家用纸杯成型机设计外文翻译Word文件下载.docx
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纸杯的需求迅速增加由于他们在保护环境方面的便利性和有效性.为了满足需求，目前的生产力也应该要增加。
然而，简单地增加生产率的结果在机器的振动床上，当机器受到震动床的影响，会产生有缺陷的纸杯。
这是一个严重的问题。
图1显示当前的纸杯成型机。
目前的机器每分钟可生产140个纸杯。
如果生产率增加，回使每个凸轮磨损得很快，使凸轮不得不更换。
纸杯是在纸杯成型机转塔中形成，七辊指数是连接到转塔的。
该凸轮使滚子凸轮旋转移动，所以转塔也是转动的。
接触力发生的凸轮与滚轮之间。
纸杯成型机运行一段时间后，由于有接触力所以磨损发生在桶凸轮和滚子的表面。
然后，振动和噪声大大增加，需要更换凸轮和滚轮。
在这一领域的研究已广泛。
伊佩克调查磨损机制的变化与凸轮轴的磨损的表面形貌。
该凸轮表面的变化沿接触表面的磨损机理【1】。
提出了一种模拟彭内斯特的变速凸轮致动器。
该致动器是一个凸轮移动销根据规定的运动规律。
在换挡仿真，接触力和磨损行为进行了比较[2]。
俊认为，凸轮的磨损是由滚子和套筒之间的接触力引起的。
对圆柱凸轮的磨损点几乎与多体动力学模型的接触力大点保持一致.[3].。
晓优化使用一个新的多项式样条曲线和B样条凸轮驱动发动机的凸轮轮廓曲线。
分析定义的优化问题是一种独特的凸轮机构[4]。
新提出了一种运用相对速度设计圆柱凸轮的形状的方法。
局部坐标用相对速度的方法得出，桶凸轮的形状是由CAD程序创建[5]。
基姆开发了凸轮的形状设计程序。
用来参数输入程序的凸轮轮廓数据点的计算。
然后，数据被转换成一个三维CAD模型[6]。
畅作运动分析的一般框架对分度凸轮机构的几何设计。
螺旋理论是用来描述凸轮结构的机构和运动方程的推导[7]。
图1纸杯成型机。
然而，不建议用一个解决方案去减少接触力。
这些研究没有验证所设计的凸轮的性能。
对纸杯成型加工，需要一个优化的筒凸轮轮廓减少接触力的方法。
结果可用于验证所提出的方法的可靠性。
在这项研究中，每个凸轮型线优化减少了滚子与凸轮之间的接触力[8，9]。
一个多体动力学模型，用亚当斯的计算接触力来创造。
选择设计参数，显着影响响应变量的灵敏度分析，采用PlackettBurman设计表进行。
然后，根据中心复合实验设计表进行。
其次，利用响应面分析，二阶递归模型的功能，它提供对设计参数和响应变量之间的关系估计信息。
对模型的估计函数的可靠性进行了验证通过方差分析（ANOVA）的方法。
最后，序列二次规划（SQP）方法被用来找到设计变量，使模型的函数值满足线性或非线性约束条件[10-13]。
为了验证该优化方法的可靠性，建立了纸杯成型机的多体仿真模型。
该凸轮和电流和优化系统的辊之间的接触力比较。
此外，采用一个桶形凸轮的CAM原型试验。
对纸杯成型机电流和优化系统在床的振动进行比较。
2.动态分析
2.1动态分析模型
纸杯成型机的动态模型的建立分析了圆柱凸轮和采用多体动力学分析软件亚当斯，如图2所示的辊之间的接触力。
在一个纸杯成型机的索引驱动器是一个旋转或停止连接各生产工艺。
该指数是由凸轮驱动操作。
动态模型是由24部分组成的。
连接，驱动弹簧和接触模型中定义的。
该模型有一个总22自由度。
表1提供了对动态模型的信息。
对圆柱凸轮三维模型，利用逆向工程技术建立.图3显示了逆向工程的程序。
在这个过程中，真正的产品是用激光扫描仪，其中，在这项研究中，是一种非接触式测量的激光探针。
大约1000点，提出由线连接并转化为在3DCAD程序进行三维实体模型的表面
2.2接触力分析
俊认为凸轮磨损由于凸轮与滚轮之间的接触力[3]。
图5显示分析结果的接触力在滚子与凸轮之间。
在三部分，接触力大大增加。
图6显示了当轧辊孔型的圆柱凸轮导槽。
第一点说明进入导向槽辊；
第二指示辊通过转动部分；
和最后指示逃生槽辊。
三穿点重合的地方，接触力大大增加。
在这三个部分凸轮磨损非常严重。
磨损不仅发生在槽的整个表面而且发生在凹槽的几点。
因此，接触力可的凸轮磨损的一个非常重要的因素。
部分
刚体
24
共同点
外卷
16
平移
7
固定的
1
驱动器
力
弹簧
14
接触点
21
自由度
22
表1.动态模型的信息
图2.纸杯成型机的多体动力学模型
Fig.3.利用三维激光扫描仪的圆柱凸轮反求工程程序
图4.凸轮和分度角比较
图5.分析结果滚子和凸轮之间的接触力
图6.磨损的凸轮..点
表2优化研究
变量
结果
凸轮曲线
无量纲数
X
凸轮滚子几何形状
滚子数
从从凸轮中心水平向距离
从从凸轮中心Z向距离
从凸轮中心Z向距离
半径指数
O
滚子高
滚子半径
轧辊凸度的角
图7.辊和指标参数
最小（-1）
电流（0）
最大（+1）
12.7
31.75
38.1
滚子高度
15.875
44.45
180.0
203.0
206.5
表3确定优化设计的因素
3优化
响应面分析法作为优化方法。
该方法可用于在设计时参数的连续值。
响应函数是建立在假定的实验结果的基础上，对设计参数，减少响应函数的值是通过使用一个最小的算法。
3.1设计的因素和水平
接触力的磨损的重要因素，并对凸轮的形状密切相关。
优化的目标函数是确定滚子与凸轮之间的接触力。
接触力的峰值选择最小化。
表2显示的凸轮和滚子值几何位移的设计因素。
那是可以改变的设计选择的因素考虑到当前系统的结构和其他部分的干扰。
和改进的正弦曲线提供最佳的性能考虑的力传递效率仍然使用。
如表2所示，滚筒的半径和高度及半径变化的指数。
确定设计因素通过工程讨论了这三个参数。
表3给出了滚子的高度和半径及被设置为设计因素指标的半径。
图7显示了需要确定的圆柱凸轮的最佳形状参数。
3.2响应面分析。
设计因素的正交数组创建。
十五组实验，基于正交阵列三个设计因素。
表4显示实验的响应，这是凸轮与滚轮之间的最大接触力。
实验结果的基础上，响应面分析法推导出的响应函数，并利用统计分析的方法和系统性能的设计因素之间的数学关系。
当有许多设计因素，二次回归模型一般是作为响应函数和系统性能的设计因素之间的关系的非线性。
在这项研究中，中心复合设计表包括中心点和轴点使用2水平因子实验来估计模型的功能。
根据研究结果，二次回归模型函数使用最小二乘法推导。
在这项研究中得到的回归函数表示为：
Y：
桶凸轮与滚轮之间的接触力
R：
HR：
高辊
ri：
为了验证模型的函数，方差分析的实现。
表5显示了方差分析表的大小的变化是，Φ自由度和V的平均平方，F0值从获得的实验结果和F（0.01）是一个确定的值在参考根据水平和设计因素的数量。
如表5所示，F0大于F（0.01）。
因此，该模型函数有显著性水平百分之1的可靠性水平。
因此，该模型可用于为目标函数，因为估计的模型函数能非常好的表达设计因素和系统性之间的关系。
为了获得的设计因素最小化目标函数值，采用SQP方法。
SQP是一种有效的优化算法，得到一个函数的最低值给定出两个以上的设计因素和非线性约束条件。
表6显示了设计因素最小化目标函数值。
次数
响应
-1
13133
2
11135
3
12402
4
9749
5
993009
6
125041
1197735
8
515557
9
29186
10
-1.216
49652
11
1.216
534829
12
22018
13
106598
112871
15
52623
表4.确定优化设计的因素
Table5.ANOVAtable.
设计参数
值（mm）
23.8125
25.4
2047225
表6优化设计变量。
电流
滚子半径（mm）
-26.05
滚子高度（mm）
-33.33
半径指数（mm
203
204.7255
+0.85
凸轮高度（mm）
149
269
222
-17.47
接触力的峰值平均（N）
29.186
5.184
-82.24
接触力的均方根值（N）
5.541
1.309
-76.37
表7.估计系统的优化结果
图8.优化后的凸轮和指数位移图
图9.当前的和优化的系统之间的接触力的比较
4.优化验证
4.1动态模型
验证是否已进行了优化，利用动态模型优化的凸轮模型的建立。
以及电流与优化模型的接触力比较。
图8显示了当前的和优化的凸轮模型和指数单元的位移图。
优化后的凸轮和分度装置以及当前凸轮的痕迹。
七辊接触力在图9凸轮与滚轮之间的接触力峰值相比显著降低在优化后。
设计值的变化，对凸轮的大小和接触力影响如表7所示。
该凸轮变得更轻比桶形凸轮体积减小约17.47%。
圆柱凸轮和滚子之间接触压力的峰值下降约82.24%。
此外，接触力的均方根值降低约76.37%。
因此，这次优化用动态模型的进行了验证。
4.2实验
一桶的CAM原型是基于优化结果制作。
在纸杯成型机床的加速度测量实验验证了优化结果。
图10显示了1到6点的加速度的测量。
实验进行了五次是可靠的。
获得的测量值是平均值。
纸杯成型机的当前的和优化的凸轮的加速度在图10进行了比较。
优化后的凸轮平均加速度降低约17%，因此，对着圆柱凸轮进行了好的优化。
结论
进行优化以减少凸轮与滚轮之间的接触力的纸杯成型机的设计。
接触力是通过使用凸轮动态模型和指数单元分析，这是对纸杯成型机操作的一部分。
通过工程的探讨，为优化确定了他们的价值观的设计因素。
滚筒的半径和高度及半径进行了优化指标。
对圆柱凸轮的形状也根据滚筒的半径和高度及半径的优化指标。
为了验证在这项研究中使用优化的组件的减振，对接触力进行了分析。
接触力降低的动态模型与优化的组件。
此外，通过实验测定了纸杯成型机床的加速度。
加速度在优化系统中下降。
总之，通过优化辊，指数和凸轮，让纸杯成型机可以在一个高速，低磨损的环境中工作。
图10.振动的测点
图11.对机械振动的比较
参考
[1]R.IpekandB.Selcuk,，凸轮轴的干磨损形貌，材料研究学报，168（2005）373-379.。
[2]E.Pennestri,R.Stefanelli,P.P.ValentiniandL.Vita,，凸轮曲线的动态仿真驱动变速，DETC'
04程序（2004）。
[3]K.-J.Jun,T.-W.Park,K.-Y.CheongandY.-G.Kim,，在纸杯中利用多体动力学模型成型机因素造成的凸轮磨损研究，J.MST，24（3）（2010）361-367。
[4]H.XiaoandJ.W.Zu，一种新的凸轮驱动凸轮型线优化，机械科学与技术学报，23（2009）2592-2602。
[5]J.H.Shin,S.W.Kim,D.W.KangandH.E.Yoon，对凸轮的相对速度的设计研究，kspe学报，19（8）（2002）47-54。
[6]W.H.KimandT.W.Park.公园，一个凸轮设计方案一杯成型机的发展，ksme学报，35（4）（2011）433-438。
[7]Z.Chang,C.Xu,T.Pan,L.WangandX.Zhang，对分度凸轮机构一般框架的几何设计，机械原理，44（2009）2079-2084。
[8]R.L.Norton，凸轮的设计和制造手册，工业出版社有限公司，纽约。
[9]F.Y.Chen，力学和凸轮机构的设计，科学出版社，纽约。
[10]S.-P.Jung,T.-W.Park,K.-J.Jun,J.-W.Yoon,S.-H.LeeandW.-S.Chung，一个优化方法研究了响应面分析，多体系统jmst，23（2009）950-953。
[11]S.-P.Jung,T.-W.Park,K.-J.Jun,J.-W.YoonandW.-S.Chung，使用实验设计，弹簧的优化设计，ijpem，10（4）（2009）77-83.。
[12]S.Park,，实验设计的理解，minyoungsa（2005）。
【13】G.N.Vanderplaats，应用工程设计的数值优化技术，McGraw-Hill（1984）
2009年在亚洲大学旭贤基姆收到他的机械工程理学学士。
目前，他是一名韩国水原亚洲大学的博士生。
他的兴趣是研究该地区的多体系统，优化和计算机辅助工程。
TaeWonpark得到来自国立首尔大学的机械工程学士学位。
他接着从爱荷华大学获得了硕士和博士学位。
他目前是在韩国。
水原亚洲大学机械工程学院的一名教授。
Studyofoptimizationofthebarrelcaminapaper-cup-formingmachine†
WookHyeonKim1andTaeWonPark2,*
Abstract
Apapercupformingmachinecanproduceamaximumofabout140papercupsaminute.Iftherateofproductionisincreasedtoimproveproductivity,thecontactforceinthebarrelcamincreases,producingmorevibration.Therefore,amethodforreductionofcamvibrationisneeded.Theprofileofthebarrelcamisoptimizedbyusingamultibodydynamicsmodel.Theobjectiveoftheoptimizationistominimizethecontactforcethatoccursbetweentherollersandthebarrelcam.Anexperimentiscarriedoutusingtheoptimizedbarrelcam.Thereductionofvibrationathigherratesofproductionthanthecurrentratesvalidatedtheoptimization.
Keywords:
Paper-cup;
Barrelcam;
Multi-bodydynamics;
Optimization;
Contactforce
1.Introduction
Thedemandforpapercupsisincreasingrapidlyduetotheirconvenienceandeffectivenessinprotectingtheenvironment.Tosatisfythedemand,currentproductivityalsoshouldbeincreased.However,simplyincreasingproductivitywouldresultinvibrationatthebedonthemachine,whichisaseriousproblem.Whenthemachineisalsoaffectedbythevibrationonthebed,defectivepapercupsareproduced.Fig.1showsthecurrentpapercupformingmachine.Thecurrentmachinecanproduce140papercupsperminute.Iftheproductivityisincreased,thebarrelcamwillwearoutveryquicklyandthebarrelcamwillhavetobechanged.Thepapercupisformedontheturretinthepapercupformingmachine,andanindexwithsevenrollersisconnectedtotheturret.Thebarrelcammakestherollersmoveasthecamrotates,sotheturretalsorotates.Contactforceoccursbetweenthebarrelcamandtherollers.Afterthepapercupformingmachineoperatesforalongtime,wearoccursonthesurfacesofthebarrelcamandtherollerbecauseofthecontactforce.Thenvibrationandnoiseincreasegreatly,requiringreplacementofthebarrelcamandtherollersshouldbechanged.
Researchinthisfieldhasbeenextensive.Ipekinvestigatedthevariationofthewearmechanismandwornsurfaceprofileofthecamshaft.Thewearmechanismofthecamsurfacechangesalongthecontactsurface[1].Pennestripresentedasimulationofthecamactuatorofarobotizedgearbox.Theactuatorisabarrelcamwhichmovesapinaccordingtoaprescribedmotionlaw.Inthegearshiftingsimulation,thecontactforcesandwearactionarecompared[2].Junsuggestedthatbarrelcamweariscausedbythecontactforcebetweenrollerandbarrelcam.Thewearspotofthebarrelcamalmostcoincideswiththepointoflargecontactforceinthemulti-bodydynamicsmodel[3].XiaooptimizedthecamprofileforanewcamdriveengineusingageneralpolynomialsplineandB-spline.Auniquecammechanismisanalyzedtodefinetheoptimizationproblem[4].Shinproposedamethodfordesigningtheshapeofthebarrelcambyusingrelativevelocity.Localcoordinatesarederivedusingtherelativevelocitymethod,andtheshapeofthebarrelcamiscreatedbytheCADprogram[5].Kimdevelopedabarrelcamshapedesignprogram.Parametersareinputtotheprogramandthepointdataofthecamprofilearecalculated.Then,thedataareconvertedtoa3DsolidCADmodel[6].
Changpresentedageneralframeworkforkinematicanalysisandgeometrydesignoftheindexingcammechanism.Screwtheoryisappliedtodescribethestructureofthecammechanism,andkinematicequationsarederived[7].
Fig.1.Papercupformingmachine.
However,asolutiontodecreasethecontactforcehasnotbeensuggested.Andthosestudiesdidnotverifytheperformanceofthedesignedbarrelcam.Forthepapercup
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