紡織機傳動系統(tǒng)基于渦輪蝸桿傳動設計

III 摘要 本設計說明主要參考 沈陽紡織機械廠 GD76X1型織機傳動原理設計。該型紡織機主要有以下傳動機構：主軸與打維機構、開口機構、絞邊機構、送經(jīng)機構、卷取機構。本設計主要對 GD76X1型紡織機的送經(jīng)機構進行設計。送經(jīng)機構的傳動部件主要有 V帶、直齒圓柱齒輪，變速箱、直齒錐齒輪，蝸輪蝸桿減速器。本說明書主要對直齒圓柱齒輪設計和校核，直齒錐齒輪設計和校核，蝸輪蝸桿進行設計和校核說明，還對減速器的軸進行設計和校核， V帶的選型進行了設計說明。 關鍵字 ： 直齒圓柱齒輪；錐齒輪；蝸輪蝸桿； V帶；減速箱 IV ABSTRACT This design uses the principle design of Shenyang Textile Machinery Factory GD76X1 loom transmission as primary reference. This type of textile machines has mainly the following transmission mechanism: spindle with hit-dimensional bodies, opening agencies, the selvage institutions, off mechanism, winding mechanism. This design is mainly of GD76X1 textile machine off mechanism, which has the parts of V-belts, spur gear, gearbox, straight bevel gears, worm reducer. This manual mainly concludes not only the spur gear design and check, straight bevel gear design and verification, worm design and check instructions, but also the reducer shaft design and check the selection of V with the design specification. Key words： spur gear； straight bevel gears； Worm gear and worm； V-belts； reducer V 目錄 摘要 . III ABSTRACT . IV 目錄 . V 1 緒論 . 1 1.1本課題的研究內容和意義 . 1 1.2國內外的發(fā)展概況 . 1 1.3 編織機的發(fā)展前景 . 1 1.4 本課題應達到的要求 . 2 2 噴水織機機構與原理 . 3 2.1 織機機構 . 3 2.2 GD76X1型織機行傳動原理 . 3 2.3 GD76X1型織機傳動機構 . 3 3 設計過程論述 . 6 3.1 電機選擇 . 6 3.2 確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比 . 6 3.3 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) . 6 3.3.1 進行傳動件的設計計算，要推算出各軸的轉速。 . 6 3.3.2 各軸的輸入、輸出功率 . 7 3.4 直齒輪設計 . 8 3.4.1 選定齒輪類型、精度等級、材料和齒數(shù) . 8 3.4.2 按齒面接觸強度設計 . 8 3.4.3 按齒根彎曲強度設計 . 10 3.4.4 幾何尺寸計算 . 11 3.5直齒圓錐齒輪的設計 . 13 4 減速器的設計與計算 . 17 4.1蝸桿的選擇 . 17 4.1.1蝸桿蝸輪材料的選擇 . 17 4.1.2蝸桿蝸輪的結構 . 17 4.1.3 蝸桿頭數(shù) z1，蝸輪齒數(shù) z2和傳動比 i . 17 4.1.4 蝸桿蝸輪的主要參數(shù)和幾何尺寸的計算 . 18 VI 4.1.5 蝸桿傳動的強度計算 . 18 4.1.6計算蝸桿的滑動速度和傳遞效率 . 21 4.1.7確定蝸桿傳動的精度等級 . 22 4.1.8桿傳動的潤滑和熱平衡計算 . 22 4.2 軸的設計計算 . 23 4.2.1軸的功率 p，轉速 n和轉矩 T . 23 4.2.2結構設計 . 24 4.3鍵的選擇和鍵聯(lián)接強度計算 . 29 4.3.1鍵的選擇 . 29 4.4離合器的選擇 . 30 5 減速器箱體設計 . 32 5.1箱體設計 . 32 5.2減速器附件設計 . 33 6 帶傳動 . 35 6.1 帶傳動的類 型 . 35 6.2 帶的彈性滑動和打滑 . 35 6.3 帶傳動參數(shù)的選擇 . 35 6.3.1 中心距 a . 35 6.3.2傳動比 i. 35 6.3.3 帶輪的基準直徑 . 35 6.3.4 帶速 v . 35 6.4 帶的選型 . 36 6.5 帶輪的選擇 . 36 7 結論和展望 . 37 7.1 結論 . 37 7.2展望 . 37 致 謝 . 38 參考文獻 . 39 紡織機傳動系統(tǒng) -基于蝸輪蝸桿傳動 1 1 緒論 1.1本課題的研究內容和意 義 在 國外 編 機搶占中國市場的同時，我國的 編 織企業(yè)也在呼喚國產(chǎn)優(yōu)質 編 機 ， 對國內 編織機械企業(yè)提出新的要求。 在機理構造上，一些國產(chǎn) 編 機也與進口 編 機無太大差別。但國產(chǎn) 編 機在有關在線檢測方面與進口 編 機的功能差距較大，尚不能很好地滿足有些高檔產(chǎn)品的生產(chǎn)需要；另外，國產(chǎn) 編 機在生產(chǎn)中的通用性較強，而針對性不高，不易生產(chǎn)出特色產(chǎn)品，這些方面國產(chǎn) 編 機在今后的生產(chǎn)中有待加強。 國外企業(yè)的競爭，國內用戶要求的不斷提升， 編 機企業(yè)走創(chuàng)新路子，形成核心競爭力的呼聲更高。國產(chǎn) 編 織機械與國外同類產(chǎn)品的差距，除了研發(fā)能力技術創(chuàng) 新不足之外，還主要表現(xiàn)在加工精度和運行可靠性兩個方面。因此，必須下大力氣研究從生產(chǎn)過程、管理過程流通過程與創(chuàng)新的系統(tǒng)優(yōu)化問題，借助系統(tǒng)論控制論的理論，努力消除現(xiàn)存的問題，縮短差距。應加強產(chǎn)學研結合，開創(chuàng)教育與企業(yè)新局面。通過企業(yè)和科研院所的人才與設施、科研與生產(chǎn)互動，加快人才培養(yǎng)和技術提升。 研究編織機的傳動系統(tǒng)，對于提高生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本具有重要意義。此項研究也是對大學四年所學課程的一次總復習，它將機械制圖 、 機械設計和機電傳動控制等機械設計制造及其自動化主要專業(yè)課程緊密聯(lián)系在一起，利用所學的機 械與控制相關知識來解決實際的生產(chǎn)問題，將理論設計與實際運用聯(lián)系起來，需要考慮多方面的問題，如成本 、 系統(tǒng)可靠性和機械設備使用壽命等等。 1.2國內外的發(fā)展概況 改革開放 20多年來，國內紡織工業(yè)經(jīng)歷了持續(xù)快速發(fā)展的過程，到了 2005年我國紡織纖維加工總量已達 2690t，約占世界纖維加工總量的 37%，主要的紡織產(chǎn)品 化纖、棉紗、棉布、絲織品和服裝產(chǎn)量均居世界第一位。紡織業(yè)依然是國內重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一，在滿足人民紡織產(chǎn)品消費，出口創(chuàng)匯，為其他產(chǎn)業(yè)提供支持，解決就業(yè)問題等方面發(fā)揮重要作用。 今年來 隨著紡織行業(yè)結構調整和產(chǎn)業(yè)升級的升入，通過國內技術的改造和國外先進技術的引進和吸收，織造行業(yè)的裝備和技術水平大幅提高，企業(yè)自主創(chuàng)新能力也有所增強，生產(chǎn)效率不斷提高，品種范圍迅速擴展，生產(chǎn)已從勞動密集型向科技型轉換。淘汰落后裝備和工藝，光、機、電、氣動、液壓、傳感、計算機技術的復合應用，為織物附加值提高和新產(chǎn)品開發(fā)提供了強有力的保障，針織產(chǎn)品休閑化，個性化，高檔化趨勢日益明顯，紡織面料出口以年均 19%的速度增長，出口服裝面料自給率也提高到 70%，徹底扭轉了面料進口量高于出口量的局面，增強了行業(yè)的國際競爭力。但 我國織造行業(yè)的整體水平與世界先進國家相比仍有較大差距。僅以棉織設備為例，其無梭織機、自動絡筒機的使用率僅占25%和 21%，而發(fā)達國家已達 90%左右。應對整個織造領域的飛速發(fā)展有了一個總體認識，以期待找出與國外差距和今后提高今后科技水平的方向。 1.3 編織機的發(fā)展前景 （ 1）進一步提高產(chǎn)品質量 無錫太湖學院學士學位論文 2 在編織機上裝上各類顯示檢測和控制的裝置，可以彌補人工操作的不足和管理上的缺陷。 （ 2）提高機器運行的安全性 在控制驅動系統(tǒng)中應用微電子技術，可使機器運行可靠。 （ 3）機器運轉高速化， 提高單機質量 采用各種自動化措施和微機控制技術，可使機器運行更加可靠。 （ 4）傳動方式多樣化 單機采用機電一體化的新技術，打破現(xiàn)有單純機械傳動的局面，使單一機電帶動皮帶及齒輪變速的傳動方式有新的突破。 （ 5）改善勞動環(huán)境 多方面提高自動化程度，減輕工人勞動量。 （ 6）減少設備占地空間 1.4 本課題應達到的要求 通過參觀現(xiàn)有的 編織機，了解其傳動系統(tǒng)的傳動原理。并找出傳統(tǒng)編織機傳動系統(tǒng)不足之處，初步設定圓筒編織機傳動系統(tǒng)總體方案。根據(jù)總體設計方案，通過計算選 擇電機、傳動零件、并校核零件強度、用 CAD繪制裝配圖、零件圖，用 Pro E繪制實體模型仿真，仿真通過后編寫設計說明書并進行設計答辯。 紡織機傳動系統(tǒng) -基于蝸輪蝸桿傳動 3 2 噴水織機機構與原理 2.1 織機機構 噴水織機是一種高速無梭織機。它是用水射流代替了兩百多年世界織布產(chǎn)業(yè)上長期使用的梭子，通過噴嘴將緯線引入經(jīng)絲梭口的一種新型織機。 這種從根本上改變了織機原理的噴射織機，裝有具備創(chuàng)新技術的新裝備：水噴射裝置，連續(xù)測緯及儲緯裝置，緯紗切斷裝置，邊紗處理裝置。下面就 GD76X1型織機行傳動系統(tǒng)設計 主要運動部分 送經(jīng)機構： 將織軸上的經(jīng)紗均勻送出，滿足交織需要。 卷取機構：將織物引離織口，卷至卷布輥上。由電動機經(jīng)減速裝置帶動卷布輥轉動，將編織好的導火帶卷到卷布輥上。在卷繞的過程中，保持張力均勻是非常重要。 織機的織口大小變換機構：根據(jù)編織的需要來改變織口的大小。 2.2 GD76X1型織機行傳動原理 （ 1） 緯紗是直接由錐形筒子或筒子紗等貢紗器供給，通過張力器調節(jié)適當張力，用側長盤連續(xù)測取長度相當于筘幅的一根緯紗，通過儲緯器，其前端即由緯紗夾持裝置握持，引入噴嘴口。 （ 2） 從水源將噴射用水引入保持一定水壓的水箱，由浮閥保持一定水面，經(jīng)過濾而 被吸入水泵，水泵屬于柱塞式，調節(jié)適當?shù)乃畨汉退浚缓髩喝藝娮臁?（ 3） 在噴嘴處，緯紗和水在此合流，以 30-50m/s的速度向梭口射去。 （ 4） 投入的緯紗前端被織機對側的捕緯器夾持，經(jīng)捻紗而得到適當張力。 （ 5） 在此同時，由衛(wèi)星齒輪式絞邊裝置進行邊紗的開口運動，使緯紗兩端皆被擰織而成結實的布邊。 （ 6） 緯紗均從噴嘴向一個方向飛行，在梭口兩端位置裝有熱熔絲切斷投入的緯線，或采用機械剪斷投入的緯紗。 （ 7） 緯紗的飛行如受到毛羽等影響，不能到達右側，裝在右邊的探緯器可立即檢出，并使織機自動停下來。 原理圖如圖 2.1所示。 2.3 GD76X1型織機傳動機構 1) 主軸與打維機構的傳動 主電動機經(jīng)帶輪 2 和多楔帶 3 傳動皮帶輪 4 和主軸 5，皮帶輪 4 裝有單片式電磁制動器，曲軸用聯(lián)軸器與主軸 5連接。另一側用聯(lián)軸器連接傳動軸，曲軸經(jīng)手和筘座 6進行打緯。 2）開口機構的傳動 經(jīng)曲軸齒輪 7 傳動過橋齒輪 8，另一側通過聯(lián)軸器傳動主軸曲軸齒輪 7，傳動過橋齒輪 8，通過過橋軸傳動偏心輪，經(jīng)牽手傳動開口軸，兩側牽手偏心位置相差 180。，形成連桿式開口機構。 3）絞邊機構的傳動 無錫太湖學院學士學位論文 4 主軸 5 經(jīng)齒輪 7,8,9 和一齒輪使絞邊齒輪得到傳動，由于行星齒輪和恒星 齒輪的周轉輪系傳動，實現(xiàn)了邊經(jīng)紗的開口和繩狀扭絞動作。 4）送經(jīng)機構的傳動 由凸輪 10通過三角皮帶與傳動軸 11，傳動機械式無極變速器的輸入軸 12，經(jīng)變速器的內部機構作用變速后，由輸出軸輸出，在經(jīng)變速齒 13 和 14，經(jīng)錐齒輪傳動，由渦輪蝸桿減速器減速后，由送經(jīng)小齒輪 15，傳動經(jīng)軸齒輪 16 使經(jīng)軸傳動。送經(jīng)機構的經(jīng)紗張力感應升降桿，其位置的高低可以控制無級變速器的變速比。 5) 卷取機構的傳動 主軸 5 經(jīng)同步帶輪 19、 20 傳動減速器，經(jīng)離合器 22 齒輪帶動卷取主動齒輪 23，傳動三只變換齒輪，最末一只變換齒 輪傳動計數(shù)齒輪，與計數(shù)齒輪同軸的有小鏈輪和小齒輪，小齒輪可傳動卷取齒輪 24，而齒輪裝在摩擦輥軸上，這樣可帶動摩擦輥 25 一起轉動。摩擦輥的卷取表面包覆糙面橡膠帶，在兩根壓輥的作用下與繞在圓周表面上的織物產(chǎn)生摩擦作用而將織物送到卷布輥 26。卷布輥是由卷取鏈輪經(jīng)鏈條傳動活輪，與同軸齒輪傳動。主動齒輪再通過卷取制動器作用，帶動卷布輥一起傳動，當卷布輥因不斷卷取織物而直徑增大時，能依靠卷取制動器的打滑作用，使卷布輥轉速變慢，保持織物有一定張力。 6） 送經(jīng)機構的傳動路線： 電動機 1（帶輪） 軸 5（齒輪） 軸 10（帶輪） 軸 11（變速箱） 軸 12（齒輪） 軸 17（減速箱） 軸 18（齒輪） 送經(jīng)機構 打緯機構的傳動路線： 電動機 1（帶輪 ） 軸 5（曲柄搖桿機構） 打緯機構 開口機構的傳動路線： 電動機 1（帶輪） 軸 5（齒輪） 軸（過橋齒輪 8） 偏心輪 開口機構 絞邊機構的傳動路線： 電動機 1（帶輪） 軸 5（齒輪） 軸 10（齒輪） 絞邊動作（絞邊齒輪） 紡織機傳動系統(tǒng) -基于蝸輪蝸桿傳動 5 圖 2.1 工作原理 無錫太湖學院學士學位論文 6 3 設計過程論述 3.1 電機選擇 為保證機器正常運作?，F(xiàn)選用型號為 Y112M-4三相異步電動機。其技術參數(shù)如表 3-1所示 表 3-1 電機參數(shù) 額定功率 KW 滿 載 時 啟動電 流 啟動轉 矩 最大轉 矩 重量 kg 轉 速 r/min 電流（ 380V） 效 率 % 功率因數(shù) cos 額定電流 額定轉矩 額定轉矩 2.2 1440 8.77 84.5 0.82 7.0 2.2 2.3 43 3.2 確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比 由選定的電動機滿載轉速 mn 和工作機主動軸轉速 n，可得傳動裝置總傳動比為： ma ni n 由于電動機轉速 mn =1440r/min，最終輸出的速度 v=40m/min=0.667m/s，卷筒直徑設為 800 mm，則： 最后輸出轉速： min/92.1580014.3 60/40100060100060 rD Vn (3.1) 故傳動裝置總傳動比： 45.9092.151 4 4 0 nni ma 分配傳動比考慮以下原則： 1）各級傳動的傳動比應在合理范圍內，不超過允許的最大值，以符合各種傳動形式的工作特點，并使結構比較緊湊。 2）應注意使各級傳動尺寸協(xié)調，結構比較 合理。 3）盡量是傳動裝置外廓尺寸緊湊或重量較小。 4）盡量使各級大齒輪浸油深度合理。 5）要考慮傳動零件之間不會干涉碰撞。 1i =2 2i =2 3i =1/2 4i =0.75 5i =7/9 6i =1/3 7i =2 8i =39 9i =3 3.3 計算傳動裝置的運動和動 力參數(shù) 3.3.1 進行傳動件的設計計算，要推算出各軸的轉速。 各軸轉速 紡織機傳動系統(tǒng) -基于蝸輪蝸桿傳動 7 5軸： 1n =1inm = 21440 =720r/min 12軸： 2n =in1= m in/77.1230585.0 720* 5432 1 riiii n 16軸： 3n =min/31.36 923/1 73.12 3062 rin 17軸： 4n = m in/15.1 8 4 62 31.3 6 9 273 rin 18軸： m in/34.4739 15.1846845 rinn 19軸： m in/77.153 3.47956 rinn 3.3.2 各軸的輸入、輸出功率 傳動效率如下： 帶傳動的傳動效率 1 =0.96，軸承 2 =0.98，齒輪傳動效率 3 =0.97, v帶的傳動效率4=0.94,錐齒輪傳動效率95.05 ，渦輪蝸桿傳動效率 68.06 。 輸入功率： 5 軸： 1p=1*dp=kwkw 11 2.296.02.2 12軸： 44233212 * dpp = 97.098.096.02.2 kw686.194.094.098.097.0 16軸： kwpp 603.197.098.0686.13223 17軸： kw492.195.098.0603.15234 18軸： 6245 ppkw014.185.098.0492.1 19軸： kwpp 96.097.098.0243.13256 輸出功率： 5 軸： 21 112.2 kw07 0.298.011 2. 12軸： 2686.1 kw65 2.198.068 6.1 16軸： 23 603. p kw57 1.1.60 3. 17軸： 24 492.1 kw49 2.198.049 2.1 18軸 : 25 243pkw994.098.0014.1 19軸 : 26 181. kw94.098.096.0 各軸的輸入、輸出轉矩，電動機的輸出轉矩： mNnpTmdd 59.14144 02.2955 0955 0 (3.2) 輸入轉矩： 無錫太湖學院學士學位論文 8 5軸： 111 9550 npT 720112.29550 mN 01.28 12軸： 222 9550 np mN 08.1377.1230 686.19550 16軸： 333 9550 npT mN 15.431.3692 603.19550 17軸： 444 9550 np 72.715.1846 492.19550 18軸 : 555 9550 npTmN 73.20434.47 243.19550 19軸 : 666 9550 npmN 23.5 7 471.15 94.09 5 5 0 輸出轉矩： 5軸： mNTT 45.2798.001.28 211 12軸： 222 T mN 82.1298.008.13 16軸： 233 mN 07.498.015.4 17軸： 244 TT 57.7.72.7 18軸 : 255 mN 64.20098.073.204 19軸 : 266 mN 75.56298.023.574 3.4 直齒輪設計 3.4.1 選定齒輪類型、精度等級、材料和齒數(shù) 1) 選用直齒圓柱齒輪。 2) 紡織機機為一般工作機器，速度不高，故選用 7級精度 (GB 10095-88) 3)材料選擇，小齒輪為 40Cr（調質 ），硬度為 280HBS，選擇大齒輪為 45鋼（調質），硬度為 240HBS,二者材料硬度差為 40HBS。 4)選用小齒輪齒數(shù)為 Z=20，大齒輪齒數(shù)為 Z=60。 3.4.2 按齒面接觸強度設計 由設計計算公式進行計算； 23 31 )(132.2HEdtZuuKTd （ 3.3） （ 1） 確定公式內的各計算數(shù)值 1）試選載荷系數(shù) 1.3tK 2）計算小齒輪傳遞的轉矩 mNT 15.43 3）由機械設計表 10-7選擇齒寬系數(shù) 1d 4）由表 10-6查得材料的彈性影響系數(shù) 121 8 9 .8EZ M P a 紡織機傳動系統(tǒng) -基于蝸輪蝸桿傳動 9 5）由圖 10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限MPaH 6001lim ， 大齒輪的接觸疲勞強度極限MPaH 5502lim 。 6）計算應力循環(huán)次數(shù)： hjLnN 21 60 )3008152(131.3692 =910118.17 992 10706.5310118.17 N 7)查表得接觸疲勞壽命系數(shù)： 1 0.90HNK ， 2 0.95HNK 8)計算接觸疲勞許用應力： 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，得 111 0 . 9 0 6 0 0 5401H N H L I MH K M P a M P aS ( 3.4） 222 0 . 9 5 5 5 0 5 2 2 . 51H N H L I MH K M P a M P aS 9） 計算 (1)試算小齒輪分度圓直徑 d1t，代入 H中較小的值 23 31 )(132.2HEdtZuuKTd =3 23 )5.5228.189(3411015.43.132.2 = 22.81mm （ 3.5） (2) 計算圓周速度 v 100060 21 ndv t 100060 31.369281.224.41m/s （ 3.6） (3）計算齒寬 b 1dtbd =mm81.2281.221 (4) 計算齒寬與齒高之比 b/h 模數(shù) 14.120 81.2211 zdm tt 齒高 mmmh t 565.214.125.225.2 67.3 81.22hb8.89 (5)計算載荷系數(shù) 根據(jù) v=4.41m/s， 7級精度、由圖 10-8查得動載荷 系數(shù) vk=1.5；直齒輪，假設 KAFt/b100 N/mm。又查得 1 .2HFKK 查得使用系數(shù) KA=1； 查得 7 級精度、小齒輪相對支承 對稱布置時， 3.1H 無錫太湖學院學士學位論文 10 再由 b/h=9.10，查得 28.1FK；故 A V H HK K K K K 304.228.12.15.11 (6)實際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑， 311 /ttd d K K （ 3.7） 3 3.1304.281.22 27.6mm (7) 計算模數(shù)， 38.120 6.2711 zdm 3.4.3 按齒根彎曲強度設計 由公式 10-5得彎曲強度設計公式為： 13 212 F a S adFK T Y Ym z （ 3.8） （ 1） 確定公式內的各計算數(shù)值 1） 由機械設計 由 10-20c查得小齒輪彎曲疲勞強度極限1 500EF M P a ；大齒輪的彎曲疲勞強度極限 2 380EF M P a ； 2）由圖 10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)1 0.85FNK ，2 0.88FNK ； 3）計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4， 由機械設計 由 10-12式可得 111 H F N F EF K S 0 . 8 5 5 0 0 3 0 3 . 5 71 . 4 M P a M P a （ 3.9） 222 H F N F EF K S 0 . 8 8 3 8 0 0 2 3 8 . 5 71 . 4 M P a M P a 4）計算載荷系數(shù) k A V F FK K K K K 1 1 . 1 2 1 . 2 1 . 3 5 1 . 8 1 4 5）由 10-5查取齒形系數(shù) 80.21 FaY； 28.2 查取應力校正系數(shù) 6) 由表 10-5查得 55.11 saY ； 73.1sa 紡織機傳動系統(tǒng) -基于蝸輪蝸桿傳動 11 7)計算大、小齒輪的 Fa SaFYY并加以比較 111 2 . 6 5 1 . 5 8 0 . 0 1 3