【文章內(nèi)容簡介】 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)動轉(zhuǎn)換成多臂機(jī)主軸的非勻速轉(zhuǎn)動，且多臂機(jī)主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)對應(yīng)于織機(jī)主軸兩轉(zhuǎn)，即復(fù)動式。多臂機(jī)主軸的非勻速運(yùn)動一方面滿足了開口運(yùn)動的工藝要求，即要求綜框在綜平時速度達(dá)到最大，而在綜框運(yùn)動開始和末了時的速度緩慢，整個工作過程中速度和加速度均無突變；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，啟動和停止提綜件的運(yùn)動，避免沖擊振動。該旋轉(zhuǎn)變速裝置如圖21所示。通過織機(jī)主軸1上的齒形帶輪2以1：1的速比傳動多臂機(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)傳動活套在多臂機(jī)主軸7 上的大圓錐齒輪6(46齒) 轉(zhuǎn)動，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)動的同時，還受共軛凸輪作用產(chǎn)生相對于旋轉(zhuǎn)架8的轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)子臂9的缺口11內(nèi)嵌有旋轉(zhuǎn)滑塊12，它裝在傳動塊13上，通過旋轉(zhuǎn)滑塊12使傳動塊13跟隨轉(zhuǎn)子臂9運(yùn)動，傳動塊13固定在多臂機(jī)主軸7上，從而使多臂機(jī)主軸轉(zhuǎn)動。在工作時，旋轉(zhuǎn)架8保持勻速轉(zhuǎn)動，若共軛凸輪10的作用使轉(zhuǎn)子臂9的轉(zhuǎn)動方向與旋轉(zhuǎn)架8一致，則傳動塊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)動方向與旋轉(zhuǎn)架8相反，則傳動塊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)動的規(guī)律可按工藝要求通過設(shè)計共軛凸輪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)動規(guī)律相同，故凸輪外形是非對稱的。[9] 旋轉(zhuǎn)變速方案電子多臂機(jī)原動力一般通過電機(jī)輸入到一對格里森齒輪，再傳輸?shù)酱髨A盤上，帶動大圓盤轉(zhuǎn)動。HQ3620型多臂機(jī)即是如此帶動與大圓盤相連的凸輪搖臂作勻速轉(zhuǎn)動。 圖22 提綜機(jī)構(gòu)工作原理圖其中：1大圓盤；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；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)動就是由大圓盤1上的擺臂4中的滑槽5和滑塊17來完成的，具體針對HQ3620型電子多臂機(jī)其傳動過程如下： 基于多臂機(jī)的開口運(yùn)動實(shí)質(zhì)上為偏心盤傳動提綜臂帶動綜框的進(jìn)行簡諧運(yùn)動，沒有停頓時間，所以要用合適的方法來改進(jìn)。而老式型號的多臂機(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)，對運(yùn)動規(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，在織機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后，由于滑塊嵌入在滑塊架的凹槽中，安裝在大圓盤上的滾子擺臂在大圓盤運(yùn)轉(zhuǎn)時帶動滑塊和主軸同步運(yùn)動，但顯然，若滾子擺臂的凹槽方向始終對著主軸中心，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，隨著大圓盤的轉(zhuǎn)動，滾子擺臂的凹槽方向會沿凸輪廓線進(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。 三維建模以及二維工程圖的繪制Pro/E是美國從參數(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)計從概念、工業(yè)設(shè)計造型、三維模型設(shè)計、分析計算、動態(tài)模擬與仿真，到工程圖的輸出、生產(chǎn)加工成品的全過程。它能夠讓多個部門同時致力于單一產(chǎn)品模型，包括對大型項(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)計功能，本論文運(yùn)用其對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，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發(fā)的PCCAD2008版二維繪圖軟件繪制。其采用先進(jìn)的開發(fā)技術(shù)，以中文環(huán)境的Window2000/Windows XP、AutoCAD2008為開發(fā)平臺，保留了AutoCAD功能，無需轉(zhuǎn)化，是國內(nèi)唯一真正基于AutoCAD2008平臺的智能化、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；6滑動軸承；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)動盤；15偏心盤 本章小結(jié)通過對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，并對旋轉(zhuǎn)變速機(jī)構(gòu)的各個零件進(jìn)行了測繪，以及三維建模，下文中就將用進(jìn)行運(yùn)到這些三維模型動仿真。第三章 HQ3620電子多臂機(jī)旋轉(zhuǎn)變速機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析為了更好地對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，有必要對其進(jìn)行較為詳細(xì)、深入的運(yùn)動學(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)動仿真。圖31旋轉(zhuǎn)變速機(jī)構(gòu)工作原理簡圖圖中：1大圓盤；6擺臂滾子；4擺臂；5滑槽；7提綜臂連桿；9提綜臂；10盤形連桿；11偏心盤；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)動學(xué)仿真根據(jù)已完成的裝配，為觀察機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)參數(shù)變化，進(jìn)入Pro/E機(jī)構(gòu)模塊，根據(jù)設(shè)計要求，定義電機(jī)轉(zhuǎn)速n=36176。/s，觀察幀數(shù)1000，模擬時間10s，開始仿真，結(jié)束完成以后進(jìn)入測量命令，選定花鍵軸中心位置，分別定義各個運(yùn)動學(xué)參數(shù)進(jìn)行測量。如圖32所示。 圖32仿真前后參數(shù)處理對話框圖 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，過大等情況可知，此凸輪數(shù)據(jù)時由測繪得來，凸輪的曲率不夠平滑（見圖35），凸輪表面多處存在曲率突變，但這些又會導(dǎo)致凸輪工作時產(chǎn)生嚴(yán)重沖擊和振動，影響整機(jī)使用壽命和噪音。所以接下來的工作是對關(guān)鍵性構(gòu)件作改良設(shè)計。從構(gòu)件的設(shè)計選擇上，提綜共軛凸輪和擺臂是導(dǎo)致機(jī)構(gòu)運(yùn)動完善最主要的因素，勢必要對其做一定的改良設(shè)計。本文中不對凸輪反求做解析，只是對凸輪的曲率進(jìn)行簡單的光順處理。圖35 測繪凸輪曲率變化 將凸輪進(jìn)行優(yōu)化，即對共軛凸輪外輪廓線進(jìn)行設(shè)計，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，當(dāng)前主要的求解方法中一般有基于旋轉(zhuǎn)變換對凸輪外輪廓坐標(biāo)值求解，基于復(fù)極矢量法對共軛凸輪輪廓曲率半徑的求解，還有些是采用瞬心法設(shè)計共軛凸輪輪廓線。針對不同的求解方法，得出凸輪的外廓線的計算結(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)計創(chuàng)新在機(jī)械傳動控制設(shè)計中，要使從動件運(yùn)動具備瞬時靜止，需采用凸輪機(jī)構(gòu)方可實(shí)現(xiàn)，但凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計制造較為困難，成本也高。因此，利用現(xiàn)有知識進(jìn)行創(chuàng)新，通過齒輪連桿組合來實(shí)現(xiàn)，采取行星齒輪來實(shí)現(xiàn)將勻速旋轉(zhuǎn)輸入運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆渌矔r靜止的變速旋轉(zhuǎn)輸出運(yùn)動。本方案的有益效果為：將勻速旋轉(zhuǎn)輸入運(yùn)動轉(zhuǎn)化為同軸變速旋轉(zhuǎn)輸出運(yùn)動，并可以實(shí)現(xiàn)停動停動的間歇特性輸出。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，使得整個旋轉(zhuǎn)變速機(jī)構(gòu)易于維護(hù)，大大降低了成本。新的行星齒輪方案如圖41所示圖41齒輪旋轉(zhuǎn)變速圖中：1大圓盤；2大齒輪；3滑塊；4小齒輪；5擺動滑座其中包括運(yùn)動輸入圓盤1，齒輪機(jī)構(gòu)，滑塊3，齒輪滑座5；運(yùn)動輸入圓盤1與齒輪機(jī)構(gòu)相鉸接，齒輪機(jī)構(gòu)與滑塊3活動鏈接，滑塊3與齒輪滑座5相鉸接。所述的齒輪機(jī)構(gòu)包括一個大齒輪2和小齒輪4；其中大齒輪2與機(jī)架固連，小齒輪4上的滑塊3與齒輪滑座5活動連接。所述的小齒輪2與運(yùn)動輸入圓盤1相鉸接。所述的齒輪滑座5上的滑槽內(nèi)活動設(shè)置有滑塊3。所述的運(yùn)動輸入圓盤1的圓心與大齒輪2的圓心相重合。運(yùn)動輸入圓盤1沿圓心軸線做勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，使小齒輪4沿大齒輪2的表面軌跡做勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，協(xié)同作用推動滑塊3的移動，從而可使齒輪滑座5的輸出為一定規(guī)律的變速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在傳動的過程中，大齒輪2固定于機(jī)架之上，運(yùn)動輸入圓盤1繞O1點(diǎn)作勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，小齒輪4的鉸接點(diǎn)O2安裝在運(yùn)動輸入圓盤1上，隨著運(yùn)動輸入圓盤1的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行回轉(zhuǎn)，小齒輪4上有一滑槽，滑塊3可在滑槽上進(jìn)行滑動，通過滑塊3的運(yùn)動將運(yùn)動規(guī)律傳遞給齒輪滑座5，從而實(shí)現(xiàn)齒輪滑座5的變速旋轉(zhuǎn)輸出。齒輪旋轉(zhuǎn)變速機(jī)構(gòu)是一種齒輪機(jī)構(gòu)和滑塊滑座機(jī)構(gòu)的組合，齒輪的采用極大的減小了驅(qū)動力，提高了傳動效率。由于本實(shí)施例中，小齒輪4采用對稱質(zhì)量布置，能很大程度上減小旋轉(zhuǎn)過程中整個傳動機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的慣性力。 新方案的運(yùn)動仿真根據(jù)新的方案，進(jìn)行三維建模，作出運(yùn)動仿真，如圖42圖42 齒輪旋轉(zhuǎn)變速軸測圖 圖43花鍵軸速度變化圖 圖44花鍵軸加速度變化圖其中，圖43為新方案中花鍵軸速度變化圖，圖44為花鍵軸加速度變化圖。由圖可知，兩方案速度變化規(guī)律相似。 對新方案進(jìn)行理論計算齒輪滑座運(yùn)動方程： （41） （42）由此設(shè)凸輪運(yùn)動方程為： （43）相對運(yùn)動： （44） （45）借用積分公