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15型玻璃带浸胶收卷机构设计说明书,15,玻璃,带浸胶收卷,机构,设计,说明书
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任务书毕业设计（论文）题目15型玻璃带浸胶收卷机构设计学生姓名专业班级指导教师姓名职称毕业设计（论文）的基本要求一、 设计的基本要求（任务）1、完成整体方案设计及总装图和零件图的绘制；2、设计中进行标准件的选型和主要零件的校核；3、图纸总量不少于2张A0；4、按学校毕业设计书写格式要求，撰写设计说明书（不少于1.5万字）；5、在设计过程中要不断查阅文献资料，设计说明书中涉及参考文献应不少于10篇；6、翻译英文资料（不少于3000单词）课题条件及进度安排课题条件： 1.制品最大直径为220mm，长度最大为2000mm。 2.脱模力为15吨，脱模后要保证芯模表面无损伤。3.脱模形式采用链条形式。进度安排：1. 阅读相关文献资料，明确研究内容 2周2撰写开题报告，确定设计方案 1周3、绘制模具总装配图 3周4、绘制非标准件零件图 2周5. 编写设计说明书 1周6经老师审阅后，修改说明书和图纸 1周7. 外文翻译 1周 指导教师： 年 月 日 开题报告毕业设计（论文）题目 15型玻璃带浸胶收卷机构设计学生姓名 专业班级指导教师姓名 职称 一、 课题背景预浸胶是指炭纤维束或玻璃纤维材料经过某种树脂浸胶后形成的均匀规则的预固化材料，预浸胶可直接用于复合材料制品的制造，而且预浸胶被广泛运用在航空航天事业以及军事设备中，特别是飞机螺旋桨及机翼，机身的材料和一些重要的弹壳体等等。该材料的应用程度直接反应一个国家的航天航空工业和国防装备水平。预浸胶中的环氧树脂粘度较高，在常温下一般呈固体，使用时便于操作切割以及辅层操作，不需要再导入树脂，使用过程中污染少。在辅层完成后，预浸胶可在真空下进行高温固化，工业运用中的预浸胶固化温度通常在80到120度之间，可以获得高质量的纤维增强复材制品。预浸胶设备是专门用来生产航空航天所用预浸胶的设备，这种设备在西方国家很早就应用在航空航天方面，加快了航空航天的发展，但是在以前的很长一段时间，我国还没有这种设备，航空航天所需要的预浸胶还需要从国外引进，但是受西方国家“巴统”的限制，发达国家故意刁难，把玻璃纤维预浸料的生产技术列为禁运之列，对我国是严格控制封锁，制约了我国玻璃纤维工业的发展，从而使国内飞机制造业处于被动地位，受制于发达国家，减慢了我国军、民用飞机的生产步伐。尽管我国航空及复合材料的专家多次赴国外考察，想引进国外复合材料的生产设备，但都没有取得成功。在西方国家对我国预浸料的进口进行封锁情况下，我国专家在摸着石头过河的探索中，逐渐建立了碳纤维生产的雏形，但是仍处于初级阶段，由于PAN原丝质量不过关和生产技术及设备不够完善，在产量和质量等方面还不能满足市场需求。随着科技的发展，碳纤维应用得到了不断的发展，市场需求很旺盛，但是许多用途还有待开发，相信在不久的将来，碳纤维预浸料的市场前景更广阔，潜力更大。为了国内的航空航天和军工事业的发展，我国不能受制于别的国家，必须自行开发预漫料技术和设备。在90年代后期，在国家组建陆航的大背景下，北京航空材料研究院与有关单位合作研究出一套生产玻璃纤维的窄带预漫机。这是我国第一台完全依靠本国力量的预漫料设备，是我国航空航天方面的重大突破，填补了国家这方面的空白，从此以后预漫料的需求不再受制于外国的施舍，生产出来的预漫料完全符合航空航天所用材料的标准，甚至在某些指标还超过了从外国进口的预浸料标准。 玻璃纤维预浸料被广泛运用各个领域。随着科技的发展和完善，它将更广泛的应用到新的一些领域中。随着我国公民的环保意识的强化，开始重视对资源的节约，玻璃纤维预浸料目前也被应用到环保领域中来，玻璃纤维预浸料的出来，为人们带来了新型的替代材料。 本设计是关于溶液法预浸料制备机构。虽然目前国内已经有了预浸料设备，但是大部分是生产设备比较复杂、采用传统的工艺方法，这种工艺方法生产的预漫料不仅含胶量精度不高，而且采用较宽的预漫料生产方式，使得预浸料的单卷收卷总长度不能过长，难以满足长度要求。在缠绕铺放过程中，由于预浸带长度有限，当一束纤维带用完后，就得停机换新纱，影响了生产效率，而且会导致纤维之间的宽度不等长和有接头的出现，另外，换新纱停机时，树脂停留在加热板上，由于温度高，树脂一直处于受热状态，影响预浸带的粘性和储存期。这些问题都会影响预浸带的推广应用和使用经济性。二、毕业设计方案或毕业论文研究方案 通过在网上查找搜集相关的资料，仔细分析生产预漫料设备的优点和存在的不足，提出套的游液法生产预漫料的工艺路线。并对预没料设备的部分装置在前人的基础上改进和完善。 本课题主要是设计溶液法制备预浸胶的设备，拟采取的研究方法： 提出生产预漫料的工艺路线:根据预漫料生产需要先将一定数量的玻璃纤维纱简置于导纱装置上，经过展平装置将其纤维展平，进入侵胶装置，通过一定的工艺要求，即通过加热的树脂以及辊挤压等一系列工序，使玻璃纤维和树脂胶膜以一定的形式在合理的温度、速度和压力下均勾结合，然后在加热装置上烘干，纤维进入收卷装置，另一个是卷筒的传动，这种传动是为了让卷简拥有一定转速进行收卷，完成预漫丝的全部过程。 设计路线的设定:本课题设计目的主要是改进现有设备的不足之处，针对设备中的些关键部分，如漫胶装置、加热装置、牵引装置和收卷装置等，提出改进方案，并通过CAXA绘制示意图。 设计方案:预漫料设备设计以及相关张力装置。在预漫料设备设计中，我们可以根据预浸料的成型过程来进行设备设计，所以有以下几部分: 1.玻璃纤维的导入和开丝机构 2.玻璃纤维与树脂浸胶装置 3.浸胶液烘干加热装置 4.牵引玻璃纤维机构 5.玻璃带收卷机构三、毕业设计（论文）预期成果及创新 溶液法工艺所制预浸料的工艺性较好，所制的预漫料力学性能也比较理想。 本课题主要的设计是通过对玻璃纤维料的溶液预浸、烘干和收卷，实现了预浸料纱卷宽度35mm的制备，提高了湿法复合材料制品的生产效率;而且简化了预浸料的制备过程和生产设备，极大提高了复合材料预浸料制品的性能和自动化效率，同时，采用长预浸料生产的制品具有较少的纤维断头，制品的力学性能有很大的提高。 1)在浸胶装置中，通过挤胶辊，使浸胶液的含量得到了一一定的控制，保证了玻璃带的质量，提高了生产效率。 2)在收卷装置中，收卷预浸纤维，利用了力矩电机在径向方向卷绕，使用这种预浸纤维进行制品的自动成型生产，通过多纱简并纱达到所需带宽，生产效率得到了很大的提高，制品较少的纤维断头对提高质量有很大帮助。学院审核意见主管院长（系主任）签字 年 月 日注：此表中的一、二、三项，由学生在教师的指导下填写。 15型玻璃带浸胶收卷机构设计摘 要玻璃钢别名玻璃纤维增强塑料，俗称FRP,即纤维增强复合塑料。它是以玻璃纤维及其制品(玻璃布、带、毡、纱等)作为增强材料，以合成树脂作基体材料的种复合材料。玻璃钢的生产需要预浸料的制备。预浸料又称为模塑料，是用树脂基体在严格控制的条件下浸渍连续、短切纤维或织物，制成树脂基体与增强体的组合物，是制造玻璃钢的中间材料。其某些性质直接带入玻璃钢中，是玻璃钢的基础。15型玻璃带浸胶收卷机构是制备玻璃钢预浸料玻璃带的一种连续性生产设备。它主要包括纱架、浸胶装置、加热炉、牵引装置和收料装置，其主要功能是将由纱架送出的玻璃纤维原丝牵引至浸胶机进行树脂基体的浸渍，在树脂的作用下玻璃纤维原丝初步转化为玻璃带，然后传送到加热炉对浸润于玻璃带中的溶剂进行蒸发。经过烘干后玻璃带便由收料装置进行收卷。玻璃带经过加热炉的传输方式为牵引式，因此在加热炉之后设计了牵引装置作为动力源提供玻璃带前行的牵引力。首先，本说明书介绍了该设计课题的背景及依据，介绍了玻璃纤维复合材料生产加工相关工艺方法，玻璃纤维复合材料产业现状及发展趋势，对本设计的任务要求及解决方案进行了说明，以此获得对整个机构设计的宏观把握及整体认知。紧接着，对15型玻璃带浸胶收卷机构的各功能模块进行了具体设计，设计的顺序依照由玻璃纤维原丝到最终玻璃带卷的实际工作流程来正向进行，着重于对相关功能模块的工作原理及实现方法进行设计研究。在此基础上又结合了各单元模块不同的功能特点而有所侧重。在完成了各功能单元的实现方案之后，本说明书接着进行了需要外购的标准件的选型说明。最后，就此次15型玻璃带浸胶收卷机构设计的特点和得失进行了归纳总结，并对该设计对相关领域的影响作了展望。关键词：玻璃钢 浸胶机 复合材料Abstract FRP alias glass fiber reinforced plastic, commonly known as FRP, the fiber reinforced composite plastic. It is with glass fiber and its products (glass cloth, belt, blanket, yarn, etc.)as the reinforced material, synthetic resin as base material of a kind of composite materials.The preparation of glass fiber reinforced plastic production need presoak material. Presoak material,also known as molding compound, is under the condition of strictly controlling impregnation resin matrix are continuous, short cut fiber or fabric, made from the combination of resin matrix and strengthen the body, is a manufacturer of glass fiber reinforced plastic materials int he middle.lts some properties directly into the glass fiber reinforced plastic, is the foundation of the glass fiber reinforced plastic. 15 # equipment for dipping and rolling of GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic）belt is a kind of continuous operation unite that is widely used in manufacturing and producing processes of GFRP. It mainly consists of the yarn serving module, the dipping module, the drying module, the main traction module and the rolling module. lts main function is dipping the glass fiber yarn strand from the yarn serving module with the resin matrix at the impregnated, the resin impregnating turn the glass fiber yarn strand into the GFRP belt preliminarily, and then transferring it to the drying agency to evaporate the solvent infiltrated with it, in order to make the GFRP belt get a certain degree of drying. Following the drying,the GFRP belt is rolled by the rolling module .Since the GFRP belt goes through the drying agency with traction , so the traction module is designed following the drying module as the main power source to provide the power of driving the GFRP belt forward. To begin with,this paper explains the basis, sense and objective of the design issue firstly, then introduces the research status and development trend of the manufacturing and producing processes technology as well as the relational machinery and equipment of GFRP Then it describes the tasks and requirements of the design and states the solutions and technology scheme, in order to gain a macroscopic and overall understanding of the whole design.The following part carries out the specific design of the functional modules that the 35# equipment for dipping and rolling of GFRP belt, and the design is in accordance with the actual order and process that the glass fiber yarn is turned into the final volume of GFRP. In this par,the paper focuses on the research and design of the working theory and implementation of the relevant function module. On this basis, it places different emphasis on each function module vary with their different characteristics. When completing the design of implementations to each functional unit, the paper carries out the necessary definition and selection of the standard parts and purchased parts. Finally, the paper summarizes the characteristics as well as the gains and losses of the design, meanwhile prospects the impact on related areas that this design may bring about.Keywords: GFRP dipped machine composites目录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 本次设计课题的背景及依据11.2 玻璃纤维复合材料生产艺及设备概述21.3 玻璃纤维复合材料生产设备的发展趋势21.4 玻璃纤维复合材料产业的在我国发展概况31.5 本次设计的主要内容及方法3第二章 15型玻璃带浸胶收卷机构的工作5原理及结构设计52.1 15型玻璃带浸胶收卷机构的工作原理52.2 15型玻璃带浸胶收卷机构的结构设计5第三章 15型玻璃带浸胶收卷机构的具体设计63.1 供纱机构的设计63.2 浸胶机构的设计83.3 烘干机构的设计123.4主牵引机构设计203.5 收卷机构设计24第四章 标准件选型334.1 带座滚动轴承的选型334.2 联轴器的选型34结束语35参考文献36致谢37VI第一章 绪论1.1 本次设计课题的背景及依据本次设计的对象为玻璃纤维带浸胶收卷机构。当前玻璃纤维带在国民经济即国防工业中有着举足轻重的作用。玻璃纤维带属于以玻璃纤维纱线织造的玻璃纤维织物的一种。玻璃纤维织物的发展历史并不很长，但发展速度很快，迄今为止已经有数目庞大的品种和规格。归结起来玻璃纤维织物可以分为以下几种。 （1）玻璃丝布 也称玻璃布，这是玻璃纤维织物中应用最广的一种，生产技术也相对成熟。我国生产的玻璃丝布，一般分为无碱和中碱两类，而国外大多数是E-GLASS无碱玻璃布。无碱玻璃丝布主要用于生产各种电绝缘层压板、印刷线路板、各种车辆车体、贮罐、飞机、船艇、模具等。中碱玻璃丝布主要用于生产涂塑包装布，以及用于耐腐蚀场合。玻璃纤维织物的特性如重量、厚度和断裂强度等由纤维性能、经纬密度、纱线结构和织纹等因素所共同决定。（2）玻璃纤维带 简称玻璃带，即本次设计机构的工作对象。从织物的边缘形态来看，玻璃带通常分为有织边带(光边带)和无织边带（毛边带），其织纹主要是平纹。从玻纤成分来看，玻璃带也可以分为无碱、中碱和高碱三种。其中无碱玻璃纤维带在导电性能、机械性能及耐化学腐蚀性能等方面都是最好的，常用于制造高强度、介电性能好的电气设备零部件。 （3）玻璃纤维单向布,单向织物 其中单经向织物是一种粗经纱和细纬纱织成的四经破缎纹或长轴缎纹织物,其特点是在经纱主向0度上具有高强度。也有玻璃纤维单纬向布,有经编和机织两种织法,特点是粗纬纱,细经纱,玻璃纤维纱都在纬向喂入,在90度纬向具有高强度。 （4）玻璃纤维立体织物 立体织物是相对平面织物而言，其结构特征从一维二维发展到了三维，从而使以此为增强体的复合材料具有良好的整体性和仿形性，大大提高了复合材料的层间剪切强度和抗损伤容限。它是随着航天、航空、兵器、船舶等部门的特殊需求发展起来的，目前其应用已拓展至汽车、体育运动器材、医疗器械等部门。主要有五类：机织三维织物、针织三维织物、正交及非正交非织造三维织物、三维编织织物和其它形式的三维织物。立体织物的形状有块状、柱状、管状、空心截锥体及变厚度异形截面等。 （5）玻璃纤维异形织物异形织物的形状和它所要增强的制品的形状非常相似，必须在专用的织机上织造。对称形状的异形织物有：圆盖、锥体、帽、哑铃形织物等，还可以制成箱、船壳等不对称形状。 （6）玻璃纤维槽芯织物槽芯织物是由两层平行的织物，用纵向的竖条连接起来所组成的织物，其横截面形状可以是三角形,矩形,蜂窝结构。（7）玻璃纤维缝编织物 亦称为针织毡或编织毡，它既不同于普通的织物，也不同于通常意义的毡。最典型的缝编织物是一层经纱与一层纬纱重叠在一起，通过缝编将经纱与纬纱编织在一起成为织物。缝编织物的优点如下：它可以增加玻璃钢层合制品的极限抗张强度，张力下的抗脱层强度以及抗弯强度；减轻玻璃钢制品的重量；表面平整使玻璃钢表面光滑；简化手糊操作，提高劳动生产率。这种增强材料可以在拉挤法玻璃钢及RTM中代替连续原丝毡，还可以在离心法玻璃钢管生产中取代方格布。 除上述种类外，还有玻璃纤维方格布、玻璃纤维毡布及组合玻璃纤维布等玻璃纤维织物，在一些特定领域同样发挥着重要作用。因此对玻璃纤维复合材料本身及其生产加工的工艺方法及相关设备进行研究及发展具有重要的理论及现实意义。1.2 玻璃纤维复合材料生产艺及设备概述合理设计玻璃带浸胶收卷机构的一个必要条件就是对玻璃纤维带加工或成型的工艺路线及流程有充分的认识。玻璃纤维织物加工的原材料是玻璃纤维，玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺，最后形成各类产品。玻璃纤维单丝的直径从 几 个微米到二十几米个微米，相当于一根头发丝的 1/20-1/5 ，每束纤维原丝都有数百根甚至上千根单丝组成，通常作为复材料中的增强材料，此外还通常用于电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等。玻璃纤维原丝或纱束经过浸润树脂、加热烘干、收卷等工艺过程，制得玻璃布、带、毡，作为进一步供玻璃钢层压、模压、卷管、缠绕等成型工艺所用的中间制品。中间制品机组所用到的机械设备一般包括供纱机构、浸胶机构、烘干机构、收卷机构、传动机构等，有些情况下还包括水洗装置、热处理装置、张力调节机构等。而中间制品进一步成型的工艺方法也有多种，主要包括 手糊法、层压模压法、缠绕成型法、连续成型法、挤出法、浇铸法、离心法、注射法以及由注射成型引伸出的喷射模塑、传递模塑等十余种，其中主要的有手糊法、压力成型法、缠绕成型法和连续成型法等。为实现这些成型工艺所常用到的机械设备有玻璃钢中间制品制造设备、压力成型设备、缠绕成型设备、连续成型设备及其他相关设备。1.3 玻璃纤维复合材料生产设备的发展趋势玻璃纤维复合材料产业的发展不仅取决于其本身的优越性能、广泛的应用需求和来源广泛成本低廉的原材料，更取决于玻璃纤维复合材料加工成型工艺及其相关机械设备的连续化、自动化程度。玻璃纤维制品的成型离不开成型机械设备，如模压成型离不开液压机，缠绕成型离不开缠绕机，注射成型离不开注射机，即使是手工操作的玻璃钢手糊制品，其成型同样离不开必要的成型模具等设备。显然，玻璃纤维机械设备作为玻璃纤维制品生产的必要手段，是影响该工业发展的重要因素。因此可以说玻璃纤维制品的生产设备革新是提高产品质量、产量，改善劳动保护条件，降低成本能耗，促使玻璃纤维制品得到进一步推广应用的必由之路，而且明显呈现出以机械操作代替手工操作，以连续生产代替间歇生产并实现过程自动化的发展趋势。例如采用连续成型机组高速生产各种筒、管、棒、薄板及柔软性印刷电路板等，层塑模塑设备已出现自动模压机，自动注射成型机，自动递模成型机等，手糊成型的制品也不断被喷射成型、片状模塑料制品所替代，而且呈现出玻璃纤维大型制品向模压方向发展，中小型制品向注射成型方向发展的趋势。而且随着玻璃纤维复合材料制品生产自动化程度的提高，计算机智能控制的应用也越来越多，尤其是在制品的建模和结构设计、数据的处理和计算等方面大显身手，被广泛用来控制半成品的生产以及模压、注射、传递模塑、缠绕、拉挤等各种玻璃纤维复合材料的成型工艺过程。1.4 玻璃纤维复合材料产业的在我国发展概况玻璃纤维复合材料产业目前在我国整体发展态势良好并取得了相当的突破，但由于该产业的一些领域在我国起步较晚，相关的工艺方法及机械设备在一段时期内未得到足够的支持，因此与发达国家仍存在一定的差距，以热塑性材料为例，我国的热塑性树脂基玻璃纤维复合材料的研究在20世纪80年代末期才开始起步，虽于近十年来取得了快速发展，如其2000年的产量达到12万吨，约占树脂基复合材料总产量的17%，但其所用的基体材料仍以PP（聚丙烯）、PA（聚酰胺，俗称尼龙)为主，增强材料以普通玻璃纤维为主，少量为碳纤维，均采用的是常规的普通型材料及工艺，可以说在热塑性复合材料方面未能有重大突破，与发达国家尚有差距。扩展来讲，迄2007年止，亚洲占世界复合材料总销售量的比例从18%增加到25%，但目前亚洲人均消费量仅为0.29kg，而美国为6.8kg，二者相去甚远，所以说整个亚洲地区的复合材料产业都具有极大的增长潜力，因此不断进行相关的材料、工艺及设备的研究及创新刻不容缓，而玻璃纤维增强材料作为复合材料的一个重要阵地，对其进行探索创新必将是一个焦点课题。具体地讲，玻璃纤维增复合材料的创新包括其技术发展、工艺发展、产品发展和过程设备发展，这也就也就意味着用于玻璃纤维复合材料的树脂基体发展创新、增强材料发展创新、生产工艺发展创新和过程设备发展创新等必须多管齐下。1.5 本次设计的主要内容及方法本文依据功能原理设计法对15型玻璃带浸胶收卷机构的各功能模块进行了具体设计，设计的顺序依照由玻璃纤维原丝到最终玻璃带卷的实际工作流程来正向进行，即所依照的工艺路线为玻璃纤维经过装有树脂溶液的胶槽，经过挤胶、烘干和压实收卷完成整个过程，着重于对相关功能模块的工作原理及实现方法进行设计研究。在此基础上又结合了各单元模块不同的功能特点而有所侧重，如供纱机构、浸胶机构及收卷机构主要进行了机械设计，而在设计烘干机构时，因为温度控制是其中的一个关键环节，而温度控制采用了单回路的闭环控制，而且主要由电力电子单元来实现，因此侧重于控制策略的研究及电气解决方案的设计，尤其是对其中所用的温度变送器、温控仪、固态继电器等核心元器件进行了详细的设计分析。而对于主牵引机构，无疑更多地进行了传动方法的研究讨论及动力源的设计分析。在完成了各功能单元的实现方案之后，本文接着进行了需要外购的标准件的选型说明。整过过程将对影响产品质量的关键工艺和参数进行重点研究，着重就纤维张力控制技术、温度控制技术、浸胶技术、收卷技术及其相应的实现方法进行设计分析。第二章 15型玻璃带浸胶收卷机构的工作原理及结构设计2.1 15型玻璃带浸胶收卷机构的工作原理玻璃带浸胶收卷机构的工作原理十分清晰，即由供纱机构供给玻璃纤维原丝，经过集束后通过浸胶槽进行树脂基体的浸渍，也称树脂浴，该部分是整个过程的关键步骤，由于浸胶后纤维的含胶量误差将直接玻璃带的质量，因此其对机械设备要求也相对较高。为了保证纤维的含胶量在合适范围之内，纤维通过胶槽浸胶后再经过挤胶辊进行挤胶，以使多余的树脂流回胶槽从而保证纤维含胶量。浸胶后玻璃带湿度很大无法直接进行收卷，因此需要经过烘干炉进行烘干，烘干后的玻璃带经过主牵引机构送至收卷卷筒进行卷绕从而完成整个工艺过程。图2-1 15型玻璃带浸胶收卷机构的工作流程图2.2 15型玻璃带浸胶收卷机构的结构设计基于上述的工作流程，玻璃带浸胶收卷机构必须包括以下几个部分：1.供纱机构：是整个机构的“源头”，提供玻璃纤维原丝给后续机构。2.浸胶机构：将树脂浸于纤维之上作为玻璃带的基体，以赋予其增强材料的特性。3.烘干机构：对浸胶后的玻璃带进行烘干处理，以除去浸胶时浸润于玻璃带的溶剂，同时也使玻璃带达到一定的预固化程度。4.主牵引机构：是整个机构的动力源，由电机经减速器输出的转速及扭矩驱动各个环节的玻璃带向前行进。5.收卷机构：玻璃带预浸料经烘干后送至该机构进行卷绕成盘，该过程需控制好收卷张力以保证收卷质量，在某些情况下玻璃带预浸料还需覆盖PE膜后再进行卷绕。图2-2为组成玻璃带浸胶收卷机构的各结构的示意图。图2-2 15型玻璃带浸胶收卷机构的结构示意图第三章 15型玻璃带浸胶收卷机构的具体设计3.1 供纱机构的设计3.1.1 供纱机构的方案论证与选择供纱机构即放置玻璃纤维原丝并向浸胶部分供送纱料的装置，也称纱架或线轴架。依据所制玻璃带的规格及纱筒数目的不同，纱架的大小也不同，其结构根据需要也可制成整体式或组装式的。纱筒在纱架上的放置方法亦可以有纵向与横向之分。依据机械设计学中的功能原理分析法列出供纱机构功能特征结的形态学矩阵，如下表3-1所示，由表可知，对于该机构可供选择的方案至少有333=27种,经过分析比较，得到的最优解组合方式为整体式+纱筒横向排列+纱筒同侧摆放。表3-1 供纱机构方案选择的形态学矩阵优选特征12优选解A.装置的结构整体式组装式A1+B2+C1B.纱筒的放置方式纵向横向C.纱筒的排列方式同侧异侧3.1.2供纱机构的机构设计如图3-1所示，供纱机构采用10mm厚立板作为骨架，呈矩形阵列分布有16根纱线轴来套装16团纱。纱线轴呈悬臂式，由UCF方形带座轴承来进行支撑，纱团在纱架上采用卧式放置形式，套装于纱线轴的悬臂端。为了实现纱团在纱线轴上的灵活装卸，纱线轴的悬臂端专门车有螺纹，当纱团在纱线轴上放定之后采用内圈有螺纹的锥形顶盘来进行其轴向定位，为保证定位的精度与可靠性，在锥形顶盘之外再旋上锁紧螺母来加强其稳定性。当然纱团在纱线轴仅有轴向定位还不行，必须同时进行周向定位来保证其供纱平稳，在本设计中采用了键连接来实现纱团芯套与纱线轴之间的周向定位。此外为了有效防止供出的16束纱产生干涉或拉毛，在每排纱团的上方设置有矩形檐板，在檐板上呈斜线阵列分布有四个导纱环支座，将陶瓷制导纱环装于导纱环座上便可实现玻璃纤维原丝供给的导向功能。图3-1 供纱机构结构示意图此外，从纱架上牵引出来的纤维保持一定的张力，如果张力不能控制，纤维就不可能从机构中顺利前进，因为纤维会在某一点堆积起来或被拉断，或者在材料中导致过分的应力，而在以后的一个或若干处理过程当中，由于张力不稳定所造成的不良影响将会更加明显，因此在本设计中每个纱线轴都设置了由调力弹簧、张力拉杆及刹车带轮构成的张力调节机构，通过调力弹簧调节纱线轴端部的刹车轮与刹车带之间的摩擦力，从而使纱线轴的旋转具有不同的松紧程度，这样固定于纱线轴上的纱团的旋转快慢变得到了调节，进而控制了供纱机构供给的玻璃纤维原丝的张力大小。如图3-2所示为供纱机构中一个纱筒的安装结构示意图，纱架的机架上安装一个轴承套筒及一个UCF带座轴承，UCF轴承与套筒中的深沟球轴承一起支承套装纱筒的旋转轴，旋转轴呈悬臂形式，位于供纱机构机架竖板的一侧，伸出端套装卷有玻璃纤维原丝的纱筒，纱筒通过其两端的锥形顶圈与环形锁紧套来进行定位，而该旋转轴的另外一侧安装刹车轮，刹车带围包着刹车轮，并与调力弹簧连接，这样通过拉动张力控制杆即可有效地调整弹簧的伸长量，进而可控制刹车带对刹车轮的摩擦阻力，由胡克定律可知调力弹簧的弹性大小与其形变量成正比，因此通过该结构可有效地控制和调节供纱装置供给玻璃纤维原丝时原丝所具有的张力大小。 图3-2 纱线轴张力调节机构结构示意图3.2 浸胶机构的设计3.2.1 浸胶机构的方案论证与选择浸胶机构即向玻璃纤维原丝上浸渍树脂的装置，一般由一个不锈钢的浸槽和数个导辊组成，同时要包含导纱槽或分砂篦板、挤胶辊等附件。胶槽是装树脂用的槽，由导纱机构引出的玻璃纤维原丝，在浸胶槽内浸润树脂，为加强浸润效果，可以在浸胶槽内同时加入偶联剂，如含有氨基的硅烷偶联剂，其对玻璃纤维的表面处理效果就要明显提高很多，这是因为偶联剂的氨基与添加剂以及树脂基体中的氨基有亲和性，再加上起交联作用的助剂，使得复合材料的界面具有较好的粘合性，而没有氨基就没有这一功能；氨基还能与接枝的酸酐官能团反应，生成跨越界面的化学键，使界面的粘接强度提高，从而使浸胶后复合材料的整体性能提高。胶槽长度的确定，要求能使玻璃纤维原丝能够充分地浸透树脂。当玻璃带具有的牵引速度一定时，胶槽越长，则玻璃纤维与树脂及其添加剂的接触时间就越长。浸润的程度就越好。此外影响浸胶效果的一个因素是玻璃纤维原丝通过浸胶槽时排列的松散程度，纱排列的越松散浸胶的效果越好。根据经验，一般情况下胶槽的长度在0.6米到1米左右。胶槽的宽度则与产品截面尺寸即需要的纱数量有关，玻璃带的截面越宽，需要的玻璃纤维纱数目就越多，槽也就越宽，常用的是0.5米至8米左右。从胶槽中出来的浸胶后的玻璃纤维带要接着通过挤胶辊，挤胶辊的作用就是排除浸胶玻璃带中包含的气泡，同时通过调节挤胶辊上下辊之间的缝隙来控制玻璃带中树脂的含量。3.2.2 浸胶机构的机构设计 图3-3 浸胶机构的结构示意图1-集束辊； 2-分纱栅板； 3-导向辊； 4-浸胶压辊； 5-胶槽； 6-挤胶辊1；7-挤胶辊2； 8-导向辊； 9-导纱槽如图3-2所示是本次设计中浸胶机构的结构图。浸胶机构的头部装有将来自供纱机构不同排纱筒的玻璃纤维原丝进行集束收拢的集束辊，由于供纱机构引出的纱位于集束辊的上下两方，因此集束辊采用与挤胶辊类似的上下两辊的结构，而且上下辊之间的间隙与挤胶辊棍一样都是可调的，这样能保证玻璃纤维原丝集束的效果和稳定性。经过集束之后，由于来自不同纱团的玻璃纤维原丝一共有16束，为保证浸胶效果及玻璃带截面的规整，还必须对这16束玻璃纤维原丝进行分布排列，以使其相互之间不发生跑偏和拉毛的现象。因此在集束辊之后设置了分纱栅板，也称导纱篦板。在玻璃纤维原丝进入胶槽之前为使其线速，牵引力等物性尽可能的均匀一致，在分纱栅板之后设置了导向辊，玻璃纤维原丝经过导向辊后被浸胶压辊压入浸胶槽中。浸胶压辊的数目可依据胶槽的长短来确定，槽体短而压辊大的可用一个压辊，槽体长而压辊小的则可用两个或多个压辊。浸胶槽之后设有挤胶辊，挤胶辊装置有上下两个辊子，浸过树脂的玻璃带表面带有多余的树脂，这些多余树脂通过挤胶辊的上下辊子间隙被挤出，又重新流回到浸胶槽中。通过调节上下挤胶辊之间的间隙大小来控制玻璃带中树脂的含量。此外在排除多余树脂的同时也排除了含在树脂中的气泡。为保证挤胶充分，在此设置了两个挤胶辊，它们的作用原理相同。本设计中的挤胶辊结构如图3-4所示，它主要包括支座、UCT带滑块座滚动轴承、UCC带环形座轴承及间隙调节杆四个部分。挤胶辊支座的结构如图3-5所示，其凸台导轨与所选用的UCT滚动轴承的U型导槽匹配，间隙调节杆与支座的顶盖之间为螺纹配合，故可在转动顶部手轮时将周向转动转化为直线移动从而调节上辊的唯一，实现两辊间隙的变化。下辊的位置是固定的，设计中下辊采用UCC带环形座轴承来进行支承，如图3-5所示挤胶辊支座上有一圆形孔，将UCC带环形座轴承嵌装于该环形孔中，这样下辊的位置便得以固定。浸过树脂的玻璃纤维丝相互粘结在一起成为玻璃纤维带，当产品形状复杂时，或玻璃带的数目不止一条时，若对玻璃带一起直接进行烘干，则在后面收卷前进行分离时会造成困难，因此在浸胶机构的尾部设置导纱槽。从挤胶辊到导设置导向辊，距离特别长时还可以考虑设置两个或者多个导向辊，因本设计中挤胶辊至导向辊之间的距离并不大，故在此设置一个导向辊。 图3-4 挤胶辊结构示意图图3-5 挤胶辊支座3.2.3 浸胶机构的结构特征与注意事项需要注意的是胶槽中树脂存放的时间不能过长。一般情况下胶槽的体积不宜过大，同时还应便于清理和拆卸，为此再次把胶槽设计为分立式，即胶槽和浸胶机构的计较本身并不是一体的，也未通过螺纹、销、楔等机构与机架连接，这样胶槽是可以从浸胶机构机架横向支板上移开的，当不处于生产状态要放掉槽内的树脂或者要对槽内的树脂进行更换时，直接将胶槽从支板上拿起来将树脂倾倒到指定的地方，而不需要再在胶槽的底部设计密封放胶阀，而在清理时，这样的分立式胶槽也更利于将胶槽单独移开对其进行彻底全面的清理。此外，为避免浸胶压辊太接近胶槽槽底而搅起树脂沉淀物或直接与槽底干涉，压辊的外表面与胶槽槽底保持了合适的距离。在浸胶环节，胶槽中树脂的粘度随温度而变化，温度过低时树脂的粘度很大，玻璃纤维就不容易被浸透，因此为保证生产的连续性，槽体必须设计成可以调节槽内树脂温度的形式，在此采用了水夹套式胶槽槽体，即槽体分为内外两层，而中间是中空的，用以盛放用来加热的水，夹套中有可调节加热温度的加热元件伸入水中进行控温，以使槽内树脂温度保持在合适的水平，一般情况下维持于801为宜。在玻璃纤维带从胶槽中引出后，通过挤胶辊上下辊之间的间隙随挤胶辊转动带出，而多余的树脂就会流回胶槽，同时排除袋中气泡，由于离开树脂后玻璃纤维带的温度会有所降低，为使气泡排除充分，同时令带上浸润的树脂不与槽中树脂温差过大，以利于提高挤胶的效果，挤胶辊也必须能对接触其表面的玻璃带进行加热，因此在此采用中空辊作为浸胶压辊。在中空辊的内部通以导热油对辊表面进行加热，使得其表面温度能保持在合适的水平，一般情况下也维持于801为宜。上下两辊之间的间隙通过手轮调节，手轮与支承上棍子的带滑块座轴承连接，通过手轮旋转螺纹使得上棍子上下移动从而实现调节两滚间隙的作用。在有些场合，可能还需要对两辊间隙进行量化显示以提高控制精度，此时可以使用与手轮螺纹联动的光栅尺来精确控制两辊之间的间隙，但在此并不需这样的控制精度，因此在挤胶机构中尚未设置光栅尺。同时还需考虑到两辊间隙受导热油对辊表面加热而产生的热膨胀的影响。浸胶压辊和挤胶辊的直线度和圆柱度直接影响玻璃带的浸胶均匀性和含胶量误差，在很大程度上甚至决定了最终产品的质量。因此浸胶环节对浸胶压辊和挤胶辊的加工要求较高，相关的具体尺寸及技术要求见相关的零部件工作图。3.3 烘干机构的设计3.3.1 烘干机构的方案论证与选择烘干机构的核心是烘干炉，而烘干炉的关键部分是加热元件及其控制系统。不同类型的烘干炉有不同的加热元件，如电阻元件、红外线辐射元件、光滑管散热器或翼型散热器等。在本设计中加热元件选用红外线辐射元件。红外线辐射元件通常分为近红外辐射器和远红外辐射器。其中近红外辐射器的加热效率不高，加热能量只有输入能量的4050，而一半以上的能量都以可见光的形式被浪费掉。因此，近红外辐射器用于水分干燥还可以，因为水分在近红外区域上尚一定的吸收带，而对于树脂材料的加热烘干，则应当使用远红外辐射器。设计中采用远红外辐射管作为加热元件，它的制造成本也非常经济，即在普通的电热元件金属管状加热器的表面涂覆一层高效的辐射材料氧化铁，当加热器的金属被加热到600时开始大量地辐射红外线。因为是管状辐射器，故须配用反射板，在此反射板的材料采用铝板，因为铝氧化层对反射能力的影响微乎其微，反射板还需防护罩，以避免因玷污而引起的辐射效果损失，在此采用聚碳酸酯之类红外透射率高的板材做防护罩。烘干机构的另外一个关键环节是温度控制系统的设计。进行温度控制首先要有温度感测元件，及温度传感器，常用的温度传感器有热电偶和热电阻两种形式。其中热电阻是中低温区最常用的一种温度感测器，而且其成本相对较低，测量精度高，性能稳定，其中的铂热电阻的测量精度最高，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的测温基准仪。热电阻大都由纯金属材料制成，而目前应用最多的是铂和铜，因此在本设计中采用由铂制成的热电阻作温度感测元件。在温控系统中由温控仪输出的控制信号需要经过强弱电信号的转换才能驱动加热元件，而常见的用来实现强弱电信号转换的有固态继电器（SSR）和可控硅（晶闸管SCR），在不同的工业现场二者各有千秋，并无绝对的优劣，在此选用固态继电器，其具体选型后面有详细介绍。根据要求，炉内温度的波动允许范围为40150，但最佳温度应维持在8090，烘炉的炉体长度应根据所要求的热处理程度及玻璃纤维带的行进速度来决定，本设计中织物不需完全烘干，且织物的前进速度适中，因此烘干炉的长度不需很长，在此根据其他零部件的安装要求最终将炉体长度确定为2.15米，玻璃带经过烘炉热处理的时间约为1520s左右。在有些情况下烘炉内部是又分为预烘干和烘干两部分的，但基于本次设计要求的烘干程度及精度并不高，因此仅设计一个烘干室来进行工作。为满足生产要求，在各种加热炉中可能要用到诸如产品输送、工件旋转、通风排气和支架支座等一些辅助机构。对于此次设计中的烘干炉，玻璃带需要连续不断地从烘干炉中通过，属于连续作业式加热炉，因此必须配备一种传输机构。根据传输方法的不同，传输机构的结构形式也各有不同，可用于连续作业加热炉的传输方法有多种，常见的有牵引式、传送带（或链）式、或轨（或辊）道推送式、步进式及螺旋推进式等，如图3-6所示。在玻璃钢生产中最常用的方法是牵引式、传送带式和推送式三种。其中生产玻璃纤维、玻璃布带、玻璃布和以这些材料为增强材料的预浸料，以及某些连续成型产品，用牵引式传输方法；玻璃钢生产中的预混料、SMC料等用传送带式传输方法；此外还有些连续成型的玻璃钢产品，如“步进式”缠管机上成形的玻璃钢管，则直接由成型设备推入固化炉中固化，这就是推送式传输。依据以上原则，本设计的设计对象属玻璃带预浸料的加工设备，因此采用图（a）所示的牵引式传输方法。其牵引动力即来自于主牵引机构。图3-6主牵引机构传输方式示意图（a）牵引式； （b）传送带式； （c）滑轨推送式；（d）滚轮推送式；（e）辊道推送式依据设计要求，烘干炉的工作温度为40150，属低温范围，所以其实质上是对经过其中的玻璃带进行干燥，因此烘干炉内的通风装置的设计就非常重要。通风机构的装设主要是从安全和充分利用热能的角度来考虑的。在玻璃带经过收卷之后，其中混有大量的低沸点溶剂，如果不采取通风措施，则在加热烘干时，这些溶剂就会变成气体充满炉腔内部，并会造成炉内的蒸汽压力不断增加，严重时甚至可能鼓坏炉体而造成事故，除此之外从炉内散发出来的有毒气体会危害人体健康。因此，必须采用通风装置以解决这些问题。一般按照炉内气体的流动情况不同，主要有自然通风和强迫通风两种形式。采用远红外管进行干燥，除了利用辐射传热外也要利用对流传热。但自然通风时对流传热的效果不明显，为提高对流传热的效果，可在烘干炉内部或外部装设风机进行强迫通风，但若只是进行简单的强迫通风，则由于空气流速大为加大，也就造成热量损失明显增加。此时这种方法显然是不大可行的。因此为了尽可能的减少热量损失，在本设计中采用了强迫循环通风的方法，即炉内的干燥气流来源有两支，一部分来自风机从炉外吸取的空气，这部分来自炉外的气体使得炉内的挥发气体得以及时排除，另一部分则来自载有热量的炉内循环风，这部分气流有效地减少了热量损失，同时大大改善了炉内外的温差状况。图3-7 烘干模块温度控制系统结构示意图作为烘干炉，其最重要的部分无疑是温度控制系统，本设计中的温控系统主要由温度变送器、温控仪、固态继电器和加热元件组成。从控制工程学的角度讲，该系统属于单回路闭环控制，如图3-7所示，即利用铂热电阻制成的温度变送器来采集温度信号，采用温控仪对采集来的温度信号进行PID单回路闭环控制，然后经温控仪运算后给出的控制信号经固态继电器SSR放大，即将弱电信号转化为强电信号，进而控制由远红外管构成的加热元件的通断切换来对玻璃带进行所要求的干燥。3.3.2 烘干机构的设计烘干机构由炉体、温控系统和通风循环系统三个部分组成，如图3-8所示，炉底采用楔形风道8，以利于气流进入炉内，同时有助于热风的循环，进风口9均布在楔形风道口，这样气流由下向上吹出，为提高烘干效果加大提高气流利用效率，气流的流动方向与织物的行进方向相反。炉内温度分布应一致，尤其是玻璃带的上下方的温度应一致，这样除了使树脂溶剂在织物的宽度和前行方向上蒸发均匀外，还可以保证应力的均匀分布。加热元件可以玻璃带的上部、下部或者上下两方，如在此采用的是远红外管辐射加热，则应该使玻璃带的上下两面都能受到辐射热。因此将红外管加热元件分成上下四排，分置于炉体内壁的卡槽上。炉壁的结构主要是根据炉温要求和材料来源等因素来决定的，因为在此设计中要求的炉温不高，为40150，故不需耐火材料等，仅需要保温材料即可，且做成夹层形式。烘干炉的内腔尺寸主要取决于玻璃带的最大尺寸和最大生产数目，同时要考虑产品在炉内的位置、炉膛的传热条件、炉内温度分布、加热元件和炉内构件的安装维修等因素，在保证生产需要的前提下应尽量减小炉体尺寸，这样一方面可以减小所占用的空间，另一方面也可以减少热量损失。炉底尺寸是决定炉膛内腔尺寸的主要方面。一般情况下炉体的前后端玻璃带进出口处由于其热量损失较严重是不安装加热元件的，因此炉膛两端的温度较低，为尽量使炉温分布均匀，应使炉底的长宽比大于1。根据经验，当炉膛的长度小于2米时，长宽比接近2:1；而当其大于2米时，为避免操作困难，长宽比可适当减小。以前所述，本设计的烘干炉炉体长度为2.15米，因此其长宽比也控制在2:1左右。为防止加热元件过高的辐射热直接作用在玻璃带上，保证对流换热起主要作用，且考虑不至于使玻璃纤维带与炉壁上的各种构件发生干涉相撞，同时为便于进行操作和检修，玻璃带预安装加热元件的炉壁之间应留有足够的距离，且这一距离一般情况下不应小于0.5米。炉膛的高度同样应从玻璃带的尺寸、产品在炉内的位置、传热情况、炉温分布及操作的方便性等方面考虑。炉膛过高或过低都不利于炉内温度的均匀分布，尤其是当炉膛过高时，上下部分之间的温差非常大。鉴于以前在加热炉方面的设计经验，炉膛高度与宽度之比以约在0.520.9之间的居多，玻璃带与炉顶的距离则可在0.5-1米之间选定。依据上述原则所确定本设计中烘干炉炉体的具体长宽高尺寸见部装图所示。图3-8 烘干机构的结构示意图1-导向辊； 2-排气管道；3-远红外辐射管； 4-观察窗； 5-温控仪面板； 6-导向辊； 7-回风管道； 8-楔形风道； 9-进气口； 10-进风口； 11-进风管道； 12-风机； 13-炉壁3.3.3 烘干机构温度控制系统元器件的分析及选型本设计中温度变送器选用伊玛（EMA）电子有限公司于2010年2月最新推出的PT100型温度变送器，如图3-6所示。它是一种稳定性和线性表现均较优异的感测器，由于其电阻值小，灵敏度高，所以引线的阻止可以忽略不计，而其采用的三线制接法更是消除了引线线路电阻带来的系统误差，因此其测量精度很高，应用范围也十分广泛，尤其适用于中低温区（-50200）的温度感测。因此能很好地满足此次设计中的温度感测要求，故最终选用伊玛PT100型温度变送器。温控仪是调控一体化的智能温度控制仪表，区别于传统的模拟仪表，它采用全数字化集成设计，且具有温度曲线可编程、可定点恒温控制、多重PID调节、输出功率限幅曲线编程、手动自动切换、软启动、报警开关量输出、实时数据查询、与计算机联机通讯等功能。一些温控仪产品还将数显温度仪表和ZK晶闸管电压调整器合二为一，集温度测量、调节、驱动于一体，仪表可直接输出晶闸管（即可控硅）触发信号，进而驱动各类晶闸管负载。本设计中采用固态继电器将温控仪输出的控制信号转化为可驱动负载的强电信号。设计中的温控仪选用XMT-7型产品，XMT系列智能温度（PID）调节仪以单片机为核心，采用了多重数字滤波，抗干扰自动恢复系统等技术，从而可以保证仪表的控温准确度高、稳定性好、抗干扰能力强、操作简单等他点，目前已广泛应用于机械、化工、建工、陶瓷、轻工、冶金、石化等多个行业的自动化控制系统中，因其良好的性价比，可作为模拟仪表和进口仪表较为理想的替代品，故在此选用该款温控仪产品。固态继电器（Solid State Relays，缩写SSR）是利用现代微电子技术和电力电子技术相结合，而发展起来的一种新型无触点的的电子开关，在逻辑控制及电路中，可以达到以弱信号控制强信号和强弱隔离的效果，其工作的基本原理跟电磁继电器非常相似，在触发信号的控制下可以实现对负载电路通断切换的开关作用。它具有工作安全可靠、无触点、无污染、无火花、寿命长、高绝缘、高耐压（超过2.5KV）、触发电流小、开关速度快、可与数字电路匹配等优点。以阻燃型环氧树脂为原料，采用灌封技术，使其与外界隔离，具有良好的耐压、防潮、防腐、抗震等性能。图3-9 FCS-3型固态继电器结构示意图设计中的固态继电器选用FCS-3型，如图3-9所示，。它有四个接线端，其中3、4为输入端，1、2为输出端，中间采用隔离器件来实现强弱信号的隔离，其隔离形式为最常用的光电隔离性。它采用电压过零时开启，负载过零时关断的特性，在负载上可以得到一个完整的正弦波形。因此电路的射频干扰很小，可降低感性负载（如风扇、三相电动机等）的反电动势以及驱动阻性负载（如白炽灯、加热丝、远红外管等）时可明显降低浪涌电流的优点。FCS系列固态继电器采用螺纹引出端子接线，具有强度高、耐冲击、抗震性好、输入端驱动电流小、可以非常方便地与计算机或控制器终端数字控制电路接口等特点。广泛应用于电磁阀控制、加热件通断、数控机床、石油化工、仪器仪表及娱乐设施等多种领域，尤其适用于潮湿、腐蚀、防光、防爆等特别恶劣的工作环境及频繁开关的场合。3.3.4 烘干机构温控系统的接线方法温度控制系统的各组成部分之间的接线必须严格遵守规则，如图3-10所示为温控模块的接线示意图，其中正确连接温控仪是完成整个接线工作的关键。如图3-11所示是本设计所选用的XMT-7温控仪背部接线面板的布局示意图。其背部接线点共有14个，现结合图对其接法作如下说明：1、8、9接线柱接外部220V交流电源，2、4、10、11三个接线柱空置。3、5、6、7三个接线柱接伊玛PT100热电阻型温度变送器。需要注意的是，伊玛温度变送器采用了三线制接法，其与温控仪背部面板连接的三个接线叉中有两个红色套的，一个蓝色套的，根据途所示的RTD热电阻输入部分接法示意图，两个红色接线叉接5、6接线柱，蓝色接线叉接其接线柱7。两个红色接线叉均是由热电阻的同一端引出的，之所以将其做成两根线，正是为了消除导线电阻引起的测量误差，从表面上看就相当于对其接线端进行短接以形成补偿。加之该款温度变送器本身的导线电阻很小，所以能够保证高测量精度。4、12、13、14三个接线柱用于与控制加热元件远红外管的固态继电器SSR1连线，观察图所示的温控仪背部面板示意图可知与SSR1连接的有12、13、14三个接线柱，其中12、13之间是常开的（NO）,13、14之间是常闭的（NC）。根据温控仪的工作要求，固态继电器的输入端必须和温控仪的常开触点连接，因此图3-8中SSR1的输入端接线点3、4必须与温控仪的12、13接线柱连接。为提高烘干机构的生产安全性，设计中选用的温控仪同时具有报警开关量的控制功能，当温度超过控制上限时将会产生报警信号，在温控仪主面板上也具有超温报警显示。报警指示灯作为一个被控对象，温控仪的输出信号要驱动它正常工作同样需要一个固态继电器SSR2来实现强弱电信号的转换和通断切换功能。如图3-10所示SSR2与温控仪背部接线面板的1、2、3三个接线柱对应，其接线方法与SSR1与温控仪的接线方法类同，在此不作赘述。图3-10 烘干机构温度控制系统接线示意图图3-11 XMT-7型温控仪背部面板接线点分布示意图3.4主牵引机构设计3.4.1 主牵引机构的方案论证与选择在烘干机构的设计环节已确定所采用的传输方法为牵引式，因此系统必须有一个牵引动力源来满足整个机构对牵引动力的要求。如图3-12所示，主牵引机构主要由电动机、减速箱、单排腹板式大链轮、钢制小链轮、短节距滚子链、机架、导向辊和主牵引辊等部分组成。主牵引机构中的电动机采用YCT电磁调速异步电机。电磁调速异步电动机又称滑差电机，它是一种恒转矩交流无级变速电动机。由于它具有调速范围广、速度调节开滑、起动转矩大、控制功率小、有速度负反馈、自动调节系统时机械特性硬度高等一系列优点，因此在印刷机、无线装订、高频烘干联动机、链条锅炉炉排控制中都得到广泛应用。浸胶收卷机构采用这种电动机调速后，能有效地控制玻璃带的输送速度和张力及平稳度，对提高烘干质量也非常有利，而且操作十分方便，故在本设计中采用电磁调速异步电机。作为动力源，除了电动机之外，还必须包括传动装置。传动装置位于原动机和工作机之间，用来传动运动和动力，或改变运动方式。传动装置的方案设计是否合理，对整个系统的工作性能、尺寸、重量和成本等都会产生较大影响，因此传动装置的方案设计是整个机构设计中的一个重要环节。 图3-12 主牵引机构的结构示意图1-机架； 2-大链轮； 3-滚子传动链； 4-钢制小链轮； 5-单级减速器；6-电磁调速电机；7-主牵引辊； 8-改向辊传动装置主要包括减速器、传动零件、支撑零部件联轴器等连接件。决定传动装置的的工作性能、结构和尺寸的主要是传动零件，支撑零部件和连接零件则都要根据传动零件的要求来设计。因此根据合理的传动方法设计合理的传动零件是获得最优的传动机构的必要条件。在本次设计中，由于主牵引机构所承受的作用于轴上的载荷并不大，而且玻璃带的传送速度也并不高，因此由电机经减速器输出的动力和转矩再传到主牵引辊所用的传动方法确定为链传动。此外作为一种动力装置，由转速较高的电机到转速较低的牵引辊，其间还必须设置减速器装置，由于机构中电机轴与主牵引辊之间的减速比不是很大，从经济性考虑出发，此选用单级斜齿圆柱齿轮减速器。主牵引机构中的核心执行件为主牵引辊，依靠该辊与玻璃带之间的摩擦力来带动玻璃带前行，因此玻璃带在主牵引辊上必须形成一定的围包角，为达到此种效果，在主牵引机构的前后两侧均再设置改向辊以实现要求的围包角，其空间位置如图3-12所示，具体的外形及安装尺寸可参照相关零部件工作图。3.4.2 主牵引机构的机构设计3.4.2.1 YCT型电磁调速异步电动机的设计选型 设计中的电磁调速异步电机选用的YCT系列电磁调速异步电动机外壳防护等级为IP21；冷却方法IC01；电机定额是以连续工作制（S1）为基准的连续定额；电机的额定频率50Hz；额定电压380V（若采用配套的控制器其电压为220V）；结构型式为拖动电动机借凸缘端盖止口直接安装在离合器机座上的组合式结构，安装型式为IMB3。调速电机的拖动电动机为安装尺寸有特殊要求的B5型4极Y系列三相异步电动机。电机与控制器配合闭环工作时的转速变化率小于3%，稳速精度控制在1%以内。选用YCT系列电机的另外一个优势在于它是由中国机械工业部组织设计的Y系列异步电动机的主要派生系列。只要在规定的范围之内工作，就可以连续地、均匀地进行无级调速，并能输出额定转矩。电机运行中当负载转矩发生变化时可以通过配套的控制器的速度反馈系统自动调节滑差离合器的励磁电流，从而使输出的转速基本上保持不变，且YCT系列电机有全国统一的技术标准，其安装及外形尺寸（详见相应零部件工作图）、拖动异步电机及其他易损件全国各地均实行统一标准，因此具有很好的互换性。根据本设计的要求，选择的YCT电磁调速电机的类型、结构形式、功率、转矩和型号等相关技术参数一并列于表3-2中。表3-2 主牵引机构用YCT电磁调速电机的技术参数表电机系列号机座型号标称功率(KW ）额定转矩（Nm）额定调速范围（r/min）结构形式YCT160-4A2.214.11250 125整体式3.4.2.2 链传动装置的设计计算所用的传动零件为短节距滚子链、钢制小链轮和单排腹板式大链轮。这些传动零件的设计计算方法，均按照机械设计或机械设计手册所述的方法进行，受篇幅所限，本文就不再赘述，仅以钢制小链轮说明其设计计算过程，其具体的安装尺寸和技术要求可参照零部件的工作图。滚子链链轮的基本参数及尺寸包括：1） 配用链条参数：链条节距p、滚子或套筒外径d1、排距Pt。2） 齿数z，优先选用的齿数为：17、19、21、23、25、38、57、76、95和114。3） 链轮径向尺寸及齿高：图 标出了链轮的径向尺寸。首先计算小链轮的分度圆直径d，根据玻璃带的传送速度可确定链速处于低速范围，故链轮齿数取系列齿数的最小值17。设计中采用的滚子链链号为08A（依据标准ISO 606-1982），节距为12.7mm，根据齿数确定分度圆的计算系数为5.44。故按照计算公式图3-13 链轮基本参数示意图有d=psin=pK=12.75.44 =69.12（mm） （3-1）滚子链的滚子外径 d1=7.95mm （3-2）齿根圆直径 df =d-d1 =69.12-7.95=61.17（mm） （3-3）齿顶圆直径 d amax =d+1.25p- d1 = 69.12+1.2512.7-7.95 = 77.05（mm） （3-4）齿侧凸缘直径 dgpcot-1.04h2-0.76 =67.95-12.55-0.76 =54.64（mm） （3-5）轮毂厚度 h=K+ dk6+0.001d=4.8+356+0.00169.12=11.325（mm） （3-6）轮毂长度 l =3h=3.311.325=37.37（mm） （3-7）轮毂直径 dh=dk+2h=35+211.325=57.65（mm） （3-8）齿宽 bf1=0.93b1=0.937.85=7.30（mm） （3-9）倒角宽 ba公称=0.13p=0.1312.7=1.65(mm) （3-10）倒角半径 r =p=12.7（mm） （3-11）3.4.2.3 减速器装置的设计前面提到，传动装置的一个重要组成部分就是减速器，而本设计采用单级斜齿渐开线圆柱齿轮减速器。根据电磁调速异步电机输出轴的尺寸连接要求，在本设计中采用ZD15型单级齿轮减速器。单级圆柱齿轮减速器按其轴线在空间相对位置的不同分为：卧式减速器和立式减速器。前者两轴线平面与水平面平行，后者两轴线平面与水平面垂直。一般使用较多的是卧式减速器，而其传动齿轮也有直尺、斜齿、人字齿等不同类型，本设计中选用的减速器即为一种卧式的斜齿圆柱齿轮。由于减速器已成为一种通用的传动部件，因此，圆柱齿轮减速器多数已经标准化，ZD15（JB1130-70）型即为单级渐开线圆柱齿轮减速器的标准型号，主要参数均已标准化和规格化，因此生产及使用、维修均较为方便。 所选ZD5型单级圆柱齿轮减速器具体的外形尺寸及装配形式参考相关的零部件工作图，其主要性能参数如传递功率P（标准ZD型减速器P=12000KW），传动比i（为避免减速器的外廓尺寸过大，一般单级圆柱齿轮减速器的传动比i6，其最大传动比imax=810），高速轴转速n1，中心距a（标准ZD型减速器a=100700mm ）等可参照产品说明书。3.5 收卷机构设计3.5.1 收卷机构的方案论证 在玻璃带的浸胶收卷工艺流程中，收卷环节是一个非常重要的工序，同时也是一个相对特殊的过程，一方面，在正常的收卷过程，主牵引机构提供给玻璃带前行的线速度是恒定的，亦即玻璃带收卷的速度是恒定的，另一方面，为保证收卷的质量又要求收卷时玻璃带在卷筒上从空卷（即收卷半径从最小到最大）的过程中，玻璃带的收卷张力需保持恒定，以防止因张力过大而造成玻璃带变形甚至被拉断，或者因张力过小而造成收卷松弛影响收卷质量的情况。收卷过程中这种恒张力恒线速的现象一般称为卷绕特性，即功率P=F=常数。由于卷筒从空盘到满盘的收卷过程中，玻璃带卷绕所成的带卷直径是逐渐增加的，而收卷的张力必须保持恒定，根据力矩T=Fr，则作用在卷筒上的收卷力矩T就必须随着卷绕直径的增加而同步增大。另一方面，依据卷绕特性，收卷的线速度必须恒定，根据=r=2nr这样一来，收卷的转速n就必须随着卷径的增大而减小。由于卷绕过程是恒功率的，即P= F=Tn=常量，因此可以断定收卷力矩T与收卷转速n呈负相关关系，反映二者关系的曲线就为一双曲线，称为卷绕特性曲线，如图3-14所示。从原则上讲，作为收卷动力源的任何装置，其机械特性视不同的应用场合可有一定的不同，但都必须满足卷绕特性曲线。可作为玻璃带收卷动力源的装置有很多种，如力矩电机、电磁调速异步电机（即花茶电机）和普通的直流电机。通过相应的电控系统，均能不同程度地满足卷绕特性的要求，但从经济性角度讲，在大多数场合，力矩电机都不失为一种最简单经济的动力装置。在本设计中，亦采用力矩电机作为收卷卷筒的驱动装置。由于力矩电机特殊的结构设计，在使用其作为收卷动力装置时，它可以固有地保持张力恒定，尤其是当收卷转速处于力矩电机额定转速的到之间时，力矩电机的机械特性曲线与卷绕特性曲线非常接近，根据P= F可知此时相对功率也近似保持不变，这样就很好地满足了卷绕特性的要求。图3-14 收卷过程的卷绕特性曲线借助力矩电机独特的结构设计，当负载增加时，电机的转速也能自动随之降低，根据P= Tn，从而使输出的力矩增加，最终保持输出转矩和负载转矩的平衡。反之，当负载减小时，力矩电机的转速则能够自动随之上升，从而使输出的力矩减小，同样能最终实现保持输出转矩和负载转矩相平衡的效果。在交流力矩电机的收卷控制过程中，出于经济性因素的考虑，在系统对精度要求不是很高时，多数情况下采用开环控制的方法进行调节，既不设置变送及反馈模块。但它还有一个很大的局限性，即只适用于卷径比较小的场合，并且在开环控制下交流力矩电机的机械特性和收卷过程卷绕特性能较好吻合的条件是收卷转速n=。针对不同的场合，必须对交流力矩电机进行认真选型。在某些精度要求较高的场合，则需要酌情采用转矩的闭环控制、转速的闭环控制，张力的闭环控制等较高级的控制方式。由于交流力矩电机的工作原理和普通异步电机并无大异，因此其调速方法也跟普通电机一样有多种形式，但应用最多的还是调压调速，其控制曲线如图3-15所示，图中A点为固有机械特性曲线上的工作点，B、C点为降压后的运行点。根据三相交流电机的转矩与电压之间的关系T=K （3-12）式中S为额定转差率，U为电源相电压，R为绕组电阻，X为绕组感抗，由该式可知力矩电机的电磁转矩T与电压U的平方成正比。根据图3-15所示可知若电机拖动恒转矩负载，则可以通过降低电源电压U来降低电磁转速。图3-15 力矩电机的调压调速特性曲线3.5.2 收卷机构的主要参数指标收卷机构的功能即为完成对经过预浸及烘干处理的玻璃带进行收卷成盘。根据设计要求，收卷形成的纱片宽度是一定的，而卷筒直径是可变的，其最大值为150mm。在设计收卷机构时，应首先明确设计要求，主要是以下几个方面：1.最大收卷卷筒直径一般来说，按照标准用于玻璃带收卷的线盘外径D1可从40400mm进行变化。由于玻璃带在卷绕时，均会发生弯曲变形，因此有关标准一般会对玻璃带的曲率半径及交贷长度有所规定，在本设计中，用于进行玻璃带收卷的卷筒尺寸如图3-16所示。图3-16 收卷卷盘尺寸示意图1- 挡板； 2-芯盘； 3-芯套2.收卷线速度范围收卷的线速度应能够与主牵引机构输出的线速度匹配，并留有余裕，常用的有475mmin, 8150mmin,16300mmin,但在实际应用中，根据经验一般其速度在15 mmin时足以满足要求，太大的收卷线速度反而会使机构复杂，因此在本设计中采用的收卷线速度为=8 mmin。3.最大收卷张力F根据产品牵引力及牵引辊的参数，按欧拉公式可求得F .令 F=主牵引辊的后部张力，即最大收卷张力（N）;FS =工作牵引力（N）;m=玻璃带在收卷卷筒上的的卷绕圈数;f=摩擦系数，一般取0.10.25，在此取为0.15;则工作牵引力可由欧拉公式有： Fs= Fe2mf (3-13) F = Fse2mf (3-14)在本设计中，工作牵引力为0.3KN,依据上述公式可以求得收卷过程的最大牵引力：F =0.117KN (3-15)此时e取2.71828，m取1，f取0.15， 取3.14159。3.5.3力矩电机的参数计算根据负荷，计算力矩电机在额定转速下的输出力矩，这个输出力矩的值，就是选择力矩电机的重要指标之一。卷绕过程分为两部分，一个是启动过程，一个是正常的卷绕过程，且如果启动的时间短，则起动时的动态转矩可能超过正常卷绕时的工作转矩，因此收卷转矩由启动转矩和工作转矩两部分组成。1）启动转矩的计算 满盘时飞轮矩为GD2 (Nm2 ),在本设计中，收卷线速度取为8 mmin，其对应的转速为n=D=8（3.140.15）=16.98（rmin） (3-16)设启动时间为t0=0.5s,则启动转矩TG为TG=4.883(Nm) (3-17)此外，主牵引机构的减速器和电机由于各自的飞轮矩，在启动时也会产生转矩，但由于其值一般较小，故可以忽略不计。2）工作转矩计算根据相关规则，工作转矩应按照卷盘满盘时来进行计算，如下图3-17所示图3-17 收卷卷盘的转矩计算则有：T = F =11700.075=8.775(Nm) (3-18)3)求总转矩TT=TG + T =4.883+8.775=13.66(Nm) (3-19)4）力矩电机所需减速比由收卷过程的卷绕特性可知力矩电机的最佳工作转速范围为n0n0，其中n0为力矩电机的额定转速。由力矩电机到收卷盘的传动机构，一般由变速机构和减速机构组成。当收卷盘满盘时，设其转速为n，根据卷绕特性，此时电机的输出转速应为n0；假设变速机构最小减速比为1，则n0与n的比值i就是传动机构的降速比，在本设计中，力矩电机不作为动力源，减速功能主要由主牵引机构完成，因此在力矩电机与收卷轴之间不再设置传动机构，直接选用联轴器进行连接，收卷速度与力矩电机的匹配主要通过力矩电机的选型来实现。5）计算力矩电机的输出力矩TM TM=T = T=1.47136.58=200.77 （Nm） (3-20)其中为联轴器效率，在此选为0.8，K为折算到额定转矩的系数，在此选为0.85，依据TM及n0即可进行力矩电机的规格选择。前面已经算出收卷轴总转矩为136.58 Nm，收卷线速度对应的转速为16.98 rmin，因此所选力矩电机的额定转速应不低于50 rmin，输出转矩应不低于200 Nm。3.5.4力矩电机的设计选型设计中的力矩电机选用YLJ系列力矩三相异步电动机， YLJ系列力矩三相异步电机是一种具有软机械特性和宽调速范围的特种电机，它所具有具有普通力矩电机的典型特性，能很好地满足本设计中收卷过程的功能要求及卷绕特性，即当负载增加时，电动机的转速能自动的随之降低，而输出力矩增加，保持与负载平衡。此外该款力矩电机的堵转转矩高，堵转电流小，能承受一定时间的堵转运行。由于转子电阻高，损耗大，所产生的热量也大，特别是能在低速运行和堵转是更为严重，因此，电机在后端盖上装有独立的轴流火离心式风机，强迫通风冷却，力矩电机配以可控硅控制装置，刻镜像调压调速，调速范围可以达到1：4，转速变化率10%。由于电动具有较大的阻抗，采用了强迫通风形式，因此能长期运行在低转速范围甚至处于堵转状态，而且结构简单，无电刷、滑环、整流子等，具有一般异步电动机使用维护简便的优点。YLJ系列力矩尤其适用于卷绕、堵转和调速等场合及其他用途，被广泛用于纺电线电缆、金属加工、造纸、橡胶、塑料以及印刷机等工业领域，鉴于其以上特性，与玻璃带收卷过程的要求非常吻合，因此最终选用该型力矩电机。3.5.5 收卷机构的具体结构及布局图3-18 收卷机构结构示意图如图3-18所示为收卷机构的具体结构示意图，根据设计要求，供纱机构的16团纱在经过浸胶收卷之后成为4卷玻璃带卷。为便于玻璃带在收卷时有较好的运行路线，避免发生跑偏或者产生带间干涉，与供纱机构呈斜直线型排列的导纱环布置相同，在此也将收卷机构的卷筒位置设置成相互错开的阶梯型排列，且其相互之间的距离也要与纱片宽度相匹配，这样玻璃带在行进时就可以不发生转向，从而提高收卷的质量。为防止玻璃带的跑偏和抖动，增加收卷的稳定性，在收卷卷筒之前增设导纱槽，其位置也呈阶梯形排列与玻璃带卷筒形成搭配。此外，16束玻璃纤维原丝最终要收卷成4卷玻璃带，而每一卷玻璃带都必须使用一台力矩电机来保证其卷绕特性，因此一共使用四台力矩电机。联轴器与收卷轴之间采用刚性凸缘联轴器连接，使得机构布置紧凑，结构清晰。收卷轴与供纱机构的纱线轴类似，也呈悬臂形式安装于UCF方形带座滚动轴承支承件上，且悬臂端车有螺纹，以便于收卷盘的安装及拆卸。卷盘依靠锥形卡盘与锁紧螺母进行轴向定位，依靠键连接进行周向定位，这样便可以实现收卷过程卷盘的位置稳定。收卷盘尺寸及安装示意如图3-16所示，芯套3套于收卷轴上，两端挡板1由螺纹连接固定于芯套3之上，这种可拆卸的螺纹连接实现了玻璃带卷可方面地从收卷盘上卸下的功能。为了防止承载玻璃带的芯盘2与芯套3之间发生相对滑移使得玻璃带收卷张力出现松紧不一的情形，芯盘2与芯套3之间进行胀合，即芯盘2的轴向尺寸稍大于芯套3的轴向尺寸，以此使得两端的挡板1压紧芯盘2，防止其与芯套3之间的相对滑移。此外，考虑到装卸玻璃带卷必须有足够的操作空间，因此将力矩电机布置于同一侧，这样操作人员便可以方便地在另外一侧进行作业。同时为了对力矩电机进行防尘保护，设计了机罩包围力矩电机，机罩采用焊接结构，并且在尺寸设计上与收卷卷盘呼应，这样也使得整个机构外观紧凑美观。图3-19 收卷机构的主要部件空间布置示意图1-力矩电机； 2-联轴器； 3-收卷轴； 4-收卷盘图3-20 收卷机构的机架示意图如图3-20所示为收卷机构的机架示意图，它主要由焊接而成。支腿采用4040厚度为3mm的方钢焊成，其上铺设10mm厚的钢板作为机罩的底板，在钢板上依照图纸尺寸焊接机罩的各块立板和横板。焊接之后横板的位置必须与在立板上所钻孔的位置匹配。而在横板上所钻力矩电机安装孔的位置也须依照图纸尺寸严格进行，其具体的尺寸参数参考相关的工程图，焊接方法可参考图纸的技术要求，在此不作赘述。第四章 标准件选型4.1 带座滚动轴承的选型 此次设计中选用的标准件主要为带座轴承和联轴器，在此对其选型依据及规格作出陈述。4.1.1 机构所用带座滚动轴承的具体选型带座滚动轴承有多种系列，如三重密封系列、耐热耐寒系列、净化系列、不锈钢系列和陶珠系列等，同时由于轴承和轴承箱的组合不同，也分为多种形式，为提高机构的可靠性和紧凑型，根据玻璃带浸胶收卷机构的设计要求，在此选用了UCP、UCF、UCT、UCC三种形式的带座滚动轴承。4.1.1.1 UCP带座滚动轴承圆柱孔带立式座轴承是最具有代表性带座滚动轴承形式，轴承箱安装部位的根部设计有加强筋，因此对于所有方向的负荷都是一种高强度负荷。向机械主体上安装轴承箱时只需要两套螺栓连接便可完成安装。本设计中浸胶机构导向辊、浸胶压辊及烘干机构的导向辊均使用这种形式的带座滚动轴承，具体参照总装配图。4.1.1.2 UCF带座滚动轴承组件用球轴承和具有方形座的轴承箱组合而成带方形座滚动轴承适合安装在机械侧壁等垂直面上。在向机械主体安装UCF轴承箱时需要使用4套螺栓进行连接。在本设计中，供纱机构，主牵引机构及收卷机构因为均具有垂直地面的竖板结构，因此均采用这种带方形座的滚动轴承。4.1.2.3 UCT带座滚动轴承由组件用球轴承和带导轨槽的轴承箱组合而成的带座轴承UCT,通过轴承箱沿导轨槽的径向移动，可以调整轴的中心位置，其头部的圆环结构用于与螺杆等结构进行连接，通过螺杆的旋转将周向运动转化为轴向运动，从而带动UCT轴承移动来改变轴中心的位置。在本设计中浸胶机构的集束辊及挤胶辊因为需要调节两辊之间的间隙，这种调节是通过改变上棍轴的中心位置来实现的，因此在这两种机构中均采用了UCT轴承。4.1.2.4 UCC带座滚动轴承由组件用球轴承和外径面呈圆柱形的轴承箱组合而成的UCC带环形座轴承，其轴承箱的圆柱形外径面经过h7精度的加工，可以装入机械主体支架上的圆柱形孔中使用。由于其外径面是圆柱形，因此具有自动调心机能，能够和一般的自动调心型轴承一样使用。在设计中的挤胶辊构件中，除UCT轴承作为上辊轴的支承装置外，下辊轴同样需要支承装置，在设计中下辊轴的中心位置是固定，因此它的支承装置需固定在机构的支架上，在此选用UCC带环形座轴承，通过
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