卧式停止器结构优化设计与仿真分析

1 引言

    目前机械行业内停止器种类样式繁多，其主要作用是应用于自动化生产线上控制托盘的行-止，保证线体的自动化运行。成熟的停止器设计应该具有阻尼最优化；确保停止器在空载或满载情况下都具有最佳阻尼。无论其实际负载多少，夹具都能被柔和地缓冲，并且回复力不对其造成任何损坏。循环时间最短；要求传送系统具有自适应性和多用性，在每个机械装置，连续重载需要一个安全可靠的操纵，且只能通过调整最优阻尼才能满足。以及制造质量最优；速度可调；机械性能稳定；位置稳定性好；价格低廉等优点，目前国外停止器的发展水平已经很成熟，而国内由于机械行业起步晚，对此类小型的结构没足够的重视，发展相对滞后。但想要提高整个设备的自动化程度，对停止器的性能提升是很有必要的。常用的停止器分为立式和卧式两种。研究对象是卧式停止器；和立式停止器的缓冲机构安装在缸径上，结构简单小巧相比卧式停止器缓冲结构设计相对复杂，动力组件相对小巧廉价。此类停止器，通过复杂的结构避免了立式停止器作用力和缸体的直接冲击，且气缸受力较小，工作稳定可靠，寿命长。设计思路来源于中小型线体上运动托盘的阻挡和放行的控制，设计目标是，在自动控制的情况下，平稳而高效的使托盘止于工位处，迅速无阻碍的放行托盘至下一工位。

2 卧式停止器结构设计

    2.1 卧式停止器工作原理

    卧式停止器共有两个动作：(1)阻止零件移动，使零件由运动状态到静止于设定的工位处；(2)放行零件，使零件由静止状态越过原工位到下一工位。两个动作之间的切换由汽缸的运动来实现。卧式停止器的工作原理结构示意图，如图1所示。

    如图1所示，构件1为原动件，转动副O₁₂处于水平右端时，（即汽缸处于最大收缩状态）运动机构整体向下移动，箭头所指位置处于最低，此时放行零件。当运动副O₁₂处于水平左端时，（即汽缸处于最大伸出状态）运动机构整体向上抬起，箭头所指位置处于最高，此时阻挡零件。

    图1 卧式停止器结构示意图

    注：O₁₂为构件1和构件2之间的转动副；O₀₆为安装座与构件5之间的转动副；O₅₇为构件5与构件7之间的转动副。

    2.2 卧式停止器作用力计算及框架尺寸确定

    由于卧式停止器只在汽缸顶起机构用来阻止零件通过时才受到力的作用，所以在考虑结构设计时应以此为主要设计目标。考虑到构件6（缓冲器）在整个机构顶起状态时受力方向应与缓冲力在一条线上，缓冲器处于大致水平位置。此时独立分析构件7，发现构件7受到方向一致的水平力F和F₆₇作用，如图2所示。若要使构件7保持平衡，F₅₇必须也要在水平方向上，且作用力方向相反，为保证F₅₇对整个机构不产生多余的弯矩，从而简化设计和方便力的计算和零部件的校核分析，所以设计转动副O₅₇和O₀₅在抬起状态时处于同一水平线(即作用力F₅₇过O₀₅)。满足上述要求后，结合单个构件受力平衡原则和尽量避免弯矩产生原则，局部修改原理结构示意图，阻止零件通过时的结构示意图，如图2所示。主要构件的受力分析。