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  1、剑杆织机打纬机构动力学分析及仿真鲁宁， 陈换过， 胡旭东， 李秦川（ 浙江理工大学浙江省现代纺织装备技术重点实验室， 杭州 ）摘要： 打纬机构是剑杆织机中利用往复摆动的筘座将纬纱打向织口的机构， 它与织机的工作效率和机架墙板的寿命紧密关联。为研究打纬机构对织机墙板振动的影响， 建立了四连杆打纬机构的理论模型， 对打纬机构进行了运动学和动力学分析， 求出轴承支座的约束反力， 并利用 对机构虚拟样机进行了动力学仿真， 仿真结果验证了理论分析的正确性， 为后续研究织机墙板振动特性和优化提供了参考依据。关键词： 四连杆打纬机构； 运动学； 动力学； 中图分类号： 文献标识码：文章编号： （ ） ， ，

  2、 ， （ ， ， ， ） ： ， ， ， ， ： ； ； ； 引言打纬机构是织机中利用往复摆动的筘座将纬纱打向织口的机构， 是剑杆织机的重要部件。四连杆打纬机构是织机上使用比较广泛的打纬机构， 具有结构相对比较简单， 高速运转时运动较平稳， 振动相比来说较低等特点。为满足惯性打纬的需要， 打纬机构一般是织机中惯性大、 耗能大的部件。构件运动会产生周期惯性力和惯性力矩， 由它们所引起的那部份约束反力， 通过轴承作用在机架墙板上， 会引起墙板的振动， 因此导致墙板破裂， 缩短织机寿命。为了解机构的这些动态性能， 有必要对剑杆织机的打纬机构进行动力学分析。青岛大学的针继标研究了剑杆织机的四连杆打纬机构的动态参数

  3、， 找到了织机激励源产生的原因。东华大学的寇剑斌做了喷气织机打纬机构的动力学分析， 找到了打纬机构在高速状态下发生的故障。苏州大学的陈静对喷气织机双侧四连杆打纬机构进行动态分析， 作为织机改进设计的重要依据。苏州大学的魏圆圆、 冯志华等为了解织机在高速运转下织机的动力学性能， 对织机做了动平衡方面研究。综上， 目前一些对打纬机构研究中， 都是对打纬机构本身进行动力学分析和改进。由于非分离筘座式剑杆织机的打纬机构产生的惯性力较大， 本文将打纬机构的轴承支座约束反力， 作为墙板产生振动的大多数来自， 为后续织机墙板研究提供了分析基础。本文以 型挠性剑杆织机的打纬机构为研究对象。用动态静力分析 对四连

  4、杆打纬机构的动力学数学模型进行了求解。并用 虚拟样机动力学仿真验证理论模型分析的正确性，以期为墙板的振动特性分析提供参考依据。运动学分析 挠性剑杆织机的打纬筘由两侧对称布置的四连杆机构驱动。由于工况转速下打纬曲轴和摇轴的扭振较小， 为了方便建模和计算， 忽略有几率存在的两侧不对称对机构动力学性能的影响， 将两侧对称的四连杆机构简化为一个平面四连杆打纬机构 （ 见图） 。对该平面四连杆打纬机构假设如下：） 全部构件为刚性体；） 曲柄做等速回转运动；） 不考虑运动副的摩擦力和打纬阻力。图平面四连杆打纬机构运动学模型以点为原心， 建立坐标系 。该平面四连杆打纬机构模型中， 代表曲柄， 代表牵手， 代表

  5、筘座脚（ 筘座固定在筘座脚上， 其运动规律与筘座脚一致） ，代表 杆曲柄的质心，代表 杆牵手的质心，代表 杆筘座脚的质心。其中，点为墙板的主轴轴承孔中心，点为墙板的 摇 轴 轴 承 孔 中 心。点 的 坐 标 为： ， 。曲柄做匀速转动， （ （） ） 。平面四连杆打纬机构中， 其曲柄、 牵手、 筘座脚的参数见表：表曲柄、 牵手、 筘座脚的参数长度质心位置杆件质量 曲柄 牵手 筘座脚 如图所示， 根据多边形矢量原理： （）将上述矢量方程向坐标轴投影， 得： （）上式中：，均为已知， 由此可求出，。对（） 式求导得： （）由于曲柄作匀速回转， 所以已知且保持恒定，已由式（） 求得， 由式（） 可

  6、分别求得 和 杆的角速度，。对（） 式求导得：（ ）（ ）（ ）（ ）（ ）（ 烅烄烆）（）由于曲柄作匀速回转， 所以曲柄的角加速度为零。对式（） 进行求解可得： （） （） （） （） （） （烅烄烆）（）动力学分析利用达朗贝尔原理对图所示的打纬机构进行动力学分析。将各构件分离， 分别对各构件做受力分析。图曲柄受力分析图取曲柄 （ 构件） 为研究对象， 如图所示，进行受力分析。作用于此杆件上的力有重力，轴承的约束力 、 、 、 ， 对该定轴转动杆件加惯性力、。列平衡方程有： （） （）（）烅烄烆（）图牵手受力分析图取牵手 （ 构件） 为研究对象， 如图所示，进行受力分析， 作用于此杆件上的

  7、力有重力， 轴承的约束力 、 、 、 ， 对该平面运动杆件加惯性力、和惯性力矩。同理， 列平衡方程有： （） （） （）（）烅烄烆（）图筘座脚受力分析图取筘座脚 （ 构件） 为研究对象， 如图所示， 作用于此杆件上的力有重力， 轴承的约束力 、 、 、 ， 对 该 定 轴 转 动 杆 件 加 惯 性 力、和惯性力矩。同理， 列平衡方程有： （） （）（）烅烄烆（）以上各式中、为各运动副和质心的坐标。将以上三组动力学方程整理为矩阵的形式： 熿燀燄燅 烅烄烆烍烌烎 （） （） 烅烄烆烍烌烎（）简写为： （ ）对上式进行求解可得各支座反力：（ ）以上是动力学部分的计算过程， 在实际中， 为了更加符合

  8、实际织造工况， 在计算过程中打纬前止点也就是 时， 如图所示，点添加一个值为 的打纬阻力 。 虚拟样机仿真为了验证上述打纬机构的运动学和动力学理论模型， 建立了打纬机构的 虚拟样机模型。虚拟样机模型见图， 在曲柄处添加 的转速为 （） 。重力加速度为方向 。在约束方面， 曲柄与墙板之间用只有一个旋转自由度的旋转副约束。牵手与曲柄同样由旋转副约束。牵手和筘座脚之间为了尽最大可能避免产生冗余约束选用基本约束中的点线副约束。筘座脚与摇轴用固定副约束， 摇轴与墙板之间用旋转副约束。图打纬机构的 虚拟样机模型理论与仿真结果本文所建运动学理论模型和 仿真模型计算出的主要构件的角速度、 角加速度如图图所示。由图图可以

  9、看出， 仿真的曲线与 理论计算的曲线相比， 除了开始阶段有一 些 微 小 偏 差 外， 曲 线 基 本 一 致。这 是 由 于 虚拟样机仿真时， 启动阶段有些振动， 导致仿真结果有些偏差。本文所建动力学模型和 仿真模型计算出的和处的运动副反力如图 图 所示。图筘座角速度对比图由图图 能够准确的看出， 当 时，点和点所受的，方向的力都有比较大的突变， 是因为该时间点受到打纬阻力的原因。处，方向的运动副反力趋势一致， 有些偏差。造成偏差的原因是筘座脚的三维模型是不完全对称的， 该质心的位置与牵手和曲柄的质心不在同一平面内， 而理论模型计算时， 简化到了同一平面， 造成惯性力， 惯性力矩的计算偏差， 导致

  10、约束反力的计算存在偏差。从曲线对比中能够准确的看出， 墙板的主轴轴承孔中心点和摇轴轴承孔中心点的，方向约束反力基图处方向运动副反力对比图本相符， 验证了动力学模型的正确性。结论） 由筘座角速度图表明， 角速度在曲柄转角 和 时过零点。所以该打纬机构的前后心分别为 和 附近。） 当 时， 筘座处于前心位置打纬加速度最大， 其值为 （） 。在后心位置 附近加速度曲线相对平稳， 有利于剑杆织机引纬。） 本文用 虚拟样机仿真， 验证了运动学与动力学模型的正确性， 为后续研究墙板的振动特性提供了依据。参考文献：寇剑斌 喷气织机打纬机构的动力学分析及虚拟样机设计 上海： 东华大学， 王绍斌 机织工艺原理 陕西：

  11、 西北工业大学出版社， ， ， ， ， （ ） ， 师汉民机械振动系统 版武汉： 华中科技大学出版社， 张洪， 陈亚维机架刚性对织机性能参数的影响纺织学报， ， （） ： 张策机械动力学 版北京： 高等教育出版社， 针继标， 谢慧娟四连杆机构的动态分析青岛大学学报， ， （） ： 陈静喷气织机双侧四连杆打纬机构动态分析苏州： 苏州大学， 魏圆圆， 冯志华四连杆打纬机构的动平衡研究苏州大学学报， ， （） ： 周井玲， 徐青山， 曹清林 弹性打纬机构的动力学分析及试验研究 纺织学报， ， （） ： 陈文华 机构设计与分析范例北京：机械工业出版社， 李增刚 入门详解与实例 北京： 国防工业出版社， 陈静， 冯志华 喷气织机四连杆打纬机构动态响应的数值解 苏州大学学报： ， （） ： 吉学齐无梭织机常用打纬机构打纬力对比分析纺织器材： ， （） ：

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