自动落纱机结构设计及仿真优化研究

摘要

自动落纱机是一种辅助纺织机械实现自动落纱功能的机械装置，应用自动落纱机可极大提高落纱效率。传统的电动落纱机采用预松盘和落纱盘落纱，与水平面呈一定倾斜角的预松盘和落纱盘在落纱过程中，会产生拔取纱管的垂直分力和额外的水平分力。额外的水平分力有可能撞坏锭子，损伤管纱，这是纺制高品质纱线所不能接受的。
　　针对细纱机落纱问题，提出了一种新型自动落纱机方案，并对落纱机进行了仿真与优化研究。此落纱机适用于锭子距离为70mm的细纱机，完成单侧210锭落纱仅需要210秒，并且此落纱机可以有效解决传统电动落纱机在落纱过程中损伤锭子和纱线的问题。
　　首先根据实地测量获得的细纱机参数，对自动落纱机进行设计，确定自动落纱机的整体结构，并通过三维建模软件SolidWorks进行零件及装配体建模。然后采用有限元分析软件 ANSYS对自动落纱机拔管四杆机构的尺寸进行优化，实现了拔管轨迹最优化。应用动力学仿真软件Adams，分别对自动落纱机拔管装置和微型升降机机构进行了动力学仿真，获得了各主要零部件动力学参数。仿真结果显示：自动落纱机拔管主气缸所需要的最大驱动力为1332.57N，即所需气源的压强为0.472MPa，初选气缸可满足工作要求；微型升降机丝杠所受最大横向力为1422.45N。提取Adams中自动落纱机各主要零件最大受力，分别对各主要零件进行有限元分析。分析结果表明：所有零件的最大等效应力均符合落纱机工作要求，且最大等效应力与许用等效应力相比很小；主动摇杆上方轴最大变形为0.085mm，大于设计目标0.050mm，需要进行优化设计；主动摇杆左臂、主动摇杆右臂最大变形量远小于设计要求数值，鉴于其重力对拔管过程中主气缸所需最大驱动力影响较大，有轻量化必要。最后针对有限元分析结果，采用ANSYS Workbench对主动摇杆上方轴、主动摇杆左臂和主动摇杆右臂进行参数化响应面驱动优化。优化后，主动摇杆上方轴最大变形量为0.047mm，小于设计参数0.050mm，符合设计要求；主动摇杆左臂和主动摇杆右臂质量分别减小了38.3%和41.6%，轻量化效果显著。

目录

第一章 绪论

1.1选题背景和意义

1.2自动落纱机国内外研究现状

1.3本文主要研究内容和意义

1.4本章小结

第二章 自动落纱机设计方案

2.1拔管执行装置方案设计

2.2拔管驱动方案设计

2.3水平运动方案设计

2.4微型升降机方案设计

2.5自动落纱机总方案

2.6自动落纱机三维模型建立

2.7本章小结

第三章 自动落纱机拔管机构轨迹优化

3.1ANSYS简介

3.2拔管主四杆机构参数化优化

3.3最优方案

3.4本章小结

第四章 自动落纱机动力学仿真

4.1Adams理论基础

4.2自动落纱机拔管四杆机构及气缸驱动装置动力学仿真

4.3微型升降机动力学仿真

4.4本章小结

第五章 关键零件的有限元分析

5.1静力学分析概述

5.2自动落纱机关键零件静力学分析

5.3本章小结

第六章 关键零件的参数优化

6.1ANSYS Workbench参数优化概述

6.2主动摇杆上方轴参数优化

6.3主动摇杆左臂参数优化

6.4主动摇杆右臂参数优化

6.5本章小结

第七章 总结与展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢