由速度曲线可知,接纬剑头的速度首先穿过零线。也就是,接纬剑头往回走时,而送纬剑头速度方向还未改变,他们有一段的同向运动,且有瞬时的等速运动。由位移曲线可知,此时两剑头有所交叉纬纱的交接在此时进行。这样就能保证纬纱一直往前走,使纬纱受力均匀。
三、动力学分析
1.动力学建模
因为作动力学分析消耗的系统资源较大,而织机机构本身左右对称,所以我们只分析一半机构以减低系统的开销。由剑头和钢筘的往复运动,决定了该机构也必然是作往复运动。而该机构运转速度快、精度高所以其构件的弹性和运动副的间隙成为动力学分析的主要问题。该机构由两对共轭凸轮副、四连杆和三级放大的齿轮箱以及剑轮组成。机构比较复杂我们重点选择共轭凸轮副作为我们的研究对象。
在共轭凸轮副的设计和加工中公差配合是一难题。如果间隙太大,势必造成猛力的碰撞;使运动失真,噪音和振动加剧;从而寿命减少。若配合太紧会造成预应力加大,磨损加剧。如何平衡此配合成为动力学研究的一大课题。
在运动学分析中,共轭凸轮副的凸轮和滚子均是一个刚体,所以只能定义一个凸轮副,如果另一个凸轮和滚子也定义了凸轮副势必造成过约束。因为实际情况中,有弹性和间隙存在。而运动分析中的凸轮副两曲线必须始终相切。
我们将运动学模型中的凸轮副去掉,在每对凸轮副上定义碰撞副,碰撞副是根据碰撞速度及相碰撞的两物体的材料弹性系数来决定嵌入深度和碰撞力。实际的滚子是一滚柱轴承,所以其材料特性要通过有限元分析获得。这样构造的模型没有过约束存在,而且存在一个自由度,成为典型的动力学模型。
在钢筘打到最大位置时,用ADAMSPVIEW中的STEP函数加上800kg的打纬力。
2.动力学分析
图4给出了在某一工况下打纬滚轮座上定义的碰撞副中两滚子的受力和打纬力关系图。经过分析可知:
(1)由于该共轭凸轮模型原设计思路就是有一点过盈,所以没有脱开的现象,整个周期中碰撞力均未出现大的波动。且预应力不大。
(2)观测碰撞力的峰值,为打纬滚轮座的有限元分析提供边界条件。
通过分析打纬滚轮座、引纬滚轮座和其他轴承的受力可知:
①打纬滚轮座的力并不比接纬滚轮座的受力大多少,基本相当。使我们走出了过去认为打纬滚轮座的受力大的误区。
②因为该机构比较复杂,用传统方法计算机构的等价惯量,几乎是不可能的事。通过分析驱动轴的扭矩,可准确地确定电机的功率。
③通过观测凸轮箱接地的受力状况,知道其对机架的摆动力和摆动力矩。从而为机架的改进设计提供支持。
3.动力学优化
在动力学分析的基础上,与有限元分析结合,可进一步减少运动构件的重量,减少了惯性力,提高运动构件的动力学性能。同时,通过改变四连杆的形式,进行机构动力平衡,从而使剑杆织机的机构的摆动力、摆动力矩和运动副反力大大降低。通过调整共轭凸轮副的配合,使预紧力降低到最低,同时又不会产生间隙。
四、结论
基于数字模型的虚拟产品开发技术已经成为用信息技术改造传统产品开发技术的研究热点,也是下一代制造的重要内容。我们在开发高档剑杆织机的过程中进行了初步探索,利用ADAMS构造了高档剑杆织机引纬、打纬机构的运动学、动力学模型,并进行了分析、优化,解决了过去用传统手段不可能解决的问题,取得了成功,使我们新产品开发上了新的水平。
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