编织机传动系统设计

目录摘要III关键词IIIABSTRACTIIIKEYWORDSIII1绪论111引言112目的和意义113圆筒编织机的发展现状214传统圆筒编织机的工作原理2141存在的缺点2142现有编织机的相关技术315编织机的发展前景316主要设计内容42方案论述421编织机工作原理和机构及传动控制系统422设计和改进圆筒包装带编织原理和机构以及传动控制系统523纱线张力改进方法624传动装置组成725初步确定减速器结构和零件类型73过程论述831电动机的选择832确定传动装置的总传动比和分配传动比833离合器的选择1034直齿轮设计11341确定公式内的各计算数值12342计算12343确定公式内的各计算数值13344几何尺寸计算1435锥齿轮（轴）的设计和校核1636轴的设计及轴承型号的选择25361拟定轴上的装配方案26362轴上零件的定位26363各轴段直径和长度的确定27364提高轴的强度的常用措施27365轴的结构的工艺性274四连杆运动分析285结果分析29参考文献30致谢32圆筒编织机传动系统设计摘要介绍了传统编织机的工作原理及编织过程中对各机械零件的动作要求,传统的圆筒编织机采用纯机械式的传动，快慢速控制离合器控制、炸药的进给靠手工操作。并总结了传统编织机普遍存在机器结构复杂、体积庞大、传动线路长、操作不方便、自动化程度低和配件多的缺点。关键词编织机；工作原理；机械零件；传动ABSTRACTDESCRIBESTHEWORKINGPRINCIPLEOFTRADITIONALWEAVINGANDKNITTINGMACHINESDURINGTHECOURSEOFACTIONREQUIREDOFEACHCOMPONENT,THETRADITIONALCYLINDERKNITTINGMACHINESWITHPUREMECHANICALTRANSMISSION,FASTSLOWCONTROLCLUTCHCONTROL,EXPLOSIVESMANUALFEEDTHROUGHTHESYSTEMAREGIVENTHEOVERALLSTRUCTUREANDSUMMEDUPTHESHORTCOMINGSOFTHETRADITIONALCOMMONMACHINEKNITTINGMACHINECOMPLEX,BULKY,LONGTRANSMISSIONLINES,OPERATIONISNOTCONVENIENT,LOWDEGREEOFAUTOMATIONANDACCESSORIESANDMOREKEYWORDSKNITTINGMACHINE；WORKINGPRINCIPLE；MECHANICALPARTS；TRANSMISSION1绪论11引言圆筒包装带自动编织设备既可以用于民用，也可以用于军事方面。随着对外军事频繁交流，由圆筒编织机自动编织炸药和炸弹包装织带需求不断增加，对编织机的要求越来越多，而且需求量也在不断增加，特别是近几年来，需求量大，利润高。在民用方面，编织机也得到越来越充分的利用，在工程建筑、消防、包装等领域应用织带特别多。目前，在整个编织机技术水平比较落后，机械成分多，传动路线长，技术含量低，操作和控制需要手工，工作环境恶劣，所以研究包装用的圆筒编织机对于提高机器的机电自动化水平，改善工作环境，提高生产效率有很大的帮助。从产生的经济效益来看，由于它在军事和民用方面都可以得到广泛的应用，需求量大，产生的经济效果可观。圆筒包装带编织是利用经线和纬线相互交织的原理编织成圆筒型的织带，织带按一定的节距装有一定数量的炸药。12目的和意义在国外编机抢占中国市场的同时，我国的编织企业也在呼唤国产优质编机，对国内编织机械企业提出新的要求。在机理构造上，一些国产编机也与进口编机无太大差别。但国产编机在有关在线检测方面与进口编机的功能差距较大，尚不能很好地满足有些高档产品的生产需要；另外，国产编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，这些方面国产编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，编机企业走创新路子，形成核心竞争力的呼声更高。国产编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。研究编织机的传动系统，对于提高生产效率降低生产成本具有重要意义。此项研究也是对大学四年所学课程的一次总复习，它将机械制图、机械设计和机电传动控制等机械设计制造及其自动化主要专业课程紧密联系在一起，利用所学的机械与控制相关知识来解决实际的生产问题，将理论设计与实际运用联系起来，需要考虑多方面的问题，如成本、系统可靠性和机械设备使用寿命等等。此项设计将我大学四年所学的专业知识完美结合起来，书到用时方恨少，我意识到自己的专业知识还不够扎实，需要在CAD绘图和PROE实体仿真上多下功夫。13圆筒编织机的发展现状我国的编织工业经过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。编织行业的强劲增长带动了国内对编织机械旺盛的需求，中国已经成为世界上编织机械的生产大国，品种之多数量之大独一无二。2003年，编织机械行业在生产、销售、出口和经济效益等方面创造了历史最高水平。据中国编机行业协会对563家企业的统计，2003年，共完成工业产值不变价3314亿元，同比增长2517，销售收入33503亿元，同比增长2402，实现利润总额2124亿元同比增长3548。编机产品出口543亿美元，同比增长445，编机产品销售的重点仍在国内。与此同时，编机进口继续保持高增长，进口总额4638亿美元。同比增长253。全球编织品生产中心将转移到中国内地和东南亚，中国的编织机械市场将成为全球最具潜力的市场。14传统圆筒编织机的工作原理传统的圆筒编织机采用纯机械式的传动，快慢速控制离合器控制、炸药的进给靠手工操作，送经机构的经线和卷取机构的织带张力波动大，机械自动化程度低，噪声大，工作环境危险。141存在的缺点普遍存在机器结构复杂、体积庞大、传动线路长、操作不方便、自动化程度低和配件多。142编织机的相关技术开口机构按编织要求。将经纱上下分开，形成梭口，由于导火带组织简单，故采用连杆开口机构。梭子运动机构它是机器的核心部分，由电机经传动装置传至梭子，使梭子运动，将纬纱引向织口。送经机构将织轴上的经纱均匀送出，满足交织需要。卷取机构将织物引离织口，卷至卷布辊上。由电动机经减速装置带动卷布辊转动，将编织好的导火带卷到卷布辊上。在卷绕的过程中，保持张力均匀是非常重要。织机的织口大小变换机构根据编织的需要来改变织口的大小。织机的启动装置编织机的启动是由开关柄来控制的，当电动机启动后，控制开关柄使离合器接合，织机就启动了。这些机构在整个机器的运转过程中往往是不够的，需增加一些辅助的机构，如断线自停机构、过载自停机构等来完整的实现机器的运转，下面为编织机的部分传动示意图纬纱的传动路线电动机（带传动）轴（齿轮传动）轴（齿轮传动）轴（齿轮传动）梭子经纱的传动路线电动机（带传动）轴（齿轮传动）轴（斜盘运动）（连杆机构）综框运动15编织机的发展前景（1）进一步提高产品质量在编织机上装上各类显示检测和控制的装置，可以弥补人工操作的不足和管理上的缺陷。（2）提高机器运行的安全性在控制驱动系统中应用微电子技术，可使机器运行可靠。（3）机器运转高速化，提高单机质量采用各种自动化措施和微机控制技术，可使机器运行更加可靠。（4）传动方式多样化单机采用机电一体化的新技术，打破现有单纯机械传动的局面，使单一机电带动皮带及齿轮变速的传动方式有新的突破。（5）改善劳动环境多方面提高自动化程度，减轻工人劳动量。（6）减少设备占地空间16主要设计内容通过参观现有的编织机，了解其传动系统的传动原理。并找出传统编织机传动系统不足之处，初步设定圆筒编织机传动系统总体方案。根据总体设计方案，通过计算选择电机、传动零件、并校核零件强度、用CAD绘制装配图、零件图，用PROE绘制实体模型仿真，仿真通过后编写设计说明书并进行设计答辩。2方案论述21编织机工作原理和机构及传动控制系统圆筒编织机采用经线与纬线相互交织的原理来编织导火带，利用纯机械的传动方式实现各机构的运动，其主要运动机构有开口机构按编织要求。将经纱上下分开，形成梭口，由于导火带组织简单，故采用连杆开口机构。梭子运动机构它是机器的核心部分，由电机经传动装置传至梭子，使梭子运动，将纬纱引向织口。送经机构将织轴上的经纱均匀送出，满足交织需要。卷取机构将织物引离织口，卷至卷布辊上。由电动机经减速装置带动卷布辊转动，将编织好的导火带卷到卷布辊上。在卷绕的过程中，保持张力均匀是非常重要。织机的织口大小变换机构根据编织的需要来改变织口的大小。织机的启动装置编织机的启动是由开关柄来控制的，当电动机启动后，控制开关柄使离合器接合，织机就启动了。这些机构在整个机器的运转过程中往往是不够的，需增加一些辅助的机构，如断线自停机构、过载自停机构等来完整的实现机器的运转，下面为编织机的部分传动示意图图21编织机的部分传动示意图纬纱的传动路线电动机（带传动）轴（齿轮传动）轴（齿轮传动）轴（齿轮传动）梭子经纱的传动路线电动机（带传动）轴（齿轮传动）轴（斜盘运动）（连杆机构）综框运动122设计和改进圆筒包装带编织原理和机构以及传动控制系统1由于卷取机构采用的凸轮机构传动，工作时当织带张力增大时，凸轮开始打滑，引起噪声大；而且采用凸轮传动，随着织带卷绕直径的不断增加，织带受力越来越大，引起织带受力不均匀，从而使织带开始受力小，编织时稀疏，之后越来越密，织造不美观。设计达到要求改进织带卷绕机构工作原理，摒弃传统凸轮卷取机构，使设计出的卷取机构噪声符合国家标准，出带时爆炸织带出带速度恒定，受力应均匀，织造美观。2锦纶织带出料现采用三线轮摩擦机构送带，出料时产生打滑，爆炸带节距控制不准确。设计达到要求出料时无打滑现象，节距不一致。3锦纶带各经线送经受力不均，爆炸带外表不美观。设计达到要求改进送经机构，经线要求采用恒张力控制，各经线受力均匀。4爆炸带口径缩放采用进出刀杆机构，由操作人员现场控制，机构稳定性差且调试困难，而且危险性增加。设计达到要求采用机电一体化技术，设计出自动缩放机构稳定，调试简单。5快慢速控制离合器可靠性不高。设计达到要求改进快慢速控制可靠。6爆炸带装药量无控制机构，装药量控制困难。设计达到要求增加流量控制机构，确保装药量符合要求。7梭子立轴部件调试困难。设计达到要求调试简单，维护方便1。23纱线张力改进方法图22张力控制系统新的张力改进方法采用变频调速，张力传感器检测，工控机控制的方案。张力控制系统如图2所示。交流异步电机实现卷取辊卷取织带，随着半径的增加，半径测量器测出辊筒直径的变化，通过A/D转换由工控机控制变频器，实现异步电机减速。张力传感器测量织带的张力变化，也通过同样的过程控制电机的速度。实现了织带张力的恒定。24传动装置组成圆筒编织机的传动系统是由电动机、带轮、离合器、主轴、齿轮、轴、齿圈、连杆、梭子、综框等零件组成。传动路线纬纱的传动路线电动机（带传动）轴（齿轮传动）轴（齿轮传动）轴（齿轮传动）梭子经纱的传动路线电动机（带传动）轴（齿轮传动）轴（斜盘运动）（连杆机构）综框运动25初步确定减速器结构和零件类型（1）选定减速装置的传动级数传动级数根据工作机转速要求，由传动件类型、传动比以及空间位置和尺寸要求而定。本设计宜采用三级传动形式。（2）确定传动件布置形式对于三级圆柱齿轮减速器，轴线采用水平布置，由传递功率的大小和轴线布置要求决定采用同轴式。（3）初选轴承类型一般采用滚珠轴承，类型由载荷和转速等要求而定。（4）决定减速装置机体结构齿轮减速机体采用沿齿轮轴线水平剖分的结构，便于装配。3过程论述31电动机的选择为保证机器正常运作。现选用型号为Y112M4三相异步电动机。其技术参数如表31表31电机参数满载时启动电流启动转矩最大转矩额定功率KW转速R/MIN电流（380V）效率功率因数COS额定电流额定转矩额定转矩重量KG4014408778450827022234332确定传动装置的总传动比和分配传动比由选定的电动机满载转速和工作机主动轴转速N，可得传动装置总传动比为MMANI由于电动机转速1440R/MIN，最终输出的速度V05M/S，卷筒直径设为300MM，则最后输出转速R/MIN60105R/MIN31863VND故传动装置总传动比4/IN4523186MARIN分配传动比考虑以下原则1）各级传动的传动比应在合理范围内，不超过允许的最大值，以符合各种传动形式的工作特点，并使结构比较紧凑。2）应注意使各级传动尺寸协调，结构比较合理。3）尽量是传动装置外廓尺寸紧凑或重量较小。4）尽量使各级大齿轮浸油深度合理。5）要考虑传动零件之间不会干涉碰撞。D1234567I8,I,I,I81,I计算传动装置的运动和动力参数进行传动件的设计计算，要推算出各轴的转速和转矩（或功率）。将传动装置各轴由高速到低速依次定为轴、轴、轴、轴。各轴的转速轴M1DN40/IN51429/MINI28RR轴2159/I386/II轴32N46/IN257/INIRR轴43857/MI138/II1各轴的输入、输出功率传动效率如下带传动的传动效率096，轴承098；12齿轮传动效率097。3输入功率轴114096384DPKW轴22765KW轴335D轴4409830P输出功率轴123876KW轴26509835P轴32474轴432K各轴的输入、输出转矩，电动机的输出转矩DDPT9506510MNMN输入转矩轴101289713DI轴27350068TNM轴32310685907149TINM轴4426输出转矩轴127310986轴265TN轴32414209M轴40798633离合器的选择离合器在机器运转中可将传动系统随时分开或接合。对离合器的要求有结合平稳、分离迅速而彻底；调节和修理方便；外廓尺寸小；质量小；耐磨性能好；有足够的散热能力；操作方便省力。对于此编织机，可选用牙嵌式离合器，梯形牙。选择参数为D145MM,D60MM,Z7,Q12543,Q22543,S1345,H6,H18,H226,R1按式，验算牙面上的压力P及牙根弯曲应力。02AKTPPDZ0ABBKTHWDZB式中A为每个牙的接触面积，单位为MM；离合器牙齿距在圆环的平均直径，单位为MM；0H为牙的高度，单位为MM；Z为半离合器上的牙数；W为牙根的抗弯截面系数，；2ABWP为许用压力，较高速状态下接合时，P355MPA为许用弯曲应力，运转状态下接合时，。B56SBMPA34直齿轮设计（1）选定齿轮类型、精度等级、材料和齿数1根据要求选用直齿圆柱齿轮。2编织机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度3材料选择，小齿轮为40CR（调质），硬度为280HBS，选择大齿轮为45钢（调质），硬度为240HBS。4选用小齿轮齿数为Z20，大齿轮齿数为Z155。（2）按齿面接触强度设计由设计计算公式进行计算；（公式31）21312TETDHKTUZD341确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数13TK2）计算小齿轮传递的转矩（公式351190TPN2）438NM3）选择齿宽系数1D4）查得材料的弹性影响系数1298EZMPA5）按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强60HLIPA度极限。150HLIMPA6）计算应力循环次数公式（316HNNJ3）905412830152048199277查表得接触疲劳寿命系数，10HNK205HN8计算接触疲劳许用应力取失效概率为1，安全系数S1，得，公式1965401HNLIMPAMS（34）2052NLIHKA342计算1）试算小齿轮分度圆直径D1T，代入H中较小的值公式2131243270189139535TETDKTZUDM（35）2）计算圆周速度V公式（3160TDN6）345914/376/0MSS3）计算齿宽B1DT3954）计算齿宽与齿高之比B/H模数1TTMZ95263M齿高2H30B5）计算载荷系数根据V376M/S，7级精度、查得动载荷系数KV112；直齿轮，假设KAFT/B0。由于受壳体体积限制，采用“小式”。用4个独立的设计变量X1，X2，XT1，XT2作为优化设计主体。取015。2螺旋角，接近于零度曲齿锥齿轮。故可以取X108，X203；X02。5M由于X108使小齿轮趋于变尖，可用切向正变位使之加厚，取XT102。XT2由另一条件确定，即弯曲强度平衡Y1KY2，或保持标准齿高,即，本设计采0用第2种，可得XT2001688。几何计算1）节锥角公式（316）45COSINARTU21902）齿宽B30MM3）径向变位系数4）X108，X2035）平均当量齿轮齿数公式（317）120COSVMZZ66）节锥和分锥的比值公式（318）1VMXKZ028767）中点当量齿轮分度圆压力角公式（319）0TANRCOSM2858）中点当量齿轮啮合角公式（320）CSAROMMAK2819）分度圆直径公式（321）1DZ5407M2810）节锥距公式（322）205/SINARKD43M11）中点锥距公式（323）05B43218312）全齿高公式（3AHCM24）813）分圆齿顶高公式（325）11AHXM72A514）分圆齿根高公式（326）11FAH6M2FA314齿根锥角4521FF15顶圆直径公式（327）11COSAADH70245690182M2AA14COS73强度验算齿面接触强度验算如下计算接触应力公式（328）211AVHTMHEKEFUZBD节点区域系数ZH公式（329）2COSTANBHWT公式（330）16745SIR0MBM81T6932WT则2COS8TANBHWTZ由弹性系数ZE，查得21893/EZNM重合度系数Z，得公式（331）43Z公式（332）MR5743062公式（333）TANEHMB085T0394136公式（334）112COSMAAVRDR57082431公式（335）22COSMAAVRDR3576490公式（336）1COS2MBVRDR3公式（337）2CSOMBVR9公式（338）221212TANMAVBMAVBMVBMGRRR3公式（339）COSP9754公式（340）MG1982公式（341）43Z106螺旋角系数公式（342）COSMZ5098有效宽度公式（3EHFBB43）085127M齿轮系数KZ使用系数15A齿宽中点分锥上的圆周力公式（344）1MDR60公式（345）12TMTF306N载荷系数公式（346）1VKN公式（347）2084TMZU公式（348）13EHVATBCF公式（349）1/ENI0MN2R5/I齿宽中点分锥上的圆周速度公式（50）1/60TMVDN57/S，处于亚临界区。8024N1K3VC980231570公式（351）VKN0415齿向载荷分布系数公式（352）15HBE6齿间载荷分配系数。HK因为150324/10/7ATMEFNMB由机械手册上查得，H润滑剂系数。LZ由机械手册上查得，40号机械油，50OC时的平均运动，对2504/VMS700N/MM2610101818303050508080120128180C或R050608101216202530套筒定位结构简单,定位可靠,轴上不需要开槽,钻孔和切制螺纹,因而不影响轴的疲劳强度,一般用于轴上两个零件之间的定位如果两个零件的间距比较大的时候,不宜采用套筒定位,以免增大套筒的质量及材料用量。轴承端盖用螺钉与箱体联接而使滚珠轴承的外圈得到轴向定位。在一般情况下，整个轴的轴向定位也常利用轴承端盖来实现。（2）零件的周向定位周向定位的目的是限制轴上的零件与轴发生相对转动。常用的周向定位零件有键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等15。363各轴段直径和长度的确定零件在轴上的定位和装拆方案确定后，轴的形状便大体确定。各轴段所需的直径与轴上的载荷大小有关。初步确定轴的直径时，可按轴所受的扭矩估算轴所需的直径。将初步求出的直径作为承受扭矩的轴段的最小值直径，然后再按轴上的零件的装配方案和定MIND位要求，从处起逐一确定各轴段的直径。MIND对于标准件，如滚珠轴承、离合器等部位的轴径应取为相应的标准值及所选配合的公差。为了使齿轮、轴承等有配合要求的零件装拆方便，并减少配合轴段前应采用较小的直径。为了使轴作过盈配合的零件易于装配，相匹配轴段的压入端应制出锥度，或在同一轴段的两个部件上采用不同的尺寸公差。确定各轴的长度时，应尽可能使结构紧凑，同时还要保证零件所需的装配或调整空间。轴的各段长度主要是根据各零件与轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件间必要的空隙来确定的。为了保证轴向定位可靠，与齿轮和离合器等零件相配合部分的轴短长度一般应比轮毂长度短2MM3MM16。364提高轴的强度的常用措施（1）合理布置轴上零件以减小轴的载荷为了减小轴上零件所承受的弯矩，传动件应尽量靠近轴承，并尽可能不采用悬臂的支撑形式，力求缩短支撑跨距及悬臂的长度。（2）改进轴上的零件的结构以减小轴的载荷（3）改进轴的结构以减小应力集中的影响轴通常是在变应力条件下工作的，轴的截面尺寸发生突变处要产生应力集中，为此，轴肩处应采用较大的过渡圆角半径来降低应力集中。（4）改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度轴的表面粗糙度和表面强化处理方法也会对轴的疲劳强度产生影响。轴的表面愈粗糙，疲劳强度也愈低。365轴的结构的工艺性轴的结构工艺性是指轴的结构形式应便于加工和装配轴上的零件，并且生产率高，成本低。为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出45的倒角；需要磨削加工的轴段，应留有砂轮越程槽；需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽。为了减少装夹工件的时间，同一轴上不同的轴段的键槽应布置在轴的同一母线上。为了减少加工刀具种类和提高劳动生产率，轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽宽度等应尽量采用相同的尺寸17。示意图如下图33轴4四连杆运动分析如下图是圆筒编织机的四连杆机构图41四连杆机构图42四连杆机构如上两图中，动力经锥形齿轮带动主轴转动，从而带动斜盘转动，使得滑块上下运动。而四连杆是以滑块上的销钉连接点为中心做来回的往复运动，带动左右两连杆的上下交错运动，从而实现左右综框的上下交错运动，达到开口和闭口的运动要求。5结果分析本次设计的内容是圆筒编织机的传动系统设计和改造，通过主轴运动、齿轮传动、连杆运动来实现编织机的梭口的张开与闭合和综框的上下运动。在此传动装置中采用的减速器，它具有固定传动比、结构紧凑、机体封闭并有较大的刚度，传动可靠等特点。在此设计中，传动部分通过电机、皮带轮带动主轴转动，从而带动锥形齿盘转动，主轴通过齿轮传动将动力传到小齿轮、齿圈，实现编织机的梭口的张开。另一路线中，动力经主轴传至斜盘，带动连杆机构做周而复始的循环运动，连杆带动综框做上下的往复运动，实现编织机的经线交错运动。在不计算效率损失的情况下，由于电机满载的转速为1440R/MIN，最后的输出速度为05M/S，通过计算、选择相关的零件能达到该编织机的工作条件。由以上设计可以保证编织机的工作可靠、结构简单、传动路线鲜明、传动效率稳定、满足工作要求的特点。参考文献1张智明,梅顺齐,赵建圆筒包装带自动编织机的设计和改进武汉武汉科技学院2张智明新型捻线机多电机控制系统的开发武汉武汉科技学院学报20013张智明,徐巧,梅顺齐捻线机成形往复导纱系统的研究武汉武汉科技学院报20064于长辉,陈越平GBR48II型编织机的设计盘锦橡塑机械厂辽宁1241065张建雄日本兄弟牌电脑编织机6游光辉圆织机经丝张力问题的研究和对策湘潭市塑料9厂7于新安,郝风鸣纺织工艺学概论中国纺织出版社8姜怀机织工程北京中国纺织出版社19949龚桂义机械设计课程设计指导书第三版北京高等教育出版社199010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