倍捻机传动机构设计.doc

武汉纺织大学2014届毕业设计论文摘 要我本次设计的主要任务是倍捻机传动机构设计，该倍捻机主要适用于锦纶纤维的加捻。以往的倍捻机主要采用带锥形的卷装形式。本机改变了传统的卷绕形式，采用两头均为圆柱形的卷绕形式。这种圆柱形卷装没用束缚层，卷绕密度约比圆锥形大2530%，增大了卷装容量。为了达到圆柱形卷绕的目的，在每一声将单程内，钢领板必须能够单独上升和下降，在整个卷绕过程中，钢领板的起始位置和终了位置保持不变，且钢领板上升和下降的速度也一样。由此，成形凸轮的表面曲线是两面对称的。与以往的倍捻机相比，本机成形机构传动系统去掉了位叉、棘轮等改变钢领板升降动程的装置，简化了机构。而且采用链式对称传动，用弹簧代替平衡重锤，整个结构浑然一体，简单适用。本机还采用了气圈环控制气圈的大小，改善纱线张力，方便实用。关键词：成形凸轮； 圆柱形卷装钢领板； 气圈环AbstractThe main idea of my design is the transmit system of the shaping frame which is mainly suit for the twisting of the fiber.The twisting machine in last days mainly used the cone-shaped winding formation. This machine has changed the tradition winding formation into a pillar-shaped one. This pillar-shaped winding formation has no constraint layer, and has a density 2530% higher than cone-shaped one.To get to the goal of the pillar-shaped winding, the lifting plate should be able to rise and fall undependently and in the whole winding process, the position of the lifting plate is in constant and the speed of rising and falling is the same. So the curve of the shaping cam is symmetric.Comparing with the twisting machine of last days, the transmit system of the shaping frame of this machine is more simple. It uses symmetric chain to transmit, and uses spring instead of the balance weight.Key words: the curve of the shaping cam; the lifting plate; pillar-shaped winding formation目 录1 绪论12 倍捻机的工艺过程及主要技术参数23 倍捻机的主要机构及其作用原理33.1 喂给机构33.2 输出机构33.3 加捻卷绕机构43.4 成型机构54 设计方案64.1 成形凸轮的设计64.2 手动机构的设计85 传动方案设计105.1 传动方案的确定105.2 传动比的分配106 蜗杆传动设计116.1 计算蜗杆轴的转速116.2 计算蜗杆轴功率：116.3 选择材料116.4 确定主要参数126.5 蜗轮的模数及蜗杆直径系数q.126.6 验算蜗轮的圆周速度136.7 求中心距a136.8 校核齿根弯曲疲劳强度136.9 蜗杆、蜗轮各部分尺寸的计算146.10 精度等级的选择和公差，表面粗糙度的确定156.11 蜗杆、蜗轮的结构设计157 齿轮传动设计167.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数167.2 按齿面接触疲劳强度设计167.2.1 确定公式各参数值167.2.2 计算177.3 校核齿根弯曲疲劳强度187.4 结构设计197.5 公差及表面粗糙度的确立198 蜗杆轴的设计208.1 初步估算轴的最小直径208.2 轴的结构设计208.2.1拟定轴上零件的装配方案208.2.2根据轴向定位要求确定轴各段直径和长度208.3 选择轴的材料228.4 求轴上的载荷229 链传动设计249.1 链传动主要参数249.1.1 选择链轮齿数249.1.2 确定链条节距249.1.3 确定中心距和链条长度249.1.4 链轮的主要尺寸249.2 链传动的张紧249.3 链传动的润滑2410 总结25附录25参考文献26致谢271 绪论初捻就是给单纱加上一定的捻度，其基本任务是将单纱在捻线机上加捻，并卷成一定的卷装。通过捻线工序应该做到：1).改善条干 根据合并原理，n根单纱合并后其条干不匀率可降低到1/，但和股纱各自分离，外观仍能分辨各股单纱，捻合成股线后才能起到合并的效果，甚至股线条干比理论计算更好些，因为纱上的粗节或细节总有部分隐藏在纱芯里面。2).提高强力 n根单纱合并后的强力一般达不到原来单纱强力的n倍，因为各股单纱伸长率不一致，伸长率小的应力较集中，是受力拉伸时各根单纱不同是断裂的缘故。股线是一个整体而且条干比较均匀，因此股线的强力常超过单纱强力的总和，一般双股线中的单纱平均强力是普通单纱强力的1.21.5倍，三股线强力是1.51.7倍。3).弹性及伸长率改变 单纱中的纤维排列成螺旋线状，在拉伸不大时能表现出如弹簧般的伸长特性。股线的捻回使各单纱相互扭成螺旋线状，在较大张力下能像复式弹簧似的表现出更大的弹性伸长，而总伸长率则因为股线的结构较好，滑动纤维减少，反而比单纱要小一些。4).耐磨性增加 纱线的耐磨性主要表现在轴向运动时纱线与接触机件的磨损程度，由于股线条干均匀，截面比较圆整，股线织物在使用中受到各向摩擦，即使表面纤维局部磨损，而纤维相互仍有稳定的结构关系，股线仍有一定强度，因此有较好的耐磨性能。5).光泽改变 纱线的光泽取决于表面纤维的轴向平行程度。单纱捻度愈多，纤维的轴向倾斜愈大，光泽较暗淡，反向加捻的股线可使表面纤维的轴向平行度提高，得到良好的光泽。另外，股线条干均匀、截面圆整、表面光洁，可使外观和光泽获得改善。6).手感改善 纱线的手感主要取决于它的径向压缩弹性和轴向挠曲刚度等方面。外松里紧结构的股线，径向弹性较好，轴向刚性较差，所以手感较柔软，外紧里松结构的股线则相反，手感坚实。捻线工程主要是在捻线机上完成的。现在，国内目前采用的倍捻机均为连续式环锭倍捻机，主要采用圆锥形卷装，致使成形机构传动系统相当复杂，动作准确性也不是很高。所以我们进行了成形机构传动系统部分的改进设计。2 倍捻机的工艺过程及主要技术参数单纱由圆柱形筒子上引出，在通过导纱杆后，进入张力装置，再穿过横动机构，绕过罗拉下方，由小压轴上方引出并通过导纱钩，穿入可在钢领上自由回转的钢丝圈，钢丝圈由装在高速回转的锭子上的线管，通过纱线而带动其高速回转，于是纱线上由钢丝圈加入捻回。由于钢领、钢丝圈间的摩擦等原因，钢丝圈的速度总是低于锭子转速，由此，纱线就卷绕于线管上。为了调解锭带张力，在机器上装有锭带张力盘。在锭子上方还安装了气圈环，主要用来控制气圈大小，改善纱线张力。倍捻机主要技术参数：锭数 200锭锭速 =7000r/min卷装量 2420纤维种类 锦纶66纤度 840d、1260d、1680d捻向 Z卷绕筒管 44.5mm、长385mm 法兰直径102mm3 倍捻机的主要机构及其作用原理倍捻机主要是由喂给机构、输出机构、加捻机构以及成形机构等组成。3.1 喂给机构本机采用圆柱形筒子喂入的筒子架，筒子插在呈一定倾斜角度（412度）的筒子插锭上，纱条由径向一侧引出退绕，依靠张力而拖动筒子作慢速回转退解，这样喂入的纱线可保持相当的张力而穿绕于罗拉上。3.2 输出机构输出机构主要由上、下罗拉、罗拉座、工字架、横动导板以及断头自停装置组成。倍捻机的罗拉机构与精纺机的罗拉不同，因无需牵伸，所以只用一对罗拉，因不存在对纤维的控制问题，故罗拉表面没有沟槽。倍捻机在征产过程中。因落线或停车时，由于纱线的捻度的不平衡，常使纱线从小压辊表面滑到罗拉颈上。因此，在小压辊表面近两侧处车一切口来防止。这样，在开车时，纱线便自动脱离切口，而进入正常位置。本机在罗拉绕纱方法上采用图3-1所示绕法。这种绕法纱线受到的张力大，因为罗拉需要利用一部分纱线的张力来带动小压辊，同时导纱角小，纱线与导纱钩的摩擦大，纱线张力也大，但可以降低纱线的强力不均。为了防止纱线长期通过罗拉同一部位而将罗拉表面磨成沟槽，在罗拉后方装一横动导板，使纱线不停的来回移动。图3-1 罗拉绕纱方法倍捻机在运转时，断头的纱线会缠在罗拉或小压辊上，如不及时剔除，会造成大量回丝。因此，本机在车尾部分装有断头自停装置。小压辊虽然是被动件，但它是各锭分开的，所以断头装置是使小压辊停转。本机采用滚动式断头自停装置。如图3-2所示，纱线从罗拉AF面绕过小压辊B后，再引至导纱钩D，C为略有后倾的压辊托架，在纺纱时，有足够张力拉动压辊，并使之处于左方位置（实线位置），于是A、B接触传动而进行正常工作。当纱线断头时，压辊的向前拉力消失，它就沿C的倾斜面移至后靠山处（虚线位置），并与罗拉脱开，停止输送纱线。图3-2滚动式断头自停装置3.3 加捻卷绕机构3.3.1 加捻卷绕过程由罗拉和小压辊联合输出的纱线经导纱钩、气圈环、穿过钢领上的钢丝圈而卷绕于紧套在锭子上的线管上，因锭子、线管的回转，借助纱线张力的牵引，使钢丝圈沿钢领回转，钢丝圈转一转，纱线上就获得一个捻回。3.3.2 加捻卷绕机构加捻卷绕机构的主要机件包括白铁滚筒、锭子、筒管、钢领、钢丝圈、钢领板、气圈环以及叶子板和导纱钩等。导纱钩的作用是将纱线引至锭子上方中心位置，气圈环的作用是控制气圈的大小，改善纱线张力。叶子板固装于三角铁上，三角铁沿捻线机两侧配置，落线时可将三角铁全部掀起，便于操作。倍捻机上的钢领是固定的，但纱线带动钢丝圈在它的内侧圆弧上高速回转，它是钢丝圈围绕锭子回转的轨道，二者配合的良好与否，成为高速和增大线管容量的关键问题之一。本机钢领的内跑道时由多圆弧组成，钢领的边宽较窄，颈壁较薄，内跑道较深，适合高速的要求。用作固定钢领的钢领板，为了要求其重量轻，所以采用蓝皮钢冲制而成。钢丝圈不仅是加捻的主要机件，而且更重要的是生产上运用钢丝圈的型号、号数的变更来控制和稳定纺丝张力，达到成形良好，降低断头的目的。3.4 成型机构成型机构主要是由成型凸轮、转子、摆臂、羊脚与羊脚套筒等组成。卷绕形式实际上主要决定于成型凸轮表面曲线的形状，本机采用表面曲线对称的凸轮。转子主要是减少成型凸轮的磨损，使钢领板升降正确、节约动力。摆臂随着成型凸轮而作上下摆动，钢领板由于摆臂的摆动，才产生升降运动。羊脚是用来支持钢领板升降的，它的下部由摆轴摆臂托住，上部又由生铁制成的羊脚套筒支持。4 设计方案4.1 成形凸轮的设计4.1.1 设计方案的比较A、 采用短程式卷绕（非对称凸轮）：图4-1 短程式卷绕如图所示，短程式线管由上圆锥体C、下圆锥体A和圆柱体B构成。这种线管是由一层层圆锥形线层迭合而成。而且上面每一层纱线都比下一层稍微抬高一些，绕成的纱线厚度也增加一些。在二层卷绕层（密层）之间绕一层束缚层（稀圈）。线管上采用束缚层的目的束缚，并把两卷绕层分开，避免成形松弛以及外层纱线嵌入内层，便于后道工序退解，但线管容量略有降低。稍有内紧外松现象。这是由于轴向退绕时，线管的卷绕直径时时发生变化，股线张力亦随之变化。为了达到短程式卷绕的目的，钢领板必须具备下列两个必要的动作和一个辅助动作：每一升降单程内，钢领板的单独上升和下降在每次单程升降以后钢领板起始位置的逐渐抬高线管的底部成形（辅助动作）由此，短程式所用的成形凸轮两面曲线是不对称的。短程式卷绕还必须采用管底成形机构（位叉式或凸钉式）B、 采用中程式卷绕图4-2 中程式卷绕中程式卷绕是圆柱形卷绕的一种。钢领板每次的升降动程不变，第一层股线从距管底h处向上卷绕，一直卷到管顶，以后每增加一层，钢领板即下降一定的距离，所以线管上部亦呈圆锥形，而其他部分则为圆柱形。如下图所示，这种线管能从管顶引出，每层卷绕直径又相同，但退绕张力大，故适用于多股线。中程式卷绕没有束缚层，卷绕密度比短程式大，当钢领板上下升降速度完全相等时，退绕时易引起脱圈。为了达到中程式卷绕的目的，钢领板需具备下列动作：在每一升降单程内，钢领板能够单独上升和下降在每一升降动作后，钢领板起始位置能按要求逐渐降低由此，中程式卷绕所用的成形凸轮表面曲线是两面对称的。中程式卷绕还必须采用棘轮棘爪装置控制钢领板的逐层下降。C、 采用圆柱形卷绕图4-3 圆柱形卷绕如图所示，圆柱形线管是由上凸边C、下凸边A和圆柱体B组成。钢领板每次的升降动程及起始位置不变，第一层股线从管底处向上卷绕，一直绕到管顶，第二层又由管顶到管底，随着纱线的增厚，钢领板升降的速度减慢。纱线绕到与凸轮平齐时停止。为了达到圆柱形卷绕的目的，钢领板需具备下列动作：在每一升降单程内，钢领板能够单独上升和下降在每一升降单程内，钢领板的升降动程及起始位置保持不变由此，圆柱形卷绕所用的成形凸轮表面曲线是两面对称的，且无需管底成形及级升装置。4.1.2 设计方案的确定本次设计的倍捻机主要用于棉纶纤维的加捻，采用圆柱形卷绕，有较大的卷装容量，且与A、B两种方案相比，简化了机构，简单适用，使用性能优良。由此，以C种方案圆柱形卷绕为最优方案，作为设计方案。4.2 手动机构的设计4.2.1 手动机构的作用让钢领板回到正常的落纱位置，便于落纱。4.2.2 手动机构的工作原理图4-5 手动机构的工作原理图如图所示，机动时，释放离合器5、杆6、弹簧7、凸块8、手柄10处于实线位置，此时离合器啮合，手动机构不起作用。当纱线满管时，为了使落纱位置正确，将手柄10向下打到10处，凸块转动，由实线位置到虚线8位置，杆6与凸块8相联结，杆6被带动绕支点转动，杆6与释放离合器联结，离合器5被带动到5处，即离合器被松开。因为伞齿轮没有固装在轴上，故机动不起作用，此时转动手柄1，由锥齿轮2到锥齿轮3，带动轴转动。5 传动方案设计5.1 传动方案的确定给定蜗杆轴与凸轮轴之间的传动比i=154.5,由此可见所需传动比较大。选用蜗杆蜗轮传动，一方面可实现大的传动比，另一方面在蜗杆传动中，蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的，且同时啮合的齿对较多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声低，承载能力高。蜗杆、蜗轮传动，零件数目少，可使结构紧凑。蜗杆、蜗轮传动的传动比一般为780，为满足传动比要求，再加一对齿轮传动。5.2 传动比的分配传动比i=154.5，蜗杆传动比一般为780，取蜗杆传动比，则一对齿轮传动比6 蜗杆传动设计电机功率： 锭子转速： 锭子直径： 锭带盘直径： 6.1 计算蜗杆轴的转速由传动系统可知从主轴到蜗杆轴的传动比： （6-1）主动轴转速： （6-2）又 （6-3）则蜗杆轴转速：6.2 计算蜗杆轴功率成形机构所消耗的功率约为电机功率的2.4%，因此传动为闭式传动，则：齿轮传动效率为所以，蜗杆轴功率为： （6-4）6.3 选择材料由于蜗杆传动传递的功率不很大，速度为中速，故蜗杆选用45号钢。又希望效率高些，耐磨性高，故蜗杆螺旋面要求淬火，淬火后硬度为HRC4050，蜗轮用铸锡青铜，金属模铸造，耐磨性好。为了节约贵重有色金属，仅齿圆用青铜制造，轮芯仍用灰铸铁HT150制造。6.4 确定主要参数因传动比，故蜗杆头数，则蜗轮齿数6.5 蜗轮的模数及蜗杆直径系数q.因为是闭式传动，所以按齿面接触疲劳强度计算蜗轮的模数及蜗杆直径系数q.6.5.1 确定作用在蜗轮上的转矩因蜗杆头数，则蜗杆蜗轮传动效率，蜗轮转速为： （6-5）输入蜗轮的功率， （6-6）则蜗轮上的转矩： （6-7）6.5.2 确定载荷系数k因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数，取工况系数，取动载系数，则： （6-8）6.5.3 确定许用接触应力查得应力循环次数 （6-9）寿命系数：故： （6-10）6.5.4 确定模数m及蜗杆直径系数q （6-11）由机械设计,选择蜗轮模数,蜗杆直径系数6.6 验算蜗轮的圆周速度 （6-12）故取是合适的。6.7 求中心距a （6-13）6.8 校核齿根弯曲疲劳强度蜗杆分度圆直径： （6-14）蜗轮分度圆直径： （6-15）由，查得蜗杆螺旋线升角则： （6-16）查得齿线系数，基本弯曲许用应力，则： （6-17） （6-18）故齿根弯曲疲劳强度是足够的。6.9 蜗杆、蜗轮各部分尺寸的计算6.9.1 蜗杆齿顶高： （6-19）齿全高： （6-20）齿顶圆直径： （6-21）齿根圆直径： 蜗杆螺纹部分长度：取 蜗杆轴向周节： （6-22）蜗杆的螺旋线导程： （6-23）6.9.2 蜗轮齿顶圆直径： （6-24）齿根圆直径:外径，查得： （6-25）轮宽，查得： 取 （6-26）包角： 取 （6-27）齿根圆弧面半径： （6-28）齿顶圆弧面半径：6.10 精度等级的选择和公差，表面粗糙度的确定因为此蜗杆、蜗轮是用于动力传动，希望寿命长些，且它用于纺织机械，所以选择8级精度。公差及表面粗糙度参考机械设计手册选取。6.11 蜗杆、蜗轮的结构设计由于此设计中蜗杆轴比较长，不便于将蜗杆和轴做成一体，故蜗杆与轴分开做。因蜗轮材料为青铜齿圈，铸铁齿芯，则选用齿圈式，其几何尺寸参考机械设计手册有关公式。7 齿轮传动设计7.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数由传动系统选用直齿圆柱齿轮传动。捻线机为普通纺织机械，速度不太高，故齿轮选用8级精度。齿轮选用便于制造，且价格便宜的材料，故齿轮10材料选45钢，调质处理，硬度HB217255，取HB250；齿轮11材料选45钢，调质处理，因一般大齿轮与小齿轮的硬度差在3050范围，故齿轮11硬度取HB220。选取齿轮10齿数，齿轮10、11传动比，故齿轮11齿数为因为属于齿面硬度小于350HB的闭式齿轮传动，故按齿面接触疲劳强度设计，校核传动的齿根弯曲疲劳强度。7.2 按齿面接触疲劳强度设计依据公式 （7-1）7.2.1 确定公式各参数值试选载荷系数计算齿轮10传递的转矩输入齿轮10的功率 齿轮10的转速 则：取齿宽系数弹性影响系数查得接触疲劳强度极限 计算应力循环次数查得接触疲劳寿命系数，计算接触疲劳许用应力，取失效概率为1%，安全系数，则：7.2.2 计算计算齿轮10分度圆直径计算圆周速度计算载荷系数依据查，直齿圆柱齿轮取，查得，故载荷系数按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径计算模数，取计算分度圆直径计算中心距计算齿轮宽度，圆整后取7.3 校核齿根弯曲疲劳强度 （7-2）7.3.1 确定公式中各参数计算圆周力查得应力校正系数，计算载荷系数查取弯曲疲劳强度极限及寿命系数，查得计算弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数，则7.3.2 校核计算7.4 结构设计因，材料为45钢，调质处理。由机械设计手册，其结构选择为孔板式。，材料为45钢，调质处理，故其结构选择为孔板式。其几何尺寸参考机械设计手册。7.5 公差及表面粗糙度的确立公差及表面粗糙度参考机械设计手册而定。8 蜗杆轴的设计8.1 初步估算轴的最小直径选择周的材料为40Cr,其许用扭转剪应力，又轴为实心，故轴的直径为：，又，则:,又因蜗杆轴上需要四个键槽，考虑到键槽对轴强度的削弱，故8.2 轴的结构设计8.2.1 拟定轴上零件的装配方案轴承6003由两个挡圈定位，2个轴承6304由轴肩及止推圆螺母定位，3个轴承6205及单列推力球轴承由轴肩及套筒定位，蜗杆由两个套筒定位，如图所示。8.2.2 根据轴向定位要求确定轴各段直径和长度取轴-段直径，为使用止推圆螺母在轴向对轴承6304进行定位，则在轴上制造一台阶，以便止推圆螺母的安装，故轴-段直径。为了对轴承6304在轴向定位，故在轴制一轴肩，故-轴直径为。轴承6205需要轴向定位，故在轴上制一轴肩，故轴-的轴径。轴承51305也需要定位，在此使用一套筒。为使套筒简易于安装，故轴-段稍小于轴-段，故mm,为使套筒安装稳固，故蜗杆处轴径同-段，取。蜗杆需要易于安装，故轴上-段轴径应比-段小些，取。为使轴上零件得到合理配置，各段轴长如图所示。轴上零件的周向定位伞齿轮、释放离合器、蜗杆的周向定位均采用平键连接。键槽用键槽铣刀加工，尺寸参照标准件的尺寸，同时为了保证各个零件与轴配合有良好的对中性，所以采用间隙配合。故算齿轮轮毂、蜗杆与轴的配合选H7/h6。释放离合器因为需要在轴上滑动，所以采用间隙配合，故其与轴的配合选F8/h7。轴承与轴的周向定位靠过渡配合来保证，故选H7/k6。轴上-段套筒起增大轴径的作用，同时使轴承定位，故其与轴的配合关系为紧配合，选N7/h6。图8-1 轴向定位图8.3 选择轴的材料该轴机械性能要求较高，因而选择材料为40Cr。查得拉伸强度极限为，弯曲疲劳极限为，剪切疲劳极限为。8.4 求轴上的载荷轴-段上锥齿轮受力分析，如图所示：图8-2 锥齿轮受力分析其圆锥面周向分力：径向力：轴向力：法向力：锥齿轮相啮合，故：，可见蜗杆轴所受轴向力和径向力比较小，故对所选轴不需进行校核。9 链传动设计9.1 链传动主要参数9.1.1 选择链轮齿数因，故取9.1.2 确定链条节距依据链传动传递的功率及转速，选9.1.3 确定中心距和链条长度中心距：根据具体情况，选取由于是单链条传动，链条长度为：9.1.4 链轮的主要尺寸链轮材料选用45钢，调质处理达HB220250。节圆直径： 9-1）齿顶圆直径： （9-2）齿根圆直径：，d为滚子直径。 （9-3）9.2 链传动的张紧链传动工程中，为了避免在链条垂度过大时产生啮合不良和链条的振动现象，此处采用调节螺栓来对链轮进行定期张紧。9.3 链传动的润滑良好的润滑可减缓冲击，减轻磨损，延长链条使用寿命。润滑采用H730号机油，人工润滑，用刷子式油壶定期在链条内、链条片间滴入。10 总结毕业设计进行了一个学期，整个过程分为两个阶段。首先，为了设计任务的顺利完成，也为了开阔视野，开拓思路增加对于机械设计、制造及使用的感性认识，在到工厂去进行参观学习，从而对纺织行业、纺织机械的发展及现状有了全面的认识，特别是对倍捻机有了深入的了解。对于倍捻机的传动机构这样较为复杂的机械设计还是第一次。任何一种机械设计都不可能是凭空想象的。都应有其设计依据，在实习过程中对于各种机械的深入了解其