起毛机工作过程中曾出现针辊之间“打架”、共振、轴承提前破坏以及轴头断裂等现象,严重影响了起毛质量和整机性能。 基于有关文献,针对上述问题和起毛机结构运动的复杂性,本文系统地建立了起毛机针辊及其轴承的分析模型,并提出了系统综合性能的优化支承方案。 (1)借助奇异函数和拉氏变换建立了多支承变截面梁的变形分析模型。针辊在工作过程中受到皮带作用力、重力及公转惯性力、织物作用力等,将产生沿锡林径向、切向的弯曲变形和针辊轴向的扭转变形。利用模型对简支、多支承辊体的变形分析,可以求出工作过程中针辊的最大弯曲挠度/扭转角度、最大合成应力以及多个支承的最大支承反力等。 (2)针对针辊的工况,建立了变截面梁的简支/固支弯曲振动模型。起毛运动属于行星运动,使得针辊的实际转速达到100r/min左右,而针辊的大跨度简支结构决定了其弯曲固有频率较低。通过弯曲振动分析模型,可以求出针辊的前五阶频率及其对应的振型和临界转速。由于模型的复杂性,多支承针辊的模态瞬态等动力分析借助有限元软件 Ansys8.1得到了实现。通过频谱分析试验,两种分析模型都有很高的求解精度。 (3)基于前面的变形分析,建立了针辊轴承寿命分析模型。由一个工作周期内每个支承转速和交变的约束反力,根据深沟球轴承的载荷及寿命分析公式,确定出其使用寿命。 (4)提出了针辊系统性能指标,并建了性能对支承位置的优化模型。一定工况下,针辊的最大弯曲挠度、一阶固有频率及其支承最大支反力直接反映了针辊系统的抗弯刚度、动力特性和轴承的使用寿命。以这些参数作为评价针辊系统的性能指标,通过优化模型,得到综合性能最佳的支承位置,可直接指导辊体系统的设计。 (5)根据上述模型,本文利用Matlab6.5开发出了通用性较强的“起毛机关键部件的系统分析平台”,成功用于厂方不同型号的起毛机的设计分析,得到的优化结果已被采纳用于起毛机针辊综合性能的改善。关键词:起毛机针辊、多支承变截面梁、临界转速、弯曲变形、扭转变形、弯曲振动、多目标优化、轴承使用寿命