浙江大學工學碩士學位論文 摘要 當前電子提花機存在機構運轉速度低 平穩性差等缺點 為改善現有電子提 花機性能 避開其傳動系統的專利保護 提高電子提花機現場安裝工作效率及降 低后期故障檢查成本 本文進行了電子提花機傳動系統改造及電子選針器檢測儀 的研制 主要完成了以下工作 1 研究了國內外紡織機械的發展狀況 重點分析了當前電子提花機傳動系 統的優缺點及選針器的工作原理 2 分析并確定利用同步齒形帶作為整機的動力輸入機構 論證設計方案并 對同步齒形帶傳動及相應的曲柄搖桿機構進行詳細設計 對所設計機構進行運動 學分析 利用m a t l a b 對分析結果進行輸出 驗證設計的合理性 3 建立提花機傳動系統的虛擬樣機 利用虛擬樣機分析軟件a d a m s 對其 進行動力學分析 得出各構件的最大受力點 為構件的優化設計提供指導 同時 輸出主軸所受扭矩曲線 為電機選型提供依據 4 介紹有限元分析理論 根據a d a m s 得到的動力學分析結果 利用有限 元分析軟件a n s y s 對主要構件進行靜力學分析 進一步驗證構件設計的合理性 5 根據電子選針器的原理 選取s t c 8 9 c 5 2 作為主控芯片搭建電子選針器 的檢測平臺 設計了電源模塊 檢測信號輸入模塊 選針信號輸出模塊及串口通 信模塊等 在l 上v i s i o n 3 環境下完成相應軟件開發及調試 最終完成整個電子選 針器檢測儀的設計工作 6 詳細介紹了電子提花機的安裝步驟 完成電子提花機傳動系統的現場調 試 7 總結整個方案不足 并指出了改進方向 關鍵詞 電子提花機傳動系統同步齒形帶虛擬樣機有限元分析 i 浙江大學工學碩士學位論文 a b s t i 己a c t t r a d i t i o n a le l e c t r o n i cj a c q u a r dm a c h i n e su s u a l l yh a v el o w e ro p e r a t i o ns p e e da n d p o o r e rs t a b i l i t y t oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo fe l e c t r o n i cj a c q u a r d a v o i dt h ep a t e n t p r o t e c t i o na n de n h a n c et h eo n s i t ea s s e m b l ee f f i c i e n c yt h et h e s i sd e s i g n e dt h e t r a n s m i s s i o ns y s t e mo fj a c q u a r da n da ne l e c t r o n i cn e e d l es e l e c t i o nt e s t e r t h em a i n w o ki n e l u d e s 1 t h et h e s i ss t u d i e dt h ed e v e l o p m e n to ft e x t i l em a c h i n e r ya th o m ea n da b r o a d f o c u s i n go na n a l y s i so ft h ec u r r e n ta d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft r a n s m i s s i o n s y s t e mo fe l e c t r o n i cj a c q u a r da n dt h ep r i n c i p l eo fe l e c t r o n i cn e e d l es e l e c t o r 2 t h et h e s i sp r o p o s e dt h et i m i n gb e l ta st h em a c h i n e sp o w e ri n p u tb o d y t h e d e t a i l e dd e s i g no ft i m i n gb e l tt r a n s m i s s i o ns y s t e ma n di t sc o r r e s p o n d i n gc r a n k r o c k e r m e c h a n i s mw a sc o n d u c t e d d ot h ek i n e m a t i ca n a l y s i sa n do u t p u tt h er e s u l tb ym a t l a b t ov e r i f yw h e t h e rt h ed e s i g ni sr e a s o n a b l e 3 t h et h e s i se s t a b l i s h e dv i r t u a lp r o t o t y p eo ft h ej a c q u a r d u s et h ev i r t u a l p r o t o t y p ea n a l y s i ss o f t w a r ea d a m st od ok i n e t i ca n a l y s i sw h i c hw i l ls h o wu s v a r i o u sc o m p o n e n t s m a x i m u mf o r c el o c a t i o n 4 t h et h e s i s i n t r o d u c e df i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s f e a t h e o r y d os t a t i c a n a l y s e sf o rt h em a i nc o m p o n e n t sb yu s i n ga n s y sb a s e do nt h er e s u l to fa d a m s w h i c hc a nf u t u r ev e r i f yw h e t h e rt h ec o m p o n e n t sd e s i g n sa r er e a s o n a b l e 5 t h et h e s i ss e l e c t e ds t c 8 9 c 5 2a st h em a s t e rc h i pt ob u i l da ne l e c t r o n i cn e e d l e s e l e c t i o np l a t f o r mb a s e do nt h ep r i n c i p l eo fe l e c t r o n i cn e e d l es e l e c t o r p o w e rs u p p l y m o d u l e t e s ts i g n a li n p u tm o d u l e n e e d l es e l e c t i o ns i g n a lo u t p u tm o d u l ea n ds e r i a l c o m m u n i c a t i o nm o d u l ew e r ed e s i g n e d c o m p l e t et h es o f t w a r ed e v e l o p m e n ti nt h ep v i s i o n 3e n v i r o n m e n ta n df i n a l i z ed e s i g no fe l e c t r o n i cn e e d l es e l e c t i o nt e s t e r 6 t h et h e s i sd e s c r i b e dt h ea s s e m b l ep r o c e d u r ea n dc o m p l e t et h eo n s i t e i n s t a l l a t i o n 7 t h et h e s i ss u m m a r i z e dt h ei n s u f f i c i e n c ya n dg a v et h ed i r e c t i o nt oi m p r o v e k e y w o r d e l e c t r o n i cj a c q u a r d t r a n s m i s s i o ns y s t e m t i m i n gb e l t v i r t u a lp r o t o t y p ef e a i v 浙江大學工學硬士學位論文 浙江大學研究生學位論文獨創性聲明 本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的 研究成果 除了文中特別加以標注和致謝的地方外 論文中不包含其他人已經發 表或撰寫過的研究成果 也不包含為獲得逝塹太堂或其他教育機構的學位或證 書而使用過的材料 與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中 作了明確的說明并表示謝意 學位論文作者簽名 簽字日期 年月 日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解逝塹太堂 有權保留并向國家有關部門或機構 送交本論文的復印件和磁盤 允許論文被查閱和借閱 本人授權浙塹太堂可以 將學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索和傳播 可以采用影印 縮印或掃描等復制手段保存 匯編學位論文 保密的學位論文在解密后適用本授權書 學位論文作者簽名 導師簽名 簽字日期 年月日簽字日期 年月 日 浙江大學工學碩士學位論文 致謝 兩年半的研究生生活即將過去 回首往事心中感慨萬千 在過去的兩年半里 自己成長了很多 雖經歷過很多挫折和失敗 但取得了一些成績 這些成績的取 得和那些默默關心我 支持我的人是分不開的 在畢業論文之際 我向借此機會 表達我的敬意和謝意 首先感謝我的導師陳宗農教授 陳老師學識淵博 經驗豐富 工作嚴謹踏實 無論在學術上還是管理上都有很高的水平 對學生態度和藹 支持學生自己的想 法并且在軟硬件給予支持 在論文的選題 文章的撰寫過程中 陳老師都予以悉 心指導 特別感謝實驗室陳天豐 在論文撰寫過程中給了我很多指導和寶貴的建議 感謝我的師兄劉鋼 王爐意及我的好友黃金梭 周勇 任友良在我課題研究中給 我很多寶貴建議 感謝張敏杰推薦我參加利樂公司組織的競賽并且最后拿到海外實習機會 感 謝室友徐以國 潘丁丁 張旭光同學 我們互相鼓勵 互相支持一起度過了美好 的兩年半的時間 最后我要特別感謝我爸爸媽媽 是你們一直背后默默的支持著我的求學之 路 王鋼飚 2 0 1 0 年1 月于求是園 第一章緒論 1 1 引言 第一章緒論 紡織工業是關系到國計民生的傳統支柱產業 也是我國在國際競爭中優勢比 較明顯的重要產業之一 隨著我國三大類紡織品結構不斷調整 紡織品的應用已 遍及國民經濟各個領域 正成為交通運輸 工農業生產 水利建設 城市建筑 醫療衛生乃至航空航天工業的重要原材料 目前 中國已經成為世界第一大紡織 品消費大國 日益增長的國內消費需求正在為我國紡織業的發展提供了前所未有 的發展機遇 1 1 據統計 2 0 0 8 年1 9 月 中國紡織行業固定資產投資累計完成 2 0 2 2 6 9 億元 比0 7 年同期增長1 0 1 5 中國紡織行業規模以上企業累計生產 紗1 5 9 7 9 2 萬噸 同比增長9 布累計產量4 1 7 3 2 億米 同比增長6 3 3 服 裝累計產量1 5 1 5 9 億件 同比增長5 9 2 化學纖維累計產量1 7 9 7 8 0 萬噸 同 比增長2 4 4 中國紡織行業出1 2 達1 4 0 2 8 5 億美元 較0 7 年同期增長1 3 0 6 進1 2 達1 4 1 9 4 億美元 較0 7 年同期增長1 5 9 t 2 1 雖然紡織工業長期向好 但在發展過程中還是存在諸多問題 特別在金融危 機的影響下 這些問題更加暴露無遺 主要表現為 1 紡織品國際貿易形勢日益嚴峻 2 0 0 9 年金融危機繼續縱向蔓延 世界經 濟增長緩慢甚至出現負增長 這種經濟形勢對我國紡織產品出口產生巨大影響 同時 各國為了保護本國企業利益 紛紛出臺貿易保護政策 貿易摩擦進一步加 劇 3 4 2 我國的紡織品的成本優勢不斷弱化 隨著原材料價格及勞動力成本上升 我國紡織成品的低價優勢要素被明顯弱化 5 6 3 行業節能減排任務艱巨 由于行業固定資產投資增加 產業規模擴大 行業能耗也隨之加大 與資源限制 環境約束形成矛盾 節水 節能 降耗 減 排是行業任重道遠的發展任務 機遇與挑戰并存 要在激烈的國際競爭占有一席之地 最重要的是要不斷增 強產品競爭力 提高自主創新能力 開發出擁有一批擁有自主知識產權的產品 同時要重視品牌建設 培育一批擁有知名品牌并且具有較強國際競爭力的優勢企 第一章緒論 業 要抓住目前國內比較落后的紡織機械水平與國外相對先進的紡織機械水平這 個主要矛盾 適時開發出適合我國國情的紡織機械 1 2 紡織機械發展現狀 1 2 1 國外紡織機械行業最新發展 二十世紀末 電子技術的飛速發展對國際紡機制造業影響深遠 傳統的人工 控制被智能技術 數字化及自動化技術替代 紡機行業向紡織生產數字化 連續 化 智能化方向發展 具體表現為 7 國外先進紡機具備高度的智能化 在控制策略上 變事后控制為實時控制 可以實現紡織過程中對各種工藝參數 運行狀態的在線檢測 顯示和自動調節 配置的專家系統 使紡機的調整更加容易 只要根據提示輸入很少的幾個項目 系統便會自動生成所需的控制策略并同時顯示機械調整部分的推薦值 8 1 國外紡織企業大都實行e r p 管理 在e r p 中包括企業物流 資金流和信息 流等信息 將紡織廠e r p 系統和m e s 系統進行信息集成 可實現紡織廠現代信 息管理系統 9 1 國外紡織機械生產商都非常注重環保 在生產過程中采用先進工藝以減小對 環境的污染 同時 關鍵設備都有節能 降耗 減排指標和措施 作為設備先進 性的重要指標并且將此作為產品的重要賣點 國外紡機非常注重工業設計 人性化設計是紡機開發過程中的最大關注點 另外簡潔 實用 安全 環保也是設計的宗旨 1 2 2 國內紡織機械行業發展現狀 中國的紡織機械行業在最近幾年發展尤為迅速 紡織品出口大國和消費大 國 成就了我國名副其實的紡機制造大國 我國的紡機工業發展已經進入關鍵的 轉型期 由過去依靠數量的增加轉向到依靠產品質量和技術含量的提升 l 相關 數據表明在過去的五年里 我國紡織機械增長形勢良好 在2 0 1 0 年 我國有望 成為全球最大的紡機制造基地 隨著我國紡機技術水平的提高 國產紡機不僅正 在成為國內設備的主流 而且大量出口到東南亞等國家 我國紡機對世界紡機工 2 第一章緒論 業的影響力正在進一步擴大 雖然紡機行業在近幾年進步巨大 但就整體而言 我國的紡機自動化水平較 低 較多采用單片機或p l c 控制器 在產品開發上缺乏超前意識 往往是跟著 市場走 沒有連續性 另外產品的可靠性與穩定性也不高 大致只有國外同類產 品的十分之一 1 0 1 具體來說 我國紡機行業還存在以下幾類問題 1 1 產品整體技術水平偏低 我國紡織機械制造雖然門類齊全 但是傳統的纖維 加工機械仍占主導地位 紡紗技術水平及其過程控制等方面與國際先進水平仍存 在較大的差距 紡機同質化嚴重 專業化水平低 紡織工業近二十年來飛速發展 為紡織機 械行業帶來了前所未有的發展機遇 但是由于對社會分工與專業化生產不重視 每個企業都試圖生產整機 都要從頭做到尾 結果就造成了紡機同質化嚴重 紡 機質量不高等問題 產業集中度低 行業競爭激烈 經濟效益低下 紡機行業的企業規模小 專業化協作程度低是其競爭力低下的主要原因 由于企業的經濟效益低下 造成 對科研投入的減少 這種惡性循環勢必造成企業發展后勁不足 從而限制行業的 健康發展 缺乏知識產權意識 創新能力不強 由于我國歷史原因 許多企業對知識產 權的概念理解不清 大部分企業只重視專利申請 但不重視如何利用獲得的專利 為公司帶來經濟效益 由于對知識產權與創新機制的錯誤理解 行業整體創新能 力不強 產品開發一直處于追趕狀態 由于上述問題的存在 國內紡織機械的市場占有率一直徘徊在5 0 左右 而 且主要是一些中低檔機型 高檔機型大多為英國 德國 意大利等國的老牌紡機 制造企業所壟斷 因此國內的紡機行業還要不斷努力以提升整體水平1 1 2 1 3 提花織造技術簡介 在提花機上制織的花織物稱為大花紋織物 即提花織物 提花織物是由不同 顏色或種類的經紗和緯紗編織而成 一個花紋循環的經紗數由所配提花機的紋針 總數所決定 1 3 包括產品設計 提花機裝配 原料準備及上機試織等工序 提 花機是整個織造過程的核心設備 在整個紡織業的發展史中 提花技術經歷了手 3 第一章緒論 動 機械一自動的漫長發展過程 近年來 隨著電子技術的不斷發展 電子提花 織造技術正在逐步走向成熟 1 3 1 提花織造技術的發展 提花織物的生產歷史悠久 經歷了從純手工到機械式提花機再到今天的電子 提花機的發展歷程 在宋代樓璃的 耕織圖 上就有提花裝置的記載 但在1 9 世紀以前提花織造技術發展相當緩慢 織造過程依靠人工以手提腳踏的方式來完 成 工作效率極其低下 1 4 1 為了提高工作效率 降低提花織物的價格 人們開 始考慮提花工作的機械化問題 1 8 0 1 年 法國人賈卡特 j a c q u a r d 在中國束綜 提花機的基礎上發明了機械式提花裝置 用穿孔紋版代替花板 控制經絲提升 成為了現代機械式提花機的雛形 4 3 年后 另一位法國人韋多爾改進了花紋閱 讀裝置 用輕薄的紙板來替代原有穿孔紋板 大大節省了空間 時至今日 某些 傳統提花機還在應用這種精巧的紙板 1 5 1 6 進入2 0 世紀下半頁 計算機技術飛速發展并應用到各個生產領域 人們開 始思考利用計算機技術來制作電子紋板 早在2 0 世紀7 0 的代 日本就完成了 電 子式自動紋板打孔系統 的研制并使其達到實用化程度 大大提高了工作效率 1 9 7 9 年 英國b o n a s 公司研制出了世界上第一臺采用消極式選擇機構的電子提 花機 在提花織造發展的歷史上具有里程碑的意義 1 9 8 7 年 瑞士史陶比爾公 司制造出首臺c x 8 6 0 型提花機 引領又一次提花機的革命 該機器為電子控制 式 雙提刀提花機 配有史陶比爾專利產品c x 組件 使整臺機器結構更加緊湊 體積更小 并且配有極其友好的人機界面 1 7 電子提花機是通過計算機編程來控制經紗的升降順序 從而形成織機開口 利用電子紋板替代傳統的花筒 紋板等裝置 省去紋板制作的大量勞動 大大加 快了織物翻新速度 是提花開口技術的重大發展 1 8 它將織物花紋設計與c a d 技術相結合 通過掃描儀 攝像機等輸入設備將意匠圖轉換成可用于紋板自動制 作的計算機紋板文件 并且存入計算機的存儲設備中 方便其讀取 電子提花成 為提花織造的主要發展方向 1 9 f 2 0 1 圖1 1 給出了傳統自動提花織造比較 可以發 現兩面種提花方式的特點 4 第一章緒論 圖1 0 1 傳統與自動提花織遣系統的比較圖 1 3 2 國內電子提花技術發展狀況 近幾年來 我國提花技術取得了長足的發展 目前已經能生產速度3 5 0 r m i n 以上的無梭提花織物 但與國外相比 技術仍較為落后 中高檔的織機仍被國外 知名織機制造商壟斷 目前 國內紡機制造廠已經意識到這一差距的存在 開始著手電子提花機的 研制和開發并且在提花機的控制系統 選針機構及傳動機構方面取得一定的成 果 1 9 9 7 年 我國生產出第一臺自主研制的電子提花機 隨著國民生活水平的不斷提高 對居家裝飾的要求也越來越高 因此提花織 物的比重必然提高 國內提花機將按以下方向發展 由于電子計算機的飛速發展 電子提花 織造編程系統將成為主流 織造的 工作效率將成倍提高 產品向系列化發展 我國的紡織機械產品種眾多 但是大多數功能相似 容 易在市場上產生惡性競爭 因此應使整合不同產品使其向系列化發展 同時開發 出相應專用基礎配件系列產品 搞好產品的通用化 標準化和系列化 產品向網絡化發展 電子提花機應能夠提供網絡接口 以便利用網絡構建織 機監管系統 以實現整個工廠生產管理的自動化口1 1 1 4 電子提花機傳動系統 電子提花的傳動系統是整個機器的動力來源 傳動系統通過各種機構與提刀 5 第一章緒論 相連 通過提刀升降帶動與之相連的選針器上的提針按照預定要求作升降運動 從而形成開口運動 提針的所需的力通常由運轉的電機提供 按結構可分為單動 式提花結構和復動式提花結構 2 2 1 傳統電子提花機通常采用曲柄搖桿傳動系統 內外刀架的升降通過搖桿的來 回擺動實現 因而存在機構運轉速度低 平穩性差等缺點 另外 為實現大小開 品的同步擺動 機構的設計比較復雜 大大增加了開發成本 2 3 1 1 5 電子選針器原理簡述 電子選針器是電子提花機的核心部分 它利用通絲與經線相連來帶動經紗上 下運動從而形成梭口 它的基本原理是在電子選針器中裝有電磁閥 利用電磁閥 的吸放來控制提針元件的上下運動 下面以博納斯電子提花機為例要闡述電子提 花開口機構的原理 1 3 2 4 2 5 1 如圖1 2 所示 滑輪上的下皮帶4 一端與固定架5 相連 另一端綜絲8 與彈 性回綜9 相連 上皮帶2 兩端分別與a b 兩個片鉤相連 片鉤的位置分別在電 磁鐵的兩旁 并且通過上面的凸臺與a b 左右兩組提刀片相連 圖1 2b o n a s 電子提花機開口原理圖 6 第一章緒論 位置a 當電磁閥1 失電時 兩個片鉤隨著提刀在電磁閥1 兩旁作上下移動 因為提刀的運動規律一定 當一根片鉤在上面的時候 另一根片鉤一定在下面 所以片鉤的上下運動對滑輪3 不產生任何影響 經紗停留在下方 位置b 半個織機周期后 電磁閥l 得電 到達頂位的片鉤a 便會被電磁閥 1 吸住并掛在掛鉤6 上 接著電磁鐵失電 由于綜絲存在張力 片鉤仍然掛在掛 鉤上 值得一提的是 雖然片鉤a 已經掛在掛鉤6 上 但滑輪在下一個織機周 期之前 不會被提升 位置c 一個織機周期后 左提刀片a 下降 右提刀片b 上升 并將滑輪提 升到頂位 當右片鉤到達最高點時 形成最大梭i i 隨后 右提刀片b 轉為下降 由于電磁閥失電 片鉤將帶引滑輪下降 梭i i 慢慢變小 位置d 一個織機周期后 在新的周期里 左提刀片a 再次到達頂位 推開 片鉤a 使其與電磁閥的掛鉤6 脫離 由此可見 決定選針器的上一次開口動作 是否結束由電磁閥的得 失電來實現 詳細的片鉤與經紗提升關系如表1 1 所示 表1 1 片鉤和經紗的提升狀況 左面片鉤a右面片鉤b經紗 1 上升下降停留在下方 2下降 電磁閥通電 提升停留在下方 3 被電磁閥吸住掛在掛鉤上在上 開始下降 經紗提升 4 下降上升停留在下方 1 6 本課題的研究的主要內容及意義 前文主要論述國內外電子提花的發展趨勢 經過多年發展 無論在機械結構 還是軟件控制方面都已比較成熟 而國外企業都非常注意知識產權的保護 對關 鍵技術都已申請專利 要提高國產電子提花機的制造水平 增強我國紡織機械企 業在國際市場上的競爭能力 必需實行差異化戰略 開發出擁有獨立知識產權的 產品 本文在分析現在電子提花機關鍵技術的基礎上 提出全新的提花機傳動系 統機械結構設計 提高了電子提花機的車速及振動穩定性 利用虛擬樣機技術及 有限元分析方法對設計方案進行運動學與動力學分析 降低產品開發風險 更好 地滿足市場的需要 同時研制了電子提花機選針器檢測儀 有助于提高電子提花 7 第一章緒論 機現場安裝工作效率及降低后期故障檢查成本 在本課題中 作者做了如下工 作 1 在分析現有電子提花機的傳動系統后提出了利用同步齒形帶傳動替代原 有的曲柄搖桿機構 根據電子提花機的工作要求 對同步齒形帶傳動進行了詳細 的設計 包括同步齒形帶的選型 同步帶輪的設計及同步帶傳動的張緊與安裝 2 設計了連接同步帶輪與提刀架橫鐵的曲柄連桿機構 利用矢量法對所設 計的曲柄連桿機構進行運動學分析 驗證設計的合理性 同時提出了提刀桿橫鐵 的運動學分析的模型 3 通過虛擬樣機技術對電子提花機的傳動系統進行動力學分析 介紹了虛 擬樣機技術及其分析軟件a d a m s 詳細描述了虛擬樣機模型的建立 包括如何 將模型從s o l i d w o r k s 導入a d a m s 如何添加約束等 輸出運動學分析結果驗證 第二章矢量法運動學分析的正確性 同時輸出各構件的動力學分析曲線 為電機 選型及構件的優化設計提供指導 4 利用a n s y s 對各主要構件進行靜力學分析 查看各構件在載荷作用下 的應力應變圖 進一步驗證機構設計的合理性 5 設計電子提花機選針器檢測儀 包括對其進行硬件設計及軟件設計 同 時完成測試 6 完成樣機的現場調試 8 第二章電子提花機傳動系統機械設計 第二章電子提花機傳動系統機械設計 2 1 設計方案論證 本次設計所用電子提花機性能參數如下 開口形式 復動式全清晰上下開口 前開口高度 5 5 7 5 r a m 后開口 9 0 1 l o m m 可調節 開口頻率 3 0 0 次 分鐘 紋針 6 1 4 4 針 該電子提花機轉速快 紋針多 因此要求傳動系統運行速度快并且能為系統 運轉傳遞足夠的力 傳統的電子提花機采用曲柄搖桿機構 通過搖桿的來回擺動 實現內外刀架的上升和下降 機構的運轉速度較低 且很慢實現動平衡 機構的 平穩性較差 為了實現大小開口搖桿的同步擺動 機構設計復雜 生產成本高 同步齒形帶傳動具有恒定的傳定比 傳動平穩且緩沖減振能力強 傳動效率 高等特點 利用同步帶輪的單向轉動帶動內 外提刀架的上下運動 可以極大地 提高機構的運轉速度和運轉平穩性 綜合以上分析 同步齒形步帶正好能夠克服曲柄搖桿機構存在的缺點 考慮 到實際的加工情況及設計成本 本次設計采用同步齒形帶傳動為電子提花機提供 動向輸入 2 2 傳動方案 該電子提花機由三相異步電機通過萬向節與裝在機架上的主動帶輪相連 主 動帶輪再通過同步齒形帶帶動大 小開口從動帶輪轉動 電子提花機的提刀架通 過曲柄連桿機構連接到大 小從動帶輪上 并隨其轉動實現開口運動 為每根同 步齒形帶設計張緊輪以保證運動的順利進行 上述提刀架為外提刀架 由于所用電子提花機的開口形式為復動式全清晰上 下開口 在機架的背面同軸裝有內提刀架的主動帶輪 與外提刀架一樣 大 小 開口的從動同步帶輪通過同步齒形帶與主動帶輪相連并且通過曲柄連桿機構帶 9 第 章電子提花機侍動系統機械設計 動內提刀架的運動 為調節電子提花機開口大小 分別在大 小開口從動帶輪上開出若干個離軸 心距離不等的孔用以安裝曲柄銷 通過調節偏心量可以改變提刀的開口量 另外 在安裝時 保證內 外提7 j 架的大開口同步帶輪按偏心距的大小呈1 8 0 布置 這樣可以使內 外提刀架的運動相反 周期相差1 8 0 且上 下運動距離保持一 致 即大 小開口量相同 結構如圖2 一l 所示 田2 1 傳萄系統總體布局田 2 3 同步帶傳動參數設計 2 3 1 同步帶選型 同步帶是以鋼絲繩或玻璃纖維為強力層 以聚氨酯或氯丁橡膠為基體 在帶 的內周制成齒狀 用來與同步帶輪相嚙合的一種傳動帶 鯽 工業用同步帶齒分 為梯形齒和弧齒兩類 弧齒又分為三種系列 圓弧齒 h 系列又稱h t d 帶1 平 頂圓弧齒 s 系列又稱為s t p d 帶 和凹頂拋物線齒 r 系列 梯形齒同步帶分單 第二章電子提花機傳動系統機械設計 面有齒和雙面有齒兩種 簡稱為單面帶和雙面帶 弧齒同步帶除了齒形為曲線形 外 其結構與梯形齒同步帶基本相同 帶的節距相當 其齒高 齒根厚和齒根圓 角半徑等均比梯形齒大 因此 在受載后帶應力分布狀態較好 平緩了齒根的應 力集中 提高了齒的承載能力 弧齒同步帶比梯形齒同步帶傳遞功率更大 在嚙 合過程中輪齒之間不易發生干涉 2 7 考慮到弧齒同步帶的優良性能及傳動系統的實際的工作環境 本次設計采用 弧齒同步帶 單根同步帶的傳遞功率約為2 k w 轉速為1 5 0 r m i n 其選型圖如 圖2 2 所示 轉 迓 糖 分 l 3m t 一 繃 i j 7 一 l 8 m 粕i ff x 1 臼i 翻 m一 一 一 廣7 1 一 美 1 j l 么 建j 季莎 7 一 么 囊導 產一 p 1 犬 乃 z l y 一 j 一 一 一c j 圖2 2 同步帶選型圖 為了傳動平穩 提高帶的柔性 應盡量增加嚙合齒數 選擇節距時應盡量取 最小值 根據上圖選擇1 4 m 型弧齒同步帶 節距為1 4 m m 2 3 2 同步帶輪設計 相應的同步帶輪應為圓弧齒同步帶輪 提刀架的上下運動通過從動同步帶輪 的轉動帶動 每轉1 8 0 提刀架作一次開口運動 則 只大 辦上一h r 1l o m m r 小 吐一h 下 7 5 m m 第 章電子提花機傳動秉統機械設計 由于在同步帶輪上還要開定位槽 同步帶輪應盡選擇較大直徑 通過查表同 步帶輪的型號應為 4 0 1 4 m 參數如下 齒數 4 0 節距 1 4 r a m 節輕 d 1 7 82 5 m n l 外徑 d 0 1 7 54 5 齒彤角 1 4 本次同步齒彤帶傳動的傳動比為1 1 所以各個同步帶輪的參數相同 又 由 z z 查袁得 z 2 8 2 而采用外側張緊方式 只需選用普通平帶輪 這種張緊方式可以增大帶輪的 包角 從而使帶輪所受載荷更加平穩 本次設計采用外側張緊方式 各種材質的同步齒形帶都不是完全彈性體 在預緊力的作用下 經過一段時 問的運轉后 會因塑性變形而松馳 為保證帶傳動能力 應定期檢查預緊力的大 小 當出現預緊力不足時 應重新進行張緊 考慮到上述原因及安裝 同步齒形 帶張緊輪應設計張緊能力可調 按照上述要求 設計如圉2 5 所示偏心軸 固2 5 偏心軸結構圈 偏心軸通過法蘭盤固定在機架上 并將張緊輪套在儡心軸上即可以實現張緊 輪張緊能力可調 如圖2 1 所示 在兩塊墻板的兩端各有兩個主動同步帶輪 共計四個主動同 步帶輪 每個主動同步帶輪驅動一個從動同步帶輪運動 圖2 7 為小開口同步帶 輪的布置圖 第 章電子提花機傳動盎坑機械 計 嗡園 圈 7 小開口同步帶轉的布置田 其中l 為主動同步帶輪 2 為從動同步帶輪并通過銷軸和螺釘與小開口后輪 連接 這樣 主動同步帶輪可以同時帶動兩個從動同步帶輪作運動 大開口的從 動同步帶輪布置與上圖類似 根據位置選出帶長 然后用m u c l o 公司網站提供的 同步帶計算軟件 印可確定張緊輪的位置 軟件計算界面如圖2 8 所示 j 墻板兩端的主動帶輪通過主軸連接 故主軸傳遞的功率在8 k w 左右 主軸 的直徑應滿足 捌 污 1 2 5 x 3 1 痣0 硼 s 選取4 5 號鋼為主軸的材科 設計主軸直徑為6 0 m m 田2 8 張緊輪計算被件界面 1 4 第二章電子提花機傳動系統機械設計 2 4 曲柄連桿機構設計 曲柄連桿機構是把同步帶輪的轉動轉化為提刀架的上下擺動 曲柄轉動一 次 提刀上下運動一次 其機構簡圖如圖2 9 所示 圖2 9 曲柄連桿機構簡圖 圖中l 2 分別為從動同步帶輪上曲柄銷到軸心的距離 3 4 為所求連桿 6 為連架桿 用以承受連桿上下運動時的橫向載荷 5 為提刀架平鐵用以安裝提 刀架 圖中共有7 個活動構件 8 個轉動幅 其機構自由度為 f 3 n 2 p p i 3 x6 2x8 2 該機構中有大 小開口同步帶輪兩個動力輸入 因此具有確定的運動 大 小開口度與大小開口曲柄半徑之間的關系如下 a 2 7 4 11 7 6 2 r a 0 7 4 11 7 6 2 r b b 2 7 4 1 1 7 6 2 x r b 0 7 4 1 1 7 6 2 r a l a r a 3 2 7 l b r b 士3 2 7 其中 a b 表示大 小開口度 r a r b 表示大小開口曲柄半徑 三口 三6 分別表示大 小開口連桿長 表2 1 為上述各量的對應關系表 1 5 第二章電子提花機傳動系統機械設計 表2 1 曲桿連桿機構各設計量對應關系表 大開口曲 小開1 2 曲 大開1 3 度小開口度大開口連桿長小開口連桿長 柄半徑 柄半徑 r ar babl al b 3 73 07 9 1 8 85 4 8 1 23 6 43 5 9 3 73 47 6 2 2 46 5 7 7 63 6 43 6 2 3 73 87 3 2 5 97 6 7 4 l3 6 43 6 5 3 7 4 27 0 2 9 48 7 7 0 63 6 43 6 9 4 33 09 5 6 3 55 0 3 6 53 7 03 5 9 4 33 49 2 6 7 l6 1 3 2 93 7 03 6 2 4 3 3 88 9 7 0 67 2 2 9 43 7 03 6 5 4 34 28 6 7 4 l8 3 2 5 93 7 03 6 9 4 93 01 1 2 0 8 24 5 9 1 83 7 63 5 9 4 9 3 41 0 9 1 1 8 5 6 8 8 2 3 7 6 3 6 2 4 93 81 0 6 1 5 36 7 8 4 73 7 63 6 5 4 94 21 0 3 1 8 87 8 8 1 23 7 63 6 9 5 53 01 2 8 5 2 94 1 4 7 l3 8 23 5 9 5 53 41 2 5 5 6 55 2 4 3 53 8 23 6 2 5 53 81 2 2 66 3 43 8 23 6 5 5 54 21 1 9 6 3 57 4 3 6 53 8 23 6 9 注意到連架桿6 繞固定鉸鏈轉動 所以提刀架平鐵不僅作上下運動 在水平 方向也存在位移 選針器只能在豎直方向運動 因此必須設計機構來消除水平位 移 由于提刀架平鐵的轉動角度不大 可以利用鉸鏈的轉動來消除水平位移保證 與選針器連接的提刀作豎直運動 原理如圖2 1 0 所示 1 6 第二章電子提花機傳動系統機械設計 圖2 1 0 提刀架結構 在提刀架平鐵下面加一排提刀連桿并用鉸鏈與提刀架橫鐵相連 連桿再與提 刀架相連 同時在提刀架豎直方向加上移動約束 這樣就可以保證提刀架只作豎 直運動 2 5 電子提花機傳動系統運動學分析 2 5 1 織機工作時間分配 織造運動通常由開口運動 引緯運動 找緯運動三個基本運動及送經運動和 卷取運動兩個輔助運動組成 電子提花機的作用是完成三大基本運動中的開口運 動 在織造過程中 各運動依據主軸的轉角相互配合 3 在對電子提花機傳動 系統作運動學分析前 有必要先了解織機的工作狀態 表2 2 為劍桿織機的工作 狀態表 表2 2 織機工作狀態表 主軸轉角 織機各機構運動 0打緯止點 2 0 緯停 4 0 送經 5 0 選緯桿到位 送緯劍接觸緯紗 6 0梭口接近滿開 1 7 第二章電子提花機傳動系統機械設計 6 8 兩劍頭進入地經梭口 7 0 梭口滿開 l8 0 兩劍交接 1 9 0梭口開始閉合 2 1 0選緯針開始運動 2 9 2兩劍退出地經 3 1 0 選緯針開始運動 3 2 0 選緯針絞邊綜框平 4 0 3 1 0織機啟動區 1 5 0 1 6 0 兩劍桿檢測區 2 0 0 2 1 0 8 0 一1 6 0 緯紗檢測區 2 2 0 3 0 0 織機的經紗張力在滿開口時最大 平綜時最小 在設計織機運動機構時 應 盡量減小經紗張力的變化 從而降低斷經的概率 因此 綜框應在平綜時速度最 大 而在最大開口時速度最小 2 5 2 電子提花機傳動系統運動學分析 電子提花機傳動系統運動學分析的對象是聯接從動同步帶輪與提刀架平鐵 的曲柄連桿機構 平面連桿機構運動學分析的主要任務是根據確定的機構尺寸及 原動件的運動規律 求出構件的角位移 角速度和角加速度及機構上某些點的位 移 速度 加速度以了解機構的運動性能 同時為機構的創新設計提供依據 3 0 1 本次設計分析的對象為提刀架平鐵上某些點的位移 速度及加速度和連桿的角位 移 角速度和角加速度 機構分析主要有解析法和圖解法兩種方法 圖解法分析簡捷直觀但精度不 高 解析法分析雖然計算相對復雜 但借助計算機后可以獲得很高計算精度的分 析結果 并且繪出相應的運動曲線 把機構分析與機構綜合問題聯系起來指導機 構的優化設計 3 2 3 3 1 1 3 4 1 本次分析采用矢量解析法 本文設計的曲柄連桿機構的 1 8 第二章電子提花機傳動系統機械設計 矢量圖如2 1 1 所示 圖2 1 1 曲柄連桿機構總矢量圖 上圖中桿長l l l l l l 6 l 7 及角位移q 為已知參數 角位 移8 色 e 9 為未知參數 為方便計算 將上面機構矢量圖分解 先求出 9 以 8 7 相關的物理量 將固定鉸接點e g 相連 得到圖2 1 2 所示的矢量圖 圖2 1 2 曲柄連桿機構簡化矢量圖 上圖中吼及l s 也為已知參數 機構各桿矢所構成的矢量封閉方程為 云 丘 乏 三 丘 將其向坐標軸投影 得 f l lc o s t l 2c o s 2 l 6 l 7c o s 7 l sc o s 吼 ls i n 日l 2s i l l 吼 l 7s i n p 7 厶s i l l 吼 此方程組只有8 8 兩個未知量 可用迭代法求解 令 a l lc o s l l 8c o s 吼 l 6 b l l s i n9 l l 8s i n 吼 1 9 2 1 2 2 第二章電子提花機傳動系統機械設計 解得 同理令 c 墨 二墨 二絲 二壘 2 l 2 驢2 嘴c 型焉至 e 墨z 二墨 二蘭 二里 2 l 2 p 7 2 a 眥 b i a 2 一 乜b 2 e 2 0 0 7 分別為桿2 與桿7 相對于原點a 的角位移 將方程組2 2 對時間t 求導可得到速度方程 睜s 灑q 皚 l 2 s i n 0 2 0 2 亂7 豳p 7 嶼 2 3 l lc o s o l 皚 l 2c o s 0 2 哆 l 7c o s 0 7 嶼 解得 0 2 l l0 9 1s i n 0 1 0 7 l 2s i n 0 7 0 2 0 7 l i d is i n 0 1 0 2 l 2s i n 0 7 0 2 0 9 2 分別為桿2 與桿7 相對于原點a 的角速度 將方程組2 2 對時間t 求導可得加速度方程 骷0 8 肇麓豳黧竺p 2 呼 島螂囂2 l 7 s i l l 0 7口0 l s i n0 1lc o s 0o t lc o s 0 2 6 0 2 l 7s i n0 7 lc o s 0 7 仁4 l皚2 222 2 2 嗎 77 口7 解得 ot2 l26022sin 09 02 ltogt 2 c o s 0 l 0 9 l 2s i n 0 2 一0 9 求出桿2 相到原點的角位移 角速度及角加速度后 只要再求出l 此時相 對于原點a 的矢徑 即可得到提刀架平鐵上c 點的位移 從而判斷出電子提花 2 0 第二章電子提花機傳動系統機械設計 機小開口端的開口大小是否符合要求 再求出相應的角速度與角加速度 就可判 斷c 點的速度 加速度是否合理 構建桿2 的矢量三角形 如圖2 1 3 所示 圖2 1 3 桿2 矢量圖 其矢量方程為 厶 l 2 l 9 2 5 將其向坐標軸投影 得方程組 乞 c s b 三z c d s p z2 l c s 2 6 厶s i n0 l l 2 s i n0 2 l 9 c o s 島 7 解得 l 9 i l i 2 三2 2 2 l l l 2c o s o l 一0 2 島一血c 贏學豢 將方程組2 5 對時間求導可得速度方程 fl ls i no l q l 2 s i n0 2 哆 l 9s i n0 9 鴨 l lc o s o l q 2c o s 0 2 0 2 l 9c o s 0 9 鴨 解得 k l i c o is i n 0 1 0 9 l 2s i n 0 9 0 2 將方程2 5 求導得到關于 的加速度方程 2 l 第二章電子提花機傳動系統機械設計 殿0 8 囂麓血竺2 l 2 s i l l 0 2 02l s i n o i lc o s olc o s o0 9 2 2 意ls i n o s 0 島9 0 鼉9 l 篙c o s 0 島9 0 p 7 l1q 22 a 2 2 2 2 92 7 9 解得 妒等蒜掣 設定電機的轉速為1 5 0 r m i n 將已知桿長及角度代入上述計算結果中 利用 m a t l a b 對結果進行輸出 3 5 1 提刀架平鐵c 點位移如圖2 1 4 所示 e e 辮 趟 主軸角度 圖2 1 4 小開口位移曲線 圖中的零點為平綜位置 可以看出 小開口大小約為8 0 r a m 滿足設計要求 c 點在豎直方向的速度與加速度曲線如圖2 一1 5 所示 圖2 1 5 小開口速度 加速度曲線 由圖可知 在平綜位置時 提刀架平鐵上的c 點速度最大 在滿開位置時 速度為零 滿足經紗張力要求 但同時發現 梭口滿開時加速度達到最大 給經 5 5 s 5 5 5 5 5 6 5弛勢孔贊贊剪筠轉 引 第二章電子提花機傳動系統機械設計 紗張力的控制帶來不利影響 對于提刀大開口端的d 點 也可利用上述方法進行運動學分析 限于篇幅 只做d 點豎直位移分析 矢量圖如2 1 6 所示 a 圖2 1 6 曲柄連桿機構簡化矢量圖 上圖中l l l 3 l l 0 1 及9 為已知參數 機構矢量封閉方程為 三l l 2 l 3 l 4 l 5 三6 將其向坐標軸投影 得 2 8 三lc o s o l l 2c o s 0 2 l 3c o s 0 3 l 4c o s 0 4 l 5c osoi l s i n0ls i n 0 2l 3s i n0 ls i n0 4ls i n0 三6 c2 9 li 2 2 3 4 5l 利用迭代法求解 令 解得 h l l l 5 c o s o l l 2c o s 0 2 一l 6 1 l l l 5 s i n0 1 一l 2s i n0 2 奠二蔓 絲 2 l 2 m 芻 二芻 絲 塹 2 l 2 驢2伽留 i 孕h 2 1 2 m 2 0 4 2 a r c t g i 景h 2 i 竽2 j 2 第二章電子提花機傳動系統機械設計 對方程組2 8 對時間t 求導可得 嶼 監怒篙產 為求d 點豎直方向位移 構建如圖2 1 7 的矢量三角形 嚏 一 圖2 1 7 桿4 矢量三角形 其矢量方程為 丘 z r i 2 1 0 將其向坐標軸投影 得方程組 i l 4c o s 8 4 l 5c o s s l2l l oc o s o l o l 4s i n 日4 l 5s i n 0 1 l i oc o s o l o 解得 厄 了砑i 磊萬麗 利用m a t l a b 對d 點