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1、第31卷第1期河北理工大学学报(自然科学版)Vol131No112009年2月JournalofHebeiPolytechnicUniversity(NaturalScienceEdition)Feb.2009文章编号:167420262(2009)0120034204基于ADAMS的自动纸杯成型机运动机构的仿真研究王莹(河北理工大学机械工程学院,河北唐山,063009)关键词:理论推导;运动学分析;ADAMS;动态特性摘要:本文首先采用理论推导的方法,对JBZ-B型纸杯成型机主要构件进行了运动学分析与仿真,建立了纸杯机杯壁纸供送机构的数学模型。同时分析了机构中滑块的
2、位移、速度及加速度,得到的计算结果与实测值相吻合,证明了数学模型的正确性。在理论推导的基础上,文章又采用运动分析软件ADAMS分析了纸杯加工组合机构的运动与动态特性,绘制了速度、加速度曲线,为纸杯机设计与改进提供了重要的数据。中图分类号:TH122文献标志码:A0引言环保纸制杯是一次性塑料成型杯代替产品。随着人们环保意识的加强,纸杯消耗量不断增加。纸杯成型机是生产纸制杯的专用设备,为了满足市场对纸杯的需求,纸杯机的需求量大幅度增加。JBZ—B型自动纸杯成型机的基本参数见表1。该机器主要由杯壁纸供送机构、冲底机构、吸纸机构、表1JBZ—B自动纸杯成型机技术参数成型纸杯顶
3、出机构等部分组成。其杯壁成型、杯底成名称内容型、卷边、辊花等的运动均由典型四连杆机构(曲柄、电源～220V或380V50赫兹总功率(KW)5摇杆机构),链传动机构,凸轮机构,弧面凸轮分度机纸张规格190～240克单面或双面涂膜纸构,机械气动机构部分完成。纸杯规格6～12盎司生产能力(只/分)40～453)2580×1200×1400机器外型尺寸(mm1杯壁纸供送机构数学模型杯壁纸供送机构是纸杯机的主要运动机构之一,它的运动状态直接影响到纸杯的成型质量。杯壁纸供[1]送机构可简化为—曲柄连杆滑块机构(如图1所示)。已知原动件曲柄等角速度ω1逆时针方向转动,与x轴初始夹角
4、为ω,各构件长度分别为l、l、l、l。对机构的位移、速度和加速度分析如下:11234(1)曲柄与连杆的运动分析1)位移分析[2,3]将曲柄与连杆部分的各构件长设为矢量,如图1所示。运用复数向量法,得曲柄、连杆部分的矢量方程为:φiφiφi123(1)le+le=le+l1234因为曲柄1做等速圆周运动,可设定的初始位置为任意值,通过对方程(1)进行复数变换与整理可得:Asinφ+Bcoφs+C=0(2)33收稿日期:2007211206第1期王莹,等:基于ADAMS的自动纸杯成型机运动机构的仿真研究35其中:A=2llsinφ:B=2l(lcosφ-l);131311
5、42222C=l2-l1-l3-l4+2l1l4cosφ1由万能公式解式(2)可得:222φ3=2arctan[(A±A+B-C)/(B-C)](3)将代入方程(1),并整理可得222φ2=2arctan[(D±D+E-F)/(E-F)](4)式中:D=2llsinφ:E=2l(lcosφ-l);12121142222F=l-l-l-l-2llcosφ1243141由式(3)、(4)可见,当杆长确定后,φ3及φ2均为φ1的函数,且式(3)和(4)中φ及φ均有两个解,可根据机构的初始安装情况和机构运动连续性来34确定其确切值。因此φ确定后,φ和φ即可确定。1232)速度
6、分析将式(1)对时间求导,得iφφiiφilωe1+ilωe2=ilωe3(5)112233-ωi为求ω,将式(5)两端同乘e3:并通过复数变换可确定ω与ω。即:2i(φ-φ)i(φ-φω13ω23)=ilωil11e+il22e33ω=-ωlsin(φ-ω)/[lsin(φ-ω)](6)21113223ω=ωlsin(φ-ω)/[lsin(φ-ω](7)311122323)加速度分析将式(4)对时间求导,并经运算及整理可得角加速度。图1杯壁纸供送机构数学模型2φi2iφωi2φiωi-lωe1-lωe2+ilεe3=-lωe3+ilεe3(8)1122223333ε
7、22=[-ωlcos(φ-φ)-lωcos(φ-φ)]+lω]/[lsin(φ-φ)](9)2211132223332132ε3=[ω21l1cos(φ1-φ2)+l2ω2-ω23cos(φ1-φ2)]/[l3sin(φ3-φ32](10)(2)连杆与滑块的运动分析由图2所示,当运动机构的结构确定后,杆件lDF、lGF的长度随之确定,而且DH的距离为定值。按上述推导方法,可求出杆lFG的角速度与角加速度,进而确定输出构件滑块的位移、速度、加速度。公式推导结果为:(l-lsin)/lDHDF3GFφ4=arctan[](11)-1[(lDH-lGFsi
