缫丝机高速大卷装卷绕关键技术及其实现机构研究

摘要

在缫丝工艺过程中，卷绕运动是其核心运动，生丝被卷绕成一定形状的卷装，为下一道工序做好准备。随着我国纺织行业的产业升级，能够实现高速、大卷装卷绕的缫丝机已成为发展趋势。卷绕运动由小?的回转运动和络交机构的往复运动组成。小?回转卷取丝线，络交机构带动丝线做往复直线运动，使卷绕于小?上的丝线形成网状丝片，并最终形成具有一定厚度的卷装。卷绕运动直接影响卷绕的成形质量，进而影响缫丝效率和缫丝机的可靠性。因此对卷绕运动进行相应的理论及试验研究具有重要的实际意义。 传统保证生丝卷绕工艺的“等速导丝”在机构上难以实现，因此在该思路指导下设计的卷绕运动实现机构不能很好实现高速大卷装卷绕。针对以上问题，本文提出通过保证生丝卷绕成形理想几何特征来保证生丝卷绕工艺的新方法，在该方法指导下运用一阶和二阶共轭非圆齿轮副设计了新型卷绕运动实现机构，并对新型卷绕装置驱动的生丝卷绕运动进行了理论和试验研究。本文主要研究内容及结果如下： 1）研究目前各类型缫丝机卷绕运动实现机构工作原理，分析各自缺陷，总结缫丝机高速、大卷装卷绕关键技术，在此基础上运用偏心共轭非圆齿轮副、椭圆非圆齿轮副、巴斯噶蜗线非圆齿轮副、傅里叶节曲线非圆齿轮副和正弦型节曲线非圆齿轮副共5种非圆齿轮副，设计了5种一阶和二阶共轭非圆齿轮副驱动的络交机构，建立了新型络交机构的运动学方程，并编写了运动学特性辅助设计分析软件，得到了络交杆的运动学特性。 2）研究分析生丝卷绕运动及丝线卷绕成形原理，建立生丝卷绕成形截面廓线数学模型；根据保证生丝卷绕工艺的新方法，建立生丝卷绕成形形状优劣评价准则；进而以评价准则为目标函数，以非圆齿轮传动特性和结构尺寸要求为约束条件，建立新型卷绕装置参数优化模型并进行求解，以巴斯噶蜗线非圆齿轮类卷绕装置为例，得到优化参数：发生圆半径b=6.46mm，展长l=39.13mm，变性系数m11=1.01，凸轮最大摆角ψ=20.06°，曲柄长l1=33.48mm，连杆2长度l2=405.64mm，连杆3长度l3=550.61mm，铰链B与C长度lBC=164.25mm，连杆4长度l4=153.46mm，络交杆纵坐标yE=34.88mm，铰链D点坐标xD=-294.2mm，yD=430.78mm，络交杆与卷取点竖直位移H=106.95mm。 3）根据优化得到巴斯噶蜗线型卷绕运动实现机构结构参数进行结构设计，建立络交机构三维实体模型并进行虚拟样机试验，与理论计算结果进行对比分析，发现两者曲线基本一致，初步验证所建立络交机构数学模型的正确性。 4）研制了卷绕装置试验台，通过空转试验测试络交机构的运动学特性，验证了所建立络交机构运动学计算模型的正确性；通过生丝卷绕试验，测试生丝卷绕成形形状的宽度和廓线高度差，根据生丝卷绕成形评价准则进行优劣评价，将卷绕装置试验台与飞宇2000型缫丝机进行比较，结果显示试验得到的卷绕成形形状的平整度高于飞宇2000型的，验证了所设计的络交机构在实际作业中的可行性及优越性。

目录

声明

1绪论

1.1研究背景及其意义

1.2生丝卷绕运动及其实现机构研究现状及分析

1.2.1生丝卷绕成形研究现状

1.2.2卷绕运动实现机构研究现状

1.2.3存在问题分析和已有研究基础

1.3课题来源及研究思路

1.4研究内容及技术路线

1.4.1研究内容

1.4.2技术路线

1.5本章小结

2生丝卷绕成形截面廓线计算模型及评价准则的建立

2.1生丝卷绕原理及规律

2.2生丝卷绕成形截面廓线计算模型的建立

2.2.1单层卷绕匀速导丝阶段线型分析

2.2.2单层卷绕络交杆转向阶段线型分析

2.2.3丝线层叠分析

2.3生丝卷绕成形形状优劣评价准则的建立

2.4卷绕成形丝线截面形状计算软件的编写

2.4.1软件初始界面说明

2.4.2流程说明

2.5本章小结

3络交杆运动方程的建立及分析

3.1新型卷绕运动实现机构的工作原理

3.2非圆齿轮副及共轭凸轮数学模型的建立

3.2.1一阶变性偏心圆齿轮及其二阶共轭非圆齿轮

3.2.2一阶变性椭圆非圆齿轮及其二阶共轭非圆齿轮

3.2.3一阶变性巴斯噶非圆齿轮及其二阶共轭非圆齿轮

3.2.4一阶变性正弦非圆齿轮及其二阶共轭非圆齿轮

3.2.5一阶变性傅里叶级数非圆齿轮及其二阶共轭非圆齿轮

3.2.6共轭凸轮数学模型的建立

3.3络交杆运动方程的建立

3.3.1络交杆位移方程的建立

3.3.2络交杆速度方程的建立

3.3.3络交杆加速度方程的建立

3.4络交杆运动特性分析软件的编写

3.5 实例分析

3.6本章小结

4卷绕运动实现机构通用参数优化模型的建立及求解

4.1参数优化方案

4.2卷绕运动实现机构参数优化

4.2.1设计参数

4.2.2目标函数的建立

4.2.3遗传算法寻优

4.2.4优化结果

4.3最佳缫丝机卷绕运动实现机构特性分析

4.3.1最佳缫丝机卷绕运动实现机构运动学分析

4.3.2生丝卷绕成形形状分析

4.4本章小结

5卷绕运动实现机构试验研究

5.1试验方案设计

5.2卷绕装置整体结构设计

5.2.1络交机构结构设计

5.2.2小（或）驱动部分结构设计

5.3卷绕若干重要零件结构设计

5.3.1非圆齿轮的设计

5.3.2共轭凸轮的设计

5.3.3叉形摆杆的设计

5.3.4轴类零件的设计

5.4卷绕装置三维建模与装配

5.4.1卷绕装置重要零件实体建模

5.4.2卷绕装置虚拟装配

5.4.3卷绕装置总装配体干涉检验

5.5络交机构ADAMS虚拟仿真试验实验

5.6试验台的研制及试验研究

5.6.1重要零部件的加工

5.6.2卷绕装置试验台的搭建

5.6.3空转试验

5.6.4丝线卷绕试验

5.7本章小结

6总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

附录A 结构设计图

在校研究成果

致谢