高速织机综框的动态特性分析与设计

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1、高速织机综框的动态特性分析与设计作者：邱海飞王益轩林力刘欣编辑。　　论文关键词:织机综框振动特性动态设计有限元方法COSMOS　　论文摘要:综框是开口机构的主要工作部件,其动态性能的好坏会直接影响织机的正常工作。针对不同筘幅的综框,在SolidWorks软件中建立有限元模型,并计算求出综框的各阶模态振型,分析了其动态特性对织机的影响。提出了综框设计时改进其动态特性的措施和方法。　　综框是织机中的一个重要部件，织机经纱断头主要发生在综框邻近区域。近年来各种织机的入纬率不断提高。高速织机转速已达3000m／min以上。织机门幅

2、也达380cm以上，这对综框的设计要求进一步提高。观察综框在织造中的运动状况，其动态受力有综框上下运动的冲击力，织物张力所致的弯曲力，综框在环境温度变化下所产生的变形力等。这些因素都会使综框在织机运转过程中发生不同程度的振动。综框的振动不但会造成断经。影响生产效率；而且当其与织机转速发生共振时。还会造成横梁断裂甚至框架脱开口。所以在进行综框设计时，有必要研究其动态特性，进一步提高和改进综框的动态性能。本文通过对3种不同幅宽(190，230，280cm)综框的动态特性研究，对它们的模态振型进行对比分析．从而改善综框的结构设计

3、，使其动态性能达到优良，适合各种高速织机的工作转速。本项研究在SolidWorks软件中建立综框的数字化模型，通过COSMOS模块对其进行动态分析。获得综框的模态和振型。在此过程中，综框模型完全按照国标(FZ／T94009-1992)规定所建立。保证了综框几何结构的准确性，具有生产实用价值。而COSMOS义是当今世界上最快的有限元分析软件。它与So1idWorks无缝集成，不用考虑数据交换所产生的模型误差．并且高精确的分析结果也已被业界所认可。这确保了本项研究结果的正确性。1几何模型综框的主要部件包括上横梁、下横梁、左右侧

4、档、导板、穿综杆和综丝夹。本项研究先在SolidWorks中建立190cm幅宽织机上的数字化综框模型，然后在此模型基础上通过参数化技术方法，分别建立230cm与280cm幅宽织机的综框模型，其中综框的各部件及整体结构尺寸都是按照国标FZ／T94009-1992所确立。建好的综框模型如图1所示。　　有限元模型建立有限元模型时根据分析对象的结构特点，需要对已完成的几何模型进行简化处理，以便节省计算机资源。更加快捷地建立有限元模型。在此，去掉几何模型中一些关系不大的局部特征。就可以直接对综框划分网格。COSMOSWorks采用高

5、品质实体网格，网格单元为10节点四面体要素，如图2所示。　　网格划分过程中对综框各部件进行网格控制，使要素大小都适合各部件自身的形状结构，从而建立正确的有限元分析模型，保证获得精确的分析结果。网格化后的综框模型如图3所示。　　　　在对综框进行有限元分析之前必须定义它的材料特性，综框属于薄形框架类结构，织机工作时综框上下往复运动，承受经纱张力动载荷，并且把剧烈振动传递给经纱。加剧了经纱在综眼中的摩擦。考虑到综框工作时的承载和变形情况，在综框设计时使用的材料必须要保证它的刚度和强度。　　本项研究在进行有限元分析时，对综框的上下

6、横梁、左右侧档、导板及综丝夹选择COSMOSWorks材料库中的铝合金材料1060-H18Rod(ss)。此型号铝合金材料具有质量轻强度高的特点，可满足综框工作时的性能要求。而对于穿综杆则采用强度高韧性好的弹簧钢65MN。综框材料的主要参数如表1所示。至此，综框的有限元模型已建立完成，接下来就可以在COSMOSWorks中对已完成的有限元模型进行求解分析。本项研究先对190cm幅宽织机的综框进行分析，然后通过参数化技术手段改变综框的几何模型，分别对230cm和280cm幅宽织机的综框进行有限分析。COSMOSWorks对这

7、3种不同筘幅综框的分析数据如表2所示。　　由表2数据可知，以190cm筘幅综框为例。整个综框被划分为86048个单元，共157048个节点，每个节点有X、Y、Z方向3个自由度,最多可获得471144阶固有频率及相应振型。建立综框振动方程为：[M]{X}+[K]{X}={0}此系统振动方程是一组二阶常系数齐次线性微分方程组，其中质量矩阵[M]为单位阵．刚度矩阵[K]为对称阵，且[M]和[K]均为471144阶方阵。此振动方程可通过线性变换解耦合来求其解，而COSMOSWorks采用的是FFE(FastFiniteElemen

8、t)求解器。即快速有限元法，一种可以保证结果收敛的快速迭代法。其他两种综框振动方程的建立方法与此相同，但是由于有限元模型自由度的增多，振动方程组的维数也随之增大。结果与分析运行求解后，获得了综框的固有频率和振型。由于织机的工作转速只与综框前面的部分模态有关．故本文只考虑综框的前20阶模态，去除综框的刚体