（机械电子工程专业论文）高性能剑杆织机打纬和引纬机构的设计与研究.pdf

高性能剑杆织机引纬打纬机构的设计与研究 摘要 剑杆织机是现代高速无梭织机的发展重点，而引纬打纬机构是剑 杆织机的核心机构，所以研究设计满足高速要求的引纬打纬机构对于 提高国产剑杆织机技术水平具有一定意义。 该论文首先对国际上先进剑杆织机引纬打纬机构的结构做了较 全面的介绍与分析，并进行机构运动特性分析，通过比较各种引纬打 纬机构的特点，确定将空间4 r 机构作为高性能剑杆织机的引纬打纬 机构。 由于空间4 r 机构是空间r s s r 机构的一种特殊形式，文中首先 设计出了满足引纬工艺的r s s r 机构，然后通过利用球面坐标系对空 间r s s r 机构转化为空间4 r 机构，并做了详尽的分析，同时以高档 织机f a s t 的引纬机构为参考，设计了新型空间4 r 引纬机构。 采用e 卜_ - h 坐标系，利用机构运动的等同性条件，建立了引纬机 构的运动方程；利用牛顿一欧拉法建立了引纬机构的动力学方程，确 定了各构件之间的运动关系以及各构件的受力情况。 对于剑杆织机的打纬机构采用共轭凸轮机构，通过对传统打纬曲 线改进，提出了改进正余弦曲线作为打纬曲线，然后按照许用压力角 设计出共轭凸轮打纬机构的基本尺寸，推导出的共轭凸轮廓线的通用 公式，最终确定了共轭凸轮的主、副凸轮廓线以及二者的极坐标。 利用虚拟样机技术对引纬打纬机构进行了运动学与动力学的仿 真，对所得运动学、动力学曲线进行深入的分析，并且同高档织机 f a s t 的引纬打纬机构进行运动特性比较，最终得出所设计的引纬打 纬视构的运动特性比f a s t 更优越的结论。 对于剑杆织机，工作状况下载荷主要集中在打纬机构，而打纬摇 轴是完成打纬功能的关键零件，工作时打纬凸轮将很大的力传给打纬 摇轴滚轮支架的滚子，然后通过滚轮轴将力传递给打纬摇轴，所以本 文对打纬摇轴进行了有限元( f e a ) 分析。 该课题研究内容具有巨大的社会和经济意义，同时该课题的研究 结果对相关行业也具有一定的参考价值。 关键词：剑杆织机，引纬机构；打纬机构，运动学，动力学，空 间4 r 机构 d e s i g na n ds t u d yo f b e a t u pm e c h a n i s ma n dw e f ti n s e r t i o n m e c h a n i s mo fh i g h p o w e r dr a p i e rl o o m s a b s t r a c t a m o n ga l lk i n d so fs h u t t l e l e s sl o o m s r a p i e rl o o m sd e v e l o pf a s t e s t a n dh a v eab r i g h t e rf u t u r e i nc h i n a ，t h ep r o p o r t i o no f m o d e m h i g hs p e e d w e a v i n g m a c h i n e si sv e r ys m a l l t om e e tt h en e e d so f t h ed e v e l o p m e n to f c h i n e s et e x t i l ei n d u s t r y ，w es h o u l dd om o r er e s e a r c ho n f o r e i g na d v a n c e d l o o m s ，a n dd e s i g nn e wt y p e so fr a p i e rl o o mi no u rp o s s e s s i o n b e i n gt h e m o s ti m p o r t a n tm e c h a n i s mo far a p i e rl o o m ，b e a t - u pa n dw e f ti n s e r t i o n m e c h a n i s ms h o u l dg e tm o r ea t t e n t i o n t h i sp a p e r b e g i n sw i t ha no v e r v i e wo f t h eb e a t - u pa n dw e f ti n s e r t i o n m e c h a n i s m sw h i c ha r eu s e db ya d v a n c e dr a p i e rl o o m si nt h ew o d d ，a n d t h e n a n a l y z e s t h ek i n e t i cc h a r a c t e r i s t i co ft h e s e m e c h a n i s m s b y c o m p a r i n ga l lk i n d so fb e a t - u pa n dw e f ti n s e r t i o nm e c h a n i s m s ，w ef r e d o u tt h a tt h eo n e sw h i c hu s et h es p a t i a ls p h e r i c a lc r a n km o d e la r es u p e r i o r s oi nt h en e wd e s i g n ，w ed e a lw i t ht h e b e a t - u pa n dw e f ti n s e r t i o n m e c h a n i s mi nt h i sw a y i ti sw i d e l ya c k n o w l e d g e dt h a t s p a t i a l4 rm e c h a n i s mi sas p e c i a l f o r mo fs p a t i a lr s s rm e c h a n i s m ，s o ，w eh a v et o d e s i g nr s s r m e c h a n i s mf i r s t ，a n dt h e nt r a n s 角rs p a t i a lr s s rm e c h a n i s mt os p a t i a l4 r i m e c h a n i s mi ns p h e r i c a lc o o r d i n a t es y s t e mi no r d e rt om a k ead e t a i l e d a n a l y s i s a n dw h a t sm o r e ，t h ew e f ti n s e r t i o nm e c h a n i s mo fa d v a n c e d l o o mf a s ti sa l s ou s e dt ob eac o n t r a s tw h e nw ed e s i g nt h i sn e w m a c h i n e ， i nt h i sp a p e r , u s i n gd hc o o r d i n a t es y s t e mw ew r i t eo u tt h ek i n e t i c e q u a t i o n so f w e f ti n s e r t i o nm e c h a n i s mb a s e do ne q u i v a l e n c ep r o p e r t yo f m o t i o na n dt h ed y n a m i c a le q u a t i o n sb a s e do nn e w t o n - e u l e rm e t h o d a c c o r d i n gt o t h e s ee q u a t i o n sm e n t i o n e da b o v e , w ec a nd e r i v et h e r e l a t i o n so ft h em o t i o n o fd i f f e r e n t c o m p o n e n t s a n dh o wt h e s e c o m p o n e n t sc h a n g eu n d e r s t r e s s i nt h i sn e wd e s i g n ，w ea p p l yc a ma n dc o u n t e rc a mm e c h a n i s mt ot h e b e a t - u pm e c h a n i s m w ep u tf o r w a r dan e w i d e ao fu s i n gt h em o d i f i e d s i n eo rc o s i n ec u r v et od e s c r i b et h eb e a t u pc u r v ei n s t e a do ft r a d i t i o n a l w es c h e m eo u tt h eb a s i cs i z eo ft h i sm e c h a n i s ma c c o r d i n gt ot h e a l l o w a b l ep r e s s u r ea n g l e ，a n dd e r i v eg e n e r a lf o r m u l ao ft h ec o n t o u rl i n e o fc a ma n dc o u n t e rc a ma f t e rd e d u c i n g f i n a l l yw ec a ne a s i l yg e tb o t ht h e m a i na n dt h ev i c ec o n t o u rl i n ea n dt h e i rv a l u e si np o l a rc o o r d i n a t e s y s t e m a f t e rt h ei n i t i a ld e s i g nc o m p l e t e l yf i n i s h e d ，i ti se s s e n t i a lt ou $ e v i r t u a lp r o t o t y p i n gt e c h n i q u e st oe m u l a t et h ep r o t o t y p ei no r d e rt og e t f u r t h e ra n a l y s i so f t h ek i n e t i ca n dd y n a m i c a lc u r v e s w h e nc o m p a r i n gt h e n b e a t - u pa n dw e f ti n s e r t i o nm e c h a n i s m so ft h i sn e w m a c h i n ew i t ht h o s eo f a d v a n c e dl o o mf a s t ，i ti sa p p a r e n tt oc o m et ot h ec o n c l u s i o nt h a tt h e k i n e t i cc h a r a c t e r i s t i co f t h ef o r m e ri ss u p e r i o rt ot h el a t e r u n d e rw o r k i n gc o n d i t i o n ，l o a do far a p i e rl o o mf o c u s e sm a i n l yo n t h eb e a t - u pm e c h a n i s m ，a n db e s i d e sr o c k i n gs h a f ii so n eo ft h em o s t c r i t i c a lc o m p o n e n t st oa c h i e v et h i sb e a t - u pf u n c t i o n w h e na tw o r k ，t h e b e a t - u pc a mw i l lt r a n s m i tg r e a tf o r c et ot h er o l l e ro ft h eb r a c k e t so f r o c k i n gs h a f t ，a n dt h e nt h ef o r c ei st r a n s m i t t e df r o m r o l l e ra x i st or o c k i n g s h a f t t h i sp a p e rp r e s e n t st h ef e a a n a l y s i so f r o c k i n g s h a f ta sw e l l i naw o r d ，t h es t u d yo ft h i sp r o j e c th a sg r e a ts o c i a la n de c o n o m i c s i g n i f i c a n c e ，a n dt h ef i n d i n g so ft h ep r o j e e tc a na l s op r o v i d er e l e v a n t i n d u s t r i e ss o m ev a l u a b l ei n f o r m a t i o n 舔r e f e r e n c e t e n gb i n g s u p e r v i s e db y ： k e y w o r d s ：r a p i e rl o o m s ，b e a t - u pm e c h a n i s m , w e f ti n s e r t i o n m e c h a n i s m ，d y n a m i c s ，k i n e m a t i c s ，s p a t i a l4 rm e c h a n i s m 1 1 1 东华大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 剑杆织机的概述“m 第一章绪论 根据织机的主要结构，可将其分为两大类，即有梭织机和无梭织机。有梭 织机价格低廉，结构简单，布边整齐结实，制造容易等优点。然而，其速度低， 噪声大，机物料消耗多，劳动强度大这些缺点，使得在同内外市场对纺织品的质 量标准和品种的花色、幅宽要求越来越高的今天被逐渐淘汰，而被无梭织机所替 代。无梭织机主要有：剑杆织机、喷气织机、喷水织机和片梭织机，在这几种类 型中剑杆织机数量占世界上无梭织机总量的5 0 * , 6 。剑杆织机由于采用剑状的送纬 杆和接纬杆来完成引纬作用，所以称为剑杆织机。 1 i 1 剑杆织机的机构组成 剑杆织机主要包括五大机构，这五大机构相互配合，从而保证整个织造过程 的完成。 1 、开口机构 开口机构的主运动是开口运动， 形成梭口，以供纬纱的引入。 2 、引纬机构 引纬机构的主运动是引纬运动， 之后，通过剑秆将纬纱引入梭口。 3 、打纬机构 其目的是使穿入综眼的经纱上下分开， 其目的是当织机上由开口机构形成梭口 打纬机构的主运动是打纬运动，其目的是在织机上纬纱引入梭口后，由筘 把引入的纬纱推向织口，使与经纱交织，形成符合设计要求的织物。 打纬机构的作用是： 1 ) 以装在筘座上的钢筘把纬纱推向织口形成织物。 2 ) 控制经纱的密度和织物的幅宽。 4 、送经机构 东华大学硕士学位论文 第一章绪论 在织造过程中，由于织物不断被引离织口，必须从织轴上放送出相应长度 的经纱，才能保证织造工艺的连续进行，送经机构通过送经运动来实现这一 条件。 5 、卷取机构 在织机上随着织造工艺的进行，必须把织成的织物随时从织口引离，并卷 绕到卷布辊上，以保证织造生产总是在固定的位置上连续进行。将织物有规 律的引离织口并卷到卷布辊上的运动成为卷取运动。卷取运动是由卷取机构 来完成的。 1 1 2 剑杆引纬的分类 剑杆引纬机构的分类如下 剑杆引纬机构 按剑杆的安装位置 姜 按剑杆类型 凳蓑 按交接纬纱方式 妻蒋 按供纬= 亨式 姜盏 按在积极的基本结构 侧式剑杆 侧式剑杆 剑杆 剑杆 式 式 式 式 供纬 供纬 分离筘座式 非分离筘座式 1 、单、双侧剑杆织机的各自特点 单侧剑杆织机用单根剑杆将纬纱引入织口，它占地面积大，比较笨重，难于 提高机速，目前已无实际的应用价值；双侧剑杆织机采用两根剑杆引纬，送纬剑 在中央交付给接纬剑，从而使机构的结构紧凑，现在双侧剑杆织机被广泛采用。 2 、各种交接纬纱方式的特点 叉入式剑杆引纬：利用叉形的送纬剑头，将储纬器上退绕下来的纬纱引入梭 口。在筘幅的中闻，纬纱头端纱圈被钩状的接纬剑头钩住弓；出梭口。由于纬纱不 被剪断，与织物相连，故每次引入双股纬纱，这种剑杆引纬时，由于纬纱会受到 叉头及钩头的摩擦，并且纬纱引出速度快，为剑杆速度的两倍，因此，要求纬纱 具有较高的强度和耐磨性。 2 东华大学硕士学位论文第一章绪论 夹持式剑杆引纬：送纬剑头的钳夹握持纬纱进入梭口，并将纬纱折弯形成一 段架空的纱圈，供交接时接纬剑头钩取用，在梭口中间位置送纬剑将纬纱头转交 到接纬剑头的夹纱钳口中，继续将纬纱引过梭口。在筘座中央设置有交接指来控 制剑头上夹纱钳口的开放和关闭，积极控制纬纱交接，对各种粗细和花色的纬纱 均能实现交接。夹持式剑杆引纬避免了叉入式剑杆头对纬纱摩擦的现象，适于高 速，但其剑头的结构比较复杂，另外纬纱引入后，有纬纱剪刀在森边处剪断，因 此必须进行布边加固处理。 交付式剑杆引纬：将纬纱夹持在夹纬器上，交送式将纬纱连同夹纬器一起交 付给接剑杆，引纬后夹纬器空着，由输送装置送回。下一根纬纱由另一个夹纬器 引送，此机构多用于毛纱的织造。 喷气式剑杆引纬：采用两根空心剑杆，交接时纬纱由送剑杆吹入引剑杆中，然 后用真空吸入法将纬纱引到另一端。喷气、剑杆的组合可以提高剑杆织机的车速， 降低使用空气的压力，但构造较为复杂。 3 、挠性剑杆织机的特点 刚性剑杆引纬：一般用铝合金、碳纤维或复合材料制成，其最大的特点是不 需导剑器材，在引纬时可以悬在梭口中运动，不与上下层经纱接触，从而减少了 对经纱的摩擦，有利于织机高速高效，但刚性剑杆织机的宽度至少是筘幅宽度的 一倍，以便使剑杆能从梭口中退出，因此对于宽幅织物，织机的占地面积将明显 增大。 挠性剑杆引纬：挠性剑杆使用两条可以弯曲的挠性剑带，一般所使用的剑带 上多冲有齿孔，工作时齿孔与剑轮上的齿啮合。剑轮往复运动，使剑带作进出梭 口的运动，进行引纬。剑孝于带退出援口绕过剑轮后，可以弯曲而引伸到箱座下方 使占地面积相对减少，为宽幅引纬创造了条件。 4 、离、非分离筘座剑杆织机的各自特点 非分离筘座引纬：剑头随筘座的摆动作复合的空间运动，其优点是当箱幅作 小量变化时，钢筘可保持不变，可以节省钢筘费用。非分离筘座引纬机构是具有 两个自由度的引纬机构，其结构比较复杂，部分构件装在筘座上，使筘座重量增 加，对织机高速不利。 分离筘座引纬：剑头不随筘座运动，引纬时筘座完全静止不动，分离筘座引 东华大学硕士学位论文第一章绪论 纬机构是一个自由度的引纬机构，结构简单，筘座重量大为减轻，这对提高织机 速度有利。 1 2 国内外剑杆织机的现状与发展趋势翰蔺阱 1 2 1 国际剑杆织机的现状与发展趋势 自1 9 6 3 年汉诺威国际纺织机械展览会首次展出了商业性剑杆织机以来，剑 杆织机的工艺性能日趋完善。到了8 0 年代末，剑杆织机已进入了全盛时期。如 今国际上，老牌织机制造国家如德国、意大利、比利时等，其织机性能仍遥遥领 先，中国台湾、韩国、印度等过去纺机器材水平与我国相当，而今也纷纷崛起， 部分纺机产品水平已经比我们有所提高。目前国际上柔性剑杆织机引纬率已上 升到2 0 0 0 m r a i n 以上；转速已经超过8 0 0 r m i n ，如v a m a t e x 公司的l e o a r d o 剑杼 织机最高转速达到8 3 0 r m i n 。 剑杆织机是无梭织机中使用最多的一种织机。在无梭织机中，剑杆织机是织 造中小批量、品种翻新频繁织物的通用织机。剑杆织机加工织物的范围比较广泛， 从中厚织物到轻薄织物，从服装面料到产业用织物，从单层织物到毛圈及双层起 绒织物都属于剑杆织机织造的范围。近年来，随着引纬机构的改进，引纬速度提 高了，而加速度的变化却仍然比较缓和，夹持纬纱运动的剑头，其构造可适用于 不同原料和结构的纱线，在o 7 3 3 0 0 t e x 之间不需要调换剑头。剑杆织机的性能 在不断提高，首先织造产品的幅度从窄幅发展到阔幅，其次织造的速度不断提高， 现今佥目杆织机的最高入纬量已突破1 5 0 0 m m i r a 纬纱的选色也从单色发展到最多 达1 6 色。这是其他几种无梭织机所不可比拟的。近几年生产的剑杆织机，普遍 应用微处理器，这不仅可对设备的运行情况和各项工艺参数进行检测和显示，并 且结合高速电子多臂、电子提花等开1 2 1 机构，还能在运行中快速方便地更换织物 组织和纬纱颜色。在微处理器控制下，电子送经机构能自动调节经纱张力，使经 纱张力从满轴到空轴保持恒定；同时开车经纱自动补偿技术的应用也大大减少了 开车横档产生的几率；这些都极大地提高了织物的质量。储纬器的使用能对纬纱 张力进行有效控制，从而允许织造速度的进一步提高。 总体来说国外剑杆织机的发展趋势是：适应小批量、多品种：高速运行、 4 东华大学硕士学位论文 第一章绪论 高质量、高性能、高附加值；符合剑杆织造工艺要求，增加引纬可靠性，提高织 机效率及简化机构、操作维修方便、调节便利、占用空间更小为目的：节约能源， 有利环保。 1 2 2 国内剑杆织机的状况和发展趋势 通过几年来的实践，根据织机的性能、技术的复杂程度、入纬率及织机的价 格等因素，可以把国产剑杆织机分为高档、中档和低档三个档次( 以公称筘幅 1 9 0 c m 记) ，见表1 l 。从现有的生产、社会需求、用户需求来看，划分这三档是 符合实际的，已被广泛接受。 国内高档剑杆织机的生产，一种是通过国外独资企业和合资企业直接引进技 术，或用技术合作等形式进行生产制造，主要机型有：比利时必佳乐( 苏州) 公 司的g t m - a 型、g t m - a s 型、g t x p l u s 型，意大利意达( 上海) 纺织机械有 限公司的k 一8 8 型，上海中国纺织机械股份有限公司技术合作、消化吸收设计 、的新龙型，济南鲁思达纺织机械公司引进法国i c b t 公司，授权国内独家生产的 l s d 4 0 0 型。 话另一种是通过消化吸收和移植国际织机技术，结合我国实际状况，改型设计 霸进行生产制造。这种机型主要可分两大类。一类机型总体设计类似意大利舒美 特公司的s m 9 2 型、s m 9 3 型以及t h e m a u 型织机，主要机型有g a 7 3 1 一b 型、g a 7 3 1 一c 型，c r l 0 0 0 型。另一类机型总体设计类似比利时必佳乐公司的 g t m 型、g t m - - a 型，主要机型有g a 7 3 7 型、k t 5 6 6 型、k t 3 9 8 型等等。 表1 1 国产剑杆织机的档次划分 项目 车速产品适应范围质量保证功配置 织疝 ( r r a i n )( 棉、毛、丝、麻)能 档次 高档 3 8 0 5 0 0广 有电子多臂、电子送经 中档 2 l o 2 4 0专用部分有 上置式多臂、四色 低档 1 8 0 2 0 0 窄 无上置式多臂、四色 我国纺织机械生产企业的自主研发能力普遍还很弱，可以说是“大而不强”， 东华大学硕士学仿论文 第一章绪论 表现在机械制造能力不强，先进装备的研发能力和自动控制系统的研发能力不 足，一般以引进大量先进设备形式，以市场换技术的方式取得技术。但近几年来， 市场换技术的路越走越窄，而且由于研发能力的不强，导致与国际间的差距越来 越大。中国纺织协会副会长、中国纺织机械工业协会会长高勇在2 0 0 4 年6 月1 8 日开幕的“中国纺织机械专业市场发展战略论坛”上提出：中国纺织机械行业的 发展必须依靠技术创新、加强自主研发能力。然而现在国内纺织机械企业的自主 研发能力还很弱，表现在先进技术的获得靠引进国外设备，对引进的设备进行测 绘后便投入生产，而对机构的分析几乎为空白，更谈不上对结构和运动曲线进行 优化，或是创新出具有高性能、先进的纺织机械了。今后纺织机械的发展应当从 开发中高档产品、增加产品附加值，增强产品可靠性、加快产品更新，降低产品 成本和提高性价比入手，努力研发具有自主知识产权的产品技术，尽快填补国内 纺织机械中高档产品的空白。所以我国剑杆织机的发展方向是：依靠自主创新， 加强自主开发，生产出具有自主知识产权的中高档织机。 1 3 课题研究的背景、内容与意义 1 3 1 研究背景 根据目前国内纺织企业的现状，织机的选型往往归结为互相排斥方案。即 接受一种机型就意味着排斥另外一种机型。各个企业都根据自己的实际情况选 择适合自己的机型。 现在，社会上纺织企业用得最多的织机是剑杆、片梭与喷气织机这三种织 机。在影响织机现金流量的各种经济要素中，诸如产品价格、职工工资、管理 费用、销售费用及各种税收等，尽管都随国家宏观经济面及行业微观经济状况 而变化，但对各种机型的织机而言，其影响大体相同。对选型结论有影响的现 金流量经济要素中，主要有织机产量、原料消耗、动力消耗、织机的价格及运 输培训费用和机配件消耗等几个因素。 剑杆、片梭与喷气织机作为三种广为应用的织机，具有各自的优势和问题 片梭织机投资大，回收期长，由于外部市场坏境的不确定性，因而投资风险也 相应增加，但由于其经济寿命长，产品适应性强，故可通过开发高档织物与特 6 东华大学硕士学位论文第一章绪论 种织物以缩短投资回收期，利用其后期盈利能力强的特点争取较长时间内的稳 定盈利。喷气织机电耗较多，须增加空压机设备及厂房的投入，且其对半制品 的要求较高，因而对准备设备的配套要求相应提高，但喷气织机转速高，效率 相对稳定，机配件损耗少，故可以产量优势争取较快的投资回收，减少投资风 险。剑杆织机投资较少，但其废边及机配件消耗大，由此资产设备效率的下降、 生产成本增加及经济寿命的缩短，但由于其在品种翻改方面比其他两种机型的 纺织费用少、周期短故特别适合小批量、多花色的产品。 在当前我国市场经济大力发展的形势下，随着经济体制改革的深化和个体私 营经济的搞活，在浙江和广东出现了许多个体纺织企业，这些企业的优势，就是 不断根据社会需求更换自己的产品，从而也要相应更换机型，他们都是利用“船 小好调头”，追求的主要是短期经济效益，要求投资成本少，经济效益见效快， 而剑杆织机刚好具有品种翻改方便、迅速且成本低的特点，正好符合这些迅速发 展的乡镇及个体企业的需求。所以目前对剑杆织机的需求与日俱增，大大促进了 纺织机企业的发展。随着国内织机企业的增多和国外一些织机进入国内市场，织 机行业的竞争越来越激烈。这就对织机提出了更高的要求，只有不断改进。不断 跟踪市场需求，提高织机的各种性能，才能在竞争激烈的织杌行业中取得一席之 地。 ： 1 3 2 研究意义 为了适应外向型经济的发展，我国当前正面f 临着产业结构调整的局面。然而 纺织工业仍然是我国满足人民需求和出口创汇的一个支柱产业，并且在相当长的 时期内，这种态势不会有大的改变。因此，对纺织工业必须进行有步骤的技术改 造。 我国剑杆织机开发存在的问题是： ( 1 ) 高档产品采取引进国外先进技术、走合作生产的道路来提高公司的产 品技术水平。由于我国基础工业水平与发达国家之间有差距，因此国产化阶段周 期长、产品成本高，同原装机相比缺乏竞争力。而国外的无梭织机技术更新很快， 我公司产品技术始终存在差距； ( 2 ) 中低档产品主要是仿制或借鉴设计，创新较少，由于无成本优势，因 7 东华大学硕士学位论文 第一章绪论 而市场竞争力不强： ( 3 ) 全新产品开发周期长，主要是试制、设计修整、试织试验周期过长， 加上工艺设计、生产准备的周期，新产品推向市场的过程漫长，产品更新换代慢； 。 ( 4 ) 设计方法和手段不够先进。虽然已普及c a d ，设计效率有所提高，但 在具体设计中借鉴或类比设计多而创新设计少、经验设计多而基于理论分析计算 的设计少、定性分析多而定量分析少。 剑杆织机具有入纬率高，转速快，单位面积产量高，适应多品种、小批量， 且噪声低有利于环保等优点，其配有的折入边装置使所织产品可与有梭织机的产 品相媲美，由于上述特点，剑杆织机虽然入纬量不是最高( 一般低于喷气织机) ， 但在销售数量上一直居于无梭织机的前列，甚至在将来其主导地位亦不会动摇， 引纬打纬机构是剑杆织机的关键传动机构，其运动动态性如何将在很大程度上决 定着整合织机的性能与档次。因此，追求结构简单、性能优越的引纬打纬机构， 无疑是剑杆织机创新分析与设计的重要内容。所以对高性能剑杆织机引纬打纬机 构的研究具有十分重要的社会意义和经济意义。 1 3 3 研究内容 ( 1 ) 引纬、打纬机构的研究 分析比较各种打纬、引纬机构的结构原理，选择出理想的引纬、打纬机构 进行详尽分析，进行打纬、引纬机构的理论设计计算； ( 2 ) 引纬、打纬机构的设计 根据引纬、打纬运动工作原理，进行运动分析，设计出引纬、打纬运动轨 迹，根据运动轨迹设计引纬打纬机构模型，对设计的机构模型进行三维造型，建 立虚拟样机： ( 3 ) 虚拟样机的运动学和动力学分析以及有限元分析 对实体模型进行结构、应力、振动等分析是整个产品开发过程中至关重要 的一环。通过对产品进行运动学、动力学及有限元分析，为产品零部件及产品整 体的优化提供参考依据。通过建立剑杆织机引纬和打纬机构的运动学和动力学模 型，对其进行动态仿真，得到该机构关键构件的运动规律及有关零件的受力情况； 还将对有关零件进行有限元分析。 东华大学硕士学位论文第二章各种引纬机构的分析与比较 第二章引纬机构的分析 在织机的五大机构中，开口机构由专门的生产商提供多种型号供选择使用， 同样的织机中的送经卷取装置也是按照需要由专门生产商提供，对于织机的生产 厂家来说，织机的引纬打纬机构是其设计生产的核心。目前，国际上应用较多的 引纬机构有：平面连杆引纬机构、共轭凸轮引纬机构、空间连杆引纬机构、变螺 距引纬机构等。本章介绍国外主要的先进剑杆织机的引纬机构，然后对各引纬机 构进行结构分析，通过建立引纬机构的运动学方程进行机构的运动学分析，了解 各种引纬机构的特性，通过分析比较确定出引纬机构的设计方案。 2 1 平面连杆引纬机构 2 1 1 引纬机构的结构和传动旧嗍 图2 - 1 送纬传剑机构示意图图2 - 2 接纬机构示意图 图2 1 、2 2 是t p 5 0 0 型引纬机构示意图，图中l 为筘座平面，2 为传剑轮， 3 为摇轴。引纬机构的两个自由度分别来自打纬机构和传剑机构。根据送、接纬 剑的不同运动要求，送纬传剑机构为一组六连杆机构，如图2 1 ；接纬机构则采 用一组四连杆机构，如图2 2 。现以送纬机构( 见图2 1 ) 为例说明其传动过程。 主轴d l 传动打纬机构d l b c o ，带动筘座平面做往复摆动；同时，主轴又通过刚性 杆q 朋带动六连杆传剑机构d l d e 0 2 f o 。六连杆机构由两组四连杆机构 0 a d o ，和0 2 e f o 串连而成。筘座脚o c 是2 h k 差动轮系中的系杆( h 杆) ，六 9 东华大学硕士学位论文 第二章各种引纬机构的分析与比较 连杆机构的输出杆o f 是差动轮系中的内齿轮z 。差动轮系把来自六连杆内齿轮 z 1 的摆动和打纬机构筘座脚o c 的系杆摆动合成为齿轮互的运动，在筘座平面 内输出。 经过筘座平面内的相对定轴轮系z 4 、z 5 、乙、乙和传剑轮梭构成的剑带动 程放大机构，使剑杆产生直线往复运动，完成引纬动作。在引纬机构中，差动轮 系和放大机构的齿数将决定相应筘幅织机剑杆的基本动程，送纬和接纬曲柄长度 的调整仅使剑杆动程作微量变动。通过实践发现，t p 5 0 0 型织机引纬机构有以下 优点：非分离筘座易于改变幅宽；通过差动轮系和放大机构齿轮齿数的搭配，能 简单可靠地获得不同尺寸的筘幅系列；跟踪交接，纬纱张力变化小，调整方便： 通过改变空动程措施，可在小范围内调整剑头进出口时间，以改善挤压度。此外 连杆机构运动行程较大，其间传动放大比较小，使对运动与变形误差敏感度降低， 并且能承受大的引纬反力作用。 2 1 2 引纬运动分析 以图2 - l 送纬剑为例，套用一般的四连杆机构分析程序可以取出筘座o c 的 角位移口、角速度矽和角加速度每。筘座o c 就是2 h k 差动轮系中的q 爿d q 和 d 2 e f o 串联而成，套用两次四连杆机构分析程序可以求得2 删差动机构中内齿 轮五的角位移届、角速度矗和角加速度矗。设齿轮乙的角速度为危，则在差动 机构中： 互墨：一互 届一0互 解得： 虏= 毋 - + 丢 一丘( 言) ( 1 ) 微分后得齿轮乙的角加速度属 虏= 痧( ，+ 象 一矽( 毒 ( 2 1 ) ( 2 2 ) o 东华大学硕十学位论文第二章各种引纬机构的分析与比较 ( 1 ) 积分后得齿轮z 3 的角位移屈 届= 口( ，+ 考 一层( 罢 + 氏 c 2 放大机构的放大系数为了d l ( i z , 乏z t 、j p 为传剑轮直径，对一定筘幅织机来说， 放大系数是一个常数，于是剑杆相对筘座的位移& 速度雪和加速度吝便为： s = 虱d ( i z 5 副z , 、2 尼 z z b ) “ 趾旦2 悟弘lz z 6 j j d ( z s 乏z tj 、届2t z ,z b ) 在初始条件下主轴转角口= o 时，剑杆位移为s = 0 ，对应的筘座角位移为晶 和内齿轮z l 的角位移为属。上式中屈。为： 氏砥( 舟岛( - + 鲁) 图2 - 3 所示为t p 5 0 0 型剑扦织机左侧送纬剑的位移、速度及加速度曲线图( “ = 4 0 0 r m i n ) 。从中可以看出：在前心( 0 0 ) 位置附近，位移曲线比较平缓，这有 利于剑头能在较短距离内正确勾住纱线、减少剑头在布幅外的空行程；但加速度 的最大绝对值出现在后心( 约1 8 0 0 ) 位置附近，从而使得织机在1 8 0 0 附近交接纬纱 瞬时的引剑惯性力为最大，从而导致机构瞬时承受的引纬动态反力f 也最大，弹 性变形引起的剑头运动超调量也最大。图2 - 4 所示即为t p 5 0 0 型剑扦织机左侧送 纬六连杆机构三角形摆杆支承点处动反力幅值图：织机的转速为4 0 0 r m i n ，剑 头与剑带总质量为2 5 4 9 ，但对应动反力幅值在织机交接纬纱瞬时却高达约3 0 k n 。 为防止瞬时出现过大变形而影响纬纱的正常交接，该织机连杆机构不得不做得相 当粗大。此外，对比图2 - 4 中的动反力幅值曲线与图2 - 3 中的加速度曲线可知： 弓l 纬动反力幅值的大小与剑扦运动加速度的绝对值大小密切相关。也就是说，加 东华大学硕士学位论文第- 二章各种引纬机构的分析与比较 速度曲线的选取直接决定着系统的动态性能。 图2 - 3t p s 0 0 送纬剑的位移、速度、加速度曲线图 垂” 图2 _ 4t p 5 0 0 送纬六连杆机构中三角形 摆杆支撑点处动力幅度值曲线图 2 2 共轭凸轮引纬机构 2 2 1 引纬机构结构和传动 图2 5g a 7 3 8 型引纬机构示意图 图2 - 5 所示是g a 7 3 8 型织机的引纬机构。它采用分离筘座，故打纬和引纬不存 在直接的传动关系，引纬机构为一个自由度，由共轭凸轮和连杆机构组合而成。 筘座在后心位置完全静止时引纬运动开始。共轭凸轮1 使刚性角形杆一以作往 复摆动，摆杆爿厮时fe 彳鼠剐性连接，通过四连杆机构朋( 嬲动与摇杆绷4 性 连接的扇形齿轮2 做往复摆动。最后经过定轴轮系z l 、z 2 、z 3 和剑轮3 的放大， 2 东华大学硕士学位论文 第二章各种引纬机构的分析与比较 使与剑轮啮合的剑带4 获得往复直线运动。共轭凸轮廓线根据所需要的剑头运动 规律设计“”送、接纬剑的运动规律相同，采用的是改进梯形加速度曲线。它是 指引纬加速度曲线的形状类似于梯形，在梯形的转折处用多项式曲线光滑过渡。 2 , 2 。2 引纬运动分析 设剑杆的运动规律为& 雪、掌，扇形齿轮分度圆半径为r 。通过放大机构 得扇形齿轮的摆动规律为： 口= 争( 等z 寺z 7 l ，j = 争( 等寺 n 等( 等z 寺z ，l ，_ j 式中：矽一摆动角度，矽一角速度，拶一角加速度。 图2 6 所示是通过a d m a s 分析得出的该机构引纬摇轴的运动规律，由图2 可以 得出： ( 1 ) 引纬凸轮曲线决定了剑头剑带的运动规律。在织机一个回转周期过程 中( 凸轮轴回转3 6 0 。) ，剑头位移由零逐渐递增，织机凸轮轴1 8 0 。时，剑头动 程达到最大值( 此处取引纬摆杆的摆动角) ，此时剑头进入梭口中央，进行纬纱 的交接。 ( 2 ) 在初始阶段剑头速度由零逐渐增大，这有利于剑头在布边外可靠地夹 持纬纱。凸轮轴在7 9 。附近时，角速度达到最大值。然后剑头速度逐渐减小，至 凸轮轴1 8 0 。时减小至零，然后剑头回退，接纬剑跟进，完成纬纱的同向交接。 由于交接时相对速度较小，从而交接过程更可靠，不易失误。剑头速度逐渐增加， 在凸轮轴2 7 6 。附近时为最大，然后再逐渐减小，至3 6 0 。时恢复为零。 ( 3 ) 凸轮轴0 。时，剑头加速度为极小值，然后逐渐增加，至4 8 。附近达 到最大值；其后逐渐减小，至凸轮轴7 9 。位置附近减小至零，此时剑头速度为 最大值：加速度继续减小，至1 2 5 。附近时达到最小值。在1 8 0 。纬纱交接前后， 剑头加速度发生波动，交接纬过程中将会产生柔性冲击，从而不利于可靠交接纬 东华大学硕士学位论文第二章各种引纬机构的分析与比较 纱，因此应尽可能地减小交接纬时加速度的波动。 a 一角位移曲线；b 一角速度曲线；c 一角加速度曲线 图2 6 引纬运动曲线 2 2 3 引纬机构改进分析 原来的修正梯形运动规律式以加速度连续为基础建立数学模型的，在运动开 始、终止及加速度换向处跃度有突变，如图2 7 ，使机构在这几处运动不平稳， 有振动和冲击，考虑引纬机构的弹性动力特性，要求引纬机构运动的位移曲线四 阶导数连续，即要求跃度曲线是连续的，见图2 8 “。 漫霹二声蔼 一v 心 图2 7 修正梯形运动规律 侣汛， 一山诅一 图2 8 连续的跃度曲线 跃度连续的梯形组合运动规律的跃度数学表达式为： r 1 4 东华大学硕七学位论文第二章各种引纬机构的分析与比较 j = 小；n ( ) 吐咖( 器刁 吐s i n ( 格刁 印；n it - t 6 z 1 式中：7 - 2 i t ( 。s rs 1 ) 升程或回程的总时问 i e = ( z 一正一，) 石 1 只= ( t z 一，) ，e 坝式( 2 4 ) 可以简写为 ，= 瞄 ( os ts 瓦) ( 正ts 疋) 以s r s 五) ( 2 4 ) ( ls t l ) ( s ts 瓦) ( lg t l ) ( 瓦s ts l ) ( f = l ，3 ，5 ，7 ) 对式( 2 5 ) 做一次积分，便得到加速度的表达式 a = 一j t f t c o s p l + a l j t f j c o s e 七- 4 t 4 4 以 对式( 2 - 6 ) 逐次积分，便可得到各段曲线速度、位移的表达式分别为 矿= - j , f , 。s i np i + a 七c | 一只2s i n p + 爿，十c 4 r + c 2 a 3 七c i 一6 ，+ c ( i = l ，7 ) ( f = 3 ，5 ) ( i = 2 ) ( 2 7 ) ( i = 4 ) ( f = 6 ) 5 )u 一 2 ( 、j ) ) 再 7 5 4 l 丑 = = = o o o 6 2 ”耶力q吣 = = l | 芝 f | p p o o 0 东华大学硕士学位论文 第二章各种引纬机构的分析与比较 s = 啦1 2c o $ p i + 专a r + c j t + b i j i f i 2c o s p i + a l + c t b 圭矽2 + c 2 7 + 岛 1 a 4 t 2 + c r + 目 i a j 2 + c j + 玩 ( i = l ，7 ) ( f = 3 ，5 ) ( f ：2 ) ( 2 - 8 ) ( i = 4 ) ( i = 6 ) 根据以前引纬凸轮的资料，以此思想为指导，重新对引纬凸轮进行了拟和， 用拟和后得到得引纬共轭凸轮替换原来得共轭凸轮，重新对机构进行仿真，得到 引纬角位移、角速度、角加速度曲线图，如图2 - 9 所示，其角跃度曲线如图2 - 1 0 所示。从图中可以直观得看出改进后得凸轮加速度曲线比改进前有了明显得改 善。关于速度、加速度峰值的增大，可以通过改变传动比来改善 一- a 一位移曲线 b 速度曲线；c 一加速度曲线 图2 9 改进后引纬运动曲线 2 3 空间连杆引纬机构分析 2 3 1 空间连杆引纬机构的运动原理 如图2 - 1 1 所示，空间机构爿蜊首末两轴垂直交叉的空间四杆机构，它的运 6 东华大学硕士学位论文第二章各种引纬机构的分析与比较 动输出即为平面四连杆机构优耽豹运动输入。空问四连杆机构爿蛸平面四连秆 机构彪巧的串联组合构成了一个空间六杆机构，它实现轴的连续回转转化为与之 垂直交叉轴的往复摆动运动。其中，扇形齿轮与齿轮构成一定轴轮系，获得一较 大传动比。传剑盘与齿轮同轴，它通过矩形齿带动剑带在水平导轨上作往复直线 运动，而剑头则固定在剑带的前端。因此，通过传剑机构的运动，轴的连续回转 运动被转化成剑头的直线往复运动“”。 图2 1 1 引纬机构结构示意图 在剑杆织机中，对