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本文针对D型打结器在打结嘴铰扭绳扣过程中出现的捆绳缠死在打结嘴凸台上导致的成结失败和钩钳扭转变形问题,以非均匀三次B样条曲线造型方法和基于累积损伤理论的可靠性设计方法对打结器绕扣机构进行改进设计,运用基于刚柔接触动力学的打结器虚拟打结方法,对改进前后的绕扣机构进行成结对比试验,验证了绕扣机构改进设计的有效性,并利用打结器性能检测与可靠性试验台对改进后的绕扣机构进行打结正交试验。本文的主要研究工作如下:(1)打结嘴的曲面造型设计:提出利用非均匀三次B样条曲线造型方法表征打结嘴纵向截面轮廓曲线,对比分析构造的打结嘴纵向截面轮廓曲线与三维扫描的打结嘴模型对应截面曲线,二者的弧度变化率相差0.05,表明此方法可行。建立了打结嘴表面的非均匀三次B样条曲面函数,利用C++的OPENGL可视化模块构造打结嘴曲面。通过对打结嘴绕扣过程的受力分析,得出捆绳不发生缠死在打结嘴凸台上的曲面曲率要求,利用非均匀三次B样条曲线造型方法对打结嘴侧向曲面进行改进设计。(2)基于累积损伤理论的钩钳可靠性设计:以实测的绕扣机构在成结过程中所受捆绳拉力为钩钳载荷,利用ANSYS有限元软件建立钩钳的静力学分析模型,通过加载与求解计算得出钩钳危险点位置。再利用ANSYS的疲劳分析模块对危险点进行疲劳分析,结果显示:经过10万次循环加载,钩钳的疲劳耗损系数达到1.87476,发生疲劳失效。采用强度-应力干涉理论,以钩钳危险截面积最小为优化目标函数,约束钩钳刚度和强度条件,建立钩钳模糊可靠性优化设计模型,得出6×6圆角矩形截面的20CrMnTi为最优解,且ANSYS的疲劳分析结果显示,经过10万次循环加载,钩钳的疲劳耗损系数达到0.79256,钩钳没有发生疲劳失效。(3)双齿盘驱动打结器绕扣机构动力学仿真:利用ADAMS动力学仿真软件建立改进前后的绕扣机构与捆绳刚柔接触的动力学模型,对比分析了改进前后的绕扣机构动作过程,表明改进后的绕扣机构成结更加可靠。利用打结器性能检测与可靠性试验台对改进后的绕扣机构进行打结试验,16000次打结试验结果表明:改进后的打结嘴曲面可约束捆绳缠绕在打结嘴凸台下方表面,未发生捆绳缠死在打结嘴凸台上导致的成结失败现象。(4)绕扣机构正交疲劳试验:以捆绳拉力、打结器主轴转速和捆绳直径为因素,对改进后的绕扣机构进行打结正交试验,同时利用测量钩钳截面与打结嘴安装截面间距变化,以此分析钩钳是否发生变形,试验结果表明:在经过16000次的打结正交试验后,绕扣机构成结率达到100%,钩钳截面与打结嘴安装面的间距保持初始值0.52mm,并未发生变形,与ANSYS的疲劳分析结果一致。