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Z S T U
Zhejiang Sci-Tech University
本 科 畢 業(yè) 設 計
Bachelor’S THESIS
論文題目：橢圓齒輪-曲柄搖桿打緯機構的分析與設計
專業(yè)班級：09機械四班
姓名學號：單嘉岱 B09300406
指導教師：趙雄
遞交日期：2013年5月19號
浙 江 理 工 大 學
機械與自動控制學院
畢業(yè)論文誠信聲明
我謹在此保證：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)以上違反知識產權的情況，本人愿意承擔相應的責任。
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，劍桿織機因結構簡單，成本低而應用廣泛。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，當今劍桿織機機構的知識產權不在我國，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設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開始做基礎性研究工作。劍桿織機的打緯機構主要有三種：共軛凸輪機構、四連桿機構和六連桿機構。
本文綜述了目前國內外織機發(fā)展的現(xiàn)狀和打緯機構的研究情況，提出了一種新的打緯機構：橢圓齒輪-曲柄搖桿打緯機構。為分析該機構的打緯性能，建立了機構的運動學數(shù)學模型，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，得到打緯機構的運動學特性曲線。
了解和分析機構參數(shù)對運動規(guī)律的影響，通過對機構運動目標的確定，來優(yōu)化打緯機構的各參數(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，結合實際設計時的結構限制，取得了一組最佳參數(shù)。
關鍵字：打緯機構；橢圓齒輪；曲柄搖桿；運動學分析；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 today’s 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 mechanism’s 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 2
1.2.1 概述 2
1.2.2 四連桿打緯機構 2
1.2.3 六連桿打緯機構 5
1.2.4 共軛凸輪打緯機構 6
1.3打緯機構國內外研究現(xiàn)狀 7
第二章 橢圓齒輪-曲柄搖桿打緯機構運動學建模 8
2.1橢圓齒輪一曲柄搖桿打緯機構簡介 8
2.2機構運動學目標 8
2.3橢圓齒輪一曲柄搖桿的打緯機構運動學模型的建立 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 打緯機構運動學輔助分析初始界面 14
3.2打緯機構運動學輔助分析運行界面 15
3.3 打緯機構運動學輔助分析模擬界面 15
3.4進步界面 16
第四章 機構參數(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δ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 機構的結構設計 22
5.1 箱體的設計 22
5.1.1 箱體的結構約束 22
5.1.2 新機構參數(shù)的選擇 23
5.1.3 箱體的結構設計 23
5.2 橢圓齒輪的三維模型建立 24
5.3 曲柄的設計和圖紙 25
5.4 搖桿的設計和圖紙 26
5.5軸的設計和圖紙 27
5.5.1 軸的材料選擇 27
5.5.2 軸的結構設計 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 31
參考文獻 32
致 謝 33
浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文）
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，其中國外在華僑申請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)，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。
33
浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文）
1.2幾種典型的打緯機構
1.2.1 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。
（2） 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。
（3） 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。
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]。
1.2.2 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—曲柄;AB—連桿;OC—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—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
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—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
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
1.2.3 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%[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，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[5]。
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[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原理圖
1.2.4 共軛凸輪打緯機構
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—主軸;2—主凸輪;3、8—轉子;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
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。
1.3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[7]，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[8]。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[9]。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[10]。
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[11]。
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。
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和各自的優(yōu)缺點，論述了打緯機構目前國內外發(fā)展和研究狀況。
第二章 橢圓齒輪-曲柄搖桿打緯機構運動學建模
打緯機構是劍桿織機的五大核心機構之一，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。打緯機構的設計必須保證在后心位置有充足的引緯時間；而且打緯機構應簡單、堅固、操作安全。
2.1橢圓齒輪一曲柄搖桿打緯機構簡介
如圖2-1，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[12]。
圖2-1 橢圓齒輪—一曲柄搖桿打緯機構及其初始位置
2.2機構運動學目標
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有足夠的運動時間。所謂近似停頓 時間，是指在此時間內筘的擺動很小，約在 5mm左右。此機構所能達到筘座停頓時間為200°以上[13]，打緯終了能提供最大的打緯力。
2.3橢圓齒輪一曲柄搖桿的打緯機構運動學模型的建立
為方便計算，將相關參數(shù)列于如表2-1所示。
表2-1 相關參數(shù)表
符號
意義
符號
意義
a
橢圓齒輪長半軸
主動輪1的角位移
b
橢圓齒輪短半軸
主動輪2的角位移
k
偏心率，k=b/a
c
橢圓齒輪半焦距
軸心O到嚙合點P的距離
軸心A到嚙合點P的距離
主動輪1的角速度（均順）
從動輪2的角速度
從動輪2的角加速度
曲柄AB的長度
連桿BC的長度
搖桿CD的長度
支座AD的長度
曲柄AB與x軸的夾角
連桿BC與X軸的夾角
搖桿CD與X軸的夾角
連桿BC質心到B點距離
曲柄AB質心到A點距離
BD連線與X軸的夾角
搖桿CD質心到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。
圖2-2橢圓齒輪嚙合初始位置
如圖2-2，主動輪1勻速逆時針轉動時，從動輪2作順時針變速轉動。設主動輪1轉過角1，從動輪2轉過角2，這時兩橢圓瞬心線在臥島接觸(重合)。經推導得：
（2-1）
（2-2）
(在0～2π之間變化，在0～-2π之間變化)
又由橢圓齒輪的傳動特性得：
（2-3）
可以得出：
（2-4）
由式（2-1）到（2-4）可得出φ1和φ2之間的關系：
（2-5） 對（2-5）求導得：
（2-6）
式（2-6）中：
（2-7）
2.3.2搖桿的角位移、角速度和角加速度數(shù)學模型建立
曲柄與從動橢圓齒輪固結，故曲柄的角速度和角加速度和從動橢圓齒輪一樣，、。曲柄搖桿機構如圖2-3：
圖2-3 曲柄搖桿機構簡圖
由圖2-3，可列出方程：
(2-8)
其中
(2-9)
(2-10)
由（10）得：
=0
其中，
在BDC中，根據(jù)余弦定理有：
（2-11）
(2-12)
根據(jù)（2-11）、（2-12）兩式可求得和，則和已知。
（2-13）
建立速度及加速度方程：
（2-14）
（2-15）
（2-16）
（2-17）
（2-18）
（2-19）
（2-20）
（2-21）
式（2-20）和（2-21）中：
2.3.3 打緯點的角位移、角速度和角加速度數(shù)學模型建立
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：
(2-22)
上式中為初始時刻搖桿的角位移。
(2-23)
(2-24)
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輔助分析軟件，該打緯機構包含多級傳動，第一級由兩個橢圓齒輪組成，第二級為曲柄搖桿機構。該機構有一個輸入構件，即主動橢圓齒輪(織機主軸)的轉動。該機構通過橢圓齒輪傳動和曲柄搖桿機構實現(xiàn)將織機主軸的勻速轉動轉化為鋼筘的往復擺動。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結構參數(shù).
3.1 打緯機構運動學輔助分析初始界面
程序一運行就進入軟件的起始界面如圖3-1所示。該軟件的輸入參數(shù)為a、k，主動輪轉速n、l1、l2、l3和l4。
3-1打緯機構運動學輔助分析起始界面
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的機構簡圖。
3.2打緯機構運動學輔助分析運行界面
圖3-2 打緯機構運動學輔助分析運行界面
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)輸入框中輸入參數(shù)，或單擊輸入框中任何一個上下三角按鈕，機構的參數(shù)產生變化，此時幾個圖片框中輸出的內容如圖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)輸出框實時輸出此參數(shù)下打緯機構的初始安裝位置參數(shù)。
3.3 打緯機構運動學輔助分析模擬界面
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的運動仿真圖。如圖3-3所示：
圖3-3 打緯機構運動學輔助分析模擬界面
3.4進步界面
單擊“暫?！卑粹o會在當前位置停下，并在圖片框顯示當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步進或步退，右邊的圖片框用圓圈標示相應位置時刻劍頭運動參數(shù)值，如圖3-4所示：
圖3-4進步界面
單機“停止”關閉此程序。
第四章 機構參數(shù)對運動規(guī)律的影響
4.1 橢圓偏心率k的影響
通過對機構的分析，發(fā)現(xiàn)橢圓齒輪偏心率k對打緯機構的運動規(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，欲達到類似共軛凸輪的效果，k的取值應在0．6～0．8之間。圖4-2為文中所給定參數(shù)的打緯機構在轉速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，在織機中速運轉的工作條件下，k值可偏大選取，提高該打緯機構工作的平穩(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是一對矛盾的目標，不能取得兩方面的同時改進，因此，在機構的優(yōu)化設計中，參數(shù)k的設計尤其應該重視。
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δ的影響
δ為安裝是主動橢圓齒輪長軸與AO線的夾角，它不是機構的獨立參數(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合理設定。
打緯運動要求筘座在織機一個轉動周期內應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δ角來達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動應處于緩 慢的階段。曲柄搖桿機構的四桿長決定了其急回特性，因此在設計過程中，希望機構的極位夾η盡量取小，同時從動橢圓齒輪在其轉角為π+η時變化平緩。在本文所給定的一組機構參數(shù)下，單獨改變δ，得到筘座擺動曲線如圖4-3所示 。
圖4-3 δ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)的打緯機構在轉速300r／min，在機構其它參數(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)的打緯機構在轉速300r／min，在機構其它參數(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。并且在連桿長度變化的整個區(qū)間內，停頓時間的變化并不怎么顯著，停頓角的區(qū)間在2200～2300。
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表示打緯機構搖桿的角位移，角速度和角加速度曲線，橫坐標為曲柄轉角，縱坐標為搖桿的角位移，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。
第五章 機構的結構設計
目前國內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——曲柄搖桿引緯機構只能完成引緯動作，我國劍桿織機核心部件產權不具備的現(xiàn)實并不能得到改變。通過研究發(fā)現(xiàn)，橢圓齒輪——曲柄搖桿機構通過改變橢圓齒輪初始嚙合角與曲柄搖桿機構搭配，理論上也能達到共軛凸輪打緯機構所具有的后心停頓角長、打緯慣性力大等特征，在此基礎上設計新型引緯打緯機構，使之滿足現(xiàn)有共軛凸輪結構上的限制，達到類似共軛凸輪引緯和打緯效果。
5.1 箱體的設計
5.1.1 箱體的結構約束
如圖5-1所示為劍桿織機共軛凸輪箱的結構圖。箱體內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，通過設計兩對共軛凸輪的輪廓曲線來協(xié)調織機上引緯和打緯兩個主運動。其外部尺寸為，新箱體結構尺寸應該與其接近，并且不干涉劍桿織機上其他部件。在箱體內部織機主軸、引緯主軸和打緯主軸三者相對位置應保持不變，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
5.1.2 新機構參數(shù)的選擇
按照圖5-1所示結構約束，對橢圓齒輪的傳動特性分析表明，打緯機構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)機構外部和內部尺寸約束條件最后打緯機構的整體分布如圖5-2所示：
圖5-2 機構位置布局圖
圖5-2中O為織機主軸，打緯主動橢圓齒輪安裝在其上， 為打緯輸出軸，打緯筘座安裝在其上，軸的運動規(guī)律滿足打緯工藝要求。軸與軸水平垂直方向相對距離140，這與劍桿織機共軛凸輪箱箱體內部約束保持一致，便于新的箱體應用于原有機型。打緯機構的參數(shù)設定為、、、、、、、。
5.1.3 箱體的結構設計
箱體內部平面展開圖如圖5-3所示：
圖5-3 箱體平面展開圖
箱體的結構圖如圖5-4所示：
圖5-4 箱體結構圖
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圖，再利用拉伸等命令生成橢圓齒輪的三維特征效果圖。在特征創(chuàng)建過程中，關鍵步驟是草圖輪廓的繪制。
在橢圓齒輪節(jié)曲線上，節(jié)距和齒厚的計算公式同圓柱齒輪的基本公式一樣，均為：，。由于橢圓齒輪的節(jié)曲線是封閉的，所以要保證齒輪在節(jié)曲線上均勻分布。若齒輪的齒數(shù)為，模數(shù)為，則節(jié)曲線的總弧長，應恰好是個齒距，即應滿足。
設計要求的橢圓齒輪長短軸比，范圍在左右，為4。由這確定實際的橢圓齒輪，，。利用CAXA系列軟件作為輔助設計工具，得到橢圓齒輪的節(jié)曲線，對它按弧長35等分，確定各齒中心位置，查詢出個點在橢圓齒輪上的半徑，根據(jù)可以計算出在此位置上的當量齒的齒數(shù)，利用就可以調出所需齒形，根據(jù)齒輪點的法線位置將齒放到合適的位置就完成單個齒的繪制，如圖5-5第一個所示，圖5-5第二個為繪制好的整個橢圓齒輪二為草圖。
圖5-5 橢圓齒輪的繪制
利用二維草圖，對其進行拉伸操作，可以方便的得到橢圓齒輪三維模型。圖5-5第三個為本橢圓齒輪的三維模型。
5.3 曲柄的設計和圖紙
曲柄是整個傳動機構的一個重要組成部分，它固定在從動橢圓齒輪上，和連桿連接，設計二維圖見圖5-6：
圖5-6 曲柄二維圖
三維圖如圖5-7所示。
圖5-7曲柄三維圖
5.4 搖桿的設計
搖桿直接連接打緯輸出軸，打緯點的速度，加速度完全和搖桿一樣，所以直接影響著最后打緯的效果。搖桿二維圖見圖5-8：
圖5-8搖桿二維圖
搖桿三維圖如圖5-9所示。
圖5-9搖桿三維圖
5.5軸的設計和圖紙
5.5.1 軸的材料選擇
軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛胚多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價格低廉，對應力集中的敏感性較低，同時也可以中熱處理或者化學熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，因此，我們這邊所選的軸都是用45鋼（經調質處理）。
5.5.2 軸的結構設計
軸的結構設計是根據(jù)軸上的零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理的 確定軸的結構形式和尺寸。軸的結構設計不合理，會影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此，軸的結構設計是軸設計中的重要內容。
擬定軸上零件的裝配方案，所謂的裝配方案就是預定出軸上主要零件的裝配方向、順序和相互關系。例如圖5-10為從動軸結構圖，圖中左端先安裝齒輪，再在2安裝軸承擋圈，然后在1安裝軸承，最后安裝端蓋，右端先安裝軸承擋圈，再在4安裝軸承，最后在5安裝端蓋。這樣就對各軸段的粗細順序做了初步安排。
圖5-10從動軸結構圖
5.5.3提高軸的強度措施
軸和軸上的零件的結構、工藝以及軸上零件的安裝布置等對軸的強度有很大的影響，所以應在這些方面進行充分考慮，以利于提高軸的承載能力，減小軸的尺寸和機器的質量，降低織造成本。提高軸強度的措施：
1. 合理安排布置軸上零件一件小軸的載荷
為減小軸所承受的彎矩，傳動件應該盡量靠近軸承，并盡量不采用懸臂的支撐方式，力求縮短之撐跨距及懸臂長度等。本文所設計的軸都是齒輪放于靠近中心處。
2. 改進軸上零件的結構以減少軸的載荷
3. 改進軸的結構以減小應力集中的影響
軸通常是在變應力條件下工作的，軸的截面尺寸發(fā)生突變出要產生應力集中，軸的疲勞破壞往往發(fā)生在此處。為了提高軸的疲勞強度，應盡量減少應力集中源和降低應力集中的程度。軸肩處可用果斷倒角或是圓角來降低應力集中，如圖5-11所示。但是對定位軸肩，還必須保證零件得到可靠定位。
圖5-11軸肩放大圖
4. 改進軸的表面重量以提高軸的疲勞強度
軸的表面越平滑，疲勞強度也就越高，因此，應合理減小軸的表面粗糙度。
5.5.4 軸的強度校核
進行軸的強度校核計算時，應根據(jù)軸的具體受載及應力情況，采取相應的計算方法，并恰當?shù)倪x取應力。這里我們選取扭轉強度條件來校核軸的強度。因為我們選取軸的材料為45鋼，所以軸的許用扭轉切應力為25-45MPa之間。以圖5-10為校核對象，校核2段軸強度，利用公式：
把d=45mm，p=3KW，n=300r/min代入，可以得出是小于，所以此段處軸的強度符合要求，其余各段也用同樣的方式進行校核，結果都符合要求。
5.6 三維裝配圖
如圖5-12所示：通過二維cad草繪的尺寸在proe中畫出三維零件，并進行三維仿真。
圖5-12 三維裝配圖
搖桿的位移、速度和加速度曲線圖見圖5-13：
a 搖桿角位移曲線
b 搖桿角速度曲線
c 搖桿角加速度曲線
圖5-13 搖桿位移、速度和加速度曲線圖
通過對圖形的分析，得出輸出的曲線和實際所需運動需求相一致。
第6章 總結與展望
畢業(yè)設計做到這里已經接近尾聲，在整個過程中，完成了很多任務：
1. 查閱資料，了解打緯機構，基本理清各種打緯機構的傳動方式和特點，確定了機構設計目的。
2. 建立了機構運動學模型，并且了解了各個參數(shù)對運動特性的影響，最后通過輔助軟件確定參數(shù)。
3. 畫出二維、三維圖紙，并在proe中進行三維仿真，輸出仿真曲線圖，并進行了分析。
中間也遇到很多困難，比如橢圓齒輪這一級傳動的運動特性以及它的二維圖和三維圖的繪制，還有運動學建模時，各個分析段的建模過程怎么編寫等等。
當然本文所寫的只是一個開始而且，還有很多不足的地方，比如還需建立機構的動力學分析，并在軟件中分析各個力的大小，更加精確和完整的去分析機構的最佳運動參數(shù)，以至達到更好的的運動效果?？偠灾?，正真要去理解和分析這個打緯機構，還需要花更多時間和精力去深入其中。
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致 謝
從開始一無所知的我，到現(xiàn)在的懵懂?？梢运谴蜷_了一扇通向知識的大門。無論是在畫圖的規(guī)范，基礎知識的理解，還是一些軟件的應用，都得到了很大的提升，這和指導老師趙雄老師的細心指導密切相關。雖然總共見面次數(shù)不是很多，但每次都能帶我走出一個個的謎團和誤解，從而順利摸索到正解的路線，使我收益良多。當然還要辛苦我的評閱老師對我的細心評閱，對我一些不足的地方進行標注和提醒。
最后對所有幫助過我的老師說聲“謝謝”！