下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 Z S T U Zhejiang Sci-Tech University 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 Bachelor S 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(xué)號： 單嘉岱 B09300406 指導(dǎo)教師： 趙雄 遞交日期： 2013 年 5 月 19 號 浙 江 理 工 大 學(xué) 機械與自動控制 學(xué)院 畢業(yè)論文誠信聲明 我謹(jǐn)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(dān)相應(yīng)的責(zé)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(dāng)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(xué)數(shù)學(xué)模型，列出位移、速度和加速度 方程。采用 Visual Basic 6.0軟件編寫了輔助分析軟件，得到打緯機構(gòu)的運動學(xué)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(biāo)的確定，來優(yōu)化打緯機構(gòu)的各參數(shù)，本文采用基于 VB6 0 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(xué)分析 ； 參數(shù)分析 Abstract At present， there are three types looms， namely the rapier， water and air-jet looms ， rapier has broad application because of its simple structure and low cost China is a big textile country， but because lacking research in modem rapier，rapier in todays intellectual property is not in our country， which restricted the domestic enterprises become strong and make famous brand， to change the situation that high product equipment of rapier mainly depends on imports， must take the road of independent innovation and should start do basic research from core component of the rapier Rapier of the beating up mechanism has three main types： conjugate cam， four-bar linkage and six bar linkage This paper reviewed the current development of looms boom domestic and foreign and also the situation of the beating-up mechanism study， present a new type beating-up mechanism： elliptical gear crank-rocker beating up mechanism， and then establish the kinematics mathematical model of beating up mechanism， and the equation of displacement ,velocity and acceleration will be list， for analysis the performance of beating up mechanism， kinematics analysis of the new beating-up mechanism was made with Visual Basic 6.0 software， output beating-up mechanisms kinematics curve Understand and analyses the effect of parameters on law of motion, by exterminating the target of mechanism motion, based on the visualization software of VB6.0 for interactive dialogue optimization methods ， obtained a set of best Parameters with the structure restrictions while doing actual design Key words： beating-up mechanism； elliptic gear； crank-rocker； kinematics analysis；parameter analysis ； 目 錄 摘 要 Abstract 第一章 緒論 . 1 1.1 引言 .1 1.2 幾種典型的打緯機構(gòu) . 2 1.2.1 概述 . 2 1.2.2 四連桿打緯機構(gòu) . 2 1.2.3 六連桿打緯機構(gòu) . 5 1.2.4 共軛凸輪打緯機構(gòu) . 6 1.3 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(xué)建模 . 8 2.1 橢圓齒輪一曲柄搖桿打緯機構(gòu)簡介 . 8 2.2 機構(gòu)運動學(xué)目標(biāo) . 8 2.3 橢圓齒輪一曲柄搖桿的打緯機構(gòu)運動學(xué)模型的建立 . 9 2.3.1 從動橢圓齒輪角位移、角速度和角加速度數(shù)學(xué)模型建立 . 9 2.3.2 搖桿的角位移、角速度和角加速度數(shù)學(xué)模型建立 . 11 2.3.3 打緯點的角位移、角速度和角加速度數(shù)學(xué)模型建立 .12 第三章 輔助分析軟件的功能及其使用方法 . 14 3.1 打緯機構(gòu)運動學(xué)輔助分析初始界面 .14 3.2 打緯機構(gòu)運動學(xué)輔助分析運行界面 .15 3.3 打緯機構(gòu)運動學(xué)輔助分析模擬界面 .15 3.4 進步界面 .16 第四章 機構(gòu)參數(shù)對運動規(guī)律的影響 . 18 4.1 橢圓偏心率 k 的影響 .18 4.2 初始安裝角的影響 .18 4.3 曲柄、連桿長度的影響 .19 4.4 搖桿運動性能分析 .20 第五章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 22 5.1 箱體的設(shè)計 .22 5.1.1 箱體的結(jié)構(gòu)約束 .22 5.1.2 新機構(gòu)參數(shù)的選擇 .23 5.1.3 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .23 5.2 橢圓齒輪的三維模型建立 .24 5.3 曲柄的設(shè)計和圖紙 .25 5.4 搖桿的設(shè)計和圖紙 .26 5.5 軸的設(shè)計和圖紙 .27 5.5.1 軸的材料選擇 .27 5.5.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .27 5.5.3 提高軸的強度措施 .28 5.5.4 軸的強度校核 .29 5.6 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(xué)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(yù)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(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 2 1.2 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(dá)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(xué)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(dāng)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(dāng) 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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 1.2.3 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 1-5 PAT 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 6 1.2.4 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(dāng)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(fù)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 1-7 TT96 型劍桿織機上 的共軛凸輪打緯機構(gòu) 浙江理工大學(xué)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(dāng)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(xué)數(shù)學(xué)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(xué)特性影響的快速分析方法 7， Anirban Guha， C 等對有梭織機的六連桿打緯機構(gòu)進行剛體運動學(xué)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(xué)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(xué)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(yù)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(xué)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(xué)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(fù)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(xué)目標(biāo) 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(dá)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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 2.3 橢圓齒輪一曲柄搖桿的打緯機構(gòu)運動學(xué)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 4jBD 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(xué)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(dá)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(dǎo)得： 21 1/ ( * c o s )acbr （ 2-1） )c o s*/( 222 cabr （ 2-2） ( 1 在 0 2之間變化， 2 在 0 -2之間變化 ) 又由橢圓齒輪的傳動特性得： rra 21 2 （ 2-3） 可以得出： 212221( c o s )c o s( 2 2 c o s )ac aca c cbab （ 2-4） 由式（ 2-1）到（ 2-4）可得出 1和 2之間的關(guān)系： 2112 rr （ 2-5） 對（ 2-5）求導(dǎo)得： 1 2 1 2 2222 1 12= ar r r r rrr （ 2-6） 式（ 2-6）中： 121122 )c o s( sin ca cbr（ 2-7） 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 2.3.2 搖桿的角位移、角速度和角加速度數(shù)學(xué)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： 111 1cossinBByjxljl (2-8) 其中 1j (2-9) 33223322 s ins in c o sc o s jlyjlyy jlxjlxxDBCDBC (2-10) 由 （ 10） 得： 222322 )()( llyyxx BDBD c o s)(s in)(2 333 jxxjyyl BDBD =0 其中 cos4 lxD ， sin4 ly D 在 BDC 中，根據(jù)余弦定理有： 22322222343)()(2)()(c o sBDBDBDBDyyxxllyyxxljj （ 2-11） 橢圓齒輪 -曲柄搖桿打緯機構(gòu)的分析和設(shè)計 12 DBDB 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 。 BCBC xx yyj 2tan（ 2-13） 建立速度及加速度方程 ： 112 s in jlV xB （ 2-14） 112 c os jlV yB （ 2-15） )s in(s inc o s322332 jjl jVjVj yBxB （ 2-16） )s in(s inc o s323223 jjl jVjVj yBxB （ 2-17） )co ss in( 122121 jjla xB （ 2-18） )s inc o s(122121 jjla yB （ 2-19） )s in (s inco s32232312 jjl jcjcj （ 2-20） )s in ( s inco s 323 22213 jjl jcjcj （ 2-21） 式（ 2-20）和（ 2-21）中： 222232331 co sco s jjljjlac xB 222232332 s ins in jjljjlac yB 2.3.3 打緯點的角位移、角速度和角加速度 數(shù)學(xué)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： 33s jj 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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 3v 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(fù)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(xué)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(xué)輔助分析起始界面 浙江理工大學(xué)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(xué)輔助分析運行界面 圖 3-2 打緯機構(gòu)運動學(xué)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(xué)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(xué)輔助分析模擬界面 3.4 進步界面 單擊“暫?！卑粹o會在當(dāng)前位置停下，并在圖片框顯示當(dāng)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(biāo)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(xué)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(dá)到類似共軛凸輪的效果， k的取值應(yīng)在 0 6 0 8 之間。圖 4-2為文中所給定參數(shù)的打緯機構(gòu)在轉(zhuǎn)速 300r min、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(biāo)，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 4-1 k 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(dá)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(xué)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 300r min，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 300r min，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(dāng)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(biāo)為曲柄轉(zhuǎn)角，縱坐標(biāo)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(xué)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(dá)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(dá)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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 5.1.2 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 o 、2 0.85k 、 135 o 、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