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1、易拉罐翻新机械翻边装置虚拟样机设计目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 国内制罐业发展现状11.2 国内易拉罐回收利用现状12 易拉罐翻新机械翻边装置32.1翻边方式简介32.2易拉罐翻边机主要参数52.2.1 易拉罐翻边机工作原理52.2.2 易拉罐翻边机的传动方案62.2.3 易拉罐翻边机其他各零部件的参数63 虚拟样机技术的概念及相关技术103.1 虚拟样机技术的概念103.2虚拟样机技术的相关技术104 基于Solidworks软件的虚拟样机技术的应用124.1 SolidWorks软件简介124.1.1 SolidWorks的功能与特点124.2 Solidworks
2、虚拟样机技术软件集成134.2.1 SolidWorks的应用134.3基于Solidworks 虚拟样机设计方法145 易拉罐翻边机零件建模设计及虚拟装配155.1 易拉罐翻边机零件三维建模155.1.1机架建模过程155.1.2 其它零件的建模过程275.2易拉罐翻边机虚拟装配356 易拉罐翻边机运动仿真44结 论45致 谢46参考文献47附 录48 易拉罐翻新机械翻边装置虚拟样机设计摘 要 铝质易拉罐由于材料是铝质合金，可再回收利用，但就国内目前的回收利用现状而言回收技术落后，铝质金属降级使用，造成了资源效用的浪费。易拉罐翻新机械翻边装置是翻新铝质易拉罐的专用机械，是翻新易拉罐中不可缺少
3、的机械设备。为了适应翻新不同易拉罐要求，本次是利用SolidWorks软件进行易拉罐翻边机翻边装置虚拟样机设计，由于SolidWorks软件可以十分方便地绘制复杂的三维实体模型、完成产品装配和生成工程图。有利于发挥人的创造性思维，有利于新产品、新方案的设计，本次设计首先是对机架、带轮、轴、旋压机头、夹具，拉杆，压杆进行在Solidworks三维建模设计，然后进行虚拟装配，并在Solidworks软件进行运动仿真，检测各零件干涉及运行稳定状态，为下一步研究提供科学依据。关键词：铝质易拉罐；翻边装置；虚拟样机设计 THE VIRTUAL PROTOTYPE CAN RENOVATEMECHANIC
4、AL FLANGING DEVICE DESIGN ABSTRACT Aluminum cans because the material is aluminum alloy, can be recycled, but in terms of current situation recycling backward technology using domesticrecycling, aluminum metal relegated to use, not only the pollution is serious, is not conducive to environmental pro
5、tection, the waste of resource utility. Canrenovate mechanical flanging device is a special machinery for renovation ofaluminum cans, cans of mechanical equipment renovation is indispensable. In order to meet the different requirements of renovation of cans, the design of the rated power 1.5KW refur
6、bished machine flanging device, which is composed of a frame, belt wheel, shaft, spinning head, upper and lowerpressing etc., in the motor drives the big belt wheel rotation, so that the shellspinning head can flip is rotated about the axis, axial force the shell along the horizontal axis to the inn
7、er. The SolidWorks software can be very convenientto draw three-dimensional entity model, finished product assembly and the engineering drawing generation complex. To give full play to the creative thinking, design new products, favorable Ding of the new design, mechanical design, help designers mor
8、e accurate, faster and more efficiently will beinnovative ideas into market products.KEYWORDS： Aluminum cans； renovation of mechanical flangingdevice； virtual prototype design 1 绪论1.1 国内制罐业发展现状 1959年美国俄亥俄州帝顿市DRT公司的ERNIE.C.FRAZE(艾马尔克林安弗雷兹)发明了易拉罐，即用罐盖本身的材料经加工形成一个铆钉，外套上一拉环再铆紧,配以相适应的刻痕而成为一个完整的罐盖。这一天才的发明
9、使金属容器经历了150年漫长发展之后有了历史性的突破。同时，也为制罐和饮料工业发展奠定了坚实的基础。国内易拉罐业始于20世纪80年代初期，虽然只有二十年的历史，却走过了四次危机。第一次是1988年实行银根紧缩的政策背景下，国内舆论界对易拉罐生产和消费是否符合国情展开激烈论战。同时国家将原辅材料进口关税由20提高到40，生产企业面临生死考验。第二次危机发生在1989年6月，由于众所周知的原因，全国饮料市场一落千丈，易拉罐业陷入困境。第三次是“汇率风波”。20世纪90年代后期，国内易拉罐业迅速发展，原来罐厂扩容，新建厂增加，从而达到年产100亿只的生产能力，但由于需求量始终未能有效突破，生产过剩导
10、致了第四次危机。近几年，由于一方面是国民的消费习惯及水平的影响，玻璃瓶仍主导着啤酒饮料包装；另一方面是易拉罐已不再被视为高消费品或成为时尚消费，但又由于它具有一定经济水平的消费价位，而难于替代玻璃瓶，国内对易拉罐的需求量始终保持在60亿70亿只之间。制罐业大多数处于困境中，受相关行业影响，罐厂要投入很大一笔资金进行大幅度技术改造，用于降低成本，从而使总体价位降下来促进消费。随着市场竞争加剧，优胜劣汰法则必将在国内罐业中表现出来，国内罐业必将参照国外罐业发展的路子，进行技术改造、资产重组以求发展1。1.2 国内易拉罐回收利用现状我国是世界上废易拉罐回收率较高的国家，同时，又是世界上废易拉罐利用档
11、次较低的国家。据有关专家估算，我国废铝易拉罐的回收率为85%左右，与国外相比并不逊色，回收的废易拉罐（包我国用于包装方面的铝机金属年消费量达到90万吨，约占铝金属总消费量的143。括进口的废易拉罐）都被降低档次使用。易拉罐是一种常用的消机耗品，用过即废。因此，我国每年至少产生16万吨废易拉罐，另外还有少量的进口废易拉罐，总量在20万吨左右。易拉罐的罐身、罐盖、拉环所含的元素成份均不同，目前还没有一种简单、经济的方法将易拉罐的三种不同成份的合金分开，只能采用全部重熔的方法得到含有较多合金成份的重熔铝锭。易拉罐所用材料是一种档次较高的铝合金，但我国技术落后，废易拉罐全部被降级使用。到目前为止，我国
12、还没有利用废易拉罐生产原牌号铝合金的企业。开发废易拉罐生产3004铝合金的项目，将会有很高的环境、资源和经济效益。废易拉罐还原生产制罐铝板带原料是最佳的利用方式。我国易拉罐再生利用在资源配置上存在问题，多数废铝易拉罐被作为添加料用于其它领域的生产，或作为非标铝锭使用。真正被还原生产的并不多。这是由于废铝易拉罐在回收、储运、分选、预处理以及熔炼加工过程还处于粗放式生产阶段，易拉罐作为高价值的废铝资源被降级使用，特别是小企业普遍采用混炼的生产方式，从而造成了资源效用的浪费。本次易拉罐翻新机翻边装置虚拟样机的设计正是基于对国内易拉罐制造业及易拉罐回收利用发展现状的考虑，本着易拉罐回收再利用小污染、零
13、污染的原则而展开的，用翻新代替回炉再造，从而达到环境上、经济上的双赢。随着国民经济的增长，百姓生活水平的提高，以及对环保的重视，国内易拉罐的发展利用之路会走得更好2。2 易拉罐翻新机械翻边装置本次设计是铝质易拉罐机械翻新机翻边装置的设计，该装置做成独立的一台机器，与去封盖装置、封罐装置构成一个翻新机系统。2.1翻边方式简介翻边是冲压工艺的一种。翻边的定义:在坯料的平面部分或曲面部分上，利用模具的作用，使之沿封闭或不封闭的曲线边缘形成有一定角度的直壁或凸缘的成型方法称为翻边。目前常用的翻边方式有以下三种：（1）模具翻边 这是最简单、粗糙的方法，翻边时利用模具两端同时成形。因为翻边时在材料和罐颈的
14、轴线方向会产生较高的应力，所以本方法适用于较大的罐径和较厚较软的材料。经柱销跟随或模具成形工艺缩颈的罐，在用模具翻边时，可能在罐颈轴向上产生压痕或翻边裂口。 模具翻边机械叫做挤压式翻边机，其工作原理是靠两个压盘3沿桶框4的轴线方向作相对运动而完成的翻边的。如图2-1所示图2-1 模具翻边原理图（2）圆销翻边 圆销翻边对设备和模具的技术要求比模具翻边复杂。和传统的模具翻边工艺相比，圆销翻边是从圆销滚轮与罐体的接触点开始工作，罐体沿翻边滚轮旋转。翻边的成形与转动的滚轮的曲线相反，罐体沿着翻边滚轮径向旋转，翻边滚的肩胛有阻挡环，直至形成一定的翻边宽度，且保持罐体圆滑无棱角，圆销翻边对材料和罐颈的轴向
15、边较小，该工艺适用于多种几何罐颈曲线的翻边。其原理图如2-2所示 图2-2 圆销翻边原理图（3）旋压翻边 该工艺对机械设备的要求高，模具相对圆销翻边来讲要简单一些。旋压翻边的技术结合了模具翻边的优点（如模具和罐体间较小的相对运动、较小的磨损和较小的翻边宽度变化）以及圆销翻边的优点（从点到线的连续工艺），还避免了上述两种翻边技术的不足之处。旋压翻边的最大特点是模具旋转的工艺，内转轴的旋转带动翻边模头完成旋转运动，罐体与旋转的翻边模头接触，罐体沿着翻边模头的径向运动，逐步形成翻边宽度，翻边模头的肩胛控制了翻边宽度。翻边过程中，材料所受的作用力要略低于模具翻边，而略高于圆销翻边。作用在罐颈的绝对载荷
16、要高于圆销翻边。图2-3为罐体翻边的原理图。 图2-3 旋压翻边原理图工作时压辊和桶身三者之间相对运动（转动、平移或摆动），滚轮对桶身进行旋压而使桶身端产生塑性变形得以翻边。圆筒壁厚度薄时，其本身的刚度差，在翻边轮的作用下容易产生不规则变形。在旋压加工时，薄壁筒刚度小，在转动时会产生附加弹性变形，附加弹性变形经过压辊后即产生塑性凹凸变形，形成压痕。因此，对于薄壁筒，加工时可降低压痕的厚度3。2.2易拉罐翻边机主要参数 2.2.1 易拉罐翻边机工作原理 从成本的经济型、结构的合理性等方面综合考虑，充分融合了模具翻边和旋压翻边的加工原理，在结构上采用的是旋压式模具翻边，带传动。大致步骤为：电动机转
17、动带动带轮，带轮与轴采用键连接，带动主轴转动，主轴带动旋压成型机头做圆周运动，然后将用夹具夹紧的易拉罐罐身沿轴向上升到一定高度，与旋转的机头啮合，易拉罐缓慢上升，机头向下的旋压力逐渐增大，从而得到所需翻边。图2-4即为易拉罐翻边装置的整体结构原理图4。图 2-4易拉罐翻新机翻边装置的整体结构原理图2.2.2 易拉罐翻边机的传动方案在综合考虑其结构简易性，使用性能要求及经济合理性等各方面因素，普通V带传动即可满足本设计的要求5。图2-5所示为本设计的易拉罐翻新机械翻边装置结构简图。图2-5易拉罐翻新机械翻边装置简图表2-1各零件名称标号2345678910零件电机小带轮大带轮上端盖主轴机架轴承下
18、端盖限位轴2.2.3 易拉罐翻边机其他各零部件的参数易拉罐翻边机是由电机,大小带轮,上下端盖,主轴,机架,轴承,旋压机头，夹具等组成。（1)电动机额定功率大小为1.5KW，即电机型号为Y100L-6，同步转速为1000r/min6，主要性能技术数据和安装尺寸列于表2-2所示表2-2 Y100L-6电动机的技术数据和安装尺寸额定功率/kW1.5电动机外伸直径D/mm28满载转速/（r/min）940电动机外伸轴长度E/mm60堵载转矩/额定转矩2.0电动机中心高H/mm100(2)v带选用A型普通V带，功率1.65kw,小带轮的基准直径d为106mm，大带轮的基准直径d为355mm，中心距a为5
19、00mm，带的基准长度l为1800mm，带的根数取2根。（3）轴根据轴向定位的要求确定轴的隔断直径和长度采用轴肩定位的方法来定位是最方便可靠的7，定位轴肩的高度一般取为，为与零件相配处的轴的直径。轴的结构简图如图2-6所示图2-6 轴的结构简图本次轴的设计承受转矩，受力较稳定，相对来说比较简单，所以取主轴最小直径较为合适。为满足V带轮与主轴的定位要求，I-II轴段左端应稍微比带轮与轴的连接孔的长度略短25mm以便定位，故取I-II轴长为46mm，右端需制出一轴肩，h=(0.070.1)=(2.84)mm,此处可取h=3.5mm。故II-III段的直径为47mm。轴承端盖的总宽度为20mm。根据
20、轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与V带轮右端面的距离为30mm，这里可取II-III轴长为50mm8。（4）旋压机头本次设计的旋压机头部分为镶嵌式设计，分为两个部分：模头和限位轴，用螺钉连接紧固。限位块被加工成带有锥度的阶梯轴，与主轴过盈配合，再用螺钉与主轴连接，起到径向固定、定位的作用。模头下端面要打排气孔，以免易拉罐罐体内产生负压，影响翻边效果。机头部分结构如图2-7所示图2-7机头部分结构图由于模头受力较复杂，但力不算大，且摩擦受热，所以模头材料需要高的硬度和耐磨性。由于易拉罐属铝质合金材料，材质较软，所以模头材料选用40Cr即可满足要求，限位轴由于与主轴配合，
21、加工精度有一定要求，材质选用45钢即可。模头与限位轴有同心度要求。螺栓连接便于拆卸，以后维护起来也比较方便。模头中间打有换气孔，此处的气孔仅为保持气压稳定，无加工要求。限位轴加工时有拔模斜度，以便与主轴配合。 （5）专用夹具 本次设计由于易拉罐属薄壁工件，薄壁零件是较难加工的零件，这类零件在力作用下，容易引起和产生热变形、振动变形，影响工件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度，这类零件的壁厚与它的径向、轴向尺寸相比较，相差悬殊，所以薄壁类零件的刚性较差，易变形，装夹成为加工质量和提高效率的关键。为了防止薄壁零件因夹紧和旋压变形不均匀，一般地装夹及加工必须保证内外圆的同轴度、端面与内孔轴线的垂直度，
22、以及平行度。由于易拉罐的外包装面有光洁度要求，金属夹具直接夹紧之后，不能有周向移动，但是外面容易被刮花，不符合要求，因此不易采用金属材料直接夹紧易拉罐罐体作为夹具，只有采用非金属材料来夹紧定位。这样一来，我们可以从非金属的弹性材料中选择，橡胶、尼龙、聚四氟乙烯都可以选用，从经济性角度，本次设计选择橡胶作为直接夹紧易拉罐的材料。易拉罐的定位方法如下：通过橡胶套限制其周向移动，夹具桶体的夹紧及夹具底部的仿形凸台限制其轴向移动，这样易拉罐的六个自由度均被限制，达到夹紧目的。 （6）升降装置由于易拉罐的翻边过程比较简单，且受力较小，从经济性、工作效率的角度考虑，我们采用脚踏式升降装置。竖直方向有一根轴
23、，上轴端有螺纹孔，与夹具桶体连接。轴在机床上安装的时候轴的前端与中间部分均由套筒轴向定位。做成阶梯轴来降低轴的重量，降低脚踏力度。平行方向的轴，打的三个孔也是减轻轴重，前端的长孔是位移孔，长度是220mm，中间穿有直径d=12mm的细轴，脚踩踏左端踏板，进而竖直轴带动夹具部分升降。3 虚拟样机技术的概念及相关技术3.1 虚拟样机技术的概念虚拟样机技术是一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法, 这些数字模型即虚拟样机( Virtual Prototype , VP) , 将不同工程领域的开发模型结合在一起, 能从功能、性能和行为上模拟真实产品。利用虚拟样机可代替物理样机对产品进行创新设计、
24、测试和评估, 缩短开发周期, 降低成本, 改进设计质量, 提高企业面向客户、敏捷响应市场的能力9。 传统的机械设计方法是“ 由下到上”, 即从部件设计到整机设计, 这种方式的弊端是过分注重细节而忽略了系统整体性能。而虚拟样机技术在CAX( 如 CAD、CAM、CAE 等) / DFX( 如 DFP、DFA、DFM、DFT、DFQ、DFC、DFS 等) 等技术基础上, 进一步融合信息技术、先进制造技术和先进仿真技术, 并将这些技术应用于复杂系统全生命周期、全系统, 并对它们进行综合管理, 从系统的层面来分析复杂系统, 支持“ 由上至下”的复杂系统开发模式。虚拟样机开发技术与传统产品设计技术相比,
25、 具有如下特点:（1）面向系统级设计的观点。强调在系统的层次上模拟产品的外观、功能和在特定环境下的行为;（2）涉及产品全生命周期。虚拟样机可应用于产品开发的全生命周期, 并随着产品生命周期的演进而不断丰富和完善;使产品设计人员也可地进行交流, 协产品的开发 支持分布式协同设计。虚拟产品开发技术将产品的模型定义在计算机上, 利用计算机网络通讯技术, 使处于异地的产品设计人员也可地进行交流, 协同进行产品的开发。支持不同领域人员从不同角度对同一虚拟产品并行地进行测试、分析与评估活动。 虚拟样机技术是一门综合多学科的技术。虚拟样机技术的发展历程正如物理样机设计制造技术发展过程中从 CAX 向集成优化
26、的现代集成制造系统( CIMS) 的发展历程一样, 复杂产品虚拟样机开发已成为一个系统工程复杂产品虚拟样机工程。虚拟样机技现不仅仅是一种新技术的应用, 而是设计思想的变革, 将对制造业产生深远的影响。3.2虚拟样机技术的相关技术机械系统的种类繁多，虚拟样机分析软件在进行机械系统运动学和动力学分析时，还需要融合其他相关技术。为了能够充分发挥不同分析软件的特长，有事可能希望虚拟样机软件可以支持其他机械系统计算机辅助工程（MCAE）软件，或者反过来，虚拟样机软件的输入数据可以由其他的专用软件产生10。一个优秀的虚拟样机分析软件除了可以进行机械系统运动学和动力学分析以外，还应该包含一下技术： （1）几
27、何形体的计算机辅助设计（CAD）软件和技术。用于机械系统的几何建模，或者用来展现机械系统的仿真分析结果。 （2）有限元分析（FEA）软件和技术。可以利用机械系统和运动学和动力学分析结果，确定进行机械系统有限元分析（FEA）所需的外力和边界条件。或者利用有限元分析对构件的应力、应变和强度进行进一步的分析。 （3） 模拟各种各样作用力的软件编程技术。虚拟样机软件运用开放式的软件编程技术来模拟各种力和动力，例如：电动力、液压气动力、风力等等，以适应各种机械系统的要求。（4） 控制系统设计与分析软件和技术。虚拟样机软件可以运用传统的和现代的控制理论，进行机械系统的运动仿真分析。或者可以应用其他专用的控
28、制系统分析软件，进行机械系统和控制系统的联合分析。优化分析软件和技术。运用虚拟样机分析技术进行机械系统的优化设计和分析，是一个重要的应用领域，通过优化分析，确定最佳的设计结构和参数值，是机械系统获得最佳的综合性能。 4 基于Solidworks软件的虚拟样机技术的应用近年来, 虚拟样机技术已在产品开发的各个领域和不同阶段取得多研究成果和成功应用。美国波音飞机公司波音 777 飞机的研制成功是虚拟样机技术用的典型范例, 其设计、装配、性能评价及分析均是在计算机中模拟完成, 对比以往的机研制, 波音 777 成本降低 25%, 制造周期缩短了 50% , 而且确保了最终产品一次接装成功, 成为全球
29、首架采用虚拟样机技术研发及制造的飞机。福特、Caterpillar、John Deere 等国外著名公司也广泛采用虚拟样机技术, 以减低开发设计的风险和成本, 改进产品质量, 并取得了良好的经济效益。在国内, 对虚拟样机技术及其应用研究目前一方面集中于对其技术内涵、组成、运行模式、体系结构及其使能技术进行了探讨, 以期构建自主的虚拟样机开发支持环境。另一方面则侧重于虚拟样机技术的在各领域的应用研究。如中航第一飞机研究院成功推出国内首架飞机全机规模电子样机， 月球表面探测机器人方案研究?则运用虚拟样机技术构造虚拟月面计算仿真环境, 并对涉及到的多项关键技术进行了深入研究,并取得了很好的成果。各研
30、究院所纷纷开展虚拟样机技术在汽车制造业、工程机械、航天航空业、国防工业及通用机械制造业等方面的应用研究、仿真分析及二次开发。通过对虚拟样机各关键技术的深入研究, 必将促进虚拟样机技术的推广应用, 增强我国企业的产品开发能力11。4.1 SolidWorks软件简介4.1.1 SolidWorks的功能与特点Solidworks软件功能强大，组件繁多。 Solidworks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强
31、大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。对于熟悉微软的Windows系统的用户，基本上就可以用SolidWorks 来搞设计了。SolidWorks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。SolidWorks资源管理器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ，用户能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便而方便的软件之一。在强大的设计功能和易学易用的操作（包括Windows风格的拖/放
32、、点/击、剪切/粘贴）协同下，使用SolidWorks ，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。4.2 Solidworks 虚拟样机技术软件集成4.2.1 SolidWorks的应用 CAD 实体建模仅是整个设计过程的一环 ,Solidworks 主要用于完成零件设计、装配体设计和自动生成工程图。基于三维特征元素的建模和面向特征元素的数据修改是通过 Solidworks 来完成的, 并且二维、三维数据全相关, 修改任何一个零件的二维尺寸, 都会引起其三维零件图和装配图的自动修改, 甚至与其有紧密联系的相关零件的尺寸也会变化; 反之修改三维尺寸也会有同样
33、结果。这样就可以实现完全的动态参数化设计。另外, Solidworks 中有一特征管理员, 通过它可以随时随地修改某一特征元素的几何尺寸, 而不必考虑各几何特征的相互关系和先后次序, 极大地方便了设计人员, 提高了设计效率。Solidworks 通过 SmartTeam 技术来创建和维护建模过程中的数据库, 并通过 API 接口技术与 FEA 软件(cosmos/works)、动态装配软件 (IPA)、高级渲染软件(photo/works)、运动学分析软件(Cosmos/motion)和数控加工软件 Camworks 等子系统进行连接。其中 IPA 可以直观地显示大型装配体并对其各个零部件进行
34、操作, 可使设计人员在产品的设计阶段真实地看到产品的实际形状, 并对产品进行交互设计。Cosmos/works 将对设计进行动力学分析和力学校核, 它与 Solidworks共享单一的数据库。当给模型指定一个载荷时, 设计的数据库即自动更新。Photoworks 能迅速产生高级的渲染效果图, 包括丰富的材质和纹理。用户可定义光源、反射度、透明度以及背景景象。IPA 与 Cosmos/motion结合能进行全真的装配设计, 能实现三维模型的运动分析和产品的功能仿真。虚拟样机技术的相关技术主要包含6个方面，计算机辅助设计(CAD)技术。用于机械系统的几何建模，或者展现机械系统的仿真分析结果。有限元
35、分析(FEA)技术。可以用机械系统的运动学和动力学的分析结果，确定进行有限元分析所需要的外力和边界条件。或者利用有限元分析对构件应力、应变和强度进行进一步的分析。驱动元件建模技术。虚拟样机技术还必须提供驱动力元件，还模拟各种载荷，比如电动力、风力等;模型反求技术。利用实物进行测量，然后通过反求工程，快速建立机械系统模型。控制系统分析技术。虚拟样机技术还可以运用控制理论，对机械系统进行运动仿真。或者，借助于其它控制系统分析软件，进行机械和控制系统的联合仿真分析。优化技术。通过虚拟样机技术进行机械系统的优化设计和分析，确定最佳设计结构和参数机械系统获得最佳的综合性能。4.3基于Solidworks
36、 虚拟样机设计方法根据 Solidworks 提供的功能特点, 可以采取图4-2的步骤和方法进行虚拟样机设计和分12。 图4-2基于Solidworks 虚拟样机设计方法另外, 如果需要, 基于 Solidworks 的虚拟样仿真软件(如 Matlab)连接进行机械系统与控制系统的联合仿真。5 易拉罐翻边机零件建模设计及虚拟装配 要对机械系统进行仿真, 首先要建立机械系统的装配模型。Solidworks 软件建立机械三维装配体模型的方法有 2 种: 一种是先建立零件, 然后使用配合技术对各构成零件进行组装建立装配体, 即自底向上的装配体建模技术; 另一种方法是直接在装配体模型中根据零件特征和尺
37、寸关联建立起各个构成零件, 即自顶向下的建模技术。这里采用前一种方法, 利用 Solidworks提供的智能配合技术(Smartmate)快速建立系统的装配体模型13。 利用拉伸、阵列、切除、扫描、镜像等特征，建立易拉罐翻新机主要零部件的三维参数化模型.包括轴、支架、带轮、挡板、上下压模、旋压机头、上端盖、夹具装置等10多个零件。因电机、轴承、等为选购件，在设计时没有建立这些零件的三维模型，仅建立易拉罐翻新机主机上零件模型。在建模过程中，充分利用参数化尺寸、方程式共享数值、配置、派生零件等参数化设计和设计重用技术，便于虚拟装配时发现零件结构不合适时对其进行修改。 5.1 易拉罐翻边机零件三维建
38、模5.1.1机架建模过程1)打开程序。双击桌面的SolidWorks图标打开界面。2)新建零件。在打开的界面中单击【文件】-【新建】。在弹出的对话框中选择【零件】，然后单击【确认】进入作图界面，如下图5-1所示图5-1零件建立界面3）创建草图并拉伸底板。选择上视基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图1如下。并选择拉伸凸台1特征，输入拉伸尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如下图5-2所示图5-2 拉伸凸台13）创建草图并拉伸底板。选择上视基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图2如下。并选择拉伸凸台2特征，输入拉伸尺寸，然后单击，即可完成实
39、体的创建。如下图5-3所示图5-3 拉伸凸台2 5）创建草图并拉伸凸台。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制矩形草图3及3D草图1，如下。并选择拉伸特征2，输入拉伸凸台尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如下图5-4所示图5-4拉伸凸台46）创建草图并拉伸凸台。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制矩草图4，如下。并选择拉伸特征2，输入拉伸凸台尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如下图5-5所示图5-5拉伸凸台57）创建草图并拉伸凸台。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图6及3D草图3，如下。并选择拉伸
40、特征2，输入拉伸凸台尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如下图5-6所示图5-6拉伸凸台7 8）创建草图并拉伸凸台。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制画草图8及3D草图4，如下。并选择拉伸特征2，输入拉伸凸台尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如下图5-7所示图5-7拉伸凸台9 9）创建草图并拉伸凸台。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图9及3D草图6，如下。并选择拉伸特征2，输入拉伸凸台尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如下图5-8所示图5-8 拉伸凸台10 10）创建草图并拉伸凸台。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】
41、按钮进入草图绘制状态，绘制草图10，如下。并选择拉伸特征2，输入拉伸凸台尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如下图5-9所示图5-9 拉伸凸台1111）创建草图并拉伸凸台。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图11，如下。并选择拉伸特征2，输入拉伸凸台尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如下图5-10所示图5-10 拉伸凸台12 12）创建草图并拉伸凸台。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图12，如下。并选择拉伸特征2，输入拉伸凸台尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如下图5-11所示图5-11 拉伸凸台13 13）创建草图并拉
42、伸凸台。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制画草图14及3D草图10，如下。并选择拉伸特征2，输入拉伸凸台尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如下图5-12所示图5-12 拉伸凸台14 14）创建草图并拉伸凸台。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制画草图15，如下。并选择拉伸特征2，输入拉伸凸台尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如下图5-13所示图5-13 拉伸凸台15 15）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图16如下。并选择切除-拉伸特征1，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完
43、成实体的创建。如下图5-14所示图5-14切除-拉伸1 16）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图17，如下。并选择切除-拉伸特征1，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如下图5-15所示图5-15切除-拉伸2 17）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图18如下。并选择切除-拉伸特征3，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如下图5-16所示图5-16切除-拉伸3 18）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图20，
44、如下。并选择切除-拉伸特征,4，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如下图5-17所示图5-17 切除-拉伸4 19）创建草图并拉伸凸台。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制画草图29，如下。并选择拉伸特征16，输入拉伸凸台尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如下图5-18所示图5-18拉伸凸台16 20）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图30，如下。并选择切除-拉伸特征,4，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如下图5-19所示图5-19切除-拉伸6 21）创建草图并拉伸切除。选择基
45、准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图32，如下。并选择切除-拉伸特征7，输入拉伸切除尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如下图5-20所示图5-20切除-拉伸7 22）创建草图并拉伸凸台。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制画草图34，如下。并选择拉伸特征38，输入拉伸凸台尺寸，然后单击，即可完成实体的创建。如下图5-21所示图5-21 凸台-拉伸3823）创建草图并拉伸切除。选择基准面，单击草图工具栏的【草图绘制】按钮进入草图绘制状态，绘制草图6，并选择切除-拉伸特征8，输入拉伸切除尺寸，再转螺纹孔，画草图39，切除旋转1，然后单击，
46、即可完成实体的创建。如下图5-22所示图5-22 切除-拉伸8及切除旋转1 图5-23 机架5.1.2 其它零件的建模过程因为其它零件相对较为简单，故本设计只将其建模过程简单叙述，并展示建模结果如下： (1)名称：轴 作用：与机架配合，上连大带轮，下与旋压机头配合 建模：运用Solidworks，通过零件图画草图1，进行旋转特征1，画草图2，进行转孔，在轴一端形成螺纹孔，画草图4，切除形成键槽，在轴另一端画草图6，切除形成旋压机头孔，画3D草图4，切除-拉伸形成一通孔，画草图9，切除形成一孔，再将该孔360度圆周阵列命令即完成建模。如图5-24所示 图5-24轴 (2)名称：大带轮 建模：运用Solidworks，通过画草图1，旋转成实体，再进行圆角，再倒角，再镜