打结器脱扣机构的抗磨损设计与试验研究

发布时间：2020-05-05 10:19

【摘要】：针对现有打结器割绳脱扣机构工作时,球面滚子与凸轮冲击严重、应力集中以及磨损严重等问题,以现有打结器脱扣机构为基础,设计了一种刀臂按正弦加速度摆动的线接触式空间凸轮机构,降低原脱扣机构滚子与凸轮的接触应力,并消除滚子与凸轮的冲击。根据Achard磨损模型推导出脱扣机构的磨损计算模型,对改进前与改进后的脱扣机构进行磨损仿真计算,并开展打结器脱扣机构磨损试验研究。本文的主要研究工作如下:(1)脱扣机构磨损模型建立:根据Achard磨损模型为基础,推导出打结器脱扣机构的磨损仿真模型,根据此模型在MATLAB软件中对脱扣机构进行磨损仿真,为改进打结器脱扣机构的冲击大、磨损严重等问题提供理论依据。(2)线接触式空间凸轮机构设计:根据刀臂按正弦加速度摆动要求、同时满足凸轮与滚子以线接触形式运动,参考现有脱扣机构凸轮的基圆半径和升程,建立脱扣机构的曲面凸轮轮廓方程,利用MATLAB计算出曲面凸轮的轮廓三维坐标,将其导入P/ROE软件中建立曲面凸轮的三维模型。通过计算并对比原脱扣机构压力角和改进后脱扣机构的压力角,结果表明改进后脱扣机构在升程开始段和升程结束段压力角降低30%,比改进前最大降低20o。(3)脱扣机构接触应力计算与分析:通过对脱扣机构的接触力学模型解析,得出凸轮机构的接触力变化。通过建立改进前后的凸轮机构简化模型,导入ANSYS中进行脱扣机构的接触应力分析,应力分析结果为MATLAB磨损仿真计算提供必要数据。(4)基于MATLAB的脱扣机构磨损计算:根据推导的凸轮磨损模型,在凸轮进入升程开始以每5度的间隔为离散点,在MATLAB软件中仿真计算各离散点的磨损量,对比改进前的凸轮与改进后的凸轮的磨损量,结果表明改进后的凸轮的磨损量比改进前的凸轮的磨损量降低了60%。(5)脱扣机构的磨损对比试验与分析:采用铝制凸轮,将改进前脱扣机构和改进后脱扣机构安装在打结器疲劳试验台上进行脱扣机构磨损试验,试验结果表明:当捆绳拉力为120N时、主轴转速为60rpm时,250次打结后改进后的凸轮磨损量降低了43%,600次打结后改进后的凸轮磨损量降低了56%,1300次打结后改进后的凸轮磨损量降低了46%,2000次打结后改进后的凸轮磨损量降低了37%。改进后的脱扣机构由于圆柱滚子与曲面凸轮接触面积增加、冲击减小,其磨损量明显改善,验证了改进后的脱扣机构设计的正确性和有效性。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S225

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