共轭凸轮打纬机构分析与优化

!!共轭凸轮打纬机构分析与优化滕!兵J!何!勇P!沙!玲J!E O上海工程技术大学"上海B D E G B D#B O东华大学"上海B D E G B D$摘!要%文章对共轭凸轮打纬机构进行了简要介绍!建立了某剑杆织机共轭凸轮打纬机构的虚拟样机!分别对主副凸轮及单侧共轭凸轮进行了运动学仿真及研究!并同时针对实际工况中的问题!对该共轭凸轮进行了优化设计"本文的方法对旧织机改造与新型织机开发具有一定的参考意义"关键词%共轭凸轮#打纬机构#运动学#仿真#优化中图分类号%.6J R S O J S L文献标识码%‘文章编号%J R R K Z S R P U!P R R_$R J Z R R V R Z R S!!虚拟产品开发技术在发达国家应用日趋广泛!成熟"特别是在航空!航天!军事!汽车等工业领域成功的事例很多#该技术在国内起步较晚"却已引起各个企业的广泛重视"虽然能系统完整地应用虚拟产品开发技术的企业或研究单位现在还不是很多"但有许多企业开始应用一项或数项单元技术并且取得了明显的效益#I4I!6是目前世界上应用比较广泛的机械系统动力学仿真分析软件#它可以建立和测试虚拟样机"实现在计算机上仿真分析复杂机械系统的运动性能与动态性能等功能#收稿日期%P R R Q Z J P Z P K作者简介%滕!兵$J K U J%&"男"山东威海人"助教#E!共轭凸轮打纬机构工作原理打纬机构是将纬纱推向织口与经纱交织"从而形成织物的机构#图J所示为共轭凸轮打纬机构#当主轴J回转时"主凸轮P推动转子S"带动筘座角V以摇轴L为中心按逆时针方向摆向机前"使筘座Q上的钢筘_进行打纬#此时"转子U 在双臂摆杆作用下紧贴副凸轮K#打纬完毕后"副凸轮变成主动"推动转子U"使筘座脚按顺时针方向向机后摆动"此时转子S又紧贴主凸轮#两凸轮如此相互共轭来完成往复运动"由于共轭凸轮作用"筘座脚回程也是积极传动"这就有利于打纬机构实现高速化$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$#并最终帮助企业赢得更大的服装市场#然而需要注意的是"并不是所有的企业都适合这种开发模式"如对于一些正装品牌而言还是应以设计师为主"一般来说"买手型产品开发模式更适合一些时尚类的休闲服装品牌#因此"企业必须根据自身特点"谨慎地运用这种产品开发模式#参考文献%’J(!王士如"高彩凤"韩贤军O服装企业买手模式’!(O北京)中国纺织出版社"P R R L O’P(!陈晓鹏"李克兢O服装业大批量定制生产的配置设计’8(O山东纺织科技"P R R V"$P&)S L%S_O1’2’3.45-8)5’:.-;/4)X7’<’+-=0’8):3))’.8-LW/K’.?-;’*8!+-)5*8@%8)’.=.*2’676,(8*&’,"4#./0,*E,)-$M#’(?&*W’#a"A D#=7"M#’(?&*P Q Q R_J"+)#’&&A O2).34)).)A*,()&’&>7D#’(=)"B*’B"[=*H\,7"A D&’?[A*B"D D*H&[[7>#’([A*?,B=Z?"a">*[Y"’= [&=="A’D*H\,7"AY*?""=)"[&["A=A#"D=*#’D=A,B=B>*=)#’("’="A[A#D"=*&[[>7=)#DY&?"&B B*A?#’(=* =)"#A B*’?#=#*’&’?(#a"DD*Y"#’D=A,B=#*’D*’)*X=*&[[>7=)#DY*?"O E’=)""’?"#=#>>,D=A&="D=)" \,7"A[A*?,B=?"a">*[Y"’=Y*?"#’?"=&#>X#=)"-&Y[>"OP’K9-.;2)\,7"A D*[A*?,B=?"a">*[Y"’=*B>*=)#’("’="A[A#D"*Y&A]"=#’H*A Y&=#*’　万方数据图J !共轭凸轮打纬机构J !主轴P !主凸轮S "U !滚子V !筘座脚L !摇轴Q !筘座_!钢筘K !副凸轮B !虚拟样机的建立本文所分析的共轭凸轮打纬机构在N A *#@中完成各零部件的三维实体造型$然后进行整机装配$最后通过接口模块!@+/I ^E 6!#N A *定义刚体及约束$将模型输出到I 4I!6中$从而完成虚拟样机的建立%B O E !模型的建立和简化在N A *#@中主要通过拉伸"旋转"扫描"混合等方式进行创建三维实体$这里对共轭凸轮的实体模型的建立进行简要介绍%该共轭凸轮的数据是通过测绘得出的$所以在建立凸轮时先以测绘点为基准点绘出轮廓曲线$再通过拉伸轮廓曲线创建出凸轮的实体模型%在实体模型中零件的一些特征$如倒角"圆角"轴的退刀槽等$还有装配体中的螺钉"螺帽等$这些信息对仿真分析影响甚微$如保留这些信息$则要降低数据传送速度$增加仿真时间及分析时程序的计算量$所以在传递信息之前$需要对N A *#@中的实体模型进行简化和修整$把实体模型中的这些特征及零部件尽量删去$图P 所示为简化后的装配图%图P !简化装配图B O B !建立虚拟样机将模型简化后$在!"B )#N A *环境中进行刚体和约束的定义$按照理想情况所定义的刚体及其间的约束副如表J 所示%经过上述的定义$模型在!"B )#N A *环境下建立完成$利用I 4I!6J P O R 与N A *#@P R R J 的接口技术$选用9#>"*["A &=#*’&@-[*A ==*I ?&Y D $在6>&;"*Y "=A 7%,&>#=7选项中填写最高精度J R $以保证模型数据的准确传输$经过上述操作后$模型直接在I 4I!6界面下生成$在基体与左共轭凸轮的铰接副上加旋转驱动副$取主轴转速为V R R A [Y $则虚拟样机建立成功%表E !模型刚体和约束副定义刚体约束组件约束副约束副数基体基体与共轭凸轮/#’("&铰接’P 左共轭凸轮基体与摇轴/#’("P 右共轭凸轮基体与传动轴/#’("J 左摇轴基体与筘座/#’("J右摇轴共轭凸轮与摇轴+&Y &B ,A a "*’B ,A a "’V 传动轴摇轴与筘座+*,[>"&关联副’P 筘座共轭凸轮与传动轴+*,[>"PH !虚拟样机的仿真与分析前面提到共轭凸轮的轮廓是通过测绘得出$在物理样机中由于零件都具有弹性$所以机构是可以运动的$而在I 4I!6中机构中的零件均以刚体对待$若将主副凸轮的凸轮同时定义$则势必造成仿真无法进行%对此我们分别对主副凸轮以及单侧的共轭凸轮进行仿真$得到各自的运动规律$如图S 所示%由以上数据图可以看出(在一个回转周期过程&取R c R L "R c P RD 作为一个周期’中$初始阶段打纬摇轴的角速度为零$此时筘座处于静止状态$这一时间持续较长$引纬剑头利用这一时间段将纬纱引入)筘座由静止向前摆动进行打纬时$其速度逐渐减到零$加速度达到最大)筘座由前向后摆动到起始位置时$角速度"角加速度也逐渐减小到零%由于共轭凸轮的共轭精度无法保证$所以在筘座的加速度曲线图中可看出有较多突变$产生柔性冲击$这是导致机构振动增大"产生噪声的主要因素$并且严重影响打纬质量%由于共轭凸轮打纬机构在一个运动周期中筘座静止时间长$运动时间短$动作急速$使凸轮打纬机构在动态&机构实际运动’与静态&名义运动’之间有一定的差异(#机构在急速的运动中显示出构件弹性的影响$筘座的实际运动实质上是围绕名义运动&类似梯形加速度规律’所作的弹性振动$实际的加速度峰值大于设计值%$由于筘座运动是作弹性振动$当名义运动处于静止时$筘座并没有真正静止不动$是作衰减自由振动$即有残余振动$所以当筘座静止时$打　万方数据纬摇轴加速度有微小的波动!这些小波动会降低运动的稳定性!直接影响到打纬的质量"图S !主副凸轮及单侧的角速度#角加速度F !优化设计为了降低振动!减小噪声!选择摇轴加速度曲线作为优化目标!通过对共轭凸轮的轮廓进行优化分析!使摇轴加速度曲线更趋于光滑"由于凸轮轮廓中的基圆部分对从动件的加速度影响不大!所以只对凸轮轮廓的推#回程部分进行优化"此部分工作量巨大!在此仅做简要介绍"在I 4I!6$b #"X 中利用其零件库创建凸轮的模型"将测绘点作为设计点!通过拉伸%@-=A ,Z D #*’&命令创建出凸轮的模型!再创建摇轴的简化模型!保证两者位置关系满足装配关系!施加约束和动力源!测出摇轴的角速度#角加速度曲线"在I 4I!6$b #"X 中选6#Y ,>&=#*’&4"D #(’6=,?7!4G @!G [=#Y #0"命令!依次对设计变量进行优化!得出每个设计变量对曲线影响的敏感度#最优值"优化后的角速度#角加速度曲线图如图V 所示"从优化后的曲线图中可以得到以下结论’%J&优化后的摇轴的角加速度曲线比优化前减少了突变!降低了机构的柔性冲击!可以减小机构振动!降低噪声"图V !优化后摇轴角速度#加速度曲线图%P&优化后的摇轴的角速度和角加速度在打纬时刻的最大值与优化前的相比较!几乎没有发生变化!所以优化后的机构不会存在打纬力矩过大!增加织机回转的不匀的问题"%S&优化后的筘座在回到起始位置时的角加速值比优化前的约减小S c P PhJ R V ?"($D P!如此降低回程的冲击力!有利于减振除噪"C !总结本文对某剑杆织机的共轭凸轮打纬机构进行虚拟样机的建立!可对共轭凸轮打纬机构的运动进行直观检验!在此基础上对打纬机构进行了运动学仿真与分析!并对打纬机构的共轭凸轮进行优化设计"文中所采用的方法为消化吸收和设计开发新型纺机!对现有在役纺机进行改进!提供了一种有效的设计和分析手段"参考文献!(J )!陈!明O 新型织机(!)O 上海’中国纺织大学出版社!J K K K O (P )!陈瑞隆O 打纬理论的研究(!)O 北京’财政出版社!J K Q S O (S )!+)"’95O !"B )&’#B D&’??"D #(’*H B &Y Y "B )&’#D Y (!)O ^"X 5*A ]’N "A (&Y *’[A "D D !J K U P O $5’A 83+K 2*238;"=)*0*V 3)*-8-L!-8]/@3)’!30*8W ’3)*8@X /=?’4538*20F 2./>,)-J !"2<8)-P !@"#0,)-J%J O 6)&’()&#W ’#a "A D #=7*H@’(#’""A #’(6B #"’B "!6)&’()&#P R J Q P R !+)#’&*P O 4*’(),&W ’#a "A D #=7!6)&’()&#P R J Q P R !+)#’&&A O 2).34)’.)"[&["A \A #"H >7#’=A *?,B "?=)"\"&=#’(Z ,[Y "B )&’#D Y*H B *’<,(&="B &Y !D "=,[a#A =,&>[A *=*=7["*H A &[#"A1**Y i DB *’<,(&="B &Y !Y &?"]#’Y &=#B DD #Y ,>&=#*’D =,?7&’?*[=#Y #0"?B *’<,(&="B 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