基于ADAMS的织机打纬机构分析

高淑丽

（经纬智能纺织机械有限公司，山西 晋中030600）

1 引言

对于织机，总的趋势是朝着高速、高效、低消耗、低磨损的方向发展。而本次的分析对象——打纬机构作为织机的一个重要组成部分，成为设计人员研究的重点，打纬机构分为共轭凸轮打纬和曲柄连杆打纬2 种形式。其中，共轭凸轮打纬机构不但能提高运动精度，减少冲击，还可以改善机构中的受力条件，使设计与制造更精密，更适应高速运转。共轭凸轮打纬机构中凸轮的轮廓曲线决定了从动件的运动规律，所以，对凸轮的加工精度要求较高，轮廓曲线要有良好的光顺性才能减少冲击。一般情况下，优化凸轮的轮廓曲线需要多次的加工与试验，成本较高、周期长、效率低，本次分析的重点是利用ADAMS 动力学分析软件分析凸轮的运动规律，通过输出的运动规律曲线，直观地观察其运动的波动性，并通过反复优化凸轮的轮廓曲线，改善冲击产生的影响，通过仿真分析可缩短设计周期，降低设计成本，可快速并且直观地进行优化设计[1]。

2 建立实体模型

本文采用CREO 软件建立打纬机构的三维装配模型，打纬机构是一个摇轴从动件的共轭凸轮机构，主动凸轮以一定的角速度绕轴旋转，带动摇轴从动件以一定的运动规律摆动，使固结在从动件上的筘座实现打纬功能。主动凸轮的轮廓曲线决定了筘座的运动规律，轮廓曲线越光滑，筘座的运动越接近预期的设计效果，本主动凸轮的轮廓曲线是通过对关键点进行样条曲线拟合实现的，可以将凸轮轮廓被划分成N个点保存于数据文件中，利用CREO 软件可导入数据点的功能，导入组成凸轮轮廓的点数据，来建立凸轮实体模型。在以后的优化设计中，只要将凸轮曲线进行修改，再重新导入就可生成新的凸轮模型。

3 建立仿真模型

3.1 简化模型

由于打纬机构是由CREO 软件建模，而且模型结构复杂，为了提高数据的传送速度，减少软件的分析计算时间，在保证分析数据模型完整的前提下，不影响分析的特征，包括倒角、圆角、螺钉、螺帽等简化或删除，并将之间没有相互运动关系的零部件定义成刚体，可以先将摇轴部件作为一个整体导入，然后导入凸轮模型，通过对模型的简化，去除了不必要因素对分析结果的影响，大大提高了分析效率和分析的准确性[2]。

3.2 CREO与ADAMS 的接口功能

本次用于分析的ADAMS 软件可直接导入CREO2.0 版本的简单零件，复杂装配体无法导入，另外，一种导入形式是将CREO 软件建立的模型另存为parasolid 格式，再进行导入。后一种导入形式简单快捷，不受模型复杂程度影响。但是在模型导入前，需在ADAMS 软件中进行单位设置，使其与利用CREO 建模的单位保持一致，然后设置工作网格和图标。最后，将“ADAMS”加载到CREO 装配环境的下拉菜单中，通过这个菜单命令，可自动把CREO 建造的三维模型传到ADAMS/VIEW 界面，通过以上一系列的设置操作，CREO 与ADAMS 的接口功能准备就绪，用于分析的织机打纬机构模型已导入ADAMS 软件中。

3.3 定义质量属性

进行分析前，需要设置模型的质量属性，由于导入的打纬机构模型经过了简化，模型的质量和质心的位置发生了变化，模型导入ADAMS 之后，需手动修改质量属性，设置质心位置，使其与原模型保持一致，这样才能保证分析数据的准确性，是分析工作中的关键步骤。

3.4 施加约束和载荷

本次分析的织机打纬机构，主要运功过程是利用共轭凸轮的转动带动摇轴的前后摆动，所需要的连接约束有凸轮的转动连接、摇轴的转动连接、摇轴上的滚子与凸轮的凸轮副约束（2D 线—线约束），约束可在CREO 环境下定义，因为当模型传递到ADAMS 软件之后只有体的概念，面和线不容易捕捉，约束副的位置不容易确定，也可在ADAMS 软件中通过添加样条曲线导入点数据的方法手动添加轮廓线。本次采用约束添加方法是在ADAMS 软件中添加凸轮副约束，这就需要选择滚子的轮廓线和凸轮的轮廓线，但是由于模型导入后轮廓线消失，如何实现轮廓线的显示，并能被约束选项识别，这就需要手动添加轮廓线，凸轮轮廓线是利用样条曲线，导入凸轮的点坐标完成的，同时，凸轮副要求2 个轮廓线是接触的，所以，要将2 条轮廓线建立在一个平面内，这样凸轮副便添加到了打纬机构中，然后添加滚子与凸轮间的接触力，最后，添加转动驱动到凸轮的转动副，打纬机构的运动仿真模型建立完成后需验证模型的运动方式是否符合实际的运动规律，验证成功后方可进行仿真分析。

4 结果分析

通过仿真分析得出摇轴部件运动的加速度随时间变化曲线，如图1 所示，可以看出，凸轮在运转过程中加速度的波动情况，在约0.03s 时有明显的波动。通过图1 可以分析处共轭凸轮的圆整度不太好，轮廓曲线不够平滑存在尖点，这就会对打纬动作产生冲击，使织出的布匹疏密不一致，或产生疵点，影响产品质量。

图1 原始凸轮加速度曲线

通过在CREO 软件中将凸轮曲线进行优化，去除一些突出的尖点后，然后再导入ADAMS 中进行仿真分析，观察摇轴部件运动的加速度曲线，可以看出波动有所缓解，接下来就可以通过不断的分析优化，将凸轮的轮廓曲线达到最佳的设计效果。

5 结语

利用ADAMS 仿真分析软件和CREOCAD 设计软件之间强大的接口功能，将共轭凸轮打纬机构导入ADAMS 软件中，通过施加运动副等约束，对共轭凸轮打纬机构进行运动学分析，通过分析结果可以直观地观察凸轮的运动轨迹，如运动轨迹不理想，可进行实时的优化，通过不断的优化、验证直至达到理想的设计效果，然后将最终优化好的凸轮轮廓点数据导出，生成G 代码，可供数控机床进行加工。可见，利用ADAMS软件进行仿真分析可提供有力的理论依据，能及时发现设计中存在的问题，很大程度上节约了设计时间和试错的成本，提高了产品收益，大大提高了设计人员的工作效率，加速了新产品的研发周期，为新产品尽快进入市场抢占了先机，为企业赢得效益。