高速经编机成圈机构的UG建模与仿真研究

摘要

经编工业是纺织工业的重要分支之一，产品涉及服用、装饰、医药、产业用等织物。国内经编业经过近三十年来的发展，已从最早的Z303经编机发展为现今KS-2/3高速经编机、RSE4-1拉舍尔花式经编机等，编织速度由最初的500cpm至4000cpm，经编机正在向高速化、自动化、智能化方向发展。现代高速经编机对机构运动平稳性和可靠性要求很高，如何使机构在高速运动状态下保持稳定运行，并编织高质量产品已成为高速经编机发展亟待解决的技术关键。因而，对高速经编机成圈机构的理论研究和传动机构弹性动力学分析显得尤为重要。针对目前高速经编机在成圈机构动力学方面研究的缺乏，为了提高高速经编机高速运动的平稳性，增强机构可靠性，减少运动冲击，必须开展对高速经编机成圈机构运动学和动力学方面的研究。
　　 本课题基于成圈机构工艺原理和机构弹性动力学的分析，采用多变量柔性机构运动弹性动力学分析方法(KED)，对成圈机构进行了弹性动力学分析。基于UG三维建模技术和ANSYS仿真模拟技术，对成圈机构进行了建模分析，实现了机构的计算机运动仿真，系统研究了成圈机构高速运动时的柔性变化和受力状况;运用高速摄影仪技术测试了成圈机构在不同运动条件下的位移、速度、加速度的变化;结合Matlab数据图像处理技术，拟合了位移、速度、加速度曲线，分析了测量误差，真实再现了高速经编机成圈机构的运动情况;实验结果验证了理论分析的正确性，为成圈机构的结构设计与优化提供了依据。论文研究主要内容有:
　　 (1)论文对高速经编机成圈机构的结构和工艺原理进行了深入分析，基于成圈机构为多重偏心连杆机构的特点，采用计算机矢量分析法研究了成圈机件间的运动规律，分析了槽针和针芯、导纱梳栉、沉降片间精确的运动配合关系，计算了关键工艺点和各运动参数，得到主要技术参数有:槽针最大成圈动程离最低点12.83 mm，针芯最高闭口点离针芯最低起针点11.15 mm，针芯最低起针点低于槽针最低起针点3.91 mm。
　　 (2)针对高速经编机在高速运动情况下，成圈机构会产生一定的弹性变形问题，因而论文采用采用弹性动力学的方法来分析机构运动和受力情况。根据机构动力学原理，以柔体系统动力学分析方法，建立了高速经编机成圈机构的动力学模型。模型准确地反映了成圈机构在高速运动情况下的弹性变形和真实运动状况，很好地解决了高速经编机成圈机构动力学理论分析的难题。同时通过对成圈机件的弹性动力学分析和方程的求解，解决了动力学理论分析。
　　 (3)在机构弹性动力学分析研究的基础上，基于UG NX三维建模技术及运动控制研究，运用计算机仿真软件，对高速经编机成圈机构空间机构模型进行运动学和动力学研究，实现了高速经编机成圈机构三维模型的创建和高级渲染，研究探讨了高速经编机成圈机构弹性动力学分析和优化设计方法，以及机构的可靠性分析。
　　 (4)实现了成圈机构的ANSYS动力学有限元分析，借助ANSYS与UG建模软件的模型专用接口，将高速经编机成圈机构UG复杂装配体模型数据与几何参数传递和导入了ANSYS。通过结构参数、接触定义和网格设置，并结合显式与隐式动力学响应分析法，分析了接触与振动的求解算法及ANSYS有限元仿真的技术前处理和后处理，为优化机器结构参数性能、提高机器速度和实验测试分析提供理论基础。
　　 (5)通过对成圈机构UG建模研究及ANSYS动力学有限元仿真分析，模拟求解了高速运动时的各个运动参数。同时采用高速摄影技术和Matlab数据图像处理技术，测试、拟合了成圈机件在不同运动条件下的位移、速度、加速度的变化曲线。两者结果表明，成圈机构的有限元仿真分析结果和实验测试所得到的运动状况十分吻合，验证了弹性动力学分析方法的正确性。
　　 论文研究实现了高速经编机成圈机构的数学建模和动力学分析，真实地反映了高速经编机成圈机构的运动状况，对高速经编机的技术研究具有重要意义。