多梳經(jīng)編機(jī)復(fù)合針運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

多梳經(jīng)編機(jī)復(fù)合針運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

0復(fù)合針運(yùn)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)通過(guò)編織機(jī)編織編織材料通常包括成圈運(yùn)動(dòng)、牽引運(yùn)動(dòng)（涂層）和水平移動(dòng)運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)的有成圈運(yùn)動(dòng)裝置、牽引裝置和水平移動(dòng)裝置。成圈運(yùn)動(dòng)又由梳櫛、織針、沉降和脫圈的運(yùn)動(dòng)組成。經(jīng)編機(jī)中一般將梳櫛數(shù)少于10把的稱為少梳(櫛),多于10把的稱為多梳(櫛),由槽針和針芯所構(gòu)成的織針稱為復(fù)合針。少梳經(jīng)編機(jī)的梳櫛數(shù)少,質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小,一般采用其往復(fù)擺動(dòng)的方案,與經(jīng)編機(jī)成圈運(yùn)動(dòng)中的其它運(yùn)動(dòng)——織針的運(yùn)動(dòng)、成降運(yùn)動(dòng)和脫圈運(yùn)動(dòng)相配合實(shí)現(xiàn)編織織物所需的運(yùn)動(dòng)要求。多梳經(jīng)編機(jī)的梳櫛數(shù)多,質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大,一般采用其不運(yùn)動(dòng)的方案,將其運(yùn)動(dòng)疊加到復(fù)合針,這樣復(fù)合針的運(yùn)動(dòng)就由原有的運(yùn)動(dòng)(一般稱上下運(yùn)動(dòng))與梳櫛的往復(fù)擺動(dòng)疊加而成,屬于平面內(nèi)兩個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)問題。復(fù)合針由槽針和針芯組成,兩者在結(jié)構(gòu)上,槽針有扁平溝槽狀結(jié)構(gòu),針芯為扁平柱狀結(jié)構(gòu),針芯位于槽針的溝槽內(nèi),按照經(jīng)編工藝要求,兩者在運(yùn)動(dòng)上,沿槽針溝槽作往復(fù)相對(duì)直線運(yùn)動(dòng),以實(shí)現(xiàn)針芯對(duì)槽針針尖口處的封閉與開口。顯然,由梳櫛附加到復(fù)合針上的往復(fù)擺動(dòng),對(duì)槽針和針芯是一樣的。所以,多梳經(jīng)編機(jī)復(fù)合針的運(yùn)動(dòng)應(yīng)包括:復(fù)合針的往復(fù)擺動(dòng)、槽針的上下運(yùn)動(dòng)和針芯相對(duì)于槽針的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。成圈運(yùn)動(dòng)是經(jīng)編機(jī)的最主要運(yùn)動(dòng),復(fù)合針的運(yùn)動(dòng)是成圈運(yùn)動(dòng)的核心,因此,復(fù)合針運(yùn)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)是經(jīng)編機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。以往的研究主要對(duì)少梳櫛經(jīng)編機(jī)的成圈原理進(jìn)行分析,對(duì)進(jìn)口或仿制的少梳櫛經(jīng)編機(jī)成圈運(yùn)動(dòng)裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,研究少梳櫛經(jīng)編機(jī)成圈運(yùn)動(dòng)裝置中的四套連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)問題,或研究少梳櫛經(jīng)編機(jī)成圈運(yùn)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)。上述已有的各種研究中,未對(duì)多梳櫛經(jīng)編機(jī)成圈原理、各運(yùn)動(dòng)之間的配合關(guān)系和成圈運(yùn)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)問題進(jìn)行研究。從現(xiàn)代經(jīng)編機(jī)的發(fā)展方向來(lái)看,隨著編織織物花型的復(fù)雜性和層次感的提高,對(duì)經(jīng)編機(jī)梳櫛數(shù)的要求也越來(lái)越高,最高已達(dá)90把以上,基于此,需研究多梳經(jīng)編機(jī)的成圈原理和對(duì)復(fù)合針的運(yùn)動(dòng)要求,以適應(yīng)研發(fā)新機(jī)型的需要。本文根據(jù)多梳經(jīng)編機(jī)成圈運(yùn)動(dòng)工藝,分析復(fù)合針的運(yùn)動(dòng)要求,對(duì)已選用的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)類型,確定機(jī)構(gòu)尺度或設(shè)計(jì)出相應(yīng)凸輪。1復(fù)合針運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖1是多梳經(jīng)編機(jī)復(fù)合針常用的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)之一,26是槽針床,其上C點(diǎn)是槽針針尖點(diǎn),36是針芯床,其上Z點(diǎn)是針芯針尖點(diǎn),槽針床和針芯床在T點(diǎn)有移動(dòng)副實(shí)現(xiàn)兩者之間的相對(duì)直線移動(dòng),由26和36構(gòu)成的是針床。針床與擺臂13之間有移動(dòng)副,擺臂13的擺動(dòng)就是針床的擺動(dòng)。圖1(a)是針床擺動(dòng)機(jī)構(gòu),1是擺動(dòng)凸輪,使擺臂11擺動(dòng),通過(guò)平面四連桿機(jī)構(gòu)B0B1D1D0實(shí)現(xiàn)擺臂13的擺動(dòng),即針床的擺動(dòng)。圖1(b)是槽針上下運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),2是槽針上下運(yùn)動(dòng)主動(dòng)凸輪,使擺臂21擺動(dòng),通過(guò)平面四連桿機(jī)構(gòu)B0B2C2C0使擺臂23擺動(dòng),再通過(guò)桿25在槽針床上Q點(diǎn)鉸接,驅(qū)動(dòng)槽針床上下運(yùn)動(dòng)。圖1(c)是針芯運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),3是針芯運(yùn)動(dòng)主動(dòng)凸輪,使擺臂31擺動(dòng),通過(guò)平面四連桿機(jī)構(gòu)B0B3C3C0使擺臂33擺動(dòng),再通過(guò)桿35在針芯床上E點(diǎn)鉸接,驅(qū)動(dòng)針芯床相對(duì)槽針床作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。針床擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、槽針床上下運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和針芯運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別是自由度為1的平面機(jī)構(gòu),所以,整個(gè)復(fù)合針運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是自由度為3的平面機(jī)構(gòu),機(jī)構(gòu)的3個(gè)運(yùn)動(dòng)輸入分別是三個(gè)凸輪,即擺動(dòng)凸輪、槽針凸輪和針芯凸輪,實(shí)際機(jī)器中,三個(gè)凸輪固定安裝在同一根主軸A0上由一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng),但3個(gè)凸輪之間有相位角要求。由于針床擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、槽針上下運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和針芯運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)都是自由度為1的平面機(jī)構(gòu),所以,可以根據(jù)結(jié)構(gòu)需要和可能由不同結(jié)構(gòu)類型的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。圖1中擺動(dòng)機(jī)構(gòu)由凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)一平面四連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)針床擺動(dòng),也可以由單自由度平面多連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn),如平面六連桿機(jī)構(gòu)。槽針上下運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和針芯運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在不同機(jī)型中,C0點(diǎn)位置可以不同,如有的機(jī)型置于與D0點(diǎn)同一垂直線上,一般在D0點(diǎn)正下方。圖1(b)中的槽針上下運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)也可以通過(guò)構(gòu)件25直接連接B2點(diǎn)于E點(diǎn),省去平面四連桿機(jī)構(gòu)B0B2C2C0,結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單和緊湊,但槽針的上下運(yùn)動(dòng)動(dòng)程較小,應(yīng)用于梳櫛數(shù)不是特別多的機(jī)型。2針的復(fù)合運(yùn)動(dòng)要求分析2.1通過(guò)旋轉(zhuǎn)速度至軸類物質(zhì)的方向發(fā)展在復(fù)合針運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中,當(dāng)主軸轉(zhuǎn)一周時(shí),槽針針尖和針芯針尖配合完成一個(gè)動(dòng)作周期。在一個(gè)動(dòng)作周期中,槽針針尖需經(jīng)過(guò)若干關(guān)鍵位置以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的鉤紗動(dòng)作要求。圖2中的圓圈是某經(jīng)編機(jī)一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)槽針需到達(dá)的點(diǎn)的位置,稱之為工藝要求到達(dá)點(diǎn),分別是1,2,3,…,26,27。圖中標(biāo)注的角度是相應(yīng)主軸的轉(zhuǎn)角,如圖2所示。圖2中位置1為主軸0°時(shí)槽針針尖的位置,以該點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O,水平方向?yàn)閄軸,垂直方向?yàn)閅軸,建立圖示直角坐標(biāo)系XOY,可得到槽針針尖要求的各工藝要求到達(dá)點(diǎn)坐標(biāo)位置。2.2擬合曲線的擬合為了設(shè)計(jì)凸輪廓線,需要根據(jù)槽針針尖的工藝要求到達(dá)點(diǎn)擬合出其相應(yīng)運(yùn)動(dòng)軌跡曲線,即槽針針尖的運(yùn)動(dòng)軌跡。圖2中槽針針尖工藝要求到達(dá)點(diǎn)共有27個(gè),擬合時(shí)取其中幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn),這樣擬合出的曲線可以滿足實(shí)際應(yīng)用要求。擬合曲線時(shí),曲線需通過(guò)關(guān)鍵點(diǎn)并光滑,曲率方向變化應(yīng)盡可能少,這樣可以減少機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)構(gòu)件中慣性力方向的改變次數(shù),使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),減小沖擊和振動(dòng)。如圖3所示為根據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)擬合出的槽針針尖運(yùn)動(dòng)軌跡及離散采樣后的點(diǎn)。2.3結(jié)構(gòu)參數(shù)及h值的計(jì)算在槽針針尖和針芯針尖配合完成一個(gè)動(dòng)作周期過(guò)程中,在不同的主軸運(yùn)動(dòng)位置,針芯針尖與槽針針尖之間有相對(duì)位置要求。圖4所示是只含有槽針和針芯末端執(zhí)行點(diǎn)(槽針針尖和針芯針尖)的機(jī)構(gòu)局部(圖1的局部)。根據(jù)工藝要求,槽針(構(gòu)件36)與針芯(構(gòu)件36)的擺動(dòng)相同,即它們之間沒有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),槽針針尖和針芯針尖之間只有沿?cái)[臂13在R(Q)U方向上的相對(duì)直線移動(dòng)。在結(jié)構(gòu)上,圖中平行于R(Q)U。圖4(b)和(c)分別是槽針和針芯。設(shè)槽針針尖C相對(duì)Q點(diǎn),并以R(Q)U及其垂直方向表示其位置為Cx和Cy,夾角αc為:如圖4(b)所示。同樣,設(shè)針芯針尖Z相對(duì)E點(diǎn),并以及其垂直位置方向表示其位置分別為Zx和Zy,夾角αZ為:如圖4(c)所示。根據(jù)工藝要求,針芯針尖Z點(diǎn)相對(duì)于槽針針尖C點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向平行于(或R(Q)U),且它們的相對(duì)運(yùn)動(dòng)應(yīng)平行于因此,在結(jié)構(gòu)上,應(yīng)有下述尺寸關(guān)系:設(shè)槽針針尖C和針芯針尖Z點(diǎn)之間沿(或R(Q)U)方向的相對(duì)位移為h,在主軸不同轉(zhuǎn)動(dòng)位置,h值要求不同。對(duì)某型經(jīng)編機(jī),要求主軸轉(zhuǎn)角38觷時(shí),h=7mm;主軸轉(zhuǎn)角50觷~280觷時(shí),h=8~11mm;主軸轉(zhuǎn)角310觷~360觷時(shí),h=0,即在310觷~360觷,槽針針尖與針芯針尖閉合。按照該要求,結(jié)合圖2取主軸若干轉(zhuǎn)角位置為關(guān)鍵點(diǎn),產(chǎn)生與槽針針尖軌跡點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的h值,圖5是產(chǎn)生的h的線圖,相鄰兩點(diǎn)之間區(qū)段上等分點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的h值按線性變化得到。得到h的曲線后也需對(duì)其進(jìn)行采樣,各區(qū)段等分?jǐn)?shù)按等分間隔為主軸轉(zhuǎn)角0.2觷計(jì)算,這樣也是1801個(gè)點(diǎn),與槽針針尖軌跡擬合后離散采樣的點(diǎn)數(shù)一樣。3針座的設(shè)計(jì)3.1針床擺動(dòng)原則圖6(a)所示針床擺動(dòng)機(jī)構(gòu)和槽針上下運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)需要設(shè)計(jì)確定的參數(shù)有:各機(jī)架點(diǎn)的位置,各桿件的長(zhǎng)度及針床擺動(dòng)凸輪和槽針上下運(yùn)動(dòng)凸輪的輪廓線。機(jī)構(gòu)中A0、B0、C0和D0點(diǎn)的位置根據(jù)機(jī)器結(jié)構(gòu)需要和可能選取,連桿的尺寸根據(jù)傳動(dòng)角和運(yùn)動(dòng)范圍限制選取。圖6(b)是由圖6(a)中獨(dú)立出的帶有槽針針尖C點(diǎn)的開式鏈機(jī)構(gòu)D0UQC,以D0點(diǎn)為原點(diǎn),垂直方向和水平方向分別為x2和y2方向建立圖示直角坐標(biāo)系之間夾角αc由式(1)確定,如圖6所示。設(shè)槽針針尖C點(diǎn)需實(shí)現(xiàn)軌跡上任一點(diǎn)坐標(biāo)為(x2,y2),并設(shè)機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件為如圖所示的矢量,則有:寫成指數(shù)形式為:式中:φe為矢量的幅角,Ssx為矢量的模,φsx為其幅角,且:φc為矢量的幅角,且:r為矢量的模,φ為其幅角,且:將式(5)寫成復(fù)數(shù)形式并展開,等式兩邊實(shí)部和實(shí)部相等,虛部與虛部相等,從而有:在上式中消去Ssx,可求得未知量φe為:式中,a=rsinφ,b=rcosφ,c=lccosαc-e。φe有兩解,結(jié)合圖6中φe的相位,可選擇其中的某一個(gè)φe值為滿足C點(diǎn)坐標(biāo)(x2,y2)要求的解。進(jìn)一步,將φe值代入式(6),可求得Ssx。在圖6中,對(duì)機(jī)構(gòu)B0B1D1D0以B0點(diǎn)為原點(diǎn),為坐標(biāo)軸x1方向建立直角坐標(biāo)系x1B0y1,各構(gòu)件為如圖所示的矢量,則有:進(jìn)一步,有:式中,φ11、φ12和φ13分別為構(gòu)件11、12和13的幅角,且φ13=φe-α1b+α1,α1b是構(gòu)件13中之間的夾角,如圖6所示,l11、l12、l13和l14分別是構(gòu)件11、12、13和14的長(zhǎng)度,α1為x1軸與垂直方向(x2軸)之間的夾角,且:φ14=0°,將式(9)展開后,得:式中,a=2l11l13sinφ13,b=2l11(l13cosφ13+l14),c=l212-l211-l213-l214-2l13l14cosφ13,φ11即為針床擺動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)從動(dòng)件的擺角。在圖6的坐標(biāo)系x1B0y1中,機(jī)構(gòu)C0C2QUD0中各構(gòu)件為圖示的矢量,有矢量方程:進(jìn)一步,可寫成:式中,l23、l25和l27分別是構(gòu)件23、25和27的長(zhǎng)度,φ23和φ25分別為構(gòu)件23和25的幅角,φ27為機(jī)架線矢量的幅角,大小為:將式(13)展開后,可求得:式中：a=-2d2l23，在坐標(biāo)系x1B0y1中,對(duì)機(jī)構(gòu)B0B2C2C0,各構(gòu)件為圖示的矢量,從而有矢量方程:進(jìn)一步,可寫成:式中,l21、l22、l23和l24分別是構(gòu)件21、22、23和24的長(zhǎng)度,φ21、φ22和φ23分別為構(gòu)件21、22和23的幅角,φ24為機(jī)架線矢量的幅角,大小為:式(17)展開后,可求得:式中:a=-2d2l21,φ21即為槽針上下運(yùn)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)從動(dòng)件的擺角。3.2針芯擺動(dòng)從動(dòng)件形狀和長(zhǎng)度圖7所示為針芯機(jī)構(gòu),其中,A0、B0、C0和D0點(diǎn)與槽針機(jī)構(gòu)中相應(yīng)點(diǎn)完全相同,連桿機(jī)構(gòu)部分的尺度也是根據(jù)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角和運(yùn)動(dòng)范圍限制選取。在圖7(a)中,過(guò)E點(diǎn)作的垂線交于V點(diǎn),在坐標(biāo)系x1B0y1中對(duì)矢量多邊形C0D0UVEC3,有:進(jìn)一步寫成:式中,l33、l35和l37分別是構(gòu)件33、35和37的長(zhǎng)度,φ33和φ35分別為構(gòu)件33和35的幅角,φ37=φ27同式(14),S為E和Q點(diǎn)在R(Q)U方向的位移,如圖7(b)所示,與槽針針尖C和針芯針尖Z之間的位置有如下的關(guān)系:將式(21)展開后,可求得:式中:a=-2d2l33,進(jìn)一步,在坐標(biāo)系x1B0y1中對(duì)矢量多邊形B0B3C3C0,有:進(jìn)一步,可寫成:式中:l31、l32、l33和l34分別是構(gòu)件31、32、33和34的長(zhǎng)度,φ31和φ32分別為構(gòu)件31和32的幅角,φ34=φ24同式(18),將上式展開后,可求得:式中:a=-2d2l31,φ31即為針芯運(yùn)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)從動(dòng)件的擺角。將2.1~2.3分析得到的槽針針尖的運(yùn)動(dòng)軌跡離散化后的坐標(biāo)值和槽針針尖與針芯針尖之間的相對(duì)位移離散化后的值,代入上述分析得到的公式中,可求得針床擺動(dòng)凸輪、槽針上下