【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 臂機(jī)旋轉(zhuǎn)變速機(jī)構(gòu)進(jìn)行原理分析，并對(duì)相關(guān)構(gòu)件進(jìn)行二維。三維建模分析。對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行合理優(yōu)化和簡(jiǎn)化，并對(duì)其中一部分機(jī)構(gòu)作運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和仿真研究。根據(jù)HQ3620型電子多臂機(jī)旋轉(zhuǎn)變速機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行再設(shè)計(jì)。第二章 分析HQ3620電子多臂機(jī)旋轉(zhuǎn)變速機(jī)構(gòu)原理 HQ3620電子多臂機(jī)簡(jiǎn)介以及旋轉(zhuǎn)變速原理分析HQ3620電子多臂機(jī)是基于旋轉(zhuǎn)原理基礎(chǔ)上，借鑒了Staubli 2660型多臂機(jī)，常配置在新型的劍桿、噴氣和片梭織機(jī)上, 它屬于積極式, 即綜框的升降均由機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。積極式多臂開(kāi)口機(jī)構(gòu)一般由三大部分組成, 它們分別是傳動(dòng)部分、提綜選擇裝置和提綜執(zhí)行裝置。傳動(dòng)部分的作用是將織機(jī)主軸的動(dòng)力傳遞給提綜執(zhí)行件。 提綜選擇裝置按給定的紋板圖控制著提綜順序。提綜執(zhí)行裝置接受前者的操縱實(shí)現(xiàn)對(duì)綜框的傳動(dòng), 完成開(kāi)口運(yùn)動(dòng), 形成所需的梭口。HQ3620電子多臂機(jī)的提綜選擇裝置是由電子控制的, 翻改品種十分簡(jiǎn)便, 其提綜執(zhí)行裝置中的傳動(dòng)件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng), 能適應(yīng)更高的車(chē)速。HQ3620型電子多臂機(jī)提綜件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為其高速提供了可能。其主軸的旋轉(zhuǎn)變速裝置結(jié)構(gòu)緊湊，易得到理想的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。HQ3620展示了積極式多臂機(jī)的最高水平和今后發(fā)展的方向，為多臂機(jī)的高性能提供了保證。因此對(duì)它的原理進(jìn)行剖析有著重要的意義。圖21 HQ3620旋轉(zhuǎn)變速裝置 圖中：1主軸；2齒形帶輪；3輸入軸；4齒形帶輪；5小圓錐齒輪；6大圓錐齒輪；7多臂機(jī)主軸；8旋轉(zhuǎn)架；9轉(zhuǎn)子臂；10共軛凸輪；11轉(zhuǎn)子臂內(nèi)的缺口；12旋轉(zhuǎn)滑塊；13傳動(dòng)塊HQ3620電子多臂機(jī)借助于旋轉(zhuǎn)變速裝置，將織機(jī)主軸的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成多臂機(jī)主軸的非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，且多臂機(jī)主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)于織機(jī)主軸兩轉(zhuǎn)，即復(fù)動(dòng)式。多臂機(jī)主軸的非勻速運(yùn)動(dòng)一方面滿足了開(kāi)口運(yùn)動(dòng)的工藝要求，即要求綜框在綜平時(shí)速度達(dá)到最大，而在綜框運(yùn)動(dòng)開(kāi)始和末了時(shí)的速度緩慢，整個(gè)工作過(guò)程中速度和加速度均無(wú)突變；另一方面也可以使提綜選擇部分的部件在多臂機(jī)主軸接近靜止的狀態(tài)下結(jié)合與分離，啟動(dòng)和停止提綜件的運(yùn)動(dòng)，避免沖擊振動(dòng)。該旋轉(zhuǎn)變速裝置如圖21所示。通過(guò)織機(jī)主軸1上的齒形帶輪2以1：1的速比傳動(dòng)多臂機(jī)輸入軸3上的齒形帶輪4，再由輸入軸3上的小圓錐齒輪5( 23齒)傳動(dòng)活套在多臂機(jī)主軸7 上的大圓錐齒輪6(46齒) 轉(zhuǎn)動(dòng)，與大圓錐齒輪固裝在一起的的旋轉(zhuǎn)架8上裝有轉(zhuǎn)子臂9的軸芯，轉(zhuǎn)子臂還通過(guò)轉(zhuǎn)子受固裝在機(jī)架上的共軛凸輪10的作用，從而使轉(zhuǎn)子臂9在隨旋轉(zhuǎn)架8轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，還受共軛凸輪作用產(chǎn)生相對(duì)于旋轉(zhuǎn)架8的轉(zhuǎn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)子臂9的缺口11內(nèi)嵌有旋轉(zhuǎn)滑塊12，它裝在傳動(dòng)塊13上，通過(guò)旋轉(zhuǎn)滑塊12使傳動(dòng)塊13跟隨轉(zhuǎn)子臂9運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)塊13固定在多臂機(jī)主軸7上，從而使多臂機(jī)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)架8保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，若共軛凸輪10的作用使轉(zhuǎn)子臂9的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與旋轉(zhuǎn)架8一致，則傳動(dòng)塊13及多臂機(jī)主軸7的轉(zhuǎn)速低于旋轉(zhuǎn)架8的轉(zhuǎn)速；反之,若共軛凸輪10的作用使轉(zhuǎn)子臂9的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與旋轉(zhuǎn)架8相反，則傳動(dòng)塊13及多臂機(jī)主軸7的轉(zhuǎn)速高于旋轉(zhuǎn)架8的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)非勻速的轉(zhuǎn)換。非勻速運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可按工藝要求通過(guò)設(shè)計(jì)共軛凸輪10的凸輪曲線得到，因多臂機(jī)主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，對(duì)應(yīng)于織機(jī)主軸轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)，加之綜框上升與下降的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同，故凸輪外形是非對(duì)稱的。[9] 旋轉(zhuǎn)變速方案電子多臂機(jī)原動(dòng)力一般通過(guò)電機(jī)輸入到一對(duì)格里森齒輪，再傳輸?shù)酱髨A盤(pán)上，帶動(dòng)大圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)。HQ3620型多臂機(jī)即是如此帶動(dòng)與大圓盤(pán)相連的凸輪搖臂作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖22 提綜機(jī)構(gòu)工作原理圖其中：1大圓盤(pán)；6擺臂滾子；4擺臂；5滑槽；7綜框；8支撐桿；9綜框連桿；10轉(zhuǎn)臂；11轉(zhuǎn)臂連桿；12提綜臂連桿；13提綜臂；14環(huán)形連桿；15偏心盤(pán)；118提綜共軛凸輪；17滑塊 如圖22即為HQ3620型電子多臂機(jī)提綜機(jī)構(gòu)的工作原理圖，其中主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)就是由大圓盤(pán)1上的擺臂4中的滑槽5和滑塊17來(lái)完成的，具體針對(duì)HQ3620型電子多臂機(jī)其傳動(dòng)過(guò)程如下： 基于多臂機(jī)的開(kāi)口運(yùn)動(dòng)實(shí)質(zhì)上為偏心盤(pán)傳動(dòng)提綜臂帶動(dòng)綜框的進(jìn)行簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有停頓時(shí)間，所以要用合適的方法來(lái)改進(jìn)。而老式型號(hào)的多臂機(jī)采用的是周轉(zhuǎn)輪系方式，不易達(dá)到旋轉(zhuǎn)多臂機(jī)利用主軸變速來(lái)實(shí)現(xiàn)停頓的要求。 所以HQ3620型電子多臂機(jī)采用的是共軛凸輪系統(tǒng)，對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)現(xiàn)有較大的自由度。圖23 HQ3620型多臂機(jī)主軸停頓示意圖 當(dāng)HQ3620型電子多臂機(jī)與織機(jī)相連時(shí)，在織機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后，由于滑塊嵌入在滑塊架的凹槽中，安裝在大圓盤(pán)上的滾子擺臂在大圓盤(pán)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)滑塊和主軸同步運(yùn)動(dòng)，但顯然，若滾子擺臂的凹槽方向始終對(duì)著主軸中心，則主軸的轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速一樣。倘若要使主軸變速，則滾子擺臂的凹槽方向必定改變，而完成這一要求的做法，就由共軛凸輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。滾子擺臂上的倆滾子與共軛凸輪緊密貼合，隨著大圓盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，滾子擺臂的凹槽方向會(huì)沿凸輪廓線進(jìn)行一定規(guī)律的改變，從而實(shí)現(xiàn)主軸的旋轉(zhuǎn)變速運(yùn)動(dòng)。 三維建模以及二維工程圖的繪制Pro/E是美國(guó)從參數(shù)技術(shù)公司（PTC）推出的一套三維CAD/CAM參數(shù)化軟件系統(tǒng)。技術(shù)領(lǐng)先，在機(jī)械、電子、航空、航天、郵電、紡織等各行各業(yè)都有應(yīng)用。它涵蓋了產(chǎn)品設(shè)計(jì)從概念、工業(yè)設(shè)計(jì)造型、三維模型設(shè)計(jì)、分析計(jì)算、動(dòng)態(tài)模擬與仿真，到工程圖的輸出、生產(chǎn)加工成品的全過(guò)程。它能夠讓多個(gè)部門(mén)同時(shí)致力于單一產(chǎn)品模型，包括對(duì)大型項(xiàng)目的裝配管理、功能仿真、制造和數(shù)據(jù)管理等。[1]基于Pro/E強(qiáng)大的造型設(shè)計(jì)功能，本論文運(yùn)用其對(duì)HQ3620型電子多臂機(jī)旋轉(zhuǎn)變速構(gòu)件的建模和裝配以及運(yùn)動(dòng)仿真。圖24 HQ3620電子多臂機(jī)旋轉(zhuǎn)變速機(jī)構(gòu)三維裝配 圖25大圓盤(pán)實(shí)物以及三維建模圖26提綜共軛凸輪實(shí)物以及三維建模 圖27擺動(dòng)滑座實(shí)物及三維建模 圖28 凸輪擺臂實(shí)物及凸輪擺臂結(jié)合件三維建模而由于Pro/E在出二維工程圖時(shí)，尺寸標(biāo)注方面略有不足。所以本文中相關(guān)二維工程圖的繪制均由北京清華京渝天河公司開(kāi)發(fā)的PCCAD2008版二維繪圖軟件繪制。其采用先進(jìn)的開(kāi)發(fā)技術(shù)，以中文環(huán)境的Window2000/Windows XP、AutoCAD2008為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，保留了AutoCAD功能，無(wú)需轉(zhuǎn)化，是國(guó)內(nèi)唯一真正基于AutoCAD2008平臺(tái)的智能化、特征化、參數(shù)化、專業(yè)化、用戶化、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化軟件。圖29 HQ3620電子多臂機(jī)提綜機(jī)構(gòu)及選擇變速二維裝配圖中：1頂蓋；2端蓋；3擺臂；4滑塊；5大圓盤(pán)；6滑動(dòng)軸承；7前墻板；8軸套；9后墻板；10花鍵軸；11選綜共軛凸輪；12提綜共軛凸輪；13離合爪；14驅(qū)動(dòng)盤(pán)；15偏心盤(pán) 本章小結(jié)通過(guò)對(duì)HQ3620旋轉(zhuǎn)變速機(jī)構(gòu)進(jìn)行原理分析，了解了HQ3620旋轉(zhuǎn)變速機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方案，并對(duì)旋轉(zhuǎn)變速機(jī)構(gòu)的各個(gè)零件進(jìn)行了測(cè)繪，以及三維建模，下文中就將用進(jìn)行運(yùn)到這些三維模型動(dòng)仿真。第三章 HQ3620電子多臂機(jī)旋轉(zhuǎn)變速機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析為了更好地對(duì)HQ3620型電子多臂機(jī)旋轉(zhuǎn)變速機(jī)構(gòu)的工作原理和工作機(jī)構(gòu)有更深入的了解，有必要對(duì)其進(jìn)行較為詳細(xì)、深入的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。本文根據(jù)已完成的三維模型，利用Pro/E進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。圖31旋轉(zhuǎn)變速機(jī)構(gòu)工作原理簡(jiǎn)圖圖中：1大圓盤(pán)；6擺臂滾子；4擺臂；5滑槽；7提綜臂連桿；9提綜臂；10盤(pán)形連桿；11偏心盤(pán)；114共軛凸輪；13滑塊 HQ3620電子多臂機(jī)旋轉(zhuǎn)變速機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真根據(jù)已完成的裝配，為觀察機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)變化，進(jìn)入Pro/E機(jī)構(gòu)模塊，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，定義電機(jī)轉(zhuǎn)速n=36176。/s，觀察幀數(shù)1000，模擬時(shí)間10s，開(kāi)始仿真，結(jié)束完成以后進(jìn)入測(cè)量命令，選定花鍵軸中心位置，分別定義各個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。如圖32所示。 圖32仿真前后參數(shù)處理對(duì)話框圖 圖33花鍵軸速度變化圖圖34花鍵軸加速度變化圖 其中，圖32為仿真前后參數(shù)處理對(duì)話框圖，圖33為花鍵軸速度變化圖，圖34為花鍵軸加速度變化圖。并且由加速度變化上呈現(xiàn)突變，過(guò)大等情況可知，此凸輪數(shù)據(jù)時(shí)由測(cè)繪得來(lái)，凸輪的曲率不夠平滑（見(jiàn)圖35），凸輪表面多處存在曲率突變，但這些又會(huì)導(dǎo)致凸輪工作時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重沖擊和振動(dòng)，影響整機(jī)使用壽命和噪音。所以接下來(lái)的工作是對(duì)關(guān)鍵性構(gòu)件作改良設(shè)計(jì)。從構(gòu)件的設(shè)計(jì)選擇上，提綜共軛凸輪和擺臂是導(dǎo)致機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)完善最主要的因素，勢(shì)必要對(duì)其做一定的改良設(shè)計(jì)。本文中不對(duì)凸輪反求做解析，只是對(duì)凸輪的曲率進(jìn)行簡(jiǎn)單的光順處理。圖35 測(cè)繪凸輪曲率變化 將凸輪進(jìn)行優(yōu)化，即對(duì)共軛凸輪外輪廓線進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要方法有解析法和反求法。而關(guān)于凸輪的外輪廓線方程推導(dǎo)在大量文獻(xiàn)中都有詳細(xì)的解說(shuō)，當(dāng)前主要的求解方法中一般有基于旋轉(zhuǎn)變換對(duì)凸輪外輪廓坐標(biāo)值求解，基于復(fù)極矢量法對(duì)共軛凸輪輪廓曲率半徑的求解，還有些是采用瞬心法設(shè)計(jì)共軛凸輪輪廓線。針對(duì)不同的求解方法，得出凸輪的外廓線的計(jì)算結(jié)果表達(dá)形式不一樣，實(shí)質(zhì)其實(shí)一樣。圖36 優(yōu)化后的凸輪曲率變化 本章小結(jié) 提綜共軛凸輪是HQ3620旋轉(zhuǎn)變速機(jī)構(gòu)的核心部件，但測(cè)繪得到的凸輪數(shù)據(jù)誤差較大，所繪制的三維模型表面曲率存在突變，需要進(jìn)行擬合，并作出仿真，以分析其旋轉(zhuǎn)變速機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。第四章 HQ3620電子多臂機(jī)旋轉(zhuǎn)變速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)創(chuàng)新在機(jī)械傳動(dòng)控制設(shè)計(jì)中，要使從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)具備瞬時(shí)靜止，需采用凸輪機(jī)構(gòu)方可實(shí)現(xiàn)，但凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)制造較為困難，成本也高。因此，利用現(xiàn)有知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新，通過(guò)齒輪連桿組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，采取行星齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)將勻速旋轉(zhuǎn)輸入運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆渌矔r(shí)靜止的變速旋轉(zhuǎn)輸出運(yùn)動(dòng)。本方案的有益效果為：將勻速旋轉(zhuǎn)輸入運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為同軸變速旋轉(zhuǎn)輸出運(yùn)動(dòng)，并可以實(shí)現(xiàn)停動(dòng)停動(dòng)的間歇特性輸出。具有結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性高，易于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的特點(diǎn)。而且由于組成零件較少，又多是標(biāo)準(zhǔn)件，使得整個(gè)旋轉(zhuǎn)變速機(jī)構(gòu)易于維