【JX155】GE283型纺织机寸行传动件的设计研究[KT+FY+RW]【3A0】
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【JX155】GE283型纺织机寸行传动件的设计研究[KT+FY+RW]【3A0】,jx155,ge283,纺织机,传动件,设计,研究,钻研,kt,fy,rw,a0
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纺织机寸行传动件的设计研究 1 中文摘要及关键词 摘要 ： 此次 设计课题为“ 织机寸行传动件的设计研究 ”。主要 对纺织机寸行传动系统的三个主要组成部分（即电动机、减速器、蜗轮箱 ）进行分析与设计，并对设计出的零件进行强度校核。了解和掌握 织机寸行传动件 在实际使用过程中出现的问题，在理论（计算）分析 、 计算的基础上， 针对该传动部分出现的问题， 提出具体可行的 传动 方案。 关键词 ： 纺织机 ，电动机，减速器， 蜗轮箱 ，强度校核 纺织机寸行传动件的设计研究 2 英文摘要及关键词 to on to on in (in in in of 纺织机寸行传动件的设计研究 3 第一章 绪论 织机的简介 纺织机是一种用来纺织各种布匹的现代化机器。我们要想得到制造工艺更上一层的布匹，就必须不断地改进纺织机的传动部件及其机身本身的结构造型。 因此，纺织机的改进将带来纺织机械行业翻天覆地的变化。 纺织机就是众多纺织机中的一员，它是一种双针床经编机，用于编织 人造毛皮、毛毯、沙发座垫、窗帘等绒类织物 。 织机械的行业动态 纺机行业竞争日趋激烈且这种竞争格局短期内尚难分伯仲。国产纺机向左走，是向右走 ?一面是市场被国外大牌觊觎，另一面是国产纺机质量创新、快速反应不足 ，尚不能打出本工化品牌。在这一背景下无论是谁，只要执行战略竞争更彻底，谁就有可能在未来真正脱颖而出而成为国产纺机市场的领军企业，同时也就意味着在中国本土能成就世界级企业。 分析 2004 年的中国国产纺机市场，特定的需求条件下如何选择战略，从现在看来多种战略之间的博弈充满了诸多下确定因素，都存在获胜的可能，问题是，现在有哪些纺机企业意识到战略竞争的重要性呢 ? 目前我国纺织机械行业发展动态为： 一、纺机步入快速增长期 我国的纺织工业经过 1998 年到 2000 年 “ 压锭、减员、增效 ” 的大规模调整后，全行业已进入 了技术进步和产业升级的新阶段。纺织行业的强劲增长带动了国内对纺织机械旺盛的需求，中国已经成为世界上纺织机械的生产大国，品种之多数量之大独一无二。 2003 年，纺织机械行业在生产 、 销售 、 出口和经济效益等方面创造了历史最高水平。据中国纺机行业协会对 563 家企业的统计， 2003 年，共完成工业产值 (不变价 )元，同比增长 销售收入 元，实现利润总额 元同比增长 纺机产品出口 美元，同比增长 纺机产品销售的重点仍在国 内。与此同时，纺机进口继续保持高增长，进口总额 美元。同比增长 在进口产品中，纺织机寸行传动件的设计研究 4 喷气纺机无梭织机针织大圆机袜机以及国内需求旺盛的棉纺机械进口均有增长，说明纺机市场需求旺盛，潜力很大。 2005 年全球将全面取消纺织配额制度。全球纺织品生产中心将转移到中国内地和东南亚，中国的纺织机械市场将成为全球最具潜力的市场。 二、国外纺机巨头抢滩中国 中国巨大的市场吸引了国外纺织机械巨头的目光。苏拉纺织集团 (瑞士著名的生产纺纱、加捻和刺绣等纺织设备的厂商。目前，该公司总裁菲舍尔在 接受瑞士每日导报采访时，就纺织机械生产向中国转移及由此为公司带来的机遇和风险谈了自己的看法，菲舍尔认为，中国纺织品市场的增长潜力巨大是促使其将纺织机械生产转移的主要原因。苏拉集团在瑞士和德国都拥有生产车间，但公司的扩大却在亚洲，而亚洲业务的重点则是中国。该公司于一年半前在中国成立了一家新的生产厂，现正在计划扩建之中。菲舍尔表示， 2004 年公司70的销售额将在亚洲实现，其中一半是来自于中国市场。 三、布局因市场而变 近期棉纺成套设备及配套专件的生产、销售明显降温，回落到一个适度的水平上，但决不会出现压 锭时期那种困难局面。这种趋势从去年 10 月份就已见端倪。其次，化纤设备制造商的订单会明显增多。田于进入化纤领域的、刁槛逐步降低和化纤产品在一定程度上可作为棉花的替代品，化学纤维的生产和对这个领域的投资都将保持上开态势。 企业的经营策略要随市场的变化作必要的调整，如产品结构、产品研发方向要适应新的形势，在战略上，我们考虑企业的长远发展。 四 、用户呼唤国产优质纺机 在国外纺机抢占中国市场的同时，我国的纺织企业也在呼唤国产优质纺机对国内纺织机械企业提出厂新的要求。 北京京棉纺织集团经理崔小洁就曾表示，该集 团在较长时间内一直与国产纺机接触较少，但随着近年来国产纺机生产水平的不断提高，在 具体工艺上，她指出，目前不少生产粗纱细纱的国产纺机的功能已经接近世界先进水平。在机理构造上，一些国产纺机也与进口纺机无太大差别。但国产纺机在有关在线检测方面与进口纺机的功能纺织机寸行传动件的设计研究 5 差距较大，尚不能很好地满足有些高档产品的生产需要；另外，国产纺机在生产中的通用性较强，而针对性不高，不易生产出特色产品，这些方面国产纺机在今后的生产中有待加强。 国外企业的竞争，国内用户要求的不断提升，纺 机企业走创新路子，形成核心竞争力的呼声更高。 杜钰洲会长曾分析说，国产纺织机械与国外同类产品的差距，除了研发能力技术创新不足之外，还主要表现在加工精度和运行可靠性两个方面。因此，必须下大力气研究从生产过程、管理过程流通过程与创新的系统优化问题，借助系统论控制论的理论，努力消除现存的问题，缩短差距。应加强产学研结合，开创教育与企业新局面。通过企业和科研院所的人才与设施、科研与生产互动，加快人才培养和技术提升。 织机械产品的技术创新 业内人士指出，纺织机械行业技术创新必须建立在市场需求上来定位 。也就是说纺机行业新产品、新技术应在满足用户获取利润最大化要求的同时，达到自身的发展。主要通过以下三大技术要素来开展技术创新工作。 一是提高纺织产品档次。新型纺织机械应能加工出具有特色的纺织品，如棉、毛细纱机的紧密纺纱。差别化、功能性化学纤维的纺丝和后加工，各种特殊功能的织物等。二是具有较高的机械效率。如有较高的速度，较高的机械可靠性与稳定性、运转效率高，使纺织品的产量和质量明显提高。三是降低生产成本。如低能耗、低污染，物料消耗少和减少用工等技术，这些效应在很大程度上是依靠纺织机械这个载体来实现的。所以说 技术创新摸清市场需求是首要问题。 根据纺织机械十五发展规划的要求，以下方面应作为技术创新重点方向。 新产品开发研制：新型大容量聚酯设备，高速卷绕头，年产 5 万吨以上涤纶短纤维成套设备，年产 3 万吨腈纶成套设备，粘胶长丝连续纺丝设备，特种纤维成套设备，提高清梳联、精梳机组、短片段自调匀整并条机，集体落纱的细纱机设备，适应棉、毛纺紧密纺纱机，新型自动络筒机，适应中高支纱的转杯纺纱机，纺粘法非织造布设备，高速宽幅大提花剑杆织机，喷气织机，高速重磅喷水织机，电子提花圆纬机，电子提花自动横机，双轴向经编机，智能化高效、短 流程印染前处理设备，高效、节能拉幅定型机，小浴比、环保型染色机，高速电子大提花纺织机寸行传动件的设计研究 6 装置，磨针周期长和使用寿命长的金属针布，高速剑杆织机配置的剑杆头、剑杆带，高速宽幅钢筘和铝合金综框，适应紧密纺纱工艺的空气捻接器。 制造工艺技术：提高装配质量工艺水平，零件加工柔性化制造技术，表面处理技术研究，智能化热处理工艺，模具及修复工艺技术，激光加工技术与参数优化技术，计算机辅助工艺设计系统与技术，数控加工集成与技术，精化毛坯与近净成形技术。 国纺机设备现状及国际差距分析 近年来，随 着 纺织行业 的快速发展，我国 纺织机械 设备的技术水平、产品开发能力、稳定性等也都有了很大的提高，从而为下游企业开发新产品、提高产品质量奠定了可靠基础。 在纺织企业里、 国际纺机展 上，以及在出口设备的清单里我们不难发现，由我国企业制造的各类 棉纺设备 、 化纤设备 、 针织设备 等在外观设计、电子技术的应用、产品的实用性上均得到了用户企业的首肯。其突出特点表现在三个方面：第一，生产企业技术水平的创新，为用户企业提供了有效的技术保证。如由青岛纺机和郑州纺机公司分别开发的清梳 联设备，全部采用数字化处理技术，图像显示、人机界面，体现了高性能与易维护的统一。从年产 50 多套发展到年产 250套的年生产能力，在国内已有 2000 多万纺锭所采用的清梳联技术中，国产设备就占了 65，这不仅标志着国产设备正逐渐被国内纺织企业所认可，而且代表了当今我国主要棉纺设备正在日益走向成熟；第二，国内具有较高的实用性、稳定性、可靠性的创新技术，拓展了更广阔的市场空间。目前我国生产的针织设备虽然在技术含量上不及国内最高水平，但在技术操作上和经济实用性的创新上，受到了国内众多中小企业的欢迎。在我国所生产针织设备 的企业中，日发纺机公司、宜昌纺机公司、上海七纺机针织机械公司等，所开发的电脑提花圆纬机，其机械性能达到了使用企业的生产要求，编织性能稳定，布面质量良好，同时可广泛变换花型，适合了服饰面料的变化需求；第三，企业队伍逐渐壮大，各类产品竞争力不断增强。随着化纤工业的发展，我国技术成套化纤设备近年来也有了迅猛提高，由郑州防机公司、太平洋机电（集团）公司先后开发的涤纶短纤维成套设备由日产 100 吨增加到 150 吨和 200 吨，在满足国内市场需求的同时，还逐渐出口到东南亚和西非等国际市场。另外，由邯郸纺机公司开发的新型粘胶连 续纺纺织机寸行传动件的设计研究 7 丝机，具有高速纺、大卷绕、低污染、低噪音、 制、断头保护等特点，为提升我国粘胶生产行业整体技术水平，奠定了可靠的基础。 但是在去年 10 月份召开的第九届中国国际纺机展上我们看到，我们的棉纺、织造等设备在尖端技术、应用领域范围上与国外产品相比还有不小的差距。如德国的特吕茨勒（ 司展出的 棉机，其一体化感应喂棉板配有 10 个感应片用于握持和极其精确的短片段自调匀整， 条机带有 机，使预牵伸比例自我优化；日本丰田公司展示的 710 喷气织机，采用独有 的凸轮和曲轴开口，伺服电机控制各个综框，使生产产品范围包括不同纱支、不同弹力和超宽幅的纺织品； 水织机采用了柔性投纬装置，实现了经纱控制，还有津田驹的喷气织机也受到了参观者极大关注。在国产棉纺织造设备中，尽管大多采用电器控制、外观颜色有所改变，但在关键技术上仍缺少技术的独创性。如我国大部分生产细纱机的企业，这次都不约而同地展出了紧密纺纱设备，有的缺少吸引装置或集棉装置。而谙熟中国市场的国外公司，他们所提供的设备从前纺、纺纱、络筒到织造，特别是几个著名的纺纱设备制造公司在我国市场上，更是占得了先机。 我国是一个纺织机械生产大国，世界上没有一个国家有这么多的纺织机械、纺织器材、纺织仪器、电器、附属装置和专配件生产企业，每年生产的品种之多、数量之大，在世界上都是独一无二的。但是必须看到，面对如此之大的市场，我们的产品开发、售后服务能力还远远满足不了纺织企业的需要，技术创新上还远远落后于世界纺机强国，特别是在机电一体化方面的自动化、连续化、高速化、智能化水平还有很大差距，在新材料、新工艺、新的制造技术方面落后很多。 2004年我国纺织机械进口将再次突破 30 亿美元，其原因就是我国纺织机械企业的技术创新能力不足 ，主要产品技术依赖国外，缺少有自主知识产权的技术，产品更新周期长，不能适应市场需求，在为企业服务上和国际先进水平相比，也存在不小差距。 随着中国市场不断地融入国际大市场，我们的市场规则不仅要与国际接轨，纺织设备的质量也应与国际接轨。鉴于我国纺织机械制造业的基本状况，业内人士指出，我们的纺机生产企业要选择市场急需，而硬件投资较低，软件技术含量较高的产品先行开发，并始终把握国际纺机的发展趋势，真正树立起国产品牌，纺织机寸行传动件的设计研究 8 缩小与国际先进水平的差距。 纺织机械对机床行业的整体看法 随着国内机床水平的飞速提高，服务质 量的不断加强，越来越多的纺织机械公司开始更加关注国内机床产品。纺织机械行业对国产机床的看法有以下几方面： 1）国产机床在精密、高速、复合、多轴联动方面是比较突出的，有很多产品不仅技术上持续进步而且普遍上了个新档次。某些精密加工机床可以代替进口。例如： M 1 的精密蜗杆砂轮磨齿机等完全可以代替进口。纺机行业历来对国产机床寄予厚望和兴趣； 2）拓展了高效数控化专机的开发和营销。由于高速、高效、高精度保持性的数控机床的出现，大量生产和生产线上（如，汽车等行业）开始使用数控机床。纺机中特别是纺纱机的大量专件的生产制造 ，同样也有此趋势。近年来，长城机床厂为细纱机、粗纱机的罗拉（主要件）专门设计和生产了一批高效数控化专机，这时个好的开端； 3）瞄准外国知名企业品牌。国内机床厂瞄准国外知名企业，对纺机行业来说特别感兴趣。如新型纺纱设备中，发展空间大，销路广的气流纺纱机高速转杯，尤其是钢制转杯，由于内腔切削加工复杂、高光洁度，过去一直认哈挺数控车床和车削中心，磨床一直采购摩尔坐标磨床。现在国内机床厂以国外品牌为跟踪目标而且竞争力不断增强，这是纺织用户十分高兴和深切的希望。 纺机企业自 1983 年第一次引进日本加工中心以来，许多 骨干重点企业已拥有约 1000 台数控车、钻、铣、磨等专机， 600 台加工中心， “ 八五 ” 、 “ 九五 ”期间引进切削加工 、板金加工 ，建成具有一定规模的数控加工 5个基地（分厂）。纺机厂有的数控化率接近 6%，个别的厂已达 20%，但与国外知名纺机企业装备水平相比，差距甚大，国外企业一般为 25% 50%以上。此外对于中西部骨干纺机厂由于地理条件、零件扩散、哑铃式企业目标还有难度，现在已有一些呼声，今后普通车床、铣床、钻床等的更新应以普及型甚至经济性数控机床代替。 此外各种类型的化纤、印染、纺织机械的大量专 件、典型部件从技术改造的角度展望，今后对高效数控化专机的需要业将日益上升，对一些关键的数控设备，包括八十年代中期进口的设备也迫切需要改造或更新。在纺机行业规划中，纺织机寸行传动件的设计研究 9 骨干重点企业数控化率将上升到 10%。另一方面，纺织行业的制造工艺往往会设计一些标准件的加工，所以提高机床柔性化制造技术。 计 本次设计主要任务是对 纺织机寸行传动件的设计研究。主要是从寸行传动件工作机构和传动系统的运动方案入手，分析 纺织机的传动系统。 计部分 纺织机寸行传动 件主要是由电动机，蜗轮蜗杆减速器，输出轴三部分组成。因此，设计主要是从这几部分展开。设计时，需考虑到传动系统问题，需要对传动方案进行认真制订，以达到最理想效果。 计说明书 撰写设计说明书一份（ 字 左右 ），要求详尽具体，完整有见解，立论正确，论述充分，结构严谨，文字顺畅，图表完备，符号需按规定要求。 纺织机寸行传动件的设计研究 10 第二章 原动机的选择 原动机是机械系统中的驱动部分，它对整台机器是否能够运转起着决定性的作用。原动机可分为两类，第一类是把自然界的能源转变为机械 能，如柴油机、汽油机、汽轮机、燃气轮机等；第二类是把发电机等变能机所产生的各种形态的能转变为机械能，如电动机、液压马达、汽缸、液压缸等。 常用原动机的运动形式 常用原动机有以下三种运动形式，具体见 表 2 表 2动机的运动形式 运动形式 实例 连续运动 电动机、液压马达、气压马达、柴油机、汽油机 往复运动 直线电动机、汽缸、液压缸 往复摆动 摆动油缸、摆动汽缸 常用原动机的驱动形式 常用原动机的驱动形式有两种方式：第一种是单机集中驱动，该驱动方式是由一台原动机通过传动装置驱动执行机构工作，其 优、缺点与使用场合是：传动装置复杂，操作麻烦，原动机功率较大，但因为只需一个原动机，价格较便宜，一般用于运输机械、工程机械或其它流动工作的机械上，如火车、汽车、拖拉机、挖掘机、汽车起重机等；第二种是多机分别驱动，该驱动方式是由多台原动机分别驱动各个执行机构工作，其主要优、缺点与使用场合是：传动装置较为简单控制，操纵方便，每个动作的原动机功率较小，但原动机数目多时，成本较高，广泛应用于各类机床、轻工、纺织、食品包装等各个工业部门。 常用原动机的类型与特点 考虑到此次设计中是原动机使用的能源为电能，属第二类原动 机范畴，因此我便不考虑第一类原动 机的性能及特点了。现只对第二类原动机比较见 表 2 表 2动机的比较 类别 电动机 气压马达（汽缸） 液压马达（液压缸） 尺寸 较大 较小 最小 功率 /重量 大 比电动机大 最大 输出刚度 硬 软 较硬 调速方法和 性能 直流电动机可改变电枢的电阻、电压用气阀控制，简单、迅速，但不精确 通过阀控或泵控改变流量，调速范围大 纺织机寸行传动件的设计研究 11 或改变磁通进行调速。 交流电动机通常是不调速的，需要时则也可通过变频、变级或变转差率进行调速 反转性能 通常是单向回转的，需要时可采用反向 开关，或特殊电路反向，简单 通过方向控制阀反向供气，简单、迅速 通过方向控制阀反向供油或使变量装置超过中心位置、简单 运行温度的控制 在正常环境下使用，电机采用风冷，温升应低于允许值 排气时空气膨胀而自冷 对油箱进行风冷或水冷 高温使用性能 受绝缘的限制，采用耐热的绝缘材料和特殊设计，可提高使用温度 取决于结构材料的允许使用温度 受油液最高使用温度的限制，采用高温油可提高使用温度 防燃爆性能 需采用防爆电动机 介质不会燃爆，可用于易燃易爆的大气中 用于易燃环境时，必须使用防燃性油 恶 劣 环 境适应性 需 采用防护式，或封闭式电动机 适用于多尘、潮湿和不良的环境中 需用密封结构 故障反应 运转故障或严重过载，可能烧坏电动机，需考虑过载保护装置 过载不引起部件损坏 过载不引起部件损坏 噪声 噪声小 噪声较大，排气口应安装消声器 噪声较大 初始成本 低 较高 高 运转费用 最低 最高 高 维护要求 较少 少 较多 功率范围 0000围极广 受气压马达尺寸限制，与供气压力有关。使用范围： 15下，与马达类型有关。 特别适用于 受实际油压（一般最大为34N/马达尺寸限制。 小功率（ 下）效率低，成本高 根据以上各种原动机的优、缺点以及结合 纺织机的工作需求，我决定选用第二类原动机中的电动机为 纺织机的寸型传动系统的驱动装置。由于电动机的运动形式为连续转动，且 纺织机的驱动形式属多机分别驱动，因此我所设计的传动部分亦需一台电动机进行驱动，以确保整台机器正常工作。 纺织机寸行传动件的设计研究 12 动机的选择 电动机又可分为直流电动机和交流电动机两大类。因此在选用电动机时应该考虑各种电动机的优缺点、使用范围和成本等必要因素。在机电传动 系统中选择一台合适的电动机是极为重要的。电动机的选择只要是容量的选择，如果容量选小了，一方面不能充分发挥机械设备的能力，使生产效率降低，另一方面电动机经常过载下运行，会使它过早损坏，同时还可能出现启动困难、经受不起冲击负载等故障。如果电动机的容量选大了，则不仅使设备投资费用增加，而且由于电动机经常在轻载下运行，运行效率和功率因素（对异步电动机而言）都会下降。选择电动机容量应根据以下三项基本原则基本进行。 （ 1） 发热：电动机在运行时，必须保证电动机的实际最高工作温度于 或略小于电动机绝缘的允许最高工作温度a，即a。 （ 2） 过载能力：电动机在运行时，必须有一定的过载能力。 （ 3） 启动能力：由于鼠笼式异步电动机的启动转矩一般较小，所以为使用电动机能可靠启动，必须保证T 式中，T /。 除了正确选择了电动机的容量外，还需要根据生产机械的要求、技术经济指标和工作环境等条件，来正 确选择电动机的种类。根据生产机械的负载性质来选择电动机的类型： 电动机的类型选择的基本依据是在满足生产机械对拖动系统静态和动态特性要求的前提下，力求结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉。 （ 1） 对于不要求调速、对启动性能亦无过高要求的生产机械，应优先选用一般鼠笼式异步电动机（如 、 、 Y 系列等）。若要求起动转矩较大，则可选用高启动转矩的鼠笼式异步电动机（如 、和 列等）。 （ 2） 对于要求经常启、制动，且负载转矩较大、又有一定调速要求的生产机械，应考虑选用线绕式异步电动机（如 、 等）；对于周期性波动负载的奢侈机械，为了削平尖峰负载，一般采用电动机带飞轮工作，这种情况下也应选用线绕式异步电动机。 （ 3） 对于只需几种速度，而不要求无级变速的生产机械，为了简化变速机纺织机寸行传动件的设计研究 13 构，可选用多速异步电动机。 （ 4） 对于要求恒速稳定运行的生产机械，且需补偿电网功率因素的场合，应优先考虑选用同步电动机。 表 2型生产机械选用电动机的实例 电动机的种类 机械特性 优 点 缺 点 典型机械的例子 交流电动机 鼠笼式 异 步 硬 结构简单、体积小、价廉、运行可靠，维护使用方便 调 速 装 置较复杂、较贵 泵、通风机、运输机、机床的辅助运动机构、小型机床的主传动等 绕线式 异 步 硬（转子串 电阻后变软） 启动性能好，可在小范围内调速 结构较复杂、较贵 起重机、电梯、大中型卷扬机、锻压机等 同步 绝对硬 恒速、能改善电网功率因数 结 构 复 杂价贵，调速较复杂、操作较烦 大中型鼓风机、泵、压缩机、连续式轧钢机、球蘑机等 直流电动机 他励 并励 硬 （电枢串电 阻后变软） 调速平滑、范围宽、启动转矩大 需 要 直 流电源 、 结 构复杂、价贵，可靠性较差 大型机床（如车、铣、刨、磨、镗）可逆轧钢机、造 纸机、印刷机等 串励 复励 软 软 启动转矩大、负载变化时能自动调节转速 需 要 直 流电源 、 结 构复杂、价贵，可靠性较差 电车、电动机车、起重机、卷扬机、剪床 选择原动机时应考虑的因素 1）、必须考虑到现场能源的供应情况。在有电源的情况下尽量选择电力驱动，因为它的成本低、操作控制方便，机械活动范围广。 2）必须考虑到原动机的机械特性和工作制度与工作机相匹配。如纺织机械上用电动机应选用连续的工作制，而起重机械上用的电动机应根据起重机工作的频繁程度选相应的工作制。 3）必须考虑到工作机对原动机提出的启动、过 载、运转平稳、调速和控制等方面的要求。 4） 必须考虑到工作环境的因素。如防爆、防尘、防腐蚀等。 5）必须考虑工作可靠，操作简易，维修方便。 6）为了提高机械系统的经济效益，必须考虑经济成本：包括初始成本和运转维护成本。 纺织机寸行传动件的设计研究 14 论 结合以上原动机的各种选择要求，我选定设计中的原动机为电动机。考虑到电动机的选用原则以及电动机的成本和 纺织机的设计要求，我最后决定选用实用又廉价的 Y 系列三相异步电动机中的电动机型号为 定功率为 载转速为 1400r/数为 4，堵转转矩 额定转矩为 大转矩额定转矩为 量为 22根据实际需求，还需将该电动机进行改进，电动机具体见零件图。 纺织机寸行传动件的设计研究 15 第三章 传动方案的设计 传动的重要性 在原动机和工作机之间必须加入传动装置，通过它来传递动力或改变运动形式参数，这是因为： 1） 工作机所需要的速度通常和原动机的额定速度不一致，需要减速或增速（大多为情况下是减少）； 2） 工作机要根据生产要求进行速度调节，而原动机通常只以一种恒定的额定转速运转，如果通过改变原动机的速度来满足工作机的变速要求，往往经济成本较高。对 于某些类型的原动机无法通过其本身变速来满足工作机的生产工艺要求； 3） 原动机的运动形式比较单一，比如通常只能作匀速运动，而工作机的运动形式由生产的工艺要求而定，它们是多种多样的，如直线运动、往复摆动、螺旋运动等等； 4） 在单机集中驱动时，需要一台原动机来带动若干组不同速度的大小，不同运动形式的工作机（或执行机构）； 5） 为了工作安全及维修方便，或因机器的外廓尺寸受到安装空间、运输条件的限制等其它原因必须把原动机和工作机分成两个部件，而它们中间则由传动装置来连接。 传动类型的选择 选择传动类型时所依据的主要指标是 ：效率高、经济成本低、外廓尺寸小、重量轻、运动性能良好急便于制造和维修，既能满足生产条件又安全可靠。具体地说来选择传动类型时应考虑： 1） 原动机和传动装置在启动、制动、调速性能、机械特性、反向和空载方面等能符合工作机的要求； 2） 对传动的尺寸、重量和布置方面应做到紧凑、轻巧、合理、同时又要便于安装和维修； 3） 能适应工作环境的条件，如多尘、高温、低温、潮湿、腐蚀、易燃、易爆等恶劣的环境，噪声的限制； 纺织机寸行传动件的设计研究 16 4） 经济成本低，即工作寿命长、传动效率高、初始费用和维修费用低。 传动类型的选择原则 1）、对于大功率的传动，应优先 选用高效率传动，以节约能源； 2）、当工作机要求与原动机同步时，不宜采用摩擦传动，而应采用无滑动的传动装置（如啮合传动）； 3）、传动装置应尽量采用标准化、系列化产品，便于互换从而降低初始成本和维修费用； 4）、为了降低初始成本费用，在满足使用要求的前提下，尽可能选择结构简单的传动装置，即简化和缩短传动链。 传动方案的拟订 根据以上传动类型的选择原则和结合 纺织机的工作需求。现拟订如下几种方案： 表 3纺织机寸行传动系统的方案 方案序号 机械传动及其传动简图 优缺点 1 单级蜗杆传动减速器 结构简单，尺寸小，适用载荷较小，重量轻，传动比大，传动平稳，具有自锁性，可保证安全生产，传动效率低，不适用于大功率传动，蜗轮易磨损，制造成本较高。 2 两级圆锥圆柱齿轮减速器 可用于输入和输出轴垂直相交的运动中，但锥齿轮加工复杂，故仅在机构布置需要时才应用。 3 两级展开式直齿圆柱齿轮减速器 结构简单，紧凑，应用较广泛，传动效率比较高，齿轮相对轴承为不对称布置，沿纺织机寸行传动件的设计研究 17 齿向载荷分布不均匀，需要轴的刚度较大。 方案评价 对以上拟定的 3 种方案，按照如表中所列的 10 项指标经济评价， 5 分为满分。技术价格 x 可由式：得。 式中： n 指标满分值； k 指标项数。 表 3拟定的三种方案评价 指标 拟定方案 1 2 3 尺寸 量 命 率 本 用维护 置合理 度 续工作 动平稳性 分 术价值 x 值 表 3知，拟定的 3 种方案中，其技术价值均大于 明这三种方案的技术性能比较好，均可入选。方案 1 的技术价值 x 值最高，仅需一台单级蜗杆减速器。方案 3 的技术价值 x 值次之，需要一台两级的直齿圆柱 齿轮减速器。方案 2 的技术价值 x 值最低，需要一台两级的圆锥圆柱齿轮减速器，但锥齿轮加工复杂。综合比较，还是觉得方案 1 最好，因此，我的设计中的传动系统就选用单级蜗杆传动。 纺织机寸行传动件的设计研究 18 第四章 减速器的设计与计算 杆的传动设计计算 杆传动的特点 蜗杆传动由蜗杆与蜗轮组成，通常用于传递空间交错 90 的传动，一般蜗杆为主动件。 蜗杆传动的主要特点如下： 1）、传动比大，在动力传动中，单级蜗杆蜗轮传动比 i=880，在传递运动时，其传动比可达 1000，由于传动比大 ，因而结构紧凑； 2）、传动平稳，由于蜗杆的齿廓是一条连续的螺旋线，因此传动平稳，噪声小； 3）、具有自锁性，在一定条件下，使蜗杆可以带动蜗轮不能带动蜗杆，也就是说，蜗杆为主时才会形成自锁。在需要反向自锁的机械中，通常采用具有自锁性的蜗杆，以保证安全。 4）、传动效率低，在蜗杆蜗轮传动中，其齿面之间存在较大的滑动速度，因此摩擦损失较大，所以其传动效率低，不适用大功率的传动，功率50常只用到 50 5）、制造成本较高，为了提高减摩性和耐磨性，通常蜗轮的齿圈选用贵重的青铜等材料制造，蜗杆 则多淬硬后进行磨削，因此制造成本较高。 蜗杆蜗轮传动类型的选择 设计蜗杆传动时，应根据蜗杆传动的特点，考虑传动的要求和使用条件，以满足功能要求出发，合理选择蜗杆传动的类型。其选择原则是： 1）、重载、高速及要求效率高，精度高的重要传动，可选用圆弧圆柱蜗杆或平面包络蜗杆传动； 2）、要求传动效率高，蜗杆不磨削的大功率传动，则可选用直廓环面蜗杆传动； 3）、速度高、要求较精密、蜗杆头数较多的传动，且要求加工工艺简单，可选用渐开线圆柱蜗杆传动，或锥面包络圆柱蜗杆传动或法向直廓蜗杆传动； 4）、载荷较小 ，速度较低，精度要求不高或不太重要的传动，要求蜗杆加工纺织机寸行传动件的设计研究 19 简单时，可选用阿基米德圆柱蜗杆传动； 5）、要求自锁的低速、轻载的传动，可选用单头阿基米德圆柱蜗杆传动。 根据以上五种蜗杆传动选择的基本原则和前面已选电动机的功率为 轻载范畴，因此选用蜗杆制造简单的圆柱蜗杆，鉴于圆柱蜗杆按其齿廓曲线不同，又可分为阿基米德蜗杆和渐开线蜗杆等，阿基米德蜗杆的加工与测量方便，所以在工程上应用最广。渐开线蜗杆的端面齿廓为渐开线，它的制造精度较高，利于成批生产，适用于功率较大的高速传动。鉴于阿基米德和渐开线蜗杆的优缺点 以及结合 纺织机寸行传动的实际需要，选用圆柱蜗杆中的阿基米德蜗杆（即 杆）。 蜗杆蜗轮材料的选择 根据蜗杆的传动的主要失效形式，要求蜗杆蜗轮的材料组合具有良好的减摩、耐磨和抗胶合性能，并具有足够的强度。 蜗杆材料一般选用碳素钢或合金钢，根据工作条件合适的热处理。对于高速重载的蜗杆传动，蜗杆材料常用 202012碳淬火到5863 40、 45 钢和 404042面淬火到 4555淬火后需磨削。一般情况下，蜗杆 多采用 40、 45 钢调质处理（硬度 10 10 5 2 综合 表 4所列 69 级蜗杆传动的应用范围，制造方法和许用滑动速度以及 纺织机的自身需求，我认为选用 7 级精度的蜗杆传动最适宜。因此，此次设计中的蜗杆蜗轮均确定为 7 级精度。 杆传动的润滑和热平衡计 算 1、蜗杆传动的润滑 为了提高蜗杆传动的效率，承载能力及寿命，应当充分重视蜗杆传动的润滑。为了减轻磨损及防止胶合破坏，润滑剂通常采用粘度较大的矿物油，并在矿物油中加入添加剂，以提高抗胶合能力。但是，青铜蜗轮不能采用抗胶合能力强的活性润滑油，以免腐蚀。 闭式蜗杆传动一般采用油池润滑或喷油润滑。采用油池浸油润滑时，蜗杆浸油深度为一个齿高。当滑动速度 m/s 时，应采用上置式蜗杆，蜗轮带油润滑，这时，蜗杆的浸油深度为 1/3 的半径。若润滑速度 015vm/s 时，则采用压力纺织机寸行传动件的设计研究 26 喷油润滑。开式蜗杆传动选用粘度 较高的的润滑油和润滑脂。我设计中的蜗杆传动润滑采用一般的油池润滑即可。 2、蜗杆传动的热平衡计算 由于蜗杆传动摩擦损耗大，效率低、工作时发热量很大。在闭式蜗杆传动中，若不及时散热，将会因油温不断升高而使润滑油稀释，从而更增大摩擦损耗，甚至发生胶合。所以，必须进行热平衡计算。使单位时间内的发热量 于同时间内的散热量 保证温度稳定地处于规定的范围内。 在单位时间内，蜗杆传动由于摩擦损耗产生的热量为： )1(1000 11 （ 4 以自然冷却方式，从箱体外壁散发到周围空气中的热量为： )(02 t （ 4 当达到热平衡时， 21 ，可求得箱体内润滑油的工作温度： )()1(1000010 （ 4 式中 蜗杆传动的输入功率（ 散热系数， 017W/（ ），当周围空气流通良好时，取大值。取 15 W/（ ） t 箱体内油的工作温度（ C ），一般应限制在 6070 C ，最高不超过 80 C ； 环境温度，一般取 20 C A 散热面积（ 指内壁被油飞溅到、外壁为周围空气所冷却的箱体表面积值。这里，由减速器装配图估算箱壳散热面积S=m ； 则， 0 020)( )1(1 0 0 0010 故散热条件满足。 轴的设计计算 确定轴上的功率 p，转速 n 和转矩 T 纺织机寸行传动件的设计研究 27 对 I 轴： 4001 6 61 4 0 0/ 5 0/109 5 5 0 331 对 ： m 0201 4 0 012 9 4 5 4 612 由公式： 初步确定轴的最小直径，其中 A 为轴的许用切应力所确定的系数，由于 I 轴选用的材料是 40表取 A =107，而 选用的材料为45 钢，则： I 轴： 0 09 9 7 31 ： 7 32 因 在设计中不是重点，此处只计算它的最小轴径，其具体的尺寸结构见装配图。 蜗杆的结构设计 1）、 拟定轴上零件装配方案 图 4）、确定 蜗杆上零件的位置及蜗杆上零件的固定方式 纺织机寸行传动件的设计研究 28 因此处是单级蜗杆减速 器，蜗杆与轴的重要区别是：蜗杆中间部位上有轮齿，而轴上则需与齿轮相配。相对来说蜗杆上的零件及固定方式要简单一些，轴承对称分布在轮齿两侧，蜗杆的外伸端安装联轴器，用来连接蜗杆与电动机。两对轴承分别靠轴肩和挡圈实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定，蜗杆通过轴承盖实现轴轴向定位。联轴器靠挡圈和平键分别实现轴向和周向固定。 3）、联轴器的选择与计算校核 蜗杆轴上带有键槽的一端很显然是安装联轴器处轴的直径98 ，为了使所选的轴的直径98 与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。 因为蜗杆的转速较高，启动频繁，载荷有变化，宜选用缓冲性能较好，同时具有可移动的弹性柱销联轴器。 计算联轴器的转矩1，查机械设计原理与方法表 15，故取 义转矩 0 5 09 5 5 011所以，计算转矩 械设计手册，选用 弹性柱销联轴器。其技术参数为：其公称转 矩为 315 ；许用转速 600r/径范围为 2535构参数为：两半联轴器均选用长圆柱形孔（ Y 型）， A 型键槽，电动机输出端孔径为232 ；蜗杆输入端孔径长为 235 ，则该联轴器标记为 ： 8235 82322 85 4）、根据轴向定位的要求确定轴上的各段直径和长度 I、蜗杆的最 小直径由前面计算可得 考虑到该段轴上需安装固定轴承的挡圈，此处有一退刀槽，故所算轴径应增大 5%，即 1+5%）其标准直径为 20因该轴段上需装一对轴承，因此该轴段长度需选定轴承后方可确定。 因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用深沟球轴承，参照工作要求并根据 0轴承产品目录中选取轴承代号为 6004，其尺寸为纺织机寸行传动件的设计研究 29 24220 。轴承的宽度为 12承右侧的挡圈宽度粗略估计为 2挡圈右侧稍微留 3末端倒角。 因此， 段的长度为 127 的直径应大于 直径，现估计 8于该段上不需安装轴承，因此其长度由设计需求定为 52 蜗杆的分度圆直径为 40顶圆的直径为 48取854 ， 。为了避免齿轮与蜗杆轴的摩擦在 蜗杆齿轮的两端需制出一段很小的倒角。 的直径和 的直径相同，因此 8其长度需按照设计要求给定，因此其长度与 不同， L 8 V、 需安装联轴器和一对轴承，联轴器的尺寸前面已经算出并已经校合。故 5L =65轴器的右侧有一个挡圈，其宽度粗略估计为 2圈右端安装了一对轴承，因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用深沟球轴承，参照工作要求并根据 5轴承产品目录中选取轴承代号为 6007，其尺寸为 46235 。轴承的宽度为14 L 1 至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。 5）、轴上零件的周向定位 弹性柱销联轴器与轴的周向定位均采用平键联接，半联轴器与
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