非织造布即无需用经纬交织而形成的布制品,也叫无纺布,是纺织工业的“朝阳产业”。针刺法非织造布是采用具有特殊设计形状的针或者刺针将蓬松的纤维网中的短纤维或者长丝经过缠结与抱合而结合形成纤维网布制品,是干法非织造布当中的一种重要的机械加固方法。本课题来源于河南省高等学校重点科研项目和河南省高等学校现代制造装备与仪器重点学科开放实验室开放课题,针对市场上缺乏适合纺织科研院所试制新材料纤维小样与教学科研用的小型针刺机的现状,在对国内外针刺机关键技术研究和企业实践经验相结合的基础上,研制一台小型教学用针刺机,并提出了整体设计方案:整机尺寸580×420×670,幅宽30cm,针刺频率0-300刺/min,针刺动程50mm;整机由喂入机构、针刺机构、牵伸机构以及机架等辅助机构等四大机构模块组成,并采用Solidworks和AutoCAD软件完成了整机的三维模型设计和2D整机装配图以及关键零部件工程图的设计。从机械原理角度,通过对本小型教学用针刺机针刺机构模型的简化,将复杂的工程实际问题简化为机构的运动问题,通过对针刺机构简化模型进行运动分析,采用MATLAB运算求解得到针刺机构相关部件的位移、速度和加速度随时间变化的曲线图,同时也得到相关零部件的受力曲线图,为后续相关零部件的设计校核提供支撑。在分析与研究国内外针刺机关键技术的基础上,对针刺机布针理论进行了深入研究,建立了针刺机针板布针的通用数学模型,将针板布针的问题转化为矩阵中元素的排布问题,提出了针刺机针板布针可编程化的理论思路,为后续布针软件的设计与开发提供理论参考依据。完成了本小型教学用针刺机主电机的选型和主轴的设计与校核;应用ANSYS Workbench软件对本小型教学用针刺机的机架和导套等部件进行静力学分析和计算,得出机架和导套等部件的变形位移云图和应力云图,验证了设计方案的可行性。研制小型教学用针刺机整机实物样机,完成了装配工艺设计即关键零部件的检测。整机包括机架组件、主轴及连杆组件、针梁与针板组件、托剥网板组件以及其他辅助组件等五个模块的组件装配,并应用影像仪和泰勒圆柱度仪对关键零部件进行了检测,最终成功完成小型教学用针刺机实物样机的装配。