畢業(yè)設(shè)計48哈爾濱理工大學(xué)收排線裝置

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - I - LAN560 單節(jié)距絞合機組收排線裝置的 計算機輔助設(shè)計 摘要 收線過程中，保持收線的張力恒定是保證成品線絲質(zhì)量的一個重要條件。收線時如果線絲的張力過大，絞線機和收線機之間的線絲將會受到很大的拉力，從而影響收線質(zhì)量，嚴(yán)重時甚至超過線絲的抗拉強度而將其拉斷。反之，如果張力過小則又會在成品卷筒和收線機之間形成松線、亂線等現(xiàn)象；或者在成品卷筒上產(chǎn)生滑套現(xiàn)象，這些都會影響生產(chǎn)的進行。 對于張力控制系統(tǒng)， 本設(shè)計 采用 間接張力控制原理，通過對一些與張力有關(guān)的電氣量的控制，使得 收線裝置隨著卷繞直徑的增大而自動改變電機轉(zhuǎn)矩以維 持線絲的張力不變。 這樣，在收線過程中，線絲的張力就保持在一定范圍內(nèi)。于是上述問題就成功地得到了解決。 另外，排線器的設(shè)計也是 本設(shè)計 的一個重點， 本設(shè)計 采用的是光桿排線器原理，通過對其不斷地完善和改進，設(shè)計出了一個具有瞬時換向、節(jié)距可調(diào)、排線推力可變的并且?guī)в嗅尫叛b置的排線器。這種排線器在工作時能夠使線絲整齊地卷繞在收線盤上，較好地實現(xiàn)了排線功能的要求。 關(guān)鍵詞 收線架 ； 排線器 ； 張力控制 ； 節(jié)距 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - II - The LAN560 Single Pitch Lay-up Unit Receives The Row of Line Installment The Computer-aided Design Abstract In the recover of wire process, maintains the recover of wire constantly the tensity is guarantees the end product filament line quality an important condition. When recover of wire if filament line tensity oversized, wire binding machine and the recover of wire machine between filament line will be able to receive the very big pulling force, when influence recover of wire quality, serious but will even surpass the filament line the tensile strength its abruption. Otherwise, if the tensity excessively is small then can and between the recover of wire machine forms loose phenomena and so on line, chaotic line in the end product reel; Or produces on the end product reel slides the leverage elephant, these can affect the production march. Regarding the tensity control system, this article uses the indirect tensity control principle, but through to some with the tensity related electricity quantity control, causes the recover of wire equipment to increase along with the coiling diameter changes the electrical machinery torque to maintain the filament line automatically the tensity to be invariable. Thus, in the recover of wire process, the filament line tensity maintains in certain scope. Therefore the above question successfully was solved. Moreover, the strand oscillator design also is a this article key point, this article uses is the polished rod strand oscillator principle, and through to it unceasingly consummation and the improvement, designed one to have the instantaneous reverse, the pitch adjustable, the row of line thrust force invariable has the release strand oscillator. This kind of strand oscillator when work can cause the filament line neatly coiling in to receive on the coil, has realized the 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - III - row of line function request well. Keywords take-up stand; Strand oscillator; Tensity control; Pitch 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - IV - 目錄 摘要 . I Abstract . II 第 1 章 緒論 . 1 1.1 課題背景 . 1 1.2 裝置概述 . 2 1.3 問題的提出 . 2 1.4 本設(shè)計主要內(nèi)容 . 3 第 2 章 收線架設(shè)計 . 4 2.1 收線裝置的工作特點 . 4 2.2 收線裝置的主要參數(shù) . 5 2.3 收線裝置的頂緊機構(gòu) . 5 第 3 章 排線架設(shè)計 . 7 3.1 排線器功能設(shè)計 . 7 3.2 光桿排線機構(gòu) . 7 第 4 章 傳動機構(gòu)設(shè)計 . 9 4.1 直流電動機 . 9 4.2 轉(zhuǎn)矩 的計算 . 10 4.2.1 工作轉(zhuǎn)矩的計算 . 10 4.2.2 起動轉(zhuǎn)矩計算 . 12 4.3 齒形帶傳動設(shè)計 . 13 4.4 鏈傳動設(shè)計 . 15 第 5 章 張力控制系統(tǒng) . 17 5.1 間接張力控制原理 . 17 5.2 張力控制系統(tǒng) . 18 第 6 章 部分零件校核 . 20 6.1 校核大帶輪軸 . 20 6.2 校核大帶輪軸軸承 . 22 結(jié)論 . 23 致謝 . 24 參考文獻 . 25 附錄 . 26 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - 1 - 第 1章 緒論 1.1 課題背景 在電線電纜生產(chǎn)中凡是用來改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、性質(zhì)、狀態(tài)和位置的機械設(shè)備，稱電線電纜設(shè)備。它又是專門用來加工電線電纜產(chǎn)品的機械設(shè)備，所以又稱電線電纜專用的機械設(shè)備。 按照電線電纜工業(yè)生產(chǎn)工藝的要求，電線電纜機械設(shè)備包括：鑄錠、軋制、控制、金屬包制、鍍制、導(dǎo)體絞制、纜芯絞制、元件絞制、擠制、壓制、裝鎧、漆包、絲包、紙包 、編織、制模、復(fù)繞等各類設(shè)備。每類設(shè)備又分為若干機型和單機，如拉制類，分為滑動式等徑輪拉線機、滑動式塔輪拉線機、非滑動式整體輪拉線機、非滑動式雙層輪拉線機、拉軋式等徑輪拉線機。 在電線電纜機械設(shè)備中，盡管品種、規(guī)格繁多，用途各異，但它們一般都是由主機、牽引裝置、收（排）線和放線裝置等組成。 其 中把電線電纜產(chǎn)品，連續(xù)地收繞在線盤或其他盛線器具上的裝置，稱收（排）線裝置。把電線電纜產(chǎn)品，從線盤或其他盛線器上連續(xù)地放出的裝置，稱放線裝置。 收（排）線裝置、放線裝置、牽引裝置等又可統(tǒng)稱為輔助裝置。 輔助裝置是輔助主 機完成產(chǎn)品加工任務(wù)的裝置，它與主機配套組成制造電線電纜的專用機組或生產(chǎn)線。 隨著電線電纜工藝的發(fā)展，近年來出現(xiàn)許多大型高速連續(xù)生產(chǎn)線，它是由不同型號主機與其他輔助裝置組成的加工電線電纜產(chǎn)品的專用成套設(shè)備，如連鑄連軋生產(chǎn)線，拉制絞制生產(chǎn)線、拉制絕緣生產(chǎn)線等，生產(chǎn)線可以大大提高勞動生產(chǎn)率。 在電線電纜生產(chǎn)新上設(shè)有必要的檢測裝置，生產(chǎn)過程中可以直接進行檢測或監(jiān)控，也可以實現(xiàn)反饋調(diào)整，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。 電子計算機在電線電纜工業(yè)中的應(yīng)用，為電線電纜機械自動化指出了方向，國外已普遍采用電子計算機控制生產(chǎn)過程，控制大型高 速生產(chǎn)線，并出現(xiàn)了群控系統(tǒng)。在國家機電一體化方針指引下，國內(nèi)有些電線電纜機械設(shè)備已采用電子計算機控制，并已取得較好的效果。 電線電纜機械設(shè)備是保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率、節(jié)約能源的重要基礎(chǔ)，為適應(yīng)電線電纜產(chǎn)品發(fā)展的需要，電線電纜機械設(shè)備正朝著高速度、自動化和生產(chǎn)連續(xù)化方向發(fā)展。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - 2 - 1.2 裝置概述 在電線電纜生產(chǎn)中使線盤起收線作用的裝置，稱為收線裝置。它是電線電纜 機械 設(shè)備的組成部分，主要接受從牽引裝置送過來的電線電纜產(chǎn)品，并且使產(chǎn)品收卷在盤具上。 收線 裝置按其結(jié)構(gòu)可分為：立柱式；行車式；導(dǎo)軌式；柜式收線裝置等。本 設(shè)計中所采用的是立柱式收線裝置。 立柱式收線裝置，可供絞線機、成纜機、裝鎧機，擠塑機、擠橡機等配套使用，收卷各種電線電纜產(chǎn)品。 收線裝置是由收線架、排線架和傳動機構(gòu)等組成。 收線架由分別裝于槽鋼底座上的兩個帶有托架的立柱組成，托架上裝有收線盤，動力經(jīng)由撥盤帶動收線盤旋轉(zhuǎn)。 傳動裝置由帶輪、力矩電動機、傳動 帶等裝置組成。大帶輪 軸把動力分成二部分：收線動力是由撥盤帶動收線盤旋轉(zhuǎn)，完成收線過程；排線動力是經(jīng)過鏈傳動機構(gòu)，驅(qū)動排線光桿旋轉(zhuǎn)，從而使排線器左右來回移動，完成排線工作。 立柱式收線裝置，分為光軸型及端軸型 兩種。 1. 光軸型立式收線裝置 在收線時有一光軸穿過收線盤，光軸放在托架上，拖動收線盤轉(zhuǎn)動。 2. 端軸型立式收線裝置 在收線時兩端短軸頂緊收線盤，拖動收線盤轉(zhuǎn)動。 本 設(shè)計采用的是端軸型立式收線裝置。 1.3 問題的提出 在金屬加工、紡織、造紙、橡膠、化工及電線電纜等工業(yè)中，往往需要將產(chǎn)品卷繞在卷筒（盤）上，有一個需要解決的問題，是如何在卷筒直徑從開始階段至最后階段逐漸增大的整個過程中，張力和線速度的變化保持在所允許的范圍內(nèi)。 為了解決上述問題，大多在機械結(jié)構(gòu)上增添各種輔助設(shè)備或采用其他傳動系統(tǒng)以實現(xiàn)。但其效果常不甚理想，同 時還存在這設(shè)備復(fù)雜，費用大，使用維護困難等問題。隨著我國工農(nóng)業(yè)的飛躍發(fā)展，高速度，優(yōu)質(zhì)量和自動化程度的提高，是上述問題更為突出。 直流調(diào)速力矩電動機具有其獨特的電氣特性，當(dāng)負(fù)載增加時，電機的出軸轉(zhuǎn)速能自動的隨之降低，是產(chǎn)品卷繞時的張力基本保持不變，這個優(yōu)越的性能與卷繞特性是協(xié)調(diào)匹配的。所以這些系列電動機也可稱之為卷繞特性力矩電機。 力矩電動機用途很廣，主要的是用于卷繞方面。在金屬材料、纖維、哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - 3 - 造紙、塑料、橡膠及電線電纜等加工時，卷繞是最后一個工序也是一個重要的工序。隨著產(chǎn)品的卷繞，卷筒的直徑逐漸增大，在這個過 程中要求任何時間都能保持均勻的張力，這一點是十分重要的。因為張力太大會造成產(chǎn)品厚薄不均、線材直徑變化、線徑拉細(xì)甚至拉斷；而張力過小將使卷繞松弛。 卷繞時張力變化的最大因素，是由于產(chǎn)品卷繞到卷盤時盤徑增大，卷繞力矩隨卷徑增大而增加，而主傳動的速度是固定不變的，一次必須是卷盤轉(zhuǎn)速隨卷徑的增加而降低。直流調(diào)速電動機的機械特性是能夠滿足上述要求的。 1.4 本設(shè)計 主要內(nèi)容 本設(shè)計 從收線裝置的卷繞特性入手，對收線裝置如何有效地完成工作進行了研究，以此為基礎(chǔ)，設(shè)計了一套簡單的張力控制系統(tǒng)和排線機構(gòu)，具體工作如下： 1. 通過對收線盤 尺寸和收線速度等參數(shù)的分析，確定收線裝置機構(gòu)傳動裝置的組成，完成了機械動力的傳遞。 2. 利用直流電動機的機械特性，設(shè)計出符合收線裝置卷繞特性的張力控制系統(tǒng)。 3. 采用光桿排線機構(gòu)，并對其進一步 進行完善和改進，完成了符合排線功能要求的排線器設(shè)計。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - 4 - 第 2章 收線架設(shè)計 2.1 收線裝置的工作特點 1.收線的卷繞特性 收線盤的卷繞直徑逐漸增加，如果線盤的轉(zhuǎn)速維持不變，線的 張力 勢必增加，這樣會出現(xiàn)線芯被拉細(xì)、拉斷等現(xiàn)象。為了保持一定張力，則收線盤必須隨著卷繞直徑的增加而降低轉(zhuǎn)速，這時收線盤的轉(zhuǎn)矩也隨卷繞直徑的增加而增加，為使收線張 力和收線速度都保持為常數(shù)，則收線盤的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩有如下關(guān)系： 常數(shù)Tn 式中 T 為 收 線盤轉(zhuǎn)矩 ， N m n 為 收 線盤轉(zhuǎn)速 ， n min 轉(zhuǎn)矩 T 與轉(zhuǎn)速 n 之間關(guān)系為一雙曲線，如圖 2-1 所示。該雙曲線稱為卷繞特征曲線。 2.傳動功率小 收排線架較主機消 耗功率小，這樣傳動件及箱體尺寸都較小。因為傳動功率小，為了得到較低的速度，所以常用降速比很大的傳動機構(gòu) ，如絲桿螺母機構(gòu)、行星齒輪機構(gòu)、渦輪渦桿機構(gòu)等，以便縮小傳動鏈。這時雖然傳動效率低，但因傳動功率較小，所以實際上損失功率也很小。 3.實現(xiàn)動作比較多收排線架比主機的動作多，要求的運動數(shù)目也多，主要有：收線盤的旋轉(zhuǎn)運動；排線器的直線運動；尾架頂針的頂緊與松開；收線盤的升降等動作。另外對排線器還要求有復(fù)位、換向等動作，所以必須合理選擇方案與布局。 0 T n 圖 2-1 卷繞特性曲線 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - 5 - 2.2 收線裝置的主要參數(shù) 1.主參數(shù) 每一個規(guī)格的收線裝置，可適應(yīng)三 或四個收線盤。主參數(shù)是指所容裝收線盤中最大線盤的側(cè)板直徑。在設(shè)計中可根據(jù)工藝需求選取標(biāo)準(zhǔn)值。 本 設(shè)計 收線裝置的規(guī)格和參數(shù)如 表 2-1 所示： 表 2-1 線盤規(guī)格與參數(shù) 收線直徑 mm 收線速度 m/v 線盤尺寸 D d l， mm 線盤最大容量 kg 0.12 0.9 2.0 4.0 560 280 280 70 2.生產(chǎn)規(guī)范 每一生產(chǎn)裝置都有一定的生產(chǎn)規(guī)范，當(dāng)電線電流產(chǎn)品繞在收線盤筒體上時，都會發(fā)生彎曲變形。各類電纜產(chǎn)品變準(zhǔn)都規(guī)定了最小允許曲率半徑，當(dāng)收線裝置使用最小收線盤時，電纜產(chǎn)品產(chǎn)生彎曲變形最大，這時允許的最大產(chǎn)品直徑，即為最大收線范圍。每一種收線裝置所收電線電纜外徑倍比 (收線盤直徑同電線電纜外徑之比 )為 6 10，據(jù)此可確定收線范圍。 3.外形尺寸 收線裝置外形尺寸，包括收線及排線部分的長、寬、高及收線與排線部分之間距離。設(shè)計時可根據(jù)結(jié)構(gòu)確定外形尺寸。 根據(jù)收線盤的尺寸以及收線架的結(jié)構(gòu)確定收線裝置的外形尺寸如下： 長： 1160mm 寬： 940mm 高： 1030mm 2.3 收線裝置的頂緊機構(gòu) 收線裝置應(yīng)該有一套頂緊機構(gòu)，以便在裝載收線盤之后，將收線盤固定在收線架上，使得收線盤在收線 過程中能夠穩(wěn)定地工作。 本設(shè)計 采用的是氣動頂緊機構(gòu)。 如圖 2-2 所示，當(dāng)控制閥 1 開啟的時候，氣體通過管子 5 進入上下兩個汽缸，推動汽缸里的活塞運動，從而帶動連接在一起的移動頂尖 3 向前移動，這樣就完成了收線裝置對收線盤的頂緊。反之，則是完成對收線盤的松開。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - 6 - 圖 2-2 氣動頂緊機構(gòu) 1-控制閥 2-T 型閥 3-移動頂尖 4-汽缸 5-管子 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - 7 - 第 3章 排線架設(shè)計 3.1 排線器功能設(shè)計 排線機構(gòu)的作用是使電線電纜產(chǎn)品有規(guī)律地排列在線盤上，當(dāng)收線盤轉(zhuǎn)動一圈后，排線器拖動電線或電纜沿收線盤軸向移動一定距離，該距離稱為排線節(jié)距。排線機構(gòu)應(yīng)行走平穩(wěn)，速度均勻，排線的寬度和節(jié)距可以調(diào)整。常用的排線機構(gòu)，有絲 桿排線機構(gòu)及光桿排線機構(gòu)。 本設(shè)計 采用的光桿排線 機構(gòu)，主要完成的功能如下： 1.無級調(diào)速 收線軸傳給光桿一定轉(zhuǎn)速，在不 改變光桿轉(zhuǎn)速的前提下，只需撥動刻度盤上的指示器，即可隨意調(diào)整排線 器在光桿軸線方向上往復(fù)運動的速度，可以設(shè)定從 零 到最大節(jié)距值。 2.瞬時換向 不需改變光桿的旋轉(zhuǎn)方向，當(dāng)活動臂碰輪撞到換向塊時即可瞬時改變排線器的行走方向，換向時間不 1 秒。值得注意的是，換向位置要保持固定臂與活動臂的角度對稱，壓簧要一直保持壓在固定臂和活動臂之間，壓簧壓力不足要隨時更換。 3.排線推力的調(diào)節(jié) 排線推力的大小 主要由調(diào)壓螺母和蝶形彈簧的壓力來決定，機箱底部有兩個螺蓋可同時調(diào)整，調(diào)壓時要主要機箱兩側(cè)的密封蓋要與光桿保持一定間隙，調(diào)整的推力要適當(dāng)，過緊會卡死光桿不能換向，在能滿足排線推力的情況下，推力適中最佳，并可延長光桿和機箱的使用壽命。 4.釋放裝置 排線器帶有釋放裝置，能滿足在不停機的情況下，使排線器轉(zhuǎn)環(huán)與光桿松開，手持排線器可置其于光桿任意位置，排線可以從端部開始。 3.2 光桿排線機構(gòu) 光桿排線機構(gòu)如圖 3-1 所示，由光桿及三個成一定角度的滾動軸承等零件組成。三個滾動軸承分別裝在三個方形框架上；方形框架用短軸裝在排 線座上；三個滾動軸承，一個與光桿上面接觸，兩個與光桿下面接觸，并且滾動軸承與光桿是傾斜接觸，傾斜角為 。當(dāng)光桿轉(zhuǎn)動時，三個軸承內(nèi)環(huán)就會被摩擦力帶動作軸向移動。排線器在移動中到達所需位置，碰到擋塊，通過撥板，使方形框架的傾斜方向也同時改變，軸承環(huán)傾斜角由 變?yōu)?，這樣排線器就會反向移動。調(diào)整偏心，便可以改變?nèi)齻€滾動軸承的傾斜程度即改變 角大小，這樣可改變排線器移動速度，即改變排線節(jié)距。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - 8 - 圖 3-1 光桿排線器 1-光桿 2-滾動軸承 3、 4、 5-方形框 6-排線座 7-撥板 8-偏心軸 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - 9 - 第 4章 傳動機構(gòu)設(shè)計 4.1 直流電動機 在各種大小規(guī)格電線電纜的生產(chǎn)過程中，都需要用收線裝置將產(chǎn)品卷繞到收線盤上，因此傳動機構(gòu)必須滿足線盤的收卷運動及排線器直線運動的要求。為保證被收卷的產(chǎn)品不出現(xiàn)拉細(xì)、拉斷現(xiàn)象并且卷繞在收線盤上的電線電纜產(chǎn)品不松弛，傳動機構(gòu)必須滿足收卷特性的要求 目前收線裝置張力控制主要有兩種形式，一種是機械式，靠摩擦離合器或其他打滑裝置即靠打滑作用達到粗糙地控制張力，故靈敏度低，張力變化范圍在 2 3 倍或更大。另一種是靠電動機特性和電 氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)恒張力，這種控制形式控制精度高，結(jié)構(gòu)簡單。 收線裝置的電動機的機械特性應(yīng)滿足卷繞特性的要求， 本設(shè)計 選用的是直流調(diào)速電動機。 他勵式直流電動機具有較硬的自然機械特性 ， 如圖 4-1 所示，可用于要求較高的收線裝置中。當(dāng)輸入電壓 U 或勵磁改變時，轉(zhuǎn)速 n 也隨之變化，通過對 U 的調(diào)節(jié)，可方便地改變電動機的轉(zhuǎn)速。在整個收卷過程中，根據(jù)線盤直徑的變化，通過晶閘管控制可使線盤轉(zhuǎn)速自動改變，保證張力和線速度不變。 他勵式直流電動機的優(yōu)點是效率高，起動平滑，速比范圍大，速度連續(xù)可調(diào)，反應(yīng)快，這都給調(diào)速工作狀態(tài) 帶來很多有利因素，其缺點是控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，要求高，有偏差時將影響收線質(zhì)量。 串勵式直流電動機如圖 4-2 所示。由于電樞繞組與勵磁繞組相互串聯(lián)，因此流過的電流相同，當(dāng)電樞電流變化時，磁通也隨之變化，即： 圖 4-1 他勵直流電動機自然特性曲線 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - 10 - aIf 所以當(dāng)電動機的負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速受電樞電路中的電壓降及磁場強度變化而變化。因此適當(dāng)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)串勵直流電動機的端電壓，即可得到一條與卷繞特性相仿的特性曲線，見圖 4-3，所以是較為理想的收卷動力裝置。同時由于起動時電樞電流和勵磁電流都很大，故起動轉(zhuǎn)矩大，這樣就可選擇小功 率的電動機用在收卷起動轉(zhuǎn)矩大而工作轉(zhuǎn)矩小的場合，它的缺點是負(fù)載轉(zhuǎn)矩很小時，速度難以控制，因此限制了它的使用范圍。 將這種直流調(diào)速電動機用于卷繞時具有如下優(yōu)點： 1. 空盤到滿盤時能夠使收線時的張力保持穩(wěn)定。 2. 張力調(diào)節(jié)方便，一次調(diào)節(jié)后易于正確的重復(fù)。 3. 電動機的結(jié)構(gòu)簡單可靠，維護安裝方便。 4. 用直流電動機進行恒張力控制，不但控制線路簡單，而且元件少，調(diào)正維護操作簡便。 5. 成本低，從而在經(jīng)濟上具有優(yōu)勢。 4.2 轉(zhuǎn)矩的計算 整個收卷過程包括動態(tài)起動過程及正常收卷過程。如果起動時間很短，則動態(tài)轉(zhuǎn)矩大大超過正常工作轉(zhuǎn)矩 。 正常計算這兩個過程是保證收線質(zhì)量的必要條件。 4.2.1 工作轉(zhuǎn)矩的計算 在收卷中，收線盤必須具有一定的轉(zhuǎn)矩 T ，方可將帶有一定張力 PF 的線材卷繞到線盤上，工作轉(zhuǎn)矩 T 可由 下式得出： 圖 4-3 串勵直流電動機自然特性 圖 4-2 串勵直流電動機結(jié)構(gòu)原理 1-直流電動機 2-勵磁繞組 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - 11 - 72 56.0252 DFT p N m 式中 T 為收 線轉(zhuǎn)矩 ， N m PF 為收 線張力 ， N D 為收 線盤卷繞直徑 ， m 當(dāng)收線盤以線速度 v(m/min)收卷時，所需功率 P ，由下式得出： 2.09552 27379552 TnP kW 式中 n 為收線盤轉(zhuǎn)速， r/min 折算到拖動電動機轉(zhuǎn)矩 MT 為： 21 iTTM N m 式中 MT 為折算到電動機轉(zhuǎn)矩， N m T 為收線轉(zhuǎn)矩， N m i 為傳動比 為減速器傳動效率 折算到拖動電動機的功率 MP 為： 2.09552 95529552 0 nTP MM kW 式中0n為電動機同步轉(zhuǎn)速， r/min 在整個收卷過程中 PF 和 v 應(yīng)該是不變的，因此 P 值也不變，但 T 值卻隨卷繞直徑 D 的增大而增加，通過逐點計算， 可作出卷繞特性曲線如44圖 所示 D T n 圖 4-4 收線轉(zhuǎn)矩與線盤轉(zhuǎn)速 T,n 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - 12 - 4.2.2 起動轉(zhuǎn)矩計算 起動轉(zhuǎn)矩是動態(tài)轉(zhuǎn)矩的主要形式，它大于其它轉(zhuǎn)矩。一個有一定重量和直徑的線盤，在0t時間內(nèi)，其轉(zhuǎn)速由零加速到 n 時所需要的起動轉(zhuǎn)矩GT可通過飛輪矩 2GD 方法來計算： 022.38tnGDTG 式中GT為起動轉(zhuǎn)矩 ,N m 2GD 為飛輪矩 ,N m n 為收線盤轉(zhuǎn)速 ,r/min 0t為起動時間 ,s 在實際拖動中，還應(yīng)將回轉(zhuǎn)物體飛輪矩折算到電動機軸的飛輪矩，總飛輪矩應(yīng)為： 75.23.0705.3156.0705.3144.0112222222222 HRGM GDiGDiGDGDGD式中 2MGD 為電動機飛輪矩， N m 2GGD 為減速機構(gòu)飛輪矩， N m 2RGD 為收線軸飛輪矩， N m 2HGD 為收線盤飛輪矩， N m i 為傳動比 將計算飛輪矩，代入上式，計算起動轉(zhuǎn)矩： 7.1912.38 27375.22.38 02 tnGDTGN m 折算到拖動電動機轉(zhuǎn)矩 MT 為： 63.55.3 7.191 iTT GM N m 計算電動機功率 為 ： 56.09552 95563.59552 0 nTP MG kW 為充分滿足輸出功率要求，選用電動機功率 1.5kW 選直流電動機21004 Z，參數(shù)如表 4-1 所示。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - 13 - 表 4-1 直流電動機參數(shù) 功 率 kW 額定電壓 V 額定轉(zhuǎn)速 r/min 最高轉(zhuǎn)速 r/min 質(zhì) 量 kg 1.5 150 955 2000 60 4.3 齒形帶傳動設(shè)計 因為并不需要傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，所以優(yōu)先選用帶傳動，而又由于傳動時需要平穩(wěn)，故采用圓弧齒型帶傳動。 下面是對齒型帶傳動的設(shè)計計算： 1確定計算功率cP55.25.170.1 PKP Ac kW 式中 AK 為同步帶傳動的工作情況系數(shù) 2選擇帶型和節(jié)距 查圖 11.20 和表 11.18 選取帶型為重型 H，節(jié)距 p 為 12.700mm 3帶輪齒數(shù) 1Z 和 2Z 小帶輪齒數(shù) 必需滿足下式： min1 ZZ 選取 小帶輪齒數(shù)為 16 齒 ，所以： 56165.312 ZiZ 齒 4帶輪節(jié)圓直徑 71.647.121611 pzD mm 5.2267.125622 pzD mm 于是選取直徑如下： 651 D mm 2302 D mm 5帶速 smvsmnDv/40/25.310006095565100060m a x116初定中心矩 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - 14 - mmammaDDaDD5905.206)23065(2)23065(7.0)(2)(7.0 2121 選取中心距為 400mm 7帶長及其齒數(shù) 5.1 4 72 652 3 02 12 DDD m mm 5.822 652302 12 DD mm 于是帶長為： mmaaDL m17.12804005.8240025.147222按表 11.19 選取標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長度 60.1371為PL mm， 齒數(shù) 108為Z 。 8實際中心距 mmmmDLDLa mm10404455.8285.14760.13714145.14760.137184142222所以中心距為： mma 445 考慮安裝調(diào)整和補償張緊力的需要，中心距的變動范圍為： saIa 查表得 到 27.1為I ， 76.0為S 。 所以有： 76.44573.443 mm 9小帶輪嚙合齒數(shù) 08.7165644520167.12216202 1211 zzapzzz m取整 數(shù)值 7為mz10基本額定功率 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - 15 - kWvqvFP a81.6100025.325.3484.021001000220式中0P為同步帶基準(zhǔn)寬度0b所能傳遞的功率， kW aF為基準(zhǔn)寬度0b同步帶的許用工作拉力， N q 為基準(zhǔn)寬度為 0b 的同步帶質(zhì)量， kg/m 11帶寬 mmPkPbbzc11.3281.6125.276 14.114.100式中 zk 為嚙和齒數(shù)系數(shù)，根據(jù)小帶輪嚙和齒數(shù)mz選取： 6 時取 1；5 時取 0.8； 4 時取 0.6 按圖 11.21 取標(biāo) 準(zhǔn)值，得 ： 1.38b mm 12軸上載荷 31.69225.3 55.210001000 v PF cQ N 4.4 鏈傳動設(shè)計 1. 選擇鏈輪齒數(shù) 小鏈輪齒數(shù) 為 ： 151 z 傳動比 為 ： 3273819 i 大鏈輪齒數(shù) 為 ： 4515312 izz 2. 選取鏈節(jié)距 初取中心距，選 取 pa 40為 鏈節(jié)數(shù) 為： 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - 16 - 110402154540224515222221221 ppppapzzpazzL p傳動功率 為 ： 27.01885.0 2.02.10 pzAkk PKPkW 式中 AK 為 工作情況系數(shù) zk 為 小鏈輪齒數(shù)系數(shù) pk為 多排鏈排系數(shù) 鏈節(jié)距：根據(jù) 27.00 PkW、 819n r/min，由圖 14.17 查出選用 08A滾子鏈。 3. 確定中心距 mmzzzzLzzLpa pp89.504215458245151102451511047.12282242221222121 所以取： mma 520 4. 計算作用軸上載荷 鏈速 為 ： 6.2100060 7.1215819100060 1 pnzv m/s 有效拉力 為 ： 776.2 2.0100010001 v PF N 軸上載荷 為 ： 111772.12.12.1 1 FKF AQ N 5. 定潤滑方式 潤滑方式：根據(jù) v 、 p 由圖 14.23 查出為油浴潤滑 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - 17 - 第 5章 張力控制系統(tǒng) 5.1 間接張力控制原理 收線過程中，保持收線的張力恒定是保證成品線絲質(zhì)量的一個重要條件。收線時如果線絲的張力過大，絞線機 和收線機之間的線絲將會受到很大的拉力，從而影響收線質(zhì)量，嚴(yán)重時甚至超過線絲的抗拉強度而將其拉斷。反之，如果張力過小則又會在成品卷筒和收線機之間形成松線、亂線等現(xiàn)象；或者在成品卷筒上產(chǎn)生滑套現(xiàn)象，這些都會影響生產(chǎn)的進行。 由此可見，如果收線過程中能夠調(diào)節(jié)線絲的張力并使之在一定的范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，就不會出現(xiàn)上述問題?；谶@樣的思路，于是這次設(shè)計采用了間接張力自動控制的原理，對收線時線絲的張力進行自動調(diào)節(jié)。 張力控制方式可分為兩大類：直接張力控制和間接張力控制，前者用張力傳感器直接監(jiān)測張力實際值，經(jīng)張力控制器輸入系 統(tǒng)中進行閉環(huán)調(diào)節(jié)；后者卻是控制一些與張力有關(guān)的電氣量，最后達到控制張力的目的，相對而言，前者在控制原理上比較簡單，易于實現(xiàn)控制，但對于收線張力的控制，如不增加輔助裝置，較難直接測量線絲張力變化的情況，因而采用間接控制的方案便顯得切實可行了。 由直流電動機的轉(zhuǎn)矩公式可知收線機力矩為： AMM IKT 式中 AI 為電動機的電樞電流， A 為 電動機的電樞磁通 ， Wb MK 為 電動機的轉(zhuǎn)矩常數(shù) 線絲的張力力矩： FDT 21 式中 F 為 線絲張力 ， N D 為 收線直徑 ， m 考慮電動機的效率 、減速比 i 后，根據(jù)力矩平衡原則，有： TiTM 整理后得： DIKF A 1式中 MKiK 21值為 是一 常數(shù) 由上式可以看到，如使電樞電流 AI 與主磁通 之積隨著收線盤卷徑哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - 18 - D 的變化而自動地線性變化，就可以獲得恒定的張力 F 。為簡化設(shè)計，讓自流電動機在基速段運行，此時其磁通即為額定磁通N。于是上式變?yōu)椋?DIKDIKF AAN 21因此，只要設(shè)法使電樞電流的大 小隨收線盤卷徑值 D 變化，便可以獲得恒定張力。 5.2 張力控制系統(tǒng) 其方框圖如圖 5-1 所示： 由上節(jié)所得出的結(jié)論可知，要得到恒定的張力，需要將卷徑值測量出來，并且需要保持卷徑值，現(xiàn)分析如下： 0 Dnv UUU vKUv 3 nKU n 4 式中 v 為 線絲速度 ， m/s n 為 收線機轉(zhuǎn)速 ， r/min 由此得： 圖 5-1 張力控制系統(tǒng)方框圖 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - 19 - nvKKUUUnvD 43又因線絲速度 v ，收線機轉(zhuǎn)速 n 和卷徑值 D 之間有如下關(guān)系： nviD 60所以： DKKiU D 4360上式 DU 的值就反映了卷徑值，從而實現(xiàn)了卷徑計算。 張力綜合給定裝置 TG 綜合了張力給定 ，動態(tài)補償信號 C，其輸出TCU正比于張力給定。乘法器 2MU 輸出為： TCDMT UUU 于是有： DKKDKKiU MT 654360上式等號左邊正比于線絲張力力矩，也就是說 MTU 正比于所要求產(chǎn)生的電動機轉(zhuǎn)矩。由電動機方程可知，在磁通 不變時，電機力矩正比于電樞電流。因而，該張力控制系統(tǒng)實現(xiàn)了隨著卷徑值 D 的變化而自動改變電機轉(zhuǎn)矩以維持線絲不變這一控制目的。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - 20 - 第 6章 部分零件校核 6.1 校核大帶輪 軸 在收線裝置各 個零部件中，承受力與力矩最大，也最有可能失效的零件是大帶輪 軸，以及此支撐此軸的軸承，因此，校核部分主要針對這兩個零件進行校核，看它們是否滿足收線過程中所需要的強度條件。 對此軸進行扭矩和受力分析如圖 6-1 所示 ： 由第 4 章第 2 節(jié)內(nèi)容可知，軸所受最大扭矩為收線裝置的起動轉(zhuǎn)矩： 7.1921 mm mm 繪制扭矩圖如圖 6-2 所示： 對軸各個 受力進行分析： AF 為帶傳動時帶對軸所產(chǎn)生的徑向力 31.692AF N BF 為鏈傳動時鏈對軸所產(chǎn)生的徑向力 110BF N CF、 DF 為軸承對軸所產(chǎn)生的支反力 EF 為線盤的重量對軸所產(chǎn)生的力，最大為線盤收線滿盤時 1m AF EF DF BF CF2m 圖 6-1 軸受力分析圖 圖 6-2 軸扭矩圖 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - 21 - 350EF N 計算支反力CF、 DF ，對于 C、 D 截面，由平衡方程式 0CM和0 DM 得： 022.016.002.004.0 EDBA FFFF 006.016.018.020.0 ECBA FFFF 可得： 39.610CF N 92.321DF N 繪制剪力圖和彎矩圖如圖 6-3 所示： 由圖 6-3 知 C 截面為為危險截面，所以應(yīng)對 C 截面進行強度校核。首先對軸扭轉(zhuǎn)時的強度計算： M P aD TWTt8.005.0 7.191616 33m axm ax對軸的彎曲強度進行計算： M P aD MWMZ9.105.0 29.233232 33m axm ax用第三強度理論對彎曲與扭轉(zhuǎn)組合變形進行計算： 圖 6-3 軸剪力圖和彎矩圖 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - 22 - M P ar 48.28.049.14 22223 所以該軸符合強度要求。 6.2 校核大帶輪 軸軸承 因為大帶輪 軸所受載荷主要為徑向載荷，所以此軸選用軸承為深溝球軸承 61809。下面對所選軸承進行校核： 對軸承受力進行分析，如圖 6-4 所示： 由于選用深溝球軸承，查 得 58.3為rC kN、 32.3為orCkN 軸承的當(dāng)量動載荷按下式計算： ard YFXFfP 因為軸式平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，所以取載荷系數(shù) 1df，又因無軸向載荷，所以， 1為X ， 0為Y 于是： 39.610 rFP N 軸承的基本額定壽命： hPCnL h 1232039.610 1058.327316670166703310 故 符合強度要求。 圖 6-4 軸承受力圖 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - 23 - 結(jié)論 本設(shè)計 從收線裝置的卷繞特性入手，對收線裝置如何才能有效地完成工作進行了簡單設(shè)計，初步建立了一套適用于收線裝置的張力控制系統(tǒng)和一套能夠滿足排線功能要求的排線機構(gòu)，并在在設(shè)計過程中，獲得以下結(jié)論： 1. 為了保證收線結(jié)果達到最好結(jié)果，必須使收線盤卷繞時平穩(wěn)地旋轉(zhuǎn)，也就是說需要傳動系統(tǒng)具有平穩(wěn)傳動的特點，顯然， 本設(shè)計 采用的齒形帶傳動和鏈傳動具有平穩(wěn)傳動的特點。 2. 通過分析收線裝置的卷繞特性知道，要 使卷繞成品的質(zhì)量能夠符合產(chǎn)品要求，就必須控制收線過程中線徑的張力，于是 本設(shè)計 采用了間接張力控制原理，控制在收線過程中一些與張力有關(guān)的電氣量，達到了收線過程中張力保持恒定的要求。 3. 采用光桿排線器的排線原理，并對其不斷地完善和改進， 設(shè)計出了一個具有瞬時換向、節(jié)距可調(diào)、排線推力可變的并且?guī)в嗅尫叛b置的排線器。實現(xiàn)了收線時讓線徑整齊地卷繞在收線盤上，滿足了排線器的排線功能要求。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 - 24 - 致謝 感謝我的導(dǎo)師崔思海老師，在這篇學(xué)位論文的設(shè)計中，崔思海老師給予了我 細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，從開始進入課題到論文完成，其中無不包含了老師的汗水