第42卷㊀第1期2021年1月纺㊀织㊀学㊀报Journal of Textile ResearchVol.42,No.1Jan.,2021DOI :10.13475/j.fzxb.20200401309空间连杆引纬机构柔性铰间隙动态特性研究李㊀博1,2,胡㊀凯1,2,金国光1,2,魏㊀展1,2,畅博彦1,2(1.天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室,天津㊀300387;2.天津工业大学机械工程学院,天津㊀300387)摘㊀要㊀为提升高速剑杆织机的运行效率,深入研究运动副间隙给空间连杆引纬机构运动输出带来的影响㊂首先,采用矢量法对空间连杆引纬机构进行运动学仿真,选择适合高速剑杆织机工况下的Lankarani -Nikravesh 建模方法;其次,将计算得到的运动学参数与柔性铰碰撞力模型相结合,使用Newton -Euler 方法对系统运动输出部分进行动力学分析;结合具体工程实例,求解不同间隙下系统的动态特性;最后,通过虚拟样机检测数据校核并与刚性铰间隙碰撞建模方法进行输出对比和误差分析㊂结果表明:间隙的增加会导致剑头加速度的剧烈波动,进而影响空间连杆引纬机构平稳接纬和剑头准确夹持纬纱;在间隙值为0.5mm 时,采用柔性铰方法能将剑头位移的峰值误差缩小69.4%,有效提升工作精度㊂关键词㊀引纬机构;柔性铰;穿刺深度;接触碰撞力;剑杆织机中图分类号:TS 103.33㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀收稿日期:2020-04-07㊀㊀㊀修回日期:2020-09-03基金项目:国家自然科学基金项目(51475330);天津市自然科学基金项目(16JCZDJC38500,17JCQNJC03900,17CQNJC03600,18JCQNJC05300)第一作者:李博(1983 ),男,讲师,博士生㊂主要研究方向为纺织机械动力学㊂通信作者:金国光(1963 ),男,教授,博士㊂主要研究方向为机器人机构学㊁系统动力学与控制㊁纺织机械动力学㊂E-mail :jinguoguang@ ㊂Research on dynamic characteristics of spatial-linkage weft insertion mechanism considering flexible hinge clearanceLI Bo 1,2,HU Kai 1,2,JIN Guoguang 1,2,WEI Zhan 1,2,CHANG Boyan 1,2(1.Tianjin Key Laboratory of Advanced Mechatronics Equipment Technology ,Tiangong University ,Tianjin㊀300387,China ;2.School of Mechanical Engineering ,Tiangong University ,Tianjin ㊀300387,China )Abstract ㊀In order to improve the operation efficiency of high-speed rapier loom,the complex influence of the joint clearance on the motion output of the spatial-linkage weft insertion mechanism was studied.Kinematic simulation of the mechanism was firstly carried out by using the vector method,and a variety of discontinuous contact force models considering energy dissipation were compared.The Lankarani-Nikravesh modeling method suitable for high-speed rapier loom was selected.Secondly,combining the calculated kinematic parameters of the spatial linkage with the impact force model of the flexible hinge,the dynamic analysis of the output part of the system was carried out by the Newton-Euler bined with specific engineering practice,the dynamic characteristics of the system with different clearances were worked on.Based on the validation of the virtual prototype test data and the output comparison and error analysis with the rigid hinge clearance collision modeling method.The results show that the increase of clearance leads to sharp fluctuation in rapier head acceleration,affecting the smooth pick-up and accurate weft clamping.When the clearance value is 0.5mm in particular,the peak error of rapier head displacement is reduced by 69.4%by using flexible hinge method,effectively improving the operating accuracy.Keywords ㊀weft insertion mechanism;flexible hinge;penetration depth;contact impact force;rapier loom㊀㊀㊀纺织学报第42卷㊀㊀随着纺织机械行业的迅速发展,无梭织机以其体积小㊁能耗低㊁速度快成为目前纺织机械领域的主流产品[1]㊂剑杆织机作为无梭织机中的典型代表,因纱线适配类型丰富㊁产品后期可拓展性强等特点,应用越来越广泛[2]㊂常见的剑杆织机引纬机构包括共轭凸轮㊁差动轮系㊁变导程螺旋㊁空间连杆㊁电子引纬等㊂其中,空间连杆引纬机构因运动规律易控制㊁传动效率高等特点,被诸如比利时PICANOL等剑杆织机生产厂商广泛应用[3]㊂在空间连杆引纬机构高速运转过程中,因制造㊁装配㊁磨损等原因形成的运动副间隙必然会给系统的运行带来多种影响[4-6]㊂如:使系统呈现非线性特征,降低机构的运动精度,引起冲击动载荷造成运动副破坏和磨损等㊂针对机构间隙的研究,始于20世纪70年代, Earles等学者提出了含间隙机构的连续接触模型,该模型将间隙等效为长度固定且无质量的间隙杆,通过间隙杆的速度突变,来判断是否发生碰撞[7]㊂在此基础之上,研究人员将间隙碰撞过程描述为 接触 碰撞 分离 的3种状态转化,建立了间隙运动副经典碰撞模型[8]㊂然而,以上模型均无法准确求解间隙碰撞力㊁间隙偏心距轨迹等动态特性㊂要研究含间隙系统的完整动态性能,就必须考虑柔性铰间隙作用机制,建立包含弹簧力和阻尼力的非线性接触碰撞力模型[9]㊂早期的线性简化模型在其描述碰撞过程中没有体现柔性铰压缩和恢复过程中的能量耗散[10]㊂随后出现的Kelvin-Voigt线性弹性模型包含了接触刚度和阻尼,但是没有表征恢复系数和初始碰撞速度[11]㊂Hunt等人在Kelvin-Voigt模型的基础之上提出了Hunt-Crossley模型,奠定了现代非线性接触碰撞力模型的基本框架[12]㊂近年来,Lankarani㊁Flores㊁Bai等在Hunt-Crossley模型的基础上,提出了多种考虑能量耗散因素的非线性间隙碰撞力模型[13-15]㊂目前,国内将柔性铰间隙碰撞模型应用到空间连杆引纬机构运动学与动力学分析中的研究相对较少,相关工作的开展尤为迫切㊂本文针对空间连杆引纬机构进行运动学分析,将柔性铰间隙作用机制引入到系统的动态求解中,结合Lankarani-Nikravesh模型和Newton-Euler方法建立动力学模型,研究间隙对引纬过程的直接影响,为今后剑杆织机的稳定性研究㊁性能优化和磨损评估等工作奠定了理论基础㊂1㊀空间连杆引纬机构简介剑杆织机因其换色便捷,适宜多色纬织物,而被广泛应用于色织布㊁双层绒类织物㊁毛圈织物和装饰织物的生产[16],其引纬机构结构示意图如图1所示㊂1 传动曲柄;2 空间连杆;3 十字摇轴;4 连杆;5 扇形齿轮;6 传动小齿轮;7 剑带轮;8 剑带㊂图1㊀空间连杆引纬机构结构简图Fig.1㊀Diagram of spatial-linkage weft insertion mechanism剑杆织机的空间连杆引纬机构由3个部分组成,分别是空间连杆组成的运动输入部分(图1中的1㊁2㊁3)㊁平面连杆组成的运动传递部分(图1中的4)和由齿轮轮系㊁剑带㊁剑头组成的动程放大部分(图1中的5㊁6㊁7㊁8)㊂通过动程放大部分,可将空间连杆的运动规律放大输出到剑带和剑头处㊂整个机构的构件通过大量铰接副连接,具有良好的紧凑性和运动稳定性,同时具有主轴转速高㊁传动路线短等优点,但该机构在运动规律设计方面较为复杂,装配精度要求较高,长时间运行,容易产生相对较大的运动副间隙;因此,有必要深入研究间隙对空间连杆引纬机构的动态性能影响㊂2㊀柔性铰间隙接触碰撞力模型选择本文采用柔性铰间隙模型描述机构铰间间隙碰撞(见图2)㊂考虑到间隙碰撞过程中运动副中心的碰撞变形,将整个碰撞运动过程描述为分离㊁碰撞㊁接触㊁压缩(恢复)等几种状态,通过间隙偏心距与间隙值的差值,判断碰撞是否发生㊂其中:R J为轴销半径,mm; R B为轴套内径的半径,mm;c为间隙尺寸,mm㊂间隙碰撞同时存在法向碰撞力和切向碰撞力,而高速剑杆织机的空间连杆引纬机构通常具有良好润滑的工况条件;因此,暂不考虑含间隙运动副中切向碰撞力即摩擦力对机构运动带来的影响㊂在碰撞力模型的选取中,常用的模型包括简㊃641㊃第1期李㊀博等:空间连杆引纬机构柔性铰间隙动态特性研究㊀㊀㊀图2㊀含间隙转动铰模型(柔性铰)Fig.2㊀Revolute joint with clearance(flexible hinge)易接触碰撞力模型㊁Lankarani -Nikravesh 模型㊁Flores 模型㊁Hunt -Crossley 模型等㊂通过文献[18]可知:简易模型不考虑能量耗散,不能表征间隙碰撞过程中的阻尼力;Hunt -Crossley 模型适用于高恢复系数的正碰撞;Flores 模型适用于完全弹性或者完全塑性的碰撞环境;Lankarani -Nikravesh 模型能够反映碰撞体的材料性质㊁几何特征及运动状态对碰撞过程的影响,其碰撞压缩与恢复阶段的能量耗散基本上相当㊂综上,本文选用Lankarani -Nikravesh 模型描述工况下空间连杆引纬机构的间隙碰撞㊂3㊀空间连杆引纬机构的动态建模3.1㊀无间隙状态下机构的运动学分析图3示出空间连杆机构简化模型㊂l ᶄ1㊁l ᶄ2和l 1为杆OAᶄ㊁AᶄB ㊁AB 空间连杆部分的长度,mm;l 1㊁l 2㊁l 3为杆AB ㊁BC ㊁CD 平面连杆部分的长度,mm;α为主轴转角;θ1㊁θ2㊁θ3分别为杆AB ㊁BC ㊁CD 与y 轴的夹角;β㊁γ分别为杆AD ㊁CD 与BD 连线的夹角㊂图3㊀空间连杆机构简化模型Fig.3㊀Simplified model of spatial-linkage mechanism首先对空间连杆部分应用矢量法建立运动学模型OAᶄң+AᶄBᶄң=OA ң+ABң(1)㊀㊀将上述向量分别向x ,y ,z 轴投影,可得到x ңOA ᶄ+x ңAᶄB =x ңOA +x ңAB y ңOAᶄ+y ңAᶄB =y ңOA +y ңAB z ңOAᶄ+z ңAᶄB =z ңOA +z ңAB ìîíïïïï(2)求解可得杆BC 的运动规律θ1=arccosl ᶄ1sin αl ᶄ1()2sin 2α+l 2OA éëêêùûúú-arcsin l ᶄ2()2-l ᶄ1()2-l 21-l 2OA 2l 1l ᶄ1()2sin 2α+l 2OA éëêêùûúú(3)通过矢量法对杆AD 的运动规律求解得β=arccosl 4-l 1cos θ1l 21+l 24-2l 1l 4cos θ1()(4)γ=arccosl 21-l 22+l 23+l 24-2l 1l 4cos θ12l 3l 21+l 24-2l 1l 4cos θ1()(5)由式(4)㊁(5)可求得θ3如下式θ3=π-β-λ(6)㊀㊀杆CD 是由扇形齿轮简化而得到的,扇形齿轮通过与小齿轮的啮合,带动剑带轮和剑带的往复运动,进而完成引纬动作,因此,剑头的运动规律可通过以下表达式求解:x J =d 1d 32d 2θ3(7)式中:d 1㊁d 2㊁d 3分别为扇形齿轮㊁小齿轮和剑带轮的分度圆直径,mm㊂将式(7)对时间t 求导,即可得到理想无间隙状态下剑头速度和剑头加速度的表达式㊂本文研究对象为应用于JWG1732型高速剑杆织机中的空间连杆引纬机构,下文动力学分析和工程实例均以此机构为研究对象,不再重述㊂参与计算的主轴转速选择500r /min,经过测量,d 1㊁d 2㊁d 3分别为:250㊁65和369mm,其余各构件长度见表1㊂表1㊀各构件长度Tab.1㊀Length of each componentmml ᶄ1l ᶄ2l 1l 2l 3l 4l OA206.5298.6160400280480144.6将各参数代入式(7)并通过编程仿真,即可求解理想无间隙状态下剑头的运动学规律㊂运动规律如图4所示㊂由图4可知:当主轴转角为60ʎ~105ʎ时,剑带带动剑头进行送纱运动,此时为了增加工作效率,需要剑头速度迅速增加;当主轴转角为105ʎ~255ʎ时,引纬剑头和接纬剑头进行纬纱交接,剑头加速度变化较为平缓;当主轴转角为255ʎ~300ʎ时,剑头回程,剑头速度呈现快速退回的运动特性;当主轴转角为300ʎ~360ʎ与0ʎ~60ʎ时,纱线准备再次进入梭口,此时剑头速度和加速度曲线相对平稳,以确保剑头准确夹持纬纱㊂㊃741㊃㊀㊀㊀纺织学报第42卷图4㊀理想无间隙状态下剑头运动规律Fig.4㊀Kinematic curves of rapier head without clearance.(a)Displacement;(b)Speed;(c)Acceleration3.2㊀用于柔性铰间隙作用的动力学建模在多体系统动力学的建模方法中,常用的方法分别是Newton-Euler方法㊁Lagrange方法和Kane方法㊂Newton-Euler方法可应用在系统构件数量有限,结构不复杂的机构中,其特点是表达式物理意义明确,拓展性强;Lagrange方法通过对系统整体动能㊁势能的求解,在系统构件相对较多的时候比Newton-Euler方法具有更少的方程求解量;Kane方法兼具矢量法和分析法的特点,但其求解偏速度㊁偏角速度等表达式物理意义不明晰,且广义速率的选取较难㊂综上,本文采用Newton-Euler方法对含间隙系统建立动力学模型㊂图5示出含间隙连杆部分㊂B为含间隙运动副,s1㊁s2和s3分别为连杆AB㊁BC和CD的质心;e 为间隙运动副B处的偏心距矢量;φ为偏心距矢量与y轴的夹角;F1y㊁F1z分别为接触碰撞力F N在y 轴和z轴方向的分量㊂图5㊀含间隙连杆部分Fig.5㊀Linkage mechanism with clearance通过前文的对比分析,接触碰撞力模型选取Lankarani-Nikravesh模型,即F N=Kδn1+31-c2e()δ㊃4δ㊃(-)éëêêùûúú(8)式中:K为接触刚度,N/m;c e为恢复系数;δ为穿刺深度,mm;δ㊃为穿刺速度,m/s;δ㊃(-)为初始碰撞速度,m/s㊂穿刺深度可表示为δ=e-r(9)式中,r为运动副间隙,mm㊂间隙偏心距e与y轴的夹角为φ可表示为φ=arctane ze y()(10)㊀㊀通过Newton-Euler方法对系统建立动力学模型,拆分杆BC并受力分析可得F1y-F2y=m2y㊆s2F1z-F2z-m2g=m2z㊆s2J2θ㊆2=F1y l22sinθ2-R1+e()sinφéëêêùûúú+F2yl22sinθ2-F1zl22cosθ2-R1+e()cosφéëêêùûúú-F2zl22cosθ2ìîíïïïïïïïïï(11)式中:R1为B运动副处的轴销半径,mm;J2为杆BC 的转动惯量,kg㊃m2;m2为杆BC的质量,kg;F2y和F2z为C副处的约束反力在y轴方向和z轴方向的分量㊂杆AB和杆CD也需要通过同样的方法进行分析㊂通过矢量法对B㊁C㊁D副进行描述,并整理上式可得到如下动力学方程:θ㊆2=2m2l2l3cosθ2-θ3()4J2+m2l22θ㊆3+2m2l2l3sinθ2-θ3()4J2+m2l22θ㊃23+ 4l2sinθ2-φ()4J2+m2l22F N+2m2gl2cosθ24J2+m2l22(12)㊃841㊃第1期李㊀博等:空间连杆引纬机构柔性铰间隙动态特性研究㊀㊀㊀θ㊆3=2l 32cos φtan θ2cos θ3-2sin φcot θ2sin θ3+sin θ3-φ()[]2J 3-m 2l 23sin2θ3tan θ2+cot θ2()F N -8l 3J 2sin θ2+θ3()l 2sin2θ22J 3-m 2l 23sin2θ3tan θ2+cot θ2()[]θ㊆2-m 2l 3l 22sin2θ2tan θ2sin θ2cos θ3+cot θ2cos θ2sin θ3()l 2sin2θ22J 3-m 2l 23sin2θ3tan θ2+cot θ2()[]θ㊆2-m 2l 2l 3sin θ2-θ3()2J 3-m 2l 23sin2θ3tan θ2+cot θ2()θ㊃22+2m 2l 23tan θ2cos 2θ3-cot θ2sin 2θ3()2J 3-m 2l 23sin2θ3tan θ2+cot θ2()θ㊃23-2l 3m 2g cot θ2sin θ3+12m 3g cos θ3()2J 3-m 2l 23sin2θ3tan θ2+cot θ2()(13)式中:J 3为杆CD 的转动惯量,kg ㊃m 2;m 3为杆CD的质量,kg㊂以上动力学方程选取e x ㊁e y ㊁e ㊃x ㊁e ㊃y ㊁θ2㊁θ3㊁θ㊃2㊁θ㊃3为广义坐标,通过求解,可直接得到剑头的运动规律;而通过e x ㊁e y ㊁e ㊃x ㊁e ㊃y ,可计算得到B 副处的碰撞力㊁系统的驱动力矩等动力学参数㊂4㊀工程实例分析4.1㊀具体工程实例分析在实际工业生产中,通常情况下引纬机构运动副的静态间隙为0.05mm 左右,而在高速运转过程中,运动副间隙可达到0.20mm 及以上㊂考虑到系统运行过程中的冲击动载荷变化及长时间运行产生磨损,以下分析的间隙取值分别为0.05㊁0.2和0.5mm㊂另,除表1涉及的构件长度参数外,其他相关参数取值见表2所示㊂表2㊀相关参数取值Tab.2㊀Relevant parameter valuesc eK /(N ㊃m -1)质量/kg m 2m 3转速/(r ㊃min -1)转动惯量/(10-3kg ㊃m 2)J 1J 2J 30.96.61ˑ101021.54850077.1333.5210.45通过模型计算可得到以下动态特性曲线,见图6所示㊂图6㊀不同间隙下系统的动态特性Fig.6㊀Dynamic characteristics with different clearances.(a)Displacement;(b)Speed;(c)Acceleration;(d)Phase diagram;(e)Impact force㊀㊀由图6可知:间隙在0.05~0.5mm 范围内变化时,对于剑头位移的峰值影响是相对较小的;当间隙大于0.2mm 以后,剑头速度在整个运动周期内呈现较大幅度波动,参照系统相图可知,在主轴转角0ʎ~60ʎ与300ʎ~360ʎ这2个区间内,剑头速度波动频率相对较高,运动规律中 快进 和 急回 特性的稳定性受到削弱,这将对织机重新拾取纱线并再次进入梭口带来不利影响;间隙对于剑头加速度的作用是最大的㊂当间隙为0.05mm 时,加速度曲线波动较小㊂当间隙达到0.2mm 时,加速度曲线在主轴转角105ʎ~255ʎ区间内出现了1个较大幅度的波动,此时引纬剑头与接纬剑头正在进行纬纱交接,剑㊃941㊃㊀㊀㊀纺织学报第42卷头加速度的波动会对平稳接纬带来一定程度的干扰㊂而当间隙继续增加至0.5mm时,加速度曲线在整个运动周期内剧烈波动,这将会造成剑头对纱线的冲击力大幅度增加,断纬率也随之提升;最后,通过不同间隙下碰撞力的对比可知,当间隙在0.05~0.2mm之间时,碰撞力存在2个较突出峰值,分别出现在主轴转角60ʎ至120ʎ和240ʎ~300ʎ这2个区间,结合引纬工艺可知,在剑头的送纱运动和回程过程中,含间隙运动副会出现相对较多的磨损㊂当间隙逐渐增大至0.5mm时,随着碰撞的多次出现,间隙碰撞力在整个运动区间内大范围振荡,运动副磨损区域大幅增加㊂综上,为了保证引纬效率㊁织物质量和机构运行寿命,应尽可能将运动副间隙控制在0.5mm以内㊂4.2㊀虚拟样机检测校核及刚性铰方法对比为校核本文动力学建模方法的准确性并讨论该方法的适用范围,建立以实测数据为基础的虚拟样机(见图7)㊂对虚拟样机检测数据进行采集,并与目前工程领域中常见的刚性铰建模方法进行对比㊂图7㊀空间连杆引纬机构虚拟样机Fig.7㊀Virtual prototype of spatial linkage weft insertion首先对速度曲线进行对比,如图8所示㊂在间隙为0.05mm时,柔性铰方法㊁刚性铰方法和虚拟样机检测数据无论从幅值还是数值曲线的重合度都是比较高的;当间隙提高到0.2mm时,柔性铰方法和虚拟样机检测数据的速度曲线在主轴转角120ʎ~ 240ʎ区间内出现了一定范围的波动,而刚性铰方法则呈现变化不大的小范围波动,这会导致其对于接纬过程稳定性的判断出现较大偏差;而当间隙进一步增大到0.5mm,柔性铰方法和虚拟样机检测数据仍具有较高重合度,而刚性铰方法通过局部放大后可看到其速度曲线出现了高频率㊁不连续的振荡㊂造成上述现象的原因是刚性铰方法假定碰撞瞬间完成且轴销与轴套立即分离,没有考虑连接铰的柔性变形,因此存在速度不连续且波动幅值没有进一步提升的现象㊂其次对加速度曲线进行对比,结果如图9所示㊂当间隙值为0.05mm时,柔性铰方法和刚性铰方法图8㊀不同间隙剑头速度曲线对比Fig.8㊀Comparison of velocity curves of rapier head speedunder different clearance balues以及虚拟样机检测数据的曲线轨迹重合度较高;当间提高到0.2mm及以上时,柔性铰方法和虚拟样机检测数据无论从最大幅值还是从运动轨迹上仍然保持了较高重合度,而此时的刚性铰方法则呈现全周期无规律不连续振荡,如果以刚性铰方法求解较大间隙值下的剑头加速度特性并将其作为判断引纬成功率的依据,则会出现较为明显的偏差㊂接下来,对剑头位移曲线进行对比,如图10所示㊂在间隙值为0.05mm的时候,刚性铰方法和柔性铰方法具有较高的重合度(见局部放大图),2种方法的位移曲线在剑头送纱和回程阶段中与虚拟样机检测数据存在一定偏差;当间隙值继续增加到0.2mm时,柔性铰方法与虚拟样机检测数据的曲线㊃051㊃第1期李㊀博等:空间连杆引纬机构柔性铰间隙动态特性研究㊀㊀㊀图9㊀不同间隙剑头加速度曲线对比Fig.9㊀Comparison of acceleration curves of rapier headunder different clearance values出现了较高的重合度(见局部放大图),仅在主轴转角220ʎ~265ʎ区间内,即纬纱交接后期与回程阶段前期存在小范围偏差;当间隙值继续提升到0.5mm 时,柔性铰方法和虚拟样机检测数据的剑头位移曲线均出现了一定程度的波动,且重合度进一步提升,而此时的刚性铰方法曲线仍然较为平滑,与虚拟样机检测数据的偏差也进一步增大㊂最后,对剑头位移误差幅值进行对比,如图11所示㊂随着间隙值的提高,剑头位移的误差值在不断增加,且柔性铰方法与虚拟样机检测数据的曲线重合度随间隙值的增加而提升;在引纬机构运行过程中,剑头误差峰值均出现在主轴转角93.6ʎ图10㊀不同间隙剑头位移曲线对比Fig.10㊀Comparison of displacement curves ofdifferents clerance values head与266.4ʎ左右,这2个角度分别对应纬纱开始交接与引㊁接纬剑头分离;在0.05mm间隙的时候, 2种方法对于误差计算的准确度相差不大,而当间隙增加至0.2mm时,在主轴转角85.431ʎ时,柔性铰方法的剑头误差幅值为12.76mm,刚性铰方法为47.27mm;在主轴转角275.618ʎ时,柔性铰方法的剑头误差幅值是31.48mm,刚性铰方法为102.93mm,结果见表3所示㊂刚性铰剑头误差幅值分别是柔性铰的3.70倍和3.27倍㊂随着间隙增加到0.5mm,柔性铰方法与虚拟样机检测数据的误差曲线呈现出相同的趋势和更高的重合度,能够更为准确地判断引纬机构在引纬运动中的稳定性㊂㊃151㊃㊀㊀㊀纺织学报第42卷图11㊀不同间隙剑头位移误差幅值曲线对比Fig.11㊀Comparison of rapier head displacement error amplitude curves of different clearance values表3㊀剑头位移及误差对比(间隙0.2mm )Tab.3㊀Displacement and error comparison of rapierhead (clearance 0.2mm )主轴转角/(ʎ)剑头位移/mm剑头位移误差/mm 柔性铰刚性铰虚拟样机检测数据柔性铰刚性铰7.1520.831.198.255.11 1.6325.79361.1622.7545.006.430.5145.466150.8278.40116.89 6.91-8.2162.391281.52170.44258.94-2.14-23.7785.431551.00401.20508.49-12.76-47.27103.564716.71595.69704.830.39-44.89123.199819.11761.87813.250.47-25.48139.427865.43855.51868.66-2.54-10.56151.835887.37888.39896.40-2.87-4.71178.011911.12915.97913.42-2.490.06201.846913.72901.33897.06-7.49-7.76220.466896.73855.47861.56-13.51-26.57238.390849.28761.89803.99-15.61-58.93258.238720.05595.64676.71-22.12-98.18275.618506.68373.41456.62-31.48-102.93292.645297.03206.86256.28-19.75-65.72311.634151.8888.61120.34-4.84-32.85332.73460.2127.5535.980.39-11.21351.10515.03 2.3911.51-0.22-1.64359.052 4.350.020.960.030.085㊀结㊀论本文将Lankarani -Nikravesh 碰撞力模型嵌入到空间连杆引纬机构的动力学方程中,探讨间隙对于系统动态输出各项参数的影响,尤其是对于剑头位移误差的影响,对比虚拟样机检测数据,得到以下结论㊂1)应用矢量法对间隙进行描述并求解机构的运动学特性,在计及柔性铰间隙作用机制的前提下,选取间隙偏心距分量和机构输出角为广义坐标,采用Newton -Euler 方法建立动力学模型,模型包含间隙碰撞过程中系统的各项动态参数㊂2)结合工程实例,研究间隙对引纬工艺的具体影响㊂当间隙持续增加时,剑头速度㊁加速度㊁接触碰撞力呈现全周期大范围波动,较为显著地影响了纬纱交接和纱线再次进入梭口过程中的稳定性㊂3)通过与刚性铰方法及虚拟样机检测数据的对比,验证了本文建模方法的准确性㊂同时,通过分析间隙对剑头位移峰值误差的影响可知,当间隙到达0.5mm 及以上时,柔性铰方法具有更高的计算精度㊂FZXB参考文献:[1]㊀JAN V J,MAXIMILIAN K,WILFRIED R,et al.Magnetic weft insertion for weaving machines [J ].Textile Research Journal,2018,88(14):1677-1685.[2]㊀WEI S M,YANG Z,GUO L,et al.A new type ofAODF based on an imitation of the weft insertion of a rapier loom [J].Electronics,2019,8(2):157-175.[3]㊀张雷,孔佳元,雷炳杰,等.变导程螺旋引纬机构剑杆位移曲线的设计[J].纺织学报,2017,38(4):121-126.ZHANG Lei,KONG Jiayuan,LEI Bingjie,et al.Design of displacement diagram for rapier in variablelead screw weft insertion mechanism [J].Journal of Textile Research,2017,38(4):121-126.[4]㊀TING K,HSU K,YU Z T,et al.Clearance-inducedoutput position uncertainty of planar linkages with revolute and prismatic joints [J ].Mechanism and Machine Theory,2017,111:66-75.[5]㊀QIAN M B,QIN Z,YAN S Z,et al.A comprehensivemethod for the contact detection of a translationalclearancejoint anddynamicresponseafteritsapplicationinacrank-slidermechanism[J ].Mechanism and Machine Theory,2020,145:1-18.[6]㊀LIU Z X,LIU Z S,ZHAO J M,et al.Study 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