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浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 班 級 機械設(shè)計制造及其自動化09(4)班 姓 名 單嘉岱 課題名稱 橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構(gòu)的分析與設(shè)計 開題報告（包括選題意義、研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題、總體研究思路與可行性分析及預(yù)期研究成果、研究工作計劃等內(nèi)容，非藝術(shù)類不少于3000字） 目 錄 1 選題的背景與意義 2 打緯機構(gòu)的介紹 2.1 概述 2.2 幾種典型打緯機構(gòu) 2.3 打緯機構(gòu)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題 3.1 基本內(nèi)容 3.2 擬解決的主要問題 4 研究方案、可行性分析及預(yù)期研究成果 5 研究工作計劃（進度安排） 參考文獻 （開題報告全文附后） 成績： 答 辯 意 見 （從選題、任務(wù)工作量、質(zhì)量預(yù)期、可行性等幾個方面） 答辯組長簽名： 年 月 日 系 主 任 審 核 意 見 簽名： 年 月 日 橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構(gòu)的分析與設(shè)計 單嘉岱 (機械設(shè)計制造及其自動化09(4)班 B09300406) 1 選題的背景與意義 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(guān)統(tǒng)計，2006年1-9月我國紡織機械進出口總額為38.02億美元，同比增長18.16％。其中進口金額為29．16億美元，紡織機械出口金額為8．87 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。2008年第二季度我國紡織機械進出口額為23.21億美元，同比增長2.25%，六月進出口額為4.05億美元。 我國有不少織機生產(chǎn)廠家，但其產(chǎn)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(chǎn)高檔織機，如中國紡織機械集團有限公司和經(jīng)緯紡織機械股份有限公司，但其產(chǎn)品在可靠性和耐久性方面卻遠遠不如進口產(chǎn)品，特別是不能長時間高速運轉(zhuǎn)(在演示和展銷期間可以高速運轉(zhuǎn))，究其原因， 除了關(guān)鍵零部件的材質(zhì)和熱處理不過關(guān)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(gòu)件之間受力不良也主要原因之一。因此雖國內(nèi)機織在價格上具有優(yōu)勢(如國產(chǎn)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(chǎn)品。 出現(xiàn)這種狀況的原因是，國內(nèi)織機廠家自主創(chuàng)新能力差。到2004年4月，在我國申請有關(guān)劍桿織機機構(gòu)的相關(guān)專利共35件，其中國外在華申請11件，且這11件已經(jīng)進入實用和推廣。國內(nèi)企業(yè)對核心機構(gòu)(如打緯和引緯機構(gòu))的研究還停留在測繪和仿制階段，這不僅帶來侵權(quán)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(shù)沒有完全掌握，就仿制不了預(yù)想的性能和可靠性。可見織機的研究必須走自主創(chuàng)新的道路，必須從核心執(zhí)行機構(gòu)創(chuàng)新開始，運用計算機分析軟件獲得最佳參數(shù)[13]，取得自主知識產(chǎn)權(quán)，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(chǎn)品。 2 打緯機構(gòu)的介紹 2.1 概述 打緯機構(gòu)是織機的主要機構(gòu)之一，作用是將織機主軸的勻速旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)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(gòu)符合織造工藝要求，達到最佳經(jīng)濟效益，對打緯機構(gòu)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(gòu)的打緯力必須要適應(yīng)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(jīng)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。 （3）筘座的轉(zhuǎn)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(yīng)盡量減小筘座的轉(zhuǎn)動慣量及最大加速度，以減小織機的振動和動力消耗。 （4）筘座運動應(yīng)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(zhuǎn)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(gòu)應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡單堅固，操作安全裝配方便。 2.2 幾種典型打緯機構(gòu) 目前織機上常用的打緯機構(gòu)有連桿打緯機構(gòu)和共軛凸輪打緯機構(gòu)。連桿打緯機構(gòu)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(gòu)則基本是分離筘座式【2】。 2.2.1 四連桿打緯機構(gòu) TP500(意大利SMIT公司)型劍桿織機采用四連桿打緯機構(gòu)，該結(jié)構(gòu)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(gòu)差，它主要用于非分離式筘座。 OA一曲柄；AB一連桿；OC一打緯桿 圖1-1 TP500型號劍桿打緯機構(gòu)簡圖 圖1-2為K251型有梭絲織機的四連桿打緯機構(gòu)。主軸1上的曲柄2，其頸上包有軸承3，經(jīng)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(dāng)主軸轉(zhuǎn)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。 1一主軸；2一曲柄 ；3一軸承；4一鋼片夾；5一牽手；6一筘座腳； 7一牽手栓；8一托腳；9一搖軸；10一筘座；11一鋼筘；12一筘帽 圖1-2 有梭絲織機四連桿打緯機構(gòu) 圖1-3為應(yīng)用于噴水織機中的四連桿打緯機構(gòu)，這種打緯機構(gòu)稱為內(nèi)藏式四連桿打緯機構(gòu)。Zh205型噴水織機和ZW型噴水織機都采用了這類打緯機構(gòu)，這些機構(gòu)都采用短牽手和短筘座腳。為適應(yīng)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。 1一鋼筘；2一筘座；3一夾片；4一輔助筘座腳；5一鋼管；6一曲柄 圖1-3 噴水織機四連桿打緯機構(gòu) 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【9】。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(dāng)BC/AB<3時，就稱為短手打緯機構(gòu)。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(gòu)的壓力角θ增大，機構(gòu)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(gòu)示意簡圖 2.2.2 六連桿打緯機構(gòu) 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(zhì)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(gòu)，這類機構(gòu)停歇時間更長，停歇質(zhì)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(gòu)在后心附近相對靜止角為180°，筘座擺角相對誤差為8.3%[11]。而且筘幅大于230cm的寬幅織機，一般也采用六連桿打緯機構(gòu)，該打緯機構(gòu)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[10]。 圖1-5為PAT型噴氣織機六連桿打緯機構(gòu)原理圖。該機構(gòu)由曲柄搖桿機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)組成。主軸回轉(zhuǎn)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(gòu)。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(gòu)。O3為搖軸中心，帶動筘座和異形筘擺動。這種機構(gòu)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(gòu)，但比共軛凸輪打緯機構(gòu)差，另外該機構(gòu)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(gòu)高[3]。 1一主軸 ；2一第一連桿；3一第一搖桿；4一第二連桿；5一第二搖桿 ； 6一異形筘；O1一主軸回轉(zhuǎn)中心；O2一搖桿中心 ；O3一搖軸中心 圖1-5 PAT型噴氣織機六連桿打緯機構(gòu)原理圖 2.2.3 共軛凸輪式打緯機構(gòu) 無論是四連桿還是六連桿打緯機構(gòu)，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(gòu)的筘座在后心的相對靜止時間比四連桿打緯機構(gòu)有所延長，但還是不能滿足那些引緯機構(gòu)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(gòu)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(gòu)，不過凸輪廓線加工精度要求相當(dāng)高，如存在誤差就產(chǎn)生沖擊，機構(gòu)振動大，使織物產(chǎn)生“開車稀密路”疵點，反而限制了車速的提高。目前，國內(nèi)的凸輪制造技術(shù)水平與國外相比還有一定差距，國內(nèi)企業(yè)一般還沒有真正設(shè)計意義上的凸輪產(chǎn)品，通常是通過反復(fù)測繪反求而進行制造，不知其機理，因此加工出來的凸輪產(chǎn)品性能差，關(guān)鍵技術(shù)掌握在一些專業(yè)的凸輪制造廠家和科研機構(gòu)中，無法通過技術(shù)引進來提高我國的制造水平。 1一主軸；2一主凸輪：3、8一轉(zhuǎn)子；4一筘座腳； 5一搖軸；6一筘座；7一鋼筘；9—副凸輪 圖1-7 TT96型劍桿織機上的共軛凸輪打緯機構(gòu) 圖1-7打緯機構(gòu)，主要由主軸、主凸輪、副凸輪、轉(zhuǎn)子、筘座腳、搖軸、筘座和鋼筘等組成。當(dāng)主軸1轉(zhuǎn)動時，主凸輪2通過轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子8緊貼副凸輪9。打緯結(jié)束后，副凸輪變成主動，推動轉(zhuǎn)子8，使筘座腳按順時針方向向機后擺動。此時轉(zhuǎn)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。 2.3 打緯機構(gòu)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外對打緯機構(gòu)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(gòu)動力學(xué)數(shù)學(xué)模型，提出了一種考慮構(gòu)件之間間隙存在前提下機構(gòu)各參數(shù)對其動力學(xué)特性影響的快速分析方法[4]，Anirban Guha，C等對有梭織機的六連桿打緯機構(gòu)進行剛體運動學(xué)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[5]。Gu，Huang分析了兩種用組合曲線來設(shè)計打緯共軛凸輪輪廓曲線方法，并分析這兩種方法設(shè)計的凸輪打緯時的加速度、筘座反力和凸輪壓力角【6】。Dao-D、Bullerwell-A和 Mohamed-M在考慮彈性變形的基礎(chǔ)上對打緯過程進行動力學(xué)分析【7】。 國內(nèi)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(gòu)的微分一代數(shù)動力學(xué)控制方程組，并將其轉(zhuǎn)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(gòu)的仿真模型，分析了不同轉(zhuǎn)速、不同滾子與凸輪之間的接觸剛度和接觸預(yù)緊力下鋼筘最大角加速度和軸承處的受力【8】。 國內(nèi)還有馬小利、沈丹峰、徐衛(wèi)英、梁海順、程軍紅等學(xué)者對四連桿打緯機構(gòu)構(gòu)進行運動特性分析；張春林、于曉紅、袁麗清、牛建設(shè)、郜劍等對共軛凸輪打緯機構(gòu)進行運動分析或?qū)ν馆嗇喞€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。 3 報告的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題 3.1 基本內(nèi)容 本文將通過使用matlab對橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構(gòu)（如圖1-8）進行運動分析。通過計算機輔助來確定合理的參數(shù)。其中涉及到的工作包括以下幾個方面。 1） 掌握打緯機構(gòu)的工作工藝要求； 2） 建立機構(gòu)運動的數(shù)學(xué)模型； 3） 通過matlab編寫建立可視化人機交互式優(yōu)化程序，并且確定合理的參數(shù)，得到合理的軌跡； 4） 根據(jù)獲得的參數(shù)在ProE中設(shè)計機構(gòu)的結(jié)構(gòu)，包括零部件和裝配體，對關(guān)鍵的打緯部分進行有限元分析，并在ProE中進行仿真； 5） 設(shè)計完整體裝配后，進行二維加工圖紙繪制。 圖1-8 橢圓齒輪—一曲柄搖桿打緯機構(gòu) 主動橢圓齒輪1裝在織機主軸0上，其旋轉(zhuǎn)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(gòu)ABCD，將運動轉(zhuǎn)化為搖桿CDE的非勻速往復(fù)擺動(曲柄AB與從動橢圓齒輪2固結(jié))，A點為橢圓齒輪2的轉(zhuǎn)動中心，打緯桿處于前心初始位置時C在BA的延長線上[14]。 3.2 擬解決的主要問題 我國雖然織布基本已經(jīng)實現(xiàn)了機械化，但是效率和成本都很低而且不具有自主知識產(chǎn)權(quán)，從而嚴(yán)重影響國產(chǎn)織機的規(guī)?；a(chǎn)。而本文提出的新型打緯機構(gòu)采用了兩級傳動，通過合理設(shè)計橢圓齒輪和曲柄搖桿的各機構(gòu)參數(shù)，能實現(xiàn)筘座在后心位置長時間的停頓，并且具有很好的運動學(xué)特性，滿足織造工藝要求，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。 4 研究方案、可行性分析及預(yù)期研究成果 本課題以橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構(gòu)為對象，根據(jù)工藝要求，在分析符合的參數(shù)后，確定運動軌跡，和機構(gòu)參數(shù)。 4.1 研究方案 橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構(gòu)由圖1-8可知，0為主動橢圓齒輪的焦點，也是織機主軸轉(zhuǎn)動中心，a為從動橢圓齒輪轉(zhuǎn)動中心，為該橢圓齒輪的一個焦點，曲柄ab與從動橢圓齒輪固接，通過連桿bc帶動搖桿cd作往復(fù)擺動。cd與筘座de通過軸 d固連，使筘座de前后往復(fù)擺動。通過優(yōu)化橢圓齒輪的短長軸之比k(偏心率)、 當(dāng)曲柄ab與連桿bc共線時(即筘座de在前心位置)與支座ad夾角β、初始安裝角δ (安裝時主動橢圓齒輪長軸與ao線的夾角)、四根桿件的長度和支座 ad位置角γ，可以獲得類似共軛凸輪打緯機構(gòu)運動規(guī)律。橢圓齒輪一曲柄搖桿打緯機構(gòu)的重要參數(shù)是四桿桿長和δ ，δ角由四桿桿長和k確定。 4.2 可行性分析 橢圓齒輪曲柄搖桿打緯機構(gòu)通過橢圓齒輪和曲柄搖桿來控制最后的打緯軌跡，而通過β、δ參數(shù)和橢圓偏心率設(shè)定的仿真軌跡來調(diào)整各個零件，因此該機構(gòu)可行，而且先前已經(jīng)有對該類型機構(gòu)有過研究和專利申請[12]。 4.3 預(yù)期研究成果 從工藝的要求出發(fā)，掌握機構(gòu)設(shè)計的一般流程，完成的機構(gòu)的設(shè)計計算，確定零件的參數(shù)，繪制機構(gòu)圖紙。最終研制一種完成打緯動作的部件。 5 研究工作計劃（進度安排） 起止時間 內(nèi)容 2012.11 下達畢業(yè)論文任務(wù) 2012.12.20-2012.12.27 完成中外文資料收集 2012.12.28-2013.01.09 完成外文翻譯、文獻綜述 2013.01.10-2013.01.14 完成開題報告 2013.01.15-2013.03.14 完成開題答辯 2013.03.15-2013.03.25 完成部分打緯機構(gòu)參數(shù)設(shè)置 2013.03.26-2013.04.14 完成總的參數(shù)設(shè)置 2013.04.15-2013.04.25 完成二維工程圖紙的設(shè)計 2013.04.26-2013.04.30 完成三維零部件設(shè)計并裝配，努力實現(xiàn)仿真 2013.04.31-20130.5.09 完成論文初稿 2013.05.10-2013.05.15 進一步完善 2013.05.16-2013.05.25 部分論文提前答辯 2013.05.26-2013.05.29 完成論文定稿 2013.5.30 完成論文答辯 2013.06（離校前） 論文修改（優(yōu)秀論文壓縮為規(guī)定字?jǐn)?shù)），交紙質(zhì)和電子稿 參考文獻 [1] http://www.sccom.gov.cn/xxfb [2] 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