畢業(yè)設(shè)計改 2.pdf

Z S T UZhejiangSci-Tech University本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計BachelorS THESIS論文題目：橢圓齒輪-曲柄搖桿打緯機構(gòu)的分析與設(shè)計專業(yè)班級：09機械四班姓名學號：單嘉岱 B09300406指導教師：趙雄遞交日期：2013年5月19號浙 江 理 工 大 學機械與自動控制學院畢業(yè)論文誠信聲明我謹在此保證：本人所寫的畢業(yè)論文，凡引用他人的研究成果均已在參考文獻或注釋中列出。論文主體均由本人獨立完成，沒有抄襲、剽竊他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的研究成果行為。如出現(xiàn)以上違反知識產(chǎn)權(quán)的情況，本人愿意承擔相應(yīng)的責任。 聲明人（簽名）：年 月 日摘要目前在織機中有三種類型：分別是劍桿織機、噴水織機和噴氣織機，劍桿織機因結(jié)構(gòu)簡單，成本低而應(yīng)用廣泛。我國是一個紡織大國，但由于我國在現(xiàn)代劍桿織機研究不足，當今劍桿織機機構(gòu)的知識產(chǎn)權(quán)不在我國，就不可能將企業(yè)做大、做出品牌。要改變中高級劍桿織機生產(chǎn)設(shè)備主要依靠進口的局面，必須走自主創(chuàng)新的道路，需要從劍桿織機核心機構(gòu)開始做基礎(chǔ)性研究工作。劍桿織機的打緯機構(gòu)主要有三種：共軛凸輪機構(gòu)、四連桿機構(gòu)和六連桿機構(gòu)。本文綜述了目前國內(nèi)外織機發(fā)展的現(xiàn)狀和打緯機構(gòu)的研究情況，提出了一種新的打緯機構(gòu)：橢圓齒輪-曲柄搖桿打緯機構(gòu)。為分析該機構(gòu)的打緯性能，建立了機構(gòu)的運動學數(shù)學模型，列出位移、速度和加速度方程。采用VisualBasic6.0軟件編寫了輔助分析軟件，得到打緯機構(gòu)的運動學特性曲線。了解和分析機構(gòu)參數(shù)對運動規(guī)律的影響，通過對機構(gòu)運動目標的確定，來優(yōu)化打緯機構(gòu)的各參數(shù)，本文采用基于VB60編寫的可視化軟件進行人機交互對話優(yōu)化方法，結(jié)合實際設(shè)計時的結(jié)構(gòu)限制，取得了一組最佳參數(shù)。關(guān)鍵字：打緯機構(gòu)；橢圓齒輪；曲柄搖桿；運動學分析；參數(shù)分析AbstractAt present，there are three types looms，namely the rapier，water and air-jetlooms，rapier has broad application because of its simple structure and low costChinaisabigtextilecountry，butbecauselackingresearchinmodemrapier，rapierintodays intellectual property is not in our country，which restricted the domesticenterprisesbecome strongandmake famousbrand，tochange thesituationthathighproduct equipment of rapier mainly depends on imports，must take the road ofindependentinnovationandshouldstartdobasicresearchfromcorecomponentoftherapierRapierofthebeatingupmechanismhasthreemaintypes：conjugatecam，four-barlinkageandsixbarlinkageThis paper reviewed the current development of looms boom domestic andforeignandalsothesituationofthebeating-upmechanismstudy，presentanewtypebeating-up mechanism：elliptical gearcrank-rocker beatingup mechanism，andthenestablishthekinematicsmathematicalmodelofbeatingupmechanism，andtheequation of displacement ,velocity and acceleration will be list，for analysis theperformance of beatingup mechanism，kinematics analysis of the new beating-upmechanismwasmadewithVisualBasic6.0software，outputbeating-upmechanismskinematicscurveUnderstand and analyses the effect of parameters on law of motion, byexterminatingthe target ofmechanism motion,based onthe visualizationsoftware ofVB6.0 for interactive dialogue optimization methods，obtained a set of bestParameterswiththestructurerestrictionswhiledoingactualdesignKeywords：beating-upmechanism；ellipticgear；crank-rocker；kinematicsanalysis；parameteranalysis ；目 錄摘 要Abstract第一章緒論.11.1引言.11.2幾種典型的打緯機構(gòu).21.2.1 概述.21.2.2 四連桿打緯機構(gòu).21.2.3 六連桿打緯機構(gòu).51.2.4 共軛凸輪打緯機構(gòu).61.3打緯機構(gòu)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.7第二章橢圓齒輪-曲柄搖桿打緯機構(gòu)運動學建模.82.1橢圓齒輪一曲柄搖桿打緯機構(gòu)簡介.82.2機構(gòu)運動學目標.82.3橢圓齒輪一曲柄搖桿的打緯機構(gòu)運動學模型的建立.92.3.1從動橢圓齒輪角位移、角速度和角加速度數(shù)學模型建立.92.3.2搖桿的角位移、角速度和角加速度數(shù)學模型建立.112.3.3 打緯點的角位移、角速度和角加速度數(shù)學模型建立.12第三章輔助分析軟件的功能及其使用方法.143.1 打緯機構(gòu)運動學輔助分析初始界面.143.2打緯機構(gòu)運動學輔助分析運行界面.153.3 打緯機構(gòu)運動學輔助分析模擬界面.153.4進步界面.16第四章機構(gòu)參數(shù)對運動規(guī)律的影響.184.1 橢圓偏心率k的影響.184.2 初始安裝角的影響.184.3 曲柄、連桿長度的影響.194.4 搖桿運動性能分析.20第五章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計.225.1 箱體的設(shè)計.225.1.1 箱體的結(jié)構(gòu)約束.225.1.2 新機構(gòu)參數(shù)的選擇.235.1.3 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計.235.2 橢圓齒輪的三維模型建立.245.3 曲柄的設(shè)計和圖紙.255.4 搖桿的設(shè)計和圖紙.265.5軸的設(shè)計和圖紙.275.5.1 軸的材料選擇.275.5.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計.275.5.3提高軸的強度措施.285.5.4 軸的強度校核.295.6 三維裝配圖.29第六章總結(jié).31參考文獻.32致 謝.33浙江理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）1第一章 緒論1.1引言我國是紡織大國，紡織品的出口量位居世界第一，同時也是紡織機械進口大國，據(jù)我國海關(guān)統(tǒng)計，2011年1-11月我國紡織機械進出口總額為53.83億美元，同比增長59.56。其中進口金額為38.1億美元，紡織機械出口金額為15.73億美元1。在1：3的紡織機械中，織機位居第二，為5.29億美元，占18.14，同比增長17.86，主要是噴氣織機、劍桿織機和片梭織機。2008年上半年我國紡織機械及其零附件出口額8.10億美元，同比增長6.60%，6月出口額為1.28億美元。2010年1-11月我國紡織機械進出口額為38.10億美元，同比增長65.69%。我國有不少織機生產(chǎn)廠家，但其產(chǎn)品大多是中低檔水平，且沒有形成世界知名品牌。雖然有一些廠家開始生產(chǎn)高檔織機，如中國紡織機械集團有限公司和經(jīng)緯紡織機械股份有限公司，但其產(chǎn)品在可靠性和耐久性方面卻遠遠不如進口產(chǎn)品，特別是不能長時間高速運轉(zhuǎn)(在演示和展銷期間可以高速運轉(zhuǎn))，究其原因，除了關(guān)鍵零部件的材質(zhì)和熱處理不過關(guān)外，對核心工作部件的工作機理沒有進行深入的研究，造成運動構(gòu)件之間受力不良也主要原因之一。因此雖國內(nèi)機織在價格上具有優(yōu)勢(如國產(chǎn)劍桿織機價格平均在12萬元/臺，而2010年進口的劍桿織機平均價格為5.45萬美元)，但很多企業(yè)還是青睞進口產(chǎn)品。出現(xiàn)這種狀況的原因是，國內(nèi)織機廠家自主創(chuàng)新能力差。到2004年4月，在我國申請有關(guān)劍桿織機機構(gòu)的相關(guān)專利共35件，其中國外在華僑申請11件，且這11件已經(jīng)進入實用和推廣。國內(nèi)企業(yè)對核心機構(gòu)(如打緯和引緯機構(gòu))的研究還停留在測繪和仿制階段，這不僅帶來侵權(quán)法律問題，不可能將企業(yè)做大、做出品牌，同時也由于沒有從理論上進行深入研究，對其中的核心技術(shù)沒有完全掌握，就仿制不了預想的性能和可靠性。可見織機的研究必須走自主創(chuàng)新的道路，必須從核心執(zhí)行機構(gòu)創(chuàng)新開始，運用計算機分析軟件獲得最佳參數(shù)，取得自主知識產(chǎn)權(quán)，然后再研究其工作機理、優(yōu)化性能和提高可靠性，才能創(chuàng)自己的品牌和名牌產(chǎn)品。橢圓齒輪-曲柄搖桿打緯機構(gòu)的分析和設(shè)計21.2幾種典型的打緯機構(gòu)1.2.1 概述打緯機構(gòu)是織機的主要機構(gòu)之一，作用是將織機主軸的勻速旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為搖軸的非勻速擺動，把新引入的緯紗推向織口形成織物，要求鋼扣在后心位置要有停頓時間或“近似停頓”時間，以便有充分的時間完成打緯運動。為了實現(xiàn)理想的打緯運動，并使打緯機構(gòu)符合織造工藝要求，達到最佳經(jīng)濟效益，對打緯機構(gòu)的工藝要求如下：（1）有利于打緊緯紗鋼筘將引入梭口的緯紗打向織口，打緯機構(gòu)的打緯力必須要適應(yīng)所織織物的要求，如：緊密厚重的織物要求打緯力堅實有力；輕薄織物要求打緯柔和。同時在經(jīng)紗方向要求鋼筘必須具有足夠的剛度，方可打緊緯紗。（2）盡可能減小打緯動程打緯動程：筘座從后止點擺動到前止點，鋼筘上的打緯點在織機前后方向上的水平位移量。打緯動程越大，筘座運動的加速度也越大，不利于高速織造。（2）筘座的轉(zhuǎn)動慣量和筘座運動的最大加速度在保證打緊緯紗的前提下，應(yīng)盡量減小筘座的轉(zhuǎn)動慣量及最大加速度，以減小織機的振動和動力消耗。（3）筘座運動應(yīng)盡可能與開口、引緯相配合在滿足打緯條件下，盡可能提供大引緯角，以保證引緯順利進行。擴大引緯角，織機主軸一回轉(zhuǎn)中引緯的時間增長，有利于增大織機幅寬，提高車速，降低梭子飛行速度及減少機物料消耗。（5）打緯機構(gòu)應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡單堅固，操作安全裝配方便。目前織機上常用的打緯機構(gòu)有連桿打緯機構(gòu)和共軛凸輪打緯機構(gòu)。連桿緯機構(gòu)基本是四連桿非分離筘座式和六連桿式；共軛凸輪打緯機構(gòu)則基本是分離筘座式2。1.2.2 四連桿打緯機構(gòu)TP500(意大利SMIT公司)型劍桿織機采用四連桿打緯機構(gòu)，該結(jié)構(gòu)簡單，制浙江理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）3造容易，但在曲柄后止點附近時，筘座無靜止時間，如果允許5mm左右的打緯位移，能實現(xiàn)65左右的“近似停頓”時間，性能比共軛凸輪打緯機構(gòu)差，它主要用于非分離式筘座。OA曲柄;AB連桿;OC打緯桿圖1-1 TP500型號劍桿打緯機構(gòu)簡圖圖1-2為K251型有梭絲織機的四連桿打緯機構(gòu)。主軸1上的曲柄2，其頸上包有軸承3，經(jīng)鋼片夾4與牽手5相連接。牽手5的另一端活套在筘座腳6的牽手栓7上。兩只筘座腳6則借托腳8固裝在搖軸9上。當主軸轉(zhuǎn)動時，通過曲柄2、牽手5及牽手栓7使筘座腳6繞搖軸9的中心擺動，從而使固裝在筘座腳上的筘座10、鋼筘11隨之前后擺動，實現(xiàn)將緯絲推向織口。1主軸;2曲柄;3軸承;4鋼片夾;5牽手;6筘座腳;7牽手栓;8托腳;9搖軸;10筘座;11鋼筘;12筘帽圖1-2 有梭絲織機四連桿打緯機構(gòu)橢圓齒輪-曲柄搖桿打緯機構(gòu)的分析和設(shè)計4圖1-3為應(yīng)用于噴水織機中的四連桿打緯機構(gòu)，這種打緯機構(gòu)稱為內(nèi)藏式四連桿打緯機構(gòu)。Zh205型噴水織機和ZW型噴水織機都采用了這類打緯機構(gòu)，這些機構(gòu)都采用短牽手和短筘座腳。為適應(yīng)高速，其曲柄、牽手和筘座腳等密封在機架箱形墻板中，以油浴潤滑。1鋼筘;2筘座;3夾片;4輔助筘座腳;5鋼管;6曲柄圖1-3 噴水織機四連桿打緯機構(gòu)圖1-4中A為曲軸中心，D為搖軸中心，C為牽手栓中心，AB為曲柄半徑，BC為牽手，CD為筘座腳3。牽手的長短是以牽手長度BC與曲柄半徑AB的比值大小來表示的。當BC/AB3時，就稱為短手打緯機構(gòu)。牽手越短，筘座在后死心附近的運動就越慢，慢到一定程度就可以看成是靜止不動。但是牽手縮短后，機構(gòu)的壓力角增大，機構(gòu)的傳力情況惡化，因此，近似靜止時間與壓力角是一對相互牽制的矛盾。圖1-4 短牽手打緯機構(gòu)示意簡圖浙江理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）51.2.3 六連桿打緯機構(gòu)隨著織機幅寬的增加及車速的提高，對搖軸的相對靜止時間及停歇質(zhì)量提出了更高的要求，因此，在許多的織機中選用了六連桿的打緯機構(gòu)，這類機構(gòu)停歇時間更長，停歇質(zhì)量明顯提高，例如，畢加諾PAT-W型噴氣織機的六連桿打緯機構(gòu)在后心附近相對靜止角為180，筘座擺角相對誤差為8.3%4。而且筘幅大于230cm的寬幅織機，一般也采用六連桿打緯機構(gòu)，該打緯機構(gòu)能在較高的車速下提供足夠長的引緯時間，以滿足寬幅織物的引緯需要5。圖1-5為PAT型噴氣織機六連桿打緯機構(gòu)原理圖。該機構(gòu)由曲柄搖桿機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)組成。主軸回轉(zhuǎn)中心O1、曲柄1、第一連桿2、第一搖桿3、搖桿中心O2為曲柄搖桿（四連桿）機構(gòu)。而搖桿中心O2、第一搖桿3、第二搖桿5和第二連桿4為雙搖桿機構(gòu)。O3為搖軸中心，帶動筘座和異形筘擺動。這種機構(gòu)允許5mm左右的打緯位移，能實現(xiàn)120左右的“近似停頓”時間，其性能優(yōu)于四連桿打緯機構(gòu)，但比共軛凸輪打緯機構(gòu)差，另外該機構(gòu)鉸鏈點較多，累計誤差大，因此加工精度要求比四連桿打緯機構(gòu)高6。1主軸;2第一連桿;3第一搖桿;4第二連桿;5第二搖桿;6異形筘;O1主軸回轉(zhuǎn)中心;O2搖桿中心;O3搖軸中心圖1-5PAT型噴氣織機六連桿打緯機構(gòu)原理圖橢圓齒輪-曲柄搖桿打緯機構(gòu)的分析和設(shè)計61.2.4 共軛凸輪打緯機構(gòu)無論是四連桿還是六連桿打緯機構(gòu)，其筘座在后心處無絕對靜止時間，只有相對靜止時間。雖然六連桿打緯機構(gòu)的筘座在后心的相對靜止時間比四連桿打緯機構(gòu)有所延長，但還是不能滿足那些引緯機構(gòu)固定在機架上的織機，如片梭織機和大多數(shù)劍桿織機的引緯要求。但是共軛凸輪打緯機構(gòu)就很容易滿足打緯要求的運動規(guī)律，能實現(xiàn)240左右的完全停頓時間，如SM93(意大利SOMET公司)、TT一96(浙江泰坦)和GA731(杭紡機)等就采用該類型機構(gòu)，不過凸輪廓線加工精度要求相當高，如存在誤差就產(chǎn)生沖擊，機構(gòu)振動大，使織物產(chǎn)生“開車稀密路”疵點，反而限制了車速的提高。目前，國內(nèi)的凸輪制造技術(shù)水平與國外相比還有一定差距，國內(nèi)企業(yè)一般還沒有真正設(shè)計意義上的凸輪產(chǎn)品，通常是通過反復測繪反求而進行制造，不知其機理，因此加工出來的凸輪產(chǎn)品性能差，關(guān)鍵技術(shù)掌握在一些專業(yè)的凸輪制造廠家和科研機構(gòu)中，無法通過技術(shù)引進來提高我國的制造水平。1主軸;2主凸輪;3、8轉(zhuǎn)子;4筘座腳;5搖軸;6筘座;鋼筘;9副凸輪圖1-7TT96型劍桿織機上的共軛凸輪打緯機構(gòu)浙江理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）7圖1-7打緯機構(gòu)，主要由主軸、主凸輪、副凸輪、轉(zhuǎn)子、筘座腳、搖軸、筘座和鋼筘等組成。當主軸1轉(zhuǎn)動時，主凸輪2通過轉(zhuǎn)子3帶動筘座腳4以搖軸5為中心按逆時針方向擺向機前，通過筘座6上的鋼筘7進行打緯。此時，轉(zhuǎn)子8緊貼副凸輪9。打緯結(jié)束后，副凸輪變成主動，推動轉(zhuǎn)子8，使筘座腳按順時針方向向機后擺動。此時轉(zhuǎn)子3互共軛完成。 又緊貼主凸輪。筘座運動由主副兩凸輪相互共軛完成。1.3打緯機構(gòu)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外對打緯機構(gòu)的研究敘述如下：Mrazek，Jiri用拉格朗日第二類方程建立了四連桿打緯機構(gòu)動力學數(shù)學模型，提出了一種考慮構(gòu)件之間間隙存在前提下機構(gòu)各參數(shù)對其動力學特性影響的快速分析方法7，AnirbanGuha，C等對有梭織機的六連桿打緯機構(gòu)進行剛體運動學建模，并進行參數(shù)優(yōu)化，得到筘座在后心位置停留95的良好效果8。Gu，Huang分析了兩種用組合曲線來設(shè)計打緯共軛凸輪輪廓曲線方法，并分析這兩種方法設(shè)計的凸輪打緯時的加速度、筘座反力和凸輪壓力角9。Dao-D、Bullerwell-A和 Mohamed-M在考慮彈性變形的基礎(chǔ)上對打緯過程進行動力學分析10。國內(nèi)陳靜、馮志華考慮剛彈耦合的影響采用柔性多體系統(tǒng)建模方法建立了噴氣織機四連桿打緯機構(gòu)的微分一代數(shù)動力學控制方程組，并將其轉(zhuǎn)化為常微分方程組。王亞平、吳小平等利用機械系統(tǒng)仿真軟件Adams建立GJ600劍桿織機的凸輪打緯機構(gòu)的仿真模型，分析了不同轉(zhuǎn)速、不同滾子與凸輪之間的接觸剛度和接觸預緊力下鋼筘最大角加速度和軸承處的受力11。國內(nèi)還有馬小利、沈丹峰、徐衛(wèi)英、梁海順、程軍紅等學者對四連桿打緯機構(gòu)構(gòu)進行運動特性分析；張春林、于曉紅、袁麗清、牛建設(shè)、郜劍等對共軛凸輪打緯機構(gòu)進行運動分析或?qū)ν馆嗇喞€進行研究；馬世平、王光華、王浩程、曹清林、袁守華等對六連桿打緯的運動特性進行分析。本章主要介紹了選題的背景和意義，以及幾種典型的打緯機構(gòu)和各自的優(yōu)缺點，論述了打緯機構(gòu)目前國內(nèi)外發(fā)展和研究狀況。橢圓齒輪-曲柄搖桿打緯機構(gòu)的分析和設(shè)計8第二章 橢圓齒輪-曲柄搖桿打緯機構(gòu)運動學建模打緯機構(gòu)是劍桿織機的五大核心機構(gòu)之一，它將緯紗引入梭口的緯紗打緊，其作用是形成織物所需的紋理。打緯機構(gòu)的設(shè)計必須保證在后心位置有充足的引緯時間；而且打緯機構(gòu)應(yīng)簡單、堅固、操作安全。2.1橢圓齒輪一曲柄搖桿打緯機構(gòu)簡介如圖2-1，主動橢圓齒輪1裝在織機主軸0上，其旋轉(zhuǎn)中心為橢圓齒輪的一個焦點。通過橢圓齒輪1和2的傳動，將運動和動力傳到軸A上，A為從動橢圓齒輪2的一個焦點；然后通過曲柄搖桿機構(gòu)ABCD，將運動轉(zhuǎn)化為搖桿CDE的非勻速往復擺動(曲柄AB與從動橢圓齒輪2固結(jié))，A點為橢圓齒輪2的轉(zhuǎn)動中心，打緯桿處于前心初始位置時C在BA的延長線上12。圖2-1橢圓齒輪一曲柄搖桿打緯機構(gòu)及其初始位置2.2機構(gòu)運動學目標要求筘座在后心位置有較長的停留時間以保證緯紗在梭口內(nèi)有足夠的運動時間。所謂近似停頓 時間，是指在此時間內(nèi)筘的擺動很小，約在 5mm左右。此機構(gòu)所能達到筘座停頓時間為200以上13，打緯終了能提供最大的打緯力。浙江理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）92.3橢圓齒輪一曲柄搖桿的打緯機構(gòu)運動學模型的建立為方便計算，將相關(guān)參數(shù)列于如表2-1所示。表2-1相關(guān)參數(shù)表符號 意義 符號 意義a 橢圓齒輪長半軸 1 主動輪1的角位移b 橢圓齒輪短半軸 2 主動輪2的角位移k偏心率，k=b/a c 橢圓齒輪半焦距1r 軸心O到嚙合點P的距離 2r 軸心A到嚙合點P的距離1 主動輪1的角速度（均順） 2 從動輪2的角速度2 從動輪2的角加速度 1l 曲柄AB的長度2l 連桿BC的長度 3l 搖桿CD的長度4l 支座AD的長度 1j 曲柄AB與x軸的夾角2j連桿BC與X軸的夾角 3j 搖桿CD與X軸的夾角2BL 連桿BC質(zhì)心到B點距離 1AL 曲柄AB質(zhì)心到A點距離4j BD連線與X軸的夾角 3DL 搖桿CD質(zhì)心到D點距離2.3.1從動橢圓齒輪角位移、角速度和角加速度數(shù)學模型建立兩橢圓齒輪在任意位置嚙合時，嚙合點P都處于OA的連線上，而且既不會分離也不會切入，所以達到傳動平穩(wěn)的條件，也是橢圓齒輪實現(xiàn)非勻速傳動的最大優(yōu)點。橢圓齒輪-曲柄搖桿打緯機構(gòu)的分析和設(shè)計10圖2-2橢圓齒輪嚙合初始位置如圖2-2，主動輪1勻速逆時針轉(zhuǎn)動時，從動輪2作順時針變速轉(zhuǎn)動。設(shè)主動輪1轉(zhuǎn)過角 1，從動輪2轉(zhuǎn)過角 2，這時兩橢圓瞬心線在臥島接觸(重合)。經(jīng)推導得： 21 1/( *cos )a cbr （2-1）)cos*/( 222 cabr （2-2）( 1 在02之間變化， 2 在0-2之間變化)又由橢圓齒輪的傳動特性得： rr a21 2 （2-3）可以得出： 212 22 1( cos )cos (2 2 cos )a c acac cba b （2-4）由式（2-1）到（2-4）可得出1和2之間的關(guān)系：2 112 r r （2-5）對（2-5）求導得： 1 2 1 2 22 22 1 12= 2 2ar r r r rr r （2-6）式（2-6）中： 121122 )cos( sin ca cbr （2-7）浙江理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）112.3.2搖桿的角位移、角速度和角加速度數(shù)學模型建立曲柄與從動橢圓齒輪固結(jié)，故曲柄的角速度和角加速度和從動橢圓齒輪一樣， 21j 、 21j 。曲柄搖桿機構(gòu)如圖2-3：圖2-3 曲柄搖桿機構(gòu)簡圖由圖2-3，可列出方程： 1 11 1cossinBBy jx l jl (2-8)其中 1j (2-9) 3322 3322 sinsin coscos jlyjlyy jlxjlxx DBC DBC (2-10)由（10）得： 222322 )()( llyyxx BDBD cos)(sin)(2 333 jxxjyyl BDBD =0其中 cos4 lxD ， sin4 lyD在BDC中，根據(jù)余弦定理有： 223 22222343 )()(2 )()(cos BDBD BDBD yyxxl lyyxxljj （2-11）橢圓齒輪-曲柄搖桿打緯機構(gòu)的分析和設(shè)計12DB DB xx yyj 4tan (2-12)根據(jù)（2-11）、（2-12）兩式可求得 3j 和 4j ，則 Cx 和 Cy 已知。BC BC xx yyj 2tan （2-13）建立速度及加速度方程： 112 sin jlVxB （2-14）112 cos jlVyB （2-15）)sin( sincos322 332 jjl jVjVj yBxB （2-16）)sin( sincos 323 223 jjl jVjVj yBxB （2-17）)cossin( 122121 jjlaxB （2-18）)sincos( 122121 jjlayB （2-19）)sin( sincos 322 32312 jjl jcjcj （2-20）)sin( sincos323 22213 jjl jcjcj （2-21）式（2-20）和（2-21）中： 222232331 coscos jjljjlac xB 222232332 sinsin jjljjlac yB 2.3.3 打緯點的角位移、角速度和角加速度數(shù)學模型建立由于打緯桿和桿CD固接，因此打緯桿上E點位移、速度和加速度為： 3 3s j j 初 (2-22)上式中3j 初為初始時刻搖桿的角位移。浙江理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）133v j (2-23)3a j (2-24)橢圓齒輪-曲柄搖桿打緯機構(gòu)的分析和設(shè)計14第三章 輔助分析軟件的功能及其使用方法利用VB軟件編制了可視化的橢圓齒輪一曲柄搖桿打緯機構(gòu)輔助分析軟件，該打緯機構(gòu)包含多級傳動，第一級由兩個橢圓齒輪組成，第二級為曲柄搖桿機構(gòu)。該機構(gòu)有一個輸入構(gòu)件，即主動橢圓齒輪(織機主軸)的轉(zhuǎn)動。該機構(gòu)通過橢圓齒輪傳動和曲柄搖桿機構(gòu)實現(xiàn)將織機主軸的勻速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為鋼筘的往復擺動。由該軟件可以分析打緯點的位移、速度和加速度，并可輸出該機構(gòu)滿足打緯要求的初始安裝位置。通過人機對話，可優(yōu)化出滿足打緯要求的橢圓齒輪一曲柄搖桿打緯機構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù).3.1 打緯機構(gòu)運動學輔助分析初始界面程序一運行就進入軟件的起始界面如圖3-1所示。該軟件的輸入?yún)?shù)為a、k，主動輪轉(zhuǎn)速n、l1、l2、l3和l4。3-1打緯機構(gòu)運動學輔助分析起始界面浙江理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）15軟件界面分布有命令按鈕、上下三角按鈕、文本框、圖片框和框架，左上方的空白區(qū)域作為第一個圖形顯示窗口，在沒點擊任何命令按鈕和垂直滾動條時顯示打緯機構(gòu)的機構(gòu)簡圖。3.2打緯機構(gòu)運動學輔助分析運行界面圖3-2打緯機構(gòu)運動學輔助分析運行界面軟件右邊分布3個圖片框，用來輸出打緯桿位移、速度和加速度曲線。對參數(shù)輸入框中輸入?yún)?shù)，或單擊輸入框中任何一個上下三角按鈕，機構(gòu)的參數(shù)產(chǎn)生變化，此時幾個圖片框中輸出的內(nèi)容如圖3-2所示。左邊圖片框輸出的是初始位置，為打緯機構(gòu)初始安裝圖。右邊自上至下分布了打緯點位移、速度和加速度曲線圖。右下方的參數(shù)輸出框?qū)崟r輸出此參數(shù)下打緯機構(gòu)的初始安裝位置參數(shù)。3.3 打緯機構(gòu)運動學輔助分析模擬界面單擊“運動模擬”命令按鈕，能在左方的圖片框中動態(tài)輸出整個運動周期中打緯機構(gòu)的運動仿真圖。如圖3-3所示：橢圓齒輪-曲柄搖桿打緯機構(gòu)的分析和設(shè)計16圖3-3 打緯機構(gòu)運動學輔助分析模擬界面3.4進步界面單擊“暫停”按鈕會在當前位置停下，并在圖片框顯示當前位置時打緯桿的位移、速度和加速度：單擊“進”或“退”命令按鈕能使打緯機構(gòu)步進或步退，右邊的圖片框用圓圈標示相應(yīng)位置時刻劍頭運動參數(shù)值，如圖3-4所示：浙江理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）17圖3-4進步界面單機“停止”關(guān)閉此程序。橢圓齒輪-曲柄搖桿打緯機構(gòu)的分析和設(shè)計18第四章 機構(gòu)參數(shù)對運動規(guī)律的影響4.1 橢圓偏心率k的影響通過對機構(gòu)的分析，發(fā)現(xiàn)橢圓齒輪偏心率k對打緯機構(gòu)的運動規(guī)律影響很大，隨著k的增大，打緯后心停頓位置角不斷下降，從圖4-1所示規(guī)律判斷，欲達到類似共軛凸輪的效果，k的取值應(yīng)在0608之間。圖4-2為文中所給定參數(shù)的打緯機構(gòu)在轉(zhuǎn)速300rmin、不同k值下加速度的仿真圖，隨著k值增大，打緯終了的最大加速度顯著下降，同時最小峰值向中心偏移，在織機中速運轉(zhuǎn)的工作條件下，k值可偏大選取，提高該打緯機構(gòu)工作的平穩(wěn)性。打緯后心停頓時間和打緯最大加速度值對該打緯機構(gòu)是一對矛盾的目標，不能取得兩方面的同時改進，因此，在機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計中，參數(shù)k的設(shè)計尤其應(yīng)該重視。圖4-1k值對停頓角的影響 圖4-2 k值對打緯點加速度的影響4.2 初始安裝角的影響為安裝是主動橢圓齒輪長軸與AO線的夾角，它不是機構(gòu)的獨立參數(shù)，要保證打緯后心停頓置角的合適位置，獲得理想的打緯規(guī)律，初始安裝時這個角應(yīng)合理設(shè)定。打緯運動要求筘座在織機一個轉(zhuǎn)動周期內(nèi)應(yīng)從前心位置擺動到后心位置再回到前心位置。橢圓齒輪和曲柄搖桿是兩級非勻速傳動，需要用角來達到筘座在后心位置近似停頓時間盡量延長的目的，此時從動橢圓齒輪的轉(zhuǎn)動應(yīng)處于緩浙江理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）19慢的階段。曲柄搖桿機構(gòu)的四桿長決定了其急回特性，因此在設(shè)計過程中，希望機構(gòu)的極位夾盡量取小，同時從動橢圓齒輪在其轉(zhuǎn)角為+時變化平緩。在本文所給定的一組機構(gòu)參數(shù)下，單獨改變，得到筘座擺動曲線如圖4-3所示。圖4-3 角對筘座擺角影響4.3 曲柄、連桿長度的影響圖4-4為文中所給定參數(shù)的打緯機構(gòu)在轉(zhuǎn)速300rmin，在機構(gòu)其它參數(shù)不變的情況下，不同曲柄長度打緯點最大加速度的影響曲線，從圖中可看出曲柄的長度不能取得過小，也不能取得過大，一般曲柄長度可取在40mm-65mm之間比較合適。圖4-4 曲柄長度對打緯點最大加速度影響圖4-5為文中所給定參數(shù)的打緯機構(gòu)在轉(zhuǎn)速300rmin，在機構(gòu)其它參數(shù)不變的情況下，不同連桿長度對打緯點最大加速度的影響曲線，從圖中可看出，連桿長度較短時，筘座在后心的停頓時間較長，隨著連桿長度的增加，停頓時間不斷減少，到連桿長度增加到28mm后，其曲線變的很平坦，證明連桿的長度變化對筘座停頓時間己沒有多大影響，其停頓角始終在接近2200左右。并且在連桿橢圓齒輪-曲柄搖桿打緯機構(gòu)的分析和設(shè)計20長度變化的整個區(qū)間內(nèi)，停頓時間的變化并不怎么顯著，停頓角的區(qū)間在22002300。 圖4-5連桿長度對打緯點最大加速度的影響4.4 搖桿運動性能分析當曲柄位于前死心附近時，搖桿角加速度的絕對值較大。圖4-6表示打緯機構(gòu)搖桿的角位移，角速度和角加速度曲線，橫坐標為曲柄轉(zhuǎn)角，縱坐標為搖桿的角位移，角速度和角加速度。圖4-6 搖桿角位移，角速度和角加速度曲線由圖4-6(a)可見，搖桿角位移在主軸轉(zhuǎn)到1800的時候處于最小值，此時搖桿位于最后心位置，剛好利于引緯，并且從4-6(C)中可以看出此時搖桿角加速度幾乎為O，因此在引緯的過程中可以避免對機器的沖擊，而在兩端的角加速度浙江理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）21很平坦，剛好是打緯的時刻，幾乎為0的角加速度可以保證打緯工作的順利進行。橢圓齒輪-曲柄搖桿打緯機構(gòu)的分析和設(shè)計22第五章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計目前國內(nèi)外劍桿織機上使用較為普遍的是共軛引緯凸輪和共軛打緯凸輪。單純的一套橢圓齒輪曲柄搖桿引緯機構(gòu)只能完成引緯動作，我國劍桿織機核心部件產(chǎn)權(quán)不具備的現(xiàn)實并不能得到改變。通過研究發(fā)現(xiàn)，橢圓齒輪曲柄搖桿機構(gòu)通過改變橢圓齒輪初始嚙合角與曲柄搖桿機構(gòu)搭配，理論上也能達到共軛凸輪打緯機構(gòu)所具有的后心停頓角長、打緯慣性力大等特征，在此基礎(chǔ)上設(shè)計新型引緯打緯機構(gòu)，使之滿足現(xiàn)有共軛凸輪結(jié)構(gòu)上的限制，達到類似共軛凸輪引緯和打緯效果。5.1 箱體的設(shè)計5.1.1 箱體的結(jié)構(gòu)約束如圖5-1所示為劍桿織機共軛凸輪箱的結(jié)構(gòu)圖。箱體內(nèi)部織機主軸上安裝兩個共軛凸輪，一個傳動給引緯部分，一個傳動到打緯部分，通過設(shè)計兩對共軛凸輪的輪廓曲線來協(xié)調(diào)織機上引緯和打緯兩個主運動。其外部尺寸為764.4 401.8 ，新箱體結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)該與其接近，并且不干涉劍桿織機上其他部件。在箱體內(nèi)部織機主軸、引緯主軸和打緯主軸三者相對位置應(yīng)保持不變，這樣新型箱體才能適用現(xiàn)有劍桿織機。1織機主軸中心位置;2引緯軸中心位置;3打緯軸中心位置圖5-1 共軛凸輪箱剖面圖浙江理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）235.1.2 新機構(gòu)參數(shù)的選擇按照圖5-1所示結(jié)構(gòu)約束，對橢圓齒輪的傳動特性分析表明，打緯機構(gòu)的橢圓齒輪長短軸比不宜大于0.85，保證打緯軸能夠獲得一定的后心停頓時間和打緯慣性力。根據(jù)機構(gòu)外部和內(nèi)部尺寸約束條件最后打緯機構(gòu)的整體分布如圖5-2所示：圖5-2機構(gòu)位置布局圖圖5-2中O為織機主軸，打緯主動橢圓齒輪安裝在其上， D為打緯輸出軸，打緯筘座安裝在其上，軸D的運動規(guī)律滿足打緯工藝要求。軸O與軸D水平垂直方向相對距離140mm，這與劍桿織機共軛凸輪箱箱體內(nèi)部約束保持一致，便于新的箱體應(yīng)用于原有機型。打緯機構(gòu)的參數(shù)設(shè)定為 0 、2 0.85k 、 135 、71.233a mm 、 40ab mm 、 100bc mm 、 180cd mm 、 199ad mm 。5.1.3 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計箱體內(nèi)部平面展開圖如圖5-3所示：橢圓齒輪-曲柄搖桿打緯機構(gòu)的分析和設(shè)計24圖5-3箱體平面展開圖箱體的結(jié)構(gòu)圖如圖5-4所示：圖5-4 箱體結(jié)構(gòu)圖5.2 橢圓齒輪的三維模型建立橢圓齒輪的三維特征建模，首先要在草圖環(huán)境中繪出橢圓齒輪的二維草圖，再利用拉伸等命令生成橢圓齒輪的三維特征效果圖。在特征創(chuàng)建過程中，關(guān)鍵步驟是草圖輪廓的繪制。在橢圓齒輪節(jié)曲線上，節(jié)距和齒厚的計算公式同圓柱齒輪的基本公式一樣，均為：p m ， 2 2p ms 。由于橢圓齒輪的節(jié)曲線是封閉的，所以要保證齒輪在節(jié)曲線上均勻分布。若齒輪的齒數(shù)為z，模數(shù)為m，則節(jié)曲線的總弧長L，應(yīng)恰好是z個齒距，即應(yīng)滿足L pz mz 。浙江理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）25設(shè)計要求的橢圓齒輪長短軸比 0.85k ，a范圍在70mm左右，m為4。由這確定實際的橢圓齒輪 71.233a mm ， 60.548b mm ， 35z 。利用CAXA系列軟件作為輔助設(shè)計工具，得到橢圓齒輪的節(jié)曲線，對它按弧長35等分，確定各齒中心位置，查詢出個點在橢圓齒輪上的半徑，根據(jù)可以計算出在此位置上的當量齒的齒數(shù)，利用就可以調(diào)出所需齒形，根據(jù)齒輪點的法線位置將齒放到合適的位置就完成單個齒的繪制，如圖5-5第一個所示，圖5-5第二個為繪制好的整個橢圓齒輪二為草圖。圖5-5橢圓齒輪的繪制利用二維草圖，對其進行拉伸操作，可以方便的得到橢圓齒輪三維模型。圖5-5第三個為本橢圓齒輪的三維模型。5.3 曲柄的設(shè)計和圖紙曲柄是整個傳動機構(gòu)的一個重要組成部分，它固定在從動橢圓齒輪上，和連桿連接，設(shè)計二維圖見圖5-6：圖5-6 曲柄二維圖三維圖如圖5-7所示。橢圓齒輪-曲柄搖桿打緯機構(gòu)的分析和設(shè)計26圖5-7曲柄三維圖5.4 搖桿的設(shè)計搖桿直接連接打緯輸出軸，打緯點的速度，加速度完全和搖桿一樣，所以直接影響著最后打緯的效果。搖桿二維圖見圖5-8：圖5-8搖桿二維圖搖桿三維圖如圖5-9所示。浙江理工大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）27圖5-9搖桿三維圖5.5軸的設(shè)計和圖紙5.5.1 軸的材料選擇軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛胚多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價格低廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時也可以中熱處理或者化學熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，因此，我們這邊所選的軸都是用45鋼（經(jīng)調(diào)質(zhì)處理）。5.5.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)軸上的零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理的 確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，會影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是軸設(shè)計中的重要內(nèi)容。擬定軸上零件的裝配方案，所謂的裝配方案就是預定出軸上主要零件的裝配方向、順序和相互關(guān)系。例如圖5-10為從動軸結(jié)構(gòu)圖，圖中左端先安裝齒輪，再在2安裝軸承擋圈，然后在1安裝軸承，最后安裝端蓋，右端先安裝軸承擋圈，再在4安裝軸承，最后在5安裝端蓋。