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地毯簇绒机高速传动机构的特性分析与优化设计

2020-11-29阅读(907)

地毯簇绒机高速传动机构的特性分析与优化设计

论文摘要

我国的地毯簇绒装备基本依赖进口,价格奇高,严重制约了我国地毯工业的发展。自行研制簇绒装备的核心技术不仅是行业所需,而且对改变世界地毯产业格局具有重要的战略意义。目前,东华大学与国内大型企业合作正在从事地毯簇绒装备设计与技术研究,已成功研制出多种型号的地毯簇绒机,并已投入企业生产,取得了良好的经济效益。国产地毯簇绒机高速化是必然的趋势,对地毯簇绒机轴系的动力学特性和振动问题的研究是实现系统高生产率和运动高速化的关键技术。本文首先建立了偏心轮驱动的曲柄摇杆机构的各杆件的质心加速度质量方程,并从弹性动力学的角度推导了连杆机构柔性体的系统微分方程;然后建立了多组多套曲柄连杆机构的动力学仿真模型,进行动力学仿真和动平衡分析,并对仿真分析结果进行了优化;最后建立了主传动轴上的偏心轮部分的CATIA实体模型,并用APDL语言对机构进行了参数化建模,利用ANSYS有限元分析软件对偏心轮部分进行了模态分析和谐响应分析。从理论上对曲柄连杆机构运动特性进行了探讨,分析了机构各杆的刚体动力学特性以及柔性体的弹性动力学分析;对滚动轴承的非线性轴承力运用轴承建模进行了特性分析,并给出了源于lagrange方程的振动方程;以动力学分析为基础,使用ADAMS仿真软件作了曲柄机构的平衡设计和优化,此机构平衡只是理想状态下的理论解,而在实际工作中不一定具有可行性,将相关参变量解耦后的优化方案对受到工况和空间限制的机构动平衡不仅可行,且有较好的效果;采用ANSYS软件进行的结构建模和有限元分析,并计算出了前5阶的固有频率、振型及激振点的位移时间历程曲线,分析结果显示出了主轴偏心轮机构各部分结构振动的强弱分布以及抗振薄弱区;对结构参数对主轴动态性能的影响作了具体的分析,对主传动轴的弯扭耦合问题作了一定程度地探讨,提出了增加主轴上所有轴承的支承刚度和长轴中间轴段的支承数的可行性方案,为地毯簇绒机的高速化研究及优化改进设计打下了较好的基础并提供了较有价值的理论依据.

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 目录
  • 第一章 绪论
  • 1.1 论文研究的背景和意义
  • 1.2 地毯簇绒机国内外研究概况
  • 1.2.1 国外的研究现状
  • 1.2.2 我国的研究现状
  • 1.3 本文的主要研究工作
  • 第二章 地毯簇绒机曲柄摇杆机构的特性分析
  • 2.1 地毯簇绒机的传动执行机构
  • 2.2 曲柄摇杆机构的运动学特性
  • 2.2.1 曲柄摇杆机构的基本型式
  • 2.2.2 曲柄摇杆机构的行程速比系数分析
  • 2.2.3 曲柄摇杆机构的传动角
  • 2.3 曲柄摇杆机构的刚性动力学分析
  • 2.3.1 曲柄受力分析
  • 2.3.2 连杆受力分析
  • 2.3.3 摇杆受力分析
  • 2.4 弹性连杆机构动力学研究
  • 2.4.1 连杆机构弹性动力学概述
  • 2.4.2 弹性动力学分析方法
  • 2.4.3 弹性连杆机构动力学方程
  • 2.5 含间隙平面连杆机构的动态特性的探讨
  • 第三章 地毯簇绒机的主传动机构的动力学特性分析与优化
  • 3.1 地毯簇绒机的传动系统与动力学概述
  • 3.1.1 主轴传动系统的动平衡
  • 3.1.2 机构动力学
  • 3.1.3 最优化方法概述
  • 3.2 主传动机构中的非线性动力学分析
  • 3.2.1 非线性动力学概述
  • 3.2.2 滚动轴承非线性动力学分析
  • 3.3 多体动力学概述及ADAMS软件简介
  • 3.3.1 多体动力学概述
  • 3.3.2 多刚体系统动力学的研究方法
  • 3.3.3 ADAMS软件理论基础
  • 3.3.4 动力学方程分析步骤
  • 3.4 主传动系统中的多体动力学分析与优化设计
  • 3.4.1 传动执行机构的简介
  • 3.4.2 ADAMS中的动平衡仿真方法
  • 3.4.3 传动执行机构及动平衡分析
  • 3.4.4 ADAMS动平衡仿真
  • 3.4.5 动平衡仿真的优化
  • 3.5 ADAMS仿真分析和优化后的认识
  • 第四章 地毯簇绒机主轴系统的动态特性研究
  • 4.1 ANSYS有限元分析软件概述
  • 4.1.1 ANSYS的技术特点
  • 4.1.2 ANSYS软件的功能和模块结构
  • 4.1.3 ANSYS软件中的结构分析类型
  • 4.1.4 ANSYS优化数据库及数据流向
  • 4.1.5 基于ANSYS平台的模糊优化设计
  • 4.2 实体模型和有限元模型的建立
  • 4.2.1 CATIA三维实体模型
  • 4.2.2 ANSYS有限元模型
  • 4.3 偏心轮的模态分析
  • 4.3.1 模态分析原理
  • 4.3.2 模态分析的振型
  • 4.4 谐响应分析及归纳
  • 4.5 结构参数对主轴动态性能的影响
  • 4.5.1 滚动轴承弹性支承的建模
  • 4.5.2 不同支承刚度对模态的影响
  • 4.5.3 不同跨距对模态的影响
  • 4.6 主传动轴弯扭祸合问题的探讨
  • 4.6.1 连续分布轴系弯扭耦合振动模型
  • 4.6.2 弯扭耦合共振及偏心率的影响
  • 4.7 地毯簇绒机长轴分析及优化的认识
  • 第五章 总结与展望
  • 5.1 总结
  • 5.2 展望
  • 参考文献
  • 附录 I
  • 攻读硕士学位期间发表的学术论文
  • 致谢

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