張國慶, 林 康, 荊學(xué)東

(1.臺州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電一體化技術(shù)研究所， 浙江 臺州 31800; 2.浙江寶石縫紉機(jī)(控股)集團(tuán)有限公司博士后工作站， 浙江 臺州 318000; 3.陜西科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院， 陜西 西安 710021)

0 引 言

高速雙針工業(yè)平縫機(jī)中的運(yùn)動機(jī)構(gòu)是由上軸機(jī)構(gòu)和下軸機(jī)構(gòu)兩大機(jī)構(gòu)組成.上軸機(jī)構(gòu)由挑線和刺布機(jī)構(gòu)兩分機(jī)構(gòu)組成, 齒形帶將上軸的動力傳遞到下軸各機(jī)構(gòu)中.下軸機(jī)構(gòu)由送料機(jī)構(gòu)和旋梭機(jī)構(gòu)組成，其中送料機(jī)構(gòu)由抬牙和送布機(jī)構(gòu)組成，旋梭機(jī)構(gòu)由與下軸同步的大齒輪經(jīng)小齒輪嚙合升速一倍后帶動旋梭運(yùn)轉(zhuǎn).上軸機(jī)構(gòu)中的刺布機(jī)構(gòu)對噪聲貢獻(xiàn)最大, 達(dá)39%以上，這主要是由于上軸動不平衡力及針?biāo)筒紨[動動不平衡而引起的強(qiáng)迫振動所致.

縫紉機(jī)振動是阻礙縫紉機(jī)轉(zhuǎn)速提高的一個關(guān)鍵因素.如何解決縫紉機(jī)的振動問題,文獻(xiàn)[1，2]做過專門研究，但振動模型假設(shè)只是一代而過,并且限定在二維平面上.本文基于多體動力學(xué)建立了平縫機(jī)的振動模型，并進(jìn)行了較深入的分析，使抗噪聲能力及分析精度得到了提高，有助于解決高速雙針平縫機(jī)的振動、噪音問題.

1 模型的建立

圖1 送料機(jī)構(gòu)多剛體系統(tǒng)動力學(xué)模型1.送布偏心輪，2.送布搖動連桿，3.倒縫滑塊,4.送布曲柄，5.牙架，6.抬牙滑塊

送料機(jī)構(gòu)多剛體系統(tǒng)是由送布偏心輪、送布搖動連桿、送布曲柄等剛體用各種形式的聯(lián)接器連接組成，如圖1所示.連接兩個剛體的聯(lián)接器為鉸鏈，每個鉸鏈連接的剛體偶為鄰接剛體.

選取系統(tǒng)內(nèi)每個剛體質(zhì)心在慣性參考系中的3個直角坐標(biāo)和確定剛體方位的3個歐拉角作為笛卡爾廣義坐標(biāo)，采用拉格朗日乘子法建立系統(tǒng)的運(yùn)動方程[3]：

完整約束方程：

φ(q,t)=0

式中：T-系統(tǒng)動能，q-系統(tǒng)廣義坐標(biāo)列陣，ρ-對應(yīng)于完整約束的拉氏乘子列陣，μ-對應(yīng)于完整約束的拉氏乘子列陣.

2 動態(tài)仿真

2.1 建立分析模型

圖2 針桿挑線機(jī)構(gòu)虛擬分析模型

采用前面建立的送料機(jī)構(gòu)多體動力學(xué)模型在ADAMS中建立相應(yīng)的虛擬樣機(jī)分析模型，如圖2所示，用彈簧來表示軸套對軸的支撐作用.彈簧剛度參考文獻(xiàn)[4]取k=4.9×108N/m，各運(yùn)動件間添加相應(yīng)的約束，以實(shí)現(xiàn)各構(gòu)件之間的相對轉(zhuǎn)動或平動.

2.2 運(yùn)動分析

施加下軸轉(zhuǎn)速為2 000 r/min，經(jīng)ADAMS動力學(xué)仿真分析得到如圖3～圖6所示的對應(yīng)曲線，可見，送布軸速度呈周期性變化，送布牙的位移也呈周期性變化，機(jī)構(gòu)工作相對穩(wěn)定.因整個機(jī)構(gòu)的動不平衡引起軸與軸套間的作用力如圖6所示，該作用力波動較大，不利于機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定工作.

3 振動響應(yīng)分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的主軸扭矩在主軸上施加幅值為2 N·m的激勵信號進(jìn)行振動分析[5]，初始相位為0，以快速掃頻方法進(jìn)行振動分析.在ADAMS/Vibration中系統(tǒng)受到激振后，得到下軸、送布軸振幅隨頻率變化的頻率響應(yīng)曲線，如圖7、圖8所示，可見頻率響應(yīng)的幅值曲線由于系統(tǒng)模態(tài)固有頻率改變而造成突變.

圖7 下軸X、Y、Z方向振幅隨頻率變化的頻響曲線

圖8 送布軸X、Y、Z方向振幅隨頻率變化的頻響曲線

4 結(jié)束語

本文建立了送料機(jī)構(gòu)的多體動力學(xué)分析方程，利用ADAMS軟件探明了振動系統(tǒng)參數(shù)在不同的激勵頻率下對機(jī)身振幅和基礎(chǔ)振幅的影響，為雙針平縫機(jī)的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)和減振隔振設(shè)計(jì)以及降低噪音提供了理論依據(jù).

通過對送料機(jī)構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)分析，得出了送料機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性，機(jī)構(gòu)在工作過程中基本能滿足要求，但機(jī)構(gòu)因振動會產(chǎn)生一定的位移波動，可能導(dǎo)致機(jī)構(gòu)工作性能也出現(xiàn)波動，同時還會引起機(jī)身也產(chǎn)生振動.另外由于機(jī)構(gòu)的動不平衡造成的主軸與軸套間的沖擊力也不利于機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定工作，應(yīng)采取措施盡量使機(jī)構(gòu)達(dá)到平衡.

系統(tǒng)在1 000～5 000 Hz之間響應(yīng)情況比較豐富，工作時應(yīng)盡量避免送料機(jī)構(gòu)在該頻率范圍內(nèi)運(yùn)行.

參考文獻(xiàn)

[1] 山靜民，姜鳳珍.工業(yè)縫紉機(jī)的動載荷識別[J].西北輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報,1986，(1)： 37-44.

[2] 彭國勛，山靜民，姜鳳珍.高速縫紉機(jī)的動平衡[J].西北輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報,1987，(2)：14-25.

[3] 袁士杰，呂哲勤.多剛體系統(tǒng)動力學(xué)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1992.

[4] 靳廣虎，朱如鵬，朱自冰，等.正交面齒輪傳動系統(tǒng)的耦合振動分析[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2009，28(1)：124-132.

[5] 朱春霞，朱立達(dá)，劉永賢，等.基于ADAMS的并聯(lián)機(jī)器人振動特性仿真及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2008，20(14)：3 721-3 725.