CN104178888B - 一种高速四杆打纬机构的尺度综合方法 - Google Patents

Abstract

<b>本发明公开了一种高速四杆打纬机构的尺度综合方法，用该方法设计的四杆打纬机构为一曲柄摇杆机构，曲柄、牵手、摇杆和机架四杆组成，曲柄和摇杆的一端分别铰接在机架的曲轴和摇轴上，曲轴和摇轴之间依次铰接有曲柄、牵手和摇杆，该方法根据四杆打纬机构的使用要求和动力学要求，综合四杆打纬机构的力传递和改善动力特性，减小四杆打纬机构各杆件的尺寸和质量，在机架上产生最小的振动力，减小四杆打纬机构运动对机架的冲击，最终确定四杆打纬机构的各杆件的尺寸数据和动力学参数。本发明可以应用在高速织机的打纬机构上，适合于现有打纬技术的改造和新机综合。</b>

Description

一种高速四杆打纬机构的尺度综合方法

技术领域

本发明属于喷气织机领域，具体涉及一种高速四杆打纬机构的尺度综合方法。

背景技术

打纬机构安装在织机主轴与钢筘之间，机构把主轴的回转运动转换成钢筘的往复运动，实现把进入梭口的纬纱打入织口的动作。多数打纬机构由四杆连杆机构和筘座摆动系统组成。

实现预定的运动规律并满足动力学要求的新机构称为机构综合。高速四杆打纬机构仅满足运动学曲线轨迹，实现摇杆的摆动和在后心位置的近似停顿是不够的，还必须满足机构力传递性能优和符合机构在打纬点的动力高和加速度高的要求，包括采用大传动角，减小机构各杆件的尺寸和质量等，结果是机构在机架上产生最小的振动力、减小机构运动对机架的冲击。有梭织机的振动大，1515织机的转速为160rpm，喷气织机转速为650-900rpm ，而1515机架振动量的均方值是喷气织机的1.2-2.9倍。织机的振动量与转速的平方成正比，转速高的喷气织机的机架振动量却小得多，对比数据说明，喷气织机不只是采取了减振措施，在打纬机构综合上主要从改善动力学性能出发。

四杆打纬机构的摇杆带动摇轴作往复摆动，钢筘随摇轴摆向前心位置，实现惯性打纬，转速高加速度高，惯性力等于质量乘加速度，打纬力基本不变，加速度大了就可以减小筘座摆动系统的质量。喷气织机的曲柄摇杆打纬机构在结构上分成两个部分，曲柄摇杆机构和筘座摆动系统；1515型有梭织机的摇杆与筘座脚是同一个另件，摇杆兼作筘座脚。

高速运转的打纬机构必须考虑到机构杆件的质量和质心位置，1515型有梭织机长筘座脚的打纬机构尺寸大、机构重、振动大，只能适应200rpm以下转速的织机。高速运转的打纬机构使用短筘座脚，摇杆和筘座脚的质量大幅减小。产生摆动的系统和完成打纬工艺的部件分离，这样筘座摆动系统的摆动中心上移，质心位置上移，打纬机构变得尺寸小、机构轻、振动小，适应420-750rpm转速。在有梭织机发展到当代无梭织机的进程中，体现了织机动力学综合的重要性，四杆打纬机构的结构型式逐步演变。

发明内容

为了满足上述需求，本发明旨在提供一种高速四杆打纬机构的尺度综合方法，根据打纬机构的使用要求和机构的动力学要求，确定机构的尺寸数据和杆件的动力学参数。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

    一种高速四杆打纬机构的尺度综合方法，用该方法设计的四杆打纬机构为一曲柄摇杆机构，由曲柄、牵手、摇杆和机架四杆组成，所述曲柄和所述摇杆的一端分别铰接在所述机架的曲轴和摇轴上，所述曲轴和所述摇轴之间依次铰接有所述曲柄、所述牵手和所述摇杆，该方法根据四杆打纬机构的使用要求和动力学要求，综合四杆打纬机构的力传递和改善动力特性，减小四杆打纬机构各杆件的尺寸和质量，在机架上产生最小的振动力，减小四杆打纬机构运动对机架的冲击，最终确定四杆打纬机构的各杆件的尺寸数据和动力学参数；该方法的具体步骤如下：

步骤1）由于曲柄的长短关系织机的驱动力和负载能力，曲柄越长，打纬机构的负载能力越强，按织物的轻重确定所述曲柄的长度a=33-38毫米，进一步的，

当织机为轻型织机时，所述曲柄（AB）的长度a=33-34毫米；

当织机为中型织机时，所述曲柄（AB）的长度a=35-36毫米；

当织机为重型织机时，所述曲柄（AB）的长度a=37-38毫米。

    步骤2）确定所述牵手与所述曲柄的长度比b/a，按以下关系式选择b/a：

    1）在前心位置的传动角，μ₁＞70°；

    2）所述曲柄一回转，传动角的最小值μ_min＞45°；

    3）|Ф₂"|/|Ф₁"|＜0.3；

上式中，|Ф₁"|表示前心位置的角加速度绝对值，|Ф₂"|表示后心位置的角加速度绝对值，上式表示前心位置的角加速度绝对值是后心位置的角加速度绝对值的3.3倍多；

    步骤3）由b/a和总摆角Ψ，确定所述机架、所述摇杆分别与所述曲柄的长度比d/a和c/a的变化范围，满足以下关系式：

    1）所述机架的长度d＜180毫米；

    2）c/a＞b/a×（360/Ψ）/（2×π）；

    步骤4）确定所述摇杆与所述曲柄的长度比c/a;

确定所述摇杆的总摆角Ψ=23°-26°；

在所述摇杆总摆角Ψ、所述牵手与所述曲柄的长度比b/a和所述机架与所述曲柄的长度比d/a已知的条件下，由下式可求出所述摇杆与所述曲柄的长度比c/a；

或在所述摇杆总摆角Ψ、所述牵手与所述曲柄的长度比b/a和所述摇杆与所述曲柄的长度比c/a已知的条件下，由下式可求出所述机架与所述曲柄的长度比d/a；

    （M-P）²+（N- P）²-2cosΨ（M-P）（N-P）+cos²Ψ-1=0；

    式中，M =（b/a-1)²/2（cd/a²）；

          N =（b/a+1)²/2（cd/a²）；

          P =（c²+d²）/2（cd）。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明是一套高速四杆打纬机构的综合步骤和准则，根据四杆打纬机构的使用要求和动力学要求，综合四杆打纬机构的力传递和改善动力特性，减小四杆打纬机构各杆件的尺寸和质量，在机架上产生最小的振动力，减小四杆打纬机构运动对机架的冲击，最终确定四杆打纬机构的各杆件的尺寸数据和动力学参数。本发明可以应用在高速织机的打纬机构上，适合于现有打纬技术的改造和新机综合。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为高速四杆打纬机构的运动原理图；

图2为高速四杆打纬机构的前心和后心位置示意图；

图3为高速四杆打纬机构的传动角随曲柄转角的变化曲线；

图4为高速四杆打纬机构摇杆的角加速度曲线；

图5为高速四杆打纬机构对机架的冲击力矢量曲线；

图6为图5的冲击力绝对值随曲柄转角的变化曲线。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

一种高速四杆打纬机构的尺度综合方法，参见图1所示，用该方法设计的四杆打纬机构为一曲柄摇杆机构ABCD，由曲柄AB、牵手BC、摇杆CD和机架AD四杆组成，所述曲柄AB和所述摇杆CD的一端分别铰接在所述机架AD的曲轴A和摇轴D上，所述曲轴A和所述摇轴D之间依次铰接有所述曲柄AB、所述牵手BC和所述摇杆CD。所述曲柄AB转动带动所述牵手BC作平面运动，所述牵手BC带动所述摇杆CD作摆动，所述机架AD承受机构的作用力和力矩。

参见图2所示，图2表示所述曲柄摇杆机构ABCD的前心、后心及其相关参数，所述曲柄AB的长度=a,所述牵手BC的长度=b,所述摇杆CD的长度=c,所述机架的长度AD=d。所述曲柄AB作整转，所述摇杆CD作摆动，所述曲柄AB的角位移为θ，所述摇杆CD的角位移为Ф。当所述曲柄AB和所述牵手BC成一条线时，所述摇杆CD处于两极限位置前心C₁D和后心C₂D。

在前心，所述曲柄AB₁和所述连杆B₁C₁成为一条直线时，所述曲柄AB₁角位移为θ₁，所述摇杆C₁D的角位移为Ф₁；在后心，极限位置C₂D出现在曲柄AB₂和连杆B₂C₂成为一条直线时，所述曲柄AB₂角位移为θ₂，所述摇杆C₂D的角位移为Ф₂。Ф₂-Ф₁=Ψ，Ψ表示所述摇杆CD的总摆角。

一种高速四杆打纬机构的尺度综合方法，该方法根据四杆打纬机构的使用要求和动力学要求，综合四杆打纬机构的力传递和改善动力特性，减小四杆打纬机构各杆件的尺寸和质量，在机架上产生最小的振动力，减小四杆打纬机构运动对机架的冲击，最终确定四杆打纬机构的各杆件的尺寸数据和动力学参数。

综合四杆打纬机构就是考虑到动力学的法则下确定四杆的长度，该方法的具体步骤如下：

步骤1）确定所述曲柄AB的长度；

由于曲柄的长短关系织机的驱动力和负载能力，曲柄是曲柄摇杆机构最短的杆件，曲柄越长，打纬机构的负载能力越强。设定所述曲柄AB长度a=33-38毫米，进一步的，

当织机为轻型织机时，所述曲柄AB的长度a=33-34毫米；

当织机为中型织机时，所述曲柄AB的长度a=35-36毫米；

当织机为重型织机时，所述曲柄AB的长度a=37-38毫米。

步骤2）确定所述牵手BC与所述曲柄AB的长度比b/a；

参见图2所示，在所述曲柄摇杆机构ABCD上可以得到两极限位置的传动角μ₁和μ₂，其表达式为：

    μ₁= arccos（（c/a²+（1+b/a）²-d/a²）/2/（1+b/a）/c/a）；

μ₂= arccos（（c/a²+（b/a-1）²-d/a²）/2/（b/a-1）/c/a）；            （1）

对于曲柄摇杆机构，传动角是牵手（连杆）与摇杆之间的夹角μ，取传动角为μ或180°-μ两者中的锐角。传动角是平面机构的动力指标，表征机构传递动力的效率。当传动角=90°时，机构传递动力的效率最高。打纬机构的前心是打纬的工作点，因此要求：

在前心位置的传动角，μ₁＞70°；（2）

参见图3所示，曲柄转动，传动角一直在变化，对于高速打纬机构的传动角的最小值必须大于45°，图3所示传动角曲线的最小传动角为47.7°，传动角过小，在转动副间隙的作用下，传递动力的效率变差，机构容易产生振动和冲击。因此要求：

所述曲柄AB一回转，传动角最小值μ_min＞45°；（3）

参见图4所示，图4表示曲柄摇杆机构摇杆的无量纲角加速度曲线，Ф₁"和Ф₂"分别表示在前心位置和后心位置的角加速度。

Ф₁"=（d²Ф/dθ²）θ=θ₁；

Ф₂"=（d²Ф/dθ²）θ=θ₂；（4）                             

|Ф₁"/Ф₂"|=（（b/a+1）/（b/a-1））×（sinμ₂/sinμ₁）；（5）

对于高速打纬机构，惯性载荷十分重要，选择杆件的尺寸必须考虑到机构的动态行为，尤其是前心位置的加速度数值，机构正是利用摇杆和筘座的加速度和惯性，把纬纱深深地打入织口。参见图4所示，摇杆的角加速度曲线变化复杂，因此使用在前心位置和后心位置的角加速度绝对值的比值作为判别标准，从式（5）可知，|Ф₁"/Ф₂"|值只与b/a和两个传动角关联，|Ф₁"/Ф₂"|值反映了机构的动力学特性。因此要求：

|Ф₂"|/|Ф₁"|＜0.3；（6）

式（6）作为打纬机构的动态准则，表示前心位置的角加速度绝对值是后心位置的角加速度绝对值的3.3倍多；

从式（1）到式（6）可知，传动角和角加速度比值都与所述牵手BC与所述曲柄AB的长度比b/a有关，用式（2）、式（3）、式（6）可以直接选出b/a的变化范围。

 步骤3）由b/a和总摆角Ψ，确定所述机架AD、所述摇杆CD分别与所述曲柄AB的长度比d/a和c/a的变化范围；

打纬机构是惯性大、耗能大的机构，四杆打纬机构支承在机架上，机构运动产生周期性变化的力和力矩，引起机架振动。当筘座摆向织口时，织物对筘的瞬态作用力以及各杆件惯性力产生的力和力矩作用在摇轴轴承和曲轴支承上，这些力和力矩的共同作用产生了机架的冲击力和冲击力矩，这是织机机架振动的主因。

Ta＝Fdx×ADy－Fdy×ADx－T；        

Td＝Fax×ADy－Fay×ADx－T；（7）

式（7）表示四杆打纬机构作用在所述曲轴A支承和所述摇轴D支承上的冲击力矩Ｔa和Ｔd的计算公式。Fax、Fay、Fdx、Fdy分别表示作用在所述曲轴A支承和所述摇轴D支承上的作用力的X、Y坐标分量（如图1所示），ADx和ADy分别表示所述机架AD（即两支承中心距）的X、Y坐标分量，Ｔ表示所述曲柄AB输入转矩。

从式（7）可见，冲击力矩大小主要取决于冲击力和两支承中心距的数值。两支承中心距越长，则打纬机构对机构的冲击力矩越大，机架振动越剧烈。

影响机架振动的主要因素是打纬机构运动对支承的作用力，对机架的冲击力是摇轴支承力与曲轴支承力的矢量合力，参见图5、图6所示，图5表示四杆打纬机构对机架的冲击力矢量曲线，图6表示冲击力绝对值随曲柄转角的变化曲线。所述摇轴D支承力Fd远大于所述曲轴A支承力Fa，Fd的表达式:

    Fd＝Fc－F＋Mcd×ｇ"cd；                 

式中，F表示织物对筘的作用力，Mcd×ｇ"cd表示筘座摆动部分和摇杆的质量Mcd和质心加速度ｇ"cd，Fc表示牵手栓轴承对摇杆的作用力。F的数值取决于织物打纬工艺的要求，织机车速增加，打纬力随之递增。随织机车速的递增，筘座脚加速度ｇ"cd按平方递增，从上式可知，Fd的大小主要取决于F×ｇ"cd，ｇ"cd的增加，摇轴支承力大增。

有梭织机和ZA205型织机都采用四杆打纬机构，但1515型有梭织机机架AD长度785毫米，ZA205型喷气织机机架AD长度160毫米，喷气织机的两支承中心距只有1515织机的五分之一，表明在加速度大增的条件下，打纬机构尺寸充分考虑了不能增加打纬机构运动对机架产生的冲击力矩。因此必须缩短两支承中心距，筘座脚的长度必须越来越短，高速运转的打纬机构使用短筘座脚，其次筘座、筘座脚和摇杆的质量必须大幅减小，短筘座脚就是减小质量。因此所述曲轴A和所述摇轴D的两支承中心距应满足下式：

所述机架AD的长度d＜180毫米；（8）

当b/a和总摆角Ψ已知，从图2的三角形DC₁C₂中成立：

c/a＞b/a×（360/Ψ）/（2×π）；（9）

式（8）和式（9）给出了c/a和d/a的取值范围。

    步骤4）确定所述摇杆CD与所述曲柄AB的长度比c/a;

    设定所述摇杆CD总摆角Ψ=23°-26°；

所述摇杆CD的总摆角Ψ与所述曲柄摇杆机构ABCD的杆长成立下面的等式：

    （M-P）²+（N- P）²-2cosΨ（M-P）（N-P）+cos²Ψ-1=0；（10）

    式中，M =（b/a-1)²/2（cd/a²）；

          N =（b/a+1)²/2（cd/a²）；

          P =（c²+d²）/2（cd）；    

当所述摇杆CD的总摆角Ψ给定时，在所述牵手BC与所述曲柄AB的长度比b/a和所述机架AD与所述曲柄AB的长度比d/a确定以后，由式（10）可以求出所述摇杆CD与所述曲柄AB的长度比c/a；

或当所述摇杆CD的总摆角Ψ给定时，在所述牵手BC与所述曲柄AB的长度比b/a和所述摇杆CD与所述曲柄AB的长度比c/a确定以后，由式（10）可以求出所述机架AD与所述曲柄AB的长度比d/a。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种高速四杆打纬机构的尺度综合方法,用该方法设计的四杆打纬机构为一曲柄摇杆机构（ABCD），由曲柄（AB）、牵手（BC）、摇杆（CD）和机架（AD）四杆组成，所述曲柄（AB）和所述摇杆（CD）的一端分别铰接在所述机架（AD）的曲轴（A）和摇轴（D）上，所述曲轴（A）和所述摇轴（D）之间依次铰接有所述曲柄（AB）、所述牵手（BC）和所述摇杆（CD），其特征在于：该方法根据四杆打纬机构的使用要求和动力学要求，综合四杆打纬机构的力传递和改善动力特性，减小四杆打纬机构各杆件的尺寸和质量，在机架上产生最小的振动力，减小四杆打纬机构运动对机架的冲击，最终确定四杆打纬机构的各杆件的尺寸数据和动力学参数；该方法的具体步骤如下：

步骤1）按织机的轻重确定所述曲柄（AB）的长度a=33-38毫米；

    步骤2）确定所述牵手（BC）与所述曲柄（AB）的长度比b/a，按以下关系式选择b/a：

    1）在前心位置的传动角，μ₁＞70°；

    2）所述曲柄（AB）一回转，传动角的最小值μ_min＞45°；

    3）|Ф₂"|/|Ф₁"|＜0.3；

上式中，|Ф₁"|表示前心位置的角加速度绝对值，|Ф₂"|表示后心位置的角加速度绝对值，上式表示前心位置的角加速度绝对值是后心位置的角加速度绝对值的3.3倍多；

步骤3）由b/a和总摆角Ψ，确定所述机架（AD）、所述摇杆（CD）分别与所述曲柄（AB）的长度比d/a和c/a的变化范围，满足以下关系式：

1）所述机架（AD）的长度d＜180毫米；

    2）c/a＞b/a×（360/Ψ）/（2×π）；

    步骤4）确定所述摇杆（CD）与所述曲柄（AB）的长度比c/a;

确定所述摇杆（CD）的总摆角Ψ=23°-26°；

在所述摇杆（CD）总摆角Ψ、b/a和d/a已知的条件下，由下式可求出c/a或在所述摇杆（CD）总摆角Ψ、b/a和c/a已知的条件下，由下式可求出d/a：

    （M-P）²+（N- P）²-2cosΨ（M-P）（N-P）+cos²Ψ-1=0；

    式中，M =（b/a-1)²/2（cd/a²）；

          N =（b/a+1)²/2（cd/a²）；

          P =（c²+d²）/2（cd）。

2.根据权利要求1所述的高速四杆打纬机构的尺度综合方法，其特征在于：步骤1中，

当织机为轻型织机时，所述曲柄（AB）的长度a=33-34毫米；

当织机为中型织机时，所述曲柄（AB）的长度a=35-36毫米；

当织机为重型织机时，所述曲柄（AB）的长度a=37-38毫米。