高速织机综框的动态特性分析与设计

    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190 cm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230 cm和280 cm幅宽织机的综框进行有限分析。COSMOSWorks对这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190 cm筘幅综框为例。整个综框被划分为86 048个单元，共157 048个节点，每个节点有X、Y、Z方向3个自由度,最多可获得471 144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471 144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(Fast Finite Element)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。
   
    3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，去除综框的刚体模态，得到1到20阶固有频率如表3所示。
   

    由表3数据可知。随着筘幅的增大，综框的各阶固有频率显著降低，在工况条件下就容易与织机的工作转速频率发展共振，产生很大的振幅使综框结构受到破坏，影响综框的使用寿命。对于190cm筘幅的综框，当织机工作转速到达1200r/min时，对其影响最大，因为它有2个20 Hz左右的频率。极其容易发生共振。它的2、3阶振型如图4(a)与(b)所示。
   

   

    由图4可以看出，对于190 cm筘幅综框。其2、3阶振型都是横梁和穿综杆在发生不同程度的弯曲振动．而综框的其他部件都未振动。由第2阶振型可以看出。综框的上下横梁及穿综杆都在振动．如图4(a)所示。其中上下横梁发生较大的弯曲振动，而且相位恰好相反，最大振幅出现在横梁中部位置．此时织机转速频率如果停留在19．776 Hz。那么综框横梁及穿综杆就极易发生断裂。故织机工作转速尤其要避开综框的第2阶固有频率。而其第3阶振型表现为横梁和穿综杆的横向振动振动幅度没有第2阶振型大。且最大振幅发生在距横梁右端约1／3处，如图4(b)所示。此时如果与织机转速发生共振同样会对综框的结构造成破坏。