專利名稱：：六次溝槽換向曲線絡筒機槽筒的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及紡織工業(yè)關鍵設備絡筒機槽筒，可用于紡織機械纖維巻繞、玻纖生產(chǎn)拉絲機的巻繞等關鍵部件，本設計與傳統(tǒng)巻繞設備相比，能夠減小工作過程中的沖擊與振動，降低設備運轉(zhuǎn)噪聲，提高工作時的平穩(wěn)性。
背景技術：
：槽筒導絲溝槽曲線設計的優(yōu)劣，直接影響紗線絡筒時的運動規(guī)律、紗圈在筒子上分布狀況、振動沖擊及噪聲。槽筒溝槽螺旋線在展開平面上為直線，交叉直線在換向處以曲線連接過渡。在實際生產(chǎn)過程中槽筒的換向曲線大多使用拋物線和圓弧，3-4-5次多項式曲線也很少使用，因此實際應用中由于在過渡點和換向點存在加速度突變，從而在運轉(zhuǎn)過程中，噪聲大，導絲器受到較大的沖擊，運動平穩(wěn)性不好，而且磨損快，使用壽命短，使得纏繞玻纖或纖維時有凸起和塌陷情況，纏繞在筒子上的玻纖或纖維不平整，影響了產(chǎn)品的品質(zhì)，阻礙下道工序生產(chǎn)的順利進行；并且限制了制紗設備或拉絲機在高速下運轉(zhuǎn)，影響生產(chǎn)率的提高，限制了品質(zhì)較高的細紗的生產(chǎn)。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的換向曲線存在的柔性沖擊等不良影響，本發(fā)明提出一種更高次換向曲線——六次換向曲線，在整個換向區(qū)不僅保證速度連續(xù)變化，而且保證加速度連續(xù)變化，在過渡點(換向段與等速直線運動段的連接點)和換向點(換向曲線的頂點)都不存在柔性沖擊。不同于現(xiàn)有的3-4-5次多項式曲線，其曲線關于Y軸對稱，且奇次項系數(shù)為本發(fā)明的六次溝槽換向曲線絡筒機槽筒，其特征在于其槽筒溝糟曲線在交叉換向處以六次換向曲線連接過渡，曲線方程為-_S65S42+竺》—16(Stan5)6X一16(Stan^^16(Stan。2X16其中^為凸輪表面溝槽曲線直線段與母線的夾角，S為直線與過渡曲線的連接點的縱坐標。本發(fā)明采用高次換向曲線，可以克服加速度突變現(xiàn)象，避免柔性沖擊，意味著可以減小換向時的沖擊力。圖l槽筒凸輪坐標系示意圖。(l)圖表示所選的動參考系，(2)圖表示從端面看，4、^表示換向段與等速直線運動段的過渡連接點，^表示弧^^所對應的凸輪端面的圓心角，(3)表示將圓柱凸輪沿基圓母線展開，X軸表示凸輪表面圓周速度方向，Y軸表示凸輪圓柱表面母線方向，^為凸輪表面溝槽曲線直線段與母線的夾角；直線與過渡曲線的連接點的縱坐標為S，槽筒凸輪節(jié)圓柱半徑為R。圖2導絲器相對于凸輪的加速度在軸向的投影示意圖。圖3圓弧換向曲線展開示意圖。圖43-4-5次多項式運動曲線圖。圖5軸向位移-轉(zhuǎn)角曲線圖。圖6類速度-轉(zhuǎn)角曲線圖。圖7類加速度-轉(zhuǎn)角曲線圖。圖8五種換向他線在換向區(qū)的躍度曲線圖。圖9.槽筒凸輪動程尺寸示意圖。圖IO導絲器沿Y軸的相對加速度曲線圖。具體實施例方式本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是1.對六次多項式曲線運動特性進行分析設A2B段為減速段，BA1段為加速段，導絲器換向時的絕對運動速度要在極短的時間內(nèi)由高速降至零，再由零迅速上升到高速，導絲器不僅對槽筒溝槽沖擊，而且導絲器本身也承受相同的反向沖擊力，因此換向曲線的設計直接影響到槽筒和導絲器的使用壽命以及噪音情況，改變導絲器的運動特性，應改變導絲器加速度特性，以下分析導絲器在換向曲線處的加速度。在圖1(3)所示的坐標系中，換向曲線A1A2為六次多項式曲線，設其方程式為}=o^+^4+"2+/z，由邊界條件得出六次多項式曲線方程為<S642216(5tan。6X_16(Stan。4X+16(Stan。2X+16(1-1)將^^代入式(1-l)得166"16(Stan。416(Stan。216相應的類速度和類加速度方程分別為T/6S,、65、4330S,、2巧。=—(-)>5--(-yv+——(-^16Stan(516Stan^16Stan^、6460S,i、42、2p16Stan^16Stan《16Stan,在過渡點的類加速度值為0。2.分析導絲器的軸向加速度從理論上講，加速度矢量是三個加速度之和(1-2)(1-3)(1-4)(1-5)按照圖l所建立的坐標系，式(l-5)中ol表示絕對加速度，即導絲器沿凸輪軸線方向的加速度，:表示相對加速度，即導絲器相對于動參考系的加速度，:表示牽連加速度，即槽筒凸輪相對于機架的加速度，;表示科氏加速度。槽筒作等半徑i等角速度w旋轉(zhuǎn)，因此牽連加速度:和科氏加速度;都垂直于巻裝軸線，僅影響導絲器對導絲軌道的壓力，在分析導絲器受到軸向力時可5不考慮'(l-6)式(l-6)中，^表示導絲器沿溝槽曲線切線方向的加速度，表示導絲器沿溝槽曲線法線方向的加速度。如圖2所示，在弧4^上任取一點A，其切向與+x方向的夾角為;5，t、"分別表示^點的切線方向和法線方向。于是有0^="^+0^(1-7)式(l-7)中，a:表示相對加速度在軸向的投影，a:表示切向加速度在軸向的投影，。:表示法向加速度在軸向的投影。設在切點^、^之間的換向過渡曲線方程為^=/(x)(1-8)4、4的Y坐標為S，則x坐標分別為士S.tancJ，在弧44上任取一點A，A的切向角為/5，而tan〃=/'(x)(1一9)由于切向加速度在^軸的投影和法向加速度在7軸的投影都沿^軸正向。因此以下僅進行數(shù)值推導由式(1-9)得:1cos/=sin-=于是有/l+尸(X)由于^點的圓周速度分量為iO，所以^點的切向速度為:(1-10)(H1)(1-12)血(1-12)式中，i=^。所以，J點的切向加速度為及V/'(X)/"(X)l+/'2(x)(H3)所以切向加速度在^軸的投影為sin/|=!0)l+/'2(x)1+/0)^點的法向加速度為piW[l+尸(x).3l+/'2W式(1-15)中y9——曲率半徑<法向加速度在^軸的投影為:COS李l+尸(x)1+/W由式(1-14)和(1-16)得，少軸方向總的加速度為"V'2W|/"(x)|"2|/'(x)|a,,=+-!(X)(1-14)(1-15)(H6)(1-17)l+廣(x)^點所受的瞬時沖擊力為&a—is)則在微小時間間隔A內(nèi)，沖擊力Fy的元沖量為必=ma/f,則在圖2所示的44段的沖量為/=《'應,(1-19)式(卜19)中，m為導絲器的質(zhì)量，々為導絲器在整個換向區(qū)的運動時間。切向加速度和法向加速度在x軸方向的沖量恰好抵消，可不予考慮。根據(jù)式(l-l)得六次多項式換向曲線的方程式，得_6415S2^16(Stanc5)6X—16(Stan。4乂十160Stan。2^16-x5—20S3OS1《Stan。。l"Stan。41G0Stan5y(1-20)(1-21)7,,30S460S230S"QO、y=---7義+-^〔1-22)1《Stan。61《Stan。416(Stan。2將式(1-21)和(1-22)代入式(1-17)整理后得。=-幼202[Xfi_2X4+~^y](1-23)v16(Stan砂(Stan。4(StanJ)23.下面將對拋物線，圓弧，3-4-5次曲線，改進的5次曲線以及6次曲線的運動特性進行比較拋物線換向曲線方程為"2。+要(1—24)其中，x=iW=ip(1—25)式(l-25)中，《為槽筒凸輪的角速度，p為凸輪轉(zhuǎn)角。將式(1-25)帶入式(1-24)，得(1-26)與方程中對應的類速度(軸向位移對轉(zhuǎn)角的一階導數(shù))與類加速度(軸向位移對轉(zhuǎn)角的二階導數(shù))可以表示為=^，Stan25^Sta"圓弧換向曲線方程為COS6Vcos6cosdVcosd與方程(1-27)中對應的類速度與類加速度可以表示為Vcos23cos5當;;=5時，換向曲線過渡點^、4處的類速度，類加速度在直線段上由零而突變?yōu)樵趽Q向圓弧段上的類加速度為《及28這樣，在過渡點4、4產(chǎn)生柔性沖擊，其中/=(l+sin。3-4-5次多項式曲線方程為:產(chǎn)&10(、3X，.15+6x，(1-28)k就是五次曲線的升程，k，C和^都是待定參數(shù)。槽筒凸輪實際換向曲線只取了曲線^5段，這是因為在4點要平滑過渡到等速直線段。在過渡點存在以下邊界條件確定以上的三個參數(shù)又由于在過渡點^=/^/2，經(jīng)計算可得以下結(jié)果A=——；C=——；0=-15157將k，C和0的值代入式(1-28)得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>相應的類速度和類加速度表達式為:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>其中/=<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>則關于7軸對稱的曲線的曲線方程為:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>相應的類速度和類加速度表達式為:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>、3(1-33)(1-34)改進的五次曲線方程在圖1的(3)圖中所示的坐標系中將曲線4^取作五次曲線，由于五次曲線的圖像關于7軸不對稱，曲線關于r軸對稱的曲線為。建立五次曲線4五的展開曲線方程。斗S的曲線方程為乂55"tan^將式(1-25)代入式(1-35)得X)5-2S0^^)4+251(.XStan55"tan5)34Stan(5關于y軸對稱的曲線4萬的曲線方程為)V(1-35)(1-36)(1-37)(1-38)—_25(^4-2S(7^J相應的類速度和類加速度表達式為、Stan^)V—6S(.Stan5:)V-24S(及Stan^)V■Stan5(1-39)(HO)(1-41)五種換向曲線運動特性比較換向曲線為圓弧、拋物線、3-4-5次多項式曲線、改進的五次曲線及六次多項式曲線時換向段長度在凸輪軸線方向上的投影，即圖1中(3)圖所示的S-A部分，其長度分別用Zr、&、&、^和L/表示。_^_S3S1LS、i、—、一、一。其值分別為-l+l/sin<5215516絲錠巻繞時，在紗線往復折回點附近，巻繞角逐漸減小，因而密度顯著增加,10這種情況對于巻裝容量大的絲錠更為突出，即造成凸邊，影響成形。從導紗器運動規(guī)律看，過渡曲線在軸向的尺寸若大一些，則絲錠端部的密度集中就較為緩和些，反之則密度集中嚴重。根據(jù)上述觀點，再由以上計算可以比較出，ZKApa《Z^^/，六次多項曲線在軸線上的投影長度最大，則能更好的緩和端部密度集中的現(xiàn)象。下面以某型玻璃纖維直接紗絡筒機槽筒凸輪的原始尺寸為依據(jù)，保持動程不變，以圖1中(3)圖所示的坐標系為依據(jù)，在凸輪表面溝槽曲線直線段與母線的夾角^，過渡點的;r坐標值相同的情況下，作出五種換向曲線的軸向位移曲線、類速度曲線、類加速度曲線圖。取軸向位移沿+j/方向為正，速度與沿+x方向的速度為正方向，反之則為負。圖中曲線上標注l、2、3、4、5分別表示換向曲線為六次多項式曲線、改進的五次曲線、3-4-5次多項式曲線、拋物線、圓弧。由圖5和6可以看出五種換向曲線的位移和類速度曲線均為連續(xù)的，均避免了剛性沖擊；由圖7可以看出圓弧和拋物線換向曲線在過渡點有突變，存在柔性沖擊；改進的五次曲線和3-4-5次多項式曲線的類加速度變化在加速段和減速段是連續(xù)的，在過渡點加速度值為0，但在換向點不是連續(xù)的，存在一定的柔性沖擊；六次多項式曲線在整個換向區(qū)類加速度變化是連續(xù)的，避免了柔性沖擊；這適宜于導紗機構在高速下工作，能有效降低機械振動和噪音，提高導絲器工作時的平穩(wěn)性，有利于絲錠成形，減少導絲器的磨損，延長使用壽命。把類加速度變化率稱為躍度，用y表示，躍度的大小與慣性力的變化率密切相關，它直接影響到從動件系統(tǒng)的振動和工作平穩(wěn)性，因此總希望其越小越好。下面對五種換向曲線在過渡點4和換向點S的加速度變化率進行求解。分別用/P、JV、厶、人、義來表示。由拋物線在換向點加速度沒有變化，所以^嚴0;在過渡點的類加速度由O突變?yōu)?^，所以V,。由圓弧換向曲線的類加速度，求對^的一階導數(shù)得乂.二》^(i^^)2[(s^)2—(辟)2]-(1-幼#COS(3COS》分別將p=0禾np=，代入式(1-42)得圓弧換向曲線在換向點的躍度為人，=0;在過渡點的類躍度為厶2=-S2cos25tan75由3-4-5次多項式換向曲線的類加速度方程式(1-31)和(1-34)求Ap,A^對p的一階導數(shù)得人4i2氣_30及—3609155"tan2530iStan5—360p_360(1-43)(1-44)Stand分別將^=()和'^代入式(l-43)和(1-44)得3-4-5次多項式換向曲—.4i37'S、n^;過渡點的躍度為丄人2='S2tan3s，為有線在換向點的躍度為限值。由改進的五次曲線的類加速度方程式(1_38)和(1-41)，求'~對^的一階導數(shù)得s#StandiStan^Stan^Sta"tan5(1-46)分別將p=o禾Qp=l二，代入式(1-45)和(1-46)得改進五次曲線換向曲線在換向點的躍度為乂，二土12S(^^:)、在過渡點的躍度為力，=0。s51tan<56由六次多項式曲線的類加速度方程式(卜4)，求對^的一階導數(shù)得力<120、i、6j一"，"、4卻16Stand16Stan5(1-47)12分別將伊=0和伊=，代入式(1-47)得改進六次多項式曲線換向曲線在換向點的躍度為厶=();在過渡點的躍度為力2=()。按照上述推導，給出五種換向曲線在換向區(qū)的躍度曲線圖，如圖8所示。1、2、3、4、5分別表示換向曲線為六次多項式曲線、改進的五次曲線、3-4-5次多項式曲線、拋物線、圓弧換向曲線。給定^、S值，給出五種不同換向曲線在換向點^和過渡點5的躍度值，如表1所示。表l五種不同換向曲線在換向點和過渡點的躍度值。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>由圖8和表1可以得出以下結(jié)論(1)拋物線和圓弧換向曲線在過渡點的躍度值為無窮大，說明加速度在過渡點有突變?yōu)橛邢拗?，相應產(chǎn)生一突變的慣性力，導絲器受到很大沖擊；3-4-5次多項式換向曲線在過渡點的躍度為有限值，導絲器也受到一定的柔性沖擊；從而會影響導絲器的振動和工作平穩(wěn)性，但是3-4-5次多項式換向曲線所產(chǎn)生的影響要小于拋物線和圓弧換向曲線。(2)拋物線、圓弧和六次多項式換向曲線在換向點的躍度值均為0，加速度沒有變化，說明導絲器所受的慣性力沒有發(fā)生變化，避免了柔性沖擊；而3-4-5次多項式換向曲線和改進的五次曲線在換向點的躍度值均為有限值，且后者的大于前者，說明在換向點上導絲器所受慣性力存在變化，影響了其振動和工作平穩(wěn)性。下面來研究^、S與槽筒凸輪動程i/之間的相互關系。將槽筒凸輪沿凸輪基圓母線展開，圖9為槽筒凸輪溝槽中心曲線在展開圖上的分布示意圖。過渡點斗、4和換向點萬的位置均在圖中注明，A表示BC段的長度，^表示CD段的長度，由幾何關系，可得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>五次曲線方程式中~=2S/5。即5、S、//之間的關系為7f=8;ricot《—4S/5。在凸輪壓力角允許的范圍內(nèi)，設定五種換向曲線的5、S值相同，得出導絲器在換向曲線段沿y軸的加速度曲線，如圖10所示。由圖IO可知，拋物線和圓弧換向曲線沿y軸的加速度在在過渡點有突變，所以在過渡點存在柔性沖擊，導絲器受到?jīng)_擊，導致工作時有較大的振動和噪聲，運行不平穩(wěn)。導絲器在拋物線換向曲線段每一點的加速度相等，故所受的沖擊力保持不變；在圓弧換向曲線段時過渡點的加速度值最大，故所受沖擊最大，而在換向點最小，所受沖擊也最小。3-4-5次多項式曲線和改進的五次曲線在加速段和減速段沿y軸的加速度是漸變連續(xù)的，改進的五次曲線在過渡點加速度的變化是連續(xù)的，導絲器的振動和工作平穩(wěn)性較3-4-5次多項式曲線要好些。而六次多項式換向曲線在整個換向區(qū)的加速度是連續(xù)變化的，在過渡點和換向點都不存在柔性沖擊，理論上來說，更有利于減輕導絲器在換向區(qū)的振動和噪音，提高工作平穩(wěn)性，有利于絲錠成形。玻璃纖維直接紗絡筒機槽筒溝槽換向曲線采用高次曲線有利于避免凸輪在過渡點和換向點的柔性沖擊，為高速導紗機構的設計提供了設計思路，從而為生產(chǎn)高品質(zhì)玻璃纖維奠定理論基礎。本發(fā)明的有益效果是，采用高次換向曲線，可以克服加速度突變現(xiàn)象，避免柔性沖擊，意味著可以減小換向時的沖擊力。權利要求1、一種六次溝槽換向曲線絡筒機槽筒，其特征在于其槽筒溝槽曲線在交叉換向處以六次換向曲線連接過渡，曲線方程為其中δ為凸輪表面溝槽曲線直線段與母線的夾角，S為直線與過渡曲線的連接點的縱坐標。2.根據(jù)權利要求1所述的六次溝槽換向曲線絡筒機槽筒，其特征在于采用的換向曲線不但在過渡點的速度連續(xù)，而且在換向點和過渡點加速度連續(xù)，其躍度為o。全文摘要一種六次溝槽換向曲線絡筒機槽筒，涉及紡織工業(yè)關鍵設備。其特征在于其槽筒溝槽曲線在交叉換向處以六次換向曲線連接過渡，曲線方程如圖所示，其中δ為凸輪表面溝槽曲線直線段與母線的夾角，S為直線與過渡曲線的連接點的縱坐標。本方法采用高次換向曲線，可以克服加速度突變現(xiàn)象，避免柔性沖擊，意味著可以減小換向時的沖擊力。文檔編號B65H54/48GK101503161SQ20091002815公開日2009年8月12日申請日期2009年1月9日優(yōu)先權日2009年1月9日發(fā)明者偉曹,偉林,王再勇,羅貴火,慧趙申請人:南京航空航天大學;中材科技股份有限公司