封罐机靠模凸轮曲线的构建

[摘 要]在食品、日用品，石油，化工包装行业中，封罐机是各种圆形和异形的金属罐封口所必须的专用设备。其中异形罐封罐机由于特殊的功能，因此设计和制造都较圆罐封灌机复杂很多；特别是封罐机靠模凸轮曲线的形状正确与否，更是封罐质量好坏的关健。本文介绍了封罐机靠模凸轮曲线的两种构建方法：基于CAD作图法构建靠模凸轮曲线和基于SolidWorks的封罐机靠模凸轮曲线的建立。

[关键词]异形罐 封罐机 靠模凸轮 曲线建立

中图分类号：Q959.229+.8 文献标识码：Q 文章编号：1009914X（2013）34058901

引言

封罐机的质量好坏与靠模凸轮曲线有着直接的关系，如果不能建立正确的凸轮曲线，将严重影响封罐质量。实践中常用的凸轮曲线的构建方法有两种，即基于CAD作图法和基于SolidWorks的曲线构建。这两种方法各有优点，在实际设计中，将这两种方法所构建的曲线进行分析、对比、互补修正，对封罐机靠模凸轮曲线的建立，以至提高产品质量等级都起到了至关重要的作用。本文对这两种方法进行了深入探讨。

1.封罐机靠模凸轮机构的工作原理

封罐机靠模凸轮机构的工作原理是基于复杂的凸轮―连杆运动机构，其中最关健部分是靠模凸轮曲线的构建。如图1所示，封罐机工作时，封罐靠模凸轮机构是以三连杆机构的一个顶点A（曲臂轴回转中心）作圆周运动；第二个顶点B（封罐轮回转中心）绕要加工的罐（上压头）的外形旋转并移动；第三个顶点C（凸轮滚轮回转中心）通过特定机械传动压紧在靠模凸轮表面上，运行时所产生的轨迹就是凸轮曲线的数学模型。

2.基于CAD作图法构建靠模凸轮曲线

如图1所示，在实际设计中，曲臂轴回转轨迹圆的直径、罐的形状（上压头）为已知，需要建立的是凸轮曲线的形状。因为该三连杆机构在运动中不仅是沿固定轨迹作回转运动，运动过程中还存在摆动，所以必须在机械工程师CAD 软件中通过作图的方法，得到靠模凸轮曲线。

具体作图方法：在机械工程师CAD2008/AutoCAD2010环境下

（1）按RO命令，选择需要旋转的对象―三连杆机构，指定旋转基点―转盘旋转中心O，输入三连杆机构预设的转角（正值为逆时针旋转，负值为顺时针旋转），为了得到精确的曲线，预设转角要尽量小，尤其是圆弧过渡处要更小。

2）按RO命令，选择需要旋转的对象―三连杆机构，指定旋转基点―曲臂轴回转中心A；按R命令，选择参照AB，输入新的转角，使封罐轮与罐外形（上压头）相切。

（3）按L命令，连接转盘旋转中心O和凸轮滚轮的旋转中心C的连线OC。

（4）按PO命令，拾取OC与凸轮滚轮外圆的交点，该点即为靠模凸轮的一个轨迹点。

（5）重复上面操作，就可获得三连杆机构旋转一周所形成的轨迹点―靠模凸轮曲线轨迹点。

（6）按SPL命令，按顺序连接已作出的全部轨迹点，便得到所需的靠模凸轮曲线。

3.基于SolidWorks的封罐机靠模凸轮曲线的建立

传统的封罐机靠模凸轮曲线是通过数学求解作图而建立的，在作图的过程中，工作量较大，且精确度往往受到取点密度的影响。SolidWorks作为一款极好的机械设计软件，在实体设计、运动分析上具有显著的优势，不仅可以使复杂的方程求解才能实现的工作更加简化，而且对曲线图的精确度有显著的提高。

为了简便获取三连杆机构定点的运动曲线，选取曲臂轴回转面（转盘）和三连杆零件作为模型。如图2所示，在转盘上将圆轨迹（曲臂轴回转轨迹）和罐外形（上压头）做成沟槽，而三连杆零件同心圆的轨迹和罐外形配合点分别做成圆柱，三连杆零件圆柱的直径同转盘的沟槽宽度相同。首先是机构装配与运动副的建立，在SolidWorks环境下，转盘零件是基础零件，三连杆零件是要插入转盘的零件，将三连杆零件中的一个圆点上的圆柱与转盘零件的圆槽相切配合，另一个圆柱与转盘零件的长圆槽做凸轮配合。具体操作是，依次选中“配合“、“机械配合”、“凸轮”，之后选取圆柱面，以圆族作为“凸轮推杆”；然后在配合实体里选取连续的罐外形，点确定。其次，先启动COSMOS Motion功能插件，后在SolidWorks环境下运行装配体的模型。为了得到三连杆机构的第三个定点的精确运动轨迹，我们应用Motion 分析功能。在进入运动分析模式后，先要在三连杆零件上施加回转力矩。再次，为了使模拟运动情况更加真实，需要对三连杆零件和转盘零件的接触进行定义，这里我们将之定义为实体接触。最后，当运动条件设置完毕之后，选取“从跟踪路径生成曲线”，封罐机的凸轮曲线就会显示出来；在所有设置结束以后，可以点击“运算”，所需要的凸轮曲线便通过运算得出，曲线输出的格式选取“.csc”格式，也可以将其转存为其他格式，根据需求来进行格式上的转换与选定。

4.结语

随着科技水平和产品质量的不断提升，人们对所加工零件的精度要求越来越高，特别是对工作界面有特殊要求的零件精度要求就更为严密。通过机构运动原理分析，利用机构运动对靠模凸轮进行分析设计，能使特形曲面的精度得到更有效保障。在封罐机凸轮曲线的构建上，通过基于CAD作图法与基于SolidWorks的封罐机靠模凸轮曲线建立的比较，我们可以清晰的发现，CAD作图法和基于SolidWorks的封罐机靠模凸轮曲线的建立，皆非常简便、快捷、直观，而且工作量较小，值得广泛推广应用。

参考文献

[1] 杨邦英主编《罐头工业手册》 中国轻工业出板社 2006.6

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[4] 崔占刚，罗春华，汤金丹. 三组元变焦目镜的光学设计及其凸轮曲线的绘制[J].光学技术.2011（06）；127-128