外徑D為110mm,等速段螺距So為75 mm,變速圈數No為1.5,半正弦加速運動段末端螺距S1為150mm,變速圈數N1為2,撥輪節(jié)距St為300mm ,變速圈數Nt為2,螺桿全長850mm。
步驟1:創(chuàng)建圖2所示的實體旋轉特征。
選擇"插入""旋轉"命令,進入草圖環(huán)境后,繪制旋轉特征的截面草圖,見圖3所示,定義旋轉角度為360°,完成特征的創(chuàng)建。
步驟2.繪制圖4所示的三段螺旋線。
選擇"插入"-"模型基準"-"曲線"命令,在彈出的菜單管理器的"曲線選項"中選擇"從方程"然后根據提示選擇方程的坐標系,并選擇笛卡兒坐標類型。在彈出的記事本界面中,按照式1和螺桿參數在記事本中編輯螺旋線方程,得到等速段螺旋線。重復以上步驟繪制正弦加速度段和等加速度段螺旋線。
步驟3:繪制圖5所示的可變剖面掃描。
由于按方程繪制的基準曲線不能作為"掃描切口"命令的掃描軌跡,所以需要按曲面相交的方式生成與三段螺旋線重合的掃描軌跡,兩個相交曲面之一為圖5所示由螺旋線生成的可變剖面掃描,另一個為圓柱面。見圖6所示先繪制一條與軸線重合的直線作為掃描用的原點軌跡,選擇"插入"-"可變剖面掃描",在操控板中選中"曲面"圖標,見圖6所示選擇直線和等速段螺旋線作為原點軌跡和X軌跡。在草繪環(huán)境中繪制過圓心的、長度為do + ρ的直線作為掃描剖面,得到對應于等速段的掃描面。重復以上步驟繪制正弦加速度段和等加速度段掃描面。
步驟4用"相交"命令生成圖7所示的最終掃描軌跡。
選擇"插入""拉伸"命令,在操控板中選中"曲面"圖標,創(chuàng)建一個直徑為do+ρ的圓柱面。選中步驟3所創(chuàng)建的任一掃描面后,選擇"插入"-"相交"命令,根據提示繼續(xù)選擇圓柱面,兩面組相交可得到它們的交線曲線鏈。重復以上步驟可生成整段螺旋線的曲線鏈。為方便后續(xù)造型工作,可將以前步驟生成的曲線和曲面隱藏,只顯示曲線鏈和實體。
步驟5:用"掃描切口"命令完成見圖8所示的螺桿模型。
選擇"插入"。"掃描'。"切口"命令,在菜單管理器的"掃描軌跡"選項中選擇"選取軌跡",在"鏈"中選擇"曲線鏈",并根據提示選取步驟四生成的某段曲線鏈作為掃描軌跡,并確定截面定義方向和掃描截面的向上方向。在草繪懂截面時繪制圓作為掃描剖面形狀見圖9,按被供送件直徑參數確定圓直徑,最后選擇要刪除的區(qū)域,完成掃描切口特征。
3結語
基于proe的強大的零件建模功能,在研究變距螺旋曲面生成原理的基礎上,提出了采用掃描切口特征生成變距螺旋面的新方法。該方法可廣泛應用于其它運動規(guī)律變螺距螺旋線螺桿的造型設計,也可用于某些異形瓶罐的供送螺桿的造型設計。
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