（机械设计及理论专业论文）基于旋转原理的电子多臂机研究.pdf

浙江理工大学硕士学位论文 摘要 旋转式多臂机作为目前最为先进的高速开口装置，其先进的技术和优良的机构特征为 开发高速化、柔性化织机提供了不可或缺的配套。z g t 9 8 型多臂机作为当前最典型的一种 旋转式电子多臂机，深入研究其传动原理和必要的机构改进当可为开发更加高速化织机提 供一定的理论依据和参考。本文从机构分析角度，对该机型作了较全面的研究探讨。具体 包括从对多臂机研究状况的综述，到机构传动基本原理的分析，主传动机构二维、三维模 型的建立及初步仿真，再到运动学、动力学建模及仿真分析，最后还做了关键构件的有限 元分析研究，其中还涉及到机构中最为主要的两对共轭凸轮的反求设计。 针对典型的z g t 9 8 型旋转式电子多臂机结构，本文分别对其进行了选综机构、提综机 构及主轴旋转变速机构的传动原理分析，并对主传动相关构件进行二维、三维建模分析， 以及进一步的仿真研究。在运动学研究上，本文依据机构的合理简化，以矢量三角形法， 通过对四种矢量三角形的详细求解分析，分别建立凸轮单独作用和连杆单独作用的两种运 动学模型，并作了相关的运动学求解。在凸轮机构运动学方面，本文对选综共轭凸轮进行 了基于m a t a l b 下的反求设计，并考虑惯性负荷影响对前后设计进行了计算分析；在提 综共轭凸轮反求中，根据连杆机构运动分析及相关程序编制，取得相关构件的位置参数规 律，得出提综凸轮机构从动件摆臂运动规律，从而可以设计出更优良的高速凸轮外轮廓线。 为考虑构件弹性变形对机构的运动影响，本文对选综和提综机构分别建立了两大机构 的弹性动力学模型，并从等效转化模型思路对各个模型进行了动力学模型简化和求解，分 析动力学响应规律。考虑构件的应力应变，通过m a t l a b 数据后处理功能和相关计算， 合理获取构件外载荷状况，并应用有限元方法分别对选综共轭凸轮、提综共轭凸轮、提综 臂三个最为典型的构件作应力应变分析。上述工作及成果对相关机构的进一步改良提供了 一定的理论依据和设计参考。 关键词：旋转式电子多臂机；选综机构；提综机构；共轭凸轮；弹性动力学；有限元分析 浙江理工大学硕士学位论文 r e s e a r c ho ne l e c t r o n i cd o b b yb a s e do nt h ep r i n c i p l eo fr o t a r y a b s t r a c t d o b b yh a ss e r v e da sak i n do ft y p i c a ls h e d d i n gm e c h a n i s ma l o n g w i t l lt h es h u t t l e l e s sl o o m ，t h e a d v a n c e dt e c h n o l o g ya n de x c e l l e n tc h a r a c t e r i s t i c so fw h i c hp r o v i d e st h ei n d i s p e n s a b l ea c c e s s o r y f o rt h ed e v e l o p m e n to fh i g h s p e e d ，f l e x i b l el o o m t h ez g t 9 8d o b b yr e p r e s e n t so n eo ft h em o s t t y p i c a lr o t a r ye l e c t r o n i cd o b b y , i no r d e rt op r o v i d ec e r t a i nt h e o r yb a s i sa n dr e f e r e n c et a r g e tf o r t h ed e v e l o p m e n to fm o r eh i 曲一g r a d el o o m ，w en e e dt oi n - d e p t hs t u d yi t st r a n s m i s s i o np r i n c i p l e a n dc a r r yo u tn e c e s s a r yi n s t i t u t i o n a li m p r o v e m e n t t h i sa r t i c l em a d eac o m p r e h e n s i v em a c h i n e r y r e s e a r c ht ot h i st y p ef r o mt h ec o n v e n t i o n a lp o i n to ft h em e c h a n i s ma n a l y s i s s p e c i a l l y , i t i n c l u d e st h ed e t a i l e dr e s e a r c ht ot h ed o b b yc o n d i t i o n ，t h ea n a l y s i so nt h eb a s i cp r i n c i p l e so ft h e t r a n s m i s s i o nm e c h a n i s m ，a n dt h et w oo rt h r e e d i m e n s i o n a lm o d e le s t a b l i s h m e n ta n di t so r i g i n a l s i m u l a t i o n , t h e nt h ek i n e m a t i c s 、d y n a m i c sm o d e l i n ga n da n a l y s i s ，a n df i n a l l yw em a d ef i n i t e e l e m e n ta n a l y s i so nt h ek e yc o m p o n e n t , w h i c ha l s oi n v o l v e st h er e v e r s ed e s i g no ft h em a j o rt w o c o n j u g a t e s a i l l l i n ga tt h em a c h i n e ss t r u c t u r eo f t h et y p i c a lz g t 9 8r o t a r ye l e c t r o n i cd o b b y , t h i sp a p e r h a sc a r r i e do nt h et r a n s m i s s i o np r i n c i p l ea n a l y s i so nt h ee l e c t i o nc o m p r e h e n s i v em e c h a n i s m ， l i f t i n gc o m p r e h e n s i v em e c h a n i s ma n ds p i n d l es p e e d - c h a n g em e c h a n i s m ，a n dm o d e l e dt w oo r t h r e e - d i m e n s i o nt ot h em a i nt r a n s m i s s i o no ft h er e l e v a n tc o m p o n e n t s ，a l s om a d eap r e l i m i n a r y s i m u l a t i o ns t u d y d u r i n gt h ek i n e m a t i c sr e s e a r c h , a c c o r d i n gt ot h er e a s o n a b l es i m p l i f i c a t i o no n m e c h a n i s m ，w ee s t a b l i s h e dt w ok i n e m a t i c sm o d e l o ft h ec a ma l o n ea n dr o ds e p a r a t ee f f e c t s ，a n d m a d et h er e l e v a n tk i n e m a t i c s ，w h i c hc o m e sf r o mt h ev e c t o rt r i a n g l ea n g l e ，a n d t h r o u g ht ot h e d e t a i l e da n a l y s i so nt h e f o u rk i n d o fv e c t o rt r i a n g l e f r o mt h ea n g l eo fc a mm e c h a n i s m k i n e m a t i c sa n a l y s i s ，t h i sa r t i c l ec o n d u c t e dar e v e r s ed e s i g no nt h es e l e c t i o nc o m p r e h e n s i v e c o n j u g a t ec a m ，a c c o r d a n c ew i t hac a mm e c h a n i s m 州t l lo s c i l l a t i n gf o l l o w e r ，w h i c hb a s e do nm a t a l b ， a n df r o mt h ea n g l eo fi m p a c to ni n e r t i af o r c e ，i ta l s oa n a l y z e dt h ed e s i g ne f f e c to nb e f o r ea n d a f t e r ；d u r i n gt h er e v e r s ed e s i g no ns h e d d i n gc o n j u g a t ec a m ，a c c o r d i n gt ot h ek i n e m a t i ca n a l y s i s a n dr e l a t e dp r o g r a m m i n g ，w eo b t a i nt h el o c a t i o np a r a m e t e rl a wa b o u tt h er e l e v a n tc o m p o n e n t s 浙江理工大学硕士学位论文 a n dg e tar e s u l tt h a tag o o dc a mc o n t o u rl i n ec a r lb ed e s i g n e di ft h em o v e m e n tr u l eo ft h e s h e d d i n gc a mf o l l o w e rc a l lb es e ti na c c o r d a n c ew i t ht h es w i n ga r mo nt h es p i n d l e c o n s i d e r i n gt h ec o m p o n e n te l a s t i c i t yc h a n g eh o wt or e a l l ye f f e c tt h em e c h a n i s m ，w e r e s p e c t i v e l yb u i l dt w ol a r g eb o d i e so fe l a s t i cd y n a m i c sm o d e la b o u tt h es e l e c t i o na n dl i f t i n g c o m p r e h e n s i v em e c h a n i s m ，t h e ns i m p l i f ya n ds o l v et h ee a c hd y n a m i cm o d e lf r o mt h ev i e wo f e q u i v a l e n tc o n v e r s i o nm o d e l ，a n df i n a l l ya n a l y z et h ed y n a m i c sr e s p o n s e c o n s i d e r i n gt h e s t r e s s - s t r a i nv a r i a t i o no fc o m p o n e n t s ，w er e a s o n a b l e l ya c c e st h ec o m p o n e n tl o a ds t a t u st h r o u g h t h ed a t ap r o c e s s i n gf u n c t i o no nt h em a t l a ba n dr e l a t e dc a l c u l a t i o n , n o to n l yt h a t ，b u tw e r e s p e c t i v e l ym a k et h ef i n i t ee l e m e n ta n a l y s i so nt h eh e d d l es e l e c t i n gc o n j u g a t ec a m ，s h e d d i n g c o n j u g a t ec a ma n ds h e d d i n ga r n lw h i c ha r et h et h r e eo ft h em o s tt y p i c a le l e m e n t s t h eo v e r a l l r e s u l t sw i l lp r o v i d es t r o n gt h e o r e t i c a lb a s i sa n dr e f e r e n c eo fd e s i g nt ot h ef u r t h e ri m p r o v e m e n t o nt h er e l e v a n ti n s t i t u t i o n s k e yw o r d s ：r o t a r ye l e c t r o n i cd o b b y , e l e c t i o nc o m p r e h e n s i v em e c h a n i s m ；l i f t i n gc o m p r e h e n s i v e m e c h a n i s m ；c o n j u g a t ec a m ；e l a s t i cd y n a m i c s ；f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s 1 1 1 - 浙江理工大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 在织机的五大运动中，开口机构是第一步也是重要的一步，关系到后续引纬的顺利和 准确。当前无梭织机中采用凸轮开口、多臂和提花机构来实现这一运动，其中凸轮开口包 括消极式凸轮开口和积极式凸轮开口机构。对于织造众多的高速( 转速在1 0 0 0 r m i n 以上) 窄幅( 指1 9 0 c m - 2 8 0 c m 的筘幅宽度) 的轻薄织物采用消极式开口机构，起因于采用了弹 簧回综方式；对于依靠共轭凸轮来驱动综框上下运动的积极式凸轮开口机构来说，适合织 造中、低速宽幅重磅织物( 一般值2 8 0 c m 以上筘幅宽度6 0 0 r m i n 左右的转速) 。近年来凸轮 开口机构改进上没有什么重大突破，甚至对于有些喷水织机仍在沿用古老的曲柄连杆传动 的摇摆开口机构。多臂机作为织机中的一种典型的开口装置，为各种剑杆织机、喷气织机 等许多无梭织机配置了一种良好的开口装置机构，解决了配置凸轮开口带来的缺点。特别 在当前，随着电子多臂机的出现，不仅解决了过去机械式多臂机带有复杂纹板且操作不便 带来的问题，也为适应织机高速运转提供了可能i h 】。 世界上最具典型的多臂机研发和生产公司一瑞士史陶比尔( s t a u b l i ) 公司多年来在 研制多臂开口装置中占据着领先地位，其产品被广泛地应用在世界著名的无梭织机生产厂 家生产的无梭织机上【5 】【6 】。其生产的当前先进的电子式2 8 0 0 系列多臂机就可以配合 1 0 0 0 r m i n 以下的喷气织机的运转，该机可以控制1 2 m m 间隔排列的2 0 2 8 片综框；也可 以配置8 0 0 r m i n 以下的织机运转。电子化不仅为多臂机提供了技术先进的装置，价格反而 有所下降，为喷气等各种无梭织机配置此类装置打开了便利之门。近年来电子多臂机配置 在喷气和喷水织机( 简称喷射织机) 的数量达到了新添喷射织机数量的一半左右1 2 j 。 z g t 9 8 型多臂机为我国当前较先进的基于旋转原理且应用微机来控制多臂机花纹控 制机构的一种开口装置，可以适应1 0 0 0 r m i n 、8 0 0 r m i n 等中高速的运转，且能配置了控制 以1 2 m m 间隔排列的2 0 片综框( 或升降部件) 运动的提综臂。主要传动工作分为提综和 选综两大机构部分，且配置了相关电子控制技术对机构电磁铁控制其得电与否，整个传动 和控制机构类似与s t a u b l i 2 8 0 0 系列电子多臂机。从机械原理分析角度，对z g t 9 8 型多臂 机的机械传动深化认识和对相关机构的改良设计，必然将为后续研发更高效紧凑的多臂机 提供了基本的依据。 1 2 多臂机的研究现状及发展方向 浙江理工大学硕士学位论文 1 2 1 多臂机发展概况 1 8 6 7 年世界第一台所谓的k e i s h l e y ( 凯来) 多臂机( 复动式半开梭口) 由h a t t e r s l y ( 哈特斯 来) 研制成功，由于在当时该机型结构相对简单、适应性较强、成本也较低、运行相对稳定 等特点一直呈现在百年的市场上。随着现代对织机高速化的要求，由于k e i s h l e y 多臂机在 选针装置、机构传动、提综和回综方式以及综框运动等方面均不能驾驭，使得此类老式机 型退出历史舞台。 目前，在世界多臂机生产领域里，瑞士的s t a u b l i 公司是最大的赢家，该公司在多臂机 的生产上，型号最多，销量最大，改型最快，它们的产品代表了当今多臂机发展潮流，这 己为世界所公认忉。该公司在多臂机的研制上主要经过了以下几个阶段【g - l l 】，详见表1 1 所 示。 表1 1 多臂机发展概要 浙江理工大学硕士学位论文 随着计算机技术和电子技术的发展，结合新的机构设计理论和相关辅助软件的应用， 多臂机的发展方向可以按照以下趋势发展【l o 】：1 高速化是多臂机一直追求的发展目标。 s t a u b l i 公司新开发的5 5 0 系列和2 6 0 0 系列机完全突破了h 氏机的框框，如今把多臂机的 机速提高到了1 0 0 0 r m i n 以上，已能适应目前的织造要求，但为满足未来发展目标仍需不断 突破，比如当前更高速的织机转速需要达到1 2 0 0 r m i n 以上。2 电子化技术的融洽引进对多 臂机在运行和控制各方面起到直接重要作用，改善工人劳动强度和提高产品质量都有不可 或缺的作用。3 扩大单一机构产品适应性，把单一产品推向外能化，降低因产业织物和特 种织物的不断更新而频繁换用各种产品的复杂性，使单一产品朝向多功能化方向发展。能 否设计出结构简单紧凑，运行稳定和适应轻重不同的织物是多臂机永远追求的目标。 1 2 2 我国多臂机研究状况 小提花和大提花产品是纺织行业的主要产品，因而需要配置高速的电子多臂机和电子 提花机。基于现代电子和计算机相关技术的发展要求，我国在借鉴国外多臂机技术基础上， 努力开发适应现代织物织造要求的先进产品，当前走在前沿的最具代表性的主要生产织造 厂有以下几家1 2 4 1 ： 1 浙江理工大学硕士学位论文 1 常熟纺织机械厂有限公司已成为国内最大的各类织机用系列多臂装置、提花装置、 凸轮开v i 装置的专业制造和研发企业【1 2 】。该公司经过滚动式的技术改造，装备水平在国内 同行中处于领先，现在已经具有年产十万台多臂开口装置的生产能力。图1 1 、图1 2 、图 1 3 为该厂生产的现代最具典型的几种多臂开口装置。 图1 1g t 4 0 5 - i i 旋转式电子多臂机图1 2a s g t ( g d 5 0 - g ) 高速喷射多臂机 其中：g t 4 0 5 i i 型多臂机适合各类高性能剑杆织机，采用了织机同步之独立控制装置， 是一种可以储存1 2 8 0 0 纬、提综2 0 片间距1 2 m m 、筘幅宽幅1 6 5 0 - 4 6 0 0 m m 的开口装置； a s g t ( g d 5 0 g ) 型多臂机适合各类高性能喷水、喷气织机，采用了循环纹钉、纹板式控制， 是一种可以提综1 6 片1 2 m m 间距、筘幅宽度1 5 0 0 2 8 0 0 r a m 的开口装置；而a s g t 2 2 1 e 型 多臂机适合各类中低档、中速剑杆织机，是一种采用全新的电子式控制、提综2 0 、2 4 片 间距1 2 m m 、筘幅宽度1 4 0 0 2 3 0 0 m m 、最大循环6 4 0 0 0 纬的开口装置，并带有选色、简易 送经、停送停卷等。 图1 3a s g t 2 2 1 e 消极式电了多臂装置 2 浙江新昌鹤群机械有限责任公司生产的“鹤群牌多臂机系列产品在全国纺织行业 中有很高的知名度，其生产的g t 2 2 1 8 、g t 2 0 0 3 、g d 6 1 8 等多臂装置系列产品以及z r b 5 6 1 折入边装置系列产品都是国内最具典型的，相关的产品如图1 4 、图1 5 所示。 浙江理工大学硕士学位论文 图1 4z g t 4 1 2 型积极式多臂机图1 5g t 2 2 8 - 2 消极式多臂机 其中z g t 4 1 2 型多臂机适合重磅面料的织造、高速平稳无间隙综框运动，其信号阅读 方式采用循环纹纸式，最大循环纬数6 0 0 0 纬，提综1 2 、1 6 、2 0 片、间距1 2 m m 的提综方 式，筘幅达到1 6 5 0 4 6 0 0 m m ；g t 2 2 8 2 型多臂机类似z g t 4 1 2 型，且具有自动选纬，提综 片数达到2 4 片，但筘幅在1 2 0 0 3 8 0 0 m m 的中速织机。 3 江苏牛牌纺织机械有限公司是一家国家高新技术企业，创建于1 9 8 8 年，主要从事各 种无梭织机开口装置的研发、生产、销售。目前已发展成为国内最大从事喷水织机、喷气 织机、剑杆织机开口装置专业研发和生产基地之一，年产系列积极式凸轮开口装置、高速 智能化多臂开v i 装置达两万台【1 4 】，如图1 6 、图1 7 所示为当前该公司产出的最具代表性的 产品。 图1 6g d 5 0 消极式多臂机图1 7n p 5 4 0 0 积极式电，多臂橱l 其中g d 5 0 型多臂机可以适应织物组织最大循环数1 2 0 0 纬，最大提综数1 6 片，间距 1 2 m m ，可以适应宽幅3 6 0 0 m m ，1 9 0 0 门幅最高转速达到6 0 0 r m i n ；对于n p 5 4 0 0 型多臂机， 采用了回转原理设计，其最大循环纬数达到1 2 8 0 0 纬，适合喷水和喷气织机，最多容纳1 6 片间距1 2 m m ，最高转速8 0 0 r m i n 。 当前，我国生产多臂机的厂家已经较多，所研究的多臂机技术已经发展到较为先进的 水平。在多臂机研究科研院校上，东华大学、苏州大学和浙江理工大学( 原浙江丝绸工学 院) 等院校多年来一直致力于该领域的研究，并与诸多企业合作，共同承担起开发高性能 机型的任务上。随着我国国产无梭织机较快的发展，在成本和技术性能上大大提高，并形 成了完备的产业链，但与国外同业相比，总体技术水平、可靠性和品种适应性等方面还显 一 浙江理工大学硕士学位论文 不足。特别在多臂机发展方面，基本上都是引进国外产品，进行技术改造，很少有自己的 创新点，很多织机转速均是停止在中低速水平，且少许的高速机型却不能普及【2 】1 4 1 。 过去无梭织机都以凸轮机构作为其开口装置，而鉴于现代多臂机的优势，无梭织机现 很少配置凸轮开口装置。随着多臂机技术的成熟，如s 协1 曲l i 2 8 7 l 型可以配置1 0 0 0 r m i n 以下喷气织机运转，s t a u b l i2 6 6 8 型可以配合5 5 0 r m i n 以下的剑杆织机运转。而我国自主 研制的各种机型一般适合3 0 0 r m i n 左右织机运转，属于中、低速开口装置，少数的高速 多臂机却不能普及，鉴于当前我们织造产业水平限制，关键技术均是在国外产品的基础上 改进而来，所以要研发出更先进更适合现代织造需要的产品，必须吸收国外先进技术基础 上作出自己的创新。 1 2 3 国外多臂机研究状况 目前，针对电子技术和计算机技术的高速发展，多臂机发展技术也呈现向高速、高效、 易摔制、操作方面不断发展【1 5 】，走在研究电子多臂机技术前沿领域的国外厂家主要有以下 j l 冢，下面做简单的论述。 1 j k a i s e r 公司1 8 】该公司根据哈特斯莱运转原理设计的较为先进k e i g h l e y 复动式多 臂机，如图1 8 所示。历届米兰国际纺织国际会展上，该公司展出了一套按照同样原理的 k a i s e r 6 0 0 0 型电子多臂机，如图1 9 所示，更是将电子技术运用其中，该机型配备了p c 计 算机，能够进行图像终端处理、软盘驱动和打印机等功能，还能够用于控制多臂部件，进 行数据传送等特点。 图1 8k e i g h l e y 复动式多臂机 图1 9k a i s e r 6 0 0 0 型多臂机 该产品主要技术参数有：控制8 种选色数，2 8 片综片，1 2 m m 综片问距，9 9 9 ，9 9 9 根 最大花纹循环数，微机为控制处理基础。适合织造1 ：l 平纹组织和2 ：2 巴拿马组织。 2 f i m t e x t i l e 公司吲作为世界第二大开口机构织造厂商一意大利f i m t e x t i l e 公司，多 年来一直致力于设计和制造与各种织机配套的开口设备，涉及的产品有机械控制的积极式 6 浙江理工大学硕士学位论文 多臂机，电子控制的旋转式多臂机以及凸轮运动机构。在1 9 8 5 年一次国际会展中，该公 司展出的h p 6 0 0 l e 型多臂机，就配备了1 2 3 型由计算机控制的程序设计系统。该机可控 制2 0 到2 8 片综框，选择电子一机械式作为提升装置，并将可编程只读存贮器作为控制单 元的程序运载器。如今该公司已经开发出电子旋转式多臂r d 8 4 0 ( 如图1 1 0 ) 、积极式多 臂机h p 7 0 0 、凸轮开口机构m e l 2 系列等先进开口装置。其中各个系列均适合不同的织机 要求，其中典型的r d 8 4 0 相关技术参数有：1 2 m m 节距，2 0 片综框，传动调制器构成主运 动机件，采用互补凸轮机构，下置式驱动，适合织造多品种、厚重织物。 图1 1 0f i m t e x t i l e r d 8 4 0 旋转式多臂机 3 s t a u b l i 公司【9 】【1 5 1s t a u b l i 公司该公司一直走在多臂机研究的最前列，纺织机械是该公 司集团内部最大的部门。该公司通过一个世纪的努力，已向国际市场推出了五大种类( 消 极、积极、周转、电子、气动) 十三个系列四十余种型号的多臂机。当前比较先进的多臂机 有2 6 0 0 系列、2 8 0 0 系列以及3 2 0 0 系列。其中2 6 0 0 系列( 如图1 1 1 ) 高速多臂机由存贮 器模块控制，控制以1 2 m m 间隔排列的2 0 到2 8 片框综。模块控制的传动机构、凸轮控制 的提综机构和电子控制装置构成了该机的三大主要机构。机构简单，装配后无需重新调节。 程序运载器最大可容6 4 0 0 根纬纱，可控制2 6 个升降部件9 种织机功能。2 8 0 0 系列旋转式 多臂机采用全新的电子控制概念，适合于织造各种类型的织物，可以配在各类织机上使用。 其不断的技术融合和发展，是当今多臂机最先进的一款产品系列。3 2 6 0 型第三代多臂机涉 及到倡导环保绿色，将多臂机发展到一个全新的人性化理念。 图1 1 1s t a u b l i 2 6 0 0 系列旋转式多臂机图1 1 2s t a u b l d 2 6 0 第三代电子多臂机 7 浙江理工大学硕士学位论文 从国内外多臂机的发展看，不管是第一台k e i g h l e y 多臂机，还是目前的第三代3 2 6 0 型 多臂机，它的基本原理要么相似，要么是在已有的机型原理上进行革新。目前，许多织机 都配置了旋转式多臂机作为开口机构，主要特点就是运用主传动零件的旋转运动来代替传 统开口机构上众多零件如拉刀、推刀、拉钩等的往复运动。其结构实质是采用偏心连杆开 口机构，配有电子选综控制技术，方便地改变花纹组织，能保证综框运动符合理想的规律 和停顿时期，从而适应了多品种的织造的生产要求。 通过对多臂机国内外的研究状况，不难发现，其近年来对多臂机主要的研究进程可以 从以下几个方面的转化来概述【i l 【8 - 1 1 】： 1 ) 提综原理：回转式乌拉刀、拉钩( h a t t e r s l y 原理) 科嗥皋舶糖 2 ) 信号：电子信号坐旦_ 坝纸信号坐巳纹板纹钉信号 3 ) 节距：宽节距( 1 4 、1 6 、1 8 m m ) 土：| ：旦专传统节距( 1 0 、1 2 m m ) - i a 姨 4 ) 综片数目：多综框( 2 0 、2 2 、2 8 片) 旦专一般综框( 1 2 、1 6 片) 仲熹恚 5 ) 功能：多功能附加值( 自动选纬、控制选色凸轮) 多臂单一提综 1 3 旋转式电子多臂机传动原理 图1 1 3 为一般旋转多臂机机构运动示意图【1 6 - 1 8 1 ，图1 1 4 为多臂机提综外装置示意图 ( 连接综框) ，其中图1 1 3 中对于某些机型，在初步动力输入圆盘机构上不唯一，但一般 性的主传动部件均相同。 】u 图1 1 3 一般旋转多臂机的结构示意图图1 1 4 多臂机提综示意图 图1 1 0 中：l 传动轴：2 小螺旋齿轮；3 一大螺旋齿轮；4 卡箍；5 开槽套筒( 与滑块架一体) ；6 - 滑块架； 7 滑块轴心：8 滑块；9 滚子摆臂，1 0 滚子轴心；1 1 滚子摆臂轴心：1 2 犬圆盘；1 3 滚子摆臂轴心孔： 1 4 一多臂机主轴；1 5 多臂机主轴；1 6 驱动盘；1 7 提综盘；1 8 偏心盘；1 9 一提综盘；2 0 提综连杆；2 1 啮 合爪轴心：2 2 一啮合齿；2 3 啮合爪：2 4 啮合爪轴心孔；2 5 共轭凸轮架；2 6 - 滚子 r 浙江理工大学硕士学位论文 一般旋转式电子多臂机主传动运动原理如下：织机主轴经过皮带等机构带动主轴l 旋 转，轴l 与齿轮2 固结一起，通过齿轮2 与大齿轮3 一定的传动比带动了与3 固结在一起 的大圆盘1 2 的匀速转动。在大圆盘1 2 相对1 8 0 0 的转动轴心1 l 上安装了两对滚子摆臂9 ，9 上有滑块凹槽和2 只滚子2 6 分别与共轭凸轮2 5 相贴合，凸轮架2 5 及凸轮固装在墙板上不 动。滑块架6 经卡箍4 固定在主轴1 4 上并与之联成一体。在滑块架6 的左右各布置了一 对滑块8 ，并对正转子摆臂的滑块凹槽并嵌入其中。这样圆盘的转动就带动了经过滚子在凸 轮上的摆动从而引起了滑块的摆动和转动，当到达某个时期花键主轴就随着滑块架一起转 动。在主轴1 4 右端部分固装着驱动盘1 6 ，在其相对1 8 0 。的外圆上有两凹槽1 7 ，啮合爪2 3 的回转中心在提综盘1 9 的短销2 l 处，它的右端有向下突出的啮合齿2 2 ，这样当在选综机 构的作用下使得2 3 卡入1 6 上的凹槽，使其固结一起转动，从而经过固装在一起的提综盘 1 9 、偏心盘1 8 ，和在偏心盘1 8 的外圆上经滚动轴承套有大圆环的提综连杆2 0 ，带动了提 综连杆的运动。旋转多臂机的结构经过改进，应用新颖的滚动轴承等，运转较普通传统的 偏心连杆机构更为轻快稳定，针对其良好的发展前景，需要对其有足够的技术掌握，相比 之下其技术特点有【1 8 l ： 1 与普通多臂机比较，作为积极作用方式，可以形成理想的全开梭口；主要零部件为 旋转运动，代替了传统上的拉刀、推刀、拉钩的往复运动，不仅简化了机械结构，减小了 运动惯性，对提高稳定性，适应高速重型织机有重要作用；传动连接件为刚性无空隙结构， 实现了无冲击性的运动。 2 与早期型号的同类机比较，改进了主轴变速机构，更能保证工艺要求：重要零件用 花键形式固装传动件，综框升降传动应用啮合爪形式，均使构件受力更加合理；电子系统 控制综框升降次序。 1 4 论文主要工作内容 针对z g t 9 8 型先进多臂机的进行结构分析，对其主要传动和运动机构进行研究和改 进，本论文的主要研究内容包括以下几个方面： 1 探讨多臂机的发展过程，对当前国内外多臂机研究状况进行相关技术比较，总结 当前多臂机的发展趋势和相关的技术更新。对z g t 9 8 多臂机主要传动机构作原理分析，并 对主传动相关构件进行二维、三维建模分析。 2 对机构合理简化，应用矢量三角方法，通过对四种矢量三角的详细求解分析，分 别建立凸轮单独作用和连杆单独作用的两种运动学模型，并对其中一部分机构作了运动学 9 浙江理工大学硕士学位论文 的求解，并对机构进行相关的运动学仿真研究。 3 据初测凸轮轮廓的误差分析，从运动学设计角度出发，分别对两对共轭凸轮进行 新的反求设计。 4 运用集中参数法分别建立选综机构和提综机构动力学模型，并从动力学振动理论 分析相关机构动力学响应。 5 对选综机构和提综机构中主要的零部件进行应力应变分析，通过相关有限元分析 软件，确定其主要易损构件瞬时静态下应力和应变状况。 浙江理工大学硕士学位论文 第二章旋转式电子多臂机主传动机构研究 2 1z g t 9 8 型多臂机主传动机构原理 z g t 9 8 型多臂机的主传动机构原理是基于旋转原理基础上，用旋转运动机构代替原来 的拉刀、拉钩的往复运动，避免了加速度有突变的固有缺陷，进一步改善机构振动。其电 子装置是采用电子信号读入的微控制系统，通过相关构件的巧妙选择、连接以及各个传动 部件的精确配合，为最终综框的合理运动提供了理想的传动机构，其技术原理已趋与成熟。 对整体机构作改进和优化是建立在初步深入地了解和分析机构的构型特点和运动特点基 础匕。 2 1 1 机构传动分析 总体传动和控制机构分为两大部分：选综机构和提综机构，配合相关的电磁控制，完 成了整个综框的预定运动规律。在旋转式电子多臂机的两大传动机构原理分析上，许多的 文献和论文都做过类似的探讨1 6 - 1 7 1 1 9 - 2 ，但基本流于表面，本文针对z g t 9 8 型多臂机展开 具体讨论，对其各个机构部分原理做较为深入的分析。 1 选综机构 2 2 1 图2 1z g t 9 8 型多臂机选综机构简图 图中：l 吸铁臂；2 一电磁铁；3 一右信号弹簧支架结合件；4 一右角形杆拉簧；5 一右角形杆；6 一盘形连杆：7 提综臂：8 一驱动盘；9 一花键轴：1 0 一偏心盘；l l 一离合爪：1 2 一左角形杆；1 3 一左角形杆拉簧；1 4 一左信号弹簧支架结合件：1 5 一复位弹簧；1 6 一摆臂 如图2 1 为选综控制机构原理简图，对于选综机构来说，其主要的功能是控制提 浙江理工大学硕士学位论文 综臂是否随偏心盘一起运动，具体通过控制离合爪卡入驱动盘边缘部分的凹槽，从而控制 偏心盘是否随驱动盘一起运动，达到控制提综臂运动规律的目的。 如图2 1 所示，摆臂1 6 由选综共轭凸轮( 图中未显示) 控制上下摆动，从而带动吸铁 臂l 上下摆动。从提综共轭凸轮机构传来的运动规律带动了花键轴9 的运动，花键轴9 与 驱动盘8 连接一起，从而引起了驱动盘8 的运转，而驱动盘8 和偏心盘1 0 是否一起转动， 取决于离合爪1 1 是否卡入驱动盘8 内。电磁铁2 的得电与失电引起与吸铁臂l 的吸否情况， 从而通过左角形杆1 2 或者右角形杆5 控制了离合爪1 1 是否卡入驱动盘8 内，将提综共轭 凸轮机构传递来的运动传给偏心盘l o ，再通过环形连杆6 控制了提综臂7 的运动规律。 当前若电磁铁2 吸，则l 顶住1 2 上下移动，使1 2 顺时针向外摆动，则1 1 与8 之间有 如下两种情况：a ) 上一纬综框不提升，则1 1 在左边，由于复位弹簧1 5 的作用，将1 1 上 的凸头压入8 边缘的凹槽内，使1 0 与8 作为一刚体一起转动，带动提综臂7 的上下运动。 b ) 上一纬综框提升，此时1 1 转到右边，受5 的作用，后凸头嵌入8 的边缘凹槽内，5 由于 4 的作用将1 1 上的凸头从8 的凹槽处项出，1 0 与8 将分离，且6 保持不动，引起了综框的 提升状态。电磁铁不吸，则吸铁臂顶住5 向下移动，5 顺时针向外摆动，则1 1 与8 之间有 两种空能，结果同上述情况。 2 提综机构2 2 1 1 2 3 1 电子多臂机原动力一般通过电机输入到一对螺旋伞齿轮，再将传输到支撑大圆盘上， 带动支撑圆盘转动。z g t 9 8 型多臂机首先通过电机将原动力传动到皮带轮，再通过一对圆 锥齿轮的减速机构将动力传递到支撑圆盘，带动与其相连的凸轮摇臂作匀速转动。 图2 2z g t 9 8 型多臂机提综机构工作简图 图中：l 一大圆盘；2 、6 摆臂滚子；3 、4 一摆臂；5 一滑槽；7 一综框；8 一支撑杆；9 综框连杆；1 0 一转臂；1 l 一转臂连杆；1 2 一提综臂连杆；1 3 提综臂；1 4 环形连杆；1 5 偏心盘；1 6 、1 8 共轭凸 轮：1 7 _ 滑块 1 2 - 浙江理工大学硕士学位论文 图2 2 为z g t 9 8 型多臂机提综机构工作原理图，图中轴0 3 是装在大圆盘l 上的一根 轴，凸轮1 6 、1 8 是一对固定在机架上的共轭凸轮，轴0 3 以o 1 0 3 为半径，以o l 为圆心作 匀速转动，整个机构由一对凸轮机构和一连杆机构组成，后面附加了提综杆1 2 、转臂连杆 1 1 、转臂1 0 、综框连杆9 、支撑杆8 和综框7 组成的一些列平面机构，是对开口机构的真 实情况的简化。运用共轭凸轮并在圆盘上成1 8 0 0 安装了两个摆臂，是为了机构的平衡，减 少冲击，提高精度，改善了机构的受力情况。 其工作情况如下：由电机传来的动力进过带轮输入到主轴o l ，带动大圆盘l 作匀速转 动，此时安装在圆盘1 上的两摆臂3 、4 绕0 3 摆动随圆盘一起转动，摆臂上的两个滚子沿 着共轭凸轮轮1 6 、1 8 廓线运动，带动了滑槽5 的运动，使滑块1 7 在凸轮摇臂的凹槽中一 边滑动一边随支撑圆盘一起转动。经过偏心盘1 5 、环形连杆1 4 、提综臂1 3 组成的连杆机 构带动提综臂摆动，从而通过提综杆1 2 、转臂连杆1 1 、转臂1 0 、综框连杆9 、支撑杆8 和综框7 组成的连杆机构带动了最终的综框7 的运动。其中滑块在滑槽的运动情况会导致 了偏心盘1 5 的间歇停顿，从而使综框产生了上升或下降的开口运动。 2 1 2 主轴的旋转变速运动分析 主轴的旋转运动是由大圆盘上的滚子摆臂的滑块凹槽带动滑块和滑块架来完成的 引，具体针对z g t 9 8 型多臂机其传动过程如下： 圆寸匿委圈专圆业_ 曼b 匪圜j 匡垂夏囹 正如上述，多臂机的开口运动实质上为偏心盘传动提综臂带动综框的运动。一般情况 下，综框运动规律为简谐运动，也没有停顿时间，从而要用合适的方法来改进。基于这种 考虑，旋转多臂机是用主轴变速的途径来实现停顿要求。以前老式型号的多臂机机采用的 是周转轮系方式，但是存在不易达到理想运动规律和停顿时期的问题。z g t 9 8 型多臂机采 用的是共轭凸轮系统，运动规律的实现有较大的自由度。 浙江理工大学硕士学位论文 图2 3z g t 9 8 型多臂机主轴停顿角度a 0 的示意图 图中：1 、1 卜滚子摆臂旋转( 自转) 轴心：2 、1 0 - 滚子摆臂；3 、9 - 摆臂滑槽；4 、8 一滑块；5 - 大圆盘； 6 一多臂机主轴；7 一滑块架；实线：主轴旋转a 0 时滚子摆臂位置；虚线：主轴开始旋转时摆臂位置 由前所述可知，大圆盘上固定装着滚子摆臂，当织机运转时，滑块将嵌入到滑块架的 凹槽中，这样大圆盘在转动时带动滑块架和主轴同步旋转。很显然，当滚子摆臂的凹槽方 向始终对着主轴中心，则主轴的转速不变。( 因为大圆盘的转速是匀速的) 要使主轴变速， 滚子的凹槽方向必定改变，而如此的要求只能通过共轭凸轮来控制。一个滚子摆臂上分别 装有上下两只滚子与共轭凸轮紧密贴合，在随着大圆盘的转动时，滚子摆臂的凹槽方向就 会按照一定的规律改变，从而产生主轴的旋转变速运动。 图2 4z g t 9 8 型多臂机摆臂滚子与摆臂位置示意图 图中：1 、1 1 一滚予摆臂旋转( 自转) 轴心；2 、1 0 一滚子摆臂；3 、9 一摆臂滑槽；4 、8 一滑块；5 一大 圆盘g 卜多臂机主轴；7 l 滑块架；1 2 一( 摆臂) 滚子 要使主轴有a 0 的停顿时间，则可以参照图2 4 所示。图中表示出3 、9 方向与4 、8 位 置的主轴角度关系。图2 3 中将方形滑块改化成圆形，是为了图示清晰，并不影响滑块的 位置。由于主轴6 旋转一周相当于织机主轴旋转两周，因此图中所示a 0 的相当于织机主 1 4 浙江理工大学硕士学位论文 轴的2 a 0 角度。在主轴停顿时刻，使它所传动的连接构件如驱动盘、偏心盘、环形连杆、 提综臂都保持静止不动，