高速针刺机振动分析与减振研究
发布时间：2021-07-15 09:32
针刺机是一种通过曲柄连杆机构带动针梁针板对纤网进行往复穿刺,形成非织造布的大型机械,随着非织造布的应用越来越广泛,针刺机的发展十分迅速,但是振动问题一直是制约针刺机工作效率及质量提升的关键因素。基于此,针对针刺机的振动问题进行了分析研究,并提出了相应的减振措施。首先对针刺机进行了动力学分析,采用动态静力分析法,将各构件进行分解,分别求出各构件受力情况,建立受力方程组,再将方程组进行联立求解。具体计算出了各运动副间的作用力,并对1200r/min,1500r/min,1800r/min三种不同转速下的受力情况进行对比分析。发现随着转速的提升,运动副间的相互作用力明显增大,对整机的不平衡和振动造成严重影响。其次对整机振动进行了功率谱分析,发现在针刺机最高工作频率30Hz范围内,振动信号的主要频率成分为基频和25Hz。其中,25Hz频率分量不随转速增加而变化,是由往复运动冲击激励引起的结构固有振动。利用有限元软件和实验相结合、相互印证的方法,对针刺机的主要部件进行了模态分析,发现针梁部件的一阶固有频率为24.13Hz,在25Hz附近,是对整机振动贡献较大的构件。且当针刺机在额定转速工作时,会...
【文章来源】：中原工学院河南省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
刺针刺入纤网
7响，因此对平衡轮的研究就显的十分必要。但由于针刺机的整体尺寸及结构的制约，平衡轮的安装位置受到限制，只能对其尺寸和质量分布进行重点研究。针刺机是将蓬松的纤维网，经压实、针刺，形成具有一定强力和厚度的针刺法非织造材料的设备,其中针刺机构为针刺机的关键结构，完成对纤网的固结，由主轴、偏心轮、连杆、针梁针板和摇臂导向装置组成。电机通过变速箱传动主轴，带动曲轴做旋转运动，连杆在曲轴的作用下，带动针梁针板做2倍偏心距的上下往复运动，完成对纤网的针刺动作。针刺法工艺的原理[45]是通过刺针反复穿刺纤网来实现的，如图2.2所示，成千上万个固定在针板上带有倒钩的刺针在针刺机构的带动下，对通过针刺区域的蓬松纤网进行无数次的针刺，刺针上的倒钩的作用是在刺针向下针刺时，能带动纤网一起向下运动，使纤网之间相互缠结，使原本蓬松的纤网压实。当刺针离开纤网时，形成大量的纤维束，这些纤维束以类似销钉的垂直状态钉入纤维网中，使其不能回复到原始的蓬松状态，形成具有一定强度、密度和厚度的无纺布。图2.2刺针刺入纤网针刺机完成整个针刺工艺过程，其工作原理如图2.3所示，在压网罗拉和输网帘的握持下，蓬松的纤网进入针刺区，在针刺区完成针刺工艺过程。托网板用来托持纤网，并承受周期交变的针刺力，刺针做回程运动时，利用剥网板挡住由于摩擦力带动的纤网，使刺针能顺利的从纤网中退出。托网板和剥网板上均有与刺针位置相对应的孔，使得刺针能平滑通过。图2.3针刺机工作原理
8针刺机构的核心运动机构是曲柄滑块机构，它将曲轴的旋转运动转换为针梁针板刺针的往复运动，满足针刺传动过程。其存在以下不足：（1）精度低。由于低副中存在间隙，难以准确地实现工作机构的运动要求；（2）振动大。由于难以对偏心运动机构进行精确动平衡，且存在运动间隙，导致运动过程中产生较大振动，难以满足高速运行的要求。（3）滑块需采用油浴润滑,摩擦发热较大,不能适应高速化。同时,润滑油密封难度较大,易产生渗漏,污染针板,影响产品质量。曲柄连杆机构高速工作时会产生较大的振动，是目前针刺机技术迫切需要解决的关键问题。2.1.2针刺机结构组成（1）主轴和偏心轮偏心机构是将回转运动与往复运动相互转换常用的机构，如图2.4所示，偏心轮的几何中心到回转中心的距离称之为偏心距e，当主轴旋转一周时，针梁针板往复运动一次，完成一个针刺动作，针梁针板移动的距离称之为针刺动程，为偏心距的两倍。根据不同的生产要求，可在一定范围内对针刺机的动程进行调节[46]。图2.4主轴和偏心轮（2）连杆偏心轮与针梁针板之间一般通过连杆或者直推杆进行传动连接，两种连接方式导致导向方式不同。主轴箱式针刺机一般采用直推杆式的连接方式，导向装置为轴套导向，但是轴套内加油脂润滑时，易磨损和漏油，无箱摇臂式针刺机则是用连杆将偏心轮与针梁连接，采用扇形齿轮齿条导向装置，该结构可避免直推杆式的磨损漏油问题。（3）针梁针板针梁是用来安装针板的，如图2.5所示，上端与连杆相连，下端固定着针板，其运动的精确性和平稳性直接决定着针刺机的工作质量，且制约着针刺机的工作效率，是针刺机的关键部件。由于其尺寸和质量很大（重达250kg），在做往复运动的过程
【参考文献】：
期刊论文
[1]扭转梁悬架碳纤维复合材料横梁结构优化[J]. 蒋荣超,刘越,刘大维,王登峰,孙海霞. 汽车工程. 2020(02)
[2]农业机械设计中SolidWorks软件的应用分析[J]. 杨鹏威. 广西农业机械化. 2019(06)
[3]机械臂重力平衡机构的设计与实验研究[J]. 刘会英,李微微,柴培林,梁潇. 机械设计与制造. 2019(11)
[4]基于模态分析的动臂固有频率预测模型[J]. 黄健,林述温,林航. 机械制造与自动化. 2019(04)
[5]随机振动载荷的传递路径分析研究[J]. 李鹏,李凯翔,潘凯. 应用力学学报. 2019(05)
[6]基于模态分析优化大型复杂焊接构件振动时效参数的研究[J]. 张晓睿,董学武,李兵,王东强,陈文广,张君浩,李彪,宋志强. 中原工学院学报. 2019(03)
[7]枪管结构对固有频率的影响[J]. 刘恒沙,徐诚. 弹道学报. 2019(01)
[8]动车组轮对模态试验中激振器激励与锤击激励的异同研究[J]. 贾小平,马广轩,刘栋. 铁道机车与动车. 2019(02)
[9]发动机曲柄连杆机构的动力学分析[J]. 冯义,文学洙. 延边大学学报(自然科学版). 2018(01)
[10]基于MATLAB的曲柄滑块机构的动态静力分析[J]. 李宗,姚锦涛,刘康. 装备制造技术. 2018(02)
博士论文
[1]曲柄群机构运动分析及动平衡研究[D]. 刘言松.陕西科技大学 2017
硕士论文
[1]振动分析在风电机械设备故障诊断中的研究[D]. 孙强.山东大学 2019
[2]高速卷绕机动力学分析和动平衡研究[D]. 张君浩.中原工学院 2018
[3]针刺机关键部件运动学分析与仿真研究[D]. 周浩.天津工业大学 2017
[4]针刺机动态特性实验分析[D]. 唐子龙.西安工程大学 2012
[5]针刺机曲柄箱CAD系统的研究与开发[D]. 吕艳芬.青岛大学 2012
本文编号：3285450
【文章来源】：中原工学院河南省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
刺针刺入纤网
7响，因此对平衡轮的研究就显的十分必要。但由于针刺机的整体尺寸及结构的制约，平衡轮的安装位置受到限制，只能对其尺寸和质量分布进行重点研究。针刺机是将蓬松的纤维网，经压实、针刺，形成具有一定强力和厚度的针刺法非织造材料的设备,其中针刺机构为针刺机的关键结构，完成对纤网的固结，由主轴、偏心轮、连杆、针梁针板和摇臂导向装置组成。电机通过变速箱传动主轴，带动曲轴做旋转运动，连杆在曲轴的作用下，带动针梁针板做2倍偏心距的上下往复运动，完成对纤网的针刺动作。针刺法工艺的原理[45]是通过刺针反复穿刺纤网来实现的，如图2.2所示，成千上万个固定在针板上带有倒钩的刺针在针刺机构的带动下，对通过针刺区域的蓬松纤网进行无数次的针刺，刺针上的倒钩的作用是在刺针向下针刺时，能带动纤网一起向下运动，使纤网之间相互缠结，使原本蓬松的纤网压实。当刺针离开纤网时，形成大量的纤维束，这些纤维束以类似销钉的垂直状态钉入纤维网中，使其不能回复到原始的蓬松状态，形成具有一定强度、密度和厚度的无纺布。图2.2刺针刺入纤网针刺机完成整个针刺工艺过程，其工作原理如图2.3所示，在压网罗拉和输网帘的握持下，蓬松的纤网进入针刺区，在针刺区完成针刺工艺过程。托网板用来托持纤网，并承受周期交变的针刺力，刺针做回程运动时，利用剥网板挡住由于摩擦力带动的纤网，使刺针能顺利的从纤网中退出。托网板和剥网板上均有与刺针位置相对应的孔，使得刺针能平滑通过。图2.3针刺机工作原理
8针刺机构的核心运动机构是曲柄滑块机构，它将曲轴的旋转运动转换为针梁针板刺针的往复运动，满足针刺传动过程。其存在以下不足：（1）精度低。由于低副中存在间隙，难以准确地实现工作机构的运动要求；（2）振动大。由于难以对偏心运动机构进行精确动平衡，且存在运动间隙，导致运动过程中产生较大振动，难以满足高速运行的要求。（3）滑块需采用油浴润滑,摩擦发热较大,不能适应高速化。同时,润滑油密封难度较大,易产生渗漏,污染针板,影响产品质量。曲柄连杆机构高速工作时会产生较大的振动，是目前针刺机技术迫切需要解决的关键问题。2.1.2针刺机结构组成（1）主轴和偏心轮偏心机构是将回转运动与往复运动相互转换常用的机构，如图2.4所示，偏心轮的几何中心到回转中心的距离称之为偏心距e，当主轴旋转一周时，针梁针板往复运动一次，完成一个针刺动作，针梁针板移动的距离称之为针刺动程，为偏心距的两倍。根据不同的生产要求，可在一定范围内对针刺机的动程进行调节[46]。图2.4主轴和偏心轮（2）连杆偏心轮与针梁针板之间一般通过连杆或者直推杆进行传动连接，两种连接方式导致导向方式不同。主轴箱式针刺机一般采用直推杆式的连接方式，导向装置为轴套导向，但是轴套内加油脂润滑时，易磨损和漏油，无箱摇臂式针刺机则是用连杆将偏心轮与针梁连接，采用扇形齿轮齿条导向装置，该结构可避免直推杆式的磨损漏油问题。（3）针梁针板针梁是用来安装针板的，如图2.5所示，上端与连杆相连，下端固定着针板，其运动的精确性和平稳性直接决定着针刺机的工作质量，且制约着针刺机的工作效率，是针刺机的关键部件。由于其尺寸和质量很大（重达250kg），在做往复运动的过程
【参考文献】：
期刊论文
[1]扭转梁悬架碳纤维复合材料横梁结构优化[J]. 蒋荣超,刘越,刘大维,王登峰,孙海霞. 汽车工程. 2020(02)
[2]农业机械设计中SolidWorks软件的应用分析[J]. 杨鹏威. 广西农业机械化. 2019(06)
[3]机械臂重力平衡机构的设计与实验研究[J]. 刘会英,李微微,柴培林,梁潇. 机械设计与制造. 2019(11)
[4]基于模态分析的动臂固有频率预测模型[J]. 黄健,林述温,林航. 机械制造与自动化. 2019(04)
[5]随机振动载荷的传递路径分析研究[J]. 李鹏,李凯翔,潘凯. 应用力学学报. 2019(05)
[6]基于模态分析优化大型复杂焊接构件振动时效参数的研究[J]. 张晓睿,董学武,李兵,王东强,陈文广,张君浩,李彪,宋志强. 中原工学院学报. 2019(03)
[7]枪管结构对固有频率的影响[J]. 刘恒沙,徐诚. 弹道学报. 2019(01)
[8]动车组轮对模态试验中激振器激励与锤击激励的异同研究[J]. 贾小平,马广轩,刘栋. 铁道机车与动车. 2019(02)
[9]发动机曲柄连杆机构的动力学分析[J]. 冯义,文学洙. 延边大学学报(自然科学版). 2018(01)
[10]基于MATLAB的曲柄滑块机构的动态静力分析[J]. 李宗,姚锦涛,刘康. 装备制造技术. 2018(02)
博士论文
[1]曲柄群机构运动分析及动平衡研究[D]. 刘言松.陕西科技大学 2017
硕士论文
[1]振动分析在风电机械设备故障诊断中的研究[D]. 孙强.山东大学 2019
[2]高速卷绕机动力学分析和动平衡研究[D]. 张君浩.中原工学院 2018
[3]针刺机关键部件运动学分析与仿真研究[D]. 周浩.天津工业大学 2017
[4]针刺机动态特性实验分析[D]. 唐子龙.西安工程大学 2012
[5]针刺机曲柄箱CAD系统的研究与开发[D]. 吕艳芬.青岛大学 2012
本文编号：3285450
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