全电动轮胎定型硫化机的设计研究

论文摘要

轮胎定型硫化是轮胎生产过程中的最后一道工序,轮胎硫化设备的好坏直接影响到轮胎的质量。同时,随着轮胎技术的进步,发展高性能等级的子午线轮胎,以及考虑到生产中节能降耗和保护环境的迫切要求,对硫化机的技术提出了越来越高的要求。本文系统阐述了轮胎硫化设备及其关键技术的技术进步和发展动向。着重分析当前普遍使用的机械式轮胎定型硫化机的特点,指出了其存在的不足和缺陷,本文对比分析了曲柄连杆形式的轮胎定型硫化机、液压式轮胎定型硫化机及本文所设计的全电动轮胎定型硫化机的优缺点,表明全电动轮胎定型硫化机具有明显的优点。在《全电动轮胎定型硫化机的设计研究》课题中,做了大量相关的工作和获得以下成果:1.本课题首次设计了全电动轮胎定型硫化机。本设计吸取了曲柄连杆式轮胎定型硫化机工作可靠和液压式轮胎定型硫化机精度高的特点,由此克服了曲柄连杆式轮胎定型硫化机的钢材耗费量大、工作精度低和液压式轮胎定型硫化机工作欠可靠、易泄漏、污染工作环境的缺点,进而设计了具有综合优点的全电动轮胎定型硫化机。本次设计的全电动轮胎定型硫化机具有结构简单、工作可靠、实现数字化操作和文明生产等优点。同时,该设备在制造过程中可以节省45%的钢材,节省加工与安装过程40%的劳动量,以及降低25%的成本。2.本课题全新设计了轮胎定型硫化机的锁模装置,这种锁模装置首次采用了滚珠丝杠螺旋副,其运动轨迹是垂直往复直线运动形式的。这种锁模装置与先进的传感器技术结合,实现了轮胎定型硫化机的数字化操作,突破了传统的机械式主令开关触点控制和液压式溢流控制的方法,使得锁模装置具有运行稳定可靠、对中精度高、往复性能好和开合模速度快等优点,是轮胎定型硫化机设计的一次创新。3.本课题首次设计了全电动的中心机构,这种机构运用了现代工业高精度的滚珠丝杠有机地结合电磁离合器性能的特点,成功地设计了全电动中心机构,克服了传统液压式中心机构的设备庞大、泄漏等难题,为今后轮胎定型硫化机中心机构更新换代奠定了基础。4.本课题设计时运用了有限元法分析软件。对本设计关键部件进行了有限元法分析,并对有限元法计算的结果进行比较,进而对设计的关键件进行优化,使本设计的结构更加合理和可靠。5.本课题设计时进行了参数化三维造型设计和动态过程模拟。利用整机的运动仿真,以便发现和修改设计中存在的设计不合理、运动干涉等现象,以便检验和优化设计,提高设计水平。6.本课题通过系统分析轮胎定型硫化设备的发展和特点,根据轮胎硫化的工艺要求,进行理论推导,建立了定型硫化系统的数学模型,并通过常规计算确定相关尺寸和构型,利用Inventor软件、ANSYS软件和3DS Max软件对产品进行优化设计、可靠性设计和运动仿真模拟设计,完成了全电动轮胎定型硫化机的整个设计过程,为今后轮胎定型硫化机的设计提供了重要依据和参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究目的与设计研究的意义
• 1.1.1 课题的来源及迫切性
• 1.1.2 课题设计研究的意义
• 1.1.3 课题应用前景
• 1.2 轮胎硫化设备的发展
• 1.2.1 硫化罐
• 1.2.2 个体硫化机
• 1.2.3 轮胎定型硫化机
• 1.2.4 多工位定型硫化机组
• 1.3 轮胎定型硫化机技术与设备的发展
• 1.3.1 机械式轮胎定型硫化机
• 1.3.2 液压式轮胎定型硫化机
• 1.3.3 轮胎定型硫化机主要结构的发展状况
• 1.3.4 全电动轮胎定型硫化机
• 1.3.4.1 全电动轮胎定型硫化机的工作原理
• 1.3.4.2 全电动轮胎定型硫化机的优点
• 1.3.4.3 全电动轮胎定型硫化机组成部分的机构特点
• 1.4 本文的研究内容
• 1.4.1 本文的章节安排
• 1.4.2 本文的创新点
• 2 轮胎硫化工艺概述
• 2.1 概述
• 2.2 胎胚定型
• 2.3 轮胎硫化
• 2.3.1 胎里硫化介质加热硫化
• 2.3.2 胎外热介质加热硫化
• 2.4 后充气
• 2.5 无水胎和无胶囊硫化
• 3 定型硫化系统的相关理论研究与数学模型的建立
• 3.1 电动螺旋锁模装置的研究与数学模型的建立
• 3.1.1 锁模技术的进步与发展
• 3.1.2 全电动螺旋硫化装置的锁模理论
• 3.1.2.1 张模力的计算
• 3.1.2.2 锁模力的计算
• 3.1.3 电动螺旋锁模装置原理在轮胎定型硫化机应用的验证研究
• 3.1.3.1 实验目的
• 3.1.3.2 实验方案
• 3.1.3.3 实验结论
• 3.1.4 全电动螺旋锁模装置锁模功率数学模型的建立及求解
• 3.1.4.1 螺旋副受力推导
• 3.1.4.2 锁模功率模型的推导
• 3.1.4.3 锁模功率模型的建立
• 3.2 全电动中心机构的设计原理及数学模型的建立
• 3.2.1 全电动中心机构的技术进步和运行原理
• 3.2.1.1 中心机构的进步与发展
• 3.2.1.2 全电动中心机构的工作原理
• 3.2.2 滚珠丝杠与电磁离合器的组合设计原理
• 3.2.2.1 滚珠丝杠的设计原理
• 3.2.2.2 电磁离合器的设计原理
• 3.2.3 全电动中心机构胶囊操纵功率和脱模功率的数学模型建立与求解
• 3.3 本章小结
• 4 全电动轮胎定型硫化机的结构设计及有限元分析
• 4.1 螺旋锁模系统的设计
• 4.1.1 电机及减速器的选择
• 4.1.1.1 扭矩的计算
• 4.1.1.2 功率的计算
• 4.1.2 丝杠的强度校核及稳定性校核
• 4.1.2.1 丝杠强度校核
• 4.1.2.2 丝杠稳定性的校核
• 4.1.3 全电动螺旋锁模装置的结构设计
• 4.2 机架的设计
• 4.2.1 设计计算
• 4.2.1.1 上横梁的设计计算
• 4.2.1.2 侧板的设计计算
• 4.2.2 上横梁的有限元分析
• 4.2.2.1 有限元法介绍
• 4.2.2.2 ANSYS 有限元软件简介
• 4.2.2.3 上横梁的有限元法分析
• 4.2.3 机架的结构设计
• 4.3 硫化模具的设计
• 4.4 全电动中心机构的设计
• 4.4.1 设计计算
• 4.4.2 中心机构的结构设计
• 4.5 全电动轮胎定型硫化机的总体结构设计
• 4.6 本章小结
• 5 全电动轮胎定型硫化机的三维造型与三维动态模拟
• 5.1 三维造型与动态模拟简介
• 5.2 轮胎定型硫化机的三维造型
• 5.2.1 锁模装置的三维造型
• 5.2.2 活络模具的三维造型
• 5.2.3 全电动中心机构的三维造型
• 5.2.4 全电动轮胎定型硫化机的三维造型
• 5.3 全电动轮胎定型硫化机的动作过程
• 5.4 全电动轮胎定型硫化机的三维动态模拟
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研成果