搜索proe分件供送螺桿的造型設(shè)計
2013-05-23 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
張磊 徐昌貴 來源:萬方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字:包裝機(jī)械 分件供送螺桿 掃描 proe
分件供送螺桿裝置是灌裝機(jī)中的關(guān)鍵零部件,介紹了應(yīng)用proe三維設(shè)計軟件進(jìn)行變距組合式螺桿的造型設(shè)計方法。設(shè)計過程中按推導(dǎo)出的數(shù)學(xué)方程構(gòu)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(luò)出螺桿的各段螺旋曲面。該方法可以廣泛應(yīng)用于其它運(yùn)動規(guī)律變螺距螺旋線螺桿的造型設(shè)計。
灌裝機(jī)械是包裝機(jī)械中的一個重要的類別,是一種特殊類型的專業(yè)機(jī)械。灌裝機(jī)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(shè)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(shè)計和螺桿的加工方法方面,筆者用proeNGINEER有關(guān)截面掃描功能,構(gòu)造變螺距螺桿三維實體模型,為變螺距螺桿的數(shù)控加工可視化提供圖形顯示依據(jù)。
1、螺桿螺旋線的數(shù)學(xué)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(jìn)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(shù)變化規(guī)律增至最大值,為變加速度段;在后段,瓶子加速運(yùn)動,以便逐漸增大進(jìn)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(guān)于螺旋線圈數(shù)變量的函數(shù)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(yùn)動為特點(diǎn)的,兩者的相對運(yùn)動范成出變參數(shù)螺桿的槽型,采用范成法構(gòu)造螺桿三維實體模型,可復(fù)現(xiàn)變螺距螺旋曲面的包絡(luò)形成原理,精確構(gòu)造出螺桿的各段螺旋曲面。
螺桿設(shè)計的原始參數(shù)包括:螺桿外徑D (mm)、螺桿內(nèi)徑do ( mm)、供送件直徑ρ (mm)、螺桿轉(zhuǎn)速n ( r/min)、變速圈數(shù)N、初始螺距So ( mm)、撥輪節(jié)距S1( mm)螺桿轉(zhuǎn)動到任意點(diǎn)時轉(zhuǎn)動的圈數(shù)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(yùn)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(yùn)動規(guī)律的螺旋線的數(shù)學(xué)表達(dá)式。
1)等速運(yùn)動段:
2)半正弦加速運(yùn)動段
3)等加速運(yùn)動段:
以上的分析推導(dǎo)內(nèi)容是設(shè)計變距螺桿的理論基礎(chǔ)。通過這些公式可以編寫函數(shù)計算出對應(yīng)于供送件運(yùn)動任意時刻的位移螺桿上螺旋線的位置,進(jìn)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(chǎn)品,是一個用于產(chǎn)品的三維模型設(shè)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(gòu)造螺桿的三維實體模型。供送螺桿的參數(shù)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(shù)No為1.5,半正弦加速運(yùn)動段末端螺距S1為150mm,變速圈數(shù)N1為2,撥輪節(jié)距St為300mm ,變速圈數(shù)Nt為2,螺桿全長850mm。
步驟1:創(chuàng)建圖2所示的實體旋轉(zhuǎn)特征。
選擇"插入""旋轉(zhuǎn)"命令,進(jìn)入草圖環(huán)境后,繪制旋轉(zhuǎn)特征的截面草圖,見圖3所示,定義旋轉(zhuǎn)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(zhǔn)"-"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(jù)提示選擇方程的坐標(biāo)系,并選擇笛卡兒坐標(biāo)類型。在彈出的記事本界面中,按照式1和螺桿參數(shù)在記事本中編輯螺旋線方程,得到等速段螺旋線。重復(fù)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(zhǔn)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(diǎn)軌跡,選擇"插入"-"可變剖面掃描",在操控板中選中"曲面"圖標(biāo),見圖6所示選擇直線和等速段螺旋線作為原點(diǎn)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(yīng)于等速段的掃描面。重復(fù)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(biāo),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(jù)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(fù)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(jù)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(shù)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(jié)語
基于proe的強(qiáng)大的零件建模功能,在研究變距螺旋曲面生成原理的基礎(chǔ)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(yīng)用于其它運(yùn)動規(guī)律變螺距螺旋線螺桿的造型設(shè)計,也可用于某些異形瓶罐的供送螺桿的造型設(shè)計。
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