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钳板机构是精梳机中用于生产优质纱线的主要部件,其运动特性和动力特性的好坏直接影响到精梳机的梳棉质量。钳板机构具有前后摆动、上下启闭以及上下钳口咬合等运动,其运动特性的研究已经比较深入,但是其动力特性尚未研究,造成国内自主研发的钳板机构运动稳定性差、咬合精度低,导致其梳棉质量下降,生产效率低下,产品没有竞争力。为了提高国内自主研发钳板机构的能力,本文借助机构弹性动力学理论、有限元理论以及相关的力学、动力学、振动方面的理论和方法实现对钳板机构弹性动力特性的研究,为钳板机构向轻型、高速方向发展提供可能性。
动力学模型是对钳板机构进行动力分析的前提。本文在全面考虑钳板机构刚弹耦合效应、陀螺效应、机构运转效应、剪切变形、转动惯量、拉压非线性应变的基础上,分析了钳板机构的各种动力学模型,并确定了一种适合于钳板机构的动力学模型和与之相适应的各柔性构件的截面尺寸,为后续的动力分析奠定了基础。同时,经过大量的计算、分析、比较,获得了柔性构件的细长比与钳板机构动力响应的关系以及机构的陀螺效应和运转效应对钳板机构动力响应的影响。
钳板机构的本征特性是影响机构动力特性的要素之一,因此选取其正确的计算方法也是进行动力分析的基础。传统的“简化法”在计算机构的固有频率时把机构运动周期当作是由静止不动的各个瞬间所组成,而本文则省略了这一假设,考察了机构的陀螺效应和运转效应对机构固有频率和固有模态的影响,为后续动力分析奠定了基础。
在研究钳板机构动力学模型和本征特性的基础上,运用机构弹性动力学理论分析该机构的低阶谐振现象,并对其成因进行研究。采用有限元方法和拉格朗日方程建立钳板机构动力学模型。由于所建动力学模型是时变系统,因此采用闭式算法进行求解。分析了钳板机构的低阶谐振现象,并从刚体惯性载荷、加压弹簧恢复力、冲击力三个方面探索钳板机构低阶谐振的成因。通过上述分析,可以改变系统的质量分布使曲柄转速落在两个谐振点频率之间的波谷区,以使机构动响应局部最小,可为钳板机构的弹性动力综合打下基础。
利用欧拉梁理论、迦辽金方法、傅立叶级数研究了钳板机构的参激振动稳定性问题。针对钳板机构的运动特点和工作需求,提出了一种新的参数平面,直接以结构参量、截面参量为激励参数构建参数平面,既切合实际应用,又有明显的物理意义,通过与传统参数平面进行比较验证了本文所提参数平面的合理性。利用新提出的参数平面,分析了结构参量、截面参量与机构稳定性之间的关系。
材料参量也是影响钳板机构运动稳定性的一个主要因素,在详细介绍高阻尼铝合金阻尼模型的基础上,建立了有阻尼钳板机构振动系统运动微分方程,实现对钳板机构有阻尼参振特性的研究,充分分析了高阻尼铝合金材料与机构运动稳定性的关系。结果显示,具有高强度、低密度、高阻尼特性的高阻尼铝合金有效地抑制了钳板机构的不稳定性。随着高阻尼合金的进一步发展,其在钳板机构中的应用必然具有广阔的前景。