機械畢業(yè)設計（論文）-非圓齒輪行星輪系引緯機構的反求設計與仿真分析【全套圖紙ug三維】

1、<p>　　本科畢業(yè)設計（論文）</p><p>　　題 目 非圓齒輪行星輪系引緯機構的反求設計與 </p><p>　　仿真分析 </p><p>　　學 院 機械與自動控制學院 </p><p>　　專業(yè)班級

2、 機械設計制造及其自動化09（4）班 </p><p>　　姓 名 學 號 </p><p>　　指導教師 陳建能 </p><p>　　系 主 任 學院院長 </p><

3、p>　　浙 江 理 工 大 學</p><p><b>　　機械與自動控制學院</b></p><p><b>　　畢業(yè)設計誠信聲明</b></p><p>　　我謹在此保證：本人所做的畢業(yè)設計，凡引用他人的研究成果均已在參考文獻或注釋中列出。設計說明書與圖紙均由本人獨立完成，沒有抄襲、剽竊他人已經發(fā)表或未

4、發(fā)表的研究成果行為。如出現(xiàn)以上違反知識產權的情況，本人愿意承擔相應的責任。</p><p><b>　　聲明人（簽名）：</b></p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　劍桿織機的引緯機構，是劍桿織機

5、的核心機構之一，其運動性能如何將在很大程度上決定著整臺織機的性能與檔次。所以，一種結構設計合理的劍桿引緯機構能夠改善劍桿織機的工作效率與所生產產品的質量，提高經濟效益。本文提出了一種新型的劍桿引緯機構，即非圓齒輪行星輪系劍桿引緯機構。</p><p>　　本文中分析了劍桿織機的引緯工藝要求，得到了劍桿織機引緯時主軸轉過不同角度的時候劍桿應該有的位移、速度以及加速度。并以此為依據設定了劍桿的加速度運動曲線為一等腰梯

6、形的形狀的曲線，經過進一步計算后得到了劍桿的運動學模型。本文設計的非圓齒輪行星輪系劍桿引緯機構的作用是將主軸的勻速轉動轉換成劍桿的有規(guī)律的往復運動，根據這一模型的傳動規(guī)律建立運動學分析模型，結合其中非圓齒輪的特性得到節(jié)曲線方程。再基于Visual Basic 6.0這個平臺編寫引緯機構反求設計與仿真軟件，利用該軟件可以反求出機構中各個參數的值，之后根據仿真的結果調整機構參數，最終得到符合引緯規(guī)律的合理的參數，證明本文設計的引緯機構是合理

7、可行的。</p><p>　　關鍵詞：非圓齒輪；引緯機構；反求；劍桿織機</p><p>　　全套圖紙，加153893706</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The weft insertion mechanism is one of the key mechanism of t

8、he rapier loom. Its athletic performance has a lot of impact about the rapier rooms’ performance and its level. So, a weft insertion mechanism of the rapier rooms with reasonable structure can improve a lot of working ef

9、ficiency, the quality of the product of the rapier rooms and the economic benefit. This paper comes up with a new weft insertion mechanism, named the planetary non-circular gears trains weft insertion mechanism.</p>

10、;<p>　　Some research about the technological requirements of the rapier loom has been done in this paper. The displacement, velocity and acceleration of the rapier was obtained when the spindle has different angle

11、. And the motion curve of acceleration of the rapier has been designed as a isosceles trapezoid curve based on the research. Then the kinematics model of the rapier was worked out. The planetary non-circular gears trains

12、 weft insertion mechanism is used to change the uniform rotation of the sp</p><p>　　Keywords: Non-circular Gear; Weft Insertion Mechanism; Reverse Solution;</p><p>　　Rapier Loom</p><p

13、><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章緒論1</b></p><p>　　1.1 課題的研究背景與意義1</p><p>　　1.2 國內外劍桿引緯機構的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢2</p><p>　　1.2.1 劍桿引緯機構的簡介2</p>&l

14、t;p>　　1.2.2 國內外劍桿引緯機構的研究狀況及發(fā)展趨勢2</p><p>　　1.3 非圓齒輪的發(fā)展及研究情況5</p><p>　　1.3.1 非圓齒輪的介紹5</p><p>　　1.3.2 非圓齒輪的研究狀況5</p><p>　　1.4 本設計的主要內容6</p><p>　　第2章非

15、圓齒輪行星輪系引緯機構運動分析模型的建立8</p><p>　　2.1 劍桿織機的引緯工藝要求8</p><p>　　2.2劍頭的理想運動學曲線方程的建立9</p><p>　　2.2.1 劍頭理想運動曲線的構造9</p><p>　　2.2.2 劍頭運動學曲線方程的建立10</p><p>　　2.3 非圓

16、齒輪行星輪系引緯機構的模型簡介13</p><p>　　2.4 非圓齒輪行星輪系引緯機構反求模型的建立15</p><p>　　2.4.1 反求設計思想的簡介15</p><p>　　2.4.2 非圓齒輪行星輪系放大輪系的運動模型的建立15</p><p>　　2.4.3 第一級非圓齒輪行星輪系運動模型的建立17</p>

17、<p>　　2.4.4 第二級非圓齒輪行星輪系運動模型的建立18</p><p>　　第3章非圓齒輪行星輪系引緯機構反求設計與運動仿真軟件的設計20</p><p>　　3.1 計算機輔助設計的簡單介紹20</p><p>　　3.2 非圓齒輪行星輪系引緯機構反求設計與仿真軟件的介紹20</p><p>　　3.2.1

18、 引緯機構反求設計軟件的開發(fā)思路20</p><p>　　3.2.2 引緯機構反求程序的關鍵性思想20</p><p>　　3.2.3 引緯機構參數的設定22</p><p>　　3.2.4 引緯機構反求軟件的界面介紹23</p><p>　　3.2.5 引緯機構反求軟件各個控件的介紹24</p><p>　

19、　3.2.6 引緯機構反求軟件的功能特點28</p><p>　　第4章 引緯機構三維模型的建立與仿真29</p><p><b>　　第5章 總結33</b></p><p><b>　　參考文獻34</b></p><p><b>　　緒論</b></p>

20、;<p>　　1.1 課題的研究背景與意義</p><p>　　紡織是人類社會最古老的一個生產部門，它與我們的生活息息相關。隨著農業(yè)的發(fā)展和手工編結技術的提高，紡織技術出現(xiàn)并發(fā)展起來。隨著工業(yè)技術的提高，織機以其紡織速度快、產品質量高等優(yōu)點逐漸取代原始紡織手段開始迅速發(fā)展起來。</p><p>　　我國已成為全球第一紡織大國，現(xiàn)有生產能力為1.1億紡紗錠，加工全球紡織纖維總量

21、的42%～48%，生產的服裝占全球服裝產量的近二分之一，供應紡織品、服裝占全球貿易量的二分之一[1]。但我國卻非紡織機械的生產大國，而是紡織機械的進口大國，織造行業(yè)對進口設備的依賴度比較大。據統(tǒng)計，我國紡織機械在2011年上半年的進出口累計總額為38.56億美元，同比增長44.89％，其中紡織機械進口28.00億美元，同比增長48.48％[2]。我國的織機行業(yè)經過幾十年的發(fā)展，目前已具有一定的生產規(guī)模和生產能力[3]，但是與世界先進水平

22、仍有較大的差距，因此紡織機械技術裝備的研究和發(fā)展對提升我國紡織工業(yè)的總體水平和競爭力具有切實的意義[4]。而引緯機構就是其中一項關鍵的研究內容。</p><p>　　引緯方式分為有梭引緯和無梭引緯，其中無梭引緯可分為噴水引緯、劍桿引緯、噴氣引緯和片梭引緯四種[5]。自1963年漢諾威國際紡織機械展覽會首次展出了商業(yè)性劍桿織機以來，隨著新材料和新技術的廣泛應用，這種織機的工藝性能日趨完善。80年代末，劍桿織機進入了

23、全盛時期。用劍桿織機加工織物的范圍，從中厚織物發(fā)展到輕薄織物，從服裝面料發(fā)展到裝飾和產業(yè)用織物，由單層織物發(fā)展到毛圈及雙層起絨織物，從狹幅發(fā)展到4.6m的闊幅，由低速發(fā)展到高速。現(xiàn)今劍桿織機的最高入緯量已突破1100m/min，緯紗的選色從單色發(fā)展到最多達16色(德國Dornier劍桿織機)。這是其他幾種無梭織機不可比擬的[6]。</p><p>　　劍桿織機它是利用往復移動的劍狀桿將檢口外因定筒子上的緯紗引入梭

24、口，與有梭織機相比，它的入緯串高，織物質量優(yōu)，機器噪聲低，勞動生產率高。劍桿織機引緯過程緯紗始終受到劍頭的積極控制，可適應強捻緯紗的織造，不會出現(xiàn)緯紗的退捻和緯縮疵點。劍桿引緯具有極強的多色緯紗織造功能，能十分方便地進行多色任意換緯，并且選緯(換色)運動對織機速度不產生任何影響，在裝飾織物加工、毛織物加工和棉型色織物等加工中都得到了廣泛使用[7]。</p><p>　　1.2 國內外劍桿引緯機構的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨

25、勢</p><p>　　1.2.1 劍桿引緯機構的簡介</p><p>　　劍桿引緯機構是劍桿織機的五大核心機構之一，它將緯紗引入梭口，形成織物所需的紋理。能保證引緯失誤少，可靠性高，可以實現(xiàn)對許多引緯比較困難的紗線進行引緯，其制織品種的適應性極其廣泛，同時劍桿織機的門幅寬，因此劍桿織機成為應用最廣泛的一種無梭織機?，F(xiàn)代織機在適應高速、高效的同時，對引緯機構的性能要求越來越高，引緯機構的好

26、壞直接決定整機性能的優(yōu)劣[8]。正因為劍桿引緯機構在劍桿織機中的重要作用，國內外許多紡織領域內的學者都對其進行了研究，并取得了許多的成果。</p><p>　　1.2.2 國內外劍桿引緯機構的研究狀況及發(fā)展趨勢</p><p>　　目前，在國內外市場上出售的劍桿織機引緯機構主要有以下幾種：</p><p>　　共軛凸輪引緯機構，如圖1-1所示，該引緯機構有一個自由度

27、，由共軛凸輪、連桿機構和輪系組成。共軛凸輪1使剛性角形桿H1AH2作往復擺動，擺桿AB和桿H1AH2剛性連接，通過四連桿機構ABCD驅動與搖桿CD剛性連接的圓柱齒輪2作往復擺動。最后經過定軸輪系Z1、Z2、Z3和劍輪3的放大，使與劍輪嚙合的劍帶4獲得往復直線運動。這類機構很容易滿足引緯要求的運動規(guī)律，其劍頭運動規(guī)律在理論上可按照任意曲線要求來設計[9]。該機構的性能取決于共軛凸輪的設計，但凸輪廓線加工精度要求相當高，制造難度大，如存在誤

28、差就易產生磨損沖擊和振動加劇，影響正常的織造。</p><p>　　變螺距螺旋傳動引緯機構，如圖1-2所示，主軸帶動曲柄AB，經過連桿BC使滑塊型螺母C產生往復運動，螺母C與螺桿1形成螺紋副，帶動螺桿轉動，從而帶動螺桿軸上的劍輪2傳劍。這類機構結構簡單，傳動鏈短，結構緊湊，交接條件好，但傳動效率低，而且變螺距螺旋副的加工也很困難[8]。</p><p>　　差動輪系連桿機構傳動的引緯機構，

29、如圖1-3所示。周轉輪系的軸心O為筘座腳CO的擺動中心，AO1B桿的轉動經連桿分別傳遞給桿DO和筘座腳。DO的角速度w1即為周轉輪系內齒輪1的角速度，CO的角速度w2為周轉輪系轉臂的角速度。在w1和w2作用下，中心輪2以合成速度w3作往復擺動，通過圓錐齒輪系(4、5、6和7)帶動傳劍輪8[8]。該機構能很好的改善交接緯時緯紗張力變化大或緯紗松弛導致交接失誤的現(xiàn)象，但是傳動路線長、結構過于復雜。</p><p>　

30、　空間四連桿引緯機構，如圖1-4所示，2為織機主軸，由曲柄1、叉桿3和搖桿4組成的球面曲柄搖桿機構，通過連桿5帶動扇齒輪6，驅動劍輪7。但其引緯運動規(guī)律設計靈活性不如平面六連桿送緯、四連桿接緯機構[8]。</p><p>　　電子引緯機構，如圖1-5所示，這類引緯機構是機械電子技術結合的產物，是伴隨著電子技術和控制技術的發(fā)展而提出的一種新的引緯方法。這類機構核心技術是伺服電機的控制[10]。另外，與此相似的還有一

31、種電磁控制[11]機構。這類引緯方法的優(yōu)點在于機構結構簡單，能最大程度消除機械部件轉動慣量帶來的不良影響。通過改變引緯控制器中數據，可實現(xiàn)劍桿織機引緯運動規(guī)律的可選擇性，滿足和提高織機對不同緯紗的適織性能，進一步增強織造多品種織物的能力，提高織機的自動化水平[8]。不過這類機構對電子技術的要求較高，目前，該技術還沒有獲得普遍的推廣和使用，尚處于實驗改進階段。</p><p>　　隨著技術的不斷革新，機械和電子的聯(lián)

32、系越來越緊密。引緯機構以后的發(fā)展也可能會逐漸的與微電子相結合，使我們對引緯運動的控制能夠更加隨心所欲。</p><p>　　1.3 非圓齒輪的發(fā)展及研究情況</p><p>　　1.3.1 非圓齒輪的介紹</p><p>　　非圓齒輪是一種特殊的齒輪，與圓齒輪的不同之處在于其節(jié)曲線形狀不規(guī)則。在圓柱齒輪的傳動過程中，其傳動比為一固定常數，從動輪和主動輪的轉角呈線性關

33、系；而對于非圓齒輪，其傳動比為非特定的函數，從動輪和主動輪的轉角關系是非線性的。一對互相嚙合的非圓齒輪，當主動輪作勻速轉動時，從動輪便作一定規(guī)律的變角速運動，非圓齒輪可使工作機構具有變速運動，能協(xié)調工作機構的循環(huán)周期，利用非圓齒輪機構與連桿機構串聯(lián)組合，能獲得等速或所需的運動規(guī)律[12]。而要實現(xiàn)劍桿的往復運動需要多個齒輪組成非圓齒輪行星輪系才能實現(xiàn)。由于非圓齒輪的特性，當輸入軸以勻角速度朝一個方向連續(xù)轉動時，通過非圓齒輪輪系，輸出軸的

34、回轉方向和轉速都可能改變，因而有可能設計出輸出軸作連續(xù)單向轉動的、間歇轉動的以及往復擺動的機構。非圓齒輪節(jié)曲線可以是任意不規(guī)則的形狀，目前研究較多的節(jié)曲線主要有橢圓及其變階形式、卵形、對數螺線形和傅里葉曲線等形狀。非圓齒輪已經在機械工業(yè)等學科得到了較大范圍的應用，常見于如自動化儀表、農業(yè)機械、機床等行業(yè)[13]。</p><p>　　1.3.2 非圓齒輪的研究狀況</p><p>　　2O

35、世紀40年代開始，由于當時機械制工業(yè)的發(fā)展，對傳動機構的要求愈來愈多樣化、復雜化，已有的齒輪傳動或其它傳動機構很難滿足需要。為了實現(xiàn)變傳動比傳動，人們突破了傳統(tǒng)圓齒輪的局限而發(fā)明了非圓齒輪[14]。但是由于一些問題的限制，以致影響了它的應用[15]。例如如何表達非圓齒輪節(jié)曲線的方法，在得到非圓齒輪節(jié)曲線的離散數據后需要對其進行擬合，但是非圓齒輪節(jié)曲線的擬合對曲線擬合方法有很高的要求，擬合得到的節(jié)曲線需滿足非圓齒輪實際的保凸性、壓力角等要

36、求。另外非圓齒輪的加工也不簡單。由于非圓齒輪節(jié)曲線的不規(guī)則性，其齒廓難以用傳統(tǒng)的齒輪加工方法加工生成。雖然數控機床的發(fā)展降低了非圓齒輪加工的難度，但是編制數控加工代碼仍太繁雜，已開發(fā)的數控技術模塊對非圓齒輪的加工通用性不高。</p><p>　　但是非圓齒輪與連桿機構、凸輪機構相比，具有較大的優(yōu)越性尤其是它適用于高速旋轉機構和能實現(xiàn)連續(xù)的單向循環(huán)運動。所以，人們在加工非圓齒輪方面動了不少腦筋。CAD和程序語言開發(fā)

37、軟件等計算機技術的應用[10]；加工設備的智能化、參數化以及高精度化[11]，機械制造行業(yè)也在朝著開發(fā)智能化、參數化的數控設備這一趨勢發(fā)展[12]；線切割、粉末冶金和快速成型等新型非圓齒輪生產技術在非圓齒輪加工中的應用，使得非圓齒輪的加工問題已得到了很好的解決[13]。</p><p>　　1.4 本設計的主要內容</p><p>　　本次畢業(yè)設計中研究的主要內容包括：</p>

38、<p>　　1）了解、掌握劍桿織機引緯工藝要求</p><p>　　清楚劍桿織機引緯時，主軸轉過不同角度的時候劍頭應該有的位移、速度以及加速度。</p><p>　　2）建立劍頭的理想運動學曲線方程</p><p>　　根據最符合劍桿織機織造的原則，得到劍桿的理想運動學曲線方程。</p><p>　　3）由給定的非圓齒輪行星輪系

39、引緯機構的傳動原理，建立運動學分析模型</p><p>　　根據非圓齒輪的特性建立傳動模型，將主軸的勻速轉動轉換成期望達到的劍桿的往復運動。</p><p>　　4）編寫運動分析、仿真軟件，進行參數反求。</p><p>　　根據得到的理想的運動學曲線方程，利用MATLAB編寫運動分析、仿真軟件，反求出機構中各個參數的值。</p><p>　

40、　5）根據最佳參數，進行結構設計。</p><p>　　根據得到的參數和建立的運動模型，對結果進行仿真分析，并由仿真結果對參數進行適當的調整。</p><p>　　非圓齒輪行星輪系引緯機構運動分析模型的建立</p><p>　　引緯機構用于將織機主軸的勻速回轉運動轉換為引緯劍頭的變速往復直線運動，本章在滿足劍桿引緯機構的工藝特性要求的基礎上，設定了理想的引緯劍頭運動

41、規(guī)律，建立了該新型引緯機構的運動學反求模型，并根據引緯劍頭的運動規(guī)律和已知的機構參數反求得到了非圓齒輪的節(jié)曲線方程。</p><p>　　2.1 劍桿織機的引緯工藝要求</p><p>　　引緯機構最終要應用在劍桿織機中，所以它必須滿足劍桿織機的引緯工藝要求。典型的劍桿運動規(guī)律有下列特征：在劍桿向梭口內運動起始處，送緯劍和接緯劍運動緩慢，而且送緯劍更慢，這有利于送緯劍能在較短的距離內正確夾

42、持住緯紗。在梭口中央交接時，送緯劍和接緯劍運動也緩慢，有利和緩交接，降低緯紗張力[2]。且交接時需滿足一定的緯紗交接沖程要求，一般理論交接沖程取10mm。</p><p>　　所以我們能得到劍桿引緯的一系列特點：劍頭在梭口內停留時間較長，占主抽轉角200°—240°，甚至更長些；劍頭進出梭口的時間可調范圍小，劍頭進入梭口約在60°—90°間，出梭口約在280°一3

43、10°間，空程可使劍頭遲進、早出梭口，常見的劍桿織機引緯機構工作圓圖如圖2-1所示。為了滿足劍桿運動規(guī)律，需要調整的主要引緯參數有劍頭初始位置、劍頭動程、緯紗交接配合、剪緯、釋放緯紗和劍頭運動的配合[6]。</p><p>　　2.2劍頭的理想運動學曲線方程的建立</p><p>　　2.2.1 劍頭理想運動曲線的構造</p><p>　　劍桿織機劍頭運動

44、規(guī)律的優(yōu)化可以使引緯運動更加平穩(wěn),改善緯紗的受力狀況,提高入緯率,適應高速織機的要求,大大改善織機的織造性能。常用的劍頭運動規(guī)律有正弦加速度規(guī)律、梯形加速度規(guī)律和修正梯形加速度規(guī)律等。已有的一些計算表明,在動程和運動時間相同的條件下,正弦加速度規(guī)律的加速度峰值比修正梯形加速度規(guī)律的加速度峰值大45%,速度峰值大4%。結合劍桿織機劍頭的運動規(guī)律要求，在目前常用的劍頭運動規(guī)律中,修正梯形加速度運動規(guī)律是最優(yōu)越的。修正梯形加速度運動規(guī)律是指引

45、緯加速度曲線的形狀類似于梯形,在梯形的轉折處用多項式曲線光滑過渡。過渡曲線設計是修正梯形加速度運動規(guī)律的重點和難點。</p><p>　　目前有很多種研究劍桿運動規(guī)律曲線的方法，例如直接假設位移曲線方程,然后根據各曲線段的位移、速度、加速度關系以及曲線的連續(xù)、光滑條件,找出各段曲線的邊界條件,列出方程組依次求解出位移、速度、加速度曲線方程。雖然該種設計方法能很好地滿足劍頭的運動要求,但其優(yōu)化變量有11個之多,計算

46、量較大；或者采用5次多項式來設計加速度的過渡曲線,這種方法滿足了高速劍桿織機對加速度、躍度無突變的要求,劍頭的運動也很平穩(wěn),沖擊較小,是一種較為優(yōu)越的運動規(guī)律,但隨著多項式次數的增加,引緯機構精度要求提高,零件加工難度加大,成本增高,機構對誤差的敏感性也相應提高。因此本設計根據修正梯形加速度劍頭運動規(guī)律，在現(xiàn)有的成果之上采用三次埃爾米特插值多項式構造4段過渡曲線[20]，構造了理想的引緯機構加速度運動規(guī)律曲線。再根據得到的加速度運動曲線

47、規(guī)律分別進行一次和兩次積分求得引緯機構的速度運動規(guī)律曲線和位移運動規(guī)律曲線。</p><p>　　引緯機構加速度運動規(guī)律曲線如圖2-2所示</p><p>　　2.2.2 劍頭運動學曲線方程的建立</p><p>　　1、加速度方程的建立</p><p>　　以下是一些參數的設定</p><p>　?。阂暪に噮?，主

48、軸轉角，由引緯工藝條件決定；</p><p>　　、、：對應劍頭運動過程中主軸的轉角，為已知量；</p><p>　　—劍頭加速度，由織機所需的筘幅決定筘幅；</p><p>　　h—最大正向加速度值，根據劍桿動程要求確定；</p><p>　　—加速度初始值，為應變量。</p><p>　　由引緯機構加速度運動規(guī)律曲

49、線可知，當在區(qū)間時</p><p><b>　　設</b></p><p>　　由邊界條件： </p><p><b>　　得，所以</b></p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b

50、>　　當在區(qū)間時</b></p><p>　　易知： （2-2）</p><p><b>　　當在區(qū)間時</b></p><p><b>　　設</b></p><p><b>　　

51、由邊界條件：，得</b></p><p><b>　　故</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　當在區(qū)間時</b></p><p>　　易知：（2-4）</p><p>　　為了利于緯紗的交接

52、，也便于織機的調試，劍頭進足開始退劍時的速度，因此在內，函數與軸所圍成的正負面積之和必須為零，即。因此可得等式</p><p><b>　　即：</b></p><p>　　得： （2-5）</p><p>　　由于這一段的曲線與這一段的曲線關于對稱，所以加速度方程為：</p><p><b>　?。?-

53、6）</b></p><p><b>　　2、速度方程的建立</b></p><p>　　設織機主軸角速度為，即，對加速度曲線進行積分即可得到速度曲線，即，整理可得段的速度曲線方程如下：</p><p><b>　　（2-7）</b></p><p>　　由于速度曲線關于點呈中心對稱，所

54、以段的速度曲線表達式可以表示為：</p><p><b>　　3、位移方程的確立</b></p><p>　　接著再對速度曲線進行積分，得到位移曲線，即，整理后可得段的位移曲線方程如下：</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　由于位移曲線關于這一軸對稱，所以這一段的位移

55、曲線方程可以表示為：。</p><p>　　2.3 非圓齒輪行星輪系引緯機構的模型簡介</p><p>　　在本設計中我們采用非圓齒輪行星輪系這一引緯機構，該劍桿織機引緯機構的機構簡圖如圖2-3所示</p><p>　　該機構的行星架1由織機主軸2驅動，主動非圓太陽齒輪3活套在從動非圓太陽輪軸4上，主動非圓太陽齒輪3固定不動。位于行星架1兩側的行星軸5由行星架1驅動

56、，兩根行星軸5上分別固結有從動非圓行星齒輪6和主動非圓行星齒輪7，主動非圓太陽齒輪3和兩個從動非圓行星齒輪6嚙合，從動非圓太陽齒輪8和兩個主動非圓行星齒輪7嚙合，從動非圓太陽輪軸4上固定有大圓柱齒輪9，大圓柱齒輪9和裝在小圓柱齒輪軸11一端的小圓柱齒輪10嚙合。小圓柱齒輪軸11的另一端固定有大圓錐齒輪12，大圓錐齒輪12和裝在小圓錐齒輪軸14一端的小圓錐齒輪13嚙合。小圓錐齒輪軸14的另一端固定有劍輪15。劍輪15與劍帶相互嚙合，通過控

57、制劍輪15的運動規(guī)律來使得劍頭按預定設計的規(guī)律來進行運動。</p><p>　　在理論上來說只要設計出合適的非圓齒輪節(jié)曲線，就可以得到任意運動規(guī)律的劍桿運動曲線。該機構與其它類型的引緯機構相比，結構緊湊，傳動鏈短，傳動效率高，能夠適應更多的設計需求，具有更高的設計靈活性。</p><p>　　2.4 非圓齒輪行星輪系引緯機構反求模型的建立</p><p>　　2.4

58、.1 反求設計思想的簡介</p><p>　　反求工程這一術語起源于20世紀60年代，但從工程的廣泛性對它進行研究,從反求的科學性進行深化還是從20世紀90年代初剛剛開始。反求工程類似于反向推理,屬于逆向思維體系。它以社會方法學為指導，以現(xiàn)代設計理論，方法，技術為基礎，運用各種專業(yè)人員的工程設計經驗，知識和創(chuàng)新思維，對已有的產品或想要達到的結果進行解剖，分析，重構和再創(chuàng)造,在工程設計領域,它具有獨特的內涵,可以說

59、它是對設計的設計[[21]。</p><p>　　反求技術是測量技術，數據處理技術，圖形處理技術和加工技術相結合的一門結合性技術。隨著計算機技術的飛速發(fā)展和上述技術的逐漸成熟,近年來在新產品設計開發(fā)中愈來愈多的得到應用，因為在產品開發(fā)過程中需要以設計的結果作為設計依據參考模型或作為最終驗證依據時尤其需要應用該項技術。</p><p>　　2.4.2 非圓齒輪行星輪系放大輪系的運動模型的建立

60、</p><p>　　非圓齒輪行星輪系引緯機構的行程放大輪系部分如圖2-4所示</p><p>　　主軸的轉動傳遞到從動非圓太陽齒輪8之后，由齒輪8通過從動非圓太陽輪軸4傳遞到大圓柱齒輪9，再傳遞到與之相嚙合的小圓柱齒輪10，然后通過小圓柱齒輪軸11傳遞到大圓錐齒輪12，再傳遞到與之相嚙合的小圓錐齒輪13，最后通過小圓錐齒輪軸14傳遞給劍輪。在2.2.2中我們已經知道劍輪連接的劍桿劍頭的加

61、速度，速度，位移等運動規(guī)律，可以根據運動的傳遞路徑反向求得從動非圓太陽齒輪8的運動規(guī)律。</p><p>　　非圓齒輪行星輪系引緯機構所需的相關參數如表2-1所示</p><p><b>　　表2-1</b></p><p>　　由劍頭的位移，速度，加速度，以及劍輪的半徑，可以求得劍輪15的角位移，角速度，角加速度，如下列式子所示</p&

62、gt;<p>　　根據設定的放大輪系的各個齒輪半徑可以得到行程放大輪系的總傳動比</p><p>　　從而可以求得大圓柱齒輪9的角位移，角速度和角加速度，因為從動非圓太陽輪8與大圓柱齒輪9是同軸傳動的，所以可得</p><p><b>　　（2-9）</b></p><p>　　2.4.3 第一級非圓齒輪行星輪系運動模型的建立&l

63、t;/p><p>　　本設計的非圓齒輪行星輪系引緯機構總共包含有兩級的非圓齒輪輪系，第一級是由橢圓齒輪行星輪系構成。如圖2-5所示</p><p>　　圖中橢圓齒輪3固定不動，橢圓齒輪6與齒輪3通過行星架1相連接，兩個齒輪的軸心,分別為對應橢圓的的焦點，行星架1圍繞著橢圓齒輪3以的角速度在運動，橢圓齒輪6在行星架1的帶動下，一邊圍繞著軸心6做自轉運動，一邊圍繞著橢圓齒輪3做公轉運動，點為兩個齒

64、輪在運動過程中的嚙合點。當行星架1轉過角度時，由于橢圓齒輪3是固定不動的，所以齒輪3相對于行星架1轉過角度，與此同時橢圓齒輪6相對于行星架轉過角度。</p><p>　　根據橢圓本身的特性可以得到</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p><b>　?。?-11）</b></p>&l

65、t;p>　　由于兩齒輪的軸心都是對應齒輪的焦點所以他們的中心距為，因此在傳動的過程當中</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　由（2-9）、（2-10）、（2-11）三式可得</p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　由式（2-13）

66、可以得到和的關系如下</p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　2.4.4 第二級非圓齒輪行星輪系運動模型的建立</p><p>　　非圓齒輪副是用來傳遞非勻速傳動比的，其節(jié)曲線就是一對互相嚙合的齒輪在其嚙合過程中實現(xiàn)無滑動地純滾動的共扼曲線，一般不為圓。設計非圓齒輪主要由兩個關鍵因素，首先是確定非圓齒輪副的節(jié)曲線，

67、這也是最關鍵的一步。其次是確定非圓齒輪其它的幾何參數。 </p><p>　　在實際設計中，通常有三種方式來計算節(jié)曲線，即：給定非圓齒輪傳動比函數和中心距；給定再現(xiàn)函數和中心距；給定主動非圓齒輪的節(jié)曲線方程和中心距。本文采用的是第一種方案。</p><p>　　由第一級橢圓齒輪行星輪系的運動模型可以知道，當主動橢圓齒輪3相對于行星架轉過角度時，從動橢圓齒輪6相對于行星架轉過角度，此時第一級

68、相互嚙合的橢圓齒輪的向徑分別為和，此瞬時傳動比為</p><p><b>　?。?-15）</b></p><p>　　這個時刻從動非圓齒輪8和主動非圓齒輪7的嚙合向徑為，，那么可得</p><p>　?。?-16）假設從動非圓太陽輪8與行星架之間的傳動比為</p><p>　　而由于橢圓齒輪3是固定不動的，所以，那么可

69、以得到</p><p><b>　　（2-17）</b></p><p>　　有機構可知主軸與行星軸的中心距為</p><p><b>　?。?-18）</b></p><p>　　由（2-14）、（2-15）、（2-16）、（2-17）四式可得</p><p>　　由設計的

70、機構的傳動關系可得</p><p>　　綜上所述，可以得到非圓齒輪7的節(jié)曲線方程為</p><p><b>　?。?-19）</b></p><p>　　非圓齒輪8的節(jié)曲線方程為</p><p><b>　?。?-20）</b></p><p>　　非圓齒輪行星輪系引緯機構反

71、求設計與運動仿真軟件的設計</p><p>　　3.1 計算機輔助設計的簡單介紹</p><p>　　計算機輔助設計一般是指通過向計算機輸入設計資料，由計算機自動地編制程序，優(yōu)化設計方案，得到產品或零件圖的過程。計算機輔助分析是綜合計算機技術、應用數學和模擬理論而發(fā)展起來的，現(xiàn)今被廣泛應用于機械設計等領域，已成為產品設計、研究和分析復雜應用問題的重要工具。本設計需要得到最終機構的運行數據，

72、以此來分析各參數間的相關性。而Visual Basic 6.0有著較強的數據分析能力以及強大的人機交互功能，所以本文將以Visual Basic 6.0為設計平臺，對非圓齒輪行星輪系引緯機構進行反求設計，并對機構進行運動仿真分析。</p><p>　　3.2 非圓齒輪行星輪系引緯機構反求設計與仿真軟件的介紹</p><p>　　3.2.1 引緯機構反求設計軟件的開發(fā)思路</p>

73、<p>　　根據第2章中建立的非圓齒輪行星輪系引緯機構的運動分析模型編寫計算程序，根據引緯工藝的要求輸入合理的參數得出機構的運動模型以及運動軌跡，并反求出節(jié)圓曲線的各個離散數據為三維模型仿真做好準備。</p><p>　　3.2.2 引緯機構反求程序的關鍵性思想</p><p>　　根據第2章建立的非圓齒輪行星輪系引緯機構的運動學反求模型，編寫反求計算的程序框圖，如表2-2所

74、示。其中為最大正向加速度，為比例系數，為織機主軸的轉速，，，為引緯運動規(guī)律曲線的角度參數，分別對應于圖2-2中的角度參數，，；為橢圓齒輪的長半軸，為橢圓齒輪的偏心率，為傳劍輪的半徑，為接緯提前角，，，分別為第一級傳動中心橢圓齒輪和行星橢圓齒輪的齒數和模數，，， 分別為第二級傳動中心非圓齒輪和行星非圓齒輪的齒數和模數，為緯紗交接沖程，為仿真速度調節(jié)參數。</p><p><b>　　表3-1</b&

75、gt;</p><p>　　第二級非圓齒輪行星輪系機構示意圖如圖3-1所示</p><p>　　，分別為中心齒輪8和行星齒輪7的軸心, 為兩齒輪的嚙合點，垂直于軸，為行星齒輪7的第條向徑，所以B點的坐標即為（，），其中,，為選取的第條向徑所對應的非圓齒輪7相對于行星架1的角度，設位。假設的坐標為（，），在得到，之后，根據幾何關系可以得到</p><p><b&

76、gt;　?。?-21）</b></p><p>　　3.2.3 引緯機構參數的設定</p><p>　　目前我們國家大多數的劍桿織機的額定筘幅的范圍大概在190cm至360cm左右，為了與國內劍桿織機的技術水平相配合，設定引緯劍頭的最大正向加速度為560m/s2，那么其對應的劍頭單邊總動程為147.5cm。另外，參考常見劍桿織機的傳動結構和引緯機構的布置方案，選取橢圓齒輪的長半

77、軸為70mm，即行星軸和織機主軸的距離為140mm。根據劍桿引緯工藝要求，為了使引緯運動更有利于緯紗的交接減少緯紗張力，設定接緯劍頭的先行角為10°，緯紗交接沖程為10mm。根據引緯機構反求軟件，可以得到幾個重要參數對反求得到的非圓齒輪節(jié)曲線不同的影響程度，通過調整優(yōu)化得到了一組較優(yōu)的機構參數：橢圓齒輪偏心率，劍輪半徑，行程放大輪系總傳動比，其中對應的各齒輪參數分別為：、、、、、。</p><p>　　

78、3.2.4 引緯機構反求軟件的界面介紹</p><p>　　該引緯機構反求軟件的操作界面如圖3-2所示，</p><p>　　界面窗口的最上方包含軟件的名稱、版本號和版權等信息。下方的操作界面主要分為6個區(qū)域：區(qū)域1是軟件在運行仿真的時候輸出的劍桿運動學曲線，包括劍桿的加速度曲線，速度曲線和位移曲線；區(qū)域2 是有關加速度曲線的參數的輸入區(qū)域，可以根據需要調整其中的正向加速度峰值，主軸參數以

79、及加速度曲線參數等數據，這些數據的修改會影響到區(qū)域1中輸出的劍桿運動學曲線；區(qū)域3是畫面顯示窗口，在仿真過程中機構簡圖的顯示以及機構運動的過程都是在該區(qū)域顯示；區(qū)域4是控件的放置界面，在軟件運行過程中需要對控件進行點擊操作才能實現(xiàn)參數計算，運動模擬以及數據保存等操作；區(qū)域5是有關引緯機構的參數輸入區(qū)域，可以根據需要調整機構中一些零件的參數，這些數據的修改會對機構中的傳動比，節(jié)曲線方程等產生影響；區(qū)域6是數據輸出區(qū)域，從中可以讀出在機構運

80、動過程中零部件在不同時刻的運動情況。</p><p>　　3.2.5 引緯機構反求軟件各個控件的介紹</p><p>　　基于Visual Basic 6.0的軟件開始運行時需要對控件進行操作才能實現(xiàn)軟件中想要的功能。</p><p><b>　　1、參數計算</b></p><p>　　軟件開始運行后在區(qū)域2以及區(qū)域5

81、輸入參數之后，點擊參數計算，軟件就會根據當前狀態(tài)下的參數對引緯機構進行計算，并在區(qū)域1中輸出劍桿的運動學曲線，在區(qū)域6中輸出放大輪系傳動比，單邊總行程以及接緯劍頭位移這幾個參數。此時“初始位置”，“機構示意圖”，“退出”這三個控件變?yōu)榭蛇x擇狀態(tài)。如圖3-3所示</p><p><b>　　2、初始位置</b></p><p>　　該控件用于在仿真開始之前確定機構的運動

82、初始位置，點擊初始位置之后，仿真機構的運動簡圖會在區(qū)域3中顯示出來，這時“運動模擬”和“數據保存”這兩個控件變?yōu)榭蛇x擇狀態(tài)，如圖3-4所示</p><p><b>　　3、運動模擬</b></p><p>　　該控件為機構開始仿真分析的命令按鈕，運行后區(qū)域3中顯示的機構會開始運動，區(qū)域1中劍桿運動學曲線上的指示點會根據當前時刻的運動情況反映出對應的劍桿加速度，速度以及

83、位移的值。在運動仿真的過程中“運動模擬”這一控件的名稱會變成“暫停”，如果點擊“暫?！卑粹o，區(qū)域3處仿真運動會停止在當前的時刻，區(qū)域1的曲線上的指示點也會停留在與當前時刻劍桿的加速度、速度和位移相對應的位置上。而且“暫?！卑粹o的名稱會變成“繼續(xù)”，同時“步進”和“步退”按鈕變?yōu)榭蛇x擇狀態(tài)，如圖3-5所示。這時如果點擊“步進”按鈕，區(qū)域3中的機構會顯示在當期位置的基礎上織機主軸前進1°后整個機構所呈現(xiàn)的狀態(tài)，如果點擊“步退”按鈕

84、，區(qū)域3中的機構會顯示在當期位置的基礎上織機主軸后退1°后整個機構所呈現(xiàn)的狀態(tài)，如果點擊“繼續(xù)”則機構會再一次進入仿真運動狀態(tài)。</p><p><b>　　4、機構示意圖</b></p><p>　　該軟件運行后，“機構示意圖”這一按鈕處于可選擇狀態(tài)，點擊之后就會在區(qū)域3中顯示出機構的示意圖，如圖3-6所示，這時“機構示意圖”按鈕的名稱會變成“隱藏示意圖”

85、，點擊之后機構示意圖被隱藏。</p><p><b>　　5、數據保存</b></p><p>　　在進行運動仿真之后點擊“數據保存”按鈕，軟件會把所有的輸入輸出的參數以“txt”格式保存起來如圖3-7所示，圖3-8是保存后的部分數據</p><p><b>　　6、退出</b></p><p>　

86、　點擊“退出”按鈕之后，軟件會結束運行。</p><p>　　3.2.6 引緯機構反求軟件的功能特點</p><p>　　該引緯機構反求軟件以Visual Basic 6.0為平臺，根據第2章中建立的運動分析模型編寫運算程序，使得該軟件不僅能直觀的顯示出所設計的引緯機構的運動狀態(tài)，更能定量的得出機構的參數和最終的運動曲線。根據輸出的結果再結合實際的引緯工藝要求對不恰當的地方能方便快捷的做出

87、優(yōu)化修改。</p><p>　　第4章 引緯機構三維模型的建立與仿真</p><p>　　由上述的引緯機構反求軟件的功能介紹可以知道，該軟件在運行過后可以將引緯機構中所需的參數輸出并保存。這些數據中包含著非圓齒輪以及橢圓齒輪的節(jié)曲線離散點，根據這些點再基于學院課題組已經研究過的齒廓生成軟件就可以得到各個齒輪完整的外形輪廓。這樣就可以在三維建模軟件中建立所設計的劍桿引緯機構模型。</p

88、><p>　　如圖4-1，4-2，4-3，4-4所示分別為機構中非圓齒輪8，7以及橢圓齒輪3，6的三維模型</p><p>　　圖4-1 非圓齒輪8 圖4-1 非圓齒輪7</p><p>　　圖4-3 橢圓齒輪3 圖4-4橢圓齒輪6</p><p>　　兩

89、非圓齒輪以及橢圓齒輪在機構中的嚙合情況如圖4-5，4-6所示</p><p>　　圖4-5 非圓齒輪嚙合示意圖</p><p>　　圖4-6 橢圓齒輪嚙合示意圖</p><p>　　在該機構中行星架被設計為一個大圓盤，再通過軸將行星輪與太陽輪連接在一起，組成第一，第二級行星輪系，如圖4-7所示</p><p>　　圖4-7 行星架的結構<

90、;/p><p>　　最后根據實際情況合理的設計其它的齒輪以及部件，最后得到的劍桿引緯機構的三維模型如圖4-8所示</p><p>　　圖4-8 劍桿引緯機構三維模型</p><p>　　三維模型構建完成之后需要建立適當的約束，再將其導入Adams軟件中進行三維仿真分析，如圖4-9所示，證明其運行規(guī)律是符合實際引緯工藝要求的。</p><p>　　

91、圖4-9 引緯機構三維仿真分析過程</p><p><b>　　第5章 總結</b></p><p>　　本次設計，構造了一個新型的非圓齒輪行星輪系劍桿引緯機構，根據引緯工藝的要求，結合計算機輔助技術確定了機構的合理參數，證明該機構是可以按照預期設定的運動規(guī)律來實現(xiàn)劍桿織機的引緯運動的。</p><p>　　在本次畢業(yè)設計中完成的主要內容包括：

92、</p><p>　?。?）分析了劍桿織機引緯運動的工藝要求，確定了主軸轉過不同角度時劍頭應該有的位移、速度以及加速度。</p><p>　　（2）根據所需要的劍桿運動加速度規(guī)律建立了劍頭的理想運動學曲線方程，</p><p>　　根據最符合劍桿織機織造的原則，得到劍桿的理想運動學曲線方程。</p><p>　?。?）由設計的非圓齒輪行星輪系

93、引緯機構的傳動規(guī)律，建立運動學分析模型，再根據非圓齒輪的特性建立傳動模型，得到了非圓齒輪的節(jié)曲線方程。</p><p>　　（4）根據得到的理想運動學曲線方程，再基于Visual Basic 6.0這個平臺編寫運動分析仿真軟件，進行參數反求，再根據實際得到的結果對參數進行優(yōu)化調整，最終得到了所設計的非圓齒輪行星輪系劍桿引緯運機構中的各個參數的值。</p><p><b>　　參考

94、文獻</b></p><p>　　[1] 姚穆. 紡織產業(yè)的現(xiàn)狀與展望[J].福建質量技術監(jiān)督. 2011(5)：28-30.</p><p>　　[2] 中國紡織機械器材工業(yè)協(xié)會. 上半年紡機進出口增速略緩[N]. 中國紡織報，2011-9-5(6).</p><p>　　[3] 王樹田. 中國紡織機械行業(yè)的現(xiàn)狀與展望[J]. 紡織導報，2005(10

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100、種齒輪傳動設計[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1983：2-3.</p><p>　　[16] 熊鎮(zhèn)芹，非圓齒輪CAD/CAM關鍵技術及其應用研究[D]. 西安：西安交通大學，2004.</p><p>　　[17] 李寶妮，張迎春，非圓齒輪的應用及其發(fā)展動向[J]. 機床與液壓，2008，4(36)：286-307.</p><p>　　[18] 李福生，戴有虎，

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102、. 現(xiàn)代設計方法[OL].</p><p>　　http://wenku.baidu.com/view/aa4329d4b9f3f90f76c61b41.html</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本次畢業(yè)設計終于即將完成，在此首先要感謝我的指導老師陳建能教授，在陳老師的指導下我在設計過程中遇到的許多難題得以解決

103、。陳老師學識淵博，指導時耐心詳細，在接下來的幾年時間里我還要跟著陳老師進行研究生階段的學習，我會把握好這個機會，在研究生階段好好努力，爭取學到更多的專業(yè)知識。另外還要感謝師兄黃前澤，任根勇，你們的交流指導給了我很大的幫助，讓我少走了許多的彎路。</p><p>　　在這期間有好幾位同學都在實驗室和我一起做著畢業(yè)設計，感謝你們的陪伴，你們給我的一些建議給了我許多幫助，疲勞之后和你們的嬉鬧玩笑讓我的精神得到很好的放松