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自由节曲线非圆齿轮引纬机构运动学反求设计与试验

作　者: 胡宇龙
导　师: 陈建能
学　校: 浙江理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 非圆齿轮反求设计 B样条引纬机构试验台高速摄像
分类号: TH132.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

我国是一个纺织大国,纺织品的出口量居世界第一,但纺织机械却不占优势,是一个进口大国。我国有不少织机生产厂家,但其产品大多是中低档水平,没有形成国际名牌。出现这种状况的原因是,国内织机厂家自主创新能力差。对于剑杆织机,国内厂家对核心机构的研究(如打纬和引纬机构)还停留在测绘和仿制阶段,这不仅会带来侵权问题,而且也仿制不了理想的性能和可靠性。因此研发具有自主知识产权的新型引纬机构对于提升国产剑杆织机技术水平具有一定的现实意义。本论文的研究得到了国家自然科学基金科研课题“基于自由曲线非圆齿轮的引纬、打纬机构分析与设计方法研究(50875243)”的项目资助,以课题组提出的非圆齿轮—曲柄摇杆—轮系引纬机构为研究对象,依据机构学的原理,从理论和应用两个方面,对该引纬机构的计算、分析、模拟、设计和试验的全过程进行了研究和探索。本文主要的研究内容和结果如下:1)依据剑杆织机引纬工艺的条件,建立了该引纬机构逆运动学的数学模型,求解出离散型的节曲线,并以此为基础编制了通用的辅助分析程序。2)通过非圆齿轮节曲线上的离散数据点构造了非均匀三次B样条曲线。在此基础上,引入一种基于迭代最近点的B样条曲线拟合的算法,对原数据点进行了曲线拟合,并通过实例分析了节曲线的光顺性。3)以非圆齿轮齿廓的数学模型为基础,自主开发了非圆齿轮齿廓设计软件,获得了软件登记权(2009R11S048905),为非圆齿轮的高精度制造提供了数据。4)建立了非圆齿轮—曲柄摇杆—轮系引纬机构的三维模型,完成了虚拟装配和虚拟样机的开发。并基于ADAMS软件对该机构进行运动学仿真和分析,动态仿真得到的运动轨迹和理论计算得出的结果高度吻合。相互印证了该引纬机构运动学数学模型和虚拟样机分析的正确性。5)研制了非圆齿轮—曲柄摇杆—轮系引纬机构的试验台,并基于该试验台和高速摄像及其视频分析验证了所建立的运动学模型是可靠的。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-17
  1.1 研究背景及意义  11-12
  1.2 研究现状与发展趋势  12-16
    1.2.1 非圆齿轮的研究、应用及存在问题  12-13
    1.2.2 剑杆织机引纬机构的研究、应用和存在问题分析  13-15
    1.2.3 反求工程技术的研究及应用  15-16
  1.3 论文的主要研究内容  16-17
第二章非圆齿轮—曲柄摇杆—轮系引纬机构的反求设计  17-34
  2.1 非圆齿轮—曲柄摇杆—轮系引纬机构的简介  17-18
  2.2 引纬机构剑头的运动学分析  18-25
    2.2.1 剑杆引纬工艺的要求  18
    2.2.2 剑杆的动程设计  18-19
    2.2.3 引纬剑头理想运动学曲线的构造  19-25
  2.3 非圆齿轮—曲柄摇杆—轮系引纬机构逆运动学模型的建立  25-27
    2.3.1 摇杆CD 的角位移、角速度和角加速度数学模型建立  25
    2.3.2 曲柄AB 角位移、角速度和角加速度数学模型的建立  25-27
  2.4 非圆齿轮节曲线的设计  27-33
    2.4.1 按传动比函数计算节曲线  27-29
    2.4.2 非圆齿轮节曲线的保凸性条件  29
    2.4.3 非圆齿轮节曲线的封闭性条件  29-30
    2.4.4 非圆齿轮节曲线的数值求解  30-31
    2.4.5 实例分析  31-33
  2.5 本章小结  33-34
第三章非圆齿轮节曲线的拟合及其光顺性分析  34-42
  3.1 NURBS 曲线基本理论  34-36
    3.1.1 B 样条基函数  34-35
    3.1.2 NURBS 曲线  35-36
  3.2 非圆齿轮节曲线的拟合  36-39
    3.2.1 节曲线三次非均匀B 样条函数的构造  36-37
    3.2.2 节曲线的拟合  37-39
  3.3 实例分析  39-41
  3.4 本章小结  41-42
第四章非圆齿轮齿廓设计软件的开发及应用  42-55
  4.1 非圆齿轮的齿廓设计  42-47
    4.1.1 非圆齿轮共轭齿廓形成的原理  42
    4.1.2 非圆齿轮齿廓曲线数学模型的建立  42-46
    4.1.3 非圆齿轮的压力角和根切校验  46-47
  4.2 非圆齿轮齿廓设计软件的开发  47-53
    4.2.1 齿廓生成的算法  47-48
    4.2.2 软件的概述  48-50
    4.2.3 应用实例  50-53
  4.3 非圆齿轮的加工  53-54
  4.4 本章小结  54-55
第五章非圆齿轮—曲柄摇杆—轮系引纬机构结构设计及虚拟样机仿真  55-69
  5.1 非圆齿轮—曲柄摇杆—轮系引纬机构的传动方案  55-57
    5.1.1 共轭凸轮箱的结构约束  55-56
    5.1.2 箱体内部机构传动方案  56-57
  5.2 新机构的参数选择和结构设计  57-61
    5.2.1 新机构参数的选择  57-60
    5.2.2 箱体的结构设计  60-61
  5.3 引纬机构虚拟样机仿真的实现  61-68
    5.3.1 虚拟样机的简介  61-62
    5.3.2 引纬机构的三维建模与整机装配  62-64
    5.3.3 引纬机构ADAMS 仿真分析  64-68
  5.4 本章小结  68-69
第六章非圆齿轮—曲柄摇杆—轮系引纬机构试验台的研制及实验验证  69-74
  6.1 试验台的研制  69
  6.2 运动学参数的高速摄像验证  69-70
    6.2.1 实验设备与实验方法  69-70
    6.2.2 测定参数的确定  70
  6.3 送剑轮运动学参数测定与测定结果分析  70-73
  6.4 本章小结  73-74
第七章总结与展望  74-76
  7.1 结论  74
  7.2 进一步研究的展望  74-76
参考文献  76-79
致谢  79-80
攻读学位期间的研究成果  80

自由节曲线非圆齿轮引纬机构运动学反求设计与试验

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