特种高速剑杆引纬机构优化及弹性动力学分析

《纺织工业"十二五"科技进步纲要》提出了重点推广高档剑杆织机等织造设备的要求，针对特种高速剑杆织机，创新建立一套基于空间凸轮和连杆机构的高速引纬原型系统，并研究其弹性动力学分析、弹性动力综合及多目标优化设计问题，探索一系列基于弹性动力学，支持高速引纬的机构综合，参数优化的设计机理。包括：引纬机构实体模型，运动学研究和仿真；结合工艺和高速需求创成相应初始结构；刚体动力分析和弹性动力分析；研制相应高速引纬实验系统，验证和修正理论模型；利用运动改善法进行弹性动力综合；探索并确立相关弹性动力学的引纬性能评价指标和评价准则，从而研究针对高速引纬机构的构型综合与多目标尺度寻优的数学建模问题。力争形成高速引纬机构构型优化及动态响应分析的新方法和新理论，为特种高档剑杆织机的进一步研制，提供理论支撑和实验依据。

引纬机构是剑杆织机最关键的组成部件之一，剑杆织机的引纬质量直接决定着织物的质量和织机的档次。目前，国产高档织机由于引纬机构设计与制造方面的缺陷，与世界先进织机仍有不小差距。因此探讨高速引纬机构各项性能，对改善国产织机竞争力和自主创新能力尤为迫切。 基于国内较为落后的高性能织机的现状，研究主要通过理论分析，虚拟样机进行检验及实验的方法，对几种剑杆织机引纬机构，特别是适用于高速引纬的空间连杆式引纬机构进行运动学分析，刚体动力学分析及运动弹性动力学分析。主要成果和工作如下： .建立引纬机构的运动学模型，对其进行运动学仿真，生成了剑带运动特性曲线, 同时考虑了摆动偏角和转速对剑带运动特性影响，得出最优的偏角范围为 28°~ 32°和最佳的主轴转速为 400r/min~ 600 r/min，并获得中间变量表达式，作为运动弹性动力学的输入变量。 .分析了空间四连杆引纬机构各参数间的关系,选取可优化参数,定义纬纱交接区间,对剑头加速度曲线建立了目标函数,采用遗传算法对可优化参数进行优化；推导了空间四连杆引纬机构通的牛顿矢量力学的法和达朗贝尔原理力学理论方程,同时使用Pro/E软件建立机构三维模型,并通过ADAMS软件进行动力学仿真。.分析了该引纬机构对与机架相连的运动副的受力状况。对该引纬机构震动力完全平衡进行了探索性的分析,通过比较各与机架相连运动副处受力状况,提出了平衡指标,并通过尝试改变相关机构质心位置,对空间四连杆引纬机构进行了震动力平衡的探索。.利用有限元的方法对引纬机构空间机构部分进行弹性动力学分析，先建立梁单元的运动微分方程，通过坐标变换和各单元质量矩阵和刚度矩阵的叠加组合，生成整个空间四杆机构相对整体坐标系的运动微分方程，采用运动静力分析和 QDA 的计算方法，得到剑带的运动误差曲线图谱。.考虑了运动副间隙对剑带运动特性影响，基于连续接触模型和等效杆长理论，得到了含间隙空间四连杆引纬机构的运动特性曲线。得到了ADAMS仿真坏境下不含间隙和含间隙机构的运动特性曲线，分析了间隙对机构的运动特性的影响.基于改进的Hertz理论并考虑构件的柔性，联用ANSYS和ADAMS建立了机构的刚柔耦合模型，分析了单独考虑连杆和扇形齿轮之间链接的铰间间隙以及叉形架和连杆柔性对剑带输出特性的影响。获得了柔性条件下，构件材料特性对含间隙机构的运动特性和动力学特性影响。