电脑绣花机是随着从手绣到规模化绣制品市场需求而产生的一种大中型机械,上世纪八十年代末期通过技术引进国内才开始有自己的产品。目前电脑绣花机不仅能规模化生产绣品,在旅游运动鞋大规模定制等方面也有巨大的应用前景,绣花机市场规模不断扩大。但作为新兴机械,绣花机厂家的技术投入相对薄弱。在绣花机结构减重、改善结构振动性能、提高传动轴平衡稳定性等方面存在诸多问题。本文以我国一个电脑绣花机主干生产企业的某机型为原型,运用拓扑优化、灵敏度分析和传动轴平衡分析理论,在以下三方面开展相关研究:1、介绍子结构思想中超单元法的基础理论、拼装方法、拆分方法,对某型号绣花机进行子结构拆分,对主要子结构,基于变密度法连续体拓扑优化方法及优化准则法进行拓扑优化,得到绣花机前后子结构拓扑形状,结合截面尺寸,建立了前后子结构的3D模型,在保持结构固有频率不变的前提下优化了绣花机前后子结构的重量。2、以伯努利梁模态应变能方法为例,给出了模态应变能密度综合的理论及方法。提出以综合模态应变能密度作为灵敏度的结构动力修改方法。以相近频率振型节点位置来连接绣花机前后子结构,建立新结构模型,同时在无支撑约束的新绣花机模型大跨度横梁上,对工作频率附近的模态应变能密度进行加权综合,以此作为灵敏度参数,确定横梁桥接结构的位置并讨论桥接结构个数对整体结构固有频率的影响,所提出的方法能为桥接结构的位置和数量设计提供理论依据,实现整体结构固有频率最大效率的提升,优化了绣花机上横梁的约束位置和数量。3、讨论绣花机上横梁传动轴的动平衡方法,分析了电脑绣花机上传动轴动不平衡的原因。利用Adams虚拟样机仿真,初步探讨了 1-4个机头的电脑绣花机平衡凸轮安装角对上传动轴平衡性能的影响。分析得到电脑绣花机平衡凸轮安装角为0°和60°是需要重点分析的角度,为多机头平衡凸轮安装角分布和进一步优化设计提供参考。