[毕业论文]考虑空气阻力影响的送纸机构仿真及优化研究.pdf

上海交通大学
硕士学位论文
考虑空气阻力影响的送纸机构仿真及优化研究
姓名:张百灵
申请学位级别:硕士
专业:车辆工程
指导教师:朱平
20090201
上海交通大学硕士学位论文摘要
考虑空气阻力影响的送纸机构仿真及优化研究

摘要

复印机、打印机、传真机等办公设备的普及使用,大大提高了人
们的办公效率。但这些办公设备在使用中经常出现卡纸、异常振动、
噪声过大等现象,一直都是困扰世界各国生产厂商的技术难题。近年
来,国外知名的办公设备制造商,如佳能、理光等都已经在送纸机构
设计方面开展了大量的研究工作。我国环保总局也在 2005 年出台的
环境标志认证技术中明确规定,非击打式办公设备的噪声应控制在
55 分贝以下。普遍认为,造成卡纸、噪声过大这些问题的主要原因
是由于送纸机构的设计不合理,不能根据送纸速度、送纸力的大小和
作用点等因素合理布置拾取轮、进给轮、导板等机构的尺寸和位置。
通过建立准确有效的送纸机构仿真模型可以科学的指导办公设备的
设计,缩短产品开发周期,节约成本。
研究表明,纸张在传送过程中受到摩擦、温度、气流和冲击等多
重影响,准确模拟这些影响因素往往会使得建模过程非常复杂。因此
目前研究主要集中在纸张的静态力学性能、传送过程中的动态性能分
析等方面,对考虑这些复杂影响因素的纸张真实运动状态的仿真研究
尚不多见。又由于纸张本身具有重量轻、面积大的特点,在办公设备
高速送纸的过程中,空气阻力成为纸张的运动形态和受力状况的关键
I
上海交通大学硕士学位论文摘要
影响因素之一。在以往的送纸机构仿真模型中,仿真环境均为真空,
忽略了空气阻力的影响,显然这样的处理会影响仿真精度。
为了模拟纸张在送纸过程中的真实运动状态并对送纸机构进行
优化设计,本文首先基于流体连续方程和 Navier-Stokes 方程建立了
纸张与导板间空气流场的流体力学模型,推导了空气阻力分布微分方
程。通过用户自定义子程序接口对送纸机构仿真软件 RecurDyn 进行
二次开发,将该方程程序化,实现了考虑空气阻力影响的送纸过程数
值仿真。
确定送纸机构模型中的关键参数并建立仿真模型,对考虑空气阻
力的送纸过程进行了仿真计算。将仿真计算得出的纸张末端下落速度
和纸张与导板的冲击力结果与实验结果进行对比,表明该模型可以有
效地提高送纸过程的仿真精度,误差控制在 5%以内。
基于所建立的送纸机构仿真模型,以纸张与导板的冲击力为目标
函数,对导板的位置参数进行优化设计研究。提出的改进模型可以降
低纸张与导板的冲击力,送纸机构布局更加紧凑合理,从而减小复印
机的噪声水平。研究结果对解决送纸机构中出现的卡纸、振动、噪声
等问题具有指导意义。

关键词:送纸机构,空气阻力,纸张,动态性能仿真,结构优化
II
上海交通大学硕士学位论文 Abstract

SIMULATION AND OPITIMIZATION RESEARCH
ON PAPER FEEDING MECHANISM CONSIDERING
AIR RESISTANCE

ABSTRACT
Copying machines, printers and fax machines have been widely used
in daily life in order to increase the efficiency of office work. However,
manufacturers are suffering paper jam, abnormal vibration and over-noise
from theses office equipment. Recently, the well-known office equipment
producers such as Canon and Ricoh have been evolved in a lot of
research work in this field. Meanwhile, the environment label
requirement issued by China Environment Protection Agency in 2005
also states that the noise of non-impact copying machines should be
lower than 55dB. It monly believed that the reason of these
prob