剑杆织机引纬机构的设计与分析研究毕业论文.doc

剑杆织机引纬机构的设计与分析研究毕业论文目 录第1章 绪论11.1课题背景以及研究意义11.1.1课题背景11.1.2 研究的意义11.2 本章小结2第2章 剑杆织机的简介32.1 织机的结构简介32.2 织机的分类及其特点42.2.1 喷气织机的特点42.2.2 片梭织机的特点52.2.3 剑杆织机的特点52.3 剑杆织机的简介及其分类62.3.1剑杆织机的定义62.3.2剑杆织机的分类62.4 不同剑杆织机引纬机构的简介和传动原理分析82.4.1 TP500型剑杆织机引纬机构分析82.4.2 SM型剑杆织机引纬机构分析112.4.3 C401型剑杆织机引纬机构分析132.4.4 GTM型剑杆织机引纬机构分析152.5 本章小结16第3章 六连杆引纬机构的设计173.1连杆部分的结构设计173.2传剑箱的结构设计193.3 本章小结20第4章 传剑箱齿轮的校核214.1传剑箱齿轮的选取方案214.2 传剑箱齿轮的校核214.3 本章小结26第5章 有限元应力分析275.1 齿轮的应力分析275.2 轴的应力分析285.3 本章小结29第6章 结论与展望306.1 结论306.2展望30致谢31参考文献32第1章 绪论1.1课题背景以及研究意义1.1.1课题背景 随着科技的发展，人们生活的日新月异。我国在各个领域取得了瞩目的成就。在纺织机械领域同样经历了从无到有、从小到大、从低端到高端的发展。纺织行业是一个传统的行业，是社会和经济发展的重要支柱。处于衣、食、住、行的首位，纺织业存在于我们生活中的方方面面，涉及到我们生活中的每个角落，我们生活中处处都离不开纺织。正是因为人们这种不断的需求，才促进了纺织业的飞速发展。从原始的手工纺织，逐渐发展到以机器代替人力，解放了生产力的同时也增加了纺织的质量与速度。然而我们还不能局限于现在的纺织水平，我们要通过不断的创新，追求质量高、速度快的纺织机械。在这种背景下，旨在促进纺织企业发展，提高纺织企业的竞争能力，本课题主要针对剑杆织机的引纬机构进行分析，研究并分析这种剑杆织机引纬机构的结构和工作原理，并在此基础上从运动学角度分析、优化设计、动力学分析，为以后探索一个剑杆织机引纬机构改型的可行性方案提供一点可借鉴的经验。1.1.2 研究的意义剑杆织机是目前应用最为广泛的无梭织机，占无梭织机总数的45%以上，织机行业发展的优先位置。剑杆织机的机构与传统的有梭织机相仿，其筘座往往比有梭织机的简而轻，因此适用于老机改造。用筒子纱制织省去卷纬工序，劳动生产率高。它用选纬针引入纬纱，多则可达8色以上色纬引入，而且便于单纬引入，使织物具有灵活多样的特点，适用于色织，织格子织物、装饰织物、地毯、双层织物等。由于剑杆织机是积极传动的，废除了梭子引纬冲击，撞击的特点，有效地降低了织机的在工作时的噪声。在现代剑杆织机上剑杆用碳纤等复合材料制造而成的，它具有挺直、轻质、耐高温等特点可以适应耐高温等特点可以适应高速运转的需求，从而促进了剑杆织机的发展。它除了具有无梭织机高速、高自动化程度、高效能生产的特点外，其积极引纬方式具有很强的品种适应性，能适应各类纱线的引纬，加之剑杆织机在多色纬织造方面也有着明显的优势，可以生产多达16色纬纱的色织产品。随着无梭织机取代有梭织机，剑杆织机将成为机织物的主要生产机种1。 目前，国内纺织行业织造厂引进国外的纺织机械增加，尽管国内也有大量生产纺织机械的厂商，但是其自主研发的能力低，大多是引进国外先进的技术，然后自己加工制造，创新程度不高，缺乏创新能力。然而这就导致了纺织机械与纺织技术的昂贵。这实际上限制了纺织行业的发展。要想振兴纺织行业，必须学会自主研发与创新2。从研发设计到生产加工，再到装配调试，最后到成品的过程必须能独立自主地完成。这都是国内纺织机械将要面临的挑战。身为一名机械人员有必要为纺织行业的发展贡献力量，尽我绵薄之力，推进纺织机械行业发展。 因此，在大学阶段培养有实际的纺织机械设计知识的人才是至关重要的。因为他们的能力关乎着纺织机械行业未来的发展。本次毕业设计主要针对剑杆织机的引纬机构的机械结构进行设计，简单的对剑杆织机的引纬机构的运动以及传剑机构的工作过程进行模拟与仿真。引纬运动是织机的五大运动之一，它是引导纬纱进入并穿过梭口的过程，也是五大运动之中最为繁琐的一部分,区分各类织机的一个重要的标准就是根据其引纬方式的不同。通过本次设计，我们可以熟知剑杆织机引纬机构的工作过程，也可以通过剑杆织机的引纬扩展到其他织机的引纬运动。了解剑杆织机是如何应用剑头进行引纬，让我们对剑杆织机的引纬运动有一个更加透彻的了解。对纺织机械知识的了解不仅仅停留在书本上，而是将纺织机械的知识应用并且发散到到了实际当中。同时，此次设计必将为其他人在以后的研究中，提供一些可供参考的资料，提供一点经验，也希望能够鼓励中国纺织机械在自主研发方面的发展。 本课题设计重点在于六连杆引纬机构，通过对引纬机构进行运动学分析、优化设计、动力学分析，希望能剖析引纬机构，探索一个剑杆织机引纬机构改型的可行性方案。1.2 本章小结本章前半部分主要讲述的是课题的背景与研究意义，讲述了剑杆织机现在的发展现状，主要是描述目前织机所能够达到的织物水平，以及未来的发展趋势。后半部分主要讲的是此次设计所涉及的内容和目的。第2章 剑杆织机的简介2.1 织机的结构简介 织机的种类有很多，但是各类织机基本上都是由开口机构、引纬机构、打纬机构、卷取机构、送经机构这五大机构组成的。下面我们简单介绍一下这五大机构。 开口机构：在织机上，每次引纬之前将织轴引出的经纱按组织点的要求向上和向下分开，形成一个能足以让载纬器或引纬介质顺利通过的通道梭口，这一形成梭口的运动过程叫开口运动，完成这一运动的机构叫开口机构。 引纬机构：由载梭器、纬纱夹持器或引纬介质将纬纱引入织口，便于与经纱交织形成织物，这一将纬纱引入并通过梭口的运动叫引纬运动，完成引纬运动的机构叫引纬机构。 打纬机构：把引入到梭口的纬纱推到织口，形成织物的运动叫打纬机构，完成打纬运动的机构叫打纬机构。 卷取机构：为了保证织机连续运转，要将织出的织物引离织口，织物引离织口卷成一定的卷装形成的运动叫卷取运动，完成卷取运动的机构叫卷取机构。 送经机构：是持续从织轴放送出适当长度的经纱，使经纱能在一定张力控制 范围内进行交织的运动叫做送经运动，完成送经运动的机构叫送经机构3 。 我们简单介绍一下一般织机的工作原理，通过下图2-1我们将对织机的结构以及工作原理有一个简单的了解。图2-1 机织物意形成示图1织轴 2经纱 3后梁 4停经片 5经纱 6、6综丝 7、7综框 8钢筘9纬纱 10纡子 11梭子 12胸梁 13卷取轮 14卷布辊 15织物 16箱座 经纱2经过从织轴1引出,绕过后梁3，并经过停经片4，穿过综框7上的综眼，综框作上下运动，使穿过综眼的经沙分成两层，形成梭口，以便剑杆（引纬器）穿过梭道，将纬纱引入梭口。由钢筘8引入的纬纱打入梭口，使经纱和纬纱交织成织物，然后经过胸梁12、卷布辊、导布辊，最后将织物卷在卷布辊上。 织机各主要机构工作配合，就是开口机构、引纬机构、打纬机构、卷曲机构、送经机构的工作时间配合，其中最重要工艺参数是开口机构和引纬机构的时间配合。二者达到合理的协调，才能使织机流畅的工作。2.2 织机的分类及其特点当前，国内纺织企业应用最多的织机类型主要是剑杆、片梭与喷气织机三种。作为应用最广泛的织机，它们具有各自优势和问题。下面我们简单介绍一下它们 各自的特点以及存在的问题。2.2.1 喷气织机的特点喷气织机在织造中利用空气作为介质喷射引纬，已被公认为一种最有效的引纬方式，这种引纬介质不需要有任何机件的支持，同时也不会使纱潮湿，以致影响工作。不会像一般载纬器那样在高速飞行时有发生轧梭的危险，因而比较安全。当纬纱发生断头时易从织口中清除出去，便于设置断纬清除和自动生头的装置，具有较高的自动化程度。织机上的经位置线可以作任意改变，例如可以做成倾斜梭口，织机上卷布辊位置可以移到后面放在经轴下面。这样既节约了织机在深度方向的面积，又可在织机后车弄内传送经轴、布辊，以利管理和操作。喷气织机为了使气流能有效地握持纬纱提高引纬速度，往往需通过高速喷射的气流来引纬，从而产生了一些缺陷。例如，气流在自由空间喷射进入周围大气之中，它将在一相对比较短的距离内损失其飞行初速度。为了减少这种气流的扩散，在织机上安装了急流装置。动力消耗较大。因为气流的扩散，其能量常是不可避免的被浪费。纬纱的张力较难控制。纬纱头端在气流作用下还有一定程度的解捻作用，所以织物的布边，尤其在喷射对侧不容易得到十分理想的平整。容易 产生小圈圈之类的纬纱疵点，尤其在喷射对侧容易发生4。2.2.2 片梭织机的特点片梭纱夹可以做得很小，其重仅梭子的十分之一。因而它夹持纬纱飞跃梭口时可以达到普通梭速两倍的高速，而动力消耗可以比有梭织机低。片梭纱夹用扭轴投梭机构代替传统的击梭机构，扭轴转角接近主轴一转转角达300，在这段时间内扭轴逐步扭转，积蓄能量，一旦击梭需要时，该能量即可迅速释放。这种击梭机构不会造成织机回转不匀，它几乎全部用钢铁制成，机物料损耗相应少得多。这种片梭在击梭制梭过程中噪声90dB,比传统有梭织机的噪声要低得多。如进一步研究可望把梭子及投梭机构的能量回收一部分，但这仅在理论上有可能，在实际上应用上尚未有用诸实践的例子4。2.2.3 剑杆织机的特点剑杆织机的机构与传统的有梭织机相仿，其筘座往往比有梭织机的简而轻，因此适于老机改造。用筒子纱制织省去卷纬工序，劳动生产率高。它用选纬针引入纬纱，多则可达8色以上色纬引入，而且便于单纬引入，使织物具有灵活多样的特点，适于色织，织格子织物、装饰织物、地毯、双层织物等。由于剑杆是积极传动的，废除了梭子引纬冲击，撞击的特点，有效地降低了织机的噪声。在现代剑杆织机上剑杆用碳纤等复合材料制造成，例如用多层涤纶布用尼龙作粘结剂做成的剑带，它具有挺直、轻质、耐高温等特点可以适应高速运转的需要，从而促进了剑杆织机的发展。通过上述介绍可以总结：片梭织机投资大，回收期长，由于外部市场环境的不确定性，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种织物以缩短投资回收期，利用其后期赢利能力强的特点争取较长时期内稳定赢利。喷气织机耗电大，需增加空压机设备以及厂房的投入，需要增加投资，但转速高，效率相对稳定，可以产量优势争取较快的投资回报。剑杆织机投资较少，但其废边及零配件消耗大。由于在品种翻改方面比其它两种机型的织机费用少，周期短，故特别适合小批量、多花色的产品。综上，剑杆织机能更灵活地适应市场的变化与发展现代纺织品要求，使用更好的原料，达到更高的质量，有更多的花色品种，更小的批量等。因此在国内纺织行业，剑杆织机应用范围之广、数量之多是其它类型的无梭织机不能相比的，近几年来其数量的增加远远大于其它无梭织机4 。2.3 剑杆织机的简介及其分类2.3.1剑杆织机的定义用细长的剑杆作往复运动伸入梭口将纬纱引入织口的方法叫剑杆引纬，用剑杆引纬的织机称为剑杆织机。2.3.2剑杆织机的分类引纬机构是织机中比较关键的部分，其运动的精确程度直接影响到织机的产量、效率和品种适应性。剑杆引纬是一种新的引纬方法，剑杆织机用剑头代替梭子用筒子代替纡子，从而大大改善了织机的性能。然而剑杆织机的分类方法有很多。我们根据不同的分类方式，来进一步了解剑杆织机的种类。1.从结构上分类从机构上剑杆织机可分为单剑杆和双剑杆织机两类：单剑杆引纬适用于织造狭幅织物，可以避免在织机中部传递纬纱。在织某些难以控制的纬纱时是适合的。但这种机器速度低，占地面积大。所以多数为双剑杆所代替。单剑杆织机又可分单相及双相剑杆两类，如下图2-2所示。图2-2 单剑杆织机分类图2-3双剑杆织机的分类所谓双剑杆指的是从两侧把剑杆按相对方向伸入梭口，它是区别于双层剑杆系统的织机。双层剑杆是从同一个传动源一起传动的，用以织双层织物，如双面长绒织物，包括双层灯芯绒、丝绒、帆布织物等。应用双层剑杆代替梭子织造，可有效地提高织机的劳动生产效率。双剑杆织机又可分单项供纬与双向供纬两类，如上图2-3所示。2.从剑杆性能上分类从剑杆本身可分为刚性剑杆与挠性剑杆两大类，如下表1-1所示:表1-1刚性剑杆单层双层挠性剑杆钢带一般制织2.1以内的织物尼龙，复合材料剑带等，最大筘幅达46m及以上当使用普通的刚性剑杆时，织机所需要的占地面积至少是筘幅的一倍，以允许剑杆从梭口退出，所以不适宜于宽幅的织物生产。目前有伸缩剑杆和中间传动的双幅剑杆织机的生产，可以很大程度上减小剑杆织机的占地面积。前者能适应2m以上宽幅的织物生产，这些都是近年来国际上的剑杆织机发展的方向之一。刚性剑杆织造时可以使剑杆不与上下层经纱相接触，所以也能用以生产各种丝绸织物等。3.从引纬方法上分类剑杆织机以引纬方法来分类又可分为：（1）空气引纬，（2）叉子引纬，（3）叉加钩子引纬，（4）纱夹引纬这四类。空气引纬用于前苏联ATP喷气剑杆上；叉子引纬普遍用于织带机上；叉子加钩子用于双纬织入的帆布织机上，也用于Gabler系统单纬织入的织机上，用纱夹引纬的剑杆用于Dewas系统单纬织入的织机。图2-4 Gabler系统引纬剑杆织机上Gabler系统和Dewas系统不同，前者织成单面毛边，仅单边需要绞边或者折入。如上图2-4所示。Dewas系统织成双面毛边，两边都要有绞边或钩纱折入机构，由于Gabler系统纬纱呈发夹形，引入过程中纱速及纬纱张力变化比较大。目前多数发展的是Dewas系统的织机，如下图2-5所示。图2-5 Dewas系统引纬2.4 不同剑杆织机引纬机构的简介和传动原理分析2.4.1 TP500型剑杆织机引纬机构分析（一）引剑机构结构和传动 TP500型剑杆织机采用整体筘座，结构简单。其引剑机构是由连杆机构传动,因此剑杆头没有停顿时间,机构轻巧,加工方便、制造精度好,调节剑杆头动程也很方便。送纬剑采用六连杆ABCDEFG传动机构，如图2-6所示。图2-6送纬剑传动机构接纬剑采用四连杆传动机构，如图2-7所示。图2-7接纬剑传动机构 传剑轮采用周转轮系及螺旋伞齿轮传动，机构比较紧凑，运动平稳。TP500型剑杆织机采用左右不相同的引剑连杆机构，其目的是为了使左右剑头在交接时有一段接力跟踪的时间，可以防止纬纱松弛或脱钩。同时也可以使左剑头的的位移曲线与筘座角位移相对称，从而保证剑杆头进出梭口时不碰及剪刀。左剑杆头退出梭口较早，可以减少与经纱的摩擦。右剑杆头夹持纬纱退出梭口较迟，以便让经纱将引出的纬纱夹持住5。（2） 引剑机构的运动分析 TP500型剑杆织机左侧的六连杆引剑机构可以分解为两级四连杆机构，然后运用四连杆机构的分析方法，计算出筘座的角位移、角速度、角加速度和最后一级连杆的角位移、角速度、角加速度。图2-8传剑轮的传动 如上图2-8所示。由于传剑轮的最终传动为行星齿轮机构，根据行星齿轮系的计算公式可知： （1）试中：-输出齿轮； -行星齿轮机构的大齿轮； -筘座角速度； -最后一级连杆角速度； -最后一级连杆相对于筘座的角速度； -相对于筘座的角速度； -最后一级连杆相对于的角速度。 由于相对于筘座的转速为，剑杆头的运动也是相对于筘座的摆动而言，所以可优先求出，再求出剑头的速度。由（1）得：= （2）令传剑轮相对于筘座的角位移、角速度、角加速度分别为、。则 = = （3） 式中： 因此 （4） = （5）式中:、初始角。 因此，剑头的位移s、速度v和加速度a分别为： S= v= a= (6)2.4.2 SM型剑杆织机引纬机构分析（1） 引纬机构结构和传动SM92型号织机的引纬机构它采用分离筘座。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使刚性角形杆做往复运动。最后经过定轴轮系、和剑轮3的放大，是剑轮啮合的剑带4获得往复直线运动。共轭凸轮轮廓线是根据实际剑头所需要的运动规律设计的，如下图2-9所示。图2-9 SM型剑杆织机引纬机构示意 （2） 引纬运动分析剑头运动有如下特点： 改进梯形运动分为三段。从前止点起，当时，剑头加速度；当时，；当时，。剑头在和附近时，有正和负的最大速度峰值。当时，剑头进足，在和左右时，剑头进入或退出梭口。 设剑杆的运动规律为、，扇形轮分度圆半径为r。通过放大机构得扇形轮的摆动规律为： 由、和通过四连杆机构可求得共轭凸轮从动杆的运动规律、和，并最终求得凸轮轮廓线。（3） 引纬参数调整 1.剑头初始位置 它是通过改变剑带和剑轮的啮合位置来实现的。 2.剑头动程调节 织机的基本筘幅是由放大机构中各齿轮数比决定的，剑头动程只能在基本筘幅的基础上作小范围的调节。设筘幅为L，织物外空动程为H，交接动程为d，则剑头的动程和两剑头初始位置的距离可确定。改变摆杆的长度便能调节剑杆动程，以适应不同幅宽的织物。在最大幅宽情况下，每侧剑杆动程可以调小400mm。 3.纬纱交接条件SM92型织机送、接纬剑在时，剑头尖应在中央交接纬纱。当时，送纬剑头尖应位于前部第一导钩位置；接纬剑在时，剑头尖应位于后部第一导钩位置。上述位置和主轴时间，只要微量调节摆杆长度即可达到。至于交接转角差的微量变化，则可借剑杆动程的改变来达到。通常，送纬剑动程略大于接纬剑动程，在中央偏接纬侧交接纬纱。为此，需调节送纬剑摆杆的B点，使其比接纬剑摆杆的B点下降两个刻度左右。 应该指出，有的织机并不强调交接转角差，如GTM型织机，不存在交接转角差也同样能正常织造。2.4.3 C401型剑杆织机引纬机构分析（1） 因为机构的结构与传动 C401型织机采用变螺距引纬机构来完成空间两垂直相错轴线的传动，具有传动链短、结构紧凑、占地面积小的特点。如图2-10所示，它由曲柄滑动机构ABC和螺旋副机构CD组成。主轴通过同步带直接驱动曲柄，经过双连杆使滑块型螺母产生往复运动，螺母内有两对滚子与螺杆的螺旋面相啮合，形成螺旋副。螺母的直线往复运动直接变为螺杆的不匀速回转摆动，最后通过剑轮的放大作用，带动剑带运动。图2-10 C401型织机变螺距引纬机构 引纬机构的基本参考尺寸是：曲柄AB为为120mm,调节曲柄长度可得到剑带需要的动程；双连杆BC长340mm；剑轮分度圆直径为248.54mm,偏距e为15mm；螺旋中径d为46mm左右，平均螺距h为96mm左右。（2） 引纬运动分析 假设机构为正致，e值忽略不计，则从曲柄滑块机构可得到滑块螺母C的运动方程 滑块螺母的行程x和螺杆的摆动转角之间的关系由变螺距方程=F（x）决定。设剑杆位移S为：于是最终可以有 对时间求导后便可得剑杆的速度和加速度。由此可见，剑杆的运动取决于曲柄滑块机构和变螺距方程的设计。 剑杆进足是加速度为零的优点是在交接纬纱时可是剑带无惯性伸长，送、接纬剑相对速度小，有利于稳定可靠地交接纬纱，这是靠变螺距设计来达到的。因为螺旋副的传动效率较低，所以C401型织机将滑块螺母设计成滚动摩擦，并辅以油浴润滑，以补救这个缺陷。 应该指出，本机在非满幅织造条件下，剑杆进足时加速度不能为零，加速度数值越大。所以织机在不同筘幅时的变螺距杆是不能通用的5。2.4.4 GTM型剑杆织机引纬机构分析 GTM型织机采用分离筘座，筘座在后心停顿。由空间球面四连杆机构完成主轴和剑轮轴空间垂直相错轴线的传动。改变剑杆动程时，中央交接点可以不变，故调节很是方便。它的放大比受传动和结构的限制，不能太大。织机的最大筘幅为280cm，但剑轮的直径竟大到306mm，而TP500型织机在筘幅360cm时，剑轮直径仅为247.2mm。GTM型织机的引纬机构虽紧凑而简单，但筘幅的增加受到了引纬机构的限制，不过280cm的筘幅已能满足大部分织物幅宽的需要。(1) 引纬机构的结构与传动 GTM型织机引纬机构如下图2-11所示。图2-11 GTM型织机引纬机构 它的传动路线为：有打纬共轭凸轮轴传动曲柄AB、空间连杆BC和摇杆CD组成的球面曲柄摇杆机构。平面双摇杆机构DEFG中的扇形轮经小齿轮和传剑轮的放大作用，最后使剑杆获得往复的直线运动。（2） 引纬运动分析 用解析法求得由输入轴A传到扇形齿轮FG后的运动、和；再经过放大便可得到剑杆的位移S，连续对时间求导后可得剑杆的速度和加速度。 对于筘幅为2m、转速为250r/min的织机来说，剑头运动规律如图2-12所示。图2-12 GTM型剑杆织机运动曲线 经过计算分析与上图可得知：送纬和接纬剑头在180时的位移最大，S=1130mm。引纬机构没有“跟踪”的调整和选择。剑头进入梭口在105时的速度为最大，退出梭口在255时的速度也是最大，其均值为24.36m/s。剑头在起始、终止和进足时的速度均为零；最大正加速度在65和295时，数值为686.2，负加速度在145215之间不变，其值约为-830左右。这是在织机低速运行的条件下的数据。织机速度越高，速度和加速度的绝对值也越大。 由此可见，GTM型剑杆织机剑头和调节带来方便。和SM92型、C401型等同样筘幅织机相比，在相同的转速下，GTM型织机的速度和加速度峰值要小一些。2.5 本章小结本章主要是对于不同剑杆织机的引纬机构做了一个详细的介绍，主要是TP500型、C401型、GTM型剑杆织机。主要了解它们引纬所应用的机械结构，通过分析它们引纬机构的运动原理来了解它们各自存在的优缺点，为我们接下来的设计参考提供方便。 第3章 六连杆引纬机构的设计3.1连杆部分的结构设计剑杆织机的引纬方式有很多种，其引纬原理也各不相同。在第一章中，已经详细的介绍，并对各类剑杆织机的传动原理有了一个初步的了解。应毕业课题的要求以及条件等多方面因素限制等原因，本次毕业设计主要针对YJ-736型剑杆织机的引纬机构进行研究设计。首先通过对织机引纬机构各个零部件进行测绘，得到各机构的尺寸，在通过SolidWorks对每一个零件进行三维建模，然后完成三维的装配图，最后根据零件的各个传动关系进行仿真运动。如下图3-1所示，为YJ-736剑杆织机的三维模型。图3-1 连杆机构三维模型根据三维图，我们对引纬机构的机械结构进行编号并做简要的描述，并对其运动原理进行初步的分析，如下图3-2示。连杆部分的工作原理：当曲轴在电机的带动下1旋转时,带动大偏心轮2转动，因为是偏心结构，此时的运动类似于曲柄，使引纬连杆3做上下摆动,在销轴12的作用下带动三角摆臂5，使三角摆臂5绕着支点4也做上下往复摆动，此时相当于摇杆结构。三角摆臂的支点4固装在墙板上不动,前面支点6环绕支点4做上下摆动,拖动扇齿板下拉支点7，使其环绕摇轴8做前后摆动,扇齿板9随之前后摆动并通过扇形齿条10带动传剑箱小齿轮11，小齿轮11将动力传到传剑箱体内，经过一组锥齿轮带动剑带轮的运转，使剑头往复移动，进行纬纱交接，这样完成了剑杆织机的引纬。 图3-2引纬机构的组成1-曲轴；2-偏心轮；3-引纬连杆；4-支点；5-三角摆臂； 6-小连杆；7-扇齿板下拉支点；8-摇轴；9-扇齿板； 10-扇形齿条；11-传剑箱小齿轮；12-销轴根据图3-2引纬机构的组成所示，我们画出其机构运动简图，简化其机械结构，帮助了解其运动原理，如下图3-3所示。图3-3 引纬机构的机构简图如图3-3所示，将曲轴简化成铰支标记为1，将偏心轮简化成曲柄并标记为2。当曲柄2旋转时，通过引纬长连杆中的大偏心轮转动使引纬长连杆3做上下摆动，长连杆3小端通过芯轴与三角摆臂5连接,从而带动三角摆臂也做往复摆动。三角摆臂的支点4固定在墙板上，前支点B环绕支点4做上下摆动,拖动扇形齿板下支点7绕摇轴8做前后摆动。这样通过扇形齿条摆动致使传剑轮进行往复的转动。使动力传到传剑箱，进而是最终的动力传到剑带轮，带动剑带运动，完成引纬。用六连杆引纬机构代替原四连杆机构后，确保了剑头有充足的时间来完成纬纱的引纬，交接稳定。3.2传剑箱的结构设计根据剑杆织机的原理设计，该类型剑杆织机传剑齿轮组基本由四个齿轮组成，与扇形轮啮合的是一个圆柱直齿轮，它将动力传到传剑箱。传剑箱体内要求输入轴和输出轴呈现90度，故选择一组锥齿轮，传动效率高，传递扭矩稳定。剑带轮要与剑杆织机的剑带配合，进行稳定的往复引纬。齿轮组模型如下图3-4所示。图3-4 齿轮组三维模型如图3-4所示，我们可以得到各个齿轮的啮合关系，所以标记圆柱直齿轮为Z，大小锥齿轮分别为Z、Z，剑带轮为Z。根据三维模型，我们画出该机构的机构运动简图，如下图3-5所示：图3-5齿轮组机构简图该齿轮组为运动放大机构，通过齿轮组把扇形板与筘座脚的相对角位移转化为剑头的直线运动。机构的放大系数为：K=式中：为扇形齿轮齿数，=142 为圆柱直齿轮齿数，=18 为大锥齿轮齿数，=20 为小锥齿轮齿数，=17 D为传剑轮节圆直径，D=242所以 K=1123mm3.3 本章小结本章主要是对剑杆织机的引纬机构进行总体设计，包括连杆机构、传剑箱机构以及剑带轮。主要是对它们的参数做一个初步的选择，以及通过它们各自的参数进行SolidWorks建模，通过三维模型来对机械结构有一个初步的设想，以实物的形式展现在读者面前。第4章 传剑箱齿轮的校核当全面了解了六连杆引纬机构的整体工作原理之后，接下来要开展的就是对空间连杆引纬机构减速部分的机械结构设计与分析工作。减速机构的设计比较像减速器的设计，它是通过齿轮的传动以一定传动比来达到减速的效果，并通过输出轴等一系列齿轮把动力传输到剑带轮上，实现动力传输的效果，实现引纬运动。 4.1传剑箱齿轮的选取方案我们根据小齿轮的功率和转速来反算出齿轮组的参数。动力源来自电动机的驱动，首先经过连杆，连杆再传到齿轮。对于求解齿轮的参数我们有两种方法。第一、我们可以通过曲轴的转速，通过连杆传动计算出扇形齿轮的摆动的角速度，最后求出齿轮的转速。第二、测出剑带轮的转速，而小齿轮的转速等于剑带轮的转速。已知织机的功率为功率为1.82.2KW，我们近似的取织机的功率为2.0KW。传递的过程中效率的损失，经粗略估算引纬的功率大约为1.15KW。可见第二种方法要简单得多，织机属于大型机械，我们只需大致的估算其齿轮的参数就可。对于本次的毕业设计主要是对织机的一个测绘过程，来了解织机的结构。所以，我们这里运用第二种方法来估算齿轮参数。已知输出端小齿轮轴的输入功率为0.65KW，其转速n=240r/min。4.2 传剑箱齿轮的校核1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1)根据传动方案图选用直齿锥齿轮传动。 2)织机为重型机器，它的运转稳定，且速度不是很高，故选用7级精度（GB1009588）。 3)材料选择。选择小齿轮材料为40Cr（渗碳后淬火），硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢（调制），齿面硬度为240HBS。 4)选择小齿轮齿数为=17，大齿轮齿数比小齿轮略大，=1.217=20.4，取=20。2.按齿面接触强度设计(1)根据相关计算公式进行试算小齿轮分度圆直径，即 1)确定公式中各参数的值。 1 试选载荷系数K=1.3。2 计算小齿轮传递的转矩。=2.5910N/mm3 选取齿宽系数=0.3。4 查询相关图表查得区域系数Z=2.5。5 查询相关图表得材料的弹性影响系数。6 查询相关图表得小齿轮的接触疲劳强度极限=750MPa，大齿轮的接触疲劳强度=700MPa。7 计算应力循环次数；=1.03610 =8.63108 查询图表取接触疲劳寿命系数；9 计算接触疲劳许用应力，取失效概率为1，安全系数S=1，由式得 =MPa=675MPa =MPa=665MPa2)试算小齿轮分度圆直径，带入中较小的值； =mm =63.24mm(2)调整小齿轮分度圆直径 1)计算实际载荷系数前的数据准备。1 圆周速度v。=63.24（1-0.50.3）mm=53.9mm=m/s=0.68m/s2 当量齿轮的齿宽系数。b=0.353.9mm=22.19mm =b/=0.412 2)计算实际载荷系数。1 根据=0.68m/s，7级精度，通过查询相关图表可得动载系数；2 由于直齿轮的精度较低，去持剑载荷分配系数=1；3 通过查询相关图表可得使用系数=1；4 根据相关图表，使用插值法得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，得齿向载荷=1.345。由此，可得按得到实际载荷系数为：=11.0111.345=1.358 3)按照实际的载荷系数校正所算的得的分度圆直径为：=64.5mm及相应的齿轮模数=64.5/17=3.79mm3.按齿根弯曲疲劳强度设计(1)由弯曲强度的计算公式为 1)确定公式中的各参数值。1 试选=1.3。2 计算。由分锥角=40.36和 ，可得当量齿数:=17/cos(40.36)=22.31 =20/cos(49.64)=30.88查取齿形系数=2.62，=2.11。查取应力修正系数=1.59，=1.89。查阅相关图表得小齿轮的齿根弯曲疲劳强度极限为=500MPa；大齿轮的齿根弯曲疲劳强度极限为=380MPa。查阅相关图表得弯曲疲劳寿命系数=0.85，=0.88。取弯曲疲劳安全系数S=1.7，得MPa=250MPaMPa=197MPa=0.0167=0.0202因为大齿轮的大于小齿轮的，所以取=0.02022)试算模数。 =mm =1.909mm(2)调整齿轮模数 1)计算实际载荷前的数据准备。1 圆周速度v。1.90917mm=32.458mm=32.458(1-0.30.5)mm=27.589mm=0.347m/s2 齿宽b。b=mm=13.37mm 2)计算实际载荷系数。1 根据，7级精度，根据相关图表查得动载系数=1.01。2 直齿锥齿轮精度较低，取齿间载荷分配系数=1。3 由相关图表用插值法查得=1.340，于是。则载荷系数为 =1.283 3)由相关公式可得按实际载荷系数算得的齿轮模数为mm 按照齿根弯曲疲劳强度计算的模数m=1.9mm，按照齿面接触疲劳强度计算的模数m=3.79。对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，但是织机为大型机械，长期的运转对齿轮的损坏比较大，为了能够保证齿轮的强度足够，且不易受损坏，在这里取齿轮的模数m=3mm。取，=20.4，为了使两个齿轮互质，取=20这样设计出来的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，可靠性比平时更强，充分保证了剑杆织机引纬机构运转时的机构稳定性。4.几何尺寸计算 (1)计算分度圆直径=173mm=51mm=203mm=60mm (2)计算分锥角=40.365=49.635 (3)计算齿轮宽度=21.001mm取。5.主要设计结论齿数，模数m=3mm，压力角，变为系数，分锥角，齿宽。小齿轮选用40Cr（调制），大齿轮选用45钢（调制），齿轮按7级精度设计。4.3 本章小结本章主要是对传剑箱两个锥齿轮进行选择与校核，通过按齿面解除疲劳强度与齿根弯曲疲劳强度设计来试选齿轮，再通过设计计算，得到一个可靠的齿轮参数，最后通过该参数来得出两个齿轮的齿数、模数12 。第5章 有限元应力分析5.1 齿轮的应力分析对于啮合的两个锥齿轮所受的压力是相等的，在第四章中我们通过测试剑带轮的转速大致的推算出小锥齿轮的转矩与转速，在此我们根据小齿轮的转矩来求出圆周力：=1194.9N=1271.6N此时为齿轮的名义法向载荷。即齿面所承受的压力。通过有限元应力分析，对于小齿轮的屈服应力分析如下图5-1所示，通过颜色的来分析齿轮容易破坏的位置。图5-1齿轮的屈服应力对于齿轮受力所产生的轮齿形变位移，如下图5-2所示。通过观察颜色的深浅来分析变形的程度强弱。图5-2齿轮的形变位移5.2 轴的应力分析对于大锥齿轮来讲，它所受的阻力主要是来自小齿轮。大齿轮的转动是由圆柱直齿轮通过键连接，再通过轴的作用带动。所以在此我们分析键槽处的轴的应力。=1271.6N，计算的键槽处的圆周力为。经应力分析如下图5-3所示。图5-3键槽处屈服应力 对于轴来讲，受到的是转矩，但是在开始的一瞬间键槽处所承受的是瞬间压力，所以对此我们只分析此时的瞬时状态。齿轮轴键槽处由于受力变形的位移如下图5-4。图5-4 键槽变形位移键槽处在承受瞬间压力时将会发生形变，这种形变也是导致键或者是键槽处的轴破坏的重要原因，所以对此我们分析它受力时所发生的形变。5.3 本章小结本章主要是通过有限元应力与变形位移分析，使我们可以知道齿轮和轴容易出现破坏的地方以及形变最大的地方，这样我们在实际中根据设计的需要，来改变齿轮与轴材料以满足力学的要求。第6章 结论与展望6.1 结论剑杆织机引纬机构是国内纺织机械行业应用广泛的一种引纬机构。有一些剑杆织机的引纬机构与六连杆引纬机构的原理很相像。都是先通过一组连杆机构将动力传到齿轮，最后传到剑带轮进行引纬。本文结合纺织机械厂技术的研究，由于水平有限，只仅仅对引纬机构做了一个测绘、仿真与有限元分析，就剑杆织机引纬机构作了一些初步探讨，在一定程度上缺少创新。回顾全文，本文完成了如下工作：1.根据测绘尺寸，运用SolidWorks软件对引纬机构进行建模、仿真分析。熟悉运动轨迹以及传动原理。 2.根据织机的功率与转速，对传剑箱体的齿轮进行选择与校核。最后对部分轴与齿轮进行有限元应力分析。 3.大略的介绍了不同剑杆织机的引纬机构的差别，以及各自存在的优缺点。6.2展望由于时间关系和能力所限，本文难免有一些不足之处。对于剑杆织机引纬机构的研究，本文所做工作非常有限，还有待于继续研究。另外，作者体会到，虽然剑杆织机引纬机构研究是一个老课题，但是并没有达到令人满意的程度，希望在未来的研究之中，能够将打纬与引纬机构结合起来进行分析与研究。能够从动力学角度对连杆部分进行速度、加速度分析，进而对其进行机械优化设计。还可以对整个引纬机构做模拟仿真，应用CAD/CAM技术，应用ADAMS软件对剑杆织机的关键部件做运动学、动力学分析，以便掌握原样机的设计机理，来解决一系列物理样机无法解决的难题。致谢本学位论文是在导师李红军老师的悉心指导下完成的。在本课题的研究和论文的撰写过程中，李老师自始至终对我细心指导，提出了许多宝贵意见和建议，使我的课