基于ADAMS的織機(jī)打緯機(jī)構(gòu)分析

高淑麗

（經(jīng)緯智能紡織機(jī)械有限公司，山西 晉中030600）

1 引言

對(duì)于織機(jī)，總的趨勢(shì)是朝著高速、高效、低消耗、低磨損的方向發(fā)展。而本次的分析對(duì)象——打緯機(jī)構(gòu)作為織機(jī)的一個(gè)重要組成部分，成為設(shè)計(jì)人員研究的重點(diǎn)，打緯機(jī)構(gòu)分為共軛凸輪打緯和曲柄連桿打緯2 種形式。其中，共軛凸輪打緯機(jī)構(gòu)不但能提高運(yùn)動(dòng)精度，減少?zèng)_擊，還可以改善機(jī)構(gòu)中的受力條件，使設(shè)計(jì)與制造更精密，更適應(yīng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)。共軛凸輪打緯機(jī)構(gòu)中凸輪的輪廓曲線決定了從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，所以，對(duì)凸輪的加工精度要求較高，輪廓曲線要有良好的光順性才能減少?zèng)_擊。一般情況下，優(yōu)化凸輪的輪廓曲線需要多次的加工與試驗(yàn)，成本較高、周期長(zhǎng)、效率低，本次分析的重點(diǎn)是利用ADAMS 動(dòng)力學(xué)分析軟件分析凸輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，通過(guò)輸出的運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線，直觀地觀察其運(yùn)動(dòng)的波動(dòng)性，并通過(guò)反復(fù)優(yōu)化凸輪的輪廓曲線，改善沖擊產(chǎn)生的影響，通過(guò)仿真分析可縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本，可快速并且直觀地進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[1]。

2 建立實(shí)體模型

本文采用CREO 軟件建立打緯機(jī)構(gòu)的三維裝配模型，打緯機(jī)構(gòu)是一個(gè)搖軸從動(dòng)件的共軛凸輪機(jī)構(gòu)，主動(dòng)凸輪以一定的角速度繞軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)搖軸從動(dòng)件以一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律擺動(dòng)，使固結(jié)在從動(dòng)件上的筘座實(shí)現(xiàn)打緯功能。主動(dòng)凸輪的輪廓曲線決定了筘座的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，輪廓曲線越光滑，筘座的運(yùn)動(dòng)越接近預(yù)期的設(shè)計(jì)效果，本主動(dòng)凸輪的輪廓曲線是通過(guò)對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行樣條曲線擬合實(shí)現(xiàn)的，可以將凸輪輪廓被劃分成N個(gè)點(diǎn)保存于數(shù)據(jù)文件中，利用CREO 軟件可導(dǎo)入數(shù)據(jù)點(diǎn)的功能，導(dǎo)入組成凸輪輪廓的點(diǎn)數(shù)據(jù)，來(lái)建立凸輪實(shí)體模型。在以后的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，只要將凸輪曲線進(jìn)行修改，再重新導(dǎo)入就可生成新的凸輪模型。

3 建立仿真模型

3.1 簡(jiǎn)化模型

由于打緯機(jī)構(gòu)是由CREO 軟件建模，而且模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了提高數(shù)據(jù)的傳送速度，減少軟件的分析計(jì)算時(shí)間，在保證分析數(shù)據(jù)模型完整的前提下，不影響分析的特征，包括倒角、圓角、螺釘、螺帽等簡(jiǎn)化或刪除，并將之間沒(méi)有相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系的零部件定義成剛體，可以先將搖軸部件作為一個(gè)整體導(dǎo)入，然后導(dǎo)入凸輪模型，通過(guò)對(duì)模型的簡(jiǎn)化，去除了不必要因素對(duì)分析結(jié)果的影響，大大提高了分析效率和分析的準(zhǔn)確性[2]。

3.2 CREO與ADAMS 的接口功能

本次用于分析的ADAMS 軟件可直接導(dǎo)入CREO2.0 版本的簡(jiǎn)單零件，復(fù)雜裝配體無(wú)法導(dǎo)入，另外，一種導(dǎo)入形式是將CREO 軟件建立的模型另存為parasolid 格式，再進(jìn)行導(dǎo)入。后一種導(dǎo)入形式簡(jiǎn)單快捷，不受模型復(fù)雜程度影響。但是在模型導(dǎo)入前，需在ADAMS 軟件中進(jìn)行單位設(shè)置，使其與利用CREO 建模的單位保持一致，然后設(shè)置工作網(wǎng)格和圖標(biāo)。最后，將“ADAMS”加載到CREO 裝配環(huán)境的下拉菜單中，通過(guò)這個(gè)菜單命令，可自動(dòng)把CREO 建造的三維模型傳到ADAMS/VIEW 界面，通過(guò)以上一系列的設(shè)置操作，CREO 與ADAMS 的接口功能準(zhǔn)備就緒，用于分析的織機(jī)打緯機(jī)構(gòu)模型已導(dǎo)入ADAMS 軟件中。

3.3 定義質(zhì)量屬性

進(jìn)行分析前，需要設(shè)置模型的質(zhì)量屬性，由于導(dǎo)入的打緯機(jī)構(gòu)模型經(jīng)過(guò)了簡(jiǎn)化，模型的質(zhì)量和質(zhì)心的位置發(fā)生了變化，模型導(dǎo)入ADAMS 之后，需手動(dòng)修改質(zhì)量屬性，設(shè)置質(zhì)心位置，使其與原模型保持一致，這樣才能保證分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，是分析工作中的關(guān)鍵步驟。

3.4 施加約束和載荷

本次分析的織機(jī)打緯機(jī)構(gòu)，主要運(yùn)功過(guò)程是利用共軛凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)搖軸的前后擺動(dòng)，所需要的連接約束有凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)連接、搖軸的轉(zhuǎn)動(dòng)連接、搖軸上的滾子與凸輪的凸輪副約束（2D 線—線約束），約束可在CREO 環(huán)境下定義，因?yàn)楫?dāng)模型傳遞到ADAMS 軟件之后只有體的概念，面和線不容易捕捉，約束副的位置不容易確定，也可在ADAMS 軟件中通過(guò)添加樣條曲線導(dǎo)入點(diǎn)數(shù)據(jù)的方法手動(dòng)添加輪廓線。本次采用約束添加方法是在ADAMS 軟件中添加凸輪副約束，這就需要選擇滾子的輪廓線和凸輪的輪廓線，但是由于模型導(dǎo)入后輪廓線消失，如何實(shí)現(xiàn)輪廓線的顯示，并能被約束選項(xiàng)識(shí)別，這就需要手動(dòng)添加輪廓線，凸輪輪廓線是利用樣條曲線，導(dǎo)入凸輪的點(diǎn)坐標(biāo)完成的，同時(shí)，凸輪副要求2 個(gè)輪廓線是接觸的，所以，要將2 條輪廓線建立在一個(gè)平面內(nèi)，這樣凸輪副便添加到了打緯機(jī)構(gòu)中，然后添加滾子與凸輪間的接觸力，最后，添加轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)到凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)副，打緯機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真模型建立完成后需驗(yàn)證模型的運(yùn)動(dòng)方式是否符合實(shí)際的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，驗(yàn)證成功后方可進(jìn)行仿真分析。

4 結(jié)果分析

通過(guò)仿真分析得出搖軸部件運(yùn)動(dòng)的加速度隨時(shí)間變化曲線，如圖1 所示，可以看出，凸輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中加速度的波動(dòng)情況，在約0.03s 時(shí)有明顯的波動(dòng)。通過(guò)圖1 可以分析處共軛凸輪的圓整度不太好，輪廓曲線不夠平滑存在尖點(diǎn)，這就會(huì)對(duì)打緯動(dòng)作產(chǎn)生沖擊，使織出的布匹疏密不一致，或產(chǎn)生疵點(diǎn)，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

圖1 原始凸輪加速度曲線

通過(guò)在CREO 軟件中將凸輪曲線進(jìn)行優(yōu)化，去除一些突出的尖點(diǎn)后，然后再導(dǎo)入ADAMS 中進(jìn)行仿真分析，觀察搖軸部件運(yùn)動(dòng)的加速度曲線，可以看出波動(dòng)有所緩解，接下來(lái)就可以通過(guò)不斷的分析優(yōu)化，將凸輪的輪廓曲線達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)效果。

5 結(jié)語(yǔ)

利用ADAMS 仿真分析軟件和CREOCAD 設(shè)計(jì)軟件之間強(qiáng)大的接口功能，將共軛凸輪打緯機(jī)構(gòu)導(dǎo)入ADAMS 軟件中，通過(guò)施加運(yùn)動(dòng)副等約束，對(duì)共軛凸輪打緯機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，通過(guò)分析結(jié)果可以直觀地觀察凸輪的運(yùn)動(dòng)軌跡，如運(yùn)動(dòng)軌跡不理想，可進(jìn)行實(shí)時(shí)的優(yōu)化，通過(guò)不斷的優(yōu)化、驗(yàn)證直至達(dá)到理想的設(shè)計(jì)效果，然后將最終優(yōu)化好的凸輪輪廓點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)出，生成G 代碼，可供數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。可見(jiàn)，利用ADAMS軟件進(jìn)行仿真分析可提供有力的理論依據(jù)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，很大程度上節(jié)約了設(shè)計(jì)時(shí)間和試錯(cuò)的成本，提高了產(chǎn)品收益，大大提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率，加速了新產(chǎn)品的研發(fā)周期，為新產(chǎn)品盡快進(jìn)入市場(chǎng)搶占了先機(jī)，為企業(yè)贏得效益。