薄片介质高速传动的动态仿真与分析

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1、薄片介质高速传动的动态仿真与分析　　摘要：针对薄片介质在金融自动处理设备中传动和堆叠过程中常见的卡阻故障，采用RecurDyn计算薄片介质的力学特性，获得薄片介质的弹性模量与弯曲挠度之间的关系曲线，以用于确定不同新旧程度薄片介质的弹性模量；基于票券自动处理设备中的堆叠模块，对介质在传动过程中的变形和运动姿态进行仿真，计算支撑固件的不同长度所对应的介质弯曲挠度.结果表明：支撑固件长度越大，介质产生的弯曲挠度越大，有利于避免介质堆叠时发生卡阻问题.　　关键词：金融自动处理设备；薄片介质；传动；可靠性；动态力学　　中图分类号：TH113.

2、2文献标志码：B　　0引言10　　薄片介质自动处理设备，如复印机、打印机及ATM等产品是一种高度精密的机电一体化智能装置.随着社会经济的发展，人们使用此类设备越来越频繁，因此对该类自动处理设备的功能、性能和体验等方面提出越来越高的要求.金融自动处理设备，如ATM，VTM和清分机等，日常处理票券的数量巨大，且所处理的票券物理属性不一，因此金融自动处理设备应具有较高的精确性和较好的票券适应性.薄片介质自动处理设备主要实现对介质的分离、传动和堆叠等功能，其利用的原理主要包括介质的摩擦分离和介质变形控制.接触理论的创始人HERTZ于1882

3、年在德国一家杂志上发表关于弹性固体的接触的开创性论文，然而当时的HERTZ理论并不完善，只有当摩擦表面满足理想光滑的前提条件时才成立，因此该理论具有一定的局限性.[1]1990年，世界著名接触力学学者KALKER[2]发表专著《三维弹性体的滚动接触》，阐述弹性理论中的4个摩擦滚动接触理论：线性理论、沈志云赫德里克埃尔金斯理论、简化理论和变分理论.这些理论对人们解决当时的车辆动力学问题起到非常重要的作用.近20多年，众多学者[37]对纸张与送纸辊之间的摩擦分离问题进行许多研究，这些研究对介质自动处理设备的结构设计工作者具有实际指导意义

4、.　　薄片介质传输单元是金融自动处理设备的重要组成部分，其性能设计需要考虑介质在传输单元中的动力学行为，因此仿真计算是一种非常有效的研究手段.BENSON在1995年研究发表了光滑片体在空气层支撑下的运动方程，举例纸张在空气层的支撑下给定初始速度至运动停止所需要的时间，得到纸张的弯曲程度对结果产生的影响，为片体的自由滑动分析提供理论依据.[8]国内学者陈雪峰等[9]运用板壳单元对纸张的力学特性进行有限元分析，利用小波有限元理论分析办公纸张定影过程的运动边界条件，建立纸张定影过程的二维稳态、瞬态非线性温度场数值模型.YANABE等[1

5、0]等利用有限元模型对纸张走纸过程进行仿真分析，研究非平衡预载荷、非一致摩擦因数和前端拉伸力对纸张走偏的影响规律.　　本文对薄片介质的力学性能进行研究，获得薄片介质在自身重力作用下的弯曲挠度与弹性模量之间的对应关系.采用多体动力学仿真软件Recurdyn对介质在金融自动处理设备的堆叠机构和传输运动中产生的变形和运动姿态进行仿真分析，提出通过控制介质两侧弯曲变形实现避免前后介质发生卡阻的有效方法.10　　1薄片介质材料模型　　薄片介质的特点是质量轻、刚度小，在介质自动处理设备中一般用导板引导介质的走向，所以导板必须光滑无毛刺，否则介质

6、会受到毛刺的阻碍而引发设备卡阻故障.目前的介质自动处理设备中导板传输模块设计技术已经趋于成熟，而介质堆叠模块的设计却仍然是一大难题，精确地将传输的介质队列依次控制停留在前一张介质上面，需要克服介质本身质软、易弯曲的特性.　　RecurDyn/MTT3D是三维媒介传输动力学计算软件，用于仿真媒体传送的三维运动，可计算刚体与柔性体之间的接触碰撞问题，多用于打印机、复印机、传真机和ATM等设备纸张介质传输的仿真.　　RecurDyn/MTT3D的纸张采用SHELL单元，其弹性本构模型为ε11　　ε22　　ε12=1E-vE0　　-vE1E

7、0　　001Gσ11　　σ22　　σ12（1）式中：E为弹性模量；v为泊松比；G为剪切模量.　　2接触碰撞算法　　在多体动力学计算中，物体间的相互接触碰撞是动态力学行为的关键算法.RecurDyn/MTT3D中的接触模型见图1.　　图1纸张与辊轮的接触模型　　Fig.1Modelforcontactbetweenpapersheetandroller10　　辊轮与纸张单元的接触是线接触.首先监测辊轮上与纸张网格相交的、平行于辊轮长度方向的直线是否发生接触，若没有发生接触，则无须更新接触力；若发生接触，则根据二者的穿透量计算接触力.　

8、　正向接触力被定义为穿透量和穿透量速率的函数，即Fn=-kδm-cδ?δm2（2）式中：k和c分别为接触刚度系数和阻尼系数.　　介质与橡胶辊轮之间的摩擦力ff=μ（ν-νnα

9、Fn

10、）Fn（3）式中：vn为辊轮的线速度，α为考虑橡胶弹