1、1模块化包装机械的设计仿真与优化摘 要：考虑到包装机械的发展趋势，设计阶段希望能够获得未来产品的静态性能与动态性能，依照要求，优化结构，防止产品样机出现多次试制、尽量减少测试与改进的次数。本模块化围绕结构静、动态设计进行研究，寻求结构的最优化，获得了良好的效果。分析了模块化包装机械的设计仿真与优化 ，为包装机的仿真与优化工作提供参考。 关键词：模块化 包装机械 仿真与优化 市场经济拓宽了发展规模，人们生活水平得到改善，促进了食品包装机械包装技术的发展1。包装工业支撑了国民经济的发展，包装机械是包装工业不可缺少的一部分，在开发及完善包装产品方面扮演了重要的作用。设计的合理性与制造中的金属材料用量
2、、生产效率有很大关系。模块化设计开发出各种功能的产品，无需单独设计各种产品，仅需设计各模块即可，按照各种方式把这些模块组合在一起，处理产品规格与产品制造期间、成本间的问题。 优化包装机械的性能，高效生产包装机械。基于此，研究了模块化包装机械的设计仿真与优化。 一、模块化下的典型包装机运动机理分析与优化 （一）Adams 下的包装机械运动仿真 Adams 具备了多种模型的数据接口，用来植入 CAD 软件模型，Parasolid 就是其中一种格式，其扩展名为*.X_T。该格式的应用，实现数据模型的交换。使用 Parasolid 格式，把简化的纸箱成型模块模型存2入 Adams 工作目录中，以英文字
3、母命名，当名称中还有汉字抑或特殊字符，植入的 Adams 会不正确2。为确保植入的 Adams 模型协调坐标轴，便于进行移动与添加约束，需要将斜齿轮中的 2 条轴线加入 Pro/E 中，相应平行匹配相应的坐标轴。影响斜齿轮传动机构动力学性能的因素，包括制造误差、接触变形、轴受力变形。为更容易研究，假如齿轮传动刚体模型如下所示：机构均为刚性，温度与机构变形不会产生影响；机构间装配误差零时，可不考虑零件制造误差。 仿真分析输入的齿轮传动虚拟样机模型时，零部件质量、转动惯量是分析的对象。转换几何模型数据时，但数据文件中有体积信息，将Adams 植入零部件后，自动计算零部件的转动惯量与质量。抑或使用手
4、工定义零部件的材料类型，由 Adams 结合不同零部件的几何尺寸，自动求解出零部件转动惯量与质量。模型数据被植入 Adams 后，在 Pro/E 中，已经构建起来的所有零件中的物理属性参数与装配约束关系等全部不见，考虑到实际情况，在 Adams 中还要手动加入零件属性与约束关系。假设定斜齿轮属性与其余零件属性如下表： 下面将对应约束添加到模型中，完零件属性、约束与载荷添加完毕后，仿真分析模块，包装机纸箱成型模块在斜齿轮的传动下促使上升机构做上下运动，2 种不同的纸箱成型机构采用 Adams，实施分析。构件运动分析结果得知，不同的螺距，上升件质心位移与质心受力大小也不一样。也就是螺距选择影响上升
5、件运动的平稳性。 （二）模块化包装机的仿真与优化 参照包装机纸箱成型模块动力学分析，分析了下面五种方案结果，3如下表所示： 从上表中能够看出，螺距增大的同时，上升件质心的相对位移波动变大，上升件质心的相对速度波动变大；方案 1，位移、速度短时间内达至最小值，快速使机构平稳。下面对螺距为 5mm，转速为 240mm/min 纸箱成型模块进行进一步的分析，上升件受力和角加速度，无大范围变化，受力均匀，提示，结构参数选择是合理的。 二、模块化包装机静动态特性优化分析 ANSYS 结构动力主要用于两方面问题的解决：一是分析结构动力响应特征，对结构振动中动力响应与动位移大小、变化规律进行计算；二是找到结
6、构固有频率与主振型，深入了解了结构振动特性，以更好地使用。（一）模块化包装机静动态优化方案 前期对包装机机架模块进行分析，尤其动态分析，机架模块的性能还有提升空间。先要保障机架模块正常工作，提出了两种完善方案：方案 1，直接对机架结构进行调整；方案 2，基于既有结构，增加衡量与斜梁。 （二）模块化包装机静动态优化 加固处理机架，具体操作步骤是，将横梁添加在机架上端，主要是为了提升机架静态性能，如刚度与强度等。方案一前五阶频率图、方案二前五阶频率图分别如下： 结束语： 研究了装机纸箱成型模块，采用 Adams 软件，实施了动力学仿真分4析。基于此，分析了模块运动主要影响因素，然后对其进行参数化仿
7、真，最终确定了模块参数优化的方案，分析了影响模块的其他因素，结果证明这种方案是正确的，最终得出，使用适合的机构参数，使包装机模块机构具有较高的可靠性与运行平稳性。ANSYS 软件应用于包装机的机架模块动静态分析中。有限元分析下，获得了机架模块机构的不足之处，对机架静动态性能，给出了 2 种优化方案，增加了结构衡梁与斜梁的方案，明显提升了机架强度与刚度的静态性能，产生了良好的动态性能。通过重新设计的方案有助于提升机架动态性能。 本研究有有一定局限性，后续模块化包装机械的设计仿真与优化的研究还需深入。 参考文献： 1刘丰.自动包装机械控制系统研究与开发D.北京邮电大学，2014. 2孟令立.模块化包装机械的设计仿真与优化研究D.天津大学，2012.
