新型橡胶磨耗试验机的研究

发布时间：2017-09-16 11:08

  本文关键词：新型橡胶磨耗试验机的研究

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【摘要】：随着道路交通的发展以及人们生活水平的提高,人们对轮胎使用性能的要求也越来越高。橡胶磨耗试验机是橡胶行业广泛使用的用于测试汽车轮胎磨耗性能的一种设备。橡胶阿克隆磨耗试验机价格便宜,是目前橡胶行业最普遍使用的一种橡胶磨耗试验机。但因其具有不能实现高温磨耗、不能实现不同速度下的磨耗、不能连续施加载荷且加载不稳定等缺点,已经越来越不能适应汽车轮胎的发展。本文以实验室用的橡胶阿克隆磨耗试验机为基础对其进行了全方位的改进,开发出了一种新型橡胶磨耗试验机。首先根据磨耗试验机的工作要求确定了系统总体传动方案,并通过相关的理论计算确定了交流伺服电机的具体型号。然后对机械的运动和动力参数进行了理论计算,确定了蜗轮蜗杆减速器的具体尺寸并进行了必要的强度校核。利用先进的三维软件Creo对新型橡胶磨耗试验机的整体结构进行了设计。通过分析现有橡胶磨耗试验机加力方式的优缺点,提出了把磁场力应用于橡胶磨耗试验机,并设计了电磁加力装置。通过研究现有橡胶高温磨耗试验机的加热性能与实际轮胎的相关性,提出了在胶轮内部采用加热圈进行加热的方式,并设计了胶轮加热装置。设计了电机驱动式的试样防粘自动撒粉装置。参照橡胶阿克隆磨耗试验机的角度调节机构,设计了新型橡胶磨耗试验机的角度调节结构。利用Altium Designer软件对新型橡胶磨耗试验机的胶轮加热控制系统和电磁加力控制系统进行了硬件设计,同时根据硬件系统和要实现的功能对胶轮加热控制系统和电磁加力控制系统进行了软件设计。最后在有限元分析中简要论述了Ansys有限元分析的一般过程以及Ansys热分析、静力学分析、动力学分析的基本原理。利用Ansys软件对胶轮进行了温度场分析,根据分析结果对胶轮尺寸进行了优化设计。利用Ansys软件对蜗轮轴的强度进行了分析,分析结果与理论计算进行了对比,验证了蜗轮轴强度的可靠性。利用Ansys软件对蜗轮轴分别在轴承刚性约束和轴承弹性约束下进行模态分析,根据模态分析结果求出轴承的临界转速,确保蜗轮轴在工作时不会产生共振。利用Ansys软件对减速器箱体进行了谐响应分析,确保其在工作过程中不会产生共振。
【关键词】：磨耗试验机 结构设计 Creo 有限元 单片机设计
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U467.4
【目录】：

• 摘要3-4
• abstract4-10
• 1 绪论10-28
• 1.1 课题研究的目的和意义10-11
• 1.2 橡胶磨耗试验设备的发展概况11
• 1.3 橡胶的磨耗及磨耗机理11-15
• 1.3.1 橡胶的磨耗11-12
• 1.3.2 橡胶磨耗机理的研究12-13
• 1.3.3 影响橡胶磨耗的因素13-14
• 1.3.4 磨耗影响因素的研究14-15
• 1.4 橡胶磨耗试验的方式15-16
• 1.5 橡胶磨耗试验机的研究现状及发展趋势16-26
• 1.5.1 格拉西里磨耗试验机16-18
• 1.5.2 邵坡尔磨耗试验18-20
• 1.5.3 皮克磨耗试验机20-22
• 1.5.4 阿克隆磨耗试验机22-23
• 1.5.5 兰博恩磨耗试验机23-24
• 1.5.6 GHK磨耗试验机24-26
• 1.6 本课题的主要研究内容26-28
• 2 伺服系统选型及运动、动力参数计算28-42
• 2.1 传动装置总体方案确定28
• 2.1.1 已知参数28
• 2.1.2 传动装置总体设计28
• 2.2 伺服系统的设计28-31
• 2.2.1 电机控制类型的选择28-29
• 2.2.2 电机的选择29-31
• 2.3 机械装置的运动和动力参数计算31-36
• 2.3.1 蜗杆传动的失效形式、设计准则及常用材料31-32
• 2.3.2 蜗轮蜗杆的强度设计32-36
• 2.4 蜗轮蜗杆基本尺寸设计36-37
• 2.4.1 蜗杆的基本参数设计36
• 2.4.2 蜗轮基本尺寸设计36-37
• 2.5 蜗轮轴的尺寸设计与校核37-41
• 2.5.1 蜗轮轴的尺寸设计37-38
• 2.5.2 蜗轮轴的强度校核计算38-40
• 2.5.3 蜗杆的强度校核计算40-41
• 2.6 本章小结41-42
• 3 机械系统研究与设计42-53
• 3.1 总体目标和设计参数42
• 3.2 总体结构设计要求42
• 3.3 总布局及主要结构设计要求42-52
• 3.3.1 总体布局42-43
• 3.3.2 电磁加力器设计43-46
• 3.3.3 胶轮加热装置设计46-48
• 3.3.4 胶轮角度调节机构设计48-50
• 3.3.5 自动撒粉装置设计50-52
• 3.4 本章小结52-53
• 4 控制系统研究与设计53-72
• 4.1 恒温控制系统概述53-54
• 4.2 恒温控制系统硬件选择54-59
• 4.2.1 处理器AT89S5254-55
• 4.2.2 TN901数字温度传感器55
• 4.2.3 LED显示结构55-56
• 4.2.4 固态继电器56-57
• 4.2.5 电源电路设计57
• 4.2.6 键盘模块57-58
• 4.2.7 复位电路58
• 4.2.8 硬件连接58-59
• 4.3 恒温控制系统软件设计59-62
• 4.3.1 主程序59
• 4.3.2 读出温度子程序59-60
• 4.3.3 计算温度子程序60-61
• 4.3.4 键盘扫描程序61
• 4.3.5 继电器控制子程序61-62
• 4.3.6 LED显示子程序62
• 4.4 电磁加力系统概述62-63
• 4.5 电磁加力系统硬件选择63-68
• 4.5.1 处理器AT89S5263-64
• 4.5.2 SP20C-G501压力传感器64
• 4.5.3 LED显示结构64-65
• 4.5.4 固态继电器65-66
• 4.5.5 电源电路设计66
• 4.5.6 A/D转换芯片HX71166-67
• 4.5.7 复位电路67-68
• 4.5.8 硬件连接68
• 4.6 电磁加力系统软件设计68-71
• 4.6.1 主程序68-69
• 4.6.2 A/D转换子程序69-70
• 4.6.3 读出压力子程序70
• 4.6.4 计算压力子程序70-71
• 4.6.5 LED数码管显示压力程序71
• 4.6.6 继电器控制子程序71
• 4.7 本章小结71-72
• 5 基于ANSYS的有限元分析及优化设计72-88
• 5.1 ANSYS有限元概述72-73
• 5.2 胶轮的稳态热分析73-77
• 5.2.1 稳态热分析的有限元原理73-74
• 5.2.2 有限元模型及其前处理74-75
• 5.2.3 胶轮稳态热分析模拟结果75-77
• 5.3 蜗轮轴在极限工况下的静力学分析77-80
• 5.3.1 结构静力学有限元原理77
• 5.3.2 有限元模型及其前处理77-79
• 5.3.3 蜗轮轴静力学模拟结果79-80
• 5.4 蜗轮轴的动力学分析80-84
• 5.4.1 模态分析有限元原理80
• 5.4.2 确定建模参数80-81
• 5.4.3 轴承为刚性约束时边界的处理与求解81-83
• 5.4.4 轴承为弹性约束时边界的处理与求解83-84
• 5.5 减速器箱体的谐响应分析84-87
• 5.5.1 谐响应分析有限元原理84
• 5.5.2 确定建模参数84-85
• 5.5.3 边界条件及载荷设置85
• 5.5.4 求解结果85-87
• 5.6 本章小结87-88
• 6 总结与展望88-90
• 6.1 总结88
• 6.2 展望88-90
• 参考文献90-93
• 附录1 新型磨耗试验机总装配爆炸图93-94
• 附录2 新型磨耗试验机相关尺寸图纸94-100
• 致谢100-101
• 攻读硕士学位期间发表和完成论文101-102

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本文编号：862670