纺织轴系的扭转角度控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种纺织轴系的扭转角度控制方法，包括以下步骤：建立轴系的有限元三维实体模型；对所述轴系进行有限元网格划分，并设定所述轴系的材料属性及确定边界约束条件，并施加驱动力矩及负载力矩；通过计算得到所述轴系沿轴线方向的扭转位移，并根据扭转位移得到扭转角与轴长之间的关系；根据得到的扭转角与轴长之间的关系，确定各个扭转角在轴系上的分布情况，得到安装磁粉制动器的位置；在需要控制扭转角的轴系处安装磁粉制动器，并施加反力矩，控制轴系的扭转。本发明不需要占用额外的空间，且不需要采用复杂的控制算法就能很好的减小超长轴系的扭转角度。
【专利说明】
纺织轴系的扭转角度控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及纺织机械结构振动控制技术领域，特别是涉及一种纺织轴系的扭转角 度控制方法。
【背景技术】
[0002] 目前，一些大型宽重型纺织类装备的核心系统是高速耦联复合轴系，如簇绒地毯 织机及经编机等。其轴系结构非常复杂，一般由多平行轴经多组多套连杆驱动机构串联耦 合而成，其中每个平行轴是多跨多转子系统。它具有大长径比、高速运动及双端驱动等特 点，并在扭转振动作用下会干扰织造装备的精确协同，使得织物产生高低不平，疏密不均的 问题，影响产品织造精度，造成织物质量等级的降低或原材料的浪费。
[0003] 为了实现织造产业高生产率和高速化，高速纺织轴系的扭转动态性能以及控制问 题是关键技术，直接关系到装备的性能和产品的质量。目前针对纺织领域中超长且双端驱 动轴系的扭转角度控制方法的研究，仅仅只限于采用理论方法计算得到扭转角，并采用较 复杂的控制算法及控制器，在实际工程中的应用受到很大的限制。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种纺织轴系的扭转角度控制方法，不需要占 用额外的空间，且不需要采用复杂的控制算法就能很好的减小超长轴系的扭转角度，对于 提尚广品织造精度具有重要意义。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种纺织轴系的扭转角度控制 方法，包括以下步骤：
[0006] (1)建立轴系的有限元三维实体模型；
[0007] (2)对所述轴系进行有限元网格划分，并设定所述轴系的材料属性及确定边界约 束条件，并施加驱动力矩及负载力矩；
[0008] (3)通过计算得到所述轴系沿轴线方向的扭转位移，并根据扭转位移得到扭转角 与轴长之间的关系；
[0009] (4)根据得到的扭转角与轴长之间的关系，确定各个扭转角在轴系上的分布情况， 得到安装磁粉制动器的位置；
[0010] (5)在需要控制扭转角的轴系处安装磁粉制动器，并施加反力矩，控制轴系的扭 转。
[0011] 所述轴系为单轴轴系或耦联复合轴系。
[0012] 所述磁粉制动器为空心轴式磁粉制动器或基座式磁粉制动器。
[0013] 所述步骤(2)中确定边界约束条件时对轴系上所有节点只保留旋转自由度。
[0014] 所述步骤(3)中扭转角与轴长之间的关系 ，其中，Θ为扭转角， D为轴长，UR3为扭转位移。
[0015] 所述步骤(5)中在至少一点处对扭转角进行控制。
[0016] 有益效果
[0017] 由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效 果:本发明采用空心轴式及基座式的磁粉制动器作为磁粉制动器，安装方便，可任意调节施 加反力矩的大小，具有可调性。本发明采用基于有限元的方法进行分析扭转振动，节约实验 成本，提尚效率。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明的流程图；
[0019] 图2是轴的网格划分单元示意图；
[0020]图3是轴的施加力矩示意图；
[0021 ]图4是轴的扭转位移UR3随轴长变化示意图；
[0022]图5是轴的扭转角随轴长变化示意图；
[0023]图6是磁粉制动器安装示意图。
[0024] 图中，1、划分的网格;2、电机;3、联轴器;4、磁粉制动器;5、轴。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。
[0026] 本发明的实施方式涉及一种纺织轴系的扭转角度控制方法，如图1所示，包括以下 步骤:建立轴系的有限元三维实体模型;对所述轴系进行有限元网格划分，并设定所述轴系 的材料属性及确定边界约束条件，并施加驱动力矩及负载力矩;通过计算得到所述轴系沿 轴线方向的扭转位移，并根据扭转位移得到扭转角与轴长之间的关系;根据得到的扭转角 与轴长之间的关系，确定各个扭转角在轴系上的分布情况，得到安装磁粉制动器的位置;在 需要控制扭转角的轴系处安装磁粉制动器，并施加反力矩，控制轴系的扭转。
[0027]下面以4M幅宽的簇绒地毯织机轴为例进一步说明本发明，具体过程如下：
[0028] si，建立轴系的三维有限元模型，簇绒地毯织机轴的轴长为6.52m，直径为50mm。
[0029] s2，如图2所示，指定轴的材料属性，其密度为7800kg/m3，杨氏模量210Gpa，泊松比 为0.3。首先，对轴采用结构化网格划分方法，划分的网格1的大小为0.2mm X 0.2mm。然后如 图3所示，在S1处施加 Ml=98N.m的正向力矩，在S2处施加 M2 = 196N.m的反向力矩，在S3处施 加 M3 = 98N.m的正向力矩。最后，对轴系施加约束，对轴系上所有节点设置U1 = U2 = U3 = UR1 = UR2 = 0,只保留旋转自由度，即只允许轴系上的所有节点沿轴线扭转。
[0030] S3,在做完所有的前处理工作后，保存所建立的模型，并提交给处理器进行计算分 析。等待分析完成后，进入后处理阶段。创建路径，得到扭转位移UR3与轴长D的变化关系(如 图4所示），从而得到扭转角Θ与轴长D的关系，如图4所示，
[0031] s4,根据得到的轴系扭转角与轴长之间的关系，确定各个扭转角在轴系上的分布 情况，得到安装磁粉制动器的位置。从图5可知，根据扭住角的分布情况，在轴长为3.26m处 轴5的扭转角达到峰值，对轴系的正常运转的影响最大。因此，为了提高地毯簇绒织机的织 造精度，需要在轴5的3.26m处对轴系进行扭转控制。
[0032] s5，如图6所示，联轴器3连接电机2的转轴和轴5，在轴5的3.26m处安装空心轴式磁 粉制动器4，在此处施加反作用力矩，对轴进行扭转控制。在施加反作用力矩后，最大扭转角 从1.2°降为0.6°，对轴5的扭转角进行了有效的控制。
[0033]不难发现，本发明不需要占用额外的空间，且不需要采用复杂的控制算法就能很 好的减小超长轴系的扭转角度，对于提高产品织造精度具有重要意义。
【主权项】
1. 一种纺织轴系的扭转角度控制方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 建立轴系的有限元三维实体模型； (2) 对所述轴系进行有限元网格划分，并设定所述轴系的材料属性及确定边界约束条 件，并施加驱动力矩及负载力矩； (3) 通过计算得到所述轴系沿轴线方向的扭转位移，并根据扭转位移得到扭转角与轴 长之间的关系； (4) 根据得到的扭转角与轴长之间的关系，确定各个扭转角在轴系上的分布情况，得到 安装磁粉制动器的位置； (5) 在需要控制扭转角的轴系处安装磁粉制动器，并施加反力矩，控制轴系的扭转。2. 根据权利要求1所述的纺织轴系的扭转角度控制方法，其特征在于，所述轴系为单轴 轴系或耦联复合轴系。3. 根据权利要求1所述的纺织轴系的扭转角度控制方法，其特征在于，所述磁粉制动器 为空心轴式磁粉制动器或基座式磁粉制动器。4. 根据权利要求1所述的纺织轴系的扭转角度控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中 确定边界约束条件时对轴系上所有节点只保留旋转自由度。5. 根据权利要求1所述的纺织轴系的扭转角度控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中 扭转角与轴长之间的关系3中，Θ为扭转角，D为轴长，UR3为扭转位 移。6. 根据权利要求1所述的纺织轴系的扭转角度控制方法，其特征在于，所述步骤(5)中 在至少一点处对扭转角进行控制。
【文档编号】G06F17/50GK105868516SQ201610382329
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月1日
【发明人】徐洋, 黄双, 盛晓伟
【申请人】东华大学