橢圓齒輪-曲柄搖桿打緯機構的分析與設計【三維PROE】【含CAD高清圖紙和說明書】

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外文翻譯 畢業(yè)設計題目：橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構的分析與設計 原文1：Computer Aided Analysis of Loom Beating-up Mechanisms 譯文1：織機打緯機構的計算機輔助分析 原文2：Kinematic Analysis and Test Study of Elliptic- Gear and Crank- Rocker Beating- Up Mechanism 譯文2：橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構的運動學分析及試驗研究 橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構的運動學分析及試驗研究 趙雄 任根勇 陳建能 機械工程及自動化學院，浙江理工大學，杭州310018，中國 摘要：為了分析橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構的運動學性能，建立了一個運動學的數(shù)學模型，編制了一個輔助分析與仿真軟件。根據(jù)不同的參數(shù)，這軟件能顯示運動特性及仿真運動的機制。它還為人機交互提供了一個平臺。通過軟件可以選定一組令人滿意的參數(shù)。通過這些參數(shù)對曲柄搖桿打緯機構的測試床進行優(yōu)化。通過高速視頻磁帶記錄器驗證運動性能的機理。 關鍵詞：打緯機構 橢圓齒輪 曲柄搖桿 動力學 引言 打緯機構是紡織機的一個重要部位。它是由引緯緯紗插入機制形成的織物。它的功能是把主軸的恒定速度旋轉改變?yōu)轶刈牟缓愣ㄍ鶑蛿[動。為使引緯機構完成插入緯紗，筘座的打緯機構應該有足夠的停留時間或相對停留時間在前方位置。打緯機構的性能測定織物的質量，也決定織機的質量競爭力[1]。 現(xiàn)在，有三種普遍的打緯機構：四連桿打緯機構，六連桿打緯機構和共軛凸輪打緯機構[2]。一般來說，四連桿打緯機構是最簡單的，它有65°-75°的相對停留時間。六連桿打緯機構有120°的相對停留時間[3]。它更多的取決于它的生產較大累計誤差。共軛凸輪的停留時間為220°-240°，但共軛凸輪機構需要很高的加工精度。如果有一些加工誤差會造成一定的振動[4]。 在本文中，一種新型的依據(jù)橢圓齒輪和曲柄搖桿的打緯機構產生了[5]，它的運動學數(shù)學模型也建立了。通過一個測試裝置的開發(fā)和對運動性能的機制進行了高速視頻磁帶記錄，這表明，這種新的機制可以滿足打緯要求。 1 橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構 圖1顯示了橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構初始位置。，0為主動橢圓齒輪的焦點，也是織機主軸轉動中心，a為從動橢圓齒輪轉動中心，為該橢圓齒輪的一個焦點，曲柄ab(長度z )與從動橢圓齒輪固接，通過連桿bc(長度z )帶動搖桿cd(長度z。)作往復擺動。cd與筘座de通過軸d固連，使筘座de前后往復擺動。通過優(yōu)化橢圓齒輪的短長軸之比k(偏心率)、當曲柄ab與連桿bc共線時(即筘座de在前心位置)與支座ad(長度z )夾角 、初始安裝角 (安裝時主動橢圓齒輪長軸與ao線的夾角)、四根桿件的長度和支座ad位置角y，可以獲得類似共軛凸輪打緯機構運動規(guī)律。 1—主動橢圓齒輪 2—從動橢圓齒輪 DE—筘座 圖1 橢圓齒輪一曲柄搖桿打緯機構示意圖 2 橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構的運動學數(shù)學建模 2.1 橢圓齒輪驅動的數(shù)學模型 當主動齒輪1一恒定的速度逆時針旋轉時，齒輪2會以一個變速順時針旋轉。設主動輪1轉角φ1，，從動輪2轉過角φ2，點P到軸O的距離是r1，PA的距離是r2。經推導得： r1=b2/(a+c*cosφ1) (1) r2=b2/(a+c*cosφ2) (2) c的范圍是橢圓中心到焦點，φ1，φ2的變化范圍是0到2π[6]。 由橢圓齒輪的傳動特性得：r1=2a- r2 （3） 即 （4） 由式（4）可計算從動輪角位移φ2與主動輪角位移φ1的關系。 （5） 對（5）求導得： （6） 由（1）和（3），根據(jù)求導公式， ，， （7） 2.2 搖桿CD的運動學運動學模型 由于曲柄固定在從動橢圓齒輪，其角速度和角加速度與橢圓齒輪驅動一樣。即：，，根據(jù)圖2，下列方程可以被推導出[7]。 圖2 曲柄搖桿機構 （8） (9) （10） （11） （12） （13） （14） 根據(jù)（13）和（14）， （15） （16） 2.3 E在筘座DE的X方向上的運動學模型 位移方程： （17） 速度方程： （18） （19） 3 輔助分析與仿真軟件的機構參數(shù)優(yōu)化 3.1 計算機輔助分析軟件 可視化的機制分析優(yōu)化的過程，可以顯示更多的信息到用戶的過程。用戶可以觀察整個過程和發(fā)現(xiàn)的基本參數(shù)的機制。人機交互分析和優(yōu)化是人類和電腦的優(yōu)點結合在一起。人類擁有的能力，模糊推理，判斷和創(chuàng)新，這可以幫助處理以及隨機事件。同時，計算機擅長精確計算及相關工作。人類和計算機能充分發(fā)揮各自的人-計算機交互優(yōu)化的優(yōu)勢。因此，令人滿意的參數(shù)可以很容易的實現(xiàn)[8-10]。 基于以上橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構，一個輔助分析與仿真軟件被實現(xiàn)，在圖3中顯示出來。它可以用于分析對不同的機構參數(shù)和驗證是否存在干擾在組成部分之間的機制中。 圖3 分析和仿真機制的軟件 有了這個軟件，用戶可以輸入機構參數(shù)，像a，k，γ，l1，l2，l3，l4和織機主軸旋轉速度。機構運動仿真將顯示在界面左側；位移，速度和加速度曲線的點將會分別顯示在接口的右側；最優(yōu)值將會顯示在接口的左下方。位移曲線會隨著k的增加而減少顯示在后方位置；同時加速度曲線顯示，最大加速度會隨k的增加而減少。從運動學機制的性能看，k需要根據(jù)打緯機構的要求進行優(yōu)化。l1，l2，l3，l4也需要修改根據(jù)k，從而獲得理想的運動性能。 3.2 優(yōu)化結果分析 打緯機構最重要的性能之一是筘座的駐留時間。增加機制的參數(shù)可以延長停留時間，同時最大加速度明顯增加，而且特大型加速度波動會降低機構動態(tài)特性。設計師必須在延長停留時間和控制加速度波動之間做一個平衡。 根據(jù)上述輔助分析與仿真軟件，可以獲得一組參數(shù)：δ=4°,k=0.85,γ=135°,a=71.233mm,l1=40mm,l2=100mm,l3=180mm,l4=199mm,lDE=189.5mm?；谶@些參數(shù)，當織機速度300轉/分鐘，點E運動曲線顯示在圖4。當打緯機構是在后方的位置，位移曲線幾乎是平的。筘座的駐留時間接近200°（從92°到285°），這就不會導致打緯機構和打緯插入機構之間的干擾。此外，在這一時期，筘座曲線的速度和加速度幾乎接近0°因此，他不會產生振動，將有利于緯紗的入境和出境。在打緯結束時，最大位移為85mm，最大加速度為615.8434m/s2，滿足了打緯的要求。 圖4 橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構的運動曲線 4 試驗研究 根據(jù)上述參數(shù)，橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構的測試床被開發(fā)出來了。（圖5）利用高速視頻磁帶記錄器和視頻分析軟件MAS，得到了當織機的主軸轉速在100轉/分鐘的時候的位移和速度。點E的理論和實驗位移顯示在圖6，點E的理論和實驗速度顯示在圖7。實測位移曲線是和理論一致，但實際測量速度曲線顯示一些波動。對此有2個原因：該機制組件之間的差距引起的振動；視頻分析包含錯誤。 圖5 橢圓齒輪-曲柄搖桿打緯機構測試床 圖6 打緯機構位移曲線分析圖 圖7 打緯機構速度曲線分析圖 5 總結 （1）在本文中，橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構已經生產出來了。其運動學數(shù)學模型已經建立，一個輔助分析與仿真軟件通過基本視覺已經完成。通過這個軟件一組令人滿意的參數(shù)已經得到。 （2）關于橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構的測試床已經比較成熟。通過視頻磁帶記錄器，運動學性能得到了驗證。這表明模型的有效性和機制的可行性。 文獻 [1] Zhu S K,Gao W D. 織機[M]. 第二版.北京：中國紡織&服裝出版社，2004：267-268. 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[10] Liu J，Teng H F，Qu F Z．人機界面交互式基本算法[J].大連大學技術學報，2005，45（1）：58-63. 織機打緯機構的計算機輔助分析 王友江 孫輝 紡織學院化纖工程，佐治亞理工學院，亞特蘭大，佐治亞州30332，美國 摘要：分析和設計打緯機構對提高織機性能是極為重要的。計算機輔助設計和分析工具用于研究不同種類的打緯機構， 包括四連桿和六連桿機構，并且和共軛凸輪機構進行比較。從不同的幾何參數(shù)模型可以得到結果，揭示了合理的操作計算機工具是有效的分析和設計打緯機構的方法。可以實現(xiàn)低的噪音和振動，還有更高的速度。 過去十年，紡織產業(yè)已經從勞動密集型轉變成生產率高的資本密集型產業(yè)。在制造織物時，對高性能織機有一個恒定的要求，它是快速，高效節(jié)能，可靠的，高度自動化的，安靜的，耐用，低維修。在過去幾十年中，織機的生產效率大幅度增加，最大引緯效率從200到超過2000米/分鐘。這樣一個在性能上的顯著改善是由于技術的創(chuàng)新（例如，無梭織），使用新技術（例如，計算機和材料），及其更好的機械設計。 無論是哪種織機，它的技術狀態(tài)或者是模式要被編織，基本內容包括四個步驟：脫落，采取，打緯，和行動/燃放[2]。脫落操作通過形成一個流束來提高或者降低具體的經紗。在采摘步驟，新的緯紗通過棚被插入。開始打緯時，通過筘座的安裝彈簧片把新插入的填充紗被推到位。最后，整理后的織物被卷成布束。但是更多的經紗紗線被彎曲。這四個步驟會不斷的重復排列。 打緯對織造過程和產品質量非常重要。一個正常的打緯運行會給堅固，統(tǒng)一的織物結構。此外，簧片的運動由筘座帶動，通過打緯的完成，對脫落和采摘操作的光滑度有很打的影響。在高速織造中，采取操作的每個周期相對時間比上采摘應該盡量減少?；善瑧撏Ａ舯M可能長時間在后面，就可以留下更多的時間引緯，然后可以盡快的打新的緯紗。這對現(xiàn)代寬幅織機是非常重要的。然而，較高的力量和振動是和運動呢相關的，設計協(xié)調是實現(xiàn)織機平衡和平穩(wěn)運行所必須的。筘座運動的動態(tài)分析對織布機的設計和制造是十分重要的。 一般有三種基本的打緯機構：四連桿，六連桿和共軛凸輪，如圖1所示。四連桿機構是用的最廣的，比如梭機，噴氣和劍桿織機。因為他結構簡單，制造簡單。六連桿機構可以提供更長的停留時間，主要用在噴氣織機。在無梭織機中共軛凸輪機構是應用最廣的，是因為它精密和筘座的可調停留時間。 圖1 打緯機構類型：四連桿（a） 六連桿（b） 共軛凸輪（c） 打緯機構的設計，尤其它們的質量分布和幾何，對織機的性能有顯著的影響。傳統(tǒng)分析這些機構的方法是依據(jù)運動學和動力學原理，但是往往涉及長時間的數(shù)學推導。計算機輔助設計和分析工具為分析復雜的結構的動態(tài)相應提供了一種簡單的方式。 一個關于知識革命的軟件產品[1]-工作模式，結合了先進的運動仿真技術與先進的編輯能力來提供一個有用的工具和動畫模擬。一個機構可以轉換成一套剛體，在計算機上約束建立模型。這個軟件模擬機構議案，基于集合約束和牛頓力學原理。工程量定義在模擬量出來之前，在模擬過程的進一步分析之中。對象的性能可以調整通過圖形用戶界面以至形成新的模式和理想的結果。 在這項研究中，我們首先分析了四連桿機構使用工作模型軟件。一個參數(shù)的研究探索了筘座運動的幾何影響。我們還建立一個六連桿模型來確定能延長在一個織造循環(huán)中插入時期的集合配置。最后，我們用不同的打緯機構來比較筘座的運動。 打緯機構 四連桿機構 圖2顯示了計算機獲得的圖形，在執(zhí)行了所以四連桿機構用這個工作模式，根據(jù)實際尺寸和質量和連接類型。通過仿真筘座位移，速度，加速度和力的作用進行數(shù)量測量和記錄。為了驗證模型，我們從模型仿真和運動學分析中比較結果，發(fā)向沒有明顯差異。 圖2 四連桿打緯機構電腦模型 六連桿打緯機構 我們根據(jù)采用六連桿驅動筘座織機的實際機構制定了一個模型，如圖3所示。我們試圖通過調整一些幾何參來增加填充插入時間。在一組實驗后，我們改進了模型，在圖3中顯示。兩個模型之間角位移的比較在圖4中顯示。當筘座的位移到達最大值的一半的時候標記，當位移達到至少最大值的一半的時候，兩個模型被顯示出來。很顯然，在改進模型中，筘座在背面停留的時間比原來的長一些。修改后，插入時期從199°，55%的時間增加到240°，67%的時間在一個織造循環(huán)中。這對高速操作很有幫助。 圖3 六連桿機構的電腦模型：原來的配置（左），修改后的配置（右） 圖4 六連桿角位移的比較 在不用的機構中比較筘座的運動特性 為了比較筘座在不同機構中的運動，我們制定了一個共軛凸輪打緯機構的模型[3]。這里，我們比較共軛凸輪引，四連桿和六連桿機構筘座的運動特性。圖5顯示了筘座在三個不同驅動機構下的角位移和加速度。 圖5 不同機構下的筘座運動比較：（a）角位移 （b）角加速度 在圖5中，我們看到凸輪筘座完成它的運動在130°的回升周期。駐留（保持靜止）在后面的位置230°（確切時間取決具體的設計）。相對四連桿和六連桿，驅動筘座經常移動在整個挑選周期(0°-360°)。連桿機構驅動筘座與共軛凸輪機構比，一個類似棚大小緯線，線束要取消/降低到更大距離。因為共軛凸輪允許填充的紗線插入附近的線束。在較高的織機速度或者較寬的引緯比率時，緯線必須穿越棚在更短的時間內。共軛凸輪筘座預留更長的時間，大于200°在一個插入循環(huán)中，使引緯更容易，也能允許提高織機速度，縮短線束升降距離，降低經紗張力。 另一方面，我們很清晰從圖5中看到，凸輪驅動的筘座加速度遠遠高于那些連桿驅動的。因為凸輪驅動的筘座已經完成向前和向后運動，在驅動筘座不到一半的時間內（130°對凸輪驅動系統(tǒng)而360°對連桿驅動系統(tǒng)）。高加速度可以適用于凸輪驅動筘座，這可以更小更輕比那些連桿驅動的。用超高的剛度和超輕復合材料，筘座機構的慣性質量可以進一步減少，一提高織機的速度。 總結 高速織機有一個快速緯線插入和快速脫落和打緯動作。一個關于織機系統(tǒng)的復雜工程設計是需要快速.平滑和有效的織機操作。計算機輔助設計工具提供了一個快速和可靠的方法研究機床動態(tài)特性的機制。在本文中，我們使用這模型軟件來分析四連桿和六連桿打緯機構。通過分析筘座運動特性的幾何參數(shù)的影響，我們論證在計算機模型上調整某些幾何參數(shù)。在一個織造循環(huán)中，該系統(tǒng)可以很容易的做到調整來允許一個相對較長時間的填充插入。我們還可以比較連桿機構和共軛凸輪驅動機構的運動特性。 引用文獻 [1] Knowledge Revolution. 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Computer Aided Design and Analysis of Loom Beat-ing-up Mechanisms, Masters thesis, School of Textile & Fiber Engineering, Georgia Institute of Technology, 1997. 浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文）任務書 單嘉岱 同學（機械設計制造09（4）班 ） 現(xiàn)下達畢業(yè)設計（論文）課題任務書，望能保質保量地認真按時完成。 課題名稱 橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構的分析與設計 主要任務與 目標 打緯機構是織機的主要機構之一，作用是將織機主軸的勻速旋轉運動轉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。 該同學在本課題中 主要任務是： 1、了解橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構設計目的。理解橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構及其特點。確定完整機構總體方案。 2、建立運動學模型進行結構分析，并通過軟件確定參數(shù)。 3、畫出二維、三維圖。 目標： 設計一種既能避免像四連桿打緯機構那樣后心停留時間短，又能克服共軛凸輪安裝和加工麻煩的打緯機構。 主要內容與基本要求 主要設計內容有： 1、了解橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構設計目的。理解橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構及其特點。確定完整機構總體方案。 2、建立運動學模型進行結構分析，并通過軟件確定參數(shù)。 3、畫出二維、三維圖。 基本要求： 要求學生掌握：機械設計、理論力學、Proe、CAD等。 按照課題內容，完成畢業(yè)設計要求的各種文檔，包括文獻綜述、開題報告、外文翻譯及畢業(yè)設計論文等。 嚴格按照進度安排，保質保量完成所承擔的任務；遵守實驗室規(guī)定。 主要參 考資料 及文獻 閱讀任務 查閱與課題有關的文獻（論文、書籍或手冊等）不少于10篇（部），寫出符合要求的文獻綜述報告。主要參考文獻如下： [1] http://www.sccom.gov.cn/xxfb [2] 王皓．紡織機械行業(yè)知識產權戰(zhàn)略初析[J]．知識產權，2004，(5)：19-22． [3] 陳明．新型織機[M]．上海：中國紡織大學出版社，2002，5． [4] Mrazek，Jiri．Theoretical Analysis of Dynamics of Four-bar Beat-up Mechanism of a Loom[J]．Mechanism＆Machine Theory，1992，27(3)：331-341． [5] Anirban Guha，C．Amarnath，M．K．Talukdar and Manoj A．G．A novel mechanism for driving the sley in a shuttle loom[J]．Journal of the Textile Institute，2006，97(6)：513-518． [6] Gu，Huang．Investigation of conjugate-cam design for the beat-up mechanism [J]．Journal of the Textile Institute，1993，84(3)：387-393 [7] Dao-D，Bullerwell-A，Mohamed-M．Dynamic analysis of the beat-up process[J]．Textile Reseach Journal，1991，61(12)：760-773． [8] 王亞平，吳小平，宋梅利等．GJ600劍桿織機振動問題的仿真研究[J]，紡織學報，2002，23(6)：492-494． [9] 何敏英．短牽手打緯機構的設計[J]．上海紡織工學院學報，1980，第二期． [10] 胡飛雪．高速噴氣機打緯機構的彈性動力分析[D]．碩士論文，2007，0601 [11] 曹清林，楊玉萍，沈世德．雙支點六連桿打緯機構的設計[J]．南通工學院學報，1997，10． [12] 顧葉琴，趙雄，陳建能，趙勻．一種新型打緯機構的設計與分析[J]．浙江理工大學學報，2007，9． [13] YOUJIANG WANG AND HUI SUN. 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Vol.28,No.2(2011) 外文 翻譯任務 閱讀2篇以上（10000字符左右）的外文材料，完成5000漢字以上的英譯漢翻譯。英文文獻參考如上[13][14]所示。 計劃進度： 時 間 工 作 內 容 負 責 人 2012.9.20 分管院領導作畢業(yè)設計動員（教師） 分管院長 2012.9.20-2012.10.08 畢業(yè)設計相關文件及規(guī)定學習、優(yōu)秀畢業(yè)設計（論文）交流；確定教師所帶人數(shù)、完成選題表、所級題目審核 各系系主任 2012.10.09-2012.10.15 教學委員會題目審核、按專業(yè)畢業(yè)設計動員（學生） 分管院長、學生線 2012.10.16-2012.10.22 學生選題 各系系主任、各班班長 2012.10.23-2012.10.29 各所根據(jù)學生選題情況進行平衡調整，確定指導教師及各課題學生，上交畢業(yè)設計（論文）信息表。 各系系主任 2012.10.30-2012.11.06 教師填寫畢業(yè)設計任務書、確定外文閱讀與翻譯資料，并下達畢業(yè)設計任務 指導教師 2012.11.07-2012.12.27 學生畢業(yè)設計調研，完成開題報告、文獻綜述、外文資料閱讀、翻譯任務 指導教師 2012.12.28-2013.01.10 學生提交開題報告、文獻綜述及外文翻譯初稿，指導教師審閱，提出修改意見 指導教師 2013.01.11-2013.01.16 各系進行開題報告答辯 各系系主任 2013.01.17-2013.02.11 指導教師布置具體設計任務，利用假期完成 指導教師 2013.02.12-2013.02.19 本周開始，指導教師應對所指導的每位學生進行考核登記 畢業(yè)設計前期檢查：任務書、綜述報告、開題報告、外文翻譯 院教學委員會、院督導組 2013.02.20-2013.04.04 按畢業(yè)設計任務書要求進行畢業(yè)設計 指導教師 2013.04.05-2013.04.11 畢業(yè)設計中期檢查：教師指導情況、學生完成情況、表格與記錄的填寫情況 院教學委員會、院督導組 2013.04.12-2013.05.09 學生完成課題設計，提交畢業(yè)設計（論文） 指導教師 2013.05.10-2013.05.15 指導教師完成所指導學生的畢業(yè)設計（論文）的審閱，寫出評語，評出成績；評議小組分組審閱，寫出評語，評定成績 指導教師、各系評議組 2013.05.20-2013.05.22 學院分組進行答辯，由答辯小組給出評語及成績 答辯小組 2013.05.27-2013.05.28 二次答辯 答辯小組 2013.05.30-2013.05.31 進行成績綜合評定，上報學生畢業(yè)設計（論文）成績 教學委員會 實習地點 指導教師 簽 名 年 月 日 系 意 見 系主任簽名： 年 月 日 學院 蓋章 主管院長簽名： 年 月 日 4 浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 班 級 機械設計制造及其自動化09(4)班 姓 名 單嘉岱 課題名稱 橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構的分析與設計 開題報告（包括選題意義、研究的基本內容與擬解決的主要問題、總體研究思路與可行性分析及預期研究成果、研究工作計劃等內容，非藝術類不少于3000字） 目 錄 1 選題的背景與意義 2 打緯機構的介紹 2.1 概述 2.2 幾種典型打緯機構 2.3 打緯機構國內外研究現(xiàn)狀 3 研究的基本內容與擬解決的主要問題 3.1 基本內容 3.2 擬解決的主要問題 4 研究方案、可行性分析及預期研究成果 5 研究工作計劃（進度安排） 參考文獻 （開題報告全文附后） 成績： 答 辯 意 見 （從選題、任務工作量、質量預期、可行性等幾個方面） 答辯組長簽名： 年 月 日 系 主 任 審 核 意 見 簽名： 年 月 日 橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構的分析與設計 單嘉岱 (機械設計制造及其自動化09(4)班 B09300406) 1 選題的背景與意義 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)我國海關統(tǒng)計，2006年1-9月我國紡織機械進出口總額為38.02億美元，同比增長18.16％。其中進口金額為29．16億美元，紡織機械出口金額為8．87 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。2008年第二季度我國紡織機械進出口額為23.21億美元，同比增長2.25%，六月進出口額為4.05億美元。 我國有不少織機生產廠家，但其產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高檔織機，如中國紡織機械集團有限公司和經緯紡織機械股份有限公司，但其產品在可靠性和耐久性方面卻遠遠不如進口產品，特別是不能長時間高速運轉(在演示和展銷期間可以高速運轉)，究其原因， 除了關鍵零部件的材質和熱處理不過關外，對核心工作部件的工作機理沒有進行深入的研究，造成運動構件之間受力不良也主要原因之一。因此雖國內機織在價格上具有優(yōu)勢(如國產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)還是青睞進口產品。 出現(xiàn)這種狀況的原因是，國內織機廠家自主創(chuàng)新能力差。到2004年4月，在我國申請有關劍桿織機機構的相關專利共35件，其中國外在華申請11件，且這11件已經進入實用和推廣。國內企業(yè)對核心機構(如打緯和引緯機構)的研究還停留在測繪和仿制階段，這不僅帶來侵權法律問題，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，對其中的核心技術沒有完全掌握，就仿制不了預想的性能和可靠性?？梢娍棛C的研究必須走自主創(chuàng)新的道路，必須從核心執(zhí)行機構創(chuàng)新開始，運用計算機分析軟件獲得最佳參數(shù)[13]，取得自主知識產權，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品。 2 打緯機構的介紹 2.1 概述 打緯機構是織機的主要機構之一，作用是將織機主軸的勻速旋轉運動轉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，并使打緯機構符合織造工藝要求，達到最佳經濟效益，對打緯機構的工藝要求如下： （1）有利于打緊緯紗 鋼筘將引入梭口的緯紗打向織口，打緯機構的打緯力必須要適應所織織物的要求，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。 （3）筘座的轉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，應盡量減小筘座的轉動慣量及最大加速度，以減小織機的振動和動力消耗。 （4）筘座運動應盡可能與開口、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）打緯機構應力求結構簡單堅固，操作安全裝配方便。 2.2 幾種典型打緯機構 目前織機上常用的打緯機構有連桿打緯機構和共軛凸輪打緯機構。連桿打緯機構基本是四連桿非分離筘座式和六連桿式；共軛凸輪打緯機構則基本是分離筘座式【2】。 2.2.1 四連桿打緯機構 TP500(意大利SMIT公司)型劍桿織機采用四連桿打緯機構，該結構簡單，制造容易，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差，它主要用于非分離式筘座。 OA一曲柄；AB一連桿；OC一打緯桿 圖1-1 TP500型號劍桿打緯機構簡圖 圖1-2為K251型有梭絲織機的四連桿打緯機構。主軸1上的曲柄2，其頸上包有軸承3，經鋼片夾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。 1一主軸；2一曲柄 ；3一軸承；4一鋼片夾；5一牽手；6一筘座腳； 7一牽手栓；8一托腳；9一搖軸；10一筘座；11一鋼筘；12一筘帽 圖1-2 有梭絲織機四連桿打緯機構 圖1-3為應用于噴水織機中的四連桿打緯機構，這種打緯機構稱為內藏式四連桿打緯機構。Zh205型噴水織機和ZW型噴水織機都采用了這類打緯機構，這些機構都采用短牽手和短筘座腳。為適應高速，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。 1一鋼筘；2一筘座；3一夾片；4一輔助筘座腳；5一鋼管；6一曲柄 圖1-3 噴水織機四連桿打緯機構 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【9】。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/AB<3時，就稱為短手打緯機構。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，機構的壓力角θ增大，機構的傳力情況惡化，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 短牽手打緯機構示意簡圖 2.2.2 六連桿打緯機構 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，這類機構停歇時間更長，停歇質量明顯提高，例如，畢加諾PAT-W型噴氣織機的六連桿打緯機構在后心附近相對靜止角為180°，筘座擺角相對誤差為8.3%[11]。而且筘幅大于230cm的寬幅織機，一般也采用六連桿打緯機構，該打緯機構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[10]。 圖1-5為PAT型噴氣織機六連桿打緯機構原理圖。該機構由曲柄搖桿機構和雙搖桿機構組成。主軸回轉中心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。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。O3為搖軸中心，帶動筘座和異形筘擺動。這種機構允許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，但比共軛凸輪打緯機構差，另外該機構鉸鏈點較多，累計誤差大，因此加工精度要求比四連桿打緯機構高[3]。 1一主軸 ；2一第一連桿；3一第一搖桿；4一第二連桿；5一第二搖桿 ； 6一異形筘；O1一主軸回轉中心；O2一搖桿中心 ；O3一搖軸中心 圖1-5 PAT型噴氣織機六連桿打緯機構原理圖 2.2.3 共軛凸輪式打緯機構 無論是四連桿還是六連桿打緯機構，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的筘座在后心的相對靜止時間比四連桿打緯機構有所延長，但還是不能滿足那些引緯機構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，不過凸輪廓線加工精度要求相當高，如存在誤差就產生沖擊，機構振動大，使織物產生“開車稀密路”疵點，反而限制了車速的提高。目前，國內的凸輪制造技術水平與國外相比還有一定差距，國內企業(yè)一般還沒有真正設計意義上的凸輪產品，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品性能差，關鍵技術掌握在一些專業(yè)的凸輪制造廠家和科研機構中，無法通過技術引進來提高我國的制造水平。 1一主軸；2一主凸輪：3、8一轉子；4一筘座腳； 5一搖軸；6一筘座；7一鋼筘；9—副凸輪 圖1-7 TT96型劍桿織機上的共軛凸輪打緯機構 圖1-7打緯機構，主要由主軸、主凸輪、副凸輪、轉子、筘座腳、搖軸、筘座和鋼筘等組成。當主軸1轉動時，主凸輪2通過轉子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，轉子8緊貼副凸輪9。打緯結束后，副凸輪變成主動，推動轉子8，使筘座腳按順時針方向向機后擺動。此時轉子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。 2.3 打緯機構國內外研究現(xiàn)狀 國外對打緯機構的研究敘述如下：Mrazek，Jiri用拉格朗日第二類方程建立了四連桿打緯機構動力學數(shù)學模型，提出了一種考慮構件之間間隙存在前提下機構各參數(shù)對其動力學特性影響的快速分析方法[4]，Anirban Guha，C等對有梭織機的六連桿打緯機構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[5]。Gu，Huang分析了兩種用組合曲線來設計打緯共軛凸輪輪廓曲線方法，并分析這兩種方法設計的凸輪打緯時的加速度、筘座反力和凸輪壓力角【6】。Dao-D、Bullerwell-A和 Mohamed-M在考慮彈性變形的基礎上對打緯過程進行動力學分析【7】。 國內陳靜、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的微分一代數(shù)動力學控制方程組，并將其轉化為常微分方程組。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的仿真模型，分析了不同轉速、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【8】。 國內還有馬小利、沈丹峰、徐衛(wèi)英、梁海順、程軍紅等學者對四連桿打緯機構構進行運動特性分析；張春林、于曉紅、袁麗清、牛建設、郜劍等對共軛凸輪打緯機構進行運動分析或對凸輪輪廓曲線進行研究；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。 3 報告的基本內容與擬解決的主要問題 3.1 基本內容 本文將通過使用matlab對橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構（如圖1-8）進行運動分析。通過計算機輔助來確定合理的參數(shù)。其中涉及到的工作包括以下幾個方面。 1） 掌握打緯機構的工作工藝要求； 2） 建立機構運動的數(shù)學模型； 3） 通過matlab編寫建立可視化人機交互式優(yōu)化程序，并且確定合理的參數(shù)，得到合理的軌跡； 4） 根據(jù)獲得的參數(shù)在ProE中設計機構的結構，包括零部件和裝配體，對關鍵的打緯部分進行有限元分析，并在ProE中進行仿真； 5） 設計完整體裝配后，進行二維加工圖紙繪制。 圖1-8 橢圓齒輪—一曲柄搖桿打緯機構 主動橢圓齒輪1裝在織機主軸0上，其旋轉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ABCD，將運動轉化為搖桿CDE的非勻速往復擺動(曲柄AB與從動橢圓齒輪2固結)，A點為橢圓齒輪2的轉動中心，打緯桿處于前心初始位置時C在BA的延長線上[14]。 3.2 擬解決的主要問題 我國雖然織布基本已經實現(xiàn)了機械化，但是效率和成本都很低而且不具有自主知識產權，從而嚴重影響國產織機的規(guī)模化生產。而本文提出的新型打緯機構采用了兩級傳動，通過合理設計橢圓齒輪和曲柄搖桿的各機構參數(shù)，能實現(xiàn)筘座在后心位置長時間的停頓，并且具有很好的運動學特性，滿足織造工藝要求，具有完全自主知識產權。 4 研究方案、可行性分析及預期研究成果 本課題以橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構為對象，根據(jù)工藝要求，在分析符合的參數(shù)后，確定運動軌跡，和機構參數(shù)。 4.1 研究方案 橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構由圖1-8可知，0為主動橢圓齒輪的焦點，也是織機主軸轉動中心，a為從動橢圓齒輪轉動中心，為該橢圓齒輪的一個焦點，曲柄ab與從動橢圓齒輪固接，通過連桿bc帶動搖桿cd作往復擺動。cd與筘座de通過軸 d固連，使筘座de前后往復擺動。通過優(yōu)化橢圓齒輪的短長軸之比k(偏心率)、 當曲柄ab與連桿bc共線時(即筘座de在前心位置)與支座ad夾角β、初始安裝角δ (安裝時主動橢圓齒輪長軸與ao線的夾角)、四根桿件的長度和支座 ad位置角γ，可以獲得類似共軛凸輪打緯機構運動規(guī)律。橢圓齒輪一曲柄搖桿打緯機構的重要參數(shù)是四桿桿長和δ ，δ角由四桿桿長和k確定。 4.2 可行性分析 橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構通過橢圓齒輪和曲柄搖桿來控制最后的打緯軌跡，而通過β、δ參數(shù)和橢圓偏心率設定的仿真軌跡來調整各個零件，因此該機構可行，而且先前已經有對該類型機構有過研究和專利申請[12]。 4.3 預期研究成果 從工藝的要求出發(fā)，掌握機構設計的一般流程，完成的機構的設計計算，確定零件的參數(shù)，繪制機構圖紙。最終研制一種完成打緯動作的部件。 5 研究工作計劃（進度安排） 起止時間 內容 2012.11 下達畢業(yè)論文任務 2012.12.20-2012.12.27 完成中外文資料收集 2012.12.28-2013.01.09 完成外文翻譯、文獻綜述 2013.01.10-2013.01.14 完成開題報告 2013.01.15-2013.03.14 完成開題答辯 2013.03.15-2013.03.25 完成部分打緯機構參數(shù)設置 2013.03.26-2013.04.14 完成總的參數(shù)設置 2013.04.15-2013.04.25 完成二維工程圖紙的設計 2013.04.26-2013.04.30 完成三維零部件設計并裝配，努力實現(xiàn)仿真 2013.04.31-20130.5.09 完成論文初稿 2013.05.10-2013.05.15 進一步完善 2013.05.16-2013.05.25 部分論文提前答辯 2013.05.26-2013.05.29 完成論文定稿 2013.5.30 完成論文答辯 2013.06（離校前） 論文修改（優(yōu)秀論文壓縮為規(guī)定字數(shù)），交紙質和電子稿 參考文獻 [1] http://www.sccom.gov.cn/xxfb [2] 王皓．紡織機械行業(yè)知識產權戰(zhàn)略初析[J]．知識產權，2004，(5)：19-22． [3] 陳明．新型織機[M]．上海：中國紡織大學出版社，2002，5． [4] Mrazek，Jiri．Theoretical Analysis of Dynamics of Four-bar Beat-up Mechanism of a Loom[J]．Mechanism＆Machine Theory，1992，27(3)：331-341． [5] Anirban Guha，C．Amarnath，M．K．Talukdar and Manoj A．G．A novel mechanism for driving the sley in a shuttle loom[J]．Journal of the Textile Institute，2006，97(6)：513-518． [6] Gu，Huang．Investigation of conjugate-cam design for the beat-up mechanism [J]．Journal of the Textile Institute，1993，84(3)：387-393 [7] Dao-D，Bullerwell-A，Mohamed-M．Dynamic analysis of the beat-up process[J]．Textile Reseach Journal，1991，61(12)：760-773． [8] 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