温度对胶辊粘弹性滚动接触特性的影响研究

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胶辊是打印机、存取款机及工业印刷机等设备中输纸机构的重要组件,其摩擦特性对设备的输纸过程及使用效率有显著影响。环境温度是影响胶辊与纸张间滚动摩擦特性的重要因素,然而,目前对胶辊滚动摩擦特性进行的相关研究主要集中在室温环境。因此,针对温度变化对胶辊粘弹性滚动摩擦特性的影响进行系统研究具有重要意义,其有利于优化输纸机构设计参数。本文以输纸胶辊为研究对象,采用理论分析、仿真计算和试验验证等方式,对不同温度下的胶辊粘弹性滚动接触特性进行深入探讨。首先,基于无量纲分析方法建立了胶辊热-粘弹参数预测模型。为了研究任意试验温度下材料粘弹性本构方程中各参数与温度间的关系,借助自主设计的蠕变试验平台及数据采集系统针对不同材料进行了高低温蠕变试验。基于最小二乘法对各试验温度下的蠕变结果进行非线性拟合并获得材料各粘弹参数。采用唯象学理念并利用多项式插值建立了热-粘弹参数预测模型,基于本模型可根据有限组试验数据预测任意温度下的材料粘弹参数。其次,建立了表征温度效应的胶辊滚动接触力学模型。为了系统研究温度、载荷、转速等参数对胶辊与纸张间滚动接触特性的影响,基于Winkler理论并借助热-粘弹参数预测模型,推导了胶辊滚动接触力学模型。利用MATLAB分析了不同工况因素下胶辊滚动摩擦系数、接触区应力分布、接触宽度等指标的变化规律。然后,基于有限元法建立了胶辊与纸张滚动接触仿真模型。为了研究温度及材料类型对胶辊摩擦特性的影响,验证理论分析的正确性,进行了高低温压缩试验。并借助蠕变试验数据开展了胶辊滚动接触仿真研究,与理论计算结果进行了对比分析。最后,开展了胶辊摩擦特性试验研究。为了试验验证理论及仿真结果的可靠性,自主研制了一种新型动态加载胶辊摩擦系数检测平台。以此平台为基础,针对硅橡胶、三元乙丙橡胶及丁腈橡胶胶辊进行了摩擦系数检测试验,揭示了温度、材料、转速及正压力对胶辊摩擦系数的影响规律,为输纸机构参数设计提供有效的数据支持。
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