链轮传动式提花机传动部分的设计_带图纸
链轮传动式提花机传动部分的设计学院机械工程学院[20191210110317]
摘要
本文基于某纺织机械厂对原有1408针提花机进行2816针改型设计工作完成了传动部分的设计。首先从运动学的角度来设计连杆机构，，根据所要求的运动参数完成了机构的初步设计后，运用UG软件的运动仿真功能代替了复杂的理论计算；然后通过传统机械设计方法设计链轮传动，并对传动部分的各主要零件完成了结构设计。设计中使用UG来实现了零件的三维建模与装配设计，并完成了工程图的输出。
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关键字:提花机传动设计UG
目录
1.绪论 1
1.1 提花机 1
1.1.1我国提花机的发展历史 1
1.1.2国内提花机的发展现状及存在问题 1
1.2 课题目的和意义 2
1.2.1 目的 2
1.2.2 意义 2
1.3提花机中链轮传动的特点 2
2.提花机传动部分的组成及设计要求 4
2.1传动部分的组成 4
2.1.1 链轮传动 4
2.1.2连杆机构 5
2.2设计要求 6
3.传动部分的运动学设计 8
3.1 机构综合 8
3.2机构的运动学设计与仿真 10
3.2.1机构的运动学设计 10
3.2.2机构的运动学仿真 12
4.传动部分的结构设计 16
4.1链轮传动的设计 16
4.1.1链轮传动的设计计算 16
4.1.2 主动轴的设计计算 18
4.1.3链轮传动部分的结构设计 19
4.2连杆机构的设计 22
4.2.1摆臂的结构设计 22
4.2.2拉杆的结构设计 23
4.2.3提刀臂与摇杆的设计 24
5.三维建模和设计输出 26
5.1建模 26
5.2 装配 29
5.3创建工程图 31
5.3.1装配图 32
5.3.2零件图 33
结语 34
参考文献 35
致谢 36
1 绪论
1.1 提花机
1.1.1我国提花机的发展历史
在我国提花的工艺方法源于原始腰机挑花，汉朝时斜织机和水平织机就已经用到了这类工艺方法。通常采用一蹑（古式提花机脚踏板）控制一综（吊起经线的装置）来织制花纹，为了织出花纹，就要增加综框的数目，两片综框只能织出平纹组织，3到4片综框能织出斜纹组织，5片以上的综框才能织出缎纹组织。因此，要织复杂的、花形循环较大的花，必须把经纱分成更多的组，多综多蹑的花机逐步形成。据《西京杂记》载：有巨鹿人陈宝光妻所织散花绫“机用一百二十蹑”，这么多的综蹑织造起来十分烦琐，到了三国时马均“旧绫机丧功费日乃思绫机之变”改六十综蹑为十二综蹑，采用束综提花的方法，即方便了操作又提高了效率。
花本式提花机出现于东汉，又称花楼。是我国古代织造技术最高成就的代表。它用线制花本贮存提花程序，再用衢线牵引经丝开口。花本是提花机上贮存纹样信息的一套程序，它由代表经线的脚子线和代表纬线的耳子线根据纹样要求编织而成。上机时，脚子线与提升经线的纤线相连，此时，拉动耳子线一侧的脚子线就可以起到提升相关经线的作用。织造时上下两人配合，一人为挽花工，坐在三尺高的花楼上挽花提综，一人踏杆引纬织造。东汉王逸《机妇赋》中，用“纤纤静女，经之络之，动摇多容，俯仰生姿”来形容织工和提花工合作操纵提花机的场面。
1.1.2国内提花机的发展现状及存在问题
“把人类的思想传送给机器，让机器按人的意志自动执行。”这是对机电一体化技术的简单概括，而织机机电一体化的最主要代表之一就是电子提花机，它实现了织造技术的电子控制、对织造工艺参数进行合理配置。它既提高了纺织工艺的效率，也大大减轻了工人的劳动强度。国产电子提花机的迅速崛起，也从另外一个角度说明了近年来我国机电一体化水平的快速进步。
几年前，国内电子提花机市场份额大部分还被英国博纳斯、瑞士史陶比尔等提花机巨头所垄断，如今这个格局正在发生着微妙的变化，国产提花机不仅开始在国内市场上占据了一些主动，而且在海外市场也开始得到了前所未有的发展机遇。
国产电子提花机具有结构简单、运行稳定、设备故障率低等优势，即便是出现故障了维修、更换也较为方便，最主要的是国产设备价格只有进口设备价格的百分之三十左右，性价比较高，设备成本回收周期短，完全符合国内客户的使用要求。总的来说，国内的电子提花机的性能不输给进口设备，但价格优势是明显的，这是国产设备被客户认可的根本原因[18]。
但当前，我国纺织工业机械存在以下几个不足：一是产品技术含量较低；二是机电一体化程度不是很高，与国外先进水平有一定的差距；三是产品的可靠性与国外同类产品仍有一定的差距。
1.2 课题目的和意义
1.2.1 目的
我国是纺织大国，纺织经济在我国民经济中占据重要地位，而提花机是一种典型的纺织机械。原本的1408针提花机在制织复杂大提花布时仍觉得针数不够，故需将原有的1408针改进为2816针。本课题是基于链轮机构的某型提花机的传动系统设计，通过运动学的方法来设计传动系统以实现要求的运动规律，并对传动系统中的各零件进行结构设计。
1.2.2 意义
近年来，我国提花织机制造技术的快速发展，国内中高档提花织物生产企业也越来越多，从而也带动了对电子提花机的需求。本次对原有机型的改型设计是为了适应市场需求，具有实际的工程价值。同时，提花机中的传动系统是一种典型的机械传动机构，能巧妙的实现复杂的运动，是机械专业毕业设计很好的研究对象。通过对传动系统的设计不仅可以接触工厂在设计过程中的实际问题，也能提高我们运用所学知识解决实际工程问题的设计与分析能力。
1.3提花机中链轮传动的特点
链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。链传动有许多优点，与带传动相比，没有弹性滑动和打滑现象，工作可靠，平均传动比准确，效率高；所传递的功率较大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、污染等恶劣的环境下工作。与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求较低；中心距较大时其传动结构简单。因此链传动广泛用于交通运输、农业、轻工、矿山、石油化工和机床工业等。
但是链传动一般只能用作平行轴间传动，且其瞬时传动比不确定，传动时会产生较大的噪声。由于链节是刚性的，因而存在多边形效应（即运动不均匀性），这种运动特性使链传动的瞬时传动比变化并引起附加动载荷和振动，在选用链传动时须加以考虑。
2 提花机传动部分的组成及设计要求
提花织物是利用各类不同颜色的经纱和纬纱的交织形成具有一定图案的织物，提花机即是用来实现织物经纱提升控制的装置，它能在织物的织造过程当中对经线的升降加以控制，从而使经纱或纬纱浮在织物的表面上形成所要求织造的图案。如今纺织提花技术迅速发展，已由最初的机械选针方式发展到现在的电磁选针方式并且对传动系统的要求越来越高[13]。
2.1传动部分的组成
机械传动在机械工程中使用非常普遍，其实现回转运动的结构简单，机械故障容易察觉，传动比较为准确，实现定比传动较为方便。而链传动是机械传动中非常常用的一种。本链轮提花机的传动部分由链传动和连杆机构组成。如图2-1所示。
图2-1 传动部分示意图
2.1.1 链轮传动
链传动是一种具有中间挠性件（链条）的啮合传动，它同时具有刚、柔的特点，是一种应用十分广泛的机械传动形式。它通过链条的链节和链轮上的轮齿啮合传递运动和动力。本设计中的链轮传动由主动链轮、从动链轮、张紧链轮和链条组成，其布置如图2-2所示。
图2-2 链轮传动示意图
2.1.2连杆机构
连杆机构广泛应用于各种机械和仪表中，其主要优点有如下四点：第一，平面连杆机构中的运动副都是低副，组成运动副的两构件之间为面接触，因而所承受的压强小、便于润滑、摩擦较轻，能够承受比较大的载荷；第二，构件形状简单，加工比较方便，构件之间的约束是由构件本身的几何约束来保持的，所以机构工作可靠；第三，在原动件等速连续运动的条件下，当各构件的长度不相同时，可以使用从动件实现多种形式的运动，并且满足多种运动规律的要求；第四，平面连杆机构中的连杆可满足多种运动轨迹的要求[2]。
本设计中的链轮提花机的连杆机构由偏心块、摆臂、拉杆、提刀臂和滑块组成。摆臂的一端由偏心块驱动，使其做360度整周运动，另一端则驱动滑块上下移动。滑块又与提刀臂相连，故滑块可使提刀臂上下运动。拉杆则是为了限制提刀臂的运动，使其只能在一定的范围内运动。通过摆臂和拉杆使提刀臂只能以固定的运动轨迹运动，同时驱动摇杆上下运动。摇杆为安装开口装置，下面安装剃刀。
各组成部分如图2-3所示。
图2-3 连杆机构示意图
2.2设计要求
本提花机为低速提花机，其连杆机构由链轮驱动，从动链轮的转速为150r/min。提花机在运行的过程中，是通过摇杆控制开口装置上下运动从而使经纱或纬纱浮在织物表面形成要求织造的图案。摇杆在其上下运动的过程中所受到的力是不断变化的，每一个摇杆所受到的力也不相同。总共有17把摇杆，每个摇杆之间的距离是37mm。本提花机在运行过程中其最大总负载为20000N。为了保证提花机的利用率和经济效益，提花机应可以生产出多种规格的提花织物。故该提花机的连杆机构需要实现以下12种运动轨迹。12个位置的参数如表1所示。
表1 连杆运动参数
序号 角度变化值（°） 位移变化值（mm）
1 3.3 92
2 3.8 109.2
3 4.8 126.1
4 5.9 143.7
续表1
5 3.3 91.1
6 3.8 80.3
7 4.8 114.6
8 5.9 130.6
9 3.3 91
10 3.8 100
11 4.8 111.4
12 5.9 130
3 传动部分的运动学设计
对提花机传动部分的设计首先从运动学角度考虑，即对连杆机构从运动学的角度进行综合与分析，通过连杆机构使提花机的运动满足上述要求。
3.1 机构综合
机械的种类众多，结构形式和用途也各不相同，但总的来说机械有三个共同的特征：都是一种人为的实物组合；各部分形成运动单元，各单元之间具有确定的相对运动；能实现能量转换或完成有用的机械功。仅具备前两个特征的称为机构。机构是多个实物的组合，能实现预期的机械运动。组成机械的各个相对运动的实物称为构件，机械中不可拆的制造单元体称为零件。从设计的角度看，机械设计首先从机构的设计，也就是机构的综合开始。
平面四杆机构的基本形式是铰链四杆机构，其他各种形式的四杆机构可看成是在它的基础上演化而来的。根据铰链四杆机构有无曲柄，可将其分成三种形式。第一种：两连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆的四杆机构，称为曲柄摇杆机构。第二种：两连架杆均为曲柄的四杆机构称为双曲柄机构。第三种：两连架杆均为摇杆的四杆机构称为双摇杆机构[2]。
由于提花机传动部分的运动要求需要将链轮的转动转变为提刀梁的平动和摆动，仅靠一个四杆机构是很困难的。参考类似机构的设计，考虑将其设计为由一个由曲柄滑块机构和一个二级杆组组成的六杆机构。其中，曲柄滑块机构如图3-1所示。
图3-1 曲柄滑块机构
在这个连杆机构中连杆AB绕A点做360度的整周旋转，故AB为曲柄，BC为连架杆，C为滑块 ；曲柄AB绕A点转动，驱动滑块C上下运动。因此该四杆机构为曲柄滑块机构。曲柄滑块机构通过滑块与二级杆组相连，二级杆组如图3-2所示。
图3-2 二级杆组
在这个二级杆组中由滑块C驱动，使连杆DE绕点E只能在小于360度范围内摆动，同时使连杆FG上下平移并且绕C点左右摆动。
将两个连杆机构组合在一起，形成一个较为复杂的六连杆机构，AB杆为原动件，E点固定，如图3-3所示。
图3-3 六杆机构
3.2机构的运动学设计与仿真
摘要
本文基于某纺织机械厂对原有1408针提花机进行2816针改型设计工作完成了传动部分的设计。首先从运动学的角度来设计连杆机构，，根据所要求的运动参数完成了机构的初步设计后，运用UG软件的运动仿真功能代替了复杂的理论计算；然后通过传统机械设计方法设计链轮传动，并对传动部分的各主要零件完成了结构设计。设计中使用UG来实现了零件的三维建模与装配设计，并完成了工程图的输出。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:提花机传动设计UG
目录
1.绪论 1
1.1 提花机 1
1.1.1我国提花机的发展历史 1
1.1.2国内提花机的发展现状及存在问题 1
1.2 课题目的和意义 2
1.2.1 目的 2
1.2.2 意义 2
1.3提花机中链轮传动的特点 2
2.提花机传动部分的组成及设计要求 4
2.1传动部分的组成 4
2.1.1 链轮传动 4
2.1.2连杆机构 5
2.2设计要求 6
3.传动部分的运动学设计 8
3.1 机构综合 8
3.2机构的运动学设计与仿真 10
3.2.1机构的运动学设计 10
3.2.2机构的运动学仿真 12
4.传动部分的结构设计 16
4.1链轮传动的设计 16
4.1.1链轮传动的设计计算 16
4.1.2 主动轴的设计计算 18
4.1.3链轮传动部分的结构设计 19
4.2连杆机构的设计 22
4.2.1摆臂的结构设计 22
4.2.2拉杆的结构设计 23
4.2.3提刀臂与摇杆的设计 24
5.三维建模和设计输出 26
5.1建模 26
5.2 装配 29
5.3创建工程图 31
5.3.1装配图 32
5.3.2零件图 33
结语 34
参考文献 35
致谢 36
1 绪论
1.1 提花机
1.1.1我国提花机的发展历史
在我国提花的工艺方法源于原始腰机挑花，汉朝时斜织机和水平织机就已经用到了这类工艺方法。通常采用一蹑（古式提花机脚踏板）控制一综（吊起经线的装置）来织制花纹，为了织出花纹，就要增加综框的数目，两片综框只能织出平纹组织，3到4片综框能织出斜纹组织，5片以上的综框才能织出缎纹组织。因此，要织复杂的、花形循环较大的花，必须把经纱分成更多的组，多综多蹑的花机逐步形成。据《西京杂记》载：有巨鹿人陈宝光妻所织散花绫“机用一百二十蹑”，这么多的综蹑织造起来十分烦琐，到了三国时马均“旧绫机丧功费日乃思绫机之变”改六十综蹑为十二综蹑，采用束综提花的方法，即方便了操作又提高了效率。
花本式提花机出现于东汉，又称花楼。是我国古代织造技术最高成就的代表。它用线制花本贮存提花程序，再用衢线牵引经丝开口。花本是提花机上贮存纹样信息的一套程序，它由代表经线的脚子线和代表纬线的耳子线根据纹样要求编织而成。上机时，脚子线与提升经线的纤线相连，此时，拉动耳子线一侧的脚子线就可以起到提升相关经线的作用。织造时上下两人配合，一人为挽花工，坐在三尺高的花楼上挽花提综，一人踏杆引纬织造。东汉王逸《机妇赋》中，用“纤纤静女，经之络之，动摇多容，俯仰生姿”来形容织工和提花工合作操纵提花机的场面。
1.1.2国内提花机的发展现状及存在问题
“把人类的思想传送给机器，让机器按人的意志自动执行。”这是对机电一体化技术的简单概括，而织机机电一体化的最主要代表之一就是电子提花机，它实现了织造技术的电子控制、对织造工艺参数进行合理配置。它既提高了纺织工艺的效率，也大大减轻了工人的劳动强度。国产电子提花机的迅速崛起，也从另外一个角度说明了近年来我国机电一体化水平的快速进步。
几年前，国内电子提花机市场份额大部分还被英国博纳斯、瑞士史陶比尔等提花机巨头所垄断，如今这个格局正在发生着微妙的变化，国产提花机不仅开始在国内市场上占据了一些主动，而且在海外市场也开始得到了前所未有的发展机遇。
国产电子提花机具有结构简单、运行稳定、设备故障率低等优势，即便是出现故障了维修、更换也较为方便，最主要的是国产设备价格只有进口设备价格的百分之三十左右，性价比较高，设备成本回收周期短，完全符合国内客户的使用要求。总的来说，国内的电子提花机的性能不输给进口设备，但价格优势是明显的，这是国产设备被客户认可的根本原因[18]。
但当前，我国纺织工业机械存在以下几个不足：一是产品技术含量较低；二是机电一体化程度不是很高，与国外先进水平有一定的差距；三是产品的可靠性与国外同类产品仍有一定的差距。
1.2 课题目的和意义
1.2.1 目的
我国是纺织大国，纺织经济在我国民经济中占据重要地位，而提花机是一种典型的纺织机械。原本的1408针提花机在制织复杂大提花布时仍觉得针数不够，故需将原有的1408针改进为2816针。本课题是基于链轮机构的某型提花机的传动系统设计，通过运动学的方法来设计传动系统以实现要求的运动规律，并对传动系统中的各零件进行结构设计。
1.2.2 意义
近年来，我国提花织机制造技术的快速发展，国内中高档提花织物生产企业也越来越多，从而也带动了对电子提花机的需求。本次对原有机型的改型设计是为了适应市场需求，具有实际的工程价值。同时，提花机中的传动系统是一种典型的机械传动机构，能巧妙的实现复杂的运动，是机械专业毕业设计很好的研究对象。通过对传动系统的设计不仅可以接触工厂在设计过程中的实际问题，也能提高我们运用所学知识解决实际工程问题的设计与分析能力。
1.3提花机中链轮传动的特点
链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。链传动有许多优点，与带传动相比，没有弹性滑动和打滑现象，工作可靠，平均传动比准确，效率高；所传递的功率较大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、污染等恶劣的环境下工作。与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求较低；中心距较大时其传动结构简单。因此链传动广泛用于交通运输、农业、轻工、矿山、石油化工和机床工业等。
但是链传动一般只能用作平行轴间传动，且其瞬时传动比不确定，传动时会产生较大的噪声。由于链节是刚性的，因而存在多边形效应（即运动不均匀性），这种运动特性使链传动的瞬时传动比变化并引起附加动载荷和振动，在选用链传动时须加以考虑。
2 提花机传动部分的组成及设计要求
提花织物是利用各类不同颜色的经纱和纬纱的交织形成具有一定图案的织物，提花机即是用来实现织物经纱提升控制的装置，它能在织物的织造过程当中对经线的升降加以控制，从而使经纱或纬纱浮在织物的表面上形成所要求织造的图案。如今纺织提花技术迅速发展，已由最初的机械选针方式发展到现在的电磁选针方式并且对传动系统的要求越来越高[13]。
2.1传动部分的组成
机械传动在机械工程中使用非常普遍，其实现回转运动的结构简单，机械故障容易察觉，传动比较为准确，实现定比传动较为方便。而链传动是机械传动中非常常用的一种。本链轮提花机的传动部分由链传动和连杆机构组成。如图2-1所示。
图2-1 传动部分示意图
2.1.1 链轮传动
链传动是一种具有中间挠性件（链条）的啮合传动，它同时具有刚、柔的特点，是一种应用十分广泛的机械传动形式。它通过链条的链节和链轮上的轮齿啮合传递运动和动力。本设计中的链轮传动由主动链轮、从动链轮、张紧链轮和链条组成，其布置如图2-2所示。
图2-2 链轮传动示意图
2.1.2连杆机构
连杆机构广泛应用于各种机械和仪表中，其主要优点有如下四点：第一，平面连杆机构中的运动副都是低副，组成运动副的两构件之间为面接触，因而所承受的压强小、便于润滑、摩擦较轻，能够承受比较大的载荷；第二，构件形状简单，加工比较方便，构件之间的约束是由构件本身的几何约束来保持的，所以机构工作可靠；第三，在原动件等速连续运动的条件下，当各构件的长度不相同时，可以使用从动件实现多种形式的运动，并且满足多种运动规律的要求；第四，平面连杆机构中的连杆可满足多种运动轨迹的要求[2]。
本设计中的链轮提花机的连杆机构由偏心块、摆臂、拉杆、提刀臂和滑块组成。摆臂的一端由偏心块驱动，使其做360度整周运动，另一端则驱动滑块上下移动。滑块又与提刀臂相连，故滑块可使提刀臂上下运动。拉杆则是为了限制提刀臂的运动，使其只能在一定的范围内运动。通过摆臂和拉杆使提刀臂只能以固定的运动轨迹运动，同时驱动摇杆上下运动。摇杆为安装开口装置，下面安装剃刀。
各组成部分如图2-3所示。
图2-3 连杆机构示意图
2.2设计要求
本提花机为低速提花机，其连杆机构由链轮驱动，从动链轮的转速为150r/min。提花机在运行的过程中，是通过摇杆控制开口装置上下运动从而使经纱或纬纱浮在织物表面形成要求织造的图案。摇杆在其上下运动的过程中所受到的力是不断变化的，每一个摇杆所受到的力也不相同。总共有17把摇杆，每个摇杆之间的距离是37mm。本提花机在运行过程中其最大总负载为20000N。为了保证提花机的利用率和经济效益，提花机应可以生产出多种规格的提花织物。故该提花机的连杆机构需要实现以下12种运动轨迹。12个位置的参数如表1所示。
表1 连杆运动参数
序号 角度变化值（°） 位移变化值（mm）
1 3.3 92
2 3.8 109.2
3 4.8 126.1
4 5.9 143.7
续表1
5 3.3 91.1
6 3.8 80.3
7 4.8 114.6
8 5.9 130.6
9 3.3 91
10 3.8 100
11 4.8 111.4
12 5.9 130
3 传动部分的运动学设计
对提花机传动部分的设计首先从运动学角度考虑，即对连杆机构从运动学的角度进行综合与分析，通过连杆机构使提花机的运动满足上述要求。
3.1 机构综合
机械的种类众多，结构形式和用途也各不相同，但总的来说机械有三个共同的特征：都是一种人为的实物组合；各部分形成运动单元，各单元之间具有确定的相对运动；能实现能量转换或完成有用的机械功。仅具备前两个特征的称为机构。机构是多个实物的组合，能实现预期的机械运动。组成机械的各个相对运动的实物称为构件，机械中不可拆的制造单元体称为零件。从设计的角度看，机械设计首先从机构的设计，也就是机构的综合开始。
平面四杆机构的基本形式是铰链四杆机构，其他各种形式的四杆机构可看成是在它的基础上演化而来的。根据铰链四杆机构有无曲柄，可将其分成三种形式。第一种：两连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆的四杆机构，称为曲柄摇杆机构。第二种：两连架杆均为曲柄的四杆机构称为双曲柄机构。第三种：两连架杆均为摇杆的四杆机构称为双摇杆机构[2]。
由于提花机传动部分的运动要求需要将链轮的转动转变为提刀梁的平动和摆动，仅靠一个四杆机构是很困难的。参考类似机构的设计，考虑将其设计为由一个由曲柄滑块机构和一个二级杆组组成的六杆机构。其中，曲柄滑块机构如图3-1所示。
图3-1 曲柄滑块机构
在这个连杆机构中连杆AB绕A点做360度的整周旋转，故AB为曲柄，BC为连架杆，C为滑块 ；曲柄AB绕A点转动，驱动滑块C上下运动。因此该四杆机构为曲柄滑块机构。曲柄滑块机构通过滑块与二级杆组相连，二级杆组如图3-2所示。
图3-2 二级杆组
在这个二级杆组中由滑块C驱动，使连杆DE绕点E只能在小于360度范围内摆动，同时使连杆FG上下平移并且绕C点左右摆动。
将两个连杆机构组合在一起，形成一个较为复杂的六连杆机构，AB杆为原动件，E点固定，如图3-3所示。
图3-3 六杆机构
3.2机构的运动学设计与仿真
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