橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構(gòu)的運動學(xué)分析及試驗研究趙雄任根勇陳建能機械工程及自動化學(xué)院，浙江理工大學(xué)，杭州310018，中國摘要：為了分析橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構(gòu)的運動學(xué)性能，建立了一個運動學(xué)的數(shù)學(xué)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(gòu)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(guān)鍵詞：打緯機構(gòu)橢圓齒輪曲柄搖桿動力學(xué)引言打緯機構(gòu)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(zhuǎn)改變?yōu)轶刈牟缓愣ㄍ鶑?fù)擺動。為使引緯機構(gòu)完成插入緯紗，筘座的打緯機構(gòu)應(yīng)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(gòu)的性能測定織物的質(zhì)量，也決定織機的質(zhì)量競爭力1?，F(xiàn)在，有三種普遍的打緯機構(gòu)：四連桿打緯機構(gòu)，六連桿打緯機構(gòu)和共軛凸輪打緯機構(gòu)2。一般來說，四連桿打緯機構(gòu)是最簡單的，它有65-75的相對停留時間。六連桿打緯機構(gòu)有120的相對停留時間3。它更多的取決于它的生產(chǎn)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(gòu)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(gòu)產(chǎn)生了5，它的運動學(xué)數(shù)學(xué)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(gòu)圖1顯示了橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構(gòu)初始位置。，0為主動橢圓齒輪的焦點，也是織機主軸轉(zhuǎn)動中心，a為從動橢圓齒輪轉(zhuǎn)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(fù)擺動。cd與筘座de通過軸d固連，使筘座de前后往復(fù)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(gòu)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(gòu)示意圖2橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構(gòu)的運動學(xué)數(shù)學(xué)建模2.1橢圓齒輪驅(qū)動的數(shù)學(xué)模型當主動齒輪1一恒定的速度逆時針旋轉(zhuǎn)時，齒輪2會以一個變速順時針旋轉(zhuǎn)。設(shè)主動輪1轉(zhuǎn)角1，從動輪2轉(zhuǎn)過角2，點P到軸O的距離是r1，PA的距離是r2。經(jīng)推導(dǎo)得：r1=b2/(a+c*cos1)(1)r2=b2/(a+c*cos2)(2)c的范圍是橢圓中心到焦點，1，2的變化范圍是0到26。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2與主動輪角位移1的關(guān)系。（5）對（5）求導(dǎo)得：（6）由（1）和（3），根據(jù)求導(dǎo)公式，（7）2.2搖桿CD的運動學(xué)運動學(xué)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(qū)動一樣。即：，根據(jù)圖2，下列方程可以被推導(dǎo)出7。圖2曲柄搖桿機構(gòu)（8）(9)（10）（11）（12）（13）（14）根據(jù)（13）和（14），（15）（16）2.3E在筘座DE的X方向上的運動學(xué)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(gòu)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(jié)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(guān)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?；谝陨蠙E圓齒輪曲柄搖桿打緯機構(gòu)，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(gòu)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(gòu)參數(shù)，像a，k，l1，l2，l3，l4和織機主軸旋轉(zhuǎn)速度。機構(gòu)運動仿真將顯示在界面左側(cè)；位移，速度和加速度曲線的點將會分別顯示在接口的右側(cè)；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(xué)機制的性能看，k需要根據(jù)打緯機構(gòu)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(jié)果分析打緯機構(gòu)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(gòu)動態(tài)特性。設(shè)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)：=4,k=0.85,=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(zhuǎn)/分鐘，點E運動曲線顯示在圖4。當打緯機構(gòu)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