椭圆齿轮-曲柄摇杆打纬机构的分析与设计【三维PROE】【含CAD图纸+PDF图】
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浙江理工大学本科毕业设计（论文）开题报告班 级机械设计制造及其自动化09(4)班姓 名单嘉岱课题名称椭圆齿轮曲柄摇杆打纬机构的分析与设计开题报告（包括选题意义、研究的基本内容与拟解决的主要问题、总体研究思路与可行性分析及预期研究成果、研究工作计划等内容，非艺术类不少于3000字）目 录1 选题的背景与意义2 打纬机构的介绍2.1 概述2.2 几种典型打纬机构2.3 打纬机构国内外研究现状3 研究的基本内容与拟解决的主要问题3.1 基本内容3.2 拟解决的主要问题4 研究方案、可行性分析及预期研究成果5 研究工作计划（进度安排）参考文献（开题报告全文附后）成绩：答辩意 见（从选题、任务工作量、质量预期、可行性等几个方面）答辩组长签名： 年 月 日系主任审核意见签名：年 月 日椭圆齿轮曲柄摇杆打纬机构的分析与设计单嘉岱 (机械设计制造及其自动化09(4)班 B09300406)1 选题的背景与意义我国是纺织大国，纺织品的出口量位居世界第一，同时也是纺织机械进口大国，据我国海关统计，2006年1-9月我国纺织机械进出口总额为38.02亿美元，同比增长18.16。其中进口金额为2916亿美元，纺织机械出口金额为887 亿美元1。在1：3的纺织机械中，织机位居第二，为5.29亿美元，占18.14，同比增长17.86，主要是喷气织机、剑杆织机和片梭织机。 2008年上半年我国纺织机械及其零附件出口额8.10亿美元，同比增长6.60%，6月出口额为1.28亿美元。2008年第二季度我国纺织机械进出口额为23.21亿美元，同比增长2.25%，六月进出口额为4.05亿美元。我国有不少织机生产厂家，但其产品大多是中低档水平，且没有形成世界知名品牌。虽然有一些厂家开始生产高档织机，如中国纺织机械集团有限公司和经纬纺织机械股份有限公司，但其产品在可靠性和耐久性方面却远远不如进口产品，特别是不能长时间高速运转(在演示和展销期间可以高速运转)，究其原因， 除了关键零部件的材质和热处理不过关外，对核心工作部件的工作机理没有进行深入的研究，造成运动构件之间受力不良也主要原因之一。因此虽国内机织在价格上具有优势(如国产剑杆织机价格平均在12万元/台，而2010年进口的剑杆织机平均价格为5.45万美元)，但很多企业还是青睐进口产品。出现这种状况的原因是，国内织机厂家自主创新能力差。到2004年4月，在我国申请有关剑杆织机机构的相关专利共35件，其中国外在华申请11件，且这11件已经进入实用和推广。国内企业对核心机构(如打纬和引纬机构)的研究还停留在测绘和仿制阶段，这不仅带来侵权法律问题，不可能将企业做大、做出品牌，同时也由于没有从理论上进行深入研究，对其中的核心技术没有完全掌握，就仿制不了预想的性能和可靠性。可见织机的研究必须走自主创新的道路，必须从核心执行机构创新开始，运用计算机分析软件获得最佳参数13，取得自主知识产权，然后再研究其工作机理、优化性能和提高可靠性，才能创自己的品牌和名牌产品。2 打纬机构的介绍2.1 概述打纬机构是织机的主要机构之一，作用是将织机主轴的匀速旋转运动转化为摇轴的非匀速摆动，把新引入的纬纱推向织口形成织物，要求钢扣在后心位置要有停顿时间或“近似停顿”时间，以便有充分的时间完成打纬运动。为了实现理想的打纬运动，并使打纬机构符合织造工艺要求，达到最佳经济效益，对打纬机构的工艺要求如下：（1）有利于打紧纬纱 钢筘将引入梭口的纬纱打向织口，打纬机构的打纬力必须要适应所织织物的要求，如：紧密厚重的织物要求打纬力坚实有力；轻薄织物要求打纬柔和。同时在经纱方向要求钢筘必须具有足够的刚度，方可打紧纬纱。（2）尽可能减小打纬动程 打纬动程：筘座从后止点摆动到前止点，钢筘上的打纬点在织机前后方向上的水平位移量。打纬动程越大，筘座运动的加速度也越大，不利于高速织造。（3）筘座的转动惯量和筘座运动的最大加速度 在保证打紧纬纱的前提下，应尽量减小筘座的转动惯量及最大加速度，以减小织机的振动和动力消耗。（4）筘座运动应尽可能与开口、引纬相配合 在满足打纬条件下，尽可能提供大引纬角，以保证引纬顺利进行。扩大引纬角，织机主轴一回转中引纬的时间增长，有利于增大织机幅宽，提高车速，降低梭子飞行速度及减少机物料消耗。（5）打纬机构应力求结构简单坚固，操作安全装配方便。2.2 几种典型打纬机构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】。2.2.1 四连杆打纬机构TP500(意大利SMIT公司)型剑杆织机采用四连杆打纬机构，该结构简单，制造容易，但在曲柄后止点附近时，筘座无静止时间，如果允许5mm左右的打纬位移，能实现65左右的“近似停顿”时间，性能比共轭凸轮打纬机构差，它主要用于非分离式筘座。 OA一曲柄；AB一连杆；OC一打纬杆图1-1 TP500型号剑杆打纬机构简图图1-2为K251型有梭丝织机的四连杆打纬机构。主轴1上的曲柄2，其颈上包有轴承3，经钢片夹4与牵手5相连接。牵手5的另一端活套在筘座脚6的牵手栓7上。两只筘座脚6则借托脚8固装在摇轴9上。当主轴转动时，通过曲柄2、牵手5及牵手栓7使筘座脚6绕摇轴9的中心摆动，从而使固装在筘座脚上的筘座10、钢筘11随之前后摆动，实现将纬丝推向织口。 1一主轴；2一曲柄 ；3一轴承；4一钢片夹；5一牵手；6一筘座脚； 7一牵手栓；8一托脚；9一摇轴；10一筘座；11一钢筘；12一筘帽图1-2 有梭丝织机四连杆打纬机构图1-3为应用于喷水织机中的四连杆打纬机构，这种打纬机构称为内藏式四连杆打纬机构。Zh205型喷水织机和ZW型喷水织机都采用了这类打纬机构，这些机构都采用短牵手和短筘座脚。为适应高速，其曲柄、牵手和筘座脚等密封在机架箱形墙板中，以油浴润滑。1一钢筘；2一筘座；3一夹片；4一辅助筘座脚；5一钢管；6一曲柄图1-3 喷水织机四连杆打纬机构图1-4中A为曲轴中心，D为摇轴中心，C为牵手栓中心，AB为曲柄半径，BC为牵手，CD为筘座脚【9】。牵手的长短是以牵手长度BC与曲柄半径AB的比值大小来表示的。当BC/AB3时，就称为短手打纬机构。牵手越短，筘座在后死心附近的运动就越慢，慢到一定程度就可以看成是静止不动。但是牵手缩短后，机构的压力角增大，机构的传力情况恶化，因此，近似静止时间与压力角是一对相互牵制的矛盾。图1-4 短牵手打纬机构示意简图2.2.2 六连杆打纬机构随着织机幅宽的增加及车速的提高，对摇轴的相对静止时间及停歇质量提出了更高的要求，因此，在许多的织机中选用了六连杆的打纬机构，这类机构停歇时间更长，停歇质量明显提高，例如，毕加诺PAT-W型喷气织机的六连杆打纬机构在后心附近相对静止角为180，筘座摆角相对误差为8.3%11。而且筘幅大于230cm的宽幅织机，一般也采用六连杆打纬机构，该打纬机构能在较高的车速下提供足够长的引纬时间，以满足宽幅织物的引纬需要10。图1-5为PAT型喷气织机六连杆打纬机构原理图。该机构由曲柄摇杆机构和双摇杆机构组成。主轴回转中心O1、曲柄1、第一连杆2、第一摇杆3、摇杆中心O2为曲柄摇杆（四连杆）机构。而摇杆中心O2、第一摇杆3、第二摇杆5和第二连杆4为双摇杆机构。O3为摇轴中心，带动筘座和异形筘摆动。这种机构允许5mm左右的打纬位移，能实现120左右的“近似停顿”时间，其性能优于四连杆打纬机构，但比共轭凸轮打纬机构差，另外该机构铰链点较多，累计误差大，因此加工精度要求比四连杆打纬机构高3。1一主轴 ；2一第一连杆；3一第一摇杆；4一第二连杆；5一第二摇杆 ；6一异形筘；O1一主轴回转中心；O2一摇杆中心 ；O3一摇轴中心图1-5 PAT型喷气织机六连杆打纬机构原理图2.2.3 共轭凸轮式打纬机构无论是四连杆还是六连杆打纬机构，其筘座在后心处无绝对静止时间，只有相对静止时间。虽然六连杆打纬机构的筘座在后心的相对静止时间比四连杆打纬机构有所延长，但还是不能满足那些引纬机构固定在机架上的织机，如片梭织机和大多数剑杆织机的引纬要求。但是共轭凸轮打纬机构就很容易满足打纬要求的运动规律，能实现240左右的完全停顿时间，如SM93(意大利SOMET公司)、TT一96(浙江泰坦)和GA731(杭纺机)等就采用该类型机构，不过凸轮廓线加工精度要求相当高，如存在误差就产生冲击，机构振动大，使织物产生“开车稀密路”疵点，反而限制了车速的提高。目前，国内的凸轮制造技术水平与国外相比还有一定差距，国内企业一般还没有真正设计意义上的凸轮产品，通常是通过反复测绘反求而进行制造，不知其机理，因此加工出来的凸轮产品性能差，关键技术掌握在一些专业的凸轮制造厂家和科研机构中，无法通过技术引进来提高我国的制造水平。1一主轴；2一主凸轮：3、8一转子；4一筘座脚； 5一摇轴；6一筘座；7一钢筘；9副凸轮图1-7 TT96型剑杆织机上的共轭凸轮打纬机构图1-7打纬机构，主要由主轴、主凸轮、副凸轮、转子、筘座脚、摇轴、筘座和钢筘等组成。当主轴1转动时，主凸轮2通过转子3带动筘座脚4以摇轴5为中心按逆时针方向摆向机前，通过筘座6上的钢筘7进行打纬。此时，转子8紧贴副凸轮9。打纬结束后，副凸轮变成主动，推动转子8，使筘座脚按顺时针方向向机后摆动。此时转子3互共轭完成。 又紧贴主凸轮。筘座运动由主副两凸轮相互共轭完成。2.3 打纬机构国内外研究现状国外对打纬机构的研究叙述如下：Mrazek，Jiri用拉格朗日第二类方程建立了四连杆打纬机构动力学数学模型，提出了一种考虑构件之间间隙存在前提下机构各参数对其动力学特性影响的快速分析方法4，Anirban Guha，C等对有梭织机的六连杆打纬机构进行刚体运动学建模，并进行参数优化，得到筘座在后心位置停留95的良好效果5。Gu，Huang分析了两种用组合曲线来设计打纬共轭凸轮轮廓曲线方法，并分析这两种方法设计的凸轮打纬时的加速度、筘座反力和凸轮压力角【6】。Dao-D、Bullerwell-A和 Mohamed-M在考虑弹性变形的基础上对打纬过程进行动力学分析【7】。国内陈静、冯志华考虑刚弹耦合的影响采用柔性多体系统建模方法建立了喷气织机四连杆打纬机构的微分一代数动力学控制方程组，并将其转化为常微分方程组。王亚平、吴小平等利用机械系统仿真软件Adams建立GJ600剑杆织机的凸轮打纬机构的仿真模型，分析了不同转速、不同滚子与凸轮之间的接触刚度和接触预紧力下钢筘最大角加速度和轴承处的受力【8】。国内还有马小利、沈丹峰、徐卫英、梁海顺、程军红等学者对四连杆打纬机构构进行运动特性分析；张春林、于晓红、袁丽清、牛建设、郜剑等对共轭凸轮打纬机构进行运动分析或对凸轮轮廓曲线进行研究；马世平、王光华、王浩程、曹清林、袁守华等对六连杆打纬的运动特性进行分析。3 报告的基本内容与拟解决的主要问题3.1 基本内容本文将通过使用matlab对椭圆齿轮曲柄摇杆打纬机构（如图1-8）进行运动分析。通过计算机辅助来确定合理的参数。其中涉及到的工作包括以下几个方面。1） 掌握打纬机构的工作工艺要求；2） 建立机构运动的数学模型；3） 通过matlab编写建立可视化人机交互式优化程序，并且确定合理的参数，得到合理的轨迹；4） 根据获得的参数在ProE中设计机构的结构，包括零部件和装配体，对关键的打纬部分进行有限元分析，并在ProE中进行仿真；5） 设计完整体装配后，进行二维加工图纸绘制。图1-8 椭圆齿轮一曲柄摇杆打纬机构主动椭圆齿轮1装在织机主轴0上，其旋转中心为椭圆齿轮的一个焦点。通过椭圆齿轮1和2的传动，将运动和动力传到轴A上，A为从动椭圆齿轮2的一个焦点；然后通过曲柄摇杆机构ABCD，将运动转化为摇杆CDE的非匀速往复摆动(曲柄AB与从动椭圆齿轮2固结)，A点为椭圆齿轮2的转动中心，打纬杆处于前心初始位置时C在BA的延长线上14。3.2 拟解决的主要问题 我国虽然织布基本已经实现了机械化，但是效率和成本都很低而且不具有自主知识产权，从而严重影响国产织机的规模化生产。而本文提出的新型打纬机构采用了两级传动，通过合理设计椭圆齿轮和曲柄摇杆的各机构参数，能实现筘座在后心位置长时间的停顿，并且具有很好的运动学特性，满足织造工艺要求，具有完全自主知识产权。 4 研究方案、可行性分析及预期研究成果本课题以椭圆齿轮曲柄摇杆打纬机构为对象，根据工艺要求，在分析符合的参数后，确定运动轨迹，和机构参数。4.1 研究方案椭圆齿轮曲柄摇杆打纬机构由图1-8可知，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ab与从动椭圆齿轮固接，通过连杆bc带动摇杆cd作往复摆动。cd与筘座de通过轴 d固连，使筘座de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ab与连杆bc共线时(即筘座de在前心位置)与支座ad夹角、初始安装角 (安装时主动椭圆齿轮长轴与ao线的夹角)、四根杆件的长度和支座 ad位置角，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。 4.2 可行性分析椭圆齿轮曲柄摇杆打纬机构通过椭圆齿轮和曲柄摇杆来控制最后的打纬轨迹，而通过、参数和椭圆偏心率设定的仿真轨迹来调整各个零件，因此该机构可行，而且先前已经有对该类型机构有过研究和专利申请12。4.3 预期研究成果从工艺的要求出发，掌握机构设计的一般流程，完成的机构的设计计算，确定零件的参数，绘制机构图纸。最终研制一种完成打纬动作的部件。5 研究工作计划（进度安排）起止时间内容2012.11下达毕业论文任务2012.12.20-2012.12.27完成中外文资料收集2012.12.28-2013.01.09完成外文翻译、文献综述2013.01.10-2013.01.14完成开题报告2013.01.15-2013.03.14完成开题答辩2013.03.15-2013.03.25完成部分打纬机构参数设置2013.03.26-2013.04.14完成总的参数设置2013.04.15-2013.04.25完成二维工程图纸的设计2013.04.26-2013.04.30完成三维零部件设计并装配，努力实现仿真2013.04.31-20130.5.09完成论文初稿2013.05.10-2013.05.15进一步完善2013.05.16-2013.05.25部分论文提前答辩2013.05.26-2013.05.29完成论文定稿2013.5.30完成论文答辩2013.06（离校前）论文修改（优秀论文压缩为规定字数），交纸质和电子稿参考文献1 /xxfb2 王皓纺织机械行业知识产权战略初析J知识产权，2004，(5)：19-223 陈明新型织机M上海：中国纺织大学出版社，2002，54 Mrazek，JiriTheoretical Analysis of Dynamics of Four-bar Beat-up Mechanism of a LoomJMechanismMachine Theory，1992，27(3)：331-3415 Anirban Guha，CAmarnath，MKTalukdar and Manoj AGA novel mechanism for driving the sley in a shuttle loomJJournal of the Textile Institute，2006，97(6)：513-5186 Gu，HuangInvestigation of conjugate-cam design for the
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