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专利号: 2022107974199
申请人: 天津工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 织造
更新日期:2023-09-13
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种间隔织物用钢筘运动路径规划及其驱动控制方法,其特征在于:包括以下步骤:基于共轭凸轮串联铰接四杆机构的平行打纬机构,从间隔织物打纬运动过程中钢筘运动路径及钢筘动态特性需求出发,运用刚体导引和打纬工艺相结合的方法得到钢筘打纬的运动路径,并通过凸轮机构从动件运动特性控制钢筘运动状态;

所述平行打纬机构的共轭凸轮作为驱动机构,所述铰接四杆机构为从动机构;

第一摇杆、连杆、第二摇杆与机架构成双摇杆机构,且钢筘与连杆固结,第一摇杆做变速往复摆动,且为凸轮从动件运动规律,所述共轭凸轮中的主凸轮控制摆杆推程,回凸轮控制摆臂回程;凸轮转角θ=θ0/2时对应打纬钢筘前死心位置,凸轮绕轴O11做匀速逆时针转动,带动摆臂与第一摇杆绕轴O13做顺时针摆动,当运动θ0/2后钢筘回到后死心位置,随后因处于凸轮休止阶段钢筘停止运动,以便于引纬进行,通过优化设计四杆机构尺寸参数控制运动过程中钢筘位置状态;

所述钢筘运动路径:以第一摇杆与机架的铰接点O13为原点建立绝对坐标系xO13y,取钢筘中心点P作为其运动轨迹,打纬期间钢筘运动路径,以打纬工艺需求给定钢筘的若干个位置状态∑1、∑2、…、∑j,其中当转角θ=θ0/2为0时,钢筘位于两极限位置,即前死心位置∑1和后死心位置∑j,钢筘上中点P相应坐标为Pj(Pjx,Pjy);

所述钢筘运动路径的驱动机构设计,包括以下步骤:基于铰接四杆机构的连杆曲线设计钢筘运动轨迹,使其与钢筘规划运动路径接近重合,进而实现钢筘位置状态上的工艺需求;

钢筘由铰接四杆机构驱动,从位置∑1运动至位置∑j的过程作刚体平面运动,第一摇杆和第二摇杆均以双铰杆作为联架杆,利用刚体导引方法获得第一摇杆、连杆和第二摇杆的尺寸;

若O13与O15的坐标已知,需确定在坐标中A、B坐标确定机构尺寸,利用三位置刚体导引分别获得前死心位置机构铰接点A1、B1坐标,即j=3,此时设P1坐标为(P1x,P1y),且P2x=P1x+L/

2,P2y=P1y‑Δy12,P3x=P1x+L,P3y=P1y‑Δy13,其中L为钢筘中点P在位置1、3的水平距离,即打纬动程;Δy12为钢筘中点P在位置1、2的垂直距离,Δy13为钢筘中点P在位置1、3的垂直距离,由O13ABO15构成的铰接四杆机构即达到设计要求,其中A1、B1点是关于钢筘三位置参数的函数:式中:f1、f2为刚体导引结果函数;θ1j为钢筘位置∑j(j=2,3)与位置∑1间的角位移;

在式(1)中若钢筘三位置均已知,直接求出铰接点A1、B1坐标,但在规划钢筘路径时设P1(P1x,P1y)为待求参数,给出其它点P2、P3的相对坐标,根据工艺需求对以下作约束求解式(1):一、主动杆在前死心位置的初始角:

二、连杆在前死心位置的角位移:

三、与凸轮转子臂最大动程相对应的主动杆摆角动程:

四、钢筘相对于连杆铰接点B的位置:

xPB=P1x‑B1x                   (5)

yPB=P1y‑B1y                   (6)

其中式(5)和式(6)是约束连杆与钢筘这一构件的刚体形状,当式(1)只有P1x、P1y两个未知参数时,联立式(3)和式(6)两个方程进行求解,当式(2)中有多个未知参数时,根据工艺要求选择合适式(3)~式(6)求解方程组,求出机构在初始位置各点坐标和机构尺寸参数;

所述钢筘动态特性进行建模,当打纬机构进行周期运动时,共轭凸轮为钢筘输出运动特性,因此对凸轮从动件构建运动规律,为方便建模以对称形式给出钢筘运动规律周期图,其中横坐标φ与凸轮转角θ的关系为φ=θ+π/2,在运动周期内共分为4个区域,其中Ⅰ、Ⅳ区域是静止阶段,Ⅱ区域是由静止向前打纬阶段,Ⅲ区域是打纬完成后向后回程阶段,当φ=π/2时,位移曲线中的A点为钢筘后死心位置,运动φ=θ0/2后钢筘位于前死心位置,对应位移曲线中的B点,C点对应打纬完成后钢筘回到后死心位置;

设从动件实际角位移函数为S=S(φ),为便于计算把函数映射到0~1范围内,则归一化处理后的角位移函数为s=s(φ),则位移函数s(φ)展开傅里叶级数如下:式中:Smax为凸轮从动件动程,由摇杆3'摆角确定;a0、ak和bk为傅里叶系数;k=1,2,

3,…,n,

角位移函数s=s(φ)的一阶、二阶导数分别为

式中:v,a分别称为类角速度和类角加速度;V,A分别为从动件实际角速度和角加速度;

ω为凸轮角速度;

根据设计要求,在运动时间π‑θ0/2≤φ≤π+θ0/2内钢筘状态为由后死心向前运动,打纬完成后回到后死心位置,对极限位置建立边界条件为φ=π‑θ0/2、π、π+θ0/2时所对应的s,v,a,在运动时间(0≤φ≤π‑θ0/2Uπ+θ0/2≤φ≤2π)内,钢筘分别处于两段静止阶段,用傅里叶级数构造的位移函数表示实际运动si(φ)与理想运动 的误差通过位移之间的方差来控制,则其误差函数计算如下:式中:ai和ei表示某段起始角位移和终止角位移,

在满足精度要求下可计算出系数ak和bk,并可求解出位移函数s(φ)与其类角速度、类角加速度,从而确定钢筘实际运动规律函数如下:通过对钢筘运动路径和运动特性的计算,根据得到的参数和凸轮廓线方程,可计算出凸轮实际廓线。