剑杆织机的引纬机构.docx

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剑杆织机的引纬机构

剑杆织机的引纬机构

摘要总结了剑杆织机引纬机构的现状,重点分析了几种典型引纬机构的工作原理及其各自的优缺点及创新。

关键词剑杆织机引纬机构

1前言

剑杆引纬机构是剑杆织机的五大核心机构之一,它将纬纱引入梭口,形成织物所需的纹理。

剑杆织机引纬过程纬纱始终受到剑头的积极控制,引纬失误少,可靠性高,可以实现对许多引纬比较困难的纱线进行引纬,其制织品种的适应性极其广泛,尤其在色织上更具优势,配以多臂机或提花机,采用多色纬可织造出图案复杂多变、色彩绚丽的高级宽幅织物。

同时剑杆织机的门幅宽,因此剑杆织机成为应用最广泛的一种无梭织机。

现代织机在适应高速、高效的同时,对引纬机构的性能要求越来越高,引纬机构设计的好坏直接决定了整机性能的优劣。

本文综述了目前常用引纬机构的工作原理及其优缺点,并提出一种新型的引纬机构,同时对该机构进行初步的分析。

2剑杆织机引纬机构的研究进展

剑杆织机是无梭织机中最早发明和推广应用于生产实践的一种织机,经过多次更新换代,当今最先进的剑杆织机已经与早期的剑杆织机大相径庭。

下面分析几种典型的剑杆引纬机构。

2.1共轭凸轮引纬机构

共轭凸轮引纬机构是应用最多的一种机构,如SM93（SOMET公司）、GA731（杭纺机）、TT-96（浙江泰坦）、HGA732（浙江精工）、JWG1726（经纬纺机）、LL680（无锡亨利）、JZ2（西航）、LGA783（聊城纺机）等剑杆织机采用该类型引纬机构。

它采用分离筘座,引纬和打纬运动没有直接的传动关系。

共轭凸轮引纬机构的运动原理如图1所示。

该引纬机构有一个自由度,由共轭凸轮、连杆机构和轮系组成。

共轭凸轮1使刚性角形杆H1AH2作往复摆动,摆杆AB和杆H1AH2刚性连接,通过四连杆机构ABCD驱动与摇杆CD刚性连接的圆柱齿轮2作往复摆动。

最后经过定轴轮系Zl、Z2、Z3和剑轮3的放大,使与剑轮啮合的剑带4获得往复最终所有的捻度。

共轭凸轮引纬机构的剑头运动规律在理论上可按照任意曲线要求来设计,如采用改进的梯形加速度的曲线控制剑头缓慢进入梭口,平稳交接剑,使得共轭凸轮引纬机构在织造过程中纬纱的张力变化较平缓,纬纱断纬、缩纬率低。

整个机构的性能取决于共轭凸轮的设计,其结构比较复杂,材质要求高,同时凸轮廓线加工精度要求相当高（要求廓线误差小0.01mm）,制造难度很大,如存在误差就产生冲击。

国产众多剑杆织机产品采用该引纬方式,但由于精度不够导致不能长时间高速运行。

经磨损后,机构的性能会明显下降,冲击和振动加剧,影响正常的织造。

2.2变导程螺旋引纬机构

C401系列织机采用的是变导程螺旋引纬机构,其结构比较简单,传动可简化为曲柄滑块机构。

如图2所示,主轴带动曲柄AB,经过连杆BC使滑块型螺母C产生往复运动,螺母C与螺杆1形成螺纹副,带动螺杆转动,从而带动螺杆轴上的剑轮2传剑。

通过设计螺杆的导程,可获得所需的剑头运动规律。

变导程螺旋引纬机构优点是传动链短、结构紧凑。

通过设计螺纹的导程可使得剑杆进足时加速度为零,

交接条件好。

缺点是螺纹副的传动效率低,而且同共轭凸轮一样,变导程螺杆加工要求也较高。

变导程螺旋引纬机构只在满幅织造剑杆进足时加速度才能为零,所以对于不同的织幅要求,螺杆是不能通用的。

2.3差动轮系连杆机构

差动轮系连杆机构传动的引纬机构,如TP500（SMIT公司）、GA74型剑杆织机采用该类型非分离筘座式引纬机构,如图3所示。

周转轮系的轴心O为筘座脚CO的摆动中心,AO1B杆的转动经连杆分别传递给杆DO和筘座脚。

DO的角速度X1即为周转轮系内齿轮1的角速度,CO的角速度X2为周转轮系转臂的角速度。

在X1和X2作用下,中心轮2以合成速度X3作往复摆动,通过圆锥齿轮系（4、5、6和7）带动传剑轮8。

其接纬剑传动机构中,以四连杆代替了图中的六连杆AO2D。

图3差动轮系连杆机构传动引纬机构该机构能很好满足送、接纬剑不同的运动规律要求,实现0接力0引纬,改善交接纬时纬纱张力变化大或纬纱松弛导致交接失误现象。

但传动路线长、结构复杂,也由于连杆机构运动特性,剑杆加速度曲线不如共轭凸轮及变导程螺旋引纬机构理想。

该机构采用非分离筘座式结构,由于打纬有一定动程且要求梭口高度较大,加之筘座的转动惯量大,不利于车速的提高。

3.1新型引纬机构的组成、工作原理和优缺点

椭圆齿轮曲柄摇杆引纬机构用一对椭圆齿轮取代共轭凸轮。

要减少动载荷,共轭凸轮轮廓曲线要满足二阶连续要求,制造上困难大。

椭圆齿轮目前可以通过线切割方法、椭圆插齿机和椭圆滚齿机得很好的齿轮轮廓[5~7],比共轭凸轮加工简易,且安装方便。

引纬机构需要实现非匀速传动,如果简单的采用偏心齿轮传动,在传动过程中会因为齿侧间隙变化带来大的振动,而椭圆齿轮传动齿侧间隙不便,因此椭圆齿轮传动平稳。

4.1

（2）剑杆织机引纬机构的国内外研究现状分析

国外学者对剑杆织机引纬机构进行的研究

①对现有剑杆引纬机构的介绍和研究有:

Dawson对主要的几种剑杆引纬机构进行了比较,尤其是对两种最常见的引纬机构的特性进行了分析,并指出了新型技术在引纬机构中的运用。

ZdenekKoloc对剑杆织机引纬机构的寻纬机构进行了动力学分析,并利用传递矩阵法,进行多次迭代动力学方程求解。

ChadwickArthur介绍了织物的织造工艺,并介绍了几种不同类型的剑杆织机引纬机构。

Dawson,R.M.针对现今剑杆织机的厂家和设计的多样化,提出将来设计的织机将会分为两个等级,并对通用于剑杆织机及设备设计研究的方法进行了引导性的陈述。

②对新型剑杆织机引纬机构的研究有:

WashidaKazuo提出了一种可以自始自终控制纬纱运动规律的伺服电机引纬机构,并进行实验研究,实验表明引纬运动规律对纬纱张力的影响很大,推导得出了二者的关系,并建立其数值模型。

Tinis,F.提出了一种九连杆刚性剑杆引纬机构,针对大量的设计参数,将机构分为数个子系统,进行子系统优化设计,运用一种探索式的方法进行机构综合分析,并将分析结果与现有剑杆织机进行了比较。

GuentherKurt等介绍了SulzerRuti公司生产的高性能G6200剑杆织机,阐述了应用于现代高性能织造的引纬机构在各种类型织物的织造中的重要运用,根据设计目标,得到了在具体工业运用中G6200织机在可接受故障率内的最大引纬率。

③对剑杆引纬工艺特性的研究有:

McMahon,J.F.对双剑杆织机引纬过程中的纬纱平均张力和瞬时张力进行了研究,并且提出将IRO型IWF累加器应用在引纬系统上以减小纬纱最大瞬态张力的方法。

VangheluweLieven建立了剑杆织机引纬过程中纬纱张力的数值

模拟模型,并介绍了如何利用该分析模型来优化设计合理的纬纱制动装置,以达到在高引纬率条件下减少断纬率的目标。

BlumStig-Arne研究了引纬速度和纬纱张力的比例关系,阐明在技术落后的慢车速织机上使用纬纱张力控制器的重要性,并提出了可以应用在这些织机上的纬纱张力控制装置。

PrevidiFabio建立了剑杆织机引纬机构送纬过程的数学模型,将一段有限长度的纬纱空间离散化,实验得到了不同纬纱材料的弹性和阻尼系数,模型运算结果由一个典型的微分方程表示,模拟结果表明所提出的数学模型可以为预测断纬

2）国内学者对剑杆织机引纬机构的研究情况

①对现有剑杆织机引纬机构进行的分析和研究有:

李克让等对典型的正置空间曲柄摇杆引纬机构进行动力学分析,在摇杆最大摆角为30o时,分析了输出杆的结构压力角随不同的输出杆长度值时的变化规律,得到一组能满足传动性能要求的较佳机构参数,同时指

出机构需进一步解决的问题。

原建国等分别介绍了G1611型和G1731型剑杆织机引纬机构的运动原理及规律,调整引纬机构的参数,并对剑头的运动学曲线和引纬机构的调整进行了分析、讨论。

郑智毓等对G6300型剑杆织机引纬机构进行了分析,通过MEC-B

型机械动态参数测试仪,对引纬机构进行测试,并阐述该机构性能及有关特征数据,还分析讨论了送、接纬剑头的动态曲线和工艺参数。

雷金锋等对C410S型剑杆织机、SM-93型挠性剑杆织机和TP500型剑杆织机引纬机构的运动曲线进行比较和分析,得出了曲柄滑

块引纬机构、共轭凸轮引纬机构和六连杆引纬机构的引纬运动的性能和差异利用VisualC++语言对GA741挠性剑杆织机的引纬机构编写了运动学分析和优化设计的软件,指出了影响引纬性能的主要机构参数程起时等对空间四连杆传动的剑杆引纬机构的结构及作用原理进行了分析,并介绍了该机构的主要技术特征。

②对新型剑杆织机引纬机构的设计和研究有:

陈建能等提出了一种新型的椭圆齿轮—曲柄摇杆引纬机构,建立其运动学数学模型,编写了人机互换的辅助分析软件,分析了一些机构参数对机构运动学特性的影响,最终得到一组较优的参数,并在该组参数下将运动分析结果和GTM剑杆织机进行比较。

毛延东等提出了一种共轭凸轮、空间连杆机构和齿轮机构组合而成的新型剑杆织机引纬机构,将其中的共轭凸轮作为两个盘形转子单独进行平衡,其余构件整体上作为空间机构运用线性无关向量法一并进行平衡,最终实现整个机构的振动力完全平衡。

蒋秀明等介绍了一种适用于老机改造的挠性剑杆织机连杆齿带

式引纬机构,结合K85型织机的参数,给出了优化设计的方法,得到了较为合理的引纬机构参数,并对优化设计结果、剑杆运动规律进行了综合分析海和钱瑞明提出了一种由凸轮、连杆、齿轮组合而成的新型剑杆织机引纬机构,以实现剑杆修正梯形加速度运动规律为目标,从运动学角度对其进行了分析和设计,获得了整个机构的运动尺寸和共轭凸轮的实际轮廓曲线参数。

何勇等在研究分离筘座式挠性剑杆织机引纬方式基础上,提出了用交流伺服系统实现一种新型的引纬方法,该方法与传统剑杆引纬方法相比,减少了传动环节及部件之间的摩擦,提高了运动准确性,并且增加了织物和产品的适应能力。

③对剑杆织机引纬运动规律的研究有:

黄民柱等针对剑杆织机共轭凸轮引纬机构,提出了一种修正梯形加速度的剑杆运动规律,并对一种典型的引纬系统建立数学模型进行动态综合。

王绍斌等通过对剑杆引纬规律的动态测试分析,揭示了引纬规律对引纬工艺的影响。

薛元和陈明用矩阵法分析了剑杆织机系统结构尺寸

误差对剑头引纬运动的影响,建立了剑头引纬运动的误差与系统各结构参数误差之间关系的矩阵方程,并以1511普及型

剑杆织机为实例进行了分析计算。

④采用新型研究方法分析或改进剑杆引纬机构的相关研究有:

罗军等运用虚拟产品开发技术,分析了剑杆织机共轭凸轮引纬机构的动态性能,根据分析中存在的问题,利用MATLAB工具对凸轮数据进行拟合,修正凸轮廓线,最终得到满足实际需要的凸轮轮廓曲线。

肖卫兵等以TT96剑杆织机为例,采用模块化分析方法建立共轭凸轮引纬机构的数学模型,利用MATLAB对引纬机构的动力响应进行实时的模拟计算,进行该引纬机构运动学规律和工艺特性的分析并给出分析结果。

余雷等分析了变导程螺旋引纬机构的运动原理,并从最小二乘法曲线拟合原理出发,得到变导程螺旋曲线方程。

姜怀等根据弹性

稳定理论,提出了挠性剑杆引纬稳定性问题,建立了挠性剑带引纬动力稳定的数学模型,求出了剑带临界稳定的奥埃勒力,计算出剑带导轨的合适安装位置与间隔,并对几种挠性剑杆织机的剑带导轨进行了对比分析。

从国内外对剑杆织机引纬机构的研究现状可以看出,对剑杆引纬机构的研究内容很大一部分集中在对现有的引纬机构进行运动学和动力学分析上,针对剑杆引纬机构现有的问题和缺陷,对引纬机构进行分析、仿真和实验,提出解决问题的方法和措施。

虽有部分国内学者提出了新型的剑杆引纬机构,但大部分新型引纬机构都是通过改进主流引纬机构部分组件而提出的,并非具有原创性的引纬机构,难以解决剑杆引纬长期发展存在的问题,且无法从本质上促进我国织机行业的发展。

本文提出的非圆齿轮行星轮系引纬机构,由非圆齿轮和常规齿轮组合而成,可为发展具有我国自主产权的剑杆织机引纬机构提供技术支撑。

非圆齿轮的国内外研究情况、存在的问题及发展趋势

1.3.1非圆齿轮的介绍

非圆齿轮是一种特殊的齿轮,与圆齿轮的不同之处在于其节曲线形状不规则。

在圆柱齿轮的传动过程中,其传动比为一固定常数,从动轮和主动轮的转角呈线性关系;而对于非圆齿轮,其传动比为非特定的函数,从动轮和主动轮的转角关系是非线性的。

与连杆、凸轮、以及其组合机构等非匀速传动机构相比,非圆齿轮继承了齿轮传动的优点,传动比精确,传动过程平稳,能实现大功率传动,且占用空间小,润滑维护简便,是一种优良的不可替代的机构。

非圆齿轮机构不仅可以传递变速回转运动,还可以与连杆、棘轮等机构组合使用,实现变速往复摆动、变速直线运动和间歇传动等各种不规则运动规律。

非

圆齿轮节曲线可以是任意不规则的形状,目前研究较多的节曲线主要有椭圆及其变阶形式、卵形、对数螺线形和傅里叶曲线等形状。

非圆齿轮已经在机械工业等学科得到了较大范围的应用,常见于如自动化仪表、农业机械、机床等行业。

国内非圆齿轮的发展历史:

我国在非圆齿轮领域的研究起步较晚,1975年机械工业出版社出版的《非圆齿轮》弥补了我国在非圆齿轮理论研究领域内的空白,该书取材于前

苏联学者李特文著作《非圆齿轮》,并结合当时我国在非圆齿轮加工及精度检验方面的实践,为非圆齿轮在国内的研究提供了参考。

在随后的二十余年时间,是我国非圆齿轮技术发展最为迅速的时期,其中代表性的著作包括李福生编著的《非圆齿轮与特种齿轮传动设计》和吴序堂、王贵海编著的《非圆齿轮及非匀速比传动》。

在这一时期内,许多学者投身非圆齿轮传动研究,取得了较大的研究成果,形成了一套较为系统和完善非圆齿轮设计与加工理论体系。

且随着计算机

技术的兴起,计算机辅助分析的比重慢慢变大,我国学者利用计算机技术,对非圆齿轮传动的设计、节曲线分析、非圆齿廓计算、重合度计算、

模拟仿真等方面作了较多的研究。

不仅在理论上非圆齿轮的研究得到了很大的发展,在加工制造方面,随着我国数控机床和其他机械制造设备的发展,加工非圆齿轮的难度逐渐变小,为非圆齿轮应用的普及提供了基础

5.1虽然非圆齿轮的研究已越来越完善,但是由于其不规则性,仍存在以下问题。

1）非圆齿轮节曲线的表达方法。

得到非圆齿轮节曲线的离散数据后需要对其进行拟合,但是非圆齿轮节曲线的拟合对曲线拟合方法有很高的要求,拟合得到的节曲线需满足非圆齿轮实际的保凸性、压力角等要求。

2）非圆齿轮的加工仍不简单。

由于非圆齿轮节曲线的不规则性,其齿廓难以用传统的齿轮加工方法加工生成。

虽然数控机床的发展降低了非圆齿轮加工的难度,但是编制数控加工代码仍然太繁杂,已开发的数控技术模块对非圆齿轮的加工通用性不高。

非圆齿轮技术的发展趋势

1）计算机技术的应用。

利用CAD和程序语言开发软件,对非圆齿轮进行参数化设计,从程序语言到二维图纸,从二维图到三维模型,必要时进行后续的仿真计算,计算机辅助计算能大幅地简化非圆齿轮设计,缩短设计周期,提高生产效率2）加工设备的智能化、参数化以及高精度化。

传统的编写数控加工代码加工非圆齿轮的方法较繁琐,开发智能化、参数化的数控设备是机械制造行业的趋势。

此外,高速化是目前数控插齿机的主要发展趋势,在一些发达国家,高速插齿机已经得到了较普遍的应用。

3）新型非圆齿轮生产技术的应用。

如线切割、粉末冶金和快速成型等技术在非圆齿轮加工中的应用。

6结论

引纬机构是纺织工业上剑杆织机的关键部件,引纬机构的结构形式、运动精度以及平稳性直接影响织机的速度、效率以及织物的质量。

国内目前应用较广泛的剑杆织机采用共轭凸轮式的引纬机构。

对于剑杆织机引纬机构的研究尚需进一步深入。

本文主要根据纺织机械工业对织机的技术改造要求,针对现有剑杆织机引纬机构的性能不足之处,在了解剑杆织机的工作原理,并对引纬机构进行运动学和动力学分析的基础上,提出一种新型引纬机构的设计方案。

并从工程应用出发,从运动学、优化设计、动力学几个方面对引纬机构进行研究。

1几种典型的剑杆织机引纬机构及其机构创新赵雄徐宾陈建能赵匀

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