七辊牵伸机组的整体设计（有全套图纸） .pdf

本科毕业设计（论文）通过答辩 1 前言前言 随着我国纺织工业的不断进步， 以前小容量的涤纶纺丝设备已经远远不能满足 现代高速纺织机械的发展。就化纤机械产品而言，需要从单一的数量型转向高新技 术型，从化纤的单一品种转向相对的精细加工，从传统机械技术转向高新电子信息 控制技术，不能再走产品趋同、技术向下的路了。这是化纤机械必须适应的转折， 转折的目的是服务于化纤产品的发展。科学在发展，技术在进步，化纤机械产品 发展的具体任务，首先是立足于现实，提高传统化纤机械产品的质量，提高技术水 平，提高产品的可靠性，赢得用户的信誉。在此基础上，跟踪新的纤维领域，为发 展民用舒适型纤维生产，为发展产业用纤维生产，为发展军用、警用纤维生产提供 技术装备。需要研制、开发和生产年产 60 万吨及以上的新型 pta 成套装置。连续 研制新一代、大容量、连续化、高速度、自动化的涤纶长丝、短丝纺丝和后处理设 备，以及成套设备的信息控制技术。 牵伸机目前纺织原料已向混纤、 混色、 异截面、 异收缩等多种复合加工方向发展， 为了适应这一要求， 提高牵伸机的产品开发能力， 增加双喂入、 双牵伸单丝卷绕功能， 以满足不同规格、 不同原料的丝复合牵伸加工； 增加上油装置， 满足不同品种的需求； 增加卷装重量，使卷重达 9 10 ,以进一步减少停车生产（接头）时间，满足后 选用户需求。 “十一五”重点化纤机械产品发展方向和关键技术有：重点开发 200250 吨/ 日涤纶短纤维生产线；研制年产 60 万吨 pta 成套国产化技术与设备。完善国产长丝 复合纺丝机，开发短丝复合纺丝设备。开发涤纶 0.3dpf 超细纤维纺丝设备。开发可 纺制涤纶高强和高模低缩纤维的成套设备。研发年产 6 万吨粘胶短纤维生产线。 腈纶 纤维、芳纶 1414 要进一步提升，研究开发碳纤维、导电纤维、光导纤维、超大分子 量的聚乙烯纤维、中空膜纤维等高新技术纤维与设备。 本科毕业设计（论文）通过答辩 2 摘 要 涤纶短纤维后处理设备七辊牵伸机牵伸辊属于牵伸机的工作部分， 合理设计将 提高七辊牵伸机的性能。牵伸机是纺丝后处理的主要设备之一，根据纺丝的工艺要 求来确定牵伸机的数量和功率。本次设计的七辊牵伸机主要是为了提高年产量， 从 牵伸机组的整体设计出发，按照总牵伸倍数合理布局各级牵伸倍数，按照年产量计 算最大牵伸旦数，最大牵伸力；按照牵伸力求出第三牵伸机辊筒的受力情况，依据 最大辊筒受力来对辊筒进行强度、刚度校核，及其螺钉的校核。 根据受力情况对牵伸辊和牵伸轴进行结构设计，要求结构简单、加工方便、 经 济可行。牵伸辊的联接的方式采用法兰联接，比内夹套联接结构简单、装配方便。 合理设计通水牵伸辊部件，利用分配板使进水和出水流量均匀，充分带走热量。 参 照现有的七辊牵伸机设备，设计出满足工作要求的牵伸辊，以达到大容量生产涤纶 短纤维的目的，满足现代高速纺织机械的发展。 本科毕业设计（论文）通过答辩 3 abstract polyester staple aftertreatment equipment 7-roller drawing machines rollers are work part of the drawing machine. and the performance of 7-roller drawing machine will be improved if its correctly designed. the drawing machine is one of the main equipments in the filature aftertreatment. according to the filature processing requirement we can decide the number and power of the drawing machine. this 7-roller drawing machine design is to enhance the annual output. taking the drawing machine group as an organic whole design, through the total drawing multiple properly distributing each class drawing multiple, according to the annual output calculating the maximal drawing denier and maximal drawing tension, then on the basis of the drawing tension figuring out the force of third drawing machine roller, and according to the maximal roller force checking the intensity and rigidity and proofing the bolt. on the basis of the rollers force designing the frames of the drawing rollers and drawing shafts, which require simple frames, convenient manufacturing, economical and feasible. the link method of the drawing roller adopts flanges, which compares with the inner sleeve link has simple structure, convenient assemblage. correctly designing the watering drawing roller parts, using the distributing board making the in water and out water equably flowing, and taking out the heat. consulting the existent 7-roller drawing machine equipments, designing drawing rollers which satisfy the work requirement, and reach the objective of a large amount of polyester staple are produced, meet contemporary high-speed textile mechanical development. 本科毕业设计（论文）通过答辩 4 目录 前言.1 1 概述.2 1.1 拉伸的目的和作用.2 1.2 牵伸机组原理.2 2 设计参数的确定.4 2.1 年产 2 万吨涤纶短纤后处理工艺流程. 4 2.2 设计基础.4 2.3 确定牵伸旦数 d.5 3 牵伸机构受力分析.5 4 第三牵伸机功率估算.6 5 七辊牵伸机的整体分析.8 5.1 第一牵伸机设计.8 5.2 第二牵伸机设计.9 5.3 第三牵伸机设计.10 6 牵伸辊受力分析.11 7 牵伸辊筒的设计.16 8 法兰联接螺钉性能等级和材料确定.18 9 通水牵伸轴设计.20 10 牵伸辊的校核计算.25 10.1 强度计算.25 10.2 挠度计算.26 11 润滑方式与密封装置.28 总结.30 参考文献.31 致谢.32 附表 1.33 附表 2.34 附表 3.35 本科毕业设计（论文）通过答辩 5 1 概述 1.1 拉伸的目的和作用 拉伸是涤纶纤维制造过程中必不可少的重要工序， 常被称为涤纶纤维成形的第二 阶段，或称为二次成形。它不仅是使纤维的物理和机械性能提高的必要手段，而且是 检验其以前各道工序进行得好坏的关口。在拉伸过程中， 大分子或聚集态结构单元发 生舒展并沿纤维轴取向排列。在取向的同时1，通常伴着相态的变化，以及其它机构 特征的变化。 由于拉伸过程中纤维内的大分子沿纤维轴取向，形成并增加了氢键、偶极键、 以 及其它类型的分子间力，纤维承受外加张力的分子链数目增加了， 从而使纤维的断裂 强度显著提高，延伸度下降，耐摩性和对各种不同类型形变的疲劳强度亦明显提高。 1.2 牵伸机组原理 丝束牵伸的主要目的是提高分子链的取向度，使之具有一定的强力和伸长。 牵伸 是在两道牵伸机构之间产生的。前后两道牵伸机构之间的丝束， 因牵伸辊表面速度的 差异而被拉伸。两道牵伸机构的拉伸辊表面速度之比称为拉伸倍数。 实际上丝束在牵 伸辊表面存在打滑现象，实际牵伸倍数将比它的理论值低。因丝束的总旦数很大， 可 达100200万旦，甚至更高，所需的牵伸力也很大，帮牵伸机构必须做得十分结 实。 牵伸机的主要作用是在一定的条件下在丝束轴向施以外力， 把丝束中的单纤维拉 细，提高取向度，使单纤维由低强、高伸的塑性状态变为高强、低伸的弹性状态。 拉 伸是利用各道牵伸机的滚筒表面的线速度的增加来实现的，因此， 理论拉伸倍数可由 各道牵伸机滚筒表面的线速度之比求得：第一级拉伸倍数 1 e 2为 1 e= 2 v/ 1 v ；第二级 拉伸倍数 2 e 为 2 e= 3 v/ 2 v；总拉伸倍数e 为e= 1 e 2 e= 3 v/ 1 v；式中 1 v 、 2 v、 3 v 分 别表示第一、二、三道牵伸机滚筒表面的线速度（m/min） 。一般情况下，机器的总 拉伸倍数为36， 第一级拉伸倍数约为总拉伸倍数的80%90%3， 第二级拉伸倍 数仅占10%20%。 根据热牵伸的要求，在第一道牵伸机和第二道牵伸机之间设置水浴牵伸槽， 而在 第二和第三牵伸机之间装有蒸气加热器。 紧张热定型机的目的是在于消除丝束在拉伸之后的内应力，降低热收缩率。 紧张 本科毕业设计（论文）通过答辩 6 热定型机各辊筒的表面线速度， 如果比第三道牵伸机辊筒的表面线速度低纤维将产生 回缩，回缩比e=1- 4 v/ 3 v=( 3 v- 4 v)/ 3 v 式中： 4 v-紧张热定型机各辊筒的表面线速度。 设计时按理论拉伸倍数计算，而在实际生产中，由于存在打滑现象，实际拉伸倍 数略低于理论值。七辊牵伸机的打滑系数约为3%。 拉伸倍数应能作微量的调节，所以在牵伸机组的传动系统中， 往往没有齿链式无 级变速器或齿轮式变速箱。如果联合机生产的纤维品种调换不多， 也可以采用调换变 换齿轮来改变拉伸倍数。 联合机的运转速度由第三道牵伸机辊筒表面线速度代表， 而联合机的加工能力是 指成品纤维的总旦数。 一台牵伸机通常由五个、六个、七个或九个牵伸辊组成一组。它们的直径相同、 转速相同，它们与另一台的牵伸机的一组牵伸辊速度不同，靠这个速度差，牵伸机完 成拉伸。因此提高牵伸辊对丝束的握持力，防止打滑保证拉伸倍数的稳定 4。 增加握持力的途径是： （1）丝束进料牵伸机以前具有一定的予张力； （2）增加丝束在辊筒上的包角或增加辊筒与丝束间的摩擦阻力，但是过多地增 加包角，也会增加丝束缠辊的机会，对操作不利； （3）增加辊筒数目， 目前大多采用七辊和九辊， 五辊和六辊牵伸机已很少制造； （4）在牵伸辊的上方或下方增加压辊，防止丝束打滑，提高牵伸能力。 七辊牵伸机构的第一和第七个牵伸辊筒的下部， 常设有压辊。 压辊表面包有橡胶， 以增加摩擦系数，更有效地握持丝束。 压辊可用气缸加压或油缸加压的优点是机构简 单操作方便且不会污染环境。一般用两个气缸加压， 也可用一个气缸通过连杆机构来 加压。 压辊设计压辊表面应耐磨，且不与丝束上的油剂发生作用。压辊有两种型式： 自 紧式压辊有两种加压方式，一种是靠压辊的自重对丝束进行加压， 压辊对丝束的压力 随着丝束张力的变化而变化。另一种除压辊的自重外，又用汽缸对丝束的握持可靠， 丝束与压辊之间不容易打滑。加载式压辊是根据压辊与牵伸辊的相对位置不同， 可分 为上压辊和下压辊。前者多用于牵伸辊长度较短的小型拉伸机构，采用单气缸加压， 总压力为气缸和压辊自重之和。下压辊则用于大型牵伸机构中，此时；总压力为气缸 压力与压辊重量之差，气缸的加压作用可部分抵消牵伸辊悬臂端的形变。 本科毕业设计（论文）通过答辩 7 2.设计参数的确定 2.1 年产 2 万吨涤纶短纤后处理工艺流程1 （丝束从纺丝段来） 集束架上导丝架下导丝架油剂浴槽八辊导丝机第一 牵伸机水浴牵伸槽第二牵伸机蒸汽牵伸箱第三牵伸机叠丝机张力架 卷曲机铺丝机（含喷油水装置）紧张热定形机捕结器曳引张力机切断机 打包机 2.2 设计基础 年生产能力5：q =2 4 10t/a 每天工作时间：t=18 h 工艺速度：v =250 m/min 机前丝束张力为：294n/ktex （3g/d） 机后丝束张力为：9.8 n/ktex（0.1g/d） 紧张热定形机进丝张力为：120n/ktex （1.2g/d） 总牵伸倍数：3 倍（其中一道2.5倍，二道1.2倍） 使用压缩空气压力：0.6mpa 压辊最大工作线压力：170n/cm 牵伸辊长度：1250mm 牵伸辊直径： 400mm 牵伸辊排列：上三下四（共七根） 橡胶压辊长度：1225 mm 橡胶压辊直径：400mm 丝片进出高度：970 mm 本科毕业设计（论文）通过答辩 8 2.3 确定牵伸旦数 d6 依据年生产能力q可以计算出日生产能力q q=q/ n（2.1） 式中 n- 年开车天数，取n=300 q=q/ n=2.0104/30070 t/d 由参考文献1计算日生产能力公式 10 21 10 160 dt q（2.2） 式中v- 工艺速度：v=250m/min d- 牵伸旦数 1 - 机台开车率，取 1 =75% 2 - 纤维收缩率，取 2 =5% t- 每天工作时间，t=18 h 所以d= )1 ()1860( 10 21 10 v q 2.56106dtex 3 牵伸机构受力分析7 在最初几个牵伸辊上，丝束在牵伸辊表面打滑，随着牵伸辊数的增加，打滑逐渐 减少，最后丝束将以牵伸辊的表面速度前进。 图3.1为第三道七辊牵伸机构的受力图。 丝束绕第一牵伸辊后， 张力由 0 t 逐渐减 小到 1 t ，绕经第二辊后，张力减为 2 t 机构中前面两个牵伸辊受力较大。丝束与辊 筒表面间伴有相对运动。丝束的张力可用下列公式进行计算： 本科毕业设计（论文）通过答辩 9 出丝方向进丝方向 图3.1七辊牵伸机构的受力图 由已知条件可知： 第三牵伸机的进丝张力 0 t 0 t=256ktex294 n/ktex=75264n 第三牵伸机的出丝张力 7 t 7 t=256ktex9.8 n/ktex =2508.8n 拟设计包角 1 = 7 =/2 2 = 3 = 4 = 5 = 6 = 由参考文献1欧拉公式 ： 0 t= 7 t f e（3.1） 式中 0 t -第一牵伸辊前的丝束张力 7 t -第七牵伸辊后的丝束张力 e-自然对数的底（e=2.718） f-丝束与拉伸辊间的磨擦系数 -包角 = 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 =/22+4=6 所以 0 t= 7 t 6f e即75264=2508.8 6f e解得f0.18 6 t= 7 t 2 f e=3328.58 n 5 t= 7 t 2 3f e=5859.33 n 4 t= 7 t 2 5f e=10314.19 n 3 t= 7 t 2 7f e=18677.18 n 2 t= 7 t 2 9f e=31960.30 n 1 t= 7 t 2 11f e=56259.85 n 本科毕业设计（论文）通过答辩 10 4 功率估算 分析计算牵伸机的功率首先必须知道丝束进出机器的张力差和丝束的运行速度， 按下式求出所需的理论拉伸功率 0 n ： 由参考文献 1公式 10260 70 0 vtt n(kw)（4.1） 式中： 0 t 、 7 t -进出机器的丝束张力（kg） v-丝束的输送速度（m/min） ，v=250 m/min 0 t =75264 /9.8=7680 kg 7 t =2508.8/9.8=256 kg 由于第三牵伸机的后面还有一台紧张热定形机，拖动丝束运动，丝束张力为 t t=120294/9.8=3134.7 kg 所以第三牵伸机的牵伸理论功率 0 n 10260 71 0 vttt n= 10260 250 3134.7-2567680 =175 kw 一台牵伸机所需的功率，随丝束进出机器的张力差而变化， 且与丝束的输送速度 成正比，计算时应取机组的最高输送速度。如果丝束张力差为负值，则机器将产生制 动转矩。当牵伸机组正常工作时，第一道和第二道牵伸机就在做负功，即对丝束产生 制动转矩。 计算机器的输入功率时，尚需考虑传动部分的机械效率。因此，机器的理论负载 功率 l n 为8： 当 0 n 为正值时公式： 0 ls n nn （4.2） 式中：机械效率（取=0.9） s n 空车运转消耗的功率（根据经验取 s n =2.44kw） 本科毕业设计（论文）通过答辩 11 0 ls n nn = 9 . 0 3 .303 +2.44=197kw 选取的电机功率200kw 从理论拉伸功率，负载功率和起动功率中选取最大值，作为设计的依据，然后， 根据传动路线确定各传动箱的功率，计入适当的安全系数后， 就可着手对传动系统各 主要零部件进行分析计算。 目前， 丝束的张力、 机械效率、 空车运转功率和起动转矩等都只能采用经验数据， 或者对现有机组进行测定以获得所需的数据。 5 七辊牵伸机组的整体设计 本机组总共由三台牵伸机组成，根据纺丝工艺要求，每台牵伸机也不完全相同。 牵伸机主要由牵伸箱部件、 牵伸辊部件、 牵伸辊传动装置、 气动控制部件、 压辊部件、 外置润滑系统、传动部件等组成。牵伸箱为铸铁结构，用于支撑牵伸辊。箱体内装有 润滑管路，以油滑箱体内传动齿轮及滚动轴承。 在箱体操作侧的牵伸辊轴上装有七根 牵伸辊。牵伸辊表面镀三氧化二铬，辊筒与牵伸辊轴通过法兰联接，辊筒随轴回转。 橡胶压辊为外包丁腈橡胶，能对牵伸辊均匀加压。压辊颜色为乳白色，硬度为（邵尔 a 型）7580 度9。 5.1 第一牵伸机设计 电机联轴器减速器联轴器进轴牵伸轴。 牵伸机的七个辊筒排列方式上 三下四(共七辊)，第六、七辊通冷水；压辊放在进丝端（如图5.1） 。 本科毕业设计（论文）通过答辩 12 进丝方向出丝方向 压辊 牵伸辊 、7牵伸辊为通水牵伸辊 图5.1第一牵伸机结构简图 在第一道牵伸机的几个牵伸辊上，丝束慢慢被张紧， 即沿丝束前进方向形成一张 力梯度，当其张力达到纤维的屈服应力的大小时，则出现细颈。因此，拉伸点（通常 把拉伸过程中出现细颈的位置叫做拉伸点） 在第一道牵伸的最后一个辊上或最后二辊 之间。要将丝束拉伸区移至第一、二道牵伸机之间，则必须降低第一道牵伸机最后一 辊或数辊的温度，使的丝束的温度降低，其屈服应力增大，则不会在此处产生细颈， 拉伸点可移出至一、二牵伸机之间。所以设计第六、七辊通冷水，正是此目的。 在进丝端设有橡胶压辊，其作用如下 10： （1）挤出经过油槽的丝束多余的水分，保持稳定的含油率，便于丝束在第三牵伸机 升温快、定型效果好。 （2）增加牵伸辊与丝束的摩擦力，减少丝束打滑，确保拉伸倍数稳定，有效控制拉 伸点，提高拉伸质量。 （3）增加丝片宽度，促进纤维间的密合，使丝片厚薄均匀，有利用拉伸、定型和卷 曲。 5.2 第二牵伸机设计 电机联轴器减速器联轴器进轴牵伸轴。 牵伸机的七个辊筒排列方式上 三下四(共七辊)，所有牵伸辊有毛刷，所有牵伸辊通热水；压辊放在进丝端（如图 5.2） 。 本科毕业设计（论文）通过答辩 13 毛刷 进丝方向出丝方向 压辊 牵伸辊 所有牵伸辊通热水 图5.2第二牵伸机结构简图 5.3 第三牵伸机设计 电机联轴器减速器联轴器进轴牵伸轴。 牵伸机的七个辊筒排列方式上 三下四(共七辊)， 所有牵伸辊有毛刷， 所有牵伸辊通冷水； 压辊放在出丝端 （如图5.3） 。 毛刷 进丝方向出丝方向 牵伸辊 所有牵伸辊通冷水 压辊 图 5.3第三牵伸机结构简图 6 牵伸辊受力分析 本科毕业设计（论文）通过答辩 14 此牵伸机组在第三牵伸辊第一辊进丝端的丝束的张力是最大的， 所以对第三牵伸 机的进行受力分析， 牵伸辊筒可以看作为悬臂梁， 受到两个张力t 和牵伸辊外伸部分 的重量 g。 牵伸辊的体积v=l（ 22 dd ）/4 =13353.14（ 22 340400 ）/4=46530090 3 mm 牵伸辊的质量m =v=7.85 6 1046530090=365.3 牵伸辊的重量g =mg=365.39.8=3579.9 n 牵伸辊的转动惯量j =2/ 22 rrm =365.3（ 22 340400 ）/2=50324560 2 mm 对每个辊筒的受力进行分析如下： （1）对1辊筒受力如图，对1辊筒受力向o点简化（如图6.1） 。 图6.11辊筒受力及简化图 0 m= 0 td=75264400 3 10=30105.5 n m 1 m= 1 td=56259.85400 3 10=22503.9 n m 合力f= 2 0 2 1 tgt= 2 2 75264 9 . 357985.56259=91868.6 n 转矩m= 0 m- 1 m=30105.5-22503.9=7601.6 n m （2）对2辊筒受力如图，对2辊筒受力向 o 点简化（如图6.2）。 本科毕业设计（论文）通过答辩 15 图6.22辊筒受力及简化图 1 m= 1 td=56259.85400 3 10=22503.9 n m 2 m= 2 td=31960.3400 3 10=12784.12 n m 合力f=g+ 1 t+ 2 t=3579.9+56259.85+31960.3=91800.05 n 转矩m= 1 m- 2 m=22503.9-12784.12 =9719.78 n m （3）对3辊筒受力，对3辊筒受力向o点简化（如图6.3）。 图6.33辊筒受力及简化图 2 m= 2 td=31960.3400 3 10=12784.12 n m 3 m= 3 td=18677.18400 3 10=7470.87n m 合力f= 3 t+ 2 t-g=18677.18+31960.3-3579.9=47057.58 n 转矩m= 2 m- 3 m=12784.12 -7470.87=5313.25 n m （4）对4辊筒受力，对4辊筒受力向o点简化（如图6.4）。 本科毕业设计（论文）通过答辩 16 图6.44辊筒受力及简化图 3 m= 3 td=18677.18400 3 10=7470.87n m 4 m= 4 td=10314.19400 3 10=4125.68 n m 合力f=g+ 3 t+ 4 t=3579.9+18677.18+10314.19=32571.27 n 转矩m= 3 m- 4 m=7470.87-4125.68 =3345.19n m （5）对5辊筒受力，对5辊筒受力向o点简化（如图6.5）。 图6.55辊筒受力及简化图 4 m= 4 td=10314.19400 3 10=4125.68 n m 5 m= 5 td=5859.33400 3 10=2343.73 n m 合力f=g- 4 t- 5 t=3579.9-10314.19-5859.33=-12593.62 n 转矩m= 4 m- 5 m=4125.68-2343.73 =1781.95 n m （6）对6辊筒受力，并对6辊筒受力向o点简化（如图6.6）。 本科毕业设计（论文）通过答辩 17 图6.66辊筒受力及简化图 5 m= 5 td=5859.33400 3 10=2343.73 n m 6 m= 6 td=3328.58400 3 10=1331.43n m 合力f=g+ 5 t+ 6 t=3579.9+5859.33+3328.58=12767.81 n 转矩m= 5 m- 6 m=2343.73 -1331.43=1012.3n m （7）对7辊筒受力，并对7辊筒受力向o点简化（如图6.7）。 图6.77辊筒受力及简化图 6 m= 6 td=3328.58400 3 10=1331.43n m 7 m= 7 td=2508.8400 3 10=1003.52n m 合力f= 2 7 2 6 ttg= 2 2 8 . 250858.3328 9 . 3579=2521.36 n 转矩m= 6 m- 7 m=1331.43-1003.52=327.91 n m 由以上计算可知 1牵伸辊的合力最大为： 本科毕业设计（论文）通过答辩 18 合力f=91868.6 n 2牵伸辊的合力矩最大为： 转矩m=9719.78 n m 把1牵伸辊的最大受力，可以把牵伸辊看作是载荷均布的悬臂梁（如图6.7） 。 图6.7最大受力牵伸辊受力情况 q=f/l=91868.6 /1335=68.8 n/ mm b r=ql=68.81335=91868.6 n 倾覆力矩 b m=- 2 2 ql =- 2 1335 8 . 68 2 = -61308540 n mm 本科毕业设计（论文）通过答辩 19 剪力 b q=-qx b q=- ql =-68.81335=-91868.6 n 弯矩 x m=- 2 2 qx b m =- 2 2 ql =- 2 1335 8 . 68 2 = -61308540 n mm 7 牵伸辊筒的设计11 牵伸辊的结构有三种：内部不通水、内部通冷水、内部通蒸汽。第一种是内部不 通加热介质的牵伸辊，无缝钢管制作，借助两端法兰焊接在辊轴上。第二种是内部通 冷却水的牵伸辊， 它所配用的牵伸辊是一空心轴， 内装一根无缝不锈钢管， 管内进水， 经过牵伸辊内腔，然后至牵伸轴内孔与无缝不锈钢之间出水， 有的还在牵伸辊内焊有 呈螺旋线状流动，加长冷却水与牵伸辊的接触时间，使热交换充分。由于辊轴回转， 故在轴端进出水接头处采用单端面机械密封。本次设计中， 由于辊筒的长度和直径都 是已知的， 所以在这里只进行辊筒的结构设计。 牵伸机组中的牵伸辊筒有内部不通水、 内部通冷水、内部通热水三种。根据纺丝的工艺要求，设计第一台牵伸机内部不通水 的牵伸辊五根和内部通冷水的牵伸辊二根， 设计第二台牵伸机内部不通热水的牵伸辊 七根，设计第二台牵伸机内部不通热水的牵伸辊七根。 牵伸辊与牵伸辊轴的联接方式有内夹套螺栓联接、 辊筒与法兰焊接再用螺栓联接 和法兰螺栓联接， 前两者结构复杂难于加工和装配， 后者结构简单， 易于加工和装配， 经济性好。牵伸机组中所有牵伸辊和牵伸轴均采用法兰螺钉联接。 内部不通水的牵伸 辊结构设计（如图7.1） 。 图7.1牵伸辊结构图 本科毕业设计（论文）通过答辩 20 设计要素有如下几个方面： （1）选用材料为20的钢管（500mm1335mm） 。 （2）辊筒要封闭所以在左端加工一个凹槽台阶，钻6个m16-6h深15 的孔，以 便和盖子装配。 （3）车外圆到400mm1250mm，表面镀 三氧化二铬厚度0.20.3后抛光， 表面粗糙度达0.8 m 。 （4）为了避免尺寸突变而引起的应力集中，所以阶梯轴采用倒圆角过渡。 （5）为了辊筒和轴联接，在辊筒450mm的圆周上钻24个26深孔40，这样 可以将螺钉头隐藏起来。 （6）辊筒和轴联接，为了阻碍辊筒下滑，在辊筒和轴加工出有一定精度相配合的定 位止口。 内部通冷水的牵伸辊继承了内部不通水结构的特点，只是在一个 局部做了一点 修改，具体结构设计（如图7.2） 。 在内部不通水的牵伸辊结构上内孔加工一个台阶，以配合装通水的分配板。 图7.2通水牵伸辊结构图 本科毕业设计（论文）通过答辩 21 8 法兰联接螺钉性能等级和材料确定12 牵伸棍和牵伸辊是法兰螺钉联接， 为了防止出现螺栓断裂的情况， 必须进行分析。 首先，分析辊筒的受力。单个辊筒的受力情况， 1 t 、 2 t为丝束的张力，它们对 牵伸辊产生转矩 ， 及倾覆力矩 的作用， 其大小与丝束作用力及丝束对辊的包角有关。 分析各个辊筒的受力情况， 确定受力最大者牵伸辊， 辊筒与轴通过24只高强螺钉相连。 d为辊筒与法兰联结螺钉所在圆的直径， 0 d 为法兰外径， 1 d 为接触面的内径。 0 d 、 1 d 之间的面积为辊筒与法兰的有效接触面积。 根据前面的计算出来的结果， 可知 1牵伸辊的合力最大： 合力f=91868.6 n 2牵伸辊的转矩最大：转矩m=9719.78 n m。综合考虑辊筒的最大合力和最大转 矩，假设 2辊筒所到合力f=91868.6 n 、转矩m=9719.78 n m。 其次，确定受倾覆力矩最大的辊筒。 0 m=f0.5 l=91868.60.51250 3 10=57417.875 n m 联接螺栓强度计算 根据转矩m计算预紧力 1p f 。 采用螺栓时，靠联接预紧后在接结合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩， 假设各螺栓的 预紧程度相同，根据力矩平衡条件得 f 1p f 1 r+ f 1p f 2 r+ f 1p f 3 r+ f 1p f z r=km（8.1） 式中k- 防滑系数 z-螺栓数目 z r -第z个螺栓到接合面中心的距离 f-接合面的摩擦因数 由于 z r 大小相同，为0.5d，故 1p f= fzr km 根据参考文献 12取 k=1.2f=0.15 1p f= fzr km = 3 104505 . 02415 . 0 78.97192 . 1 =14399.67 n 根据倾覆力矩计算预紧力 2p f。 预紧力应确保辊子承受倾覆力矩后，受压最小处不出现间隙，根据参考文献 13有 2p f= zw am0 （8.2） 式中a- 有效接触面积 本科毕业设计（论文）通过答辩 22 z-螺栓数目 w-接合面有效抗弯剖面模量 a= 2 5 . 0（ 2 1 2 0 dd ）= 2 5 . 0（ 2 500- 2 400）=70650 2 mm=0.7 2 m w= 0 4 1 4 0 5 . 06 5 . 05 . 0 d dd =1.54 3 10 3 m 2p f= zw am0 = 3 1054 . 1 24 7 . 0875.57417 =1.08 6 10 n 故预紧力 p f = 2p f=1.08 6 10 n 计算螺栓承受最大工作载荷 max f。 由参考文献 7有： max f= z i iil l lm 1 max0 （8.3） 式中， i l 代表第i个螺栓轴线到接合面中心轴线的距离； max l代表最大值为 max l=0.5d 。图8.1为辊筒与轴联接螺栓分布图， 24个螺栓均布， 所以 i l 有两个最大值，有两个为0。其余20只螺栓中可分均成4组，每组的 i l 对应相 同， 1 l= max lcosl5、 2 l= max lcos30、 3 l= max lcos45、 4 l= max lcos60 5 l= max lcos75 图8.1辊筒与轴联接螺栓分布图 max f=(57417.875 450 3 10)4（ 2 1 l+ 2 2 l+ 2 3 l+ 2 4 l+ 2 5 l）+2 2 max l =10589.4n 本科毕业设计（论文）通过答辩 23 计算螺栓承受的总拉力f f= p f+c max f（8.4） 其中c为螺栓的相对刚度，根据参考文献 15取c=0.4， 所以f= p f+c max f=1.08 6 10+0.41.06 4 10=1.08 6 10n 计算螺栓危险剖面的拉伸强度 =1.5f/（0.25 2 d）（8.5） 式中，d为螺栓的危险剖面的直径 所以=1.51.08 6 10/（0.25 2 024 . 0 ） =358.28 mpa 查文献16表11-6，选用性能级别为8.8，材料为35即可满足要求。 9 通水牵伸轴设计 （1） 选择轴的材料确定许用应力 此轴属于载荷较大而无很大冲击的重要轴，中间要通水是中空轴内径 130mm，而且还要和牵伸辊相联接，最大直径和牵伸辊的最大直径一样，所以 轴的直径比较大。选用40cr，调质处理。查文献 12表 2-5，取 b =685 mpa。 （2） 按扭转强度，初估轴的最小直径 由文献 17表 2-6 查得 c=100， =40 mpa 按轴的设计公式 实心轴 min dc3 n p =66.7mm 空心轴 min d66.7+130=196.7 mm 由于键槽的存在,应增大轴颈以考虑其对轴强度的影响,双键应增大7%，所以，取 d=200mm （3） 轴的初步设计 根据轴系结构分析要点，该轴上主要有两个轴承和一个齿轮。右边的轴承用锁 紧螺母和锁紧垫圈进行轴向固定，所以必须要开一个槽。齿轮和轴一起转动，即在 轴上要开一个槽。考虑到斜齿圆柱齿轮传动，选用角接触球轴承，采用螺栓联接式 轴承盖实现轴两端单向固定，依靠普通平键联接实现周向固定，大齿轮的轴向固定 采用轴肩与套筒相配合实现，轴采用阶梯轴的结构来实现零件的轴向固定。此轴要 与辊直接相连，因此在 6 d上开 24 个 m24 的螺孔，与辊相配合，结合后述尺寸确定， 绘制轴的草图（如图9.1） 。 本科毕业设计（论文）通过答辩 24 图9.1轴结构图 （4） 轴的结构设计 径向尺寸的确定： 图9.1所示，从轴段d=200mm选取相邻轴段的直径。 1 d 起定位固定作用的套 筒，定位轴肩高度hmin可在（0.070.1）d取值，故 1 d30（1+20.07） =210.2mm取 1 d=220mm。 2 d 为与大齿轮装配部分，其直径应与大齿轮的内孔直径 相一致，即 2 d=240mm。 3 d为安装轴承部分，即 3 d=260 mm，选定轴承为 23144ck/w33gb/t288-1994。 4 d 为了方便装配水管零件 4 d=230mm, 5 d为轴 与辊筒的定位止口， 5 d=500mm； 6 d为钻螺纹的地方， 6 d=450mm； 7 d 为轴径， 为了和辊筒的最大直径一致，取 7 d=500mm。 轴向尺寸的确定： 1 l 为螺纹长度与锁紧螺母相配合，取 1 l=40mm； 2 l 为退刀槽，取 2 l=5mm； 3 l上装载轴承， 轴承宽度b1=120mm， 取 3 l=178mm； 4 l 起定位作用， 取 4 l =148； 大齿轮齿宽b2=260 mm,取 5 l=335 mm； 6 l与装轴承及箱体厚度, 轴承宽度 b2=180mm，取轴段长 6 l=266mm； 7 l 为联接螺纹的长度，取 7 l=80mm； 8 l起 定位作用，取 8 l=10mm。 （5） 确定齿轮和轴承的润滑 由于辊筒的工艺速度是250m/min，所以齿轮圆周速度v=250m/min 齿轮采用浸油润滑，轴承采用压力油润滑 本科毕业设计（论文）通过答辩 25 （6） 轴的强度校核，轴的受力（如图9.2） 轴受力简图 水平面受力 水平面弯矩 垂直面受力 垂直面弯矩 合成弯矩 图 转矩 图 当量弯矩图 图9.2轴受力图 本科毕业设计（论文）通过答辩 26 前面计算出来的数据有： 齿