凸包形仿生驱动滚筒增摩机理的分析与研究

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1、论文题目：凸包形仿生驱动滚筒增摩机理的分析与研究作者姓名：孙慧入学时间：2008年9月专业名称：机械设计及理论研究方向：现代设计理论及方法指导教师：肖林京职称：教授论文提交日期：2011年12月论文答辩日期：2011年12月10日授予学位日期：STUDYONFRICTION-INCREASINGMECHANISMOFTHECONVEX-HULL-SHAPEDBIONICDRIVINGDRUMADissertationsubmittedinfulfillmentoftherequirementsofth

2、edegreeofDOCTOROFPHILOSOPHYfromShandongUniversityofScienceandTechnologybySunHuiSupervisor:ProfessorXiaoLinjingCollegeofMechanicalandElectronicEngineeringDecember2011声明本人呈交给山东科技大学的这篇博士学位论文，除了所列参考文献和世所公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于其它任何学术机关作鉴定。博士生签名：日

3、期：AFFIRMATIONIdeclarethatthisdissertation,submittedinfulfillmentoftherequirementsfortheawardofMasterofPhilosophyinShandongUniversityofScienceandTechnology,iswhollymyownworkunlessreferencedofacknowledge.Thedocumenthasnotbeensubmittedforqualificationatany

4、otheracademicinstitute.Signature:Date:山东科技大学博士学位论文摘要摘要带式输送机是煤矿生产中的一种重要的运输设备，驱动滚筒与输送带之间的摩擦牵引力是其驱动力，提高牵引力可以提高运输效率，保证安全生产。本文采用仿生摩擦学的知识，对驱动滚筒的包胶进行仿生设计来增大摩擦牵引力，为提高带式输送机的驱动力提供了一种新的途径。对凸包形仿生驱动滚筒增摩机理的分析，丰富了橡胶摩擦学和摩擦传动理论，具有重要的理论意义。本文在分析了黏弹性材料模型的基础上，确定采用Kelvin模型作为

5、橡胶的分析模型。分析了橡胶的摩擦机理及摩擦分量的计算公式，并分析了温度、速度、实际接触面积、表面状态对橡胶摩擦系数的影响。对凸包形仿生表面与输送带的接触情况进行了简化，并利用压入接触力学的知识，推导了球状凸包、圆锥状凸包、圆柱状凸包与输送带之间镶嵌面积的计算公式，分析了凸包的形状、尺寸大小对镶嵌效果的影响；利用黏弹性力学、材料力学的知识，分析了输送带在凸包之间的变形情况，推导了输送带在凸包之间与仿生表面的接触面积公式，并分析了凸包的排列方式、分布密度对此接触面积的影响；结合橡胶材料摩擦力的组成，根据凸

6、包形仿生表面的特点，推导了凸包形仿生表面与输送带之间摩擦力的计算公式，并根据经典库仑摩擦理论，推导出了凸包形仿生表面与输送带平面接触时的摩擦系数。根据带式输送机摩擦传动机理，分析了弹性滑动的机理，推导了弹性蠕动量及蠕动速度的计算公式；推导了滑动弧上驱动滚筒所受压力的计算公式，根据橡胶摩擦的特点，结合凸包形仿生驱动滚筒的特点，确定了凸包形仿生驱动滚筒与输送带之间摩擦系数的计算公式，考虑到摩擦系数的变化，推导了新的摩擦传动公式。利用ANSYS仿真软件对不同形状的单个凸包与输送带的接触变形情况进行了仿真，得

7、出了凸包形仿生表面与输送带之间存在嵌入“啮合效应”，外表圆滑且狭长的凸包与输送带的镶嵌效果较好；对半球形凸包在不同压力作用下的变形情况进行仿真，得出存在一个最佳压力，使凸包与输送带之间的嵌入“啮合效应”最大。对多个凸包与输送带的接触进行分析，分析输送带在凸包之间的变形情况。最后对几种试样与输送带的接触情况进行仿真，分析其增摩效果。在分析了常用摩擦系数测量方法的基础上，设计并制造了平面摩擦系数测量试验台，山东科技大学博士学位论文摘要测量了几种凸包形试样与输送带在不同压力、不同加载时间及不同温度下的摩擦系

8、数，根据试验结果绘制了摩擦系数曲线，分析了压力的大小、温度、凸包的形状、凸包的外形尺寸、凸包分布密度、凸包的排列方式等对摩擦系数的影响。设计并制造了带式输送机动态张力测量系统，可以测量输送带打滑时输入点张力和输出点张力，以此计算出最大的牵引力，并根据传统欧拉公式，计算出不同凸包形仿生驱动滚筒的当量摩擦系数，以此得出实际计算时可采用的摩擦系数，并与光滑包胶驱动滚筒比较，分析不同凸包形仿生驱动滚筒的增摩效果。本文通过理论分析、模拟仿真及试验验证的方法，分析了