多梳經(jīng)編機復(fù)合針運動機構(gòu)的設(shè)計

多梳經(jīng)編機復(fù)合針運動機構(gòu)的設(shè)計

0復(fù)合針運動裝置的設(shè)計通過編織機編織編織材料通常包括成圈運動、牽引運動（涂層）和水平移動運動，相應(yīng)的有成圈運動裝置、牽引裝置和水平移動裝置。成圈運動又由梳櫛、織針、沉降和脫圈的運動組成。經(jīng)編機中一般將梳櫛數(shù)少于10把的稱為少梳(櫛),多于10把的稱為多梳(櫛),由槽針和針芯所構(gòu)成的織針稱為復(fù)合針。少梳經(jīng)編機的梳櫛數(shù)少,質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量小,一般采用其往復(fù)擺動的方案,與經(jīng)編機成圈運動中的其它運動——織針的運動、成降運動和脫圈運動相配合實現(xiàn)編織織物所需的運動要求。多梳經(jīng)編機的梳櫛數(shù)多,質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量較大,一般采用其不運動的方案,將其運動疊加到復(fù)合針,這樣復(fù)合針的運動就由原有的運動(一般稱上下運動)與梳櫛的往復(fù)擺動疊加而成,屬于平面內(nèi)兩個自由度運動問題。復(fù)合針由槽針和針芯組成,兩者在結(jié)構(gòu)上,槽針有扁平溝槽狀結(jié)構(gòu),針芯為扁平柱狀結(jié)構(gòu),針芯位于槽針的溝槽內(nèi),按照經(jīng)編工藝要求,兩者在運動上,沿槽針溝槽作往復(fù)相對直線運動,以實現(xiàn)針芯對槽針針尖口處的封閉與開口。顯然,由梳櫛附加到復(fù)合針上的往復(fù)擺動,對槽針和針芯是一樣的。所以,多梳經(jīng)編機復(fù)合針的運動應(yīng)包括:復(fù)合針的往復(fù)擺動、槽針的上下運動和針芯相對于槽針的往復(fù)直線運動。成圈運動是經(jīng)編機的最主要運動,復(fù)合針的運動是成圈運動的核心,因此,復(fù)合針運動裝置的設(shè)計是經(jīng)編機設(shè)計的關(guān)鍵。以往的研究主要對少梳櫛經(jīng)編機的成圈原理進行分析,對進口或仿制的少梳櫛經(jīng)編機成圈運動裝置進行運動學(xué)分析,研究少梳櫛經(jīng)編機成圈運動裝置中的四套連桿機構(gòu)的動力學(xué)問題,或研究少梳櫛經(jīng)編機成圈運動連桿機構(gòu)的運動學(xué)優(yōu)化設(shè)計。上述已有的各種研究中,未對多梳櫛經(jīng)編機成圈原理、各運動之間的配合關(guān)系和成圈運動裝置的設(shè)計問題進行研究。從現(xiàn)代經(jīng)編機的發(fā)展方向來看,隨著編織織物花型的復(fù)雜性和層次感的提高,對經(jīng)編機梳櫛數(shù)的要求也越來越高,最高已達90把以上,基于此,需研究多梳經(jīng)編機的成圈原理和對復(fù)合針的運動要求,以適應(yīng)研發(fā)新機型的需要。本文根據(jù)多梳經(jīng)編機成圈運動工藝,分析復(fù)合針的運動要求,對已選用的運動實現(xiàn)機構(gòu)類型,確定機構(gòu)尺度或設(shè)計出相應(yīng)凸輪。1復(fù)合針運動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖1是多梳經(jīng)編機復(fù)合針常用的運動機構(gòu)之一,26是槽針床,其上C點是槽針針尖點,36是針芯床,其上Z點是針芯針尖點,槽針床和針芯床在T點有移動副實現(xiàn)兩者之間的相對直線移動,由26和36構(gòu)成的是針床。針床與擺臂13之間有移動副,擺臂13的擺動就是針床的擺動。圖1(a)是針床擺動機構(gòu),1是擺動凸輪,使擺臂11擺動,通過平面四連桿機構(gòu)B0B1D1D0實現(xiàn)擺臂13的擺動,即針床的擺動。圖1(b)是槽針上下運動機構(gòu),2是槽針上下運動主動凸輪,使擺臂21擺動,通過平面四連桿機構(gòu)B0B2C2C0使擺臂23擺動,再通過桿25在槽針床上Q點鉸接,驅(qū)動槽針床上下運動。圖1(c)是針芯運動機構(gòu),3是針芯運動主動凸輪,使擺臂31擺動,通過平面四連桿機構(gòu)B0B3C3C0使擺臂33擺動,再通過桿35在針芯床上E點鉸接,驅(qū)動針芯床相對槽針床作往復(fù)直線運動。針床擺動機構(gòu)、槽針床上下運動機構(gòu)和針芯運動機構(gòu)分別是自由度為1的平面機構(gòu),所以,整個復(fù)合針運動機構(gòu)是自由度為3的平面機構(gòu),機構(gòu)的3個運動輸入分別是三個凸輪,即擺動凸輪、槽針凸輪和針芯凸輪,實際機器中,三個凸輪固定安裝在同一根主軸A0上由一臺電機驅(qū)動,但3個凸輪之間有相位角要求。由于針床擺動機構(gòu)、槽針上下運動機構(gòu)和針芯運動機構(gòu)都是自由度為1的平面機構(gòu),所以,可以根據(jù)結(jié)構(gòu)需要和可能由不同結(jié)構(gòu)類型的機構(gòu)實現(xiàn)。圖1中擺動機構(gòu)由凸輪機構(gòu)驅(qū)動一平面四連桿機構(gòu)實現(xiàn)針床擺動,也可以由單自由度平面多連桿機構(gòu)實現(xiàn),如平面六連桿機構(gòu)。槽針上下運動機構(gòu)和針芯運動機構(gòu)在不同機型中,C0點位置可以不同,如有的機型置于與D0點同一垂直線上,一般在D0點正下方。圖1(b)中的槽針上下運動機構(gòu)也可以通過構(gòu)件25直接連接B2點于E點,省去平面四連桿機構(gòu)B0B2C2C0,結(jié)構(gòu)更簡單和緊湊,但槽針的上下運動動程較小,應(yīng)用于梳櫛數(shù)不是特別多的機型。2針的復(fù)合運動要求分析2.1通過旋轉(zhuǎn)速度至軸類物質(zhì)的方向發(fā)展在復(fù)合針運動機構(gòu)中,當(dāng)主軸轉(zhuǎn)一周時,槽針針尖和針芯針尖配合完成一個動作周期。在一個動作周期中,槽針針尖需經(jīng)過若干關(guān)鍵位置以實現(xiàn)預(yù)定的鉤紗動作要求。圖2中的圓圈是某經(jīng)編機一個運動周期內(nèi)槽針需到達的點的位置,稱之為工藝要求到達點,分別是1,2,3,…,26,27。圖中標(biāo)注的角度是相應(yīng)主軸的轉(zhuǎn)角,如圖2所示。圖2中位置1為主軸0°時槽針針尖的位置,以該點為坐標(biāo)原點O,水平方向為X軸,垂直方向為Y軸,建立圖示直角坐標(biāo)系XOY,可得到槽針針尖要求的各工藝要求到達點坐標(biāo)位置。2.2擬合曲線的擬合為了設(shè)計凸輪廓線,需要根據(jù)槽針針尖的工藝要求到達點擬合出其相應(yīng)運動軌跡曲線,即槽針針尖的運動軌跡。圖2中槽針針尖工藝要求到達點共有27個,擬合時取其中幾個關(guān)鍵點,這樣擬合出的曲線可以滿足實際應(yīng)用要求。擬合曲線時,曲線需通過關(guān)鍵點并光滑,曲率方向變化應(yīng)盡可能少,這樣可以減少機構(gòu)運動時構(gòu)件中慣性力方向的改變次數(shù),使機構(gòu)運動平穩(wěn),減小沖擊和振動。如圖3所示為根據(jù)關(guān)鍵點擬合出的槽針針尖運動軌跡及離散采樣后的點。2.3結(jié)構(gòu)參數(shù)及h值的計算在槽針針尖和針芯針尖配合完成一個動作周期過程中,在不同的主軸運動位置,針芯針尖與槽針針尖之間有相對位置要求。圖4所示是只含有槽針和針芯末端執(zhí)行點(槽針針尖和針芯針尖)的機構(gòu)局部(圖1的局部)。根據(jù)工藝要求,槽針(構(gòu)件36)與針芯(構(gòu)件36)的擺動相同,即它們之間沒有相對轉(zhuǎn)動,槽針針尖和針芯針尖之間只有沿擺臂13在R(Q)U方向上的相對直線移動。在結(jié)構(gòu)上,圖中平行于R(Q)U。圖4(b)和(c)分別是槽針和針芯。設(shè)槽針針尖C相對Q點,并以R(Q)U及其垂直方向表示其位置為Cx和Cy,夾角αc為:如圖4(b)所示。同樣,設(shè)針芯針尖Z相對E點,并以及其垂直位置方向表示其位置分別為Zx和Zy,夾角αZ為:如圖4(c)所示。根據(jù)工藝要求,針芯針尖Z點相對于槽針針尖C點的運動方向平行于(或R(Q)U),且它們的相對運動應(yīng)平行于因此,在結(jié)構(gòu)上,應(yīng)有下述尺寸關(guān)系:設(shè)槽針針尖C和針芯針尖Z點之間沿(或R(Q)U)方向的相對位移為h,在主軸不同轉(zhuǎn)動位置,h值要求不同。對某型經(jīng)編機,要求主軸轉(zhuǎn)角38觷時,h=7mm;主軸轉(zhuǎn)角50觷~280觷時,h=8~11mm;主軸轉(zhuǎn)角310觷~360觷時,h=0,即在310觷~360觷,槽針針尖與針芯針尖閉合。按照該要求,結(jié)合圖2取主軸若干轉(zhuǎn)角位置為關(guān)鍵點,產(chǎn)生與槽針針尖軌跡點相對應(yīng)的h值,圖5是產(chǎn)生的h的線圖,相鄰兩點之間區(qū)段上等分點相對應(yīng)的h值按線性變化得到。得到h的曲線后也需對其進行采樣,各區(qū)段等分數(shù)按等分間隔為主軸轉(zhuǎn)角0.2觷計算,這樣也是1801個點,與槽針針尖軌跡擬合后離散采樣的點數(shù)一樣。3針座的設(shè)計3.1針床擺動原則圖6(a)所示針床擺動機構(gòu)和槽針上下運動機構(gòu)需要設(shè)計確定的參數(shù)有:各機架點的位置,各桿件的長度及針床擺動凸輪和槽針上下運動凸輪的輪廓線。機構(gòu)中A0、B0、C0和D0點的位置根據(jù)機器結(jié)構(gòu)需要和可能選取,連桿的尺寸根據(jù)傳動角和運動范圍限制選取。圖6(b)是由圖6(a)中獨立出的帶有槽針針尖C點的開式鏈機構(gòu)D0UQC,以D0點為原點,垂直方向和水平方向分別為x2和y2方向建立圖示直角坐標(biāo)系之間夾角αc由式(1)確定,如圖6所示。設(shè)槽針針尖C點需實現(xiàn)軌跡上任一點坐標(biāo)為(x2,y2),并設(shè)機構(gòu)中各構(gòu)件為如圖所示的矢量,則有:寫成指數(shù)形式為:式中:φe為矢量的幅角,Ssx為矢量的模,φsx為其幅角,且:φc為矢量的幅角,且:r為矢量的模,φ為其幅角,且:將式(5)寫成復(fù)數(shù)形式并展開,等式兩邊實部和實部相等,虛部與虛部相等,從而有:在上式中消去Ssx,可求得未知量φe為:式中,a=rsinφ,b=rcosφ,c=lccosαc-e。φe有兩解,結(jié)合圖6中φe的相位,可選擇其中的某一個φe值為滿足C點坐標(biāo)(x2,y2)要求的解。進一步,將φe值代入式(6),可求得Ssx。在圖6中,對機構(gòu)B0B1D1D0以B0點為原點,為坐標(biāo)軸x1方向建立直角坐標(biāo)系x1B0y1,各構(gòu)件為如圖所示的矢量,則有:進一步,有:式中,φ11、φ12和φ13分別為構(gòu)件11、12和13的幅角,且φ13=φe-α1b+α1,α1b是構(gòu)件13中之間的夾角,如圖6所示,l11、l12、l13和l14分別是構(gòu)件11、12、13和14的長度,α1為x1軸與垂直方向(x2軸)之間的夾角,且:φ14=0°,將式(9)展開后,得:式中,a=2l11l13sinφ13,b=2l11(l13cosφ13+l14),c=l212-l211-l213-l214-2l13l14cosφ13,φ11即為針床擺動凸輪機構(gòu)擺動從動件的擺角。在圖6的坐標(biāo)系x1B0y1中,機構(gòu)C0C2QUD0中各構(gòu)件為圖示的矢量,有矢量方程:進一步,可寫成:式中,l23、l25和l27分別是構(gòu)件23、25和27的長度,φ23和φ25分別為構(gòu)件23和25的幅角,φ27為機架線矢量的幅角,大小為:將式(13)展開后,可求得:式中：a=-2d2l23，在坐標(biāo)系x1B0y1中,對機構(gòu)B0B2C2C0,各構(gòu)件為圖示的矢量,從而有矢量方程:進一步,可寫成:式中,l21、l22、l23和l24分別是構(gòu)件21、22、23和24的長度,φ21、φ22和φ23分別為構(gòu)件21、22和23的幅角,φ24為機架線矢量的幅角,大小為:式(17)展開后,可求得:式中:a=-2d2l21,φ21即為槽針上下運動凸輪機構(gòu)擺動從動件的擺角。3.2針芯擺動從動件形狀和長度圖7所示為針芯機構(gòu),其中,A0、B0、C0和D0點與槽針機構(gòu)中相應(yīng)點完全相同,連桿機構(gòu)部分的尺度也是根據(jù)機構(gòu)的傳動角和運動范圍限制選取。在圖7(a)中,過E點作的垂線交于V點,在坐標(biāo)系x1B0y1中對矢量多邊形C0D0UVEC3,有:進一步寫成:式中,l33、l35和l37分別是構(gòu)件33、35和37的長度,φ33和φ35分別為構(gòu)件33和35的幅角,φ37=φ27同式(14),S為E和Q點在R(Q)U方向的位移,如圖7(b)所示,與槽針針尖C和針芯針尖Z之間的位置有如下的關(guān)系:將式(21)展開后,可求得:式中:a=-2d2l33,進一步,在坐標(biāo)系x1B0y1中對矢量多邊形B0B3C3C0,有:進一步,可寫成:式中:l31、l32、l33和l34分別是構(gòu)件31、32、33和34的長度,φ31和φ32分別為構(gòu)件31和32的幅角,φ34=φ24同式(18),將上式展開后,可求得:式中:a=-2d2l31,φ31即為針芯運動凸輪機構(gòu)擺動從動件的擺角。將2.1~2.3分析得到的槽針針尖的運動軌跡離散化后的坐標(biāo)值和槽針針尖與針芯針尖之間的相對位移離散化后的值,代入上述分析得到的公式中,可求得針床擺動凸輪、槽針上下