目前国内拥有粗纱机30000台以上,绝大多数粗纱机采用人工落纱,没有自动落纱设备。每台粗纱机上一般有200个纱管,工人需要不停地弯腰取下满纱管和放入空管,这是一个劳动强度大、生产效率低的岗位。本课题针对传统粗纱机存在人工落纱效率低和工作强度大等问题,提出了整体式自动落纱装置。该装置可以与无自动落纱功能的粗纱机配套使用,不仅可以降低人工劳动强度,而且大大提高落纱效率,具有重要的经济意义和社会意义。分析粗纱机的纺纱工艺,对粗纱机进行技术改造,使下龙筋可以脱离粗纱机机架,在Solid Works软件中设计了一种整体式自动落纱装置,包括水平移动机构、竖直移动机构、纱管抓取机构以及粗细联输送机构,并对其关键部件进行了设计选型。依据竖直移动机构的受力情况,建立了竖直移动机构的力学模型,作为部件设计的依据。分析竖直移动机构中落纱架的动态特性,运用ABAQUS软件对落纱架进行模态分析和谐响应分析。结果显示落纱架的第一阶固有频率接近电机的激振频率。因此基于变密度法（SIMP法）对落纱架的薄弱部位——托板进行拓扑优化。结果表明:优化后,托板的质量减少了5.2%,落纱架前两阶自然频率提高了25.4%和37.4%,托板边缘处X、Y、Z三个方向及总方向的振幅峰值分别减少了16.2%、52.5%、63.2%和54.8%。优化后机构的动态特性得到明显改善。运用ADAMS软件对整体式自动落纱装置中的水平移动机构和竖直移动机构分别进行多体动力学仿真研究。仿真结果表明:下龙筋在水平和竖直方向分别运行位移600mm和1200mm,最大速度分别为10.38mm/s和20.47mm/s。由于下龙筋分别与龙筋配合块、托板之间发生接触,导致下龙筋的运行速度在一定范围内轻微振荡,变化幅度最大不超过0.5mm/s。下龙筋在水平和竖直方向可以平稳运动。采用自动控制原理及传感器技术搭建整体式自动落纱装置小型试验平台,选择梯形加减速算法作为试验平台的速度控制算法,并在Arduino编程软件中编写控制平台运动的程序。借助AS5600磁编码器分别得到水平移动机构和竖直移动机构中的丝杠螺母运动速度曲线图。试验结果表明:丝杠螺母运动速度曲线趋势与梯形加减速理论曲线基本一致;下龙筋和纱管模型运行平稳,可以实现运动无冲击和启停快速响应。小型试验平台的试验结果可为后续整体装置的样机试制提供参考依据。