椭圆齿轮曲柄摇杆打纬机构.pdf

浙 江理 工大 学学报 第 2 4卷 第 5期 2 0 0 7年 9月 J o u r n a l o f Z h e j i a n g S c i Te c h Un i v e r s i t y Vo 1 2 4 No 5 S e pt 2 0 07 文章编号 1 6 7 3 3 8 5 1 2 0 0 7 0 5 0 5 2 5 0 4 一 种新型打纬 机构 的设计与分析 顾叶琴 赵雄 陈建能 赵匀 浙 江理 工大学机械与 自动控制 学院 杭州 3 1 0 0 1 8 摘要 提 出了一种新 的椭 圆齿轮一 曲柄摇杆 打纬机构 分析该机构重要参数椭 圆齿轮偏心率对机构性 能的影 响 得到 了合适的范 围 并给 出了曲柄与 支座 夹角和椭 圆齿轮 长轴初 始偏 角的设计 规则 初步验证 了机 构的可行性 与常用的两种打 纬机构进行性能 比较 体现 了机 构的优 良性 关键词 打纬机构 椭 圆齿轮 曲柄摇杆 偏心率 中图分类号 TS 1 0 3 1 3 5 文献标 识码 A 0 引 言 在织机上 依靠打纬机构的钢筘前后往复摆动 将一根根引入梭 口的纬纱推向织 口 与经纱交织形成织 物的过程称为打纬运动 完成该运动 的机构称为打纬机构 为了实现织机理想 的打纬运动 打纬机构应符合 下列要求 a 钢筘及其筘座的摆动动程 在能保证顺利引纬 即在提供一定的可引纬角度的情况下 应尽可能 减小 用短动程打纬 以减少筘片对经纱的摩擦 b 筘座的转动惯量和筘座运动的最大加速度在保证打紧纬 纱的条件下应尽量减小 以减少织机的振动和动力消耗 c 筘座的运动必须与开 口 引纬相配合 在满足打纬 的条件下 尽量提供大的可引纬角 打纬机构的设计必须保证在打纬后心位置有充足的引纬时间 d 打纬机 构应简单 坚固 操作安全 1 目前织机上常用的打纬机构有连杆打纬机构和共轭凸轮打纬机构 连杆打纬机构基本是四连杆非分离 筘 座式和 六连杆 式 共 轭 凸轮打 纬机 构则基 本是 分离 筘座 式 2 打纬要求筘座在后心位置有较长的停顿时间 以保证 纬纱在 梭 口内有 足够 的运动 时 间 四连 杆打 纬时筘 座 在后心 位置 的近 似 停顿 的时 间一般 在 6 5 7 5 所谓 近 似 停顿 时间 是 指 在此 时 间 内 筘的摆动很小 约在 5 mm左右 共轭凸轮打纬停顿时间为 2 2 0 2 4 O 1 新型打纬机构 工作原理和效 果 为 了满 足筘 座在后 心 位置 有 较 长 的停顿 时间 同时 又要 克服 共轭 凸轮加 工和 安装 的麻 烦 笔 者 提 出椭 圆齿 轮 一 曲柄 摇杆 打纬 机构 图 1 所 示为 该新 型 打 纬机 构示 意 图 其 中椭 圆齿 轮加 工虽 1 主 动椭圆齿轮 2 从动 椭圆 齿轮 3 筘座 有一定 的难度 但普通齿轮加工机床经改装就能直接铣齿 滚齿和 图1 椭圆齿轮一曲柄摇杆打纬机构示意图 磨齿 卜 同时椭圆齿轮传动齿侧间隙在传动过程中不变 因此椭圆齿轮传动平稳 收稿 日期 2 0 0 7 O 1 2 2 项 目基金 浙江省 自然科学基金重点项 目 Z 1 0 5 7 0 6 湖北省数字化 纺织装备重点实验室 武汉科技 学院 基金资助 D TL 2 0 0 7 1 1 作者简介 顾叶琴 1 9 6 5 一 女 浙江诸暨人 高级 工程师 从事剑杆织机的开发与织造工艺研究 维普资讯 5 2 6 浙江理工大学学报 2 0 0 7 年第 z 4 卷 如图 1所示 0为主动椭圆齿轮的焦点 也是织机主轴转动 中心 a为从动椭 圆齿轮转动中心 为该椭圆 齿轮的一个焦点 曲柄 a b 长度 z 与从动椭圆齿轮固接 通过连杆 b c 长度 z 带动摇杆 c d 长度 z 作往复 摆动 c d与筘座 d e 通过轴 d固连 使筘座 d e 前后往复摆动 通过优化椭圆齿轮的短长轴之比 k 偏心率 当 曲柄 a b与连杆 b c 共线 时 即筘座 d e在前心 位置 与 支座 a d 长 度 z 夹角 初始 安装 角 安 装时 主动椭 圆齿轮长轴与 a o线的夹角 四根杆件的长度和支座 a d位置角 y 可 以获得类似共轭凸轮打纬机构运动规 律 椭圆齿轮一曲柄摇杆打纬机构的重要参数是四杆杆长和 角由四杆杆长和k确定 在 k 一0 7 y 一0 一4 a b 6 0 mm b c 1 3 0 mm c d 一3 4 0 mm a d一3 2 0 mm d e 1 9 0 mm 织 机转 速为 3 0 0 r mi n时 打纬点 e的运动规律如图 2所示 筘座在后心停顿时间达到 2 0 3 从 7 7 到 2 8 0 并且在此时 段打纬点速度 加速度变化缓慢 趋于零 打纬最大动程 为 7 1 6 6 mm 时 打 纬终 了时加速度有最大值 6 4 7 1 4 2 m s 符合打纬工艺要求 2 机构参数对打纬性能的影响 2 1 参 数 的设定 不是机构的独立参数 要保证打纬后心停顿位置角的合适位置 获得理想 的打纬规律 初始安装时 这两个角度应合理设定 角应选取机构的一个极位位置 如图 1 所示 本机构设定四杆机构初始位置处于近极位位置 筘座 2 1 厂 2 一 2 位 于 前 心 位 置 此 时I9 一 丌 一 a r c c o s 曲 柄 与 参 考 水 平 轴 偏 角 为r P 打 纬 运 动 要 求 筘 座 在织机一个转动周期内应从前心位置摆动到后心位置再回到前心位置 椭 圆齿轮和曲柄摇杆是两级非匀速 传动 需要用 角来达到筘座在后心位置近似停顿时间尽量延长的 目的 此时从动椭 圆齿轮的转动应处于缓 慢的阶段 曲柄摇杆机构的四杆长决定 了其急回特性 因此在设计过程中 希望机构 的极位夹角 叩 尽量取 小 同时从动椭圆齿轮在其转角为 叩 时变化平缓 在本文所给定 的一组机构参数下 单独改变 得到筘 座摆 动 曲线 如 图 3所示 本机 构设定 为 4 g q 越 暑 婚 主轴转角 5 打纬点位移 打纬点速度 I 打纬点加速度 图 2 新型打纬机构 运动学仿真 曲线 主轴转角 图 3 角对筘座摆角影响曲线 以水平线参考 2 2 椭圆偏心率的影响 通过对机构的分析 发现椭圆齿轮偏心率 k对打纬机构的运动规律影响很大 随着 k的增大 打纬后心 停顿位置角不断下降 从图 4 所示规律判断 欲达到类似共轭凸轮的效果 k的取值应在 0 6 0 8之 间 图 5为文中所给定参数的打纬机构在转速 3 0 0 r mi n 不同 k值下加速度 的仿真 图 随着 k值增大 打纬终了 的最大加速度显著下降 同时最小峰值 向中心偏移 在织机中速运转的工作条件下 k值可偏大选取 以提高 该 打纬 机构工 作 的平 稳性 打纬后心停顿时间和打纬最大加速度值对该打纬机构是一对矛盾的 目标 不能取得两方面的同时改进 因此 在机构的优化设计中 参数 k的设计尤其应该重视 维普资讯 第 5期 顾叶琴等 一种新型打纬机构的设计与分析 5 2 7 l 0 0 0 毫 5 0 0 翼 o 5 0 0 1 0 0 0 0 5 0 1 0 0 l 5 0 2 00 2 5 0 30 0 3 50 主轴转角 图 4 k值对停顿角 的影响 曲线 图 5 不 同 k值下打纬点加速度 曲线 3 与常用的两种 打纬机构性 能比较 图 6所示 为六 连杆 打纬机 构嘲 和共轭 凸轮打纬 机构 跏 的运动学 曲线 比较 一 一 一 一V 3 O 2 a 六连杆打纬机构运动学曲线 b 共轭凸轮打纬机构运动学曲线 1 位移曲线 2 速度 曲线 3 加速度曲线 图 6 两种常用打纬机构运动学 曲线 图 6 a 反 映 了六 连杆 打纬 机构 筘座在 织 机主 轴转 速 3 0 0 r mi n时 的定性 运 动 规律 曲线 六 连杆 的后 心 停顿时间不足 这限制 了它在高速 宽筘幅织造上的应用 图 6 b 是 T T9 6型剑 杆织 机上 的共轭 凸 轮打 纬机 构在 织 机 主轴 转速 3 0 0 r mi n下 的运 动 曲线 其 筘 座 的停顿时间较长为 2 4 0 从 6 0 到 3 0 0 并且速度 加速度趋于零 有利于剑杆引纬 打纬 的最大动程为 9 5 mm左右 打纬终了时 加速度最大为 3 2 8 8 2 4 m s 此时打纬力最大 有利于将纬纱打紧 因为筘座在运动 过程中 其加速度方 向是变化的 因此 惯性力的方 向也随着发生变化 从 而使织机在运转 中产生振 动 在 3 2 5 左右跃度值最大 此时筘座运动不平稳性也较大 从而产生摇轴振动 但筘座运动跃度曲线是连续的 共轭凸轮打纬性能明显优于六连杆机构 理论上可满足任意工艺要求 实现预定的筘座运动规律 是 目 前在高速无梭织机上应用较多的打纬机构 虽然共轭凸轮打纬机构的性能优越 但它对共轭凸轮的加工精 度要求高 为了适应高速运转 筘座加速度的导数 跃度 要求连续 这就要求 凸轮的轮廓线做到三阶连续 加工 成本 高 新机构的后心停顿角能达到 2 0 0 以上 能保证 剑头在梭 口有充足 的引纬时间 打纬终 了时能提供最大 打纬力 通过与上述两种打纬机构比较可知 椭 圆齿轮一 曲柄摇杆打纬机构的性能接近于共轭凸轮打纬机构 但 比六连杆打纬机构有了很大改善 4 结 论 a 提出了椭 圆齿轮一曲柄摇杆打纬新机构 通过 Ma t l a b软件对打纬运动学曲线仿真 验证 了该新型机 维普资讯 5 2 8 浙江理工大学学报 2 0 0 7 年第 2 4 卷 构 的可行性 获得类 似 于共轭 凸轮打 纬机构 的打纬效 果 b 对椭 圆齿轮的偏心率的影响分析表明 k 值理想 的取值 范围是 0 6 0 8 提出了机构参数 的设 计规则 参 考文献 1 陈元甫 洪海沧 剑杆织机原理与使用 M 北京 中国纺织出版社 1 9 9 4 E 2 朱苏康 高卫东 机织学 M 北京 中国纺织出版社 2 0 0 4 3 方 毅 椭 圆齿轮插齿机的工作 原理及齿形方程 J 机床 与液压 2 0 0 2 5 4 9 5 1 4 方毅 薛小雯 椭 圆齿轮滚齿机 的工作原理及齿形方程 J 新技术新工艺 2 0 0 2 9 2 0 2 2 5 贾松 胡青春 椭 圆齿轮 的 C AD与线切割加工 J C A D L A P P C AM C A E 2 0 0 4 1 1 5 3 5 5 6 王光华 莫灿林 精确长停 的六连杆打纬机构 J 纺织学报 1 9 9 8 1 9 1 5 8 6 1 7 王长通 织机连杆打纬机构的分析 J 中原工学 院学报 2 0 0 4 1 5 6 4 4 4 6 E 8 郑智毓 T T 9 6型剑杆织机打 纬机构分析 J 纺织学报 2 0 0 5 2 5 4 7 3 7 4 De s i g n a n d An al y s i s o f a Ne w Bea t i n g u p Mec h a n i s m GU Y e q i n ZHAO Xi o n g CHEN y i a n n e n g ZHAO Yu n S c h o o l o f Ma c h i n e r y a n d Au t o ma t i o n Z h e j i a n g S c i Te c h Un i v e r s i t y Ha n g z h o u 3 1 0 0 1 8 Ch i n a A b s t r a c t A n e w e l l i p t i c g e a r c r a n k r o c k e r b e a t i n g u p me c h a n i s m i s p r o p o s e d I n f l u e n c e s t o t h e pr o pe r t i e s o f t he me c ha ni s m b y t he e c c e nt r i c i t y r a t i o o f e l l i p t i c ge a r a r e a n a l yz e d a n d t he a p pr o pr i a t e s c o pe of i t i s a c h i e v e d The d e s i gn r u l e s o f t he a ng l e be t we e n c r a n k a n d b as e a n d i n i t i a l a ng l e o f e l l i p t i c g e a r a r e i n t r o du c e d S o t he f e a s i bi l i t y o f t h i s me c h a n i s m i s c o nf i r m e