基于ADAMS的織機打緯機構分析

高淑麗

（經緯智能紡織機械有限公司，山西 晉中030600）

1 引言

對于織機，總的趨勢是朝著高速、高效、低消耗、低磨損的方向發展。而本次的分析對象——打緯機構作為織機的一個重要組成部分，成為設計人員研究的重點，打緯機構分為共軛凸輪打緯和曲柄連桿打緯2 種形式。其中，共軛凸輪打緯機構不但能提高運動精度，減少沖擊，還可以改善機構中的受力條件，使設計與制造更精密，更適應高速運轉。共軛凸輪打緯機構中凸輪的輪廓曲線決定了從動件的運動規律，所以，對凸輪的加工精度要求較高，輪廓曲線要有良好的光順性才能減少沖擊。一般情況下，優化凸輪的輪廓曲線需要多次的加工與試驗，成本較高、周期長、效率低，本次分析的重點是利用ADAMS 動力學分析軟件分析凸輪的運動規律，通過輸出的運動規律曲線，直觀地觀察其運動的波動性，并通過反復優化凸輪的輪廓曲線，改善沖擊產生的影響，通過仿真分析可縮短設計周期，降低設計成本，可快速并且直觀地進行優化設計[1]。

2 建立實體模型

本文采用CREO 軟件建立打緯機構的三維裝配模型，打緯機構是一個搖軸從動件的共軛凸輪機構，主動凸輪以一定的角速度繞軸旋轉，帶動搖軸從動件以一定的運動規律擺動，使固結在從動件上的筘座實現打緯功能。主動凸輪的輪廓曲線決定了筘座的運動規律，輪廓曲線越光滑，筘座的運動越接近預期的設計效果，本主動凸輪的輪廓曲線是通過對關鍵點進行樣條曲線擬合實現的，可以將凸輪輪廓被劃分成N個點保存于數據文件中，利用CREO 軟件可導入數據點的功能，導入組成凸輪輪廓的點數據，來建立凸輪實體模型。在以后的優化設計中，只要將凸輪曲線進行修改，再重新導入就可生成新的凸輪模型。

3 建立仿真模型

3.1 簡化模型

由于打緯機構是由CREO 軟件建模，而且模型結構復雜，為了提高數據的傳送速度，減少軟件的分析計算時間，在保證分析數據模型完整的前提下，不影響分析的特征，包括倒角、圓角、螺釘、螺帽等簡化或刪除，并將之間沒有相互運動關系的零部件定義成剛體，可以先將搖軸部件作為一個整體導入，然后導入凸輪模型，通過對模型的簡化，去除了不必要因素對分析結果的影響，大大提高了分析效率和分析的準確性[2]。

3.2 CREO與ADAMS 的接口功能

本次用于分析的ADAMS 軟件可直接導入CREO2.0 版本的簡單零件，復雜裝配體無法導入，另外，一種導入形式是將CREO 軟件建立的模型另存為parasolid 格式，再進行導入。后一種導入形式簡單快捷，不受模型復雜程度影響。但是在模型導入前，需在ADAMS 軟件中進行單位設置，使其與利用CREO 建模的單位保持一致，然后設置工作網格和圖標。最后，將“ADAMS”加載到CREO 裝配環境的下拉菜單中，通過這個菜單命令，可自動把CREO 建造的三維模型傳到ADAMS/VIEW 界面，通過以上一系列的設置操作，CREO 與ADAMS 的接口功能準備就緒，用于分析的織機打緯機構模型已導入ADAMS 軟件中。

3.3 定義質量屬性

進行分析前，需要設置模型的質量屬性，由于導入的打緯機構模型經過了簡化，模型的質量和質心的位置發生了變化，模型導入ADAMS 之后，需手動修改質量屬性，設置質心位置，使其與原模型保持一致，這樣才能保證分析數據的準確性，是分析工作中的關鍵步驟。

3.4 施加約束和載荷

本次分析的織機打緯機構，主要運功過程是利用共軛凸輪的轉動帶動搖軸的前后擺動，所需要的連接約束有凸輪的轉動連接、搖軸的轉動連接、搖軸上的滾子與凸輪的凸輪副約束（2D 線—線約束），約束可在CREO 環境下定義，因為當模型傳遞到ADAMS 軟件之后只有體的概念，面和線不容易捕捉，約束副的位置不容易確定，也可在ADAMS 軟件中通過添加樣條曲線導入點數據的方法手動添加輪廓線。本次采用約束添加方法是在ADAMS 軟件中添加凸輪副約束，這就需要選擇滾子的輪廓線和凸輪的輪廓線，但是由于模型導入后輪廓線消失，如何實現輪廓線的顯示，并能被約束選項識別，這就需要手動添加輪廓線，凸輪輪廓線是利用樣條曲線，導入凸輪的點坐標完成的，同時，凸輪副要求2 個輪廓線是接觸的，所以，要將2 條輪廓線建立在一個平面內，這樣凸輪副便添加到了打緯機構中，然后添加滾子與凸輪間的接觸力，最后，添加轉動驅動到凸輪的轉動副，打緯機構的運動仿真模型建立完成后需驗證模型的運動方式是否符合實際的運動規律，驗證成功后方可進行仿真分析。

4 結果分析

通過仿真分析得出搖軸部件運動的加速度隨時間變化曲線，如圖1 所示，可以看出，凸輪在運轉過程中加速度的波動情況，在約0.03s 時有明顯的波動。通過圖1 可以分析處共軛凸輪的圓整度不太好，輪廓曲線不夠平滑存在尖點，這就會對打緯動作產生沖擊，使織出的布匹疏密不一致，或產生疵點，影響產品質量。

圖1 原始凸輪加速度曲線

通過在CREO 軟件中將凸輪曲線進行優化，去除一些突出的尖點后，然后再導入ADAMS 中進行仿真分析，觀察搖軸部件運動的加速度曲線，可以看出波動有所緩解，接下來就可以通過不斷的分析優化，將凸輪的輪廓曲線達到最佳的設計效果。

5 結語

利用ADAMS 仿真分析軟件和CREOCAD 設計軟件之間強大的接口功能，將共軛凸輪打緯機構導入ADAMS 軟件中，通過施加運動副等約束，對共軛凸輪打緯機構進行運動學分析，通過分析結果可以直觀地觀察凸輪的運動軌跡，如運動軌跡不理想，可進行實時的優化，通過不斷的優化、驗證直至達到理想的設計效果，然后將最終優化好的凸輪輪廓點數據導出，生成G 代碼，可供數控機床進行加工?？梢?，利用ADAMS軟件進行仿真分析可提供有力的理論依據，能及時發現設計中存在的問題，很大程度上節約了設計時間和試錯的成本，提高了產品收益，大大提高了設計人員的工作效率，加速了新產品的研發周期，為新產品盡快進入市場搶占了先機，為企業贏得效益。