非织造用针刺机主针刺部分结构设计

引言1.1本研究工作在国民经济中的实用价值与理论意义针刺机作为在非织造布制造领域不可或缺的的设备，在最近的这些年越来越被国内外厂家所关注。通过针刺机制造和生产的非织造布被广泛运用于各个领域之中。国内外市场对非织造布的要求愈来愈高，市场前景广泛，但针刺领域的发展却较为缓慢。我国在这样的背景下，通过不断地研发和投入，国内针刺设备生产厂家便逐渐的发展了起来。但与国际针刺机厂商相比，国外针刺机在在针刺频率和机械结构上都要比国产机械更加先进。因为国外的针刺机技术已经发展了几十年，国内的非织造布厂家还大多处于引进国外设备的状态，而国内的针刺机设计大都引进和借鉴了Dilo和Fehrer公司的针刺设备结构，国内针刺机主流的设计理念是Fehrer公司的主轴箱式结构，这种结构被大多数国产厂家所接受。对于国内大多数非织造布厂家来说针刺设备的技术发展实际上代表了国内纺织业的发展，针刺频率的高低代表了纺织机械的发展愿景。自国内第一台1200刺/min的针刺机诞生以来，其后的机械结构设计在创新上并无多大的改进，与传统设计中的主轴箱设计并无多大不同。而在低端针刺机市场国产600刺/min以内的低速针刺机技术则相对成熟，低速针刺机设备在运行时稳定，这类针刺机即可基本满足部分非织造布厂商的对低端非织造布设备的需要。低端设备制造简单，机械结构成熟，这就意味着产品的成本利润较低，面对日益激烈的国内外市场只做低端产品的针刺机生产厂家的生存空间越来越小，改进设计理念，研发新的设计结构是走出困境的不二法门。在国际上而言，虽然针刺机已经发展了几十年，在机械机构上已经成熟，微小的改进只能带来轻量化的进展，但国际针刺机生厂厂家依然走在前列。目前在针刺机制造领域领域Dilo公司处于国际先进水平。其针刺机的针刺频率已经可以达到了3500刺/min。Hyperpunch针刺技术是Dilo公司的最为先进的针刺技术。此技术是近十多年来在纺织机械和非织造布领域的重大突破。它创新的解决了是针刺机在工作时植针板上的断针现象，对于非织造布而言，每一次断针都会导致产品的质量下降，而且断针现象也是制约无纺布机械发展的重要原因之一，断针现象导致针刺机生产效率下降和非织造布质量的恶化，而Hyperpunch椭圆形针刺技术很好的克服了这一现象。我国是纺织行业大国，几千年来一直以纺织而闻名世界。针刺无纺布是纺织类大类品种之一，我国是非织造布生产大国，但在非织造布机械领域我国还不是强国，我们通过对针刺机的不断研究，在不断地实践中我们提升针刺机的生产性能，通过对针刺机性能的提高我们将获得更好的产品和开拓更大的市场，在走出一条特色的无纺布工业之路上，我国的生产厂家一定会越走越远。最终让非织造布和丝绸一样因为中国制造而闻名世界。1.2本文所要解决的问题本项目是在去年设计基础上，对教学用针刺机进行仿形设计。（针刺机主针刺部分幅宽1m，针刺频率200-300次/min）2针刺机构方案设计2.1针刺机基本结构针刺机种类数量众多，按所加工种类的不同可以分为预针刺机和主针刺机；按结构不同可分为单针梁式和双针梁式；按传动形式不同可分为向上针刺和向下针刺等。在非织造布生产工作时，简单的说一般要经过预针刺机，倒针刺机，主针刺机三部分。预针刺机针刺频率较低，对纤维网先做简单的针刺处理，纤维网在经过预针刺机针刺后形成基础的无纺布，但其厚度还远达不到设计要求对非织造布的厚度和力学性能要求。倒针刺机是针刺生产的第二部，倒针刺机是将植针板放在纤维网下方，针刺向上刺，通过这一步的纤维网有了初级的力学性能，在结构上已经向成品靠近。最后一步主针刺机是完成成品，主针刺后的纤维网紧致细密，力学性能好，厚度达到设计要求。倒针刺机和主针刺机主要完成了对非织造布的生产制造过程，即上下针刺是无纺布压实，获得良好的力学性能。送网机构、针刺机构和牵拉机构等组成了针刺机的主要工作机构。送网机构是将纤维网等送入针刺工作区等待加工，同是保证针刺机在加工时对每一寸非织造布都能进行相同次数的针刺穿透，保证针刺的均匀性；针刺机构是利用刺针的穿刺作用，将十分蓬松的纤维网加固成具有一定强度性能的无纺布，通过大量的高频率的针刺是纤维网按一定的方式缠结、交互，使之成为一个整体的过程；牵拉机构是利用辊子的牵引作用将受针刺作用后的纤网从针刺区输出，与送往机构相配合保证非织造布针刺的均匀性。针刺机构是针刺机的关键机构，它实际上可化简为一个曲柄滑块机构，它由主轴、偏心轴承、连杆、针梁、针板、刺针、剥网板、拖网板等组成。偏心轴承的偏心距充当曲柄，针梁为连杆机构，连杆下的针梁、针板、刺针充当为为滑块。连杆主轴上安装偏心轴承起到偏心轮的作用，通过曲柄带动针梁，针板作上下往复运动,使针板上的刺针随之反复穿刺纤网。偏心轴承偏心距的两倍即为刺针的往复动程。2.2本次设计针刺机的主要工艺参数由于本次设计的针刺机为主针刺机，用于学校教学使用，受场地和工作性质的限制，对其主要规格设计如下：（1）工作幅宽:1000mm；（2）刺针往复动程：44mm；针刺频率：200—300次/min；针密：5000针/m；主电动机为减速步进电机。2.3本次设计的主针刺部分的设计方案在本次设计中，针刺机构的设计是这次针刺机设计的主要机构和关键部分，纤维纤网的固结主要由这部分机构完成。它由偏心轴承、轴承套、针梁、针板、刺针等组成。由所查资料可知主针刺部分的机构一般为曲柄滑块机构，这种机构结构简单，在加工制造和安装时较为简单。故本次设计的针刺机主针刺部分的机构选用为一般的曲柄滑块机构。根据以上分析，提出方案如下：单轴驱动的偏心机构，该机构的工作原理是主轴带动偏心轮旋转并通过连杆带动针梁和针板做上下往复运动，使针板上的刺针反复穿刺未加工的无纺布网。本方案中可能会存在柔性冲击产生的震动，故在本方案中用减轻运动部件的质量的方法来减少可能造成的震动。在不降低推杆和导杆的刚度和强度的前提下，将它们做成空心的，然后用焊丝焊死，这样可减轻杆的质量，减小惯性力带来的影响。针板通常采用45号钢制的较多，这种结构较重，工作时惯性力大。本次设计中采用轻质材料即铝镁合金，以此来降低针板的质量。2.4小结针刺频率对产品质量和生产效率有直接影响，所以在针刺机设计中针刺频率是我做这次针刺机设计首先要考虑的先决条件。200—500针/min是设计任务书中对设计要求中提前给定好的。根据这个频率我选用了单轴驱动的偏心机构来作为本次针刺机设计的主运动机构。轻质合金的运用降低了惯性力从而大大降低了机器的震动，而且从加工和安装的角度来看也比较容易实现，可大大提高设计方案的可行性和实际性。3针刺机构中植针板的分析与设计3.1植针板的设计3.1.1概述在非织造布制造中针刺固网加工法在非织造工业中被经常使用，针刺固网加固法是重要的纺织工业生产方法之一。针刺固网加固法在利用针刺法加工的的非织造布数量约占世界干法加工非织造布数量的40%，这一数字在我国还要更高，比重则超过50%。对于我国的非织造布行业而言针刺法是惯用的这制造不加固方法，它以其管用的制造方法被广大厂家所接受，是在通用领域内最为广泛的制造方法。针刺生产的产品类型广泛，产品特色明显，应用在很多工业领域，近年来在民用领域的使用也不断提高。近来随着非织造产业的发展和市场竞争的日趋激烈，对非织造布产品的品种数量和结构性能质量提高的要越来越严格，对于针刺固网加工法加工的产品来说这点也不例外。在针刺固网法加工非织造布过程中植针板的规格和质量是加工产品质量的关键，植针板质量的好坏将直接影响产品的性能和质量。植针板的规格包括针板的布针和针的选用，只有良好的布针方法和选用适合规格的植针，再结合纺织机械工艺的调整才能生产出优质的非织造布的产品。对植针板的要求是每块针板应尽量多布针，使用时针密应大才能使针板在加工非织造布时使非织造布有足够的力学性能和结构性能，针刺密度高即植针的密度要高，而且布针方式应满足杂乱排列的要求，在非织造布上产生的针眼应该杂乱以保证非织造布的材料性能，应该针刺成品的表面针眼分布均匀。3.1.2针刺机针板的结构特性针板的一般宽度为260mm，长度1100mm-1600mm，本次设计取针板长度为1000mm，宽度250mm,厚度20mm，针板按布针设计钻有植针孔，植针孔的目的是在上面安装刺针，刺针孔径和刺针针柄相配合针插入后不晃动，工业上曾经想过许多的办法，采取了许多次的尝试，最后人们决定使用针套加固，而且针套还可以减少为经常换针对植针孔的磨损，因为在多数针板的植针孔中装有针套，刺针被安装在枕套的孔内或插入针套孔内，可以通过针套的更换来减轻对机器的拆装，针套定期更换对于针刺而言是一个极大的进步。通过以上的描述我们知道针刺机设计时，对针板的应该有以下三点要求：3.2主要工艺参数及其对产品性能的影响3.2.1植针密度查非织造布手册可知，植针密度N表示针板一米长度上的植针数，它代表了针刺机加工的非织造布的材料性能和加工后能达到力学性能，植针密度是针刺机的重要参数，代表着针刺机的加工水平。一般预刺机的植针密度为2000-4000枚/m，主刺机的植针密度3000-10000枚/m，主针刺机作为非织造布制造中最重要的过程，主针刺机的针刺密度应该高于预针刺机很多，所以在针刺机制造领域，主刺机植针密度的较高配置已达到20000枚/m。3.2.2针刺密度式中：针刺密度与非织造布产品性能的关系：3.2.3步进量查非织造布手册可知，在已知针刺机设备中在确定的情况下，我们应该充分考虑到其他条件对于针刺设备的影响，是靠调节针刺频率或出布速度控制的，针刺频率与针刺机的针刺机构、电动机转速有关，而输出布速度在于输出锟和输入锟的速度，而这两者的协调配合将涉及到一个重要的参数：，步进量对于产品质量将产生很大影响。步进量S的概念是指针板每向上或向下刺一次时，纤维网在工作区域内的前进长度。其表达公式如下：式中：由于针刺密度由上面的叙述和公式可知，在植针密度不变的前提下，步进量的改变将对针刺机针刺密度产生巨大的影响，进而对针刺机生产的非织造布的质量产生重大的影响。步进量是我们考察针刺机针刺频率的重要指标之一，在实际进行针刺机械操作时，步进量将对产品的力学性能产生巨大影响，所以正确选择步进量的值将对针刺设备生产非织造布产品带来良性且积极的意义。3.2.4布针方法通过对实际针刺机考察和非织造布学的了解和研究，我们发现不存在也没有任何一种刺针在植针板上的布置方法具有完美的工作性能和完美的针刺轨迹，所以在不同的工作环境下我们应对针刺机的布针方法采用不同的布置。3300枚/m4.6mm/次5.1mm/次5.6mm/次6.1mm/次7.1mm/次6100枚/m4.2mm/次4.4mm/次4.6mm/次4.8mm/次5.8mm/次6100枚/m4.2mm/次4.4mm/次4.6mm/次4.8mm/次5.8mm/次图3-1布针方法图3.3刺针的设计3.3.1概述刺针是针刺机上最重要的机件，它的好坏将对针刺机生产出来的针刺铲平带来很大的影响，它的规格、质量都根据材料的性能和对针刺产品非织造布的要求来进行设计，设计的结果将对非织造布产品产生直接的影响。因此，对刺针的工作形状，结构性能，规格设计，材料的选用以及刺针的制造工艺都有一定的要求。按照规定进行刺针的选用设计将保证非织造布产品符合设计要求，取得我们所需要的非织造布，这样的非织造布产品才能在国内，国际商场上取得好的成绩。对刺针的形状要求是刺针的几何形状要正确，针杆设计要求要平直，刺针表面要光洁到到一定的加工精度，且针杆上要求无毛刺。对刺针的工作部分针尖的要求是针尖上应该锋利光滑，刺针的材料加工后的力学性能中的弹性要好，刺针加工后表面硬度要非常高高，且耐磨，这样的刺针才能满足针刺机在高速上下往复运动时产生的很大的力。在这里，我们还应该要求刺针要满足“宁断不弯”的要求，因为刺针弯曲会对非织造布产品的质量带来很大的影响，也就是说如果刺针弯到一定程度，在穿刺时不一定能正确的进行穿刺，所以在刺针收到很大的力时，针尖有轻微的弯曲倾向时，刺针最好能从针柄处断裂，否则弯曲的刺针会损伤纤维网和拖网板或碰弯其他刺针。鉴于刺针以上的种种要求以及刺针在穿刺时要经受较大的针刺阻力，刺针一般选用优质钢丝经成型模具冲压并经热处理而成。刺针由带弯头的针柄，针腰，针叶和针尖组成。按针叶的截面形状以及外观形状可将刺针分为四种，即普通刺针，单刺针，侧开刺针，开叉刺针。普通刺针应用最为广泛，其针叶截面为三角形，三个棱边一般各有三个相互错开的倒刺，主要用于预针刺或一般针刺毡的加工；单针刺，仅在一个棱边上有一个构刺，可用于成圈加工；侧开叉针，集中了普通针和开叉针的结构特点，可用于长绒毛型花色生产；开叉针，在针头上有一倒叉，可冲压大量纤维，使之成为毛圈。3.3.2刺针的选用原则从受力分析角度考虑针刺产品的受力程度取决于纤维网相互缠结的程度。一般来说，标准针适用于预针刺用；若希望针刺产品有更好的受力程度，可考虑使用中等型针，并将其排在主针刺机的前几台中；加密型针一般用作最后一台针刺机中；高密型针在有限的针刺深度内倒钩刺1全部进入纤维网中，它能以最小的针刺深度提供给非织造布以最大的缠结力，使布具有最好的力学性能。因此，特别适合极薄又需要极大受力情况下的非织造布。从纤维网厚度考虑在加工非织造布时，常常在需要保证用户产品定量要求的前提下生产一定厚度的产品时，应从三方面着手考虑，即更换针种；提高或降低针刺密度；增加或缩短针刺深度。从透气角度考虑对于土工布，过滤布，造纸毛毯等对于透气度要求较高的产品，可以从以下四种刺针中选择，即粗号针；具有较大钩刺及较深钩刺角度的针；钩刺上弯较大的针；开放式钩刺的针。从布面平滑度考虑对于汽车内顶篷布，合成革基布，服装面料等表面要求十分平滑，而且不许有针痕的布，选用标准针，细号针，三角针，钩刺不上弯的针。3.3.2刺针的选用本机针刺方式为单向下刺式，针刺频率为200次/min,针刺密度为30针/。选用刺针为普通刺针，刺针长70mm；针柄长度为15mm；针腰长度为25mm；针叶长度30mm。针叶截面形状为三角形。针刺步进量4mm/针，针刺深度在4-16mm之间，在确定针刺深度时应遵循以下原则：3.4本章小结植针板是针刺机的关键部位，布针设计又是实现针板作用的前提，对生产过程和产品质量均有着很大影响。在杂乱方法中采用首列和首行均杂乱的方法达到纵不成列横不成行的最佳要求，效果最好，是杂乱布针的理想设计，在本设计中我将优先选用这种杂乱方法进行布针设计。4针刺机构运动学分析主轴运转时，除了通过质心，且做等角速度转动的回转机构外，其他所有的部件都将在回转时都将产生惯性力。在其各运动副中产生压力，增加运动副中的磨损，影响构件的强度以及降低工作系统的效率；此外，因惯性力的大小和方向随着机械动作的循环而产生周期性变化，引起机械振动，从而降低机器本身的工作精度和使可靠性降低，带来零件内部材料的疲劳损坏。因此，应尽量消除内在运动副压力，减轻因机械振动引起的不必要的损失，改善机器的工作性能，增加使用寿命，提高针刺频率。4.1针刺机构运动性能分析针刺机构为曲柄连杆滑块机构，曲柄长度相当于偏心轮的偏心距，刺针运动可看做滑块移动，动程相当于两倍的偏心距。该机构运动方程为：图4-1运动机构件图如图所示，e为曲柄长度，l为连杆长度，底部为针梁，用于安装针板。4.2针刺机构惯性力分析如图4.1所示，为了使水平方向和铅直方向都不要在产生过大的动压力，可采用较小的平衡重量和密度较小的材料。令。因此，除了力偶距没有消除外，水平方向还有动压力未消除，所以会产生轻微震动。5针刺机主针刺部分结构设计5.1电动机的选择和参数确定5.1.1主轴转速确定针刺机中偏心轴承转一周，针板就上下往复一次。因此，偏心轴承每分钟转速即为针板每分钟的上下往复次数。偏心轴承转速是针刺机主要性能参数之一，转速直接影响生产率、比功耗以及无纺布产品的含量等，因此转速是针刺机经济运转的主要因素。由试验可知，转速与生产率、比功耗以及无纺布产品的含量之间的变化关系为：转速越高生产率越大，但随着电动机的转速提高机械振动也随之提高，此时产品的生产率将下降此外，同时这样生产的出的产品质量也将下降。转速越大时比功耗产生的变化不大，但在转速慢慢提升至最大时，比功耗会突然出现大幅度增加的现象。所以针刺机偏心轴承的最高转速应低于250r/min。5.1.2确定电动机功率在通过对实际针刺机的观察研究后，我发现在实际的工业生产中，针刺机消耗的功率，在很多方面上与理想的状态下的设计功率有很大的不同，实际消耗功率与很多因素有关，在这里针刺机消耗功率主要有：喂入喂出锟子的宽度，喂入喂出锟子的高度，电动机的转速，无纺布的尺寸和它的物理性质及力学性质和材料性能等。通过观察我们了解到在针刺机工作中电动机的转速越高，且非织造布料的结构尺寸越大，则针刺机功率的消耗就越发的严重起来，当针刺机加工效率提高时，那么针刺机功率的消耗就将越来愈大。除此之外，我们通过资料查证得知，无纺布的物理机械性能才是功率消耗最大的地方，由于非织造布的材料性能好所以产生的针刺阻力更大，这使得针刺机需要消耗更多的功率才能在加工时生产出符合要求的非织造布产品。以上的一些因素只是主要因素，我们通过查证得知由于功率的消耗与多种因素有关，目前为止还没有精确地公式能够计算出针刺机功率的消耗，一般可根据实验理论得到针刺机功率。在此处，通过对实际产品的实际观察得出电动机功率为P=3kw。5.1.3电动机转速电动机转速是电动机的基础要素，我们通过对非织造布的设计要求来选择电动机转速，由于针刺机工作时需要的扭矩很大，所以我们需要降低转速来提高电动机扭矩。所以在这里的电动机输出的的传动为同步带传动，带传动的传动比为1:1，故电动机的输出转速应不超过250r/min。而为提高电动机输出转矩，故在此电动机中采用10:1的减速器。电动机实际转速应小于2500r/min。5.1.4电动机的选择查机械设计手册可知，常用电动机大致可分为同步电动机和异步电动机两种，两种电动机在工作原理，适用场合，使用方法上有很大不同。同步电动机在使用时，电动机转子通电时，可调节电动机功率。此时的磁场转速和电机转速同向等大小，故称为同步电动机，同步电动机之所以称为同步电动机是因为他的磁场和电机同步。异步电动机转子不通电且电动机额定转速要小于旋转磁场转速，故称为异步电动机，异步电动机之所以称为异步电动机是因为电动机磁场和电动机不同步。电动机作为工业上最常使用的动力源之一，有着大量广泛的适用场合。在某些需要大功率电动机的工作场合。我们常常选用同步电动机。在大功率机械使用的场合，使用同步电动机可保证电动机功率因数的大小以此来保证大功率情况下电动机的正常运转，同步电动机转速可调节保证了在有差速运行时电动机的正常运转，而且同步电动机的占用场地也小节约空间，节省材料费用，同步电机操作简便，对于使用用户来说操作会更简单。电动机两大类中异步电动机与同向电动机都是交流电动机。现如今同步电动机也再慢慢发生着改变，随着磁励电源的广泛使用和异步启动法被广大电动机生产厂家所接受，同步电动机的基础部件不断更新画袋，同步电动机随着时代的进步而原来越先进，本来在市场上处于弱势的同步电机现在也和异步电动机也在电动机市场上分庭抗礼。即使是同步电机在不断进步，但实际上同步电机的运用领域还是不如异步电动机，随着社会的进步和工业技术的发展，同步电动机的使用越来越少于异步电动机，但在压缩机，球磨机和水泵等这些功率大而又不方便调速的机械上同步电动机依然不可替代。而异步电动机则广泛运用于各种大小型的机械上。通过对大量数据分析对比，根据对同步电动机和异步电动机的优劣比较分析算出电动机的功率，电动机的转速，以及对电动机工作环境的了解，为了满足生产的目的，选择安全的电动机，因此，本设计选择三相异步电动机，选择的型号为10:1减速的Y100L1-4型三相异步电动机，为了生产的安全，应将电动机的功率提高1.1-1.5倍。所以P×1.25=3.75kw。查表5-1机械设计课程设计10:1减速的Y100L1-4型三相异步电动机参数如表5-1所示：表5-110:1减速的Y100L1-4型三相异步电动机电动机型号额定功率（kw）满载转速（r/min）堵转转矩最大转矩Y100L1-4314402.22.25.2带传动的设计查机械设计手册可知，带传动的主要失效形式是打滑和疲劳破坏，而打滑和疲劳坏这两点赋予了带传动不同于链传动的地方，因为打滑和疲劳破话赋予了带传动过载保护的作用。因此，带传动的设计准则是：在不打滑的条件下，带传动应该具有一定的疲劳强度和寿命来保证运转工作的可靠性。皮带轮与电动机转轴相连，电动机旋转带动皮带轮旋转，皮带轮带动皮带运动，由此通过上述计算已知。传动比的公式：,取I=1，则5.2.1确定计算功率其中，-工作状况系数，查表8-7,=1.4；P-皮带轮的额定功率。5.2.2带型的选择带传动在工业设计中被广泛使用，以其结构简单，缓冲吸震性能好而著称。在过载保护方面远胜于链传动机其他传动方式。在带传动中有同步带和非同步带两种，同步带是指两带轮之间的传动比为1:1的带传动结构，非同步带是指带转动两带轮之间的传动比不为1:1的带传动结构，对于机械设计而言带传动的两中心距可以较长，且是一种绕行传动，比链传动在大型机械中的运用要多，且费传动可传递能量和传递实际物体，而链传动只能传递能量。查机械设计手册可知，带传动按照工作原理不同带传动可分为摩擦性带传动和啮合型带传动两种。这两种带传动即组成带传动的所有类型。摩擦型带传动可分为平带传动，圆带传动，v带传动，多挈带传动。平带传动时传动速度较低，因为平带传动时带和带轮间的摩擦力较小，而且需要较大的预紧力才能保证带传动工作的正常运行。平带、圆带结构简单，平带传动效率高，常在中心距较大的情况下使用。圆带多用于小功率传动。V带传动时带传动中最常使用的方法，以其工作效率高而著称。V带的横截面形状为等腰梯形，对应带轮上有相应的轮槽。轮槽和带的两侧面相配合，而槽底与带间应保留间隙，因为底面不是带传动的工作部分。两槽面的摩擦可提供给带传动更大的摩擦力，使其具有更大的工作能力。通过我对机械设计手册的查阅，我了解到大多数v带已经标准化。因为以上这些特点使v带得到了最广泛的应用。多楔带兼具了v带和平带的特点，平带的柔性，v带的大摩擦力这两者被多楔带所综合，还创新的解决了V带的缺点。所以多楔带多用于传递功率较大且结构紧凑的场合，但多楔带的制造成本要高于其他几种带型，所以在不重要的场合一般不用这种多挈带传动来作为传动组件。啮合型带传动通过带传动表面上等距分布的齿和相对用的轮槽配合来传递功率，这使得啮合型带传动成为一种与摩擦性带传动不同的带传动，它的效率更高但却减少了缓冲吸震的能力，它的类型与链传动相类似，但在传动缓冲上要优于链传动，摩擦性带传动具有传动比不稳定的缺点，啮合型带传动很好的解决了这一点。但这种传动方式对工作场合的要求更高，尺寸稳定性，中心距同样是啮合型带传动要求的重点，在使用这种带传动时我们应该注意它的结构特点来设计使用这种啮合型带传动。在摩擦型带传动中v带传动是最常用的一种，V带分为普通V带和窄V带两种。普通V带具有对称的梯形横截面，普通V带与窄V带在结构上相似，但窄V带的宽度更低，虽然在宽度上较窄，但窄V带的抗拉体承载能力更大，使之在传递能力上要好于普通V带，所以窄V带适用于传递功率大又要求外形尺寸较小的场合。通过以上对传动带的了解，本设计针刺机在工作的时候会受到比较大的载荷变动和脉动循环，所受到的载荷可以大致分为两种，即脉动载荷和冲击载荷，由于这些原因，导致传动时，皮带轮和飞轮传动较大，这就导致在设计的时候，传动轴之间的距离也要适当远一些，另外，针刺机的工作环境比较差，对传动系统的磨损比较大，又受到多种力的影响，这样对传动部件及整个系统的损耗就会比较大。综合以上所有原因，在本设计中选用传动带进行传动。用皮带进行传动的优点有：传动带具有一定的弹性，能够对破碎机工作过程中所受到的力进行一定缓冲和吸收，能够使整个传动系统更加的平稳，避免针刺机受到冲击破坏，也达到保护电动机的目的，皮带传动在受到摩擦阻力比较大时，皮带会在皮带轮上打滑，通过这种方式也可以对传动系统起到过载保护的作用，也可以用中心距较大的传动节省制造加工成本，并且带传动对安装精度要求较高，适合在纺织行业运转。V带选型图如图5-1所示:图5-1普通V带选型图通过计算功率和电动机小带轮的转速n=200r/min查机械设计第九版表8-8(即文中),选择B型V带进行传动。5.2.3计算带轮的基准直径选取小带轮的直径查图5-1可以查出小带轮推荐直径为100-215mm,查机械设计第九版表8-8初选小带轮的直径=150mm.则=1×150=150mm查机械设计第九版表8-8选取大带轮直径=150mm.验算带速V查机械设计手册可知，当皮带传动功率一定时，可以提高速度，这样就可以减少传动带的有效压力和相应的减少带根数或V带的横截面面积，减小皮带传动的整体尺寸，同时提高了V带的离心应力，增加单位时间周期，但不利于提高传动带的疲劳强度和寿命。减少皮带速度的优点和缺点的对面。。由此可见，带速不宜过高或过低，一般推荐V=3-23m/s。最高带速＜30m/s。传动带的带速一般介于5-25m/s之间，因此本设计计算出的带速V=11.3m/s在此范围内，此带速符合设计要求。5.2.4计算中心距a和带的基准长度计算中心距a根据机械设计手册可知带传动的中心距与带轮包角有关，可增加带轮包角，减少单位时间内行程距离，随着循环次数的增加，改善带轮的中心地带，但如果距离太大，波动性增加带，传动带的稳定性降低，而总大小的带距太小，则各有优点和缺点。一般初选带传动的中心距为：即0.7×（150+150）≦≦2×（150+150）210≦≦600初选=500mm计算相应的带长L（3）确定长度根据L的长度和V带的型号，查机械设计表8-2，则取值=1500mm。确定实际中心距a=514.5mm(5)验算小带轮上包角所以符合包角要求。5.2.5确定带的根数Z=:单根V带额定功率。：单根V带基本功率增量。：包角系数。：长度系数。查机械设计表8-4a,取值=7.04查机械设计表8-4b,取值=0.83查机械设计表8-5,取值=0.95查机械设计表8-2,取值=1.04查机械设计表8-7,取值=1.4则：==4取Z=4，即带的根数为4根。5.2.6确定带的预紧力预紧力的计算，皮带驱动的设计的主要内容之一，合理的紧固力使皮带驱动的工作能力可以保证皮带特定的疲劳强度和寿命，确保了。预圧载荷太大，所以皮带穿着应力增加，皮带的寿命短。预圧力太小，传输容量的力的大小和皮带轮强度计算和皮带轮轴承的寿命计算的基础预紧力的计算。现有的v皮带传动装置的设计理论计算式的预载荷不足，予圧值小，高速公路上，小小的，更多的比。在本文中，预圧力的准确的计算式赐予，高速v皮带驱动的设计和计算的理论为提供依据。查表机械原理表8-3,得V带单位长度的质量q=0.2=550.16N5.2.7计算V带对轴的压力计算轴上压力的目的是为了选取轴承，通过计算选取的轴承更具有可靠性和耐用性，轴上的压力最终需要通过轴承传递到轴承座上，轴承受力情况是选择轴承型号、计算轴承寿命的重要参数之一。轴上压力的大小，影响轴承使用的情况，从而产生对带传动的影响。（为小带轮的包角）5.2.8主要设计结论选用B型普通v带4根，带的基准长度1471mm,中心距控制在500-550之间，带轮的基准直径,。5.3主轴设计对于针刺机的研究，它是一个两端对称的结构，两根轴相对布置，中间用联轴器连接，两轴的左右两端由轴承进行支撑，这个转轴起到一个传递扭矩的作用，对于主轴的设计，首先可以根据设计的需要先按照确定的直径，并使其满足强度和刚度的要求，在满足要求的前提下，也要满足便与生产加工，节约成本提高轴的可靠性等要求。5.3.1主轴结构设计轴是组成针刺机机的重要零部件之一。一切做回转运动的传动零件，都必须装在轴上才能进行运动及动力的传递，同时它又通过轴承和机架进行连接，由此形成一个以轴为基准的组合体--轴系部件。主轴工作时输入参数的确定：一般V型带的传动效率为0.92--0.97，这里取值η=0.95.则轴的输入功率为：=4.2×0.95=3.99kw轴的输入转矩为：=264614.5计算轴的最小直径其中，A：与轴材料有关的系数，取值A=110.P:传递功率。n：轴的转速。=31.5mm在右边轴的轴端位置，安装有带轮，因此偏心轴上存在键槽，由于键槽的存在，会在一定程度上降低轴的强度，如果为单键，则轴的直径应增大百分之五左右，若为双键，轴的直径应增大百分之十左右，此处，按照设计要求，选择单键就满足要求，则轴的最小直径为d=35mm。5.3.2轴的各段长度及直径主轴分为两轴用联轴器连接，左右两轴结构对称，尺寸相同。即轴段与轴承配合，此时轴段的长度为mm轴段mm轴段与偏心轴承配合，充当偏心轮使用。此时mm轴段充当配重块使用，此时mm轴段与联轴器配合，此时mm一般轴肩高h确定经验公式为：h≥0.07d。段充当配重块使用，故此处轴肩不采用经验公式计算。故左右两轴结构示意如图5-2综上所述左边轴长等于右边轴轴长图5-2主轴结构示意图5.4轴承的选择要求和设计使用寿命针刺机主轴上面装有一对轴承，在机械设计中我们通常将滚动轴承安装在轴与箱体之间，由箱体与轴承外圈相配合，这里箱体与轴承结合的部位充当轴承座的作用。在这里我们通常将之称为机架轴承。在此处机架轴承不需要安转轴承座即可正常工作。这对轴承同时也是针刺机重要的零部件之一。通过对机械设计中手册的理解，我了解到轴承是各类机械装备在运转中的重要基础零部件，它的机械精度、使用性能、工作寿命和机械可靠性对机械的精确可靠运转起着决定性的作用。在机械零件中，轴承属于高精密度产品，不仅需要靠数学、物理等诸多领域的理论计算的综合支持，而且需要在金属材料学、热处理技术、超精密加工和电子测量技术、CNC数控技术和行之有效的数值分析方法及计算仿形功能强大的计算机技术等诸多理论，操作，运用学科为之服务，因此轴承的科技水平又是一个国家科技实力的综合体现。在这里为了针刺机的平稳运转，不仅要求轴承的制造质量要好。而且，针刺机的轴承选择必须要符合使用要求，轴承的基本结构设计必须准确合理，轴承的装配和使用必须符合国家机械行业标准要求。轴承类型轴承是机械常用零件之一，一般装在轴上，保证轴的正常运转。轴承包括滚动体，保持架，内圈，外圈等。大多数轴承都为标准件，在机械设计中轴承被分为两大类，滑动轴承和滚动轴承。滑动轴承是指在内圈和外圈间没有滚动体的轴承，而滚动轴承的内圈和外圈之间存在保持架。随着工业技术的发展，大多数轴承已经成为标准件，可以根据国家标准和实际需要查表选用。滑动轴承滑动轴承是机械设计中的一大类，在实际机械中起着不可或缺的作用，特别是在大型重载荷的机械中，滑动轴承在其结构上的优越性使它被广泛运用。它的类型很多，根据受力方向不同可分为径向轴承和止推轴承。根据滑动转台不同可分为流体润滑滑动轴承，非液体润滑滑动轴承，自润滑轴承。滑动轴承是一种在使用时一般加装轴承座使其承受力的能力更强，在实际加工中滑动轴承对加工精度的要求更高，一般需达到5级甚至更高。这就要求在滑动轴承加工时需要对其内外表面有更好的设计要求，一般剖分式轴承比整体式轴承的要求低。但剖分式滑动轴承具有更简便的结构，更已安装。滑动轴承的主要失效形式是磨损和胶合。这是因为滑动轴承的承载能力大，在受载情况下，轴承的内外圈表面受载荷较大会产生大量的热，在高速条件下，轴承散热不良，主要承载载荷的部分便会出现磨损和胶合，使轴承失效。滚动轴承滚动轴承同样也是机械设计中被重要介绍的零件，它依靠滚动体实现内外圈的转动，与滑动轴承不同是的是滚动轴承大多数已经实现标准化。常用滚动轴承可分为调心球轴承；调心滚子轴承，推力调心滚子轴承；圆锥滚子轴承；推力球轴承，双向推力球轴承；深沟球轴承；角接触球轴承；外圈无档边的圆柱滚子轴承，内圈无档边的圆柱滚子轴承，内圈有档边的圆柱滚子轴承；滚针轴承等。这些滚动轴承被广泛运用于高精尖技术领域，大小型工业化生产和我们的日常生活中。在这些类型的滚动轴承中，以深沟球轴承，圆锥滚子轴承和角接触球轴承应用最为广泛，对于日常的工业生产和简单的轴系部件中，这三类轴承已经可以基本满足我们对轴承的要求。当基本轴承不能满足我们对轴系部件的要求时，可以根据需要采取轴承组合式安装的方法。如向心轴承和退力轴承的组合就可以合理分配轴向力和径向力对周造成的影响。对于轴承而言，轴承转速也是一个值得注意的方面，在轴承高速工作时，球轴承要比滚子轴承具有更高的工作转速，而滚子轴承则具有比滚针轴承更高的转速。小号轴承要比大号轴承具有更快的转速，因为宽度越小的轴承在工作时受到的摩擦力更小。使用良好的材料也可以提高轴承的转速。合理的润滑方式也是提高轴承工作转速的办法之一。在这次设计中，我考虑到针刺机作为纺织机械的一种，在参考了大量的图库和文献资料后，我觉得采用滚动轴承的的设计比较合理，因为在针刺机设计中，针刺频率不高但存在由曲柄滑块机构产生的一些微小的震动。这时就需要在轴两端安装轴承来支撑轴的运转，此时的轴承需要具备以下的特点：能主要承受径向载荷的特点。在经济性上分析还要价格便宜。制造公益性上讲应该制造简单，方便替换。综合以上对轴承的了解和概述，现选择的轴承如下表5-2所示：表5-2所选轴承类型表所选轴承型号dDB深沟球轴承6007356214当量动载荷为：滚动轴承的寿命计算：Lh=式中Lh:基本额定寿命(h)n:轴承转速C:基本额定动载荷(N)C=16.2kNε:指数对球轴承ε=3L的寿命为：L==8263.4hLh≧8000h因此，轴承选择合适。5.5偏心轴承的选用传统设计中采用曲轴作为偏心机构来完成针刺机构的往复运动，但曲轴制造麻烦，精度误差大。在对曲轴的研究中我意外发现了偏心轴承这种可简便制造和安装零件。故采用偏心轴承替代曲轴作为偏心机构为驱动机构提供偏心距。偏心轴承是一种非常用的轴承类型，虽然并不为大多数人所熟知，但却在减速机,石油化工.纺织,冶金,矿山.钢厂等等机械或行业应用广泛。通过对行业选型标准的查询，与普通轴承相同是偏心轴承同样包括外圈、内圈、滚动体花篮、滚动体等。偏心轴承结构简单、使用方便，在不需要偏心轴的情况下轻易就能实现偏心功能，降低了偏心机构的制造成本。与此同时在装配和维修更换时也具有曲轴所不具有的便捷功能。偏心轴承结构简单、使用方便，使偏心机构大为简化，同时使偏心机构的机械加工省工、省时、装配容易。在偏心轴承设计中我参考了南京哈宁轴承有限公司生产的全系列偏心轴承的型号资料，在选用轴承的过程中我通过对偏心量和偏心距不同的选取最终确定出轴承外形和所需要的偏心量。所以在本次设计中我们选用偏心量为22mm偏心轴承作为本次设计选用的偏心轴承替代偏心轮，以此来简便机械结构。5.6联轴器的选用通过对机械设计手册的查阅，我了解到目前我们常用的联轴器大多已处于标准化或规格化，在机械设计中通常我们只需要正确选择联轴器的类型、确定联轴器的型号及尺寸。在必要时，应该对其易受损的薄弱环节进行负荷能力的校核计算。在两轴间转速较高时，应验算联轴器外缘的离心拉应力和弹性元件的受力变形，同时进行平衡检验等。所以在选择联轴器类型时，应考虑：联轴器所需传递转矩的大小和性质，对缓冲、减振功能的要求以及是否可能发生共振等。在制造和装配中由于存在不可避免的误差、被连接的两轴在受载荷和受热变形时存在会产生两轴线位置发生偏移。被允许使用的外形尺寸和安装方法，在装配、调整和维修时所必需的操作空间。在面向大型联轴器时，应能在轴不需作轴向移动的条件下实现自由装拆。此外，还应考虑联轴器的工作环境、使用寿命以及润滑和密封以及经济性等外在条件，再参考机械设计手册中对各类联轴器特性的描述，在众多联轴器中选择一种合用的类型。在本次设计中针刺机的转矩变化不大，两轴之间没有太大的位移和冲击，故采用凸缘联轴器。根据联轴器与之配合的轴段直径，选择YL14作为本次设计使用的联轴器。载荷计算公称转矩：故计算转矩：由机械设计课程设计手册表17-2得[T]=因为所以为本次针刺机设计选取的联轴器符合设计要求。5.7键强度计算查机械设计表6-1可选择键的尺寸为：b×l×h=14×25×9则该键的强度条件：查机械设计第八版表6-2取=110MPa因此，键的选择合理。5.8机架的设计针刺机机架是整个针刺机零部件的安装基础。它在工作中承受很大的冲