链轮传动式提花机主体部分的设计_带图纸
链轮传动式提花机主体部分的设计[20191210110431]
摘要
首先，对原GT512提花机结构进行仿真，对主体部分结构了解熟悉；然后,针对针数提高到2816的要求，对提花机主体结构进行改造设计，达到工作要求，利用UG有限元分析，对主体部分进行刚度校核；最后，根据主体部分零件的机构，选取相应的紧固件，并进行装配。在零件设计过程中，用三维设计对结构不断改进，使设计的产品更经济、更符合设计要求。
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关键字:提花机主体结构三维设计有限元分析
目录
1.引言1
1.1提花机简述1
1.1.1国外提花机的发展现状1
1.1.2国内提花机的发展现状1
1.1.3国内提花机的发展趋势2
1.2课题来源，研究的目的和意义2
1.2.1GT512型提花机2
1.2.2课题研究的目的和意义2
2.提花机主体部分三维数字化设计3
2.1提花机主体部分包括的主要构件及设计方法3
2.2现2816针提花机主体部分的主要设计思想5
2.3提花机主体部分的三维数字设计方法6
2.4提花机主体部分的零件设计建模6
2.5提花机的主体部分装配建模12
2.6提花机主体部分工程图17
3.提花机主体部分的受力分析与强度校核17
3.1三维软件UG有限元分析的大体步骤17
3.2提花机主体部分横梁的受力分析17
3.3梁的设计强度较和计算18
3.4横梁的有限元建模及强度校核20
3.5提刀的有限元建模及强度校核24
3.6提花机主体部分的受力分析与强度校核，小结分析25
结语25
参考文献27
致谢28
1.引言
1.1提花机简述
新型提花机主要有电子与机械之分，机械提花机是指提花机的选针机构是机械机构来控制的，相比机械提花机，电子提花机选针机构是有电脑控制的，所能织造的花纹要种类要多于机械提花机。目前国际市场上生产电子提花机的主要3家公司——瑞士Staubli、英国Bonas和德国Gross公司。电子提花机的型号也很多，它们共同的特征是转速高，运转平稳，操作全由电脑控制，它使产品有了质量保证，其最大优势是改换品种快捷方便，纹样经纹织CAD编辑后，立等就能织出纹织物。特别适合小批量、多品种、要求快速交货的现代纺织品市场。
1.1.1国外提花机的发展现状
Staubli公司较先进的高速电子提花机是CX860型，适用于片梭织机及剑杆织机，属复动式提花机，采用固定式电磁铁控制棘爪进行选挂竖钩。弹簧复位，提刀的运动由共轭凸轮控制，通过对共轭凸轮与提刀箱之问连杆的调节，可得到平行开口或V形梭口开口。英国Bonas公司于1983年首创世界第一台商标织机用电子提花机，随即在1987年又推出阔幅电子提花机，其独特的积极选针原理，自1983年以来就一直以每分钟超过1000梭的速度运行。其中心是电磁阀电子板，每个电磁阀(或电磁件)操纵两个灵活的富有弹性的钢质扁竖钩，而竖钩则通过滑轮和绳子控制经纱，经纱的提升靠提刀来完成，形成V形棱口。
德国Gross公司是继Bonas、Staubli之后的第三家电子提花机生产企业,它的主要产品为EJP系列提花机,其最大技术特点为提刀经向运行,不管提花机的竖钩数目多少,每一把提刀的运转都与64个竖钩配合，因此，每把提刀的长度相同,所以不管机器的载荷高低,受到的应力都是相同的。机器体积不同,差别只是提刀的数量,而不是提刀的长度。
1.1.2国内提花机的发展现状
随着提花纺织品的再度流行，电子提花机在我国迅速普及，电子提花机的装造也日益国产化。目前，我国纺织机械工业有几点不足：一是产品技术含量较低；二是机电一体化程度不高，特别是新型纺织机械开发才刚刚起步；三是产品的内在可靠性与国外同类产品相比仍然有一定差距。
1.1.3国内提花机的发展趋势
随着环境装饰、居室美化以及衣着用料逐步由素织物向提花织物过渡,因而提花织物的比重必然要提高。国内提花机应着重从以下几个方面发展：
（1）由于电子、机械工业飞跃发展，可以逐步推广电子提花、织造编程系统，以便成倍提高工作效率。
（2）为提高产品自动化水平和适应新型织机高速运转的性能要求，国内提花机应朝先进化、电子化、高速化方向发展。目前国内只有适应300r／rain以下的机械提花机，且采用术质纹纸设计、打孔，翻改一种复杂花纹织物需近一个月时间,无论从质量还是效率都无上海纺织科技一织鞠生产一17法适应市场的需要。高速电子提花应适应250—850r／rain的各种剑杆、片梭、喷永、喷气等织机，可提高生产效率2—3倍；应采用独立花纹设计系统，集中控制车间现场电子提花机花纹组织的改变，且从历年国际纺织机械展览会看，装有高速电子提花机的样机几乎占所有织机的60％，而我国在这领域尚属空白。据预测，国内纺织用户对该机的需求会以每年30％的速度增长。目前国内生产剑杆、喷气、喷永织机已形成批量生产能力1.7万台／年。以最保守预测配备高速电子提花机3％计，应有500台／年的市场需求量。
（3）为便于新产品的开发与竞争，应逐步使国内生产企业由小型化向集团化、综合化方向发展，使产品由单一化向多元化方向发展，逐步建立专业生产基地。
1.2课题研究的目的和意义
提花机是一种典型的纺织机械，在目前的纺织市场中占据很重要的地位。随着对宽幅面料进行提花织造要求的提出，原有1408针提花机就不能满足市场的要求。根据针数提高，性能改善的改型设计的需求，我们将针数提高到2816针，并从动力学分析的角度去改善机器运行的动态性能。本课题主要任务是根据提花机针数提高到2816针后，对提花机主体部分进行重新设计。使产品不仅满足功能要求，更要满足强度、刚度等工程要求。
产品的改型设计是为了适应市场的需求。提花机作为一种典型的纺织机械，由于运动的实现比较复杂，所以既存在机构运动动力学问题，又存在机构结构设计的问题，是机械专业毕业设计很好的研究对象。完成本课题可以提高我们将所学的工程设计、制造等知识应用于解决实际机械产品设计的工程设计与分析的能力。
2.提花机主体部分三维数字化设计
2.1提花机主体部分包括的主要构件：横梁、升降体、工作框体和海底板。
（1）横梁：支撑整个提花机工作部分的作用，位于升降架和传动部分之间，如下图：
图一 横梁
（2）升降体：升降体主要用来升高和降低提花机的工作台高度，此升降体的可控制范围在0mm—84mm，共有四对。如下图：
图二 升降体
（3）工作控制框体：作用是用来控制提刀的工作运动轨迹，纺织撞刀现象发生。如下图：
图三 工作控制框体
（4）海底板：穿线孔，海底板上的孔数就是提花机工作的针数。本设计采用两块1408孔的海底板。如下图：
图四 海底板（其中一块）
2.2现2816针提花机主体部分的主要设计思想
原有提花机是1408针，而现在要根据原有提花机的模型机构，把提花机针数提高到2816针。根据这一要求，对提花机的主体结构进行改造设计。这是本文的主要设计内容。下面提出设计方案：
方案一：
提花机工作的针数，主要是提刀的长度和海底板孔数决定，原有海底板长650mm，宽540mm。直接将海底板重新设计加长一倍，提刀、横梁和框体，根据海底板进行相应的尺寸设计。
方案二：
提花机工作的针数，主要是提刀的长度和海底板孔数决定，原有海底板长650mm，宽540mm。海底板原有尺寸不变，增加海底板个数，原提花机海底板使用一块海底板，现2816针提花机使用两块海底板，框体由一个框体变为两个，提刀和衡量根据框体的装配结构尺寸，进行相应的尺寸设计。
分析两个方案来看。第一个方案装配起来方便，但加大了生产加工的难度，而且在工作中，海底板由于过长，变形会更大，所以不适宜采用此方法。第二个方案，虽然装配难度增大，但有原设计模型，设计加工起来容易些，而且具有更强的塑形变形能力，不易变形，更适合工业加工生产。所以选择第二个方案。
2.3提花机主体部分的三维数字设计方法
目前流行的三维设计软件有UG、Pro/Engineer、Solidworks等。UG是集CAD/CAE/CAM一体的三维参数化软件，是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件，广泛应用于航空、航天、汽车、通用机械和电子等工业领域。所以本课题主题设计，我选用的三维设计软件是UG。
机构设计和造型设计是合为一体的，所以必须在零件模式下绘出零件的立体模型，UG是非常有效的三维设计软件，利用软件进行实体建模非常方便。根据零件的形状和尺寸，在UG软件的零件模块中利用拉伸、旋转、扫描等特征创建方式建立各个零件的模型。在建模过程中，一定要充分利用各零部件之间的位置关系和链接关系，选择合适的草绘平面、参考平面及特征的生成方式，即通过合理地设定个零件之间的关系，以尽量减少零件上的定位尺寸，提高设计效率。
此提花机的三维数字化建模是建立在已给二维图和机器模型的基础上，根据各零件的尺寸，利用UG软件，将提花机主体部分的各零件绘制成三维模型，然后根据装配要求，将分散的零件装配成完整的提花机主体部分，装配要用到平行、重合、同轴等装配约束，按照装配要求，完成装配工作。
提花机组题部分的装配设计较为繁琐，包括升降架的装配、工作框体的装配、横梁的装配等，因零件较多，为方便装配，采用先局部后整体的装配方法，先把整个工作框体装配起来，再根据工作框体安装相应的升降架和横梁。最终完成提花机整个主体部分的装配。
2.4提花机主体部分的零件设计和建模
根据以下几个典型的提花机主体部分零件来介绍零件建模设计的基本过程，我们下面的设计过程，采用的设计的先后顺序来依次介绍说明。
主体部分的设计顺序为，先“工作框体”——再“横梁”——再“升降架”——最后“提刀”和“紧固件”。
工作框体：此部分设计，参考原1408针提花机的工作框体，此部分由几部分构件组合装配而成。工作框体正立方体，长700mm（设计的长度是根据提花机传动部分四杆机构之间的距离来确定），宽560mm（宽度是根据提花机的提刀工作长度来确定），高570mm（高度根据提花机工作时，提刀的最高工作高度和最低工作高度确定）。此部分构件设计思想参照原1408针提花机工作框体部分。如下图：
图五 工作框体
横梁：横梁的作用是支撑整个提花机工作部分，以及固定工作框体的作用。为了满足他的性能要求和结构要求，我们采用长方体支架，为了进一步节约成本，我们可将长方体内部掏空，设计成横截面为“工”字一半的梁形状。设计建模过程如下：
A.
图七 长方形草图一：长300mm，宽85mm
B.横梁厚度分析计算。横梁弯面截面系数为： ，梁上的最大弯矩变为 =10kNX17.6m/8=4.4
横梁截面上的应力为： < =300MPa。求得b 1mm,所以衡量的厚度最低要1mm。因为这是在不考虑机器运转时共振等其他一系列的影响下，求出的理想结果。所以参考原机器的原始数据，设定衡量宽度b=6mm。
图八 草图二，画偏置曲线，向内偏置6mm（根据刚度设计计算确定）
C.
图九 草图三
D.完成草图，开始拉伸草图。拉伸的长度，即为横梁的长度。横梁的长度为1760mm。（根据工作框体的宽度来决定的，工作框体宽度为560mm×2=1120mm，适当增加横梁的长度，设计为1760mm）。并进行边倒角（18mm）。如下图：
图十 草图拉伸并边到角
E.打孔。打孔的尺寸和标准均以安装时与其他构件的配合为设计位置，在此不做详细说明。
升降架：A.升降架地脚。此零件为升降架地脚，建模过程中，主要采用构建草图，然后拉伸的主要建模方法，进行建模。地脚的长176mm，宽176mm，
高170mm。其中地脚上有两个长条形状的孔，是为了配合装配设计的。原GT512设计的长方形孔是在两边，但考虑到配合的紧密性，所以此设计的长条形状的孔设计在一侧，方便安装且固定性更好。
图十一 主体部分升降架地脚建模过程
摘要
首先，对原GT512提花机结构进行仿真，对主体部分结构了解熟悉；然后,针对针数提高到2816的要求，对提花机主体结构进行改造设计，达到工作要求，利用UG有限元分析，对主体部分进行刚度校核；最后，根据主体部分零件的机构，选取相应的紧固件，并进行装配。在零件设计过程中，用三维设计对结构不断改进，使设计的产品更经济、更符合设计要求。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:提花机主体结构三维设计有限元分析
目录
1.引言1
1.1提花机简述1
1.1.1国外提花机的发展现状1
1.1.2国内提花机的发展现状1
1.1.3国内提花机的发展趋势2
1.2课题来源，研究的目的和意义2
1.2.1GT512型提花机2
1.2.2课题研究的目的和意义2
2.提花机主体部分三维数字化设计3
2.1提花机主体部分包括的主要构件及设计方法3
2.2现2816针提花机主体部分的主要设计思想5
2.3提花机主体部分的三维数字设计方法6
2.4提花机主体部分的零件设计建模6
2.5提花机的主体部分装配建模12
2.6提花机主体部分工程图17
3.提花机主体部分的受力分析与强度校核17
3.1三维软件UG有限元分析的大体步骤17
3.2提花机主体部分横梁的受力分析17
3.3梁的设计强度较和计算18
3.4横梁的有限元建模及强度校核20
3.5提刀的有限元建模及强度校核24
3.6提花机主体部分的受力分析与强度校核，小结分析25
结语25
参考文献27
致谢28
1.引言
1.1提花机简述
新型提花机主要有电子与机械之分，机械提花机是指提花机的选针机构是机械机构来控制的，相比机械提花机，电子提花机选针机构是有电脑控制的，所能织造的花纹要种类要多于机械提花机。目前国际市场上生产电子提花机的主要3家公司——瑞士Staubli、英国Bonas和德国Gross公司。电子提花机的型号也很多，它们共同的特征是转速高，运转平稳，操作全由电脑控制，它使产品有了质量保证，其最大优势是改换品种快捷方便，纹样经纹织CAD编辑后，立等就能织出纹织物。特别适合小批量、多品种、要求快速交货的现代纺织品市场。
1.1.1国外提花机的发展现状
Staubli公司较先进的高速电子提花机是CX860型，适用于片梭织机及剑杆织机，属复动式提花机，采用固定式电磁铁控制棘爪进行选挂竖钩。弹簧复位，提刀的运动由共轭凸轮控制，通过对共轭凸轮与提刀箱之问连杆的调节，可得到平行开口或V形梭口开口。英国Bonas公司于1983年首创世界第一台商标织机用电子提花机，随即在1987年又推出阔幅电子提花机，其独特的积极选针原理，自1983年以来就一直以每分钟超过1000梭的速度运行。其中心是电磁阀电子板，每个电磁阀(或电磁件)操纵两个灵活的富有弹性的钢质扁竖钩，而竖钩则通过滑轮和绳子控制经纱，经纱的提升靠提刀来完成，形成V形棱口。
德国Gross公司是继Bonas、Staubli之后的第三家电子提花机生产企业,它的主要产品为EJP系列提花机,其最大技术特点为提刀经向运行,不管提花机的竖钩数目多少,每一把提刀的运转都与64个竖钩配合，因此，每把提刀的长度相同,所以不管机器的载荷高低,受到的应力都是相同的。机器体积不同,差别只是提刀的数量,而不是提刀的长度。
1.1.2国内提花机的发展现状
随着提花纺织品的再度流行，电子提花机在我国迅速普及，电子提花机的装造也日益国产化。目前，我国纺织机械工业有几点不足：一是产品技术含量较低；二是机电一体化程度不高，特别是新型纺织机械开发才刚刚起步；三是产品的内在可靠性与国外同类产品相比仍然有一定差距。
1.1.3国内提花机的发展趋势
随着环境装饰、居室美化以及衣着用料逐步由素织物向提花织物过渡,因而提花织物的比重必然要提高。国内提花机应着重从以下几个方面发展：
（1）由于电子、机械工业飞跃发展，可以逐步推广电子提花、织造编程系统，以便成倍提高工作效率。
（2）为提高产品自动化水平和适应新型织机高速运转的性能要求，国内提花机应朝先进化、电子化、高速化方向发展。目前国内只有适应300r／rain以下的机械提花机，且采用术质纹纸设计、打孔，翻改一种复杂花纹织物需近一个月时间,无论从质量还是效率都无上海纺织科技一织鞠生产一17法适应市场的需要。高速电子提花应适应250—850r／rain的各种剑杆、片梭、喷永、喷气等织机，可提高生产效率2—3倍；应采用独立花纹设计系统，集中控制车间现场电子提花机花纹组织的改变，且从历年国际纺织机械展览会看，装有高速电子提花机的样机几乎占所有织机的60％，而我国在这领域尚属空白。据预测，国内纺织用户对该机的需求会以每年30％的速度增长。目前国内生产剑杆、喷气、喷永织机已形成批量生产能力1.7万台／年。以最保守预测配备高速电子提花机3％计，应有500台／年的市场需求量。
（3）为便于新产品的开发与竞争，应逐步使国内生产企业由小型化向集团化、综合化方向发展，使产品由单一化向多元化方向发展，逐步建立专业生产基地。
1.2课题研究的目的和意义
提花机是一种典型的纺织机械，在目前的纺织市场中占据很重要的地位。随着对宽幅面料进行提花织造要求的提出，原有1408针提花机就不能满足市场的要求。根据针数提高，性能改善的改型设计的需求，我们将针数提高到2816针，并从动力学分析的角度去改善机器运行的动态性能。本课题主要任务是根据提花机针数提高到2816针后，对提花机主体部分进行重新设计。使产品不仅满足功能要求，更要满足强度、刚度等工程要求。
产品的改型设计是为了适应市场的需求。提花机作为一种典型的纺织机械，由于运动的实现比较复杂，所以既存在机构运动动力学问题，又存在机构结构设计的问题，是机械专业毕业设计很好的研究对象。完成本课题可以提高我们将所学的工程设计、制造等知识应用于解决实际机械产品设计的工程设计与分析的能力。
2.提花机主体部分三维数字化设计
2.1提花机主体部分包括的主要构件：横梁、升降体、工作框体和海底板。
（1）横梁：支撑整个提花机工作部分的作用，位于升降架和传动部分之间，如下图：
图一 横梁
（2）升降体：升降体主要用来升高和降低提花机的工作台高度，此升降体的可控制范围在0mm—84mm，共有四对。如下图：
图二 升降体
（3）工作控制框体：作用是用来控制提刀的工作运动轨迹，纺织撞刀现象发生。如下图：
图三 工作控制框体
（4）海底板：穿线孔，海底板上的孔数就是提花机工作的针数。本设计采用两块1408孔的海底板。如下图：
图四 海底板（其中一块）
2.2现2816针提花机主体部分的主要设计思想
原有提花机是1408针，而现在要根据原有提花机的模型机构，把提花机针数提高到2816针。根据这一要求，对提花机的主体结构进行改造设计。这是本文的主要设计内容。下面提出设计方案：
方案一：
提花机工作的针数，主要是提刀的长度和海底板孔数决定，原有海底板长650mm，宽540mm。直接将海底板重新设计加长一倍，提刀、横梁和框体，根据海底板进行相应的尺寸设计。
方案二：
提花机工作的针数，主要是提刀的长度和海底板孔数决定，原有海底板长650mm，宽540mm。海底板原有尺寸不变，增加海底板个数，原提花机海底板使用一块海底板，现2816针提花机使用两块海底板，框体由一个框体变为两个，提刀和衡量根据框体的装配结构尺寸，进行相应的尺寸设计。
分析两个方案来看。第一个方案装配起来方便，但加大了生产加工的难度，而且在工作中，海底板由于过长，变形会更大，所以不适宜采用此方法。第二个方案，虽然装配难度增大，但有原设计模型，设计加工起来容易些，而且具有更强的塑形变形能力，不易变形，更适合工业加工生产。所以选择第二个方案。
2.3提花机主体部分的三维数字设计方法
目前流行的三维设计软件有UG、Pro/Engineer、Solidworks等。UG是集CAD/CAE/CAM一体的三维参数化软件，是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件，广泛应用于航空、航天、汽车、通用机械和电子等工业领域。所以本课题主题设计，我选用的三维设计软件是UG。
机构设计和造型设计是合为一体的，所以必须在零件模式下绘出零件的立体模型，UG是非常有效的三维设计软件，利用软件进行实体建模非常方便。根据零件的形状和尺寸，在UG软件的零件模块中利用拉伸、旋转、扫描等特征创建方式建立各个零件的模型。在建模过程中，一定要充分利用各零部件之间的位置关系和链接关系，选择合适的草绘平面、参考平面及特征的生成方式，即通过合理地设定个零件之间的关系，以尽量减少零件上的定位尺寸，提高设计效率。
此提花机的三维数字化建模是建立在已给二维图和机器模型的基础上，根据各零件的尺寸，利用UG软件，将提花机主体部分的各零件绘制成三维模型，然后根据装配要求，将分散的零件装配成完整的提花机主体部分，装配要用到平行、重合、同轴等装配约束，按照装配要求，完成装配工作。
提花机组题部分的装配设计较为繁琐，包括升降架的装配、工作框体的装配、横梁的装配等，因零件较多，为方便装配，采用先局部后整体的装配方法，先把整个工作框体装配起来，再根据工作框体安装相应的升降架和横梁。最终完成提花机整个主体部分的装配。
2.4提花机主体部分的零件设计和建模
根据以下几个典型的提花机主体部分零件来介绍零件建模设计的基本过程，我们下面的设计过程，采用的设计的先后顺序来依次介绍说明。
主体部分的设计顺序为，先“工作框体”——再“横梁”——再“升降架”——最后“提刀”和“紧固件”。
工作框体：此部分设计，参考原1408针提花机的工作框体，此部分由几部分构件组合装配而成。工作框体正立方体，长700mm（设计的长度是根据提花机传动部分四杆机构之间的距离来确定），宽560mm（宽度是根据提花机的提刀工作长度来确定），高570mm（高度根据提花机工作时，提刀的最高工作高度和最低工作高度确定）。此部分构件设计思想参照原1408针提花机工作框体部分。如下图：
图五 工作框体
横梁：横梁的作用是支撑整个提花机工作部分，以及固定工作框体的作用。为了满足他的性能要求和结构要求，我们采用长方体支架，为了进一步节约成本，我们可将长方体内部掏空，设计成横截面为“工”字一半的梁形状。设计建模过程如下：
A.
图七 长方形草图一：长300mm，宽85mm
B.横梁厚度分析计算。横梁弯面截面系数为： ，梁上的最大弯矩变为 =10kNX17.6m/8=4.4
横梁截面上的应力为： < =300MPa。求得b 1mm,所以衡量的厚度最低要1mm。因为这是在不考虑机器运转时共振等其他一系列的影响下，求出的理想结果。所以参考原机器的原始数据，设定衡量宽度b=6mm。
图八 草图二，画偏置曲线，向内偏置6mm（根据刚度设计计算确定）
C.
图九 草图三
D.完成草图，开始拉伸草图。拉伸的长度，即为横梁的长度。横梁的长度为1760mm。（根据工作框体的宽度来决定的，工作框体宽度为560mm×2=1120mm，适当增加横梁的长度，设计为1760mm）。并进行边倒角（18mm）。如下图：
图十 草图拉伸并边到角
E.打孔。打孔的尺寸和标准均以安装时与其他构件的配合为设计位置，在此不做详细说明。
升降架：A.升降架地脚。此零件为升降架地脚，建模过程中，主要采用构建草图，然后拉伸的主要建模方法，进行建模。地脚的长176mm，宽176mm，
高170mm。其中地脚上有两个长条形状的孔，是为了配合装配设计的。原GT512设计的长方形孔是在两边，但考虑到配合的紧密性，所以此设计的长条形状的孔设计在一侧，方便安装且固定性更好。
图十一 主体部分升降架地脚建模过程
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