基于U型直线电机的新型袜机选针系统研究

作     者：刘凯 

作者单位：西安工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胥光申

授予年度：2018年

学科分类：0821[工学-纺织科学与工程] 08[工学] 082101[工学-纺织工程] 

主      题：袜机 U型直线电机 结构模型 磁场分析 动态性能分析 

摘      要：磁悬浮技术是20世纪发展起来的一种新型驱动技术,其无摩擦、不接触、低能耗、高效率等优点受到社会广泛关注。本文以传统电脑提花棉袜机为研究对象,全面分析了传统袜机选针系统的结构特点及性能要求,提出一种基于磁悬浮技术的新型袜机选针系统,其原理是利用U型直线电机来完成对袜机织针的驱动,以实现袜机织针在无三角状态下的成圈编织运动,并采用理论计算与模拟分析相结合的方法对设计的选针系统的可行性进行分析。论文的主要研究内容如下:介绍了传统提花棉袜机的主要组成部件的结构特点及功能,并对袜机选针器的分类及其工作原理、选针工艺特点等做进一步研究,从织针的运动轨迹出发,分析袜机编织过程中集圈、成圈、浮线、退圈等特点,为新型袜机选针系统的设计提供理论基础。通过对市场主流电脑提花棉袜机调研分析,提出设计袜机选针系统必须满足的基本要求,然后对袜机织针进行动力学分析,计算出其运动过程中的最大加速度。基于这一要求,确定出直线电机的结构模型及主要参数。最后对电机模型进行可行性分析,得到选针电机有能力提供给织针所需要满足的条件。根据经典磁路法分析电机中永磁体的尺寸和磁场气隙宽度对电机性能的影响,得到满足袜机选针要求的直线电机永磁体尺寸和气隙宽度值。然后,根据等效分层原理对电机动定子及气隙磁场进行分层处理,并简化直线电机模型,推导出电磁力表达式。最后对影响直线电机正常运行的两大因素:端部效应和齿槽效应,进行了理论分析,总结出这两种因素对电机设计的影响及减小该影响的合理方式。对传统电脑提花棉袜机中选针系统的相关参数进行了分析研究,设计出适用于新型袜机选针系统的三层织针针筒及相关零部件。采用了短、中、长三种长度的圆织针,分上、中、下三层将144枚织针均匀排列,利用有限元分析软件ANSYS/Workbench对设计织针进行静态力学分析,得出织针静态应力应变云图。对织针进行了模态分析,得出织针的固有频率,与袜机工作频率相比较,验证了织针结构满足设计要求。最后,利用磁场分析软件Ansoft/Maxwell分析电机内部磁感应强度、绕组电流密度及磁感分布情况等,验证设计结构的合理性。综上所述,设计的新型选针系统相较于传统机械式选针系统具有效率高、噪声小、能耗低、易控制等优势,满足袜机运行对选针系统的要求,实现了袜机选针预定的性能要求。