关键词 扩展辊 提升机构 Pro/ENGINEER
1 前言
开松上胶机是过滤棒生产的前道工艺设备,其作用是将醋酸纤维丝束带展开、开松,卷曲消除,再组合,在均匀展开的丝束上涂洒增塑剂(常用三醋酸甘油脂),最后送入过滤棒成型机制成过滤棒。其中扩展辊对使丝束纤维分离,纤维间产生相对位移。
目前,我国大多数卷烟厂采用的机型大部分为400米/分的国产ZL22或德国HAUNI公司的AF2,其速度较低,因此多采用以前的辊对提升系统,相对机构体积较大,占用机身空间太多,生产中不易清理掉下来的丝束纤维残渣。
在滤棒成型机组设计项目中,运用机构运动学理论,对扩展辊提升机构进行重新设计,使其在保证高速运转的前提下,更简洁、高效、美观。
本文着重介绍原机组中辊对提升机构的工作原理,新机构的设计思想,机构分析和运用三维设计软件进行设计的过程。
2 原开松上胶机中辊对提升机构的结构
如图1所示,辊对(1)固定在连杆(3)上,两侧气缸(2)推运连杆,带动辊对绕固定支点A向上,从而实现提升作用。
图1 辊对提升机构的结构示意图
1、辊对 2、气缸 3、连杆
3 新辊对提升机构的技术设计
3.1 设计思想
原提升机构占用空间较大,在实际生产过程中,对于残留在机内的丝束纤维清除十分不便。由于辊内部是空的,如果能将整套提升机构压缩到辊的内部,那么不仅减少了占用的空间,也使得整套机器更美观。
如图2所示,整个提升机构被搬到了辊的内部,当气缸(1)作用时,支点B被推动,整个机架BCD绕支点C转动,使输出点D圆弧上升,若将辊体固定在D点上,那么整个提升的运动就得到了实现。
图2 原提升机构示意图
1.气缸 2.辊体
3.2 机构分析
在设计新的机构或分析一个现有的机构时,应明确给定几个主动件,机构才能有确定的相对运动,因此首先要分析机构的自由度是多少。要使机构实现预期的确定运动,无论是平面机构或空间机构,其自由度W都必须满足:
(1)W>0;(2)W数等于机构的主动件数。
如果W=0,则机构不能运动;W>0而主动件数与W不等,则机构不能得到预期的确定运动,符合了这两个条件,但由于构体尺寸与运动副配置不当,也有得不到预期确定运动的。
分析提升机构,其自由度为:W=3n-2P5-P4
式中n——机构得活动构件数
P5、P4——分别为五级运动副及作平面运动的高副个数
故W=3×3-2×4=1且主动件只有一个,由此可知,该机构的运动是确定的。
由于新机组的设计要求是600米/分,辊对的转速更是高达1250转/分,经过测算,要求扩展下辊的直径大于等于175mm,轴向长度260mm,辊的内径为140mm。且已知气缸行程为8mm,扩展辊对的上下垂直距离为6mm。
如图3所示,气缸初始长度为L1,工作时长度为L2
图3 新机构设计示意图
根据已知条件和以上公式的计算,可以得出机构的尺寸关系,从而在零件的具体结构设计时,起到作用。
4 新辊对提升机构的结构设计
如图4所示,支座(1)起固定作用,支撑整个辊体和机构,当气缸(2)工作时推动连杆(3)带动偏心摆杆(4)在支座内转动,而辊体(5)则通过固定在偏心摆杆上的销轴(7)带动,一起被提升。同时,辊体自身还要作滚动,因此里面设计了套(6)并镶入轴承(8)。
图4 新辊对提升机构的结构图
1.支座 2.气缸 3.连杆 4.摆杆 5.辊体 6.套 7.销轴 8.轴承
5 Pro/ENGINEER在设计中的运用
在对提升机构设计时,我们采用的是PTC公司的Pro/ENGINEER三维设计软件。该软件可以将零件进行三维建模,更直观真实,然后模拟组合装配,对其进行干涉检查,校验零件的尺寸是否设计匹配,从而避免设计错误所造成的产品研制周期延长,降低了设计成本。
Pro/ENGINEER使用的是参数化特征建模技术,特征是组成零件实体模型的基本元素,它体现了产品的功能要素和工程含义,是描述产品信息的集合。设计人员直接用特征来定义零件的几何结构,其操作对象不再是原始的二维线条,而是产品的功能要素,诸如凸台、倒角、圆角、螺纹孔和键槽等。它使产品设计工作在更高的层次上进行,因此,基于特征的设计更符合设计人员的设计思路,更有利于发挥设计者的创造力和想象力。在零件的三维建模时,尽可能考虑到以后的加工工艺流程,基本按照零件的加工流程来建模,如切割、钻孔等特征。因为Pro/ENGINEER可以提供数据,为生产时给数控机床的编程提供方便,而且在以后对零件模型进行尺寸修改时,不容易产生再生错误。
然后,可以按照装配关系将零件模型进行装配。同样,在装配过程中,也应该按照正确的装配工艺流程来进行。装配后可以进行干涉检查,然后再根据检查结果,对零件做相应的修改调整。最后可以制作成爆炸立体图,如图5所示,来直接体现部件的装配关系。
图5 机构零件装配立体图
6 总结
现在该辊对提升机构已成功运用于600米/分的ZL26型纤维滤棒成型机组中的扩展辊和输出辊上,从运行效果来看,情况十分良好,已满足了设计的目的和高速运行的要求。
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