随着社会经济的发展以及人类文明的进步,刺绣产品深入到人们日常生活,其需求量日益增大,从而带动了绣花机行业的快速发展。如何高效地生产优质的刺绣产品是绣花机行业面临的一大难题。由于当前电脑绣花机工作过程中易出现断针、断线、噪音、振动等问题,并且随转速增加愈加严重,因此本文以某公司生产的H947型电脑绣花机为例,对绣花机上传动轴(机头驱动轴系)进行了动力学分析与研究。主要完成了以下研究内容:1.总结当前绣花机振动分析研究现状,并根据绣花机作为旋转机械的特性,提出对绣花机机头驱动轴系进行动力学分析。利用传递矩阵法对H947型电脑绣花机上传动轴进行了动力学分析,得到其第一阶固有频率为18.991Hz,即横向振动临界转速为1139rpm。2.利用SolidWorks软件构建H947型电脑绣花机单机头三维实体模型,对机头的上传动轴三维模型进行简化,并导入ANSYS Workbench,在Mechanical模块中建立有限元模型,进行有限元模态分析。分析结果:自由模态第一阶固有频率为19.860Hz,约束模态第一阶固有频率为21.103Hz,因第一阶主振型为切向摆动,所以约束对振型影响甚小,二者主振型十分相似。通过比较各阶固有频率和主振型得到结论:约束可以改变结构固有频率值,且约束模态主振型是在自由模态主振型基础上叠加约束形成的。绣花机上传动轴的有限元模态分析与传递矩阵法分析互相验证了彼此模型的可行性,为绣花机运行避开共振区提供了参考,也对集中参数法与离散法做出很好的诠释。3.利用AVANT MI-7008一体式数据采集与分析仪结合Modal Genius试验模态分析软件对绣花机进行了轴系模态试验,对传递矩阵法与有限元法结果进一步进行验证。为了分析上传动轴转速对整体振动影响情况,对绣花机转速在800rpm~1300rpm时关键部位点的振动加速度进行测试。测试结果对比发现:绣花机机架Z轴方向振动加速度明显高于其他轴向;针杆架处振动加速度明显高于机架部位,并且振动加速度在1250rpm开始出现异常增大,验证了绣花机有限元约束模态分析结果。这是由于轴系旋转驱动时产生共振,引起针杆撞击针杆架时的振动加剧,从而产生针杆架处振动加速度异常增大。根据四个测试点数据对比,得出H947型电脑绣花机的最佳工作转速为1050rpm。4.通过对H947型电脑绣花机单机头传动轴进行结构优化,达到改善其动力学特的目的。优化时采取主轴长度不变,改变传动凸轮到两轴端的距离的方案,进而降低改动成本。以高速压脚凸轮套圈到主轴右端的距离L为设计变量,分别以上传动轴自由模态第一阶固有频率和约束模态第一阶固有频率的最大值为目标函数。经综合考虑,选择L=140mm为最终优化方案。当L=140mm时,自由模态第一阶固有频率由原来的19.860Hz提高为28.295Hz,比原模型提高了42.47%,约束模态第一阶固有频率由原来的21.103Hz提高为22.866Hz,比原模型提高了8.4%,避开了绣花机正常工作时绣花机上传动轴最低共振频宽18.991Hz~21.103Hz,优化效果明显。