詹葵華 朱家程 白倫

DOI： 10.19398j.att.202310002

摘? 要： 傳統(tǒng)連桿開口機(jī)構(gòu)難以使梭口保持停歇，無法適應(yīng)高速、寬幅的現(xiàn)代新型織機(jī)的工藝要求。引入特殊連桿曲線導(dǎo)引的概念，利用帶鮑爾點(diǎn)和帶圓點(diǎn)連桿曲線能使從動(dòng)件產(chǎn)生停歇的原理，設(shè)計(jì)了兩種新型連桿開口機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)由四連桿機(jī)構(gòu)和綜框?qū)бM件組成，四連桿機(jī)構(gòu)的曲柄、連桿、搖桿和機(jī)架桿桿長比分別為1∶2∶2∶2.76、1∶2∶2∶2.3，連桿點(diǎn)的位置角分別為62.49°、49.15°，其與搖桿相連的連接桿與連桿等長。綜框運(yùn)動(dòng)規(guī)律顯示：兩種機(jī)構(gòu)梭口滿開時(shí)主軸的相對靜止角分別為約150°，40°和200°；綜框處于最高和最低位時(shí)速度和加速度均為0，表明綜框運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無沖擊。該機(jī)構(gòu)突破了傳統(tǒng)連桿開口機(jī)構(gòu)的局限，為低成本新型織機(jī)的開發(fā)創(chuàng)造了條件。

關(guān)鍵詞：織機(jī)；開口機(jī)構(gòu)；四連桿機(jī)構(gòu)；連桿曲線；梭口

中圖分類號(hào)：TS103.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2024）06-0061-09

收稿日期：20230930

網(wǎng)絡(luò)出版日期：20231216

作者簡介：詹葵華（1968—），女，上海人，副教授，博士，主要從事機(jī)構(gòu)學(xué)及紡織機(jī)械方面的研究。

織機(jī)開口機(jī)構(gòu)旨在實(shí)現(xiàn)綜框包含3個(gè)階段的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，即開啟期、靜止期和閉合期。為了使引緯過程順利進(jìn)行，綜框停歇的“靜止期”是多數(shù)織機(jī)開口工藝的一個(gè)重要條件［1-2］。由于凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)能更方便地實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，目前綜框的開口運(yùn)動(dòng)往往由凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)［2-3］。除此之外，由電子系統(tǒng)和氣動(dòng)裝置輔助的開口機(jī)構(gòu)也常應(yīng)用于新型織機(jī)中［4-5］。

以前的津田駒噴水織機(jī)和K611絲織機(jī)采用的是四連桿開口機(jī)構(gòu)，而噴氣織機(jī)則多采用六連桿開口機(jī)構(gòu)［6］。由于綜框升降缺少“靜止期”，傳統(tǒng)的連桿開口機(jī)構(gòu)已無法適應(yīng)現(xiàn)代織造對高速、寬幅的需求。多年來從連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度解決勻速驅(qū)動(dòng)條件下綜框停歇問題的研究很少［7］，新近的研究提出通過變速驅(qū)動(dòng)四連桿機(jī)構(gòu)可使綜框具有一定時(shí)間靜止的新方法［8］。本研究引入特殊連桿曲線導(dǎo)引的概念，利用帶鮑爾點(diǎn)和帶圓點(diǎn)連桿曲線能使從動(dòng)件產(chǎn)生停歇的原理，通過圖解法和解析法設(shè)計(jì)了兩種新型連桿開口機(jī)構(gòu)。模擬結(jié)果顯示，綜框運(yùn)動(dòng)具有較長的停歇時(shí)間，符合織機(jī)開口的工藝要求。

1? 帶鮑爾點(diǎn)和帶圓點(diǎn)的連桿曲線及其應(yīng)用

連桿曲線通常是指平面四連桿機(jī)構(gòu)中連桿平面上的點(diǎn)（即連桿點(diǎn)）的運(yùn)動(dòng)軌跡。由于連桿的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，連桿曲線呈現(xiàn)出的多樣性一直受到機(jī)構(gòu)學(xué)研究者的關(guān)注［9-10］?；谶\(yùn)動(dòng)軌跡擬合和目標(biāo)運(yùn)動(dòng)規(guī)律實(shí)現(xiàn)的方法被廣泛應(yīng)用于各類機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)中［11-13］。

鮑爾點(diǎn)和圓點(diǎn)分別是指連桿曲線上與其切線和曲率圓三階密切的位置點(diǎn)，帶有鮑爾點(diǎn)和圓點(diǎn)的連桿曲線被認(rèn)為具有較長的近似直線和近似圓弧，這一特性往往被應(yīng)用于停歇機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)［14-15］。圖1（a）—（b）分別顯示了能生成帶鮑爾點(diǎn)和帶圓點(diǎn)連桿曲線的平面四連桿機(jī)構(gòu)。其中，A0A為曲柄，AB為連桿，B0B為搖桿，A0B0為機(jī)架桿，Q和S為連桿平面上的連桿點(diǎn)。當(dāng)機(jī)構(gòu)桿長滿足約束條件AB=B0B=BQ和AB=B0B=BS時(shí)［15］，Q和S的運(yùn)動(dòng)軌跡k即為對稱連桿曲線。圖1（a）中，Q的運(yùn)動(dòng)位置Q1為k上的鮑爾點(diǎn)。如將滑塊與連桿點(diǎn)鉸接，使其在T形推桿滑槽中移動(dòng)，此時(shí)與切線L垂直的推桿在圖示運(yùn)動(dòng)位置會(huì)出現(xiàn)短暫的停歇。圖1（b）中，S1是連桿曲線k上的圓點(diǎn)。如將連桿點(diǎn)S串聯(lián)連接桿和擺桿，當(dāng)連接桿的桿長與曲率圓η半徑相等時(shí)，擺桿在圖示運(yùn)動(dòng)位置則會(huì)出現(xiàn)短暫的停歇。

2? 雙鮑爾點(diǎn)連桿曲線導(dǎo)引的開口機(jī)構(gòu)I

2.1? 對稱雙鮑爾點(diǎn)連桿曲線

連桿曲線上的鮑爾點(diǎn)位于倒置拐點(diǎn)圓的包絡(luò)線上［16］。如圖2所示，設(shè)曲柄A0A=1，連桿AB=a=2，搖桿B0B=b=a=2，并取機(jī)架桿A0B0=c=2.76。將曲柄每隔2°對應(yīng)的倒置拐點(diǎn)圓繪制成拐點(diǎn)圓簇（見圖2中的細(xì)實(shí)圓），則可顯示出包絡(luò)線，如圖2中的BK1、BK2、BK3和BK4。其上的連桿點(diǎn)C1、C2、C3和C4的運(yùn)動(dòng)軌跡帶有一個(gè)鮑爾點(diǎn)，表現(xiàn)為有一段近似直線。BK1和BK2在圓f上的Q點(diǎn)處相切，表明Q點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡同時(shí)具有兩個(gè)鮑爾點(diǎn)。此時(shí)，Q點(diǎn)的位置角∠QAB=62.49°。如以圖2曲柄的運(yùn)動(dòng)位置作為初始位置，即設(shè)曲柄轉(zhuǎn)角φ=0°，由圖1（a）所示的

（a=2， b=2， c=2.76）

該機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)簡圖可知，連桿點(diǎn)Q生成的運(yùn)動(dòng)軌跡k上的兩個(gè)鮑爾點(diǎn)Q1（φ=0°）和Q2（φ=180°）同時(shí)位于其對稱中心線B0Q上，即兩段近似直線垂直于對稱中心線。

2.2? 雙鮑爾點(diǎn)連桿曲線導(dǎo)引帶停歇的綜框運(yùn)動(dòng)

將圖2的四連桿機(jī)構(gòu)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)62.49°，使k曲線的對稱中心線B0Q處于豎直位置，然后串聯(lián)綜框的導(dǎo)引組件形成開口機(jī)構(gòu)I，如圖3所示：連桿點(diǎn)Q帶動(dòng)滑塊在推綜桿1的滑槽中移動(dòng)，并帶動(dòng)推綜桿1上下移動(dòng)。在推綜桿1的中間位置鉸接連接桿1帶動(dòng)雙臂擺桿擺動(dòng)，并通過連接桿2帶動(dòng)推綜桿2上下移動(dòng)。推綜桿1和推綜桿2分別固聯(lián)綜框1和綜框2，從而實(shí)現(xiàn)兩層經(jīng)紗的交替上升和下降。綜框平面可根據(jù)具體情況設(shè)置為與機(jī)構(gòu)所在平面垂直或者平行。

基于圖2所示四連桿機(jī)構(gòu)無量綱的尺度關(guān)系，使用SolidWorks 2021構(gòu)建開口機(jī)構(gòu)I的三維模型，尺寸單位取為0.1 m。算例模型示意圖見圖4（a），其中L1=100 mm，L2=200 mm，L3= 200 mm，L4=276 mm，L5=184.76 mm，L6=120 mm，L7=500 mm，L8=129.04 mm，D=60 mm，δ=62.49°。為使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)達(dá)到較好的可視化效果，設(shè)曲柄轉(zhuǎn)速n=10 r/min進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，綜框1的運(yùn)動(dòng)規(guī)律見圖4（b）。

圖4（b）顯示，由于連桿曲線上的鮑爾點(diǎn)與其切線呈三階密切，綜框在最高（φ=0°， 360°， …）和最低位置（φ=180°， 540°， …）時(shí)不僅存在明顯的停頓，而且速度和加速度均為零，符合經(jīng)紗在張力最大時(shí)避免抖動(dòng)和沖擊的工藝要求。

curve with two Ball's points

3? 雙圓點(diǎn)連桿曲線導(dǎo)引的開口機(jī)構(gòu)II

3.1? 對稱雙圓點(diǎn)連桿曲線

在連桿曲線上與其曲率圓三階密切的圓點(diǎn)的集合稱為圓點(diǎn)曲線ku，它通常是一條帶二重點(diǎn)的三階曲線。圖5（a）—（b）分別顯示四連桿機(jī)構(gòu)兩個(gè)特殊運(yùn)動(dòng)位置：內(nèi)位置和外位置。當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)處于這兩個(gè)位置時(shí)，ku分解為圓ku′和直線ku′′，ku′的圓心O是AB0垂直平分線和通過B0B直線ku′′的交點(diǎn)［15，17］。相關(guān)符號(hào)在圖5（a）和（b）中分別用下標(biāo)1和2予以區(qū)別。基于生成對稱連桿曲線的機(jī)構(gòu)桿長約束條件，連桿點(diǎn)S的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)位置S1和S2分別位于圓點(diǎn)曲線ku1′（見圖5（a））和ku2′（見圖5（b））上，因此，此連桿曲線屬于帶有雙圓點(diǎn)的對稱曲線。

3.2? 具有等曲率半徑的雙圓點(diǎn)對稱連桿曲線

在圖1（b）所示的機(jī)構(gòu)中，如S1和S2均為圓點(diǎn)，為使擺桿在連桿點(diǎn)S運(yùn)動(dòng)到S1和S2時(shí)均實(shí)現(xiàn)短暫停歇，需確保圓點(diǎn)S1和S2處的密切圓曲率相等，且曲率半徑為連接桿桿長。

如圖5所示，已知P1和P2分別為內(nèi)位置和外位置連桿的運(yùn)動(dòng)瞬心，設(shè)S10和S20分別為S1和S2處密切圓η1和η2的圓心，根據(jù)歐拉-薩伐里的動(dòng)點(diǎn)軌跡曲率理論［17］，可得關(guān)系式：

1P1S1+1P1S10sin（α1）=1d1（1）

1P2S2+1P2S20sin（α2）=1d2（2）

式（1）—（2）中，P1S1的形式表示點(diǎn)P1和點(diǎn)S1間的距離（下同），d1和d2分別是連桿在兩個(gè)運(yùn)動(dòng)位置的拐點(diǎn)圓（圖中未標(biāo)識(shí)）的直徑，α1和α2分別是直線S1S10和S2S20與瞬心線切線T1和T2的夾角。依據(jù)博比利爾定理，機(jī)構(gòu)處于內(nèi)位置和外位置時(shí)，T1和T2分別與B0B1和B0B2所在直線重合［15］。

同理，針對連桿上的以A0為圓心轉(zhuǎn)動(dòng)的A點(diǎn)，有

1P1A1-1P1A0sin（β1）=1d1（3）

1P2A2-1P2A0sin（β2）=1d2（4）

式（3）—（4）中，β1和β2分別為A1A0和A2A0與瞬心線切線T1和T2的夾角。同樣，設(shè)曲柄A0A=1，連桿AB=a，搖桿B0B=b=a，機(jī)架桿A0B0=c，根據(jù)幾何關(guān)系有：

P1A1=1+c

P1A0=c

β1=arccosc+12a

P1S1=2acos（α1）

P1S10=R-P1S1

α1=90°-（δ+β1）（5）

以及

P2A2=c-1

P2A0=c

β2=arccosc-12a

P2S2=2acos（α2）

P2S20=R-P2S2

α2=（δ+β2）-90°（6）

式（5）—（6）中，δ為連桿點(diǎn)的位置角（見圖5）；R為密切圓曲率半徑，且有：

R=S1S10=S2S20（7）

將式（5）—（6）代入式（1）—（4），在四連桿機(jī)構(gòu)桿長給定的情況下，合并方程，可得到一個(gè)包含未知量δ的方程，通過數(shù)值方法則可求得相應(yīng)解。本研究解得的一組無量綱機(jī)構(gòu)參數(shù)為：a=b=2，c=2.30，α1=6.44°，α2=30.18°，β1=34.41°，β2=71.03°，δ=49.15°，R=6.40，S1S2=0.52，其機(jī)構(gòu)簡圖如圖5所示。

3.3? 雙圓點(diǎn)連桿曲線導(dǎo)引帶停歇的綜框運(yùn)動(dòng)

將圖5（a）所示的四連桿機(jī)構(gòu)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)49.15°，使連桿曲線的對稱中心線B0S處于豎直位置，由連接桿、擺桿及綜框推桿組成的綜框?qū)бM件與之串聯(lián)，形成由雙圓點(diǎn)連桿曲線導(dǎo)引的開口機(jī)構(gòu)II，如圖6所示：由鏡像配置的兩組連桿機(jī)構(gòu)分別帶動(dòng)兩頁綜框，相關(guān)標(biāo)記用編號(hào)1和2予以區(qū)別。連接桿1和2的桿長為R；擺桿設(shè)置為上下擺動(dòng)角度相等，綜框推桿與擺桿的鉸接位置可按綜框輸出動(dòng)程的要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，本算例取擺桿長的0.85；曲柄1和曲柄2之間設(shè)有180°相位差，轉(zhuǎn)向相反。圖6顯示開口機(jī)構(gòu)II的兩種配置方案，分別為綜框推桿鉸接位置與擺桿同側(cè)的方案一（見圖6（a））和異側(cè)的方案二（見圖6（b））。

為分析綜框的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，使用SolidWorks 2021進(jìn)行算例的實(shí)體建模?；谒倪B桿機(jī)構(gòu)無量綱的尺度數(shù)據(jù)，取尺寸單位為0.1 m。圖7（a）為模型示意圖，其中L1=100 mm，L2=200 mm，L3=200 mm，L4=230 mm，L5=261.63 mm，L6=639.77 mm，L7=200 mm，L8=900 mm，δ=49.15°。取曲柄轉(zhuǎn)速n=10 r/min進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，獲得方案一中綜框1的位移、速度及加速度隨曲柄1的變化規(guī)律，如圖7（b）所示。

由圖7（b）可知，開口機(jī)構(gòu)II中綜框的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與開口機(jī)構(gòu)I（圖4（b））相似，綜框在最高和最低位置有明顯的停頓，并且速度和加速度均為零，符合開口運(yùn)動(dòng)的工藝要求。

4? 綜框停歇及梭口對稱度分析

4.1? 綜框停歇水平評估

梭口滿開停頓是織機(jī)開口機(jī)構(gòu)重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)。一般來說，有梭織機(jī)要求綜框的靜止角接近織機(jī)主軸的1/3轉(zhuǎn)，即120°（對應(yīng)曲柄旋轉(zhuǎn)60°），而無梭織機(jī)對靜止角要求較低。傳統(tǒng)噴氣織機(jī)使用的六

連桿開口機(jī)構(gòu)，其靜止角為0［6］。

本研究提出的開口機(jī)構(gòu)I和II均能實(shí)現(xiàn)綜框在極限位置保持一定時(shí)間的停歇。如以綜框動(dòng)程H0為基數(shù)，設(shè)綜框位移為H（φ），綜框高度的極限位置記為Hlim，用綜框位移的相對誤差ε來評估主軸相對靜止角的大小，有：

ε/%=|H（φ）-Hlim|H0×100（8）

基于圖4（b）和圖7（b）的位移數(shù)據(jù)，對開口機(jī)構(gòu)I和II中綜框長停歇期和短停歇期對應(yīng)的織機(jī)主軸相對靜止角進(jìn)行評估，結(jié)果見表1。

由表1可知，開口機(jī)構(gòu)I在綜框兩個(gè)極限位置均存在較長的停歇，時(shí)間差異性??；而開口機(jī)構(gòu)II對應(yīng)的主軸兩次相對靜止存在較大的時(shí)間差異，適用于允許有上下層經(jīng)紗滿開停頓時(shí)間差要求的場合。在5%的相對誤差范圍內(nèi)，開口機(jī)構(gòu)I和II的靜止角分別為約150°，40°和200°。

4.2? 梭口上下對稱度分析

將綜框上、下動(dòng)程的比值（≤1）作為梭口上下對稱度指標(biāo)，本研究提供的開口機(jī)構(gòu)I和II的算例所對應(yīng)的梭口對稱度分別為0.83、0.52。

傳統(tǒng)織機(jī)開口機(jī)構(gòu)往往要求梭口具有上下對稱性。連桿開口機(jī)構(gòu)梭口的對稱度可通過綜框?qū)бM件參數(shù)的選擇進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，針對開口機(jī)構(gòu)I，本研究提供的算例是將雙臂擺桿設(shè)定為綜平水平，如將綜平位置擺桿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°，其綜框1的上、下動(dòng)程之比即可從0.83調(diào)整至0.98。

隨著新型織機(jī)引緯方式的多樣化，需要有開口、閉口角不同及不對稱動(dòng)程等多種形式梭口與之相適應(yīng)［18-19］。動(dòng)程非對稱梭口已被應(yīng)用于新型織機(jī)的設(shè)計(jì)中。理想的經(jīng)位置線根據(jù)織物需求和引緯方式可選擇上翹或下沉［20］。例如，當(dāng)劍桿織機(jī)的經(jīng)位置線為下沉狀態(tài)時(shí)，綜平時(shí)經(jīng)紗除了上機(jī)張力，由于疊加了由附加伸長形成的張力，總張力變大，織物平整光潔。梭口滿開時(shí)，上、下層經(jīng)紗張力無差異，經(jīng)紗斷頭少，開口清晰［18］。圖8（a）顯示開口機(jī)構(gòu)II的方案一中兩頁綜框的位移曲線，其特點(diǎn)為上層經(jīng)紗動(dòng)程小，下層經(jīng)紗動(dòng)程大，如應(yīng)用于圖8（b）所示的經(jīng)位置線上翹的場合，可減小上層經(jīng)紗的動(dòng)態(tài)附加張力。圖8（c）顯示開口機(jī)構(gòu)II的方案二中兩頁綜框的位移曲線，其特點(diǎn)為上層經(jīng)紗動(dòng)程大，下層經(jīng)紗動(dòng)程小，如應(yīng)用于圖8（d）所示的經(jīng)位置線下沉的場合，則可減小下層經(jīng)紗的動(dòng)態(tài)附加張力。

另外，增加下層經(jīng)紗滿開停頓時(shí)間、減少上層經(jīng)紗停頓時(shí)間的非對稱梭口的設(shè)計(jì)思想［21］與開口機(jī)構(gòu)II的方案二（圖8（c））相吻合。

4.3? 與傳統(tǒng)連桿開口機(jī)構(gòu)比較

以前的四連桿和六連桿開口機(jī)構(gòu)均不存在梭口滿開的靜止期。新近研究通過變速驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了四連桿機(jī)構(gòu)對綜框三段式運(yùn)動(dòng)規(guī)律的控制［8］，而本研究的開口機(jī)構(gòu)I通過勻速驅(qū)動(dòng)即能實(shí)現(xiàn)綜框三段式的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，顯示了開口機(jī)構(gòu)I在設(shè)計(jì)方法上的有效性。不利用變速驅(qū)動(dòng)，一種基于圓點(diǎn)連桿曲線導(dǎo)引的，能實(shí)現(xiàn)綜框停歇的改進(jìn)型六連桿機(jī)構(gòu)［7］可作為本研究提出的開口機(jī)構(gòu)II的對照機(jī)構(gòu)進(jìn)行比較。首先，開口機(jī)構(gòu)II采用的是兩組連桿機(jī)構(gòu)，并通過兩個(gè)單臂擺桿分別帶動(dòng)兩頁綜框，使兩頁綜框的運(yùn)動(dòng)規(guī)律清晰可控。對照機(jī)構(gòu)是利用雙臂擺桿帶動(dòng)兩頁綜框，使其交替升降。由于綜框上、下動(dòng)程的對稱度低，在主動(dòng)綜框的運(yùn)動(dòng)規(guī)律通過擺桿傳遞至從動(dòng)綜框過程中會(huì)出現(xiàn)難以避免的不清晰梭口或開口時(shí)間不穩(wěn)定等問題，因此開口機(jī)構(gòu)II更具應(yīng)用性。其次，在連接桿桿長R（涉及開口設(shè)備的尺寸）與其豎直方向的動(dòng)程S1S2（涉及輸出的梭口大小）之比值方面，開口機(jī)構(gòu)II為6.40/0.52，而對照機(jī)構(gòu)為2.85/0.14［7］，對照機(jī)構(gòu)約為開口機(jī)構(gòu)II的1.7倍，說明開口機(jī)構(gòu)II的結(jié)構(gòu)更緊湊。

5? 結(jié)論

帶雙鮑爾點(diǎn)連桿曲線和帶雙圓點(diǎn)連桿曲線均為特殊連桿曲線。利用鮑爾點(diǎn)處較長的近似直線和圓點(diǎn)處較長的近似圓弧可以引導(dǎo)綜框?qū)崿F(xiàn)梭口滿開時(shí)停頓，為寬幅織機(jī)的順利引緯提供保障?；诖嗽?，本研究提出了新型連桿開口機(jī)構(gòu)I和開口機(jī)構(gòu)II。兩種機(jī)構(gòu)均由四連桿機(jī)構(gòu)和綜框?qū)бM件組成，四連桿機(jī)構(gòu)的曲柄、連桿、搖桿和機(jī)架桿桿長比分別為1∶2∶2∶2.76、1∶2∶2∶2.3，連桿點(diǎn)位置角分別為62.49°、49.15°，其與搖桿相連的連接桿與連桿等長。模擬算例計(jì)算結(jié)果顯示，當(dāng)曲柄勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，這兩種機(jī)構(gòu)綜框的運(yùn)動(dòng)規(guī)律均符合開口運(yùn)動(dòng)的基本要求：a）梭口有明確的開啟、靜止和閉合的時(shí)間段，相對靜止角分別為約150°，40°和200°；b）綜框運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，在兩個(gè)極限位置時(shí)的速度及加速度均為0。

針對開口機(jī)構(gòu)I和II，在所提供的模擬算例基礎(chǔ)上，通過調(diào)整和優(yōu)化機(jī)構(gòu)參數(shù)，以及伺服電機(jī)的輔助，可以進(jìn)一步開發(fā)適用于多種織造需求的開口機(jī)構(gòu)。本研究顯示了連桿曲線導(dǎo)引機(jī)構(gòu)在紡織機(jī)械中的應(yīng)用前景，使低副機(jī)構(gòu)替代高副機(jī)構(gòu)，為低成本織機(jī)的開發(fā)創(chuàng)造了條件。

參考文獻(xiàn)：

［1］李盛鐸. 連桿齒輪開口機(jī)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)［J］. 紡織學(xué)報(bào)， 1993， 14（11）： 19-21.

LI Shengduo. Analysing and designing of link-gear shedding mechanism［J］. Journal of Textile Research， 1993， 14（11）： 19-21.

［2］季海彬，周香琴，成小軍. 基于開口工藝要求的多臂機(jī)機(jī)構(gòu)參數(shù)分析［J］．浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2016， 35（2）： 205-210.

JI Haibin， ZHOU Xiangqin， CHENG Xiaojun. Analysis on mechanism parameters of dobby based on requirement of opening process［J］. Journal of Zhejiang Sci-Tech University （Natural Sciences Edition）， 2016， 35（2）： 205-210.

［3］邱海飛，李春風(fēng)，陳銘，等. 一種外置式高速織機(jī)共軛凸輪開口設(shè)計(jì)［J］. 機(jī)械設(shè)計(jì)， 2022， 39（11）： 1-6.

QIU Haifei， LI Chunfeng， CHEN Ming， et al. Design of high-speed loom's external conjugate cam shedding mechanism［J］. Journal of Machine Design， 2022， 39（11）： 1-6.

［4］陳登，梁海順，馬志燕. PLC控制液壓電子開口裝置的變頻回路［J］. 現(xiàn)代紡織技術(shù)， 2005， 13（5）： 27-28.

CHEN Deng， LIANG Haishun， MA Zhiyan. Frequency-changing loop of PLC controlling hydraumatic electronic shedding motion［J］. Advanced Textile Technology， 2005， 13（5）： 27-28.

［5］ALA D M， ELIK N. Design of an electropneumatic shedding mechanism for a sampling loom［J］. The Journal of the Textile Institute， 2021，112（6）： 965-975.

［6］董慧琴，萬根祥. 噴氣織機(jī)六連桿開口機(jī)構(gòu)分析［J］.紡織學(xué)報(bào)， 1982， 3（7）： 21-26.

DONG Huiqin， WAN Genxiang. The six-bar linkage shedding mechanism of air-jet looms［J］. Journal of Textile Research， 1982，3（7）： 21-26.

［7］楊玉萍，吳云，曹清林. 平面六連桿開口機(jī)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)［J］. 南通工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1996， 12（3）： 10-15.

YANG Yuping， WU Yun CAO Qinglin. An improved design for the planar six-bar linkage shedding mechanism［J］. Journal of Nantong Institute of Technology（Natural Science Edition）， 1996， 12（3）： 10-15.

［8］袁汝旺，魏曉. 變速驅(qū)動(dòng)下電子開口機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)建模及工藝優(yōu)化［J］. 天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2023， 42（1）： 81-88.

YUAN Ruwang， WEI Xiao. Modeling and craft optimization of electronic shedding mechanism under variable speed drive ［J］. Journal of Tiangong University， 2023， 42（1）： 81-88.

［9］HARTENBERG R S. Early coupler-point curves［J］. Journal of Mechanisms，1969， 4（2）： 167-170.

［10］劉文瑞，孫建偉，褚金奎. 基于小波特征參數(shù)的平面四桿機(jī)構(gòu)軌跡綜合方法［J］. 機(jī)械工程學(xué)報(bào)， 2019， 55（9）： 18-28.

LIU Wenrui， SUN Jianwei， CHU Jinkui. Synthesis method for path generation of a planar four-bar mechanism based on the wavelet feature parameters ［J］. Journal of Mechanical Engineering， 2019， 55（9）： 18-28.

［11］NOLLE H. Linkage coupler curve synthesis： A historical review： II. Developments after 1875［J］. Mechanism and Machine Theory， 1974， 9（3/4）： 325-348.

［12］CHANDRA SHEKHAR A， SHAIK H S， SHAHAB S. Analysis of Geneva mechanism using dwell symmetrical coupler curve mechanism［J］. Materials Today： Proceedings， 2021， 39：1402-1406.

［13］SHIWALKAR P B， Moghe S D， Modak J P， A novel approach to synthesis of double dwell crank rocker mechanisms［J］. International Journal of Mechanical and Production Engineering Research and Development， 2019， 9： 168-175.

［14］SANCHEZ-MARIN F， RODA-CASANOVA V. An approach for the global search for top-quality six-bar dwell linkages［J］. Mechanism and Machine Theory， 2022， 176： 104974.

［15］貝伊爾. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)綜合： 平面機(jī)構(gòu)尺寸綜合理論基礎(chǔ)［M］. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 1987： 84-243.

BEI Yier.Synthesis of Mechanism Kinematics： Theoretical Basis for Dimensional Synthesis of Planar Mechanisms［M］. Beijing： China Machine Press， 1987： 84-243.

［16］詹葵華，劉敬資. 連桿曲線直線導(dǎo)引有限接近法全面解［J］. 機(jī)械設(shè)計(jì)， 2009， 26（11）： 24-26.

ZHAN Kuihua， LIU Jingzi. Comprehensive solution on finite approaching method for straight line guidance of connecting rod curves［J］. Journal of Machine Design， 2009， 26（11）： 24-26.

［17］DIJKSMAN E E. Approximate straight-line mechanisms through four-bar linkages［J］. Romanian Journal of Technical Science： Applied Mechanics， 1972， 17（2）： 319-372.

［18］沈世德，呂仕元. 綜框運(yùn)動(dòng)規(guī)律新探［J］. 紡織學(xué)報(bào)， 1991， 12（10）： 456-457.

SHEN Shide， L Shiyuan. An investigation on patterns of heald frame motion［J］. Journal of Textile Research， 1991， 12（10）： 456-457.

［19］GOKARNESHAN N， VARADARAJAN B， SENTHIL KUMAR C B. Mechanics of Shedding Motion in Weaving［M］//Mechanics and Calculations of Textile Machinery. Amsterdam： Elsevier， 2013： 135-144.

［20］王紹斌. 噴氣織機(jī)的梭口形狀尺寸對經(jīng)紗張力變化的影響［J］. 四川紡織科技， 2002（4）： 10-12.

WANG Shaobin. Influence of air jet loom's shed dimension on warp tension［J］. Progress in Textile Science & Technology， 2002（4）： 10-12.

［21］陳明，畢麗蘊(yùn). 用于劍桿織機(jī)的一種非對稱梭口的多臂［J］. 中國紡織大學(xué)學(xué)報(bào)， 1998， 24（1）： 66-67.

CHEN Ming， BI Liyun. About an asymmetrical shedding dobby for rapier looms［J］. Journal of China Textile University. 1998， 24（1）： 66-67.

Design of shedding mechanisms guided by coupler curves

ZHAN? Kuihua1a，? ZHU? Jiacheng2，? BAI? Lun1b

（1a.School of Mechanical and Electrical Engineering; 1b.College of Textile and Clothing Engineering，

Soochow University， Suzhou 215137， China; 2.School of Intelligent Manufacturing and Intelligent

Transportation， Suzhou City University， Suzhou 215104， China）

Abstract：

The loom shedding mechanism is designed to achieve the heald frame motion that includes three periods of opening， pause and closing. To ensure the easiest passage of weft carrier， the pause period is an important condition for most looms' shed-forming device. However， due to the lack of pause in heald frame motion， the traditional linkage shedding mechanisms have become difficult to adapt to the technological requirements for modern high-speed and wide-width looms， and cam shedding mechanisms are becoming more widely used.

This study introduces the concept of special coupler curve guidance and applies the principle that coupler curves with Ball's point or circling-point can make the follower pause to improve the previous design approaches of shedding mechanism. Specifically， because the coupler curves with Ball's point or circling-point have long approximate straight-lines or circular arcs， they can enable the heald frame as a follower to perform linear reciprocating movement with dwells at the limit positions by reasonable design.

In this paper， we proposed two novel linkage shedding mechanisms guided by the symmetric coupler curves with two Ball's points and two circling-points （hereafter called shedding mechanism I and shedding mechanism II）. The symmetric coupler curve with two Ball's points was obtained by a graphical method based on the inverted inflexion circles， while the symmetric coupler curve with two circling-points where the radii of curvature are equal

was obtained by the analytic method based on Euler-Savary's theory of curvature of point trajectory. In shedding mechanisms I and II， the length ratios of the crank， coupler， rocker and frame are 1∶2∶2∶2.76 and 1∶2∶2∶2.3， with the position-angles of the coupler-points of 62.49°and 49.15°， respectively， and the lengths of

the rods connected to the rockers are

equal to that of the couplers.

Additionally， in shedding mechanism I， the coupler-point directly drives the heald frame， while in shedding mechanism II， the heald frame is driven by a composite component composed of the connecting rod， swing-rod and pushing rod.

The results of the heald frame motion show that： （1） both shedding mechanism I and II can make the heald frames pause at two limit positions， with dwell times of around 150° as well as 40°and 200° （loom's main shaft angle）， respectively， indicating that there is a long shed dwell time; （2） the velocities and accelerations of the heald frames at two limit positions are both 0， indicating that the motions of the heald frames are stable， without flexible impact.

In conclusion， the proposed new linkage-type shedding mechanisms meet the requirements of loom shedding motion. Our study fully demonstrates application prospects of coupler curve guidance mechanisms in textile machinery， and the replacement of high pair with low pair will create conditions for the development of low-cost looms.

Keywords：

loom; shedding mechanism; four-bar linkage mechanism; coupler curve; shed