非圓齒輪行星輪系引緯機(jī)構(gòu)的反求設(shè)計(jì)與仿真分析【2013年最新整理畢業(yè)論文】

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 非圓齒輪行星輪系引緯機(jī)構(gòu)的反求設(shè)計(jì)與 仿真分析 學(xué) 院 機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 09（ 4）班 姓 名 蔣程強(qiáng) 學(xué) 號(hào) I09660210 指導(dǎo)教師 陳建能 系 主 任 學(xué)院院長(zhǎng) 浙 江 理 工 大 學(xué) 機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)誠(chéng)信聲明 我謹(jǐn)在此保證：本人所做的畢業(yè)設(shè)計(jì)，凡引用他人的研究成果均已在參考文獻(xiàn)或注釋中列出。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)與圖紙均由本人獨(dú)立完成，沒(méi)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(shí)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 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 i 摘要 劍桿織機(jī)的引緯機(jī)構(gòu)，是劍桿織機(jī)的核心機(jī)構(gòu)之一，其運(yùn)動(dòng)性能如何將在很大程度上決定著整臺(tái)織機(jī)的性能與檔次。所以，一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的劍桿引緯機(jī)構(gòu)能夠改善劍桿織機(jī)的工作效率與所生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益。本文提出了一種新型的劍桿引緯機(jī)構(gòu)，即非圓齒輪行星輪系劍桿引緯機(jī)構(gòu)。 本文中分析了劍桿織機(jī)的引緯工藝要求，得到了劍桿織機(jī)引緯時(shí)主軸轉(zhuǎn)過(guò)不同角度的時(shí)候劍桿應(yīng)該有的位移、速度以及加速度。并以此為依據(jù)設(shè)定了劍桿的加速度運(yùn)動(dòng)曲線為一等腰梯形的 形狀的曲線，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步計(jì)算后得到了劍桿的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。本文設(shè)計(jì)的非圓齒輪行星輪系劍桿引緯機(jī)構(gòu)的作用是 將主軸的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成劍桿的有規(guī)律的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)這一模型 的傳動(dòng)規(guī)律建立運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模型，結(jié)合其中非圓齒輪的特性得到節(jié)曲線方程。再基于 Visual Basic 6.0這個(gè)平臺(tái)編寫引緯機(jī)構(gòu)反求設(shè)計(jì)與仿真軟件，利用該軟件可以反求出機(jī)構(gòu)中各個(gè)參數(shù)的值，之后根據(jù)仿真的結(jié)果調(diào)整機(jī)構(gòu)參數(shù)，最終得到符合引緯規(guī)律的合理的參數(shù)，證明本文設(shè)計(jì)的引緯機(jī)構(gòu)是合理可行的。 關(guān)鍵詞： 非圓齒輪；引緯機(jī)構(gòu)；反求；劍桿織機(jī) 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 ii Abstract The weft insertion mechanism is one of the key mechanism of the rapier loom. Its athletic performance has a lot of impact about the rapier rooms performance and its level. So, a weft insertion mechanism of the rapier rooms with reasonable structure can improve a lot of working efficiency, the quality of the product of the rapier rooms and the economic benefit. This paper comes up with a new weft insertion mechanism, named the planetary non-circular gears trains weft insertion mechanism. Some research about the technological requirements of the rapier loom has been done in this paper. The displacement, velocity and acceleration of the rapier was obtained when the spindle has different angle. And the motion curve of acceleration of the rapier has been designed as a isosceles trapezoid curve based on the research. Then the kinematics model of the rapier was worked out. The planetary non-circular gears trains weft insertion mechanism is used to change the uniform rotation of the spindle to reciprocating motion of rapier. According to the transmission rule of the planetary non-circular gears trains weft insertion mechanism the kinematics analytical model was finished. Combining with the character of non-circular gear its pitch curve was obtained. Meanwhile a reverse design and kinematic simulation software was compiled based on Visual Basic 6.0. The parameters of mechanism can be obtained by the software. Then these parameters were adjusted based on the result of simulation. The reasonable parameters which fit the law of weft insertion will be obtained at last, which proved that this weft insertion mechanism was reasonable and can be used. Keywords: Non-circular Gear； Weft Insertion Mechanism； Reverse Solution； Rapier Loom 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 iii 目 錄 第 1 章 緒論 . 1 1.1 課題的研究背景與意義 . 1 1.2 國(guó)內(nèi)外劍桿引緯機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) . 2 1.2.1 劍桿引緯機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)介 . 2 1.2.2 國(guó)內(nèi)外劍桿引緯機(jī)構(gòu)的研究狀況及發(fā)展趨勢(shì) . 2 1.3 非圓齒輪的發(fā)展及研究情況 . 5 1.3.1 非圓齒輪的介紹 . 5 1.3.2 非圓齒輪的研究狀況 . 5 1.4 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 . 6 第 2 章 非圓齒輪行星輪系引緯機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析模型的建立 . 8 2.1 劍桿織機(jī)的引緯工藝要求 . 8 2.2 劍頭的理想運(yùn)動(dòng)學(xué)曲線方程的建立 . 9 2.2.1 劍頭理想運(yùn)動(dòng)曲線的構(gòu)造 . 9 2.2.2 劍頭運(yùn)動(dòng)學(xué)曲線方程的建立 . 10 2.3 非圓齒輪行星輪系引緯機(jī)構(gòu)的模型簡(jiǎn)介 . 13 2.4 非圓齒輪行星輪系引緯機(jī)構(gòu)反求模型的建立 . 15 2.4.1 反求設(shè)計(jì)思想的簡(jiǎn)介 . 15 2.4.2 非圓齒輪行星輪系放大輪系的運(yùn)動(dòng)模型的建立 . 15 2.4.3 第一級(jí)非圓齒輪行星輪系運(yùn)動(dòng)模型的建立 . 17 2.4.4 第二級(jí)非圓齒輪行星輪系運(yùn)動(dòng)模型的建立 . 18 第 3 章 非圓齒輪行星輪系引緯機(jī)構(gòu)反求設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真軟件的設(shè)計(jì) . 20 3.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單介紹 . 20 3.2 非圓齒輪行星輪系引緯機(jī)構(gòu)反求設(shè)計(jì)與仿真軟件的介紹 . 20 3.2.1 引緯機(jī)構(gòu)反求設(shè)計(jì)軟件的開(kāi)發(fā)思路 . 20 3.2.2 引緯機(jī)構(gòu)反求程序的關(guān)鍵性思想 . 20 3.2.3 引緯機(jī)構(gòu)參數(shù)的設(shè)定 . 22 3.2.4 引緯機(jī)構(gòu)反求軟件的界面介紹 . 23 3.2.5 引緯機(jī)構(gòu)反求軟件各個(gè)控件的介紹 . 24 3.2.6 引緯機(jī)構(gòu)反求軟件的功能特點(diǎn) . 28 第 4 章 引緯機(jī)構(gòu)三維模型的建立與仿真 . 29 第 5 章 總結(jié) . 33 參考文獻(xiàn) . 34 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 1 第 1章 緒論 1.1 課題的研究背景與意義 全套資料帶 CAD 圖， QQ 聯(lián)系 414951605 或 1304139763 紡織是人類社會(huì)最古老的一個(gè)生產(chǎn)部門，它與我們的生活息息相關(guān)。隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展和手工編 結(jié)技術(shù)的提高，紡織技術(shù)出現(xiàn)并發(fā)展起來(lái)。隨著工業(yè)技術(shù)的提高，織機(jī)以其紡織速度快、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)逐漸取代原始紡織手段開(kāi)始迅速發(fā)展起來(lái)。 我國(guó)已成為全球第一紡織大國(guó)，現(xiàn)有生產(chǎn)能力為 1.1 億紡紗錠，加工全球紡織纖維總量的 42% 48%，生產(chǎn)的服裝占全球服裝產(chǎn)量的近二分之一，供應(yīng)紡織品、服裝占全球貿(mào)易量的二分之一 1。 但我國(guó) 卻非紡織機(jī)械的生產(chǎn)大國(guó)，而 是紡織機(jī)械的進(jìn)口大國(guó)，織造 行業(yè) 對(duì)進(jìn)口設(shè)備的依賴度比較大 。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)紡織機(jī)械在 2011 年上半年的進(jìn)出口累計(jì)總額為 38.56 億美元，同比增長(zhǎng) 44.89，其中紡織機(jī)械進(jìn) 口 28.00 億美元，同比增長(zhǎng) 48.48 2。 我國(guó)的織機(jī)行業(yè)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，目前已具有一定的生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)能力 3，但是與世界先進(jìn)水平仍有較大的差距，因此 紡織機(jī)械技術(shù)裝備的 研究和 發(fā)展 對(duì)提升 我國(guó)紡織工業(yè)的總體水平和競(jìng)爭(zhēng)力 具有切實(shí)的意義 4。而引緯機(jī)構(gòu)就是其中一項(xiàng)關(guān)鍵的研究?jī)?nèi)容。 引緯方式分為有梭引緯和無(wú)梭引緯，其中無(wú)梭引緯可分為噴水引緯、劍桿引緯、噴氣引緯和片梭引緯四種 5。 自 1963 年漢諾威國(guó)際紡織機(jī)械展覽會(huì)首次展出了商業(yè)性劍桿織機(jī)以來(lái)，隨著新材料和新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，這種織機(jī)的工藝性能日趨完善。 80 年代末，劍桿織機(jī)進(jìn)入了全盛時(shí)期。用劍桿織機(jī)加工織物的范圍，從中厚織物發(fā)展到輕薄織物，從服裝面料發(fā)展到裝飾和產(chǎn)業(yè)用織物，由單層織物發(fā)展到毛圈及雙層起絨織物，從狹幅發(fā)展到 4.6m 的闊幅，由低速發(fā)展到高速?，F(xiàn)今劍桿織機(jī)的最高入緯量已突破 1100m/min，緯紗的選色從單色發(fā)展到最多達(dá) 16 色 (德國(guó) Dornier 劍桿織機(jī) )。這是其他幾種無(wú)梭織機(jī)不可比擬的 6。 劍桿織機(jī)它是利用往復(fù)移動(dòng)的劍狀桿將檢口外因定筒子上的緯紗引入梭口，與有梭織機(jī)相比，它的入緯串高，織物質(zhì)量?jī)?yōu)，機(jī)器噪聲低，勞動(dòng)生產(chǎn)率高。劍桿織機(jī)引緯過(guò)程緯紗 始終受到劍頭的積極控制，可適應(yīng)強(qiáng)捻緯紗的織造，不會(huì)出浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 2 現(xiàn)緯紗的退捻和緯縮疵點(diǎn)。劍桿引緯具有極強(qiáng)的多色緯紗織造功能，能十分方便地進(jìn)行多色任意換緯，并且選緯 (換色 )運(yùn)動(dòng)對(duì)織機(jī)速度不產(chǎn)生任何影響，在裝飾織物加工、毛織物加工和棉型色織物等加工中都得到了廣泛使用 7。 1.2 國(guó)內(nèi)外劍桿引緯機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 1.2.1 劍桿引緯機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)介 劍桿引緯機(jī)構(gòu)是劍桿織機(jī)的五大核心機(jī)構(gòu)之一，它將緯紗引入梭口，形成織物所需的紋理。能保證引緯失誤少，可靠性高，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)許多引緯比較困難的紗線進(jìn)行引緯，其制織品種的適應(yīng)性極其 廣泛，同時(shí)劍桿織機(jī)的門幅寬，因此劍桿織機(jī)成為應(yīng)用最廣泛的一種無(wú)梭織機(jī)。現(xiàn)代織機(jī)在適應(yīng)高速、高效的同時(shí)，對(duì)引緯機(jī)構(gòu)的性能要求越來(lái)越高，引緯機(jī)構(gòu)的好壞直接決定整機(jī)性能的優(yōu)劣 8。正因?yàn)閯U引緯機(jī)構(gòu)在劍桿織機(jī)中的重要作用，國(guó)內(nèi)外許多紡織領(lǐng)域內(nèi)的學(xué)者都對(duì)其進(jìn)行了研究，并取得了許多的成果。 1.2.2 國(guó)內(nèi)外劍桿引緯機(jī)構(gòu)的研究狀況及發(fā)展趨勢(shì) 目前，在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上出售的劍桿織機(jī)引緯機(jī)構(gòu)主要有以下幾種： 共軛凸輪引緯機(jī)構(gòu)，如圖 1-1 所 示， 該引緯機(jī)構(gòu)有一個(gè)自由度，由共軛凸輪、連桿機(jī)構(gòu)和輪系組成。共軛凸輪 1 使剛性角形桿 H1AH2作往復(fù)擺動(dòng)，擺桿 AB 和桿H1AH2剛性連接，通過(guò)四連桿機(jī)構(gòu) ABCD 驅(qū)動(dòng)與搖桿 CD 剛性連接的圓柱齒輪 2 作往復(fù)擺動(dòng)。最后經(jīng)過(guò)定軸輪系 Z1、 Z2、 Z3和劍輪 3 的放大，使與劍輪嚙合的劍帶4 獲得往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。 這類機(jī)構(gòu)很容易滿足引緯要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其劍頭運(yùn)動(dòng)規(guī)律在理論上可按照任意曲線要求來(lái)設(shè)計(jì) 9。該機(jī)構(gòu)的性能取決于共軛凸輪的設(shè)計(jì)，但凸輪廓線加工精度要求相當(dāng)高，制造難度大，如存在誤差就易產(chǎn)生磨損沖擊和振動(dòng)加劇，影響正常的織造。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 3 變螺距螺旋傳動(dòng)引緯機(jī)構(gòu)，如 圖 1-2 所示， 主軸帶動(dòng)曲柄 AB，經(jīng)過(guò)連桿 BC使滑塊型螺母 C 產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，螺母 C 與螺桿 1 形成螺紋副，帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)螺桿軸上的劍輪 2 傳劍。 這類機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)鏈短，結(jié)構(gòu)緊湊，交接條件好，但傳動(dòng)效率低，而且變螺距螺旋副的加工也很困難 8。 差動(dòng)輪系連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的引緯機(jī)構(gòu)，如圖 1-3 所示。周轉(zhuǎn)輪系的軸心 O 為筘座腳 CO 的擺動(dòng)中心， AO1B 桿的轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)連桿分別傳遞給桿 DO 和筘座腳。 DO 的角速度 w1即為周轉(zhuǎn)輪系內(nèi)齒輪 1 的角速度， CO 的角速度 w2為 周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)臂的角速度。在 w1和 w2作用下，中心輪 2 以合成速度 w3作往復(fù)擺動(dòng)，通過(guò)圓錐齒輪系 (4、5、 6 和 7)帶動(dòng)傳劍輪 88。該機(jī)構(gòu)能很好的改善交接緯時(shí)緯紗張力變化大或緯紗松弛導(dǎo)致交接失誤的現(xiàn)象，但是傳動(dòng)路線長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜。 圖 1-1 共軛凸輪引緯機(jī)構(gòu) 圖 1-2 變螺距螺旋傳動(dòng)引緯機(jī)構(gòu) 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 4 空間四連桿引緯機(jī)構(gòu)，如 圖 1-4 所示 ， 2 為織機(jī)主軸，由曲柄 1、叉桿 3 和搖桿 4 組成的球面曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，通過(guò)連桿 5 帶動(dòng)扇齒輪 6，驅(qū)動(dòng)劍輪 7。但 其引緯運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)靈活性不如平面六連桿送緯、四連桿接緯機(jī)構(gòu) 8。 電子引緯機(jī)構(gòu)，如圖 1-5 所示，這類引緯機(jī)構(gòu)是機(jī)械電子技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，是伴隨著電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展而提出的一種新的引緯方法。這類機(jī)構(gòu)核心技術(shù)是伺服電機(jī)的控制 10。另外，與此相似的還有一種電磁控制 11機(jī)構(gòu)。這類引緯方法的優(yōu)點(diǎn)在于機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能最大程度消除機(jī)械部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量帶來(lái)的不良影響。通過(guò)改變引緯控制器中數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)劍桿織機(jī)引緯運(yùn)動(dòng)規(guī)律的可選擇性，滿足和提高織機(jī)對(duì)不同緯紗的適織性能，進(jìn)一步增強(qiáng)織造多品種織物的能力，提高織機(jī)的自動(dòng)化水平 8。不過(guò)這類機(jī)構(gòu)對(duì)電子技術(shù) 的要求較高，目前，該技術(shù)還沒(méi)有獲得普遍的推廣和使用，尚處于實(shí)驗(yàn)改進(jìn)階段。 圖 1-4 空間四桿引緯機(jī)構(gòu) 圖 1-3 差動(dòng)輪系連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)引緯機(jī)構(gòu) 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 5 隨著技術(shù)的不斷革新，機(jī)械和電子的聯(lián)系越來(lái)越緊密。引緯機(jī)構(gòu)以后的發(fā)展也可能會(huì)逐漸的與微電子相結(jié)合，使我們對(duì)引緯運(yùn)動(dòng)的控制能夠更加隨心所欲。 1.3 非圓齒輪的發(fā)展及研究情況 1.3.1 非圓齒輪的介紹 非圓齒輪是 一種特殊的齒輪，與 圓齒輪的 不同之處在于 其 節(jié)曲線形狀不規(guī)則。在圓柱齒輪的傳動(dòng)過(guò)程中，其傳動(dòng)比為一固定常數(shù)，從動(dòng)輪和主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)角呈線性關(guān)系；而對(duì)于非圓齒輪，其傳動(dòng)比為非特定的函 數(shù)，從動(dòng)輪和主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)角關(guān)系是非線性的。 一對(duì)互相嚙合的非圓齒輪，當(dāng)主動(dòng)輪作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)輪便作一定規(guī)律的變角速運(yùn)動(dòng)，非圓齒輪可使工作機(jī)構(gòu)具有變速運(yùn)動(dòng)，能協(xié)調(diào)工作機(jī)構(gòu)的循環(huán)周期，利用非圓齒輪機(jī)構(gòu)與連桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)組合，能獲得等速或所需的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 12。 而 要實(shí)現(xiàn)劍桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)需要多個(gè)齒輪組成非圓齒輪行星輪系才能實(shí)現(xiàn)。由于非圓齒輪的特性，當(dāng)輸入軸以勻角速度朝一個(gè)方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)非圓齒輪輪系，輸出軸的回轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速都可能改變，因而有可能設(shè)計(jì)出輸出軸作連續(xù)單向轉(zhuǎn)動(dòng)的、間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的以及往復(fù)擺動(dòng)的機(jī)構(gòu)。 非圓齒輪節(jié)曲線可 以是任意不規(guī)則的形狀，目前研究較多的節(jié)曲線主要有橢圓及其變階形式、卵形、對(duì)數(shù)螺線形和傅里葉曲線等形狀。 非圓齒輪 已經(jīng)在機(jī)械工業(yè)等學(xué)科得到了較大范圍的應(yīng)用，常 見(jiàn)于如自動(dòng)化儀表、農(nóng)業(yè)機(jī)械、機(jī)床等行業(yè) 13。 1.3.2 非圓齒輪的研究狀況 2O 世紀(jì) 40 年代開(kāi)始，由于當(dāng)時(shí)機(jī)械制工業(yè)的發(fā)展，對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的要求愈來(lái) 圖 1-5 電子引緯機(jī)構(gòu) 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 6 愈多樣化、復(fù)雜化，已有的齒輪傳動(dòng)或其它傳動(dòng)機(jī)構(gòu)很難滿足需要。為了實(shí)現(xiàn)變傳動(dòng)比傳動(dòng)，人們突破了傳統(tǒng)圓齒輪的局限而發(fā)明了非圓齒輪 14。但是由于一些問(wèn)題的限制，以致影響了它的應(yīng)用 15。例如如何表達(dá) 非圓齒輪節(jié) 曲線的方法，在得到非圓齒輪節(jié)曲線的離散數(shù)據(jù)后需要對(duì)其進(jìn)行擬合，但是非圓齒輪節(jié)曲線的擬合對(duì)曲線擬合方法有很高的要求，擬合得到的節(jié)曲線需滿足非圓齒輪實(shí)際的保凸性、壓力角等要求。另外非圓齒輪的加工也不簡(jiǎn)單。由于非圓齒輪節(jié)曲線的不規(guī)則性，其齒廓難以用傳統(tǒng)的齒輪加工方法加工生成。雖然數(shù)控機(jī)床的發(fā)展降低了非圓齒輪加工的難度，但是編制數(shù)控加工代碼仍太繁雜，已開(kāi)發(fā)的數(shù)控技術(shù)模塊對(duì)非圓齒輪的加工通用性不高。 但是非圓齒輪與連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)相比，具有較大的優(yōu)越性尤其是它適用于高速旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的單向循環(huán)運(yùn)動(dòng)。所以，人們 在加工非圓齒輪方面動(dòng)了不少腦筋。 CAD 和程序語(yǔ)言開(kāi) 發(fā)軟件 等計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用 10； 加工設(shè)備的智能化、參數(shù)化以及高精度化 11，機(jī)械制造行業(yè)也在朝著開(kāi)發(fā)智能化、參數(shù)化的數(shù)控設(shè)備這一趨勢(shì)發(fā)展 12； 線切割、粉末冶金和快速成型等新型非圓齒輪生產(chǎn)技術(shù)在非圓齒輪加工中的應(yīng)用 ，使得非圓齒輪的加工問(wèn)題已得到了很好的解決 13。 1.4 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中研究的主要內(nèi)容包括： 1） 了解、掌握 劍桿織機(jī)引緯工藝要求 清楚劍桿織機(jī)引緯時(shí)，主軸轉(zhuǎn)過(guò)不同角度的時(shí)候劍頭應(yīng)該有的位移、速度以及加速度。 2） 建立劍頭 的理想運(yùn)動(dòng)學(xué)曲線方程 根據(jù)最符合劍桿織機(jī)織造的原則，得到劍桿的理想運(yùn)動(dòng)學(xué)曲線方程。 3）由給定的 非圓齒輪行星輪系引緯機(jī)構(gòu) 的傳動(dòng)原理，建立運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模型 根據(jù)非圓齒輪的特性建立傳動(dòng)模型，將主軸的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成期望達(dá)到的劍桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 4）編寫運(yùn)動(dòng)分析、仿真軟件，進(jìn)行參數(shù)反求。 根據(jù)得到的理想的運(yùn)動(dòng)學(xué)曲線方程，利用 MATLAB 編寫 運(yùn)動(dòng)分析、仿真軟件，反求出機(jī)構(gòu)中各個(gè)參數(shù)的值。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 7 5）根據(jù)最佳參數(shù)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 根據(jù)得到的參數(shù)和建立的運(yùn)動(dòng)模型，對(duì)結(jié)果進(jìn)行仿真分析，并由仿真結(jié)果對(duì)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 8 第 2章 非圓齒輪行 星輪系引緯機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析模型的建立 引緯機(jī)構(gòu)用于將織機(jī)主軸的勻速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為引緯劍頭的變速往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，本章在滿足劍桿引緯機(jī)構(gòu)的工藝特性要求的基礎(chǔ)上，設(shè)定了理想的引緯劍頭運(yùn)動(dòng)規(guī)律，建立了該新型引緯機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)反求模型，并根據(jù)引緯劍頭的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和已知的機(jī)構(gòu)參數(shù)反求得到了非圓齒輪的節(jié)曲線方程。 2.1 劍桿織機(jī)的引緯工藝要求 引緯機(jī)構(gòu)最終要應(yīng)用在劍桿織機(jī)中，所以它必須滿足劍桿織機(jī)的引緯工藝要求。 典型的劍桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律有下列特征：在劍桿向梭口內(nèi)運(yùn)動(dòng)起始處，送緯劍和接緯劍運(yùn)動(dòng)緩慢，而且送緯劍更慢，這有利于送緯劍能在較短 的距離內(nèi)正確夾持住緯紗。在梭口中央交接時(shí)，送緯劍和接緯劍運(yùn)動(dòng)也緩慢，有利和緩交接，降低緯紗張力 2。 且交接時(shí)需滿足一定的緯紗交接沖程要求，一般理論交接沖程取10mm。 所以我們能得到劍桿引緯的一系列特點(diǎn)：劍頭在梭口內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng)，占主抽轉(zhuǎn)角 200 240，甚至更長(zhǎng)些；劍頭進(jìn)出梭口的時(shí)間可調(diào)范圍小，劍頭進(jìn)入梭口約在 60 90間，出梭口約在 280一 310間，空程可使劍頭遲進(jìn)、早出梭口，常見(jiàn)的劍桿織機(jī)引緯機(jī)構(gòu)工作圓圖如圖 2-1 所示。為了滿足劍桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，需要調(diào)整的主要引緯參數(shù)有劍頭初始位置、劍頭動(dòng)程 、緯紗交接配合、剪緯、釋放緯紗和劍頭運(yùn)動(dòng)的配合 6。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 9 2.2 劍頭的理想運(yùn)動(dòng)學(xué)曲線方程 的建立 2.2.1 劍頭理想運(yùn)動(dòng)曲線的構(gòu)造 劍桿織機(jī)劍頭運(yùn)動(dòng)規(guī)律的優(yōu)化可以使引緯運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn) ,改善緯紗的受力狀況 ,提高入緯率 ,適應(yīng)高速織機(jī)的要求 ,大大改善織機(jī)的織造性能。常用的劍頭運(yùn)動(dòng)規(guī)律有正弦加速度規(guī)律、梯形加速度規(guī)律和修正梯形加速度規(guī)律等。已有的一些計(jì)算表明 ,在動(dòng)程和運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同的條件下 ,正弦加速度規(guī)律的加速度峰值比修正梯形加速度規(guī)律的加速度峰值大 45%,速度峰 值大 4%。結(jié)合劍桿織機(jī)劍頭的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求，在目前常用的劍頭運(yùn)動(dòng)規(guī)律中 ,修正梯形加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律是最優(yōu)越的。修正梯形加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律是指引緯加速度曲線的形狀類似于梯形 ,在梯形的轉(zhuǎn)折處用多項(xiàng)式曲線光滑過(guò)渡。過(guò)渡曲線設(shè)計(jì)是修正梯形加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律的重點(diǎn)和難點(diǎn)。 目前有很多種研究劍桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線的方法，例如直接假設(shè)位移曲線方程 ,然后根據(jù)各曲線段的位移、速度、加速度關(guān)系以及曲線的連續(xù)、光滑條件 ,找出各段曲線的邊界條件 ,列出方程組依次求解出位移、速度、加速度曲線方程。雖然該種設(shè)計(jì)方法能很好地滿足劍頭的運(yùn)動(dòng)要求 ,但其優(yōu)化變量有 11 個(gè)之多 ,計(jì)算量較大；或者采用 5 次多項(xiàng)式來(lái)設(shè)計(jì)加速度的過(guò)渡曲線 ,這種方法滿足了高速劍桿織機(jī)對(duì)加速度、躍度無(wú)突變的要求 ,劍頭的運(yùn)動(dòng)也很平穩(wěn) ,沖擊較小 ,是一種較為優(yōu)越的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 ,但隨著多項(xiàng)式次數(shù)的增加 ,引緯機(jī)構(gòu)精度要求提高 ,零件加工難度加大 ,成本增高 ,機(jī)構(gòu)對(duì)誤差的敏感性也相應(yīng)提高。因此本設(shè)計(jì)根據(jù)修正梯 圖 2-1 劍桿織機(jī)引緯機(jī)構(gòu)工作圓圖 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 10 形加速度劍頭運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在現(xiàn)有的成果之上采用三次埃爾米特插值多項(xiàng)式構(gòu)造4 段過(guò)渡曲線 20， 構(gòu)造了理想的引緯機(jī)構(gòu)加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線。再根據(jù)得到的加速度運(yùn)動(dòng)曲線規(guī)律分別進(jìn)行一次和兩次積分求得引緯機(jī)構(gòu)的速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線和位移運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線。 引緯機(jī)構(gòu)加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線如圖 2-2 所示 2.2.2 劍頭運(yùn)動(dòng)學(xué)曲線方程的建立 1、加速度方程的建立 以下是一些參數(shù)的設(shè)定 ：引緯工藝參數(shù)，主軸轉(zhuǎn)角，由引緯工藝條件決定； 1、2、3：對(duì)應(yīng)劍頭運(yùn)動(dòng)過(guò)程中主軸的轉(zhuǎn)角，為已知量； S 劍頭加速度，由織機(jī)所需的筘幅決定筘幅； h 最大正向加速度值，根據(jù)劍桿動(dòng)程要求確定； xh 加速度初始值，為應(yīng)變量。 由 引緯機(jī)構(gòu)加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線可知 ，當(dāng) 在10, )區(qū)間時(shí) 設(shè) 231 0 1 2 3()f a a a a 由邊界條件：1 0 021 1 2 3231 1 0 1 1 2 1 3 121 1 1 2 1 3 1( 0 )( 0 ) 2 3 0()( ) 2 3 0f a hf a a af a a a a h hf a a a 圖 2-2 引緯機(jī)構(gòu)加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 11 得000 0 1 2 323113 ( ) 2 ( ), 0 , ,h h h ha h a a a ，所以 23000 23113 ( ) 2 ( )() h h h hSh （ 2-1） 當(dāng) 在12 , )區(qū)間時(shí) 易知： ()Sh （ 2-2） 當(dāng) 在23 , )區(qū)間時(shí) 設(shè) 232 0 1 2 3()f a a a a 由邊界條件：22222323()( ) 0()( ) 0xfhffhf ，得 322 2 3 2 3 2 30 1 2 33 3 3 33 2 3 2 3 2 3 2( 3 ) ( ) 6 ( ) 3 ( ) ( ) 2 ( ), , , ,( ) ( ) ( ) ( )x x x xh h h h h h h ha h a a a 故 32 232 2 3 2 3 2 33 3 3 33 2 3 2 3 2 3 2( 3 ) ( ) 6 ( ) 3 ( ) ( ) 2 ( )()( ) ( ) ( ) ( )x x x xh h h h h h h hSh （ 2-3） 當(dāng) 在3,區(qū)間時(shí) 易知： ()xSh （ 2-4） 為了利于緯紗的交接，也便于織機(jī)的調(diào)試，劍頭進(jìn)足開(kāi)始退劍時(shí) () 的速度 0v ，因此在 0, 內(nèi)，函數(shù) ()f 與 軸所圍成的正負(fù)面積之和必須為零，即120AA。因此可得等式 1321 2 1 2 30 ( ) d ( ) ( ) d ( ) 0xf h f h 即： 0 3 21 2 1 3( ) ( )( ) ( )022 x xh h h hhh 得：1 2 3 1 023()2 xhhh （ 2-5） 由于 , 2 這一段的曲線與 0, 這一段的 曲線關(guān)于 對(duì)稱，所以浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 12 加速度方程為： 23000 1 123111 2 2 13222 2 3 2 3 2 33 3 33 2 3 2 3 23233323 ( ) 2 ( ) 0 , ) 2 ,2 , ) 2 ,2 )( 3 ) ( ) 6 ( ) 3 ( ) ( )( ) ( ) ( )2 ( ) , ) 2 ()x x xxh h h hhhh h h h h hShhh 3233,2 ) , 2 )xh （ 2-6） 2、速度方程的建立 設(shè)織機(jī)主軸角速度為 ，即 ，對(duì)加速度曲線進(jìn)行積分即可得到速度曲線，即 T2001ddS S t S ，整理可得 0, 段的速度曲線方程如下： 340 0 01231101 112320 1 2 2 3 22 1 23322 2 3 32 3 2 2 3 2332( ) ( ) 0 , )2() () , )2( ) ( ) ( 3 ) ( )( ) ( )2 ( )3 ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) (xxxh h h h hhh hh h h hhhSh h h h 44223333 2 3 20 1 3 2 1 2 33( ) ( ) , ) 2 ( )( ) ( 2 ) , 2xxhhh h h （ 2-7） 由于速度曲線關(guān)于點(diǎn) (,0) 呈中心對(duì)稱，所以 (,2 段的速度曲線表達(dá)式可以表示為： ( ) ( 2 )SS 3、位移方程的確立 接著再對(duì)速度曲線進(jìn)行積分，得到位移曲線，即 T2001ddS S t S ，整理后可得 0, 段的位移曲線方程如下： 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 13 2450 0 012 2 2 2 31122 20 1 0 1 0 1 1 1122 2 2 22 20 1 0 1 2 0 2 12 2 1 22 2 2 2 2( ) ( ) 0 , )2 4 1 03 ( ) ( ) ( ) () , )2 2 0 2 23 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )2 0 2 2 2(h h h h hh h h h h hh h h h h hhhhS 3 2 2 3 3 222 2 3 2 2 3 2 222 2 3 2 33 2 3 24 4 3 5 5 42 3 2 2 2 2232 3 2 33 2 3 220 1 0 1 2 222( ) ( 3 ) ( ) ( ) ( 2 3 )2 2 ( ) ( )( ) ( ) ( 3 4 ) ( ) ( 4 5 ) , )4 ( ) 1 0 ( )3 ( ) ( )2 0 2xxxxh h h hh h h hh h h h h 20 3 2 1 2 1 3 22 2 22 3 2 2 3 3 23 2 2 2 3 3 2 2 3 3 2 2 32 2 3 2 33 2 3 24 4 3 5 5 42 3 3 2 2 3 3 2 2 32332( ) ( ) ( ) ( )22( ) ( ) ( 3 ) ( ) ( ) ( 2 3 )2 2 ( ) ( )( ) ( ) ( 3 4 ) ( ) ( 4 5 ) 4 ( ) 1 0xxxxh h hh h h h hh h h h 23320 1 3 3 2 1 3 2 332 ()( ) ( ) ( ) ( ) ( ) , 2xh h h （ 2-8） 由于位移曲線關(guān)于 這一軸對(duì)稱，所以 (,2 這一段的位移曲線方程可以表示為： ( ) ( 2 )SS。 2.3 非圓齒輪行星輪系引緯機(jī)構(gòu)的模型簡(jiǎn)介 在本設(shè)計(jì)中我們采用非圓齒輪行星輪系這一引緯機(jī)構(gòu)，該劍桿織機(jī)引緯機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 2-3 所示 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 14 該機(jī)構(gòu)的行星架 1 由織機(jī)主軸 2 驅(qū)動(dòng)，主動(dòng)非圓太陽(yáng)齒輪 3 活套在從動(dòng)非圓太陽(yáng)輪軸 4 上，主動(dòng)非圓太陽(yáng)齒輪 3 固定不動(dòng)。位于行星架 1 兩側(cè)的行星軸 5由行星架 1 驅(qū)動(dòng)，兩根行星軸 5 上分別固結(jié)有從動(dòng)非圓行星齒輪 6 和主動(dòng)非圓行星齒輪 7，主動(dòng)非圓太陽(yáng)齒輪 3 和兩個(gè)從動(dòng)非圓行星齒輪 6 嚙合，從動(dòng)非圓太陽(yáng)齒輪 8 和兩個(gè)主動(dòng)非圓行星齒輪 7 嚙合，從動(dòng)非圓太陽(yáng)輪軸 4 上固定有大圓柱齒輪 9，大圓柱齒輪 9 和裝在小圓柱齒輪軸 11 一端的小圓柱齒輪 10 嚙合。小圓柱齒輪軸 11 的另一端固定有大圓錐齒輪 12，大圓錐齒輪 12 和裝在小圓錐齒輪軸14 一端的小圓錐齒輪 13 嚙合。小圓錐齒輪軸 14的另一端固定有劍輪 15。劍輪15 與劍帶相互嚙合，通過(guò)控制劍輪 15 的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)使得劍頭按預(yù)定設(shè)計(jì)的規(guī)律來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。 在理論上來(lái)說(shuō)只要設(shè)計(jì)出合適的非圓齒輪節(jié)曲線，就可以得到任意運(yùn)動(dòng)規(guī)律的劍桿運(yùn)動(dòng)曲線。該機(jī)構(gòu)與其它類型的引緯機(jī)構(gòu)相比，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)鏈短，傳動(dòng)效率高，能夠適應(yīng)更多的設(shè)計(jì)需 求，具有更高的設(shè)計(jì)靈活性。 1 行星架 2 織機(jī)主軸 3 主動(dòng)非圓太陽(yáng)輪 4 從動(dòng)非圓太陽(yáng)輪軸 5 行星軸 6 從動(dòng)非圓行星輪 7 主動(dòng)非圓行星輪 8 從動(dòng)非圓太陽(yáng)輪 9 大圓柱齒輪 10 小圓柱齒輪 11 小圓柱齒輪軸 12 大圓錐齒輪 13 小圓錐齒輪 14 小圓錐齒輪軸 15 劍輪 圖 2-3 非圓齒輪行星輪系引緯機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 15 2.4 非圓齒輪行星輪系引緯機(jī)構(gòu)反求模型的建立 2.4.1 反求設(shè)計(jì)思想的簡(jiǎn)介 反求 工程 這一術(shù)語(yǔ)起源于 20 世紀(jì) 60 年代 ， 但從工程的廣泛性對(duì)它 進(jìn)行 研究 ,從反求的科學(xué)性進(jìn)行深化還是從 20 世紀(jì) 90 年代初剛剛開(kāi)始 。 反求工程類似于反向推理 ,屬于逆向思維體系 。 它以社會(huì)方法學(xué)為指導(dǎo) ， 以現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論 ， 方法 ，技術(shù)為基礎(chǔ) ， 運(yùn)用各種專業(yè)人員的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn) ， 知識(shí)和創(chuàng)新思維 ， 對(duì)已有的產(chǎn)品 或想要達(dá)到的結(jié)果 進(jìn)行解剖 ， 分析 ， 重構(gòu)和再創(chuàng)造 ,在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域 ,它具有獨(dú)特的內(nèi)涵 ,可以說(shuō)它是對(duì)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì) 21。 反求 技術(shù)是測(cè)量技術(shù) ， 數(shù)據(jù)處理技術(shù) ， 圖形處理技術(shù)和加工技術(shù)相結(jié)合的一門結(jié)合性技術(shù) 。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和上述技術(shù) 的 逐漸成熟 ,近年來(lái)在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中愈來(lái)愈多的得到應(yīng)用 ， 因?yàn)樵诋a(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要以 設(shè)計(jì)的結(jié)果作為設(shè)計(jì)依據(jù)參考模型或作為最終驗(yàn)證依據(jù)時(shí)尤其需要應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)。 2.4.2 非圓齒輪行星輪系放大輪系的運(yùn)動(dòng)模型的建立 非圓齒輪行星輪系引緯機(jī)構(gòu)的行程放大輪系部分如圖 2-4 所示 主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到 從動(dòng)非圓太陽(yáng)齒輪 8 之后，由齒輪 8 通過(guò) 從動(dòng)非圓太陽(yáng)輪 9 大圓柱齒輪 10 小圓柱齒輪 11 小圓柱齒輪軸 12 大圓錐齒輪 13 小圓錐齒輪 14 小圓錐齒輪軸 15 劍輪 圖 2-4 非圓齒輪行星輪系引緯機(jī)構(gòu)放大輪系 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 16 軸 4 傳遞到 大圓柱齒輪 9，再傳遞到與之相嚙合的小圓柱齒輪 10，然后通過(guò) 小圓柱齒輪軸 11 傳遞到大圓錐齒輪 12，再傳遞到與之相嚙合的 小圓錐齒輪 13，最后通過(guò) 小圓錐齒輪軸 14 傳遞給劍輪。在 2.2.2 中我們已經(jīng)知道劍輪連接的劍桿劍頭的加速度，速度，位移等運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)的傳遞路徑反向求得從動(dòng)非圓太陽(yáng)齒輪 8 的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 非圓齒輪行星輪系引緯機(jī)構(gòu)所需的相關(guān)參數(shù)如表 2-1 所示 表 2-1 符號(hào) 表示的含義 符號(hào) 表示的含義 a 橢圓齒輪 3、 6 的長(zhǎng) 半 軸 b 橢圓齒輪 3、 6 的短 半 軸 c 橢圓齒輪 3、 6 的焦距 k 橢圓齒輪 3、 6 的 偏心率 w 織機(jī)主軸的角速度 n 織機(jī)主軸 的 轉(zhuǎn)速 1 織機(jī)主軸的角位移 3 主動(dòng)橢圓太陽(yáng) 齒 輪 3 的角位移 6 從動(dòng)橢圓行星 齒 輪 6 的角位移 7 主動(dòng)非圓行星 齒 輪 7 的角位移 8 從動(dòng)非圓太陽(yáng) 齒 輪 8 的角位移 9 大圓柱齒輪 9 的角位移 10 小圓柱齒輪 10 的角位移 12 大圓錐齒輪 12 的角位移 13 小圓錐齒輪 13 的角位移 15 劍輪 15 的角位移 9z 大圓柱齒輪 9 的齒數(shù) 10z 小圓柱齒輪 10 的齒數(shù) 12z 大圓錐齒輪 12 的齒數(shù) 13z 小圓錐齒輪 13 的齒數(shù) r 劍輪 15 的半徑 S 劍頭的位移 S 劍頭的速度 S 劍頭的加速度 maxS 劍頭加速度的 最大值 zongi 齒輪 9、 10、 12、 13 組成的 行程 放大輪系的總傳動(dòng)比 3r 主動(dòng)橢圓齒輪 3 的向徑 6r 從動(dòng)橢圓齒輪 6 的向徑 7r 主動(dòng)非圓齒輪 7 的向徑 8r 從動(dòng)非圓齒輪 8 的向徑 由劍頭的位移，速度，加速度，以及劍輪的半徑，可以求得劍輪 15 的角位移，角速度，角加速度，如下列式子所示 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 17 151515/srsrsr 根據(jù)設(shè)定的放大輪系的各個(gè)齒輪半徑可以得到行程放大輪系的總傳動(dòng)比9 1210 13zongz zi zz 從而可以求得大圓柱齒輪 9 的角位移，角速度和角加速度，因?yàn)閺膭?dòng)非圓太陽(yáng)輪 8 與大圓柱齒輪 9 是同軸傳動(dòng)的，所以可得 8 9 1 58 9 1 58 9 1 5/z o n gz o n gz o n giii （ 2-9） 2.4.3 第一級(jí)非圓齒輪行星輪系運(yùn)動(dòng)模型的建立 本設(shè)計(jì)的非圓齒輪行星輪系引緯機(jī)構(gòu)總共包含有兩級(jí)的非圓齒輪輪系，第一級(jí)是由橢圓齒輪行星輪系構(gòu)成。如圖 2-5 所示 圖中橢圓 齒輪 3 固定不動(dòng)，橢圓齒輪 6 與齒輪 3 通過(guò)行星架 1 相連接，兩個(gè)齒 輪的軸心3O,6O分別為對(duì)應(yīng)橢圓的的焦點(diǎn)，行星架 1 圍繞著橢圓齒輪 3 以 w 的角速度在運(yùn)動(dòng)，橢圓齒輪 6 在行星架 1 的帶動(dòng)下，一邊圍繞著軸心 6 做自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，一邊圍繞著橢圓齒輪 3 做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，點(diǎn) p 為兩個(gè)齒輪在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的嚙合點(diǎn)。當(dāng)行星架 1 轉(zhuǎn)過(guò)角度1時(shí)，由于橢圓齒輪 3 是固定 不動(dòng)的，所以齒輪 3 相對(duì)于行星架 圖 2-5 橢圓齒輪行星輪系示意圖 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 18 1 轉(zhuǎn)過(guò)角度 13，與此同時(shí)橢圓齒輪 6 相對(duì)于行星架轉(zhuǎn)過(guò)角度 16。 根據(jù)橢圓本身的特性可以得到 2133/ ( c o s )r b a c （ 2-10） 2166/ ( c o s )r b a c （ 2-11） 由于兩齒輪的軸心都是對(duì)應(yīng)齒輪的 焦點(diǎn)所以他們的中心距為 2a ，因此在傳動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中 362r r a （ 2-12） 由（ 2-9）、（ 2-10）、（ 2-11）三式可得 121 36 2 1 23( c o s )c o s( 2 2 c o s )a c b aa a c b c c （ 2-13） 由式（ 2-13）可以得到 16和 13的關(guān)系如下 11 336 6rr （ 2-14） 2.4.4 第二級(jí)非圓齒輪行星輪系運(yùn)動(dòng)模型的建立 非圓齒輪副是用來(lái)傳遞非勻速傳動(dòng)比的，其節(jié)曲線就是一對(duì)互相嚙合的齒輪在其嚙合過(guò)程中實(shí)現(xiàn)無(wú)滑動(dòng)地純滾動(dòng)的共扼曲線，一般不為圓。設(shè)計(jì)非圓齒輪主要由兩個(gè)關(guān)鍵因素，首先是確定非圓齒輪副的節(jié)曲線，這也是最關(guān)鍵的一步。其次是確定非圓齒輪其它的幾何參數(shù)。 在實(shí)際設(shè)計(jì)中，通常有三種方式來(lái)計(jì)算節(jié)曲線，即：給定非圓齒輪傳動(dòng)比函數(shù)和中心距；給定再現(xiàn)函數(shù)和中心距；給定主動(dòng)非圓齒輪的節(jié) 曲線方程和中心距。本文采用的是第一種方案。 由第一級(jí)橢圓齒輪行星輪系的運(yùn)動(dòng)模型可以知道，當(dāng) 主動(dòng)橢圓齒輪 3 相對(duì) 于行星架轉(zhuǎn)過(guò)角度 13時(shí)， 從 動(dòng)橢圓齒輪 6 相對(duì) 于 行星架轉(zhuǎn)過(guò)角度 16，此時(shí) 第一級(jí)相互 嚙合 的 橢圓齒輪的向徑 分別 為3r和6r， 此瞬時(shí)傳動(dòng)比為 11 3636 163rir （ 2-15） 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 19 這個(gè)時(shí)刻從動(dòng)非圓齒輪 8 和主動(dòng)非圓齒輪 7 的嚙合向徑為8r，7r，那么可得 1 1 11 8 8 6 7 383 1 1 13 7 3 8 6rrirr （ 2-16）假設(shè)從動(dòng)非圓太陽(yáng)輪 8 與行星架之間的傳動(dòng)比為 1 8811di d 而由于橢圓齒輪 3 是固定不動(dòng)的，所以3 0，那么可以得到 11 8 8 1 8 1 88 3 8 113 3 1 1 1( ) ( ) ( )11( ) ( ) ( )d d d diid d d d （ 2-17） 有機(jī)構(gòu)可知主軸與行星軸的中心距為 3 6 7 8 2r r r r a （ 2-18） 由（ 2-14）、（ 2-15）、（ 2-16）、（ 2-17）四式可得 81781361211iraii 872r a r 由設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)關(guān)系可得 117 6 11361i 18 8 1 綜上所述，可以得到非圓齒輪 7 的節(jié)曲線方程為 8178136117 6 113612111iraiii （ 2-19） 非圓齒輪 8 的節(jié)曲線方程為 8718 8 12r a r （ 2-20） 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 20 第 3章 非圓齒輪行星輪系引緯機(jī)構(gòu)反求設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真軟件的設(shè)計(jì) 3.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單介紹 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)一般是指 通過(guò)向計(jì)算機(jī)輸入設(shè)計(jì)資料，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地編 制程序，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案 ，得到 產(chǎn)品或零件圖的過(guò)程 。 計(jì)算機(jī)輔助分析是綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、應(yīng)用數(shù)學(xué)和模擬理論而發(fā)展起來(lái)的，現(xiàn)今被廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，已成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研究和分析復(fù)雜應(yīng)用問(wèn)題的重要工具。本設(shè)計(jì)需要得到最終機(jī)構(gòu)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，以此來(lái)分析各參數(shù)間的相關(guān)性。而 Visual Basic 6.0 有著較強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析能力以及強(qiáng)大的人機(jī)交互功能，所以本文將以 Visual Basic 6.0 為設(shè)計(jì)平臺(tái)，對(duì)非圓齒輪行星輪系引緯機(jī)構(gòu)進(jìn)行反求設(shè)計(jì)，并對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析。 3.2 非圓齒輪行星輪系引緯機(jī)構(gòu)反求設(shè)計(jì)與仿真軟件的介 紹 3.2.1 引緯機(jī)構(gòu)反求設(shè)計(jì)軟件的開(kāi)發(fā)思路 根據(jù)第 2章中建立的非圓齒輪行星輪系引緯機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析模型編寫計(jì)算程序，根據(jù)引緯工藝的要求輸入合理的參數(shù)得出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)模型以及運(yùn)動(dòng)軌跡，并反求出節(jié)圓曲線的各個(gè)離散數(shù)據(jù)為三維模型仿真做好準(zhǔn)備。 3.2.2 引緯機(jī)構(gòu)反求程序的關(guān)鍵性思想 根據(jù)第 2 章建立的非圓齒輪行星輪系引緯機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)反求模型，編寫反求計(jì)算的程序框圖，如表 2-2 所示。其中 h 為最大正向加速度，1c為 比例系數(shù)， n 為織機(jī)主軸的轉(zhuǎn)速，1x，2x，3x為引緯運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線的角度參數(shù)，分別對(duì)應(yīng)于圖2-2 中的角度參數(shù) 1 ，2，3； a 為橢圓齒輪的長(zhǎng)半軸， k 為橢圓齒輪的偏心率，r 為傳劍輪的半徑， 為接緯提前角， 3z ， 6z ， 36m 分別為第一級(jí)傳動(dòng)中心橢圓齒輪和行星橢圓齒輪的齒數(shù)和模數(shù)，8z，7z， 78m分別為第二級(jí)傳動(dòng)中心非圓齒輪浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 21 和行星非圓齒輪的齒數(shù)和模數(shù)，ij為緯紗交接沖程，ds為仿真速度調(diào)節(jié)參數(shù)。 表 3-1 Read h ，1c， n ，1x，2x，3x For 1=0 to 360 01h ch，1 2 3 1 023()2xx x x h x hh xx ， 260nw ， 0, 2x 引緯劍頭運(yùn)動(dòng)規(guī)律 方程，詳見(jiàn)第 2 章式 (2-6)， （ 2-7)，（ 2-8） Read a ， k ， r ， ，3z，6z，36m，7z，8z，78m，ij，ds 推導(dǎo)從動(dòng)非圓太陽(yáng)輪 8 的運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程，見(jiàn) 式 (2-9) 推導(dǎo)第一級(jí)橢圓齒輪傳動(dòng)比函數(shù)， 23 13( c o s )brac ， 26 16( c o s )brac ，6363ri r 第二級(jí)非圓齒輪傳動(dòng)比函數(shù)， 118 8 18 3 8 113 3 1() 1ddii ， 116378 18 3 3 6 8 11(1 )iii i i 由傳動(dòng)比函數(shù)和已知中心距，7 17821 ar i ， 117 6 11361i ，詳見(jiàn)式（ 2-19） 根據(jù)幾何關(guān)系得到7x，7y，詳見(jiàn)式（ 2-21） 872r a r， 18 8 1 ，詳見(jiàn)式（ 2-20） 18 8 8cosxr ， 18 8 8sinyr 第二級(jí)非圓齒輪行星輪系機(jī)構(gòu)示意圖 如圖 3-1 所示 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 22 8O，7O分別為中心齒輪 8 和行星齒輪 7 的軸心 , A 為 兩齒輪的嚙合點(diǎn)， AF 垂直于 x 軸，7OB為行星齒輪 7 的第 i 條向徑，所以 B 點(diǎn)的坐標(biāo)即為（8x，8y），其中 18 7 7O O D , 183AO F ，7BOC為選取的第 i 條向徑所對(duì)應(yīng)的非圓齒輪7 相對(duì)于行星架 1 的角度，設(shè)位 17()i。假設(shè)7O的坐標(biāo)為（1mx，1my），在得到7x，7y之后，根據(jù)幾何關(guān)系可以得到 1 1 1 1 1 17 1 7 7 3 7 7 7 3 71 1 1 1 1 17 1 7 7 3 7 7 7 3 7( c o s ( ) c o s ( ) s i n ( ) s i n ( ) )( c o s ( ) s i n ( ) s i n ( ) c o s ( ) )mmx x r i r iy y r i r i （ 2-21） 3.2.3 引緯機(jī)構(gòu)參數(shù)的設(shè)定 目前我們國(guó)家大多數(shù)的劍桿織機(jī)的額定筘幅的范圍大概在 190cm 至 360cm左右，為了與國(guó)內(nèi)劍桿織機(jī)的技術(shù)水平相配合，設(shè)定引緯劍頭的最大正向加速度h 為 560m/s2，那么其對(duì)應(yīng)的劍頭單邊總動(dòng)程為 147.5cm。另外，參考常見(jiàn)劍桿織機(jī)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和引緯機(jī)構(gòu)的布置方案，選取橢圓齒輪的長(zhǎng)半軸 a 為 70mm，即行星軸和織機(jī)主軸的距離為 140mm。根據(jù)劍桿引緯工藝要求，為了使引緯運(yùn)動(dòng)更有利于緯紗的交接減少緯紗張力，設(shè)定接緯劍頭的先行角為 10 ，緯紗交接沖程為10mm。 根據(jù)引緯機(jī)構(gòu)反求軟件，可以得到幾個(gè)重要參數(shù)對(duì)反求得到的非圓齒輪節(jié)曲線不同的影響程度，通過(guò)調(diào)整優(yōu)化得到了一組較優(yōu)的機(jī)構(gòu)參數(shù)：橢圓齒輪偏心 圖 3-1 第二級(jí)非圓齒輪行星輪系機(jī)構(gòu)示意圖 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 23 率 0.2h ，劍輪半徑 150r mm ，行程放大輪系總傳動(dòng)比 18.436zongi ，其中對(duì)應(yīng)的各齒輪參數(shù)分別為：9 74z 、10 17z 、9 10 4mm、12 74z 、13 17z 、12 13 4mm。 3.2.4 引緯機(jī)構(gòu)反求軟件的界面介紹 該引緯機(jī)構(gòu)反求軟件的操作界面如圖 3-2 所示， 界面窗口的最上方包含軟件的 名稱、版本號(hào)和版權(quán)等信息 。下方的操作界面主要分為 6 個(gè)區(qū)域：區(qū)域 1 是軟件在運(yùn)行仿真的時(shí)候輸出的劍桿運(yùn)動(dòng)學(xué)曲線，包括劍桿的加速度曲線，速度曲線和位移曲線；區(qū)域 2 是有關(guān)加速度曲線的參數(shù)的輸入?yún)^(qū)域，可以根據(jù)需要調(diào)整其中的正向加速度峰值，主軸參數(shù)以及加速度曲線參數(shù)等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的修改會(huì)影響到區(qū)域 1 中輸出的劍桿運(yùn)動(dòng)學(xué)曲線；區(qū)域 3是畫(huà)面顯示窗口，在仿真過(guò)程中機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖的顯示以及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程都是在該區(qū)域顯示；區(qū)域 4 是控件的放置界面，在軟件運(yùn)行過(guò)程中需要對(duì)控件進(jìn)行點(diǎn)擊操作才能實(shí)現(xiàn)參 數(shù)計(jì)算，運(yùn)動(dòng)模擬以及數(shù)據(jù)保存等操作；區(qū)域 5 是有關(guān)引緯機(jī)構(gòu)的參數(shù)輸入?yún)^(qū)域，可以根據(jù)需要調(diào)整機(jī)構(gòu)中一些零件的參數(shù)，這些數(shù)據(jù)的修改會(huì) 對(duì)機(jī) 圖 3-2 引緯機(jī)構(gòu)反求軟件的操作界面 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 24 構(gòu)中的傳動(dòng)比，節(jié)曲線方程等產(chǎn)生影響；區(qū)域 6 是數(shù)據(jù)輸出區(qū)域，從中可以讀出在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中零部件在不同時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)情況。 3.2.5 引緯機(jī)構(gòu)反求軟件各個(gè)控件的介紹 基于 Visual Basic 6.0 的軟件開(kāi)始運(yùn)行時(shí)需要對(duì)控件進(jìn)行操作才能實(shí)現(xiàn)軟件中想要的功能。 1、參數(shù)計(jì)算 軟件開(kāi)始運(yùn)行后在區(qū)域 2以及區(qū)域 5輸入?yún)?shù)之后，點(diǎn)擊參數(shù)計(jì)算，軟件就會(huì)根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)下的參數(shù)對(duì)引緯機(jī)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算， 并在區(qū)域 1 中輸出 劍桿的運(yùn)動(dòng)學(xué)曲線，在區(qū)域 6 中輸出放大輪系傳動(dòng)比，單邊總行程以及接緯劍頭位移這幾個(gè)參數(shù)。此時(shí)“初始位置”，“機(jī)構(gòu)示意圖”，“退出”這三個(gè)控件變?yōu)榭蛇x擇狀態(tài)。如圖 3-3 所示 2、初始位置 該控件用于在仿真開(kāi)始之前確定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)初始位置，點(diǎn)擊初始位置之后，仿真機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖會(huì)在區(qū)域 3 中顯示出來(lái)，這時(shí)“運(yùn)動(dòng)模擬”和“數(shù)據(jù)保存”這兩個(gè)控件變?yōu)榭蛇x擇狀態(tài)，如圖 3-4 所示 圖 3-3 軟件進(jìn)行參數(shù)計(jì)算后的界面 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 25 3、運(yùn)動(dòng)模擬 該控 件為機(jī)構(gòu)開(kāi)始仿真分析的命令按鈕，運(yùn)行后區(qū)域 3中顯示的機(jī)構(gòu)會(huì)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，區(qū)域 1 中劍桿運(yùn)動(dòng)學(xué)曲線上的指示點(diǎn)會(huì)根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)情況反映出對(duì)應(yīng)的劍桿加速度，速度以及位移的值。在運(yùn)動(dòng)仿真的過(guò)程中“運(yùn)動(dòng)模擬”這一控件的名稱會(huì)變成“暫停”，如果點(diǎn)擊“暫?！卑粹o，區(qū)域 3 處仿真運(yùn)動(dòng)會(huì)停止在當(dāng)前的時(shí)刻，區(qū)域 1 的曲線上的指示點(diǎn)也會(huì)停留在與當(dāng)前時(shí)刻劍桿的加速度、速度和位移相對(duì)應(yīng)的位置上。而且“暫停”按鈕的名稱會(huì)變成“繼續(xù)”，同時(shí)“步進(jìn)”和“步退”按鈕變?yōu)榭蛇x擇狀態(tài)，如圖 3-5 所示。這時(shí)如果點(diǎn)擊“步進(jìn)”按鈕，區(qū)域 3 中的機(jī)構(gòu)會(huì)顯示在當(dāng) 期位置的基礎(chǔ)上織機(jī)主軸前進(jìn) 1后整個(gè)機(jī)構(gòu)所呈現(xiàn)的狀態(tài)，如果點(diǎn)擊“步退”按鈕，區(qū)域 3中的機(jī)構(gòu)會(huì)顯示在當(dāng)期位置的基礎(chǔ)上織機(jī)主軸后退 1后整個(gè)機(jī)構(gòu)所呈現(xiàn)的狀態(tài)，如果點(diǎn)擊“繼續(xù)”則機(jī)構(gòu)會(huì)再一次進(jìn)入仿真運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 圖 3-4 仿真初始位置界面 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 26 4、機(jī)構(gòu)示意圖 該軟件運(yùn)行后，“機(jī)構(gòu)示意圖”這一按鈕處于可選擇狀態(tài)，點(diǎn)擊之后就會(huì)在區(qū)域 3中顯示出機(jī)構(gòu)的示意圖，如圖 3-6所示，這時(shí)“機(jī)構(gòu)示意圖”按鈕的名稱會(huì)變成“隱藏示意圖”，點(diǎn)擊之后機(jī)構(gòu)示意圖被隱藏。 圖 3-6 機(jī)構(gòu)示意圖顯示界面 圖 3-5 仿真運(yùn)動(dòng)暫停時(shí)的界面 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 27 5、數(shù)據(jù)保存 在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真之后點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)保存”按鈕，軟件會(huì)把所有的輸入輸出的參數(shù)以“ txt”格式保存起來(lái)如圖 3-7 所示，圖 3-8 是保存后的部分?jǐn)?shù)據(jù) 6、退出 點(diǎn)擊“退出”按鈕之后，軟件會(huì)結(jié)束運(yùn)行。 圖 3-8 運(yùn)動(dòng)仿真后保存的部分?jǐn)?shù)據(jù) 圖 3-7 數(shù)據(jù) 保存時(shí)的界面 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 28 3.2.6 引緯機(jī)構(gòu)反求軟件的功能特點(diǎn) 該引緯機(jī)構(gòu)反求軟件以 Visual Basic 6.0 為平臺(tái)，根據(jù)第 2 章中建立的運(yùn)動(dòng)分析模型編寫運(yùn)算程序，使得該軟件不僅能直觀的顯示出所設(shè)計(jì)的引緯機(jī) 構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，更能定量的得出機(jī)構(gòu)的參數(shù)和最終的運(yùn)動(dòng)曲線。根據(jù)輸出的結(jié)果再結(jié)合實(shí)際的引緯工藝要求對(duì)不恰當(dāng)?shù)牡胤侥芊奖憧旖莸淖龀鰞?yōu)化修改。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 29 第 4 章 引緯機(jī)構(gòu)三維模型的建立與仿真 由上述的引緯機(jī)構(gòu)反求軟件的功能介紹可以知道，該軟件在運(yùn)行過(guò)后可以將引緯機(jī)構(gòu)中所需的參數(shù)輸出并保存。這些數(shù)據(jù)中包含著非圓齒輪以及橢圓齒輪的節(jié)曲線離散點(diǎn)，根據(jù)這些點(diǎn)再基于學(xué)院課題組已經(jīng)研究過(guò)的齒廓生成軟件就可以得到各個(gè)齒輪完整的外形輪廓。這樣就可以在三維建模軟件中建立所設(shè)計(jì)的劍桿引緯機(jī)構(gòu)模型。 如圖 4-1， 4-2， 4-3， 4-4 所示分 別為機(jī)構(gòu)中非圓齒輪 8， 7 以及橢圓齒輪 3，6 的三維模型 圖 4-1 非圓齒輪 8 圖 4-1 非圓齒輪 7 圖 4-3 橢圓齒輪 3 圖 4-4 橢圓齒輪 6 兩非圓齒輪以及橢圓齒輪在機(jī)構(gòu)中的嚙合情況如圖 4-5， 4-6 所示 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 30 圖 4-5 非圓齒輪嚙合示意圖 圖 4-6 橢圓齒輪嚙合示意圖 在該機(jī)構(gòu)中行星架被設(shè)計(jì)為一個(gè)大圓盤，再通過(guò)軸將行星輪與太陽(yáng)輪連接在一起，組成第一，第二級(jí)行星輪系，如圖 4-7 所示 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 31 圖 4-7 行 星架的結(jié)構(gòu) 最后根據(jù)實(shí)際情況合理的設(shè)計(jì)其它的齒輪以及部件，最后得到的劍桿引緯機(jī)構(gòu)的三維模型如圖 4-8 所示 圖 4-8 劍桿引緯機(jī)構(gòu)三維模型 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 32 三維模型構(gòu)建完成之后需要建立適當(dāng)?shù)募s束，再將其導(dǎo)入 Adams 軟件中進(jìn)行三維仿真分析 ，如圖 4-9 所示，證明其運(yùn)行規(guī)律是符合實(shí)際引緯工藝要求的。 圖 4-9 引緯機(jī)構(gòu)三維仿真分析過(guò)程 浙江理工大學(xué)本科