纱线卷绕机设计说明书

编号本科毕业设计纱线卷绕机设计Designofyarncoilingmachine学生:专业班级：指导教师：学院:年月-1-目录第一章引言....................................................-2-第二章设计方案及原理..........................................-4-2.1原理的设计方案.............................................-4-2.1.1重叠现象的分析及设计方案.................................-4-2.1.2差微机构的工作原理.......................................-4-2.2结构的设计方案.............................................-6-2.3特点评述..................................................-7-第三章结构设计................................................-9-3.1皮带传动的设计..............................................-9-3.1.1电动机的选择..............................................-9-3.1.2皮带的设计................................................-9-3.1.3V带轮设计..............................................-11-3.1.4V带传动的张紧装置......................................-11-3.2齿轮传动设计..............................................-12-3.2.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数......................-12-3.2.2按齿面接触强度设计......................................-12-3.2.3按齿根弯曲强度设计......................................-14-3.2.4几何尺寸计算............................................-16-3.2.5验算....................................................-16-3.2.6结构设计及绘制齿轮零件图（见零件图）....................-16-第四章分析校核...............................................-17-第五章总结...................................................-30-参考文献......................................................-31-致谢..........................................................-32--2-第一章引言纱线卷绕机是一种重要的纺织机械。卷绕方法是化纤长丝生产中的一项关键技术，在分析化纤生产工艺和卷绕运动规律中起到重要作用，为在生产过程中灵活实施提供了依据和手段,对提高化纤装备现代化水平具有实用价值。在现有的纺织业中，纱线卷绕的过程中不可避免地出现重叠现象，特别在化纤、毛纱等短纤维材料的卷绕中这种现象表现得尤为突出。目前采用的是单电动机或双电动机防叠，单电动机防叠的工作原理是利用电动机的断续启停（30次/min）来达到防叠的目的。电动机的断续启停耗能较多，对电动机的工作寿命影响较大。双电动机的工作原理是：一个电动机正常转动，另一个电动机通过附加运动来改变往复运动的频率，以达到防叠的目的。这种方法机构复杂、维修不便。鉴于以上情况，我们开发了新型纱线卷绕防叠试验机。该试验机设计了一种机械的差微机构。这种机构设计巧妙、结构紧凑，采用零件数目少，运动和机构参数选择合理，运行可靠，寿命长，且造价低廉，达到了防叠目的，在提高生产效率的同时显著降低了成本，并可容易地实现大规模的工业应用。卷绕机是化纤纺丝设备中的关键部分，占到化纤纺丝设备总投资的50%-60%，技术上涉及到丝条的卷绕原理、机械振动理论、自动控制技术等，必须精心设计和制造，才能生产出高性能的化纤卷绕机。目前，国内有关企业对卷绕机的研发工作，与化纤纺丝设备中的纺丝机整机研发相比，显得投入不足，长期以来主要依赖于进口，停留在为进口卷绕机配套的“嫁接”阶段，这就制约了我国化纤工业的创新、发展和技术进步。因此，为了提高卷绕机的技术含量、降低卷绕机的制造成本、提升卷绕机的国际竞争力，必需加大创新和研发及化纤卷绕新工艺及其机电一体化新技术的力度，通过核心技术的国产化，为实现具有自主知识产权的高性能卷绕机提供技术保证。根据统计，2000年的世界纤维产量为5000万吨，其中合成纤维约为3000万吨，合成纤维中仅涤纶就达到1800万吨，而涤纶长丝占到800万吨，预计仅将以每年7.8%左右的速度继续增长。再加上锦纶和丙纶，每年约有超过800万吨的长丝需要用到化纤卷绕机，这足以说明卷绕机在化纤生产中所占重要地位。化纤长丝开始生产以来，一直用纺丝和拉伸加捻两步法，纺丝卷绕速度低于1000米/分。在纺丝工艺理论上存在着一个似是而非的误区：认为只能在低速下纺成的低取向丝才可以在后道工序上顺利地制成性能良好的成品丝；纺丝卷绕速度一高，长丝的取向度、结晶度提高，卷绕机在技术上跨出了一大步，纺丝卷绕速度由1000米/分提高到4000米/分，而此时在工艺上也发现，适当提高纺丝卷绕速度不仅可以提高生产能力，而且所纺成的预取向丝，纤维结构稳定，可以长期存放，能够制成性能很好的成品丝。也正是由于卷绕速度的提高、拉伸倍数的减少，拉伸和变形加工两个工序才有可能合在一起，制成拉伸变形丝，缩短了工-3-艺流程。20世纪70年代以来，化纤卷绕机的技术发展在纺织机械工业中是最迅速、最活跃的，可以说是“一年一个样，三年大变样”，作为卷绕机中核心部分的卷绕头在这方面体现得最为充分。-4-第二章设计方案及原理2.1原理的设计方案2.1.1重叠现象的分析及设计方案在纱线交叉卷绕的过程中（如图1），筒子（套装）由滚筒摩擦带动。如滚筒转速不变，则筒子转速随卷绕直径的增大而降低。若到某一时期，在一个或几个导纱的往复周期中，筒子转速恰好为整数，及卷绕比出现整数时，筒子上的纱线就会前后重叠起来，这就是重叠现象。重叠现象会持续相当长的时间，结果在筒子表面形成凸起条纹，使筒子与滚筒接触不良，不仅使部分纱线受到过大的摩擦，而且会使筒子的跳动或作轴向窜动，以致在筒子表面形成蜘蛛网，两端滑边，甚至造成脱圈、纠缠、断头等严重后果，严重影响后工序的退绕。我们设计开发的新型纱线卷绕防叠试验机，采用差微式的变频防叠机构。靠这套差微机构来改变导纱器往复运动的频率，从而防止产生纱线在卷绕时形成的重叠现象。图1交叉卷绕工作原理2.1.2差微机构的工作原理如图2所示，齿轮Z41和Z38固定在驱动轴上，它们为同向齿轮，同转速旋转，分别与齿轮Z119和Z122啮合，齿轮Z119和Z122空套在圆柱凸轮轴的右端轴上。摇板空套在销1上，并可绕销1摆动，销1以过盈配合固定在齿轮Z119的销孔中，右端空套弧形滑块，弧形滑块安装在Z122的偏心圆槽中。滑块安装在摇板上端的缺口槽中，通过拨杆带动圆柱凸轮转动。Z41和Z38同轴同向转动，由于它们的齿数不等，故它们相啮合的齿轮Z119和122转速不同，既Z119的转速大于Z122的转速。这样，摇板一方面通过销1随Z119一起转动，另一方面通过销2和弧形滑块随Z122偏心圆槽的转动而附加摆动。当摇板的摆动方向与Z119的转动方向相同时圆柱凸轮转速加快，频率增加；与之转动方向相反时圆-5-柱凸轮转速减慢，频率降低。这样由圆柱凸轮输出给导纱器的往复移动的速度始终是一个时快时慢，不断变化的量，正是这个不断变化的移动速度实现了纱线的有效防叠。图2差微机构的工作原理根据一般工艺要求，防叠机构圆柱凸轮的转速为80~120r/min。现以齿轮Z119的转速119n=80r/min为例计算防叠周期。齿轮Z41的转速为41n=119n41119=232.195r/min齿轮Z122的转速为122n=38n12238=41n12238=72.323r/min齿轮Z122滞后于齿轮Z119的转速n为n=122n-119n=-7.677r/min变换角速度为=602n=-0.803rad/s齿轮Z122相对于Z119反方向转动一圈的周期T为T=2=7.8158s其中T即为摇板摆动的周期。在摇板摆动一个周期T的时间内，圆柱凸轮应转过-6-的圈数Tn为Tn=T119n/60=10.4208由于摇板通过拨杆带动圆柱凸轮转动，使圆柱凸轮在10.4208转内转速一直发生变化。在下一个周期（即转过10.4208转）中又重复上述的转速变化。但要使导纱器完全恢复初始运动状态，必须使摇板位置在初始位置，而且齿轮Z122的位置也恰好在初始位置。此时的最小周期，即圆柱凸轮的变频周期T为T=122/38119/41119/41=10.4208=2402501即圆柱凸轮转25014转，摇板摆动240次，运动恢复到原来的状态。圆柱凸轮转一转往复导纱器完成一个往复运动。所以导纱器在完成2501次往复运动后，才恢复到原来的运动状态。这样周而复始，从而有效地达到了防叠的目的。2.2结构的设计方案图3纱线卷绕机的整体结构本文设计的纱线卷绕机整体结构如图3所示。纱线卷绕机由左右两个部分组成，由两个电机提供动力源实现其运转。左半部分由电机带动皮带传动，使卷筒作匀速转动，卷筒通过摩擦力带动筒子同样作匀速转动。右半部分由电机带动皮带传动，给齿轮以动力，使圆柱凸轮做转动运-7-动，圆柱凸轮在转动时，一方面随着齿轮119一起匀速转动，另一方面随着图中1（摇板）中的偏心圆槽的转动而附加摆动，这样圆柱凸轮的速度始终是一个时快时慢、不断变化的量。在圆柱凸轮上采用左右封闭的双头螺旋线，两端用圆弧过渡，导纱器就是随着这个螺旋线槽作往复运动，这样导纱器的速度也是时快时慢、不断变化的量，正是这个不断变化的移动速度实现了纱线的有效防叠。在设计中，圆柱凸轮是比较复杂的一个零件，它的三维图如图4所示。图4圆柱凸轮2.3特点评述相对于现有纱线卷绕机，本设计有以下优点：1）在大幅降低成本的情况下，有效地达到了防叠的目的新型纱线卷绕防叠机的主要机构——差微机构简单，在Z41/Z119的正常减速运动中，只增加了Z38/Z122、摇板、销1、销2和弧形华快就实现了有效的防叠功能。该机构也可以单独作为国产信捻机的防叠机构使用，实现大规模的工业应用。新型纱线卷绕防叠机的往复移动机构由圆柱凸轮和滑梭组成。圆柱凸轮采用左右封闭的双头螺旋线，两端用R30圆弧过渡；滑梭的形状为菱形，滑梭的长度大于圆柱凸轮交叉处螺纹沟槽的宽度，不会出现乱扣，可保证滑梭的正常运动轨-8-迹，结构简单可靠。2）可根据纱线的材质、混合比和粗细圈定最佳的工艺参数由于材料（羊毛、羊绒、兔毛、晴纶……）、混合比、粗细不同的纱线的牵伸和卷绕速度是不同的，其最佳工艺参数也不同。本实验机用变频器和高频开关（PWM）为电动机提供稳定准确的调速，这样就可以方便地为不同材质、混合比和粗细的纱线找到最佳的工艺参数。3）造价低廉、应用广泛本设计即可作为国产新型信捻机的防叠机构使用，又可作为纺织工厂实验是获取工艺参数的设备使用，亦可作为纺织院校的教学设备使用。-9-第三章结构设计3.1皮带传动的设计3