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基于有限元分析的双针筒电脑袜机成圈机构的研究

作　者: 边晓川
导　师: 方园
学　校: 浙江理工大学
专　业: 纺织工程
关键词: 双针筒电脑袜机 ANASY/LS-DYNA 成圈机构有限元分析弹性动力学
分类号: TS183.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

双针筒电脑袜机作为高性能机电一体化针织设备的典型机型,它将自动控制技术和现代机械设计相结合,利用双针筒和双头舌针直接编织罗纹袜口,实现了织袜过程的自动化控制。国产双针筒电脑袜机是近年发展起来的,同时也取得了可喜的成果,但是其产品的研制模式主要为产品仿制或者与国外技术合作生产两种形式,缺乏自主知识产权和核心关键技术,现有的产品技术与国外技术相比存在着很大的技术差异,特别是机器的编织可靠性和稳定性仍有待于提高。应用现代机械设计技术,加强对双针筒电脑袜机编织工艺的研究,提高双针筒电脑袜机的设计水平,对于发展现代织袜产业具有很强的现实意义。本文在研究国内外先进双针筒电脑袜机编织原理的基础上,研究分析了双针筒电脑袜机的编织工艺技术,对成圈关键工艺点进行了设计与计算。应用ANSYS/LS-DYNA对成圈机构的非线性动力学分析,研究了编织过程中各个机件间的复杂力学关系,确定了最佳的编织条件;并通过对导针片带动双头舌针运动过程中的瞬态碰撞,进行了其弹性动力学分析,通过上述研究对关键成圈机件双头舌针的针身结构进行了改进设计,提高了双针筒袜机编织的稳定性与可靠性。论文研究的主要内容如下:(1)分析了双针筒电脑袜机主要工作机构,重点对其成圈编织机构进行了系统的深入分析,从而为建立成圈机构有限元模型提供了数据依据,保证了分析结果的准确性。(2)分析了双针筒电脑袜机三角系统中各工作三角的编织作用,分别研究了成圈编织、集圈编织和正反转编织的走针轨迹,并对成圈机构编织过程中的关键工艺点进行了设计与计算,为其在有限元分析中的建模提高准确数据。(3)确定成圈机构有限元建模中的重要参数,结构单元采用SOLID164,双头舌针与导针片材料属性为线性弹性材料,网格划分方式选择扫掠划分,接触类型选用ASSC自动接触,接触罚因子f s= 0.4,合理的参数设置才能保证动力学分析的顺利完成。(4)使用ANSYS/LS-DYNA对成圈机构的编织过程进行动力学分析,求解出成圈机构编织过程中成圈机件的运动规律。并运用实验分析,验证了有限元计算结果的正确性。(5)对编织过程中导针片与双头舌针的瞬态碰撞过程进行有限元分析,通过分析结果,优化双头舌针的针身结构设计,从而减小了织针受力,提高了织针的使用寿命。课题通过ANSYS/LS-DYNA对双针筒电脑袜机成圈机构的动力学分析,在成圈机构有限元建模和双头舌针与导针片间的弹性碰撞进行了深入研究,完成了预期研究目标,为国产双针筒电脑袜机的性能提高提供了一种行之有效的研究方法。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-16
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 国内外双针筒电脑袜机的技术研究现状  11-14
    1.2.1 国外双针筒电脑袜机的技术现状  11-13
    1.2.2 国内双针筒电脑袜机的技术现状  13-14
  1.3 课题研究的目的和意义  14
  1.4 论文研究的主要内容  14-16
第二章双针筒电脑袜机机构分析与关键工艺点计算  16-33
  2.1 双针筒电脑袜机的机构分析  16-20
    2.1.1 电脑袜机的基本构造  16-17
    2.1.2 成圈机构  17-20
    2.1.3 牵拉机构  20
    2.1.4 控制机构  20
  2.2 双针筒电脑袜机编织工艺的分析  20-23
    2.2.1 成圈编织走针轨迹  20-21
    2.2.2 集圈编织走针轨迹  21-22
    2.2.3 正反转编织走针轨迹  22-23
  2.3 三角编织系统关键工艺点的设计和计算  23-32
    2.3.1 电脑袜机主要参数与设计要求  24
    2.3.2 主三角编织系统工艺点的设计  24-25
    2.3.3 压针三角的设计和计算  25-26
    2.3.4 起针工艺点的设计  26
    2.3.5 成圈工艺点的设计和计算  26-27
    2.3.6 集圈工艺点的设计和计算  27-28
    2.3.7 退圈工艺点的设计和计算  28-29
    2.3.8 垫纱工艺点的设计和计算  29-30
    2.3.9 闭口工艺点的设计和计算  30-31
    2.3.10 脱圈工艺点的设计  31-32
    2.3.11 停针工艺点的设计  32
  2.4 本章小结  32-33
第三章成圈机构的冲击受力分析  33-41
  3.1 平稳运动过程中的力学状态  33-36
  3.2 成圈机件间的冲击  36-40
    3.2.1 针筒三角与导针片之间冲击  36-37
    3.2.2 导针片与舌针之间的冲击  37-38
    3.2.3 R_v 和R _v' 之间的关系  38-39
    3.2.4 三角与导针片、双头舌针冲击力的波形分析  39-40
  3.3 本章小结  40-41
第四章基于有限元的成圈机构动力学分析  41-61
  4.1 ANSYS/LS-DYNA 有限元分析软件功能特点概述  41
  4.2 接触－碰撞的数值计算方法  41-43
    4.2.1 接触界面与非嵌入条件  42-43
    4.2.2 接触面力条件  43
  4.3 ANSYS/LS-DYNA 的处理流程  43-45
    4.3.1 单元类型和材料属性定制  43-44
    4.3.2 建立有限元模型  44
    4.3.3 网格划分  44-45
  4.4 ANSYS/LS－DYNA 有限元模型的建立  45-51
    4.4.1 单元类型的选择及材料属性的定义  45-46
    4.4.2 成圈机件有限元实体模型  46-47
    4.4.3 网格划分  47-48
    4.4.4 创建PART／定义接触类型  48-49
    4.4.5 加载与初始速度的定义  49-50
    4.4.6 求解控制  50
    4.4.7 k 文件  50-51
    4.4.8 求解控制  51
  4.5 成圈机构编织过程的后处理分析  51-57
    4.5.1 成圈编织过程的分析  51-53
    4.5.2 集圈编织过程的分析  53-55
    4.5.3 反转编织过程的分析  55-57
  4.6 高速摄影实验  57-60
    4.6.1 实验方法与实验仪器  57-58
    4.6.2 实验数据与结果  58-59
    4.6.3 实验结果分析  59-60
  4.7 本章小结  60-61
第五章成圈机构的弹性动力学分析  61-72
  5.1 舌针的弹性振动分析  61-67
    5.1.1 舌针弹性振动的数值分析  61-64
    5.1.2 舌针弹性振动的简化模型  64-67
  5.2 碰撞过程的有限元分析  67-71
    5.2.1 舌针导针片碰撞的有限元分析  67-70
    5.2.2 减小舌针冲击的优化方法  70-71
  5.3 本章小结  71-72
第六章结论与展望  72-74
  6.1 结论  72-73
  6.2 展望  73-74
参考文献  74-78
致谢  78-80
附录  80-82

基于有限元分析的双针筒电脑袜机成圈机构的研究

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