基于Pro／E的开口机构惯性载荷特性研究

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开 口机构是织机的重要部件，也是织机中运动速度较高、动力消耗较大的机构之--口运动的作用是使穿入综眼的经纱上下分开，形成梭口，以供纬纱引入-口运动的平稳性直接影响到织物的质量1]-口机构的载荷主要有纱线的张力、机构的惯性力和运动副的摩擦阻力。其中摩擦阻力的情况比较复杂，经纱张力和纬纱张力与所织的织物品种有关，而惯性力与织机的车速、执行构件的运动规律和机构中各构件的质量属性等有关[2≈]。因此，研究各个构件的惯性载荷特性，对设计织机和优化织机性能有重要的理论指导意义。

1 建模和仿真1.1 开口机构简介以某剑杆织机的开口机构为研究对象，该开口机构有两片综框，机构示意如图 1所示。构件 4、5、6、7、8、9和1O表示第-片综框及其相关部件，构件4-2、5-2、6-2、7-2、8-2、9-2和 1O-2表示第二片综框及其相关部件。

该开口机构由空间连杆机构和平面连杆机构两部分组成≌间连杆机构中驱动轴 1是输入轴，绕1.驱动轴，2.直角连杆，3.摇轴组，4.送杆，5.大刀片，6和 9.撑杆，7.连杆，8.小刀片，10.综框，l1.箱体图 1 开口机构示意轴线 AQ做圆周运动，通过由驱动轴 1、直角连杆 2、摇轴组 3和箱体组成的球面 4R机构带动摇轴组 3绕轴线 DE做定轴摆动，产生满足开口要求的运动规律。摇轴组 3的摆动运动，通过送杆 4传递给平行四边形机构 HIKL做平面运动，带动连接综框 10的撑杆 6和 9，使综框 1O沿着 OP做上下直线运动，实现开口运动。综框 10与平行四边形机构 HIKL安装位置必须保持平行。根据某厂商的剑杆织机开口机构二维图纸，利用 Pro/E软件建好各个零件的三维模型并完成开口机构虚拟样机的装配，如图 2所示。

收稿日期：2O12-1O-O9基金项目：浙江省现代纺织装备技术创新团队项 目(2011R09018-08)作者简介：胡浙科(1987-)，男，杭州淳安人，硕士研究生，主要从事织机机械机构学的研究。

第 5期 胡浙科等：基于Pro/E的开口机构惯性载荷特性研究 725e- √es- s( )√es- s( )和JO-，1 OA1 es 、， 、，- J8 fwAs 1。

1，构件 4、6和 9都是做平面运动的，其等效转动惯量分别是：J -m4( ) ( )，J es-m。(t O1 1Je( OA1 /， 《Je。- 。( )J。( )。

构件 7做平动，构件 1O做直线运动，其等效转动惯量分别是：J -m7( )， 。- ( )。

构件 2是做空间运动的，可用计算公式：J e2- J -J。1-J。3-J 4-J e4～2-J 5-5-2- 6-J 6-2-J 7- 7-2-J 8-J。 2- 9- 2- elO- .厂 l(2 (3)2.3 总动能的测量在 Pro/E的分析类型中选择动态分析，测量类型中选择系统，属性选为动能，就可以测得系统总动能 E。

2.4 驱动力矩的测量在 Pro/E的分析类型中选择动态分析，测量类型中选择净载荷，参照选择伺服电机，所得到的就是开口机构中驱动轴的驱动力矩，也就是该机构在驱动轴上的等效载荷。

3 载荷特性分析利用 Pro/E测得的各个构件的速度、角速度和转动惯量，通过 2.2节中的公式计算开口机构各个构件等效在构件 1上的等效转动惯量，如图 5所示。

由图 5可知，等效转动惯量随着驱动轴转角变化呈简谐运动规律变化。当开 口机构处于综平(驱动轴为 0。、180。)时，其值趋于最大，当开口机构处于开口动程最大(驱动轴转角为 90。、270。)时，其值反而是最小的，甚至接近于零。等效转动惯量变化影响最大的构件主要有综框 1O，直角连杆 2和驱动轴 1。

3.1 综丝质量对开口机构载荷特性的影响分析- 般情况每片门幅为 2 300 mm的综框可安装约1 500根钢片综丝(或者其他材质的综丝)，每根钢片综丝 2 g左右。因此安装钢片综丝后，每片综框将会增加 3 。图 5是没有安装综丝得到的结果。现在假设两片综框上都安装 了这样 的综丝1 500根，在驱动轴转速相等，门幅相同的前提下，当综框安装综丝后，无论是系统总动能还是等效在驱动轴上的等效转动惯量，在综平位置时幅值都有明显 的增大 。由Pro/E导出以下各曲线 ，如图6和图量 删蜱狡蜥毛氅幅0 0120.OO10 0080 0060 0040 002O0 90 180 270 360 450 540 630 720驱动轴转角/(。)(a)0 9O l8O 270 360 450 540 630 720驱动轴转角/(。)(b)： ： ：O 9O l80 270 360 450 540 630 720驱动轴转角/(。)(c)图 5 等效在驱动轴上的转动惯量图 6 系统总动能懈 。

O 0 O O O O O O O - 吕. -咖鳖.艟毒毒较淞6 4 2 O 8 6 4 2 O 叭 仇叭 叭∞ ∞ 吣 ∞O O 0 0 O 0 0 O 浙 江 理 工 大 学 学 报 2013年 第 30卷7所示，图 6中ZS-E和 WZS- E分别表示有综丝和没有综丝的情况下测得的系统动能，图 7中ZS-，e和W ZS- Je分别表示有综丝和没有综丝的情况下测得在驱动轴上的等效转动惯量。

驱动轴转角/(。)图 7 驱动轴上的等效转动惯量在图 8中 ZS-T1和 WZS-T1分别表示有综丝和没有综丝的情况下测得的驱动力矩，安装综丝后，驱动力矩极大值由原来的 23.67 N·m增加到 30.36N·m，增幅到达了 28.26 ，影响相当大。在图 9中，ZS-Q和 WZS-Q分别表示有综丝和没有综丝的情况下测得综框的惯性力，当两片综框开口动程到达最大时，惯性力幅值增大也很明显。由上述分析可知，在工程应用中，尽量采用质量更轻的综丝。

- - - 图 8 驱动轴上的力矩，-、 z Q -、. . Q. . -3 -、0 // 、 -，/驱动轴转角/(。)图9 综框的惯性力03.2 开口量对开口机构载荷特性影响分析当接头 3c、3c-2的转动中心与刀片 3d、3d-2的转动中心距离增大时，开 口动程也随着增加，由Pro/E导出以下各曲线。如图 1O所示，图 1O中s1、s2和s3分别表示开口动程为 94、74 mm和56 mm。

在驱动轴转速相等、门幅相同的前提下，系统的总动能和系统的等效转动惯量呈周期性变化，而且随着开口动程的增大而增大。由图 11和图 12可得，图11中 -E、 -E和 -E分别表示在开口动程为94、74 mm和 56 mm下的系统总动能，图 12中 s1，e、--，e和- .，e分别表示在开 口动程为 94、74 mm和 56 mm下的等效转动惯量。

吕吕 驱动轴转角/(。)图 l0 3种开口动程对应的综框位置-吕 嘲蛏幅糕驱动轴转角/(。)图 l1 系统总动能图 12 驱动轴上的等效转动惯量从图l2中可知，当开口动程由 56 mm增加到74 mm时，等效转动惯量在综平位置时其值由0.023 5变化到 0.037 4，增幅达 59.15 。当开口动程由 74 mm增加到 94 mm时，等效转动惯量在综平位置时其值由 0.037 4增加到 0.053时，增幅暑. 咖妪蠢辱聿辍如-量 .zO O O 0 0 O O z 盟毫 窖萤第 5期 胡浙科等：基于Pro/E的开口机构惯性载荷特性研究达 41.7l 。

由图 l3可知，图 l3中 -盯 -锻 -T分别表示在开口动程为 94、74 mm和 56 mm时的驱动力矩，在开口高度最大时，开口动程为 56、74 mm和 94 mm 的开 口机构驱动轴 上的力矩对应 为6.53、15.53 N·rn和 23.48 N·m，开口动程增加32.14%，驱动轴上的力矩增加 137.4 ；开口动程增加 27 9/6，驱动轴上的力矩增加 51.5 。驱动轴上力矩的增幅远大于开口动程的增幅。由此可见 ，开口动程对等效转动惯量影响之大。实际应用中，在满足工艺要求的前提下，尽量减歇口动程。

舍蕈幅 - 驱动轴转角/(。)图 13 驱动轴上的力矩3.3 驱动轴转速对开口机构载荷特性分析当开口动程和门幅相同时，由 Pro/E导出以下各曲线。如图 14所示，图 14中 v1200-E、v1800-E和 v2400-E分别表示 2O0、300 r/min和400 r/rnin下的系统总动能，系统总动能随驱动轴转速的增加而不断增大。

幅趱0 9O l80 270 360 450 540 630 720驱动轴转角/(。)图 14 系统总动能由图 15可以看出，图 15中 v1200-T、v1800-T和v2400-T分别表示 200、300 r/rain和400 r/min下的主轴上的驱动力矩，当驱动轴转速由200 r/min到300 r/min，速度增加 5O ，驱动轴上的扭矩增加125 ；当速度从 300 r/rain再到400 r/rain时，速度增加 33.3 9/6，驱动轴上的扭矩增加 77.8 。驱动轴上的力矩增幅明显。

- ∞- - - 图 15 驱动轴上的力矩4 结 论0通过上述计算和 3种情况下的不同条件的对比分析，得到对等效转动惯量变化影响较大的构件主要有综框 10、直角连杆 2和旋转臂 1，所占比值分别为 42 、20.8 9/6和 8.2 ，三者之和所 占比重竟达7l 。随着开口动程、综丝的质量和转速的增加，驱动力矩也不断增大。选择合适的开口动程和主轴转速，采用更轻的综丝或是降低综框的质量对降低驱动载荷都有很好的改善作用。