劉志強 王連慶

（合肥工業(yè)大學 機械工程學院，合肥 230009）

1 針刺機的介紹

針刺機針刺過程中產(chǎn)生劇烈振動將會直接影響無紡布的生產(chǎn)效率及質(zhì)量，還會危及工人的健康[1]。針刺機工作過程中曲軸、連桿的工作頻率有可能會改變，此時機架會有強烈的振動，曲軸和連桿在受到很大的振動和沖擊力時會產(chǎn)生很大的形變[2-3]。為了解決上述問題，本文針對某紡織機械公司的ZW-2361-370型針刺機進行曲軸、連桿的靜力學分析及模態(tài)分析。通過模態(tài)分析了解結(jié)構(gòu)在某一頻率范圍內(nèi)固有頻率的振動特性，這樣就可以知道結(jié)構(gòu)在這段振源作用下產(chǎn)生的實際振動響應[4]。通過理論模態(tài)分析，掌握機床主軸工作時的形變情況，提出相應的措施減小機床的振動變形和噪聲，進而提高無紡布的生產(chǎn)質(zhì)量和效率，改善工人的工作環(huán)境，增加企業(yè)的綜合競爭力和效益。

針刺機的關鍵機構(gòu)是針刺機構(gòu)，由傳動軸、曲軸、針板、針梁、連接架、滑套導向裝置等組成，其中剝網(wǎng)板和托網(wǎng)板固定在上下機架中不參加針刺主運動。偏心輪安裝在曲軸上，曲軸由法蘭連接在主傳動軸上，連桿的一端連接在偏心輪上，另一端連接針梁和針板，由此便構(gòu)成了一個曲柄滑塊機構(gòu)，如圖1所示。

傳動軸轉(zhuǎn)動帶動偏心輪和連桿，針梁和針板在搖臂導向裝置的作用下做豎直方向的往復運動。均勻纖網(wǎng)經(jīng)過開清后，輸送到剝網(wǎng)板和托網(wǎng)板之間，針刺機上的刺針高頻率穿刺對其加固。機架頂端的主電機經(jīng)過V帶，帶動齒輪箱內(nèi)齒輪進而使針刺機傳動。齒輪的輸出端連接主傳動軸，帶動兩個傳動軸運轉(zhuǎn)，輸出端連接安裝在下安裝板的齒輪箱內(nèi)。同理，底部的齒輪箱輸出端也帶動兩個傳動軸運轉(zhuǎn)。

圖1 針刺機傳動機構(gòu)

2 針刺機構(gòu)關鍵零部件連桿的有限元分析與校核

用ANSYS軟件對連桿進行受力分析，連桿上有很多螺栓孔、螺柱孔、小倒角以及小凸臺，這些因素會影響ANSYS軟件對連桿的分析結(jié)果[5]。為減小不必要的麻煩，在不影響分析精度的前提下必須去掉螺栓孔、螺柱孔、小倒角以及小凸臺。利用ANSYS軟件打開建立好的模型，根據(jù)模型的物理屬性確定其密度、剛度和泊松比的參數(shù)。利用ANSYS軟件求解連桿受力變形情況，多次對比后取最符合實際的解，如圖2所示。連桿模態(tài)分析如圖3所示。

圖2 連桿總體變形

圖3 連桿前四階振型

如表1所示，連桿前6階固有頻率均大于20Hz，不會產(chǎn)生共振。同理，對曲軸進行有限元分析與校核，計算出曲軸端面的最大變形量為1.41×10-4rad，并得出扭轉(zhuǎn)應力遠小于其扭轉(zhuǎn)許用應力。曲軸前6階的固有頻率均大于曲軸的工作頻率（20Hz），不會發(fā)生共振。

表1 連桿固有頻率與振型描述

3 結(jié)語

針刺機在進行針刺運動時，機床的振幅會隨著主軸轉(zhuǎn)速的增大而增大，當主軸轉(zhuǎn)速達到某一轉(zhuǎn)速時，機床的振幅達到最大值，產(chǎn)生共振現(xiàn)象。基于以上研究結(jié)果，進一步提高針刺頻率，則要避免共振現(xiàn)象的發(fā)生。防止共振現(xiàn)象的發(fā)生需要提高曲軸右側(cè)的剛度（如加粗與調(diào)質(zhì)），或增加加固架，減小針梁、連桿和搖臂導向裝置的重量，采用強度高、密度小的新型復合材料，如硬質(zhì)鋁鎂合金。在不影響無紡布生產(chǎn)質(zhì)量的前提下，減小連桿長度或者減小針刺運動的沖程。