HQ3620电子多臂机旋转变速机构分析及设计创新论文文档格式.docx
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第一章
绪论
1.1选题的背景和意义
1.1.1纺织机械的发展状况
纺织机械是纺织工业的生产手段和物质基础，它的技术水平、质量和制造成本，都直接关系到纺织工业的发展。
人类最初用天然纤维作原料纺纱织布，早于文字的发明（见世界纺织史、中国纺织史）。
中国在春秋战国时已经使用手摇纺车纺纱，到了宋代已经发明了30多个锭子的水力大纺车。
1769年英国人R.阿克赖特）（又译理查德·
阿克莱特）制造水力纺纱机。
1779年英国人S.克朗普顿（塞缪尔.克朗普顿）发明走锭纺纱机。
传入美国后，1828年美国人J.索普发明环锭纺纱机，因采用连续纺纱使生产率提高数倍。
中国战国时期的织机已经运用杠杆原理，以脚踏连杆带动综框完成开口动作。
1733年英国人J.凯（又译约翰·
凯伊）发明飞梭，打击梭子，使其高速飞行，织机生产率得以成倍提高。
1785年英国人E.卡特赖特（又译艾德蒙特·
卡特莱特）发明动力织机，同年英国建成世界上第一个用蒸汽机为动力的棉纺织厂，是纺织工业由工场手工业向大工业生产过渡的一个转折点。
人类社会的进步和人口的增加，促进了纺织工业的发展，相应地推动了纺织机械的改进。
能源改革（以蒸汽动力代替人力、畜力）则奠定了现代纺织机械的基础。
19世纪末人造纤维问世，拓宽了纺织机械的领域，增添了化学纤维机械一个门类。
人们对合成纤维需要的增长，推动合成纤维纺丝设备向大型化（纺丝螺杆直径达200毫米，单台纺丝机的日产量达到100吨）和高速化（纺丝速度达3000～4000米/分）方向发展。
世界合成纤维工业发展最快的国家，几乎在5～6年内设备更新一次，机台数量在10年内就增长一倍。
近20年的纺纱织造设备，为适应化学纤维纯纺或与天然纤维混纺作了不少局部改进，如扩大牵伸机构适纺纤维长度的范围、消除纤维上静电等。
在染整方面发展了高温高压染色设备、热定形设备、树脂整理设备以及松式整理设备等。
人类用传统方法纺纱织布，已有6000多年的历史。
至今根据传统原理设计的纺纱织布机器，仍是世界纺织工业的主要设备。
但是50年代以来，已经创造出一些新的工艺方法，部分地取代了传统方法，以高得多的效率生产纺织物，如转杯纺纱、无纺织布等。
新的工艺方法孕育着新的纺织设备，新的纺织设备成熟与推广，又促使纺织工业进一步向前发展。
纺织机械涵盖了从纤维制备到服装成型过程中的所有加工设备，具体包括化纤机械、纺纱机械、织造机械、针织机械、染整机械、非织造机械、服装机械及纺织器材八个相对独立的子行业，如图1-1所示。
[1]
图1-1纺织机械的八个子行业与纺织产业链的关系图
我国是世界上最大的纺织品生产和出口国，纺织纤维加工量占全球总量的三分之一以上，纺织服装出口额占全球纺织服装贸易总量的四分之一以上。
我国纺织机械制造业为我国纺织业提供了大量设备的同时，行业的自我发展也取得了史无前例的进步。
1.1.2开口机构
开口机构的作用是根据织物上机图上经纬交织的变化规律，按序及时带动经纱，将经纱分成上下两层，形成供载纬器通过的梭口通道。
[2]
开口运动一般可分为以下三个阶段
（1）开口时期：
两片经纱离开综平位置上下分开形成梭口至满开，此阶段经纱处于运动状态，经纱张力由小到大逐渐增加；
（2）静止时期：
梭口满开后，经纱在上下两个极端位置静止不动，以使载纬器通过梭口；
（3）闭合时期：
载纬器通过梭口后，经纱从满开返回综平位置，使梭口闭合。
此阶段经纱张力由大到小逐渐变化。
上述三阶段形成一个开口周期，并不断循环，使织造连续进行。
开口机构具有多种类型，以织制不同类的织物，通常有曲柄、偏心、凸轮、多臂、提花和电子开口六种类型。
[3]
1.曲柄开口机构
曲柄开口机构的连接点均是转动副，对高速运转有利，用于高速剑杆织机和某些喷气织机。
曲柄开口机构的运动特性是相对静止时间短，一般只能用来织造平纹织物，每两纬一个循环的完全组织，且不适合于宽幅织机，这只是它的主要缺点，但是制造加工容易，成本较低。
2.偏心开口机构
偏心传动开口机构的偏心装置有滚针轴承套装在织机中轴上，中轴的转速是织机主轴速度的一半。
这种机构不仅能高速运转，而且适于微机控制。
一般这类织机在运转时没有静止时间，综框运动近似于简谐运动。
如果这种偏心机构的传动轴通过变速机构传动，如同回转多臂那样，综框运动也可以有停顿时间并用在普通的或宽幅的织机上。
3.凸轮（踏盘）开口机构
凸轮传动开口机构包括用弹簧回综的消极凸轮机构（踏盘）和积极式外侧共轭凸轮机构。
共轭凸轮开口机构可避免或减少其在高速运转时因间隙而引起的冲击和振动。
这种机构通常用于大量生产织物的现代织机上，尤其是用于织密织物时用4—8页综框织平纹织物，它容易使综框运动获得静止并具有不对称性，而且是综框的平综时间相互叉开，使经纱的断头率减少。
凸轮开口机构适宜于生产从2×
2到6×
6三原组织及其变化组织的织物，包括灯芯绒等绒织物。
4.多臂开口机构
多臂开口机构是一种提综器，新型多臂机提综数可达12—24页综框，各页综之间的片距一般为12mm。
织物组织的循环理论上不受限制可为48—6400纬，常用范围一般小于1000纬。
现代无梭织机所用多臂机的特点是都用全开梭口取代半开梭口或闭合梭口。
综框可以按照织物组织的要求保持停留在上方或下方，只有在改变起伏方向时才做升降运动，另外，梭口满开时综框都有停顿时间，它具有利于选择提综，又利于提高车速。
它没有任何浪费的动作，从而有利于减少经纱的断头。
多臂机构适用于小花纹组织的织造，如提花府绸、床单、浴巾等尤其适合于织制各种毛料织物。
现代多臂机主要有三种结构：
复动式积极多臂——如Staubli2232；
复动式消极多臂——如Staubli2500及2560系列的电子多臂；
回转多臂——如Stauble2600式及2800系列的电子多臂。
5.提花机开口机构
提花开口机构的特点是每一根经纱都有一根综线控制，而不是用综框，可以使每一根经纱独立的上下运动，可织造复杂的花纹组织。
提花开口机构有单动式、复动式和单花筒、双花筒之分。
单动式配置一组竖钩和一个刀架。
织机主轴每一转刀架升降一次，形成一次梭口，复动式则配置两组竖钩和两个刀架，织机主轴每一转，两个刀架交替各自升降一次，形成两次梭口。
单花筒提花机中，每形成一次梭口花筒要回转一次，双花筒提花机则有两种情况：
一种是两只花筒各管一种花纹，适宜于织制两种花纹交替配置毛毯和毛毯类织物，以节约纹板；
另一种是每形成一次梭口两只花筒轮流作用，使每只花筒的动作减少一半，花筒的回转速度可以缓慢，以适应提高车速的要求。
提花机的规格一般用针数（号数、口数或孔数）来表示，即其所能容纳的横针数。
400—600针提花机较多用于针织行业的经编机。
900—2688针提花机多用于棉织行业，织制各种提花棉织物，1400—15000针提花机多用于丝织行业及装饰布行业，织制各种提花被面类的丝织物及装饰布织物。
6.电子开口机构
电子开口机构是一种新技术，每片综框的运动由单独伺服电动机控制和驱动，可通过多功能操作盘自由设定每片综框的运动方式、上下不同的静止角和闭合时间。
适用于一些特殊织物的织造。
[4][5]
1.1.3多臂机的发展史及发展状况
第一台多臂机（复动式半开口梭口）是由Hattersly（哈特斯莱）在1867年研制成功并流行于世的，一般称之为Keighley（凯莱）多臂机。
[1]此后的近百年时间内，虽然不断进行改进，但没有突破性的技术进展，直至上世纪50年代这种情况才开始改变。
虽然凯莱多臂机结构简单，适应各种织机，造价也低，但是它不能适应高速。
所以在50至60年代的主要产品是Staubli的100型、200型和300型系列，这几种产品推出后很快占据了世界市场，并经20年之久的畅销，而这些产品盛行的根本原因就是适应了织造工业发展的潮流，它的主要发展方向就是高速化，其条件就是无梭织机的兴起。
进入70年代，无梭织机得到普遍应用，要求多臂机进一步提高车速，扩大品种适应性，为此Staubli公司陆续推出了三个系列产品，即1200、550和1400系列，它们的结构和作用原理各有不同，但代表了今天全部多臂机的三大类型。
其中1200系列以200型为基型，而它的改进型2200是以H氏机为基本原理的最现代化的多臂机，结构更加合理、坚固，花纹装置更加完善，采用新型材料和方法改进传动系统是其主要特点。
550系列机完全突破了H氏机的运动原理，其动作基本上是相反的。
其特点是运动惯量较小，花纹装置简化，整机结构简单，安装调试方便，润滑条件改善。
新一代产品1400系列旋转式多臂机是多年来各国都在全力开发的新产品，其原理与H氏机完全不同。
当然，Staubli公司为保其领先地位，80年代陆续推出了许多新机型，而且其性能有不同程度的改进。
其中2660型旋转式多臂机是80年代末的产品，是该公司的主要新机型，在国际上享有盛名。
虽然目前新型多臂机型号繁多，但总的来说可分为积极式和消极式两大类。
而且基本上是采用复动式原理，形成全开梭口，采用无冲击的综框运动，并使得综框运动规律合理化。
回综方式上，积极式运动比较简单，但机构比较复杂，精度要求高，运转时多为往复运动从而影响机速。
消极式利用装在织机上部的弹簧回综，它的结构比较简单，但是车速增高到一定程度时，弹簧会产生振动和滞后情况，所以不适应重型和梭口较大的超高速织机。
享有盛名的2660型旋转式多臂机实际上是偏心连杆传动，其结构最为简单可靠，所以能用于任何车速和重型、大梭口织机，性能优于上述两种机型。
而多臂机的发展方向可以按照以下趋势发展：
1、高速化是多臂机一直追求的发展目标。
2、电子化技术的融洽引进对多臂机在运行和控制各方面起到直接重要作用，改善工人劳动强度和提高产品质量都有不可或缺的作用。
3、扩大单一机构产品适应性，把单一产品推向外能化，降低因产业织物和特种织物不断更新而频繁换用各种产品的复杂性，使单一产品朝向多功能化方向发展。
1.1.3课题研究的意义
我国的纺织业具有悠久的历史，而且自古以来便居世界领先水平。
早在原始社会时期，古人为了适应气候的变化，已懂得就地取材，利用自然资源作为纺织和印染的原料，以及制造简单的纺织工具。
直至今日，我们日常的衣着、某些生活用品和艺术品都是纺织和印染技术的产物。
但是，作为一个纺织机械大国，我们与国际上的纺织机械相比，在机电一体化方面的一动化、连续化、高速化、智能化水平还有很大差距，在新材料、新工艺、新的制造技术方面落后很多，这一点从我国纺机品每年进口高达数十亿美元就可以看出，我国纺织机械企业的技术创新能力不足，主要产品技术依赖国外，缺少具有自主知以产权的技术，产品更新周期长，不能适应市场需求。
因此，围绕旋转式多臂机中提综机构展开对旋转变速机构的研究有着重要意义。
1.2主要设计内容
针对HQ3620型电子多臂机进行结构分析，对其旋转变速机构进行研究和改进，本论文的主要研究内容包括以下几个方面：
1、探讨多臂机的发展过程，对当前国内外多臂机研究状况进行相关技术比较，总结当前多臂机的发展趋势和相关的技术更新。
对HQ3620多臂机旋转变速机构进行原理分析，并对相关构件进行二维。
三维建模分析。
2、对机构进行合理优化和简化，并对其中一部分机构作运动学分析和仿真研究。
3、根据HQ3620型电子多臂机旋转变速机构的运动规律进行再设计。
第二章
分析HQ3620电子多臂机旋转变速机构原理
2.1HQ3620电子多臂机简介以及旋转变速原理分析
HQ3620电子多臂机是基于旋转原理基础上，借鉴了Staubli2660型多臂机，常配置在新型的剑杆、喷气和片梭织机上,它属于积极式,即综框的升降均由机构驱动。
积极式多臂开口机构一般由三大部分组成,它们分别是传动部分、提综选择装置和提综执行装置。
传动部分的作用是将织机主轴的动力传递给提综执行件;
提综选择装置按给定的纹板图控制着提综顺序;
提综执行装置接受前者的操纵实现对综框的传动,完成开口运动,形成所需的梭口。
HQ3620电子多臂机的提综选择装置是由电子控制的,翻改品种十分简便,其提综执行装置中的传动件作旋转运动,能适应更高的车速。
HQ3620型电子多臂机提综件的回转运动为其高速提供了可能。
其主轴的旋转变速装置结构紧凑，易得到理想的运动规律。
HQ3620展示了积极式多臂机的最高水平和今后发展的方向，为多臂机的高性能提供了保证。
因此对它的原理进行剖析有着重要的意义。
图2-1HQ3620旋转变速装置
图中：
1-主轴；
2-齿形带轮；
3-输入轴；
4-齿形带轮；
5-小圆锥齿轮；
6-大圆锥齿轮；
7-多臂机主轴；
8-旋转架；
9-转子臂；
10-共轭凸轮；
11-转子臂内的缺口；
12-旋转滑块；
13-传动块
HQ3620电子多臂机借助于旋转变速装置，将织机主轴的匀速转动转换成多臂机主轴的非匀速转动，且多臂机主轴转一转对应于织机主轴两转，即复动式。
多臂机主轴的非匀速运动一方面满足了开口运动的工艺要求，即要求综框在综平时速度达到最大，而在综框运动开始和末了时的速度缓慢，整个工作过程中速度和加速度均无突变；
另一方面也可以使提综选择部分的部件在多臂机主轴接近静止的状态下结合与分离，启动和停止提综件的运动，避免冲击振动。
该旋转变速装置如图2-1所示。
通过织机主轴1上的齿形带轮2以1：
1的速比传动多臂机输入轴3上的齿形带轮4，再由输入轴3上的小圆锥齿轮5（23齿）传动活套在多臂机主轴7上的大圆锥齿轮6（46齿）转动，与大圆锥齿轮固装在一起的的旋转架8上装有转子臂9的轴芯，转子臂还通过转子受固装在机架上的共轭凸轮10的作用，从而使转子臂9在随旋转架8转动的同时，还受共轭凸轮作用产生相对于旋转架8的转动。
在转子臂9的缺口11内嵌有旋转滑块12，它装在传动块13上，通过旋转滑块12使传动块13跟随转子臂9运动，传动块13固定在多臂机主轴7上，从而使多臂机主轴转动。
在工作时，旋转架8保持匀速转动，若共轭凸轮10的作用使转子臂9的转动方向与旋转架8一致，则传动块13及多臂机主轴7的转速低于旋转架8的转速；
反之,若共轭凸轮10的作用使转子臂9的转动方向与旋转架8相反，则传动块13及多臂机主轴7的转速高于旋转架8的转速，从而实现非匀速的转换。
非匀速运动的规律可按工艺要求通过设计共轭凸轮10的凸轮曲线得到，因多臂机主轴转一转，对应于织机主轴转两转，加之综框上升与下降的运动规律相同，故凸轮外形是非对称的。
[9]
2.2旋转变速方案
电子多臂机原动力一般通过电机输入到一对格里森齿轮，再传输到大圆盘上，带动大圆盘转动。
HQ3620型多臂机即是如此带动与大圆盘相连的凸轮摇臂作匀速转动。
图2-2提综机构工作原理图
其中：
1-大圆盘；
2、6-摆臂滚子；
3、4-摆臂；
5-滑槽；
7-综框；
8-支撑杆；
9-综框连杆；
10-转臂；
11-转臂连杆；
12-提综臂连杆；
13-提综臂；
14-环形连杆；
15-偏心盘；
16、18-提综共轭凸轮；
17-滑块
如图2-2即为HQ3620型电子多臂机提综机构的工作原理图，其中主轴的旋转运动就是由大圆盘1上的摆臂3、4中的滑槽5和滑块17来完成的，具体针对HQ3620型电子多臂机其传动过程如下：
基于多臂机的开口运动实质上为偏心盘传动提综臂带动综框的进行简谐运动，没有停顿时间，所以要用合适的方法来改进。
而老式型号的多臂机采用的是周转轮系方式，不易达到旋转多臂机利用主轴变速来实现停顿的要求。
所以HQ3620型电子多臂机采用的是共轭凸轮系统，对运动规律的实现有较大的自由度。
图2-3HQ3620型多臂机主轴停顿示意图
当HQ3620型电子多臂机与织机相连时，在织机运转后，由于滑块嵌入在滑块架的凹槽中，安装在大圆盘上的滚子摆臂在大圆盘运转时带动滑块和主轴同步运动，但显然，若滚子摆臂的凹槽方向始终对着主轴中心，则主轴的转速与输入转速一样。
倘若要使主轴变速，则滚子摆臂的凹槽方向必定改变，而完成这一要求的做法，就由共轭凸轮来实现。
滚子摆臂上的俩滚子与共轭凸轮紧密贴合，随着大圆盘的转动，滚子摆臂的凹槽方向会沿凸轮廓线进行一定规律的改变，从而实现主轴的旋转变速运动。
2.3三维建模以及二维工程图的绘制
Pro/E是美国从参数技术公司（PTC）推出的一套三维CAD/CAM参数化软件系统。
技术领先，在机械、电子、航空、航天、邮电、纺织等各行各业都有应用。
它涵盖了产品设计从概念、工业设计造型、三维模型设计、分析计算、动态模拟与仿真，到工程图的输出、生产加工成品的全过程。
它能够让多个部门同时致力于单一产品模型，包括对大型项目的装配管理、功能仿真、制造和数据管理等。
基于Pro/E强大的造型设计功能，本论文运用其对HQ3620型电子多臂机旋转变速构件的建模和装配以及运动仿真。
图2-4HQ3620电子多臂机旋转变速机构三维装配
图2-5大圆盘实物以及三维建模
图2-6提综共轭凸轮实物以及三维建模
图2-7摆动滑座实物及三维建模
图2-8凸轮摆臂实物及凸轮摆臂结合件三维建模
而由于Pro/E在出二维工程图时，尺寸标注方面略有不足。
所以本文中相关二维工程图的绘制均由北京清华京渝天河公司开发的PCCAD2008版二维绘图软件绘制。
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