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1、第2 6 卷第6 期 2 0 0 5 年1 2 月 纺织学报 J 帆m a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 6 N 06 D e c 2 0 0 5 基于w i n d o w s 的织机主轴振动性能分析软件开发 程军红 ( 中原工学院,河南郑州4 5 唧) 摘要将传递矩阵理论应用于织机主轴系统的振动性能分析,在W i n d o w s 平台下,开发了一个织机主轴振动性能 分析软件。采用v i s u a lB a s - c 程序设计语言,在模块化基础上完成了程序流程图,设计出可以实现多个人机界面、结 果可视化的专门软件,并给出了分析实例。
2、 关键词织机主轴;传递矩阵;软件开发;振动分析 中图分类号:强l 3 3文献标识码:A文章编号:0 2 5 3 9 7 2 1C 2 0 0 5 ) 0 6 椰3 0 3 D e v d o p m e n to fv i b m t i 佃蛐a l y s i ss o 此咖r ef o r l m - 幽mb a s e do nW i n d o w s C H E N GJ u n - h o “g ( 踟,1 8 y 啪血“血眦D , 聊如8 y ,纨“舻b “,胁枞4 姗,西i 胁) A b s t r 般t B ya d o p 6 “g 把m s 岛rm a t n lp d
3、n c l p l e ,ak i r I d0 fv i h 6 0 n 且n d y d ss o f t w a r ef o r1 0 0 m _ s h a f tw a sd e v e l o p e db a s e do n W i d o w s P m g m mn o w c h m o m p l 腻e db ym e a n so fV Bp r 0 缚帅l a t l g u 3 9 eo nt l l eb 踮i 80 fm o d l l l a d z a t i o n T h es o f w a 障c a n p f o v i d em u 城p k
4、 唧- 眦c h i n ei t e d a c 船,n dv i s u 丑ld i 叫a yo f 山er e s u l b A 1 1a 1 1 d y 缸se x 唧p l ei s 舀v e I L K e yw o r 如 1 0 0 ms h 曲;咖妇m t 五x ;鲫f h a 陀d e v e l o p m e n t ;v i h m t i o n a n a l y s 遗 随着纺织技术的发展,市场对纺织机械的要求 愈来愈高。织机运转速度提高后,为确保织物质量, 提高生产效率,改善操作工人的劳动条件,对机器的 动力学分析显得越来越重要。主轴是织机的关键部 件,直接
5、影响整台机器的性能。对主轴的动力学分 析,通常采用模态综合法、有限元法及传递矩阵法 等,其中传递矩阵法最适合具有链状结构的多自由 度系统。目前,对机器零部件振动性能分析的软件 已有不少,但都是通用性极强,内容包罗万象,对具 体的结构部件前处理过程很复杂。鉴于织机主轴的 特殊结构情况,本文在文献 1 的基础上编制开发了 织机主轴振动性能分析软件。该软件的开发是基于 W i n d o 操作平台,采用v i s I l a lB a s i c “ 1 程序语言。软 件的主要功能:1 ) 确定分析主轴的各阶固有频率及 临界转速;2 ) 主轴各阶横向振动的主振型,找出主轴 上振动最大的点位;3 )
6、分析主轴主要结构对其固有频 率及主阵型的影响因素。 1 动力学模型的建立 把具有链状结构的多自由度织机主轴部件系统 简化成集中参数模型,建立传递矩阵法的主轴动力 学模型。各集中参数元件的单元传递矩阵为 r 、 r :、 r 。( m 为节点个数) ,各单元传递矩 阵元素见文献 1 。各节点的状态矢量为 z ,= y 口肘p 瞰江l ,2 ,m ) ,其中y 为横向振 动位移,日为转角,肼为弯矩,0 为剪力。逐点传 递,建立主轴起始端0 点及末端m 点状态矢量之间 的关系式,即系统的传递方程 z 。= r 。 z 。= r 。 r 。、。 z 。一: = r 。 r 。一,一 r : r 。 z
7、 。 = r z 。( 1 ) 各单元传递矩阵 r 。至 r 。中的矩阵元素是主轴 部件结构质量、尺寸大小、支承刚度和阻尼大小的函 数。传递矩阵 r = 了 。 r 。一。 T : r 是 4 4 阶方阵。主轴两端的4 个参数状态矢量中,由 于要满足2 端边界条件,各有2 个参数是已知的。 如一般的主轴部件为两端自由,即帆= Q 。= o , 埘。= Q 。= 0 ,将此边界条件代人式( 1 ) ,当主轴横振 动时,横向振动位移y 和转角目不全为零,展开整理 得频率方程: ( ) = M 3 lu 4 2 一u 4 1M 3 2 = 0 式中“。“。、u 。”。等传递矩阵的元素是频率m 的 作
8、者简介:程军红( 1 9 6 3 一) ,女,汉族,剖教授,硕士。主要从事机械设计、机械传动、现代设计理论与方击的研究。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【9 4 】 纺织学报2 0 0 5 年第6 期 函数。解此方程求得固有频率m 。后,将m 。代回传 递方程( 1 ) ,求得始端的状态矢量。已知始端状态矢 量后,逐点传递即可求得轴上各点的状态矢量,从各 点的状态矢量中取出第一、二元素即可得出与该固 有频率对应的主振型,详见文献 1 。 2 软件
9、的设计与实现 v i s u a lB a s i c ( v B ) 是在w i n d o w s 操作平台下设计 应用程序的最迅速、最简捷的工具之一,可以轻松方 便地开发应用程序,最适用于数值计算的一种高级 计算机语言。任何一个复杂的分析系统软件均可以 分解为若干个能够完成特定功能的基本模块子结 构。该分析系统软件主要由频率分析计算模块、主 振型分析模块、结构参数对主轴动态性能影响的分 析模块等组成。按照这些模块问的关系,编制如 图1 所示的程序结构流程图。 圃 陌万至蕊丽两磊丽骊 ,! 。一 l 墨堡焦望塑堕堕生墨堡垫 t I 塑旦:| 蔓塑里堡垫 I 圆垂巫夔圃 I 匾耍堑匦豆圈蟹堕
10、圃 圆 圈1 程序结构流程图 2 1 基本数据的输入和传递矩阵的计算 在程序开始以后,首先进人基本数据的输入界 面中,主轴的结构尺寸、支承数量、类型、支承刚度及 阻尼、力学模型的节点数、频率范围都可以在此界面 中,采用多选框及文本框来完成输入。然后开始传 递矩阵的计算,传递矩阵的计算是该分析软件中计 算工作量最大,程序占用内存最多,最繁琐的一部 分。因为主轴结构越复杂,力学模型的建立越精确, 节点数就越多,单元传递矩阵数量就越多,系统传递 矩阵是所有单元传递矩阵的乘积,虽然最终结果仍 是4 4 阶方阵,但是计算量是成倍增加的。为了保 证程序设计及应用的灵活性,系统传递矩阵的计算 单独做一模块。
11、 2 2 频率分析计算 在频率分析计算界面内,主要给出搜索频率的 范围,预计搜索的频率阶数以及搜索精度。进入频 率计算模块,计算余量( “) 的值时,采用二分法, 该方法比较简单,且收敛速度快,将求出的余量和给 定的精度要求比较,当满足要求时即可输出计算结 果。如果不满足要求,则确定下一次试算频率继续 计算。其计算出的符合要求的主轴固有频率直接输 出在频率分析界面内,实现计算结果的可视化,程序 流程图如图2 所示。 赋韧值 调用系统传递矩阵矿 计算频率方程叫曲 频率按 定的步长 增加进行 下扶试算 l f 计算新区间边界 1 的顿宰余量 确定新区间的边界值 羹絮毒簇: 确定某阶固有频率存 在的
12、区间 毒蔫i 少 晶区间个数记敦I 确定某阶周有额率存在 的区闻边界 进行二分法搜索缩短区间 输出频率 记录阶数 旦雾嘉! 糕 吗? 结柬子程守 t 圈2 频率分析计算流程图 2 3 主振型分析 用频率分析计算的结果,建立主振型分析界面, 用户可在该界面上选择感兴趣的某阶固有频率,计 算主轴与该阶固有频率对应的主轴自由振动主振 型。如有必要也可计算所有与所获得的固有频率 相对应的主轴主振型。主轴各节点的振幅计算采用 单独的主振型计算模块,而计算结果直接输出在振 型分析界面内,为了使输出的振型结果可视化效果 更明了直观,采用坐标曲线的形式,直接可以看出主 轴某节点位置的振幅。 2 4 结构参数对
13、主轴振动性能影响的分析 程序的最后一部分是各计算模块和各窗体界面 的综合应用分析。对现有的机器设备,可以采用上 面给出的软件方法求解主轴的固有频率和主振型。 而该部分的目的是分析主轴结构参数的改变对主轴 固有频率和主振型的影响。在该部分的界面中把主 轴上主要的、可以改变的参数设计出参数修改控件, 以分析不同参数的改变对主轴振动性能的影响。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 2 0 0 5 年第6 期纺织学报【9 5 】 。分析实例及结果 箬篇篙蕃言篡
14、丢黧勰基冕妻釜鼍尝 以G A7 3 5 1 9 0 型剑杆织机主轴结构为例来分分析结果由于篇幅太多,在此不一一列出。 析其振动性能,主轴原始数据见文献 4 。采用本文 表1主轴各阶固有频率md,e 4结 论 织机的用户提供了有用的指导资料e 采用模块化的程序结构,用V i s u a lB a s ;c 编程语 言,在w i n d o w s 平台下开发了分析链状结构轴类零 部件的振动分析软件。主要用于计算转动轴运转的 各阶固有频率及临界转速;确定主轴各阶横向振动 的主振型,找出主轴上振动最大的点位;分析主要结 构对其固有频率的影响因素。该软件的开发为织机 的设计与制造提供了一个得力的工具。
15、分析结果为 ( 上接第9 0 页) 2 ) 溶液聚合法合成的聚丙烯酸浆料粘度高于乳 液法合成的聚丙烯酸酯类浆料。制成粉体后,溶液 聚合法合成的浆料的浆液粘度变化不大,乳液聚合 法合成的浆料的浆液粘度变化相对大一些。 3 ) 将液体浆料制成粉体,不仅使浆料的运输和 存放方便,更重要的是通过沉降、洗涤过程,去除了 参考文献 1 程军红,黄大宇,梅瑛用传递矩阵法分析剑杆织机主轴动态 特性 J 纺织学报,2 0 0 3 ,“( 2 ) :柏一4 2 2 曹青v n 血B a s - c 程序设计教程 M 北京:机械工业出版社, 2 0 0 2 3 杨棣,唐恒龄机床动力学( I ) M 北京:机械工业出版 社,1 9 盼,2 6 6 2 9 0 4 河南纺织机械厂c A 7 3 5 型剑杆织机产品说明书【zJ 1 9 9 4 乳液聚合法合成的聚丙烯酸酯浆料中的大部分乳化 剂,使浆料对纤维的粘附力大幅度提高,改善了浆料 的性能。 参考文献: 1 中国纺织行业协会浆料生产应用部常用纺织浆料质量检验 z 1 9 9 7 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark
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