鋪絲機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、鋪絲機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系部名稱： 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職 稱： The Graduation Design for Bachelor's DegreeFiber-Spreading DeviceCandidate：Specialty：Class： Supervisor：目 錄摘 要4Abstract5第1章 緒 論61.1課題背景61.2鋪絲機(jī)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況7第2章 方案的選擇與論證102.1鋪絲機(jī)的技術(shù)要求102.2原理設(shè)計(jì)與方案的選擇102.2.1 原理設(shè)計(jì)10方案選擇122.2本章小結(jié)14第3章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)153.1 機(jī)械運(yùn)動(dòng)分析153.2機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)16主體部件

2、的設(shè)計(jì)16傳動(dòng)部件及驅(qū)動(dòng)組件19軸的設(shè)計(jì)及校核203.2本章小結(jié)234.2檢測(cè)部分的設(shè)計(jì)244.3控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)26圖4.2264.4本章小結(jié)26結(jié) 論28參考文獻(xiàn)30摘 要鋪絲是腈綸烘干的前一道工序，鋪絲的質(zhì)量直接影響到烘干的效率。目前國(guó)內(nèi)幾個(gè)腈綸生產(chǎn)廠家所使用的鋪絲裝置，普遍存在送絲的運(yùn)動(dòng)速度難以控制，和鋪絲方式落后等問(wèn)題。為改進(jìn)鋪絲的質(zhì)量，本次設(shè)計(jì)完成一套性能得到改進(jìn)的鋪絲設(shè)備。首先，對(duì)鋪絲所要完成的功能進(jìn)行了分析。根據(jù)機(jī)電一體化裝置設(shè)計(jì)的基本思想，把鋪絲機(jī)劃分為機(jī)械執(zhí)行部分和控制部分，本次設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)機(jī)械執(zhí)行部分。機(jī)械執(zhí)行部分包括機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制。鋪絲機(jī)在工作過(guò)程中，為了達(dá)到

3、理想的鋪絲效果，需要對(duì)幾個(gè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行控制，包括滾輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，平臺(tái)工作臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、行程等。這些運(yùn)動(dòng)參數(shù)需要根據(jù)前一級(jí)工序生產(chǎn)速度的不斷變化進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最佳的鋪絲效果。本次設(shè)計(jì)的腈綸鋪絲裝置是典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，具有高智能化、高可靠性、易控制等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞鋪絲機(jī); 腈綸; 紡織機(jī)械; 機(jī)電一體化; 鋪絲 AbstractFiber-spreading is the working procedure before fiber-drying， the quality of which influences the result of fiber-drying directly. At

4、 present， speed problems of fiber-delivering， exist in most of the fiber-spreading equipments used in all the fiber-producing factories， we used programmable Logic Controller to design a new equipment of fiber-spreading， by integrating mechanism and the controlling system.First， an analysis was made

5、 to the function that was to be done by the fiber-spreading device. According to the basic thought of the Mechatronic， a fiber-spreading device is divided into two parts: machine-executing and machine-controlling. The former includes machine-executing and driving machinery. The moving parameters nee

6、d to adjust according to the changes of producing speed of the working procedure before it， in order to get the best result.The fiber-spreading device designed in this article is a typical Mechatronic system. It has lots of advantages such as high of intelligence and ability， high of reliability， ea

7、sy to be controlled and so on.Keywords: fiber-spreading device fiber spinning weaving machinery Mechatronic fiber-spreading 第1章 緒 論1.1課題背景腈綸絲，學(xué)名聚丙烯纖維。聚丙烯腈纖維（PAN）纖維是指由聚丙烯腈或丙烯晴含量占85%以上，和其它第二、第三單體的共聚物紡織而成的纖維。各國(guó)的聚丙烯腈纖維產(chǎn)品名稱各不相同。在我國(guó)的商品名為腈綸。腈綸絲具有高強(qiáng)度、耐熱的特性和優(yōu)良的紡織性能，主要應(yīng)用于紡織業(yè)。中國(guó)是目前世界上最大的腈綸消費(fèi)市場(chǎng)，并且預(yù)計(jì)在今后幾年內(nèi)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需

8、求量仍將以較高的速度持續(xù)增長(zhǎng)。腈綸絲的生產(chǎn)是經(jīng)過(guò)化學(xué)合成、噴絲、剔絲、洗滌、烘干、成型等前幾道工序處理，成為扁平帶的化學(xué)纖維束。其中烘干的前一道工序是把腈綸絲均勻的平鋪在傳送帶上，送進(jìn)烘干箱。而烘干的效果主要取決于鋪絲的效果，本裝置的研究設(shè)計(jì)正是基于此生產(chǎn)目的而進(jìn)行的。本次設(shè)計(jì)的腈綸鋪絲裝置是典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，具有高智能化、高可靠性、易控制等優(yōu)點(diǎn)：（1）高性能；（2）低成本；（3）智能化；（4）高效率；（5）高可靠性；（6）體積小。運(yùn)用機(jī)電一體技術(shù)已經(jīng)是在工業(yè)制造中獲得更價(jià)廉，更優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的重要手段。機(jī)電一體化是微電子技術(shù)向傳統(tǒng)機(jī)械工業(yè)滲透過(guò)程中逐漸形成的一個(gè)新概念，是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)相

9、融合的產(chǎn)物。他打破了傳統(tǒng)的機(jī)械工程、電子工程、資訊工程、控制工程等舊模塊的劃分，形成了融機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)等多種技術(shù)為一體的一門新興的交叉學(xué)科。作為多種技術(shù)交叉合成的一門新興的邊緣學(xué)科，機(jī)電一體化技術(shù)正在迅速成為現(xiàn)代加工和產(chǎn)品的一個(gè)重要元素，并且逐步成為現(xiàn)代制造加工領(lǐng)域獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的一種關(guān)鍵性技術(shù)。最近幾年，機(jī)電一體化技術(shù)和智能系統(tǒng)的應(yīng)用在呈指數(shù)增長(zhǎng)的同時(shí)也有進(jìn)一步結(jié)合的趨勢(shì)。機(jī)電一體化與模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等職能系統(tǒng)的相關(guān)發(fā)展，為從照相機(jī)、洗衣機(jī)、轎車、輪船等產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)研制到工業(yè)過(guò)程的控制都提供了創(chuàng)新發(fā)展的巨大推動(dòng)力。1.2鋪絲機(jī)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況縱觀國(guó)內(nèi)外的鋪絲的設(shè)計(jì)發(fā)展，從運(yùn)

10、動(dòng)實(shí)現(xiàn)的方式看，鋪絲的發(fā)展經(jīng)歷了從手工到自動(dòng)的幾個(gè)階段。1手工鋪絲 完全依賴于人工的操作，由于生產(chǎn)效率低，工作環(huán)境惡劣等原因，現(xiàn)已經(jīng)淘汰不用。2半自動(dòng)鋪絲 這種方法使用了電力拖拉機(jī)械完成一部分工作，但需要人對(duì)鋪絲的情況分析、判斷，并做出相應(yīng)的動(dòng)作，從而限制了鋪絲效率和質(zhì)量的進(jìn)一步的提高。由于設(shè)備投資低，目前仍在廣泛使用。3全自動(dòng)鋪絲 全自動(dòng)鋪絲不僅在所有運(yùn)動(dòng)上實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，而且具備相應(yīng)的檢測(cè)能力。應(yīng)變能力和人工智能。具備了這些條件的鋪絲系統(tǒng)將不需要和需要少量的系統(tǒng)監(jiān)督人員，除可初期投資較大以外，在效率、質(zhì)量、工作環(huán)境等方面是過(guò)去的方式所不能比擬的。這種鋪絲方式是鋪絲設(shè)計(jì)發(fā)展的主方向，也是鋪絲機(jī)

11、生產(chǎn)廠家和化工廠的主要生產(chǎn)和應(yīng)用類型。目前，國(guó)內(nèi)主要的大型腈綸鋪絲機(jī)生產(chǎn)廠家有五、六家，根據(jù)查閱文獻(xiàn)來(lái)看，發(fā)現(xiàn)了以下幾種由于腈綸鋪絲目的的設(shè)備。（1）意大利STP公司生產(chǎn)的SMS型紡粘法紡織造布生產(chǎn)設(shè)備類型的鋪絲機(jī)，鋪絲機(jī)構(gòu)采用了擺臂式鋪絲方式，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，而且整體單元可以電動(dòng)升降，但在實(shí)際生產(chǎn)中鋪絲效果不理想。（2）國(guó)內(nèi)也有生產(chǎn)此類鋪絲設(shè)備：如邵陽(yáng)紡織機(jī)械廠生產(chǎn)的HT505型鋪絲機(jī)是引進(jìn)美國(guó)杜邦（DU-PONT）與康泰絲（CHEMTEX）公司的制造技術(shù)與圖紙而進(jìn)行制造的，但是多數(shù)設(shè)備仍存在堆絲，運(yùn)動(dòng)速度不匹配的問(wèn)題?？傮w來(lái)說(shuō)，鋪絲設(shè)備與腈綸生產(chǎn)線其他工序設(shè)備一樣，目前均已采用膠輪變頻電機(jī)傳

12、動(dòng)、變頻調(diào)頻、計(jì)算機(jī)和可編程控制器（PLC）控制為發(fā)展方向。多數(shù)國(guó)產(chǎn)設(shè)備與國(guó)際水平仍有較大差別，等待加快新技術(shù)的應(yīng)用，以提高國(guó)產(chǎn)設(shè)備的機(jī)電一體化。1.3本課題的內(nèi)容及意義鋪絲是腈綸紡絲生產(chǎn)中非常關(guān)鍵的一道工序，其工藝質(zhì)量直接影響到以后的烘干質(zhì)量與效率。目前大量使用中的國(guó)外各種型號(hào)的鋪絲設(shè)備缺點(diǎn)都很明顯，普遍存在鋪絲不均勻的現(xiàn)象。由于鋪絲工藝不過(guò)關(guān)，造成下道工序烘干的質(zhì)量，影響到整個(gè)腈綸絲生產(chǎn)的質(zhì)量，使生產(chǎn)的腈綸絲發(fā)黃，質(zhì)量達(dá)不到要求。本課題用于大慶石化總廠，腈綸分廠生產(chǎn)線的改造，用以替代已老化的，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有一定影響的紡絲鋪絲裝置。此課題的實(shí)現(xiàn)，能夠有效的提高腈綸的生產(chǎn)質(zhì)量，并使腈綸絲的自動(dòng)化

13、生產(chǎn)順利完成。目前國(guó)內(nèi)幾個(gè)腈綸生產(chǎn)廠家所使用的鋪絲裝置，普遍存在送絲的運(yùn)動(dòng)速度難以控制，和鋪絲方式落后等問(wèn)題。為改進(jìn)鋪絲的質(zhì)量，本次設(shè)計(jì)完成一套性能得到改進(jìn)的鋪絲設(shè)備。1.4 本次設(shè)計(jì)的主要工作根據(jù)機(jī)電一體化裝置設(shè)計(jì)的基本思想，把鋪絲機(jī)劃分為機(jī)械執(zhí)行部分和控制部分，本次設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)機(jī)械執(zhí)行部分。機(jī)械執(zhí)行部分包括機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制。鋪絲機(jī)在工作過(guò)程中，為了達(dá)到理想的鋪絲效果，需要對(duì)幾個(gè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行控制，包括滾輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，平臺(tái)工作臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、行程等。這些運(yùn)動(dòng)參數(shù)需要根據(jù)前一級(jí)工序生產(chǎn)速度的不斷變化進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最佳的鋪絲效果。雙擊上一行的“1”“2”試試，J(本行不會(huì)被打印，請(qǐng)

14、自行刪除)第2章 方案的選擇與論證2.1鋪絲機(jī)的技術(shù)要求所設(shè)計(jì)的F15紡紗鋪絲機(jī)是代替以老化的。對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有嚴(yán)重影響的日本的同類產(chǎn)品，在具備原產(chǎn)品的功能外，要求新裝置能達(dá)到更好的鋪絲效果，達(dá)到更高大可靠性。要求：（1）鋪絲機(jī)的鋪絲速度為4m/s；（2）鋪絲范圍為2m。2.2原理設(shè)計(jì)與方案的選擇 原理設(shè)計(jì)根據(jù)要求和工作原理，進(jìn)行設(shè)計(jì)。鋪絲機(jī)所要完成的運(yùn)動(dòng)由橫向拉絲運(yùn)動(dòng)和縱向上的鋪絲運(yùn)動(dòng)組成，對(duì)此進(jìn)行了如下的設(shè)計(jì)構(gòu)想。1橫向：采用兩個(gè)滾筒在電機(jī)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)。嚙合（如圖2.1）而帶動(dòng)絲束，實(shí)現(xiàn)絲束的橫向拉絲移動(dòng)。2縱向：第一方案：采用工作臺(tái)在導(dǎo)軌上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)（如圖2.2），從而實(shí)現(xiàn)絲束的縱向鋪絲運(yùn)動(dòng)

15、。第二方案：采用一個(gè)擺臂式機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)（如圖2.3），從而實(shí)現(xiàn)絲束的縱向鋪絲運(yùn)動(dòng)。橫向和縱向運(yùn)動(dòng)的疊加，還有傳送帶的移動(dòng)，從而可以達(dá)到鋪絲的運(yùn)動(dòng)要求。圖2.1 嚙合運(yùn)動(dòng)示意圖圖2.2工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)圖2.3 擺臂式鋪絲機(jī)方案選擇1運(yùn)動(dòng)方案的選擇 現(xiàn)在鋪絲機(jī)的拉絲功能的實(shí)現(xiàn)選擇采用滾筒嚙合拉絲，而橫向的移動(dòng)有兩種方案可以選擇。下面以這兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。方案一 往復(fù)移動(dòng)式優(yōu)缺點(diǎn)：往復(fù)式鋪絲是往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)性有了較大改善。鋪絲比較均勻，橫向移動(dòng)速度可以比較方便的實(shí)行控制，設(shè)備的可靠性比較高。但是實(shí)行起來(lái)機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，占地比較大。方案二 往復(fù)擺臂式優(yōu)缺點(diǎn)：機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)比較容易。

16、擺臂式鋪絲機(jī)在產(chǎn)量較低時(shí)，該機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作的特點(diǎn)，且到兩邊時(shí)的沖擊也能有效控制，但在高產(chǎn)量下，其擺臂長(zhǎng)度和擺幅角度均受限制，而且隨著和的增大，到兩邊時(shí)的機(jī)械慣性增大許多，沖擊在所難免，沒(méi)有有效的辦法解決。其工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓弧，影響到鋪絲的效果。現(xiàn)在已經(jīng)有廠家生產(chǎn)出采用方案二設(shè)計(jì)的鋪絲機(jī)，但實(shí)際工作效果并不理想。這種鋪絲機(jī)所鋪的絲烘干后顏色發(fā)黃，影響了腈綸絲的生產(chǎn)質(zhì)量。鋪絲效果比較。圖2.4和圖2.5分別是擺臂式鋪絲機(jī)和往復(fù)式鋪絲機(jī)鋪絲效果示意圖，擺臂式鋪絲由于在兩端的速度慣性無(wú)法避免，勢(shì)必造成兩邊鋪絲較厚，形成不均勻鋪絲，往復(fù)是鋪絲機(jī)則無(wú)此缺陷為了保證鋪絲的質(zhì)量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性

17、，本次設(shè)計(jì)準(zhǔn)備用第一種方案作為鋪絲橫向運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方式。往復(fù)式鋪絲機(jī)的鋪絲運(yùn)動(dòng)主要由以下幾個(gè)運(yùn)動(dòng)合成：（1）往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)完成橫向鋪絲，采用簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律；（2）喂絲部分的勻速直線運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度大小決定絲層的密度；（3）烘燥機(jī)鏈板的勻速直線運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)保證了絲層的動(dòng)態(tài)連續(xù)性，形成良好的絲層，具有鋪絲均勻，連續(xù)性好，無(wú)鏤空、規(guī)程現(xiàn)象等特點(diǎn)。2控制組件的選擇本次設(shè)計(jì)中的驅(qū)動(dòng)部件由交流伺服電機(jī)和交流變頻電機(jī)兩種電機(jī)可以選擇，但從控制效果和生產(chǎn)成本的綜合因素來(lái)考慮，所設(shè)計(jì)的鋪絲機(jī)的驅(qū)動(dòng)組件采用變頻電動(dòng)機(jī)比較合適，其信號(hào)處理組件，考慮到在對(duì)鋪絲機(jī)進(jìn)行控制時(shí)所需的輸入輸出點(diǎn)數(shù)以及運(yùn)行速度等因素，選用可編程控制

18、器（PLC）來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖2.4 擺臂式鋪絲效果圖圖2.5 往復(fù)式鋪絲效果圖2.2本章小結(jié)本章給出了所要設(shè)計(jì)的鋪絲技術(shù)要求，并且提出了實(shí)現(xiàn)其要求的基本設(shè)計(jì)方案，而且對(duì)其進(jìn)行了比較和選擇，確定了基本的設(shè)計(jì)思想。往復(fù)式鋪絲機(jī)的鋪絲運(yùn)動(dòng)主要由以下幾個(gè)運(yùn)動(dòng)合成：（1）往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)完成橫向鋪絲，采用簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律；（2）喂絲部分的勻速直線運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度大小決定絲層的密度；（3）烘燥機(jī)鏈板的勻速直線運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)保證了絲層的動(dòng)態(tài)連續(xù)性，形成良好的絲層，具有鋪絲均勻，連續(xù)性好，無(wú)鏤空、規(guī)程現(xiàn)象等特點(diǎn)。第3章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 機(jī)械運(yùn)動(dòng)分析在所設(shè)計(jì)的鋪絲機(jī)裝置中，機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)包括實(shí)現(xiàn)鋪絲功能的所有主運(yùn)動(dòng)部件，附屬部

19、件即驅(qū)動(dòng)部件?，F(xiàn)在對(duì)鋪絲機(jī)所要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行分析。根據(jù)鋪絲機(jī)的基本功能要求和保障它正常工作的其他一些輔助功能要求，所設(shè)計(jì)的應(yīng)具備一下功能：1鋪絲功能從上級(jí)工序中持續(xù)不斷的拉動(dòng)腈綸絲束，并把拉出的腈綸絲均勻的平鋪在傳送帶上。工作速度應(yīng)能隨上級(jí)工序的出絲速度變化在大范圍無(wú)級(jí)可調(diào)。2保險(xiǎn)功能整套裝置的運(yùn)動(dòng)部件在工作過(guò)程中，防止超出正常位置，當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)超出正常的運(yùn)動(dòng)范圍時(shí)，系統(tǒng)停止工作。根據(jù)以上的分析，確定腈綸絲在三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)如圖3.1所示。圖3.1 鋪絲機(jī)工作示意圖由圖3-1可知，要達(dá)到滿意的鋪絲效果，腈綸絲的速度應(yīng)滿足式（3.1）。式中分別為腈綸絲在 ， 方向上的速度。為腈綸絲拉動(dòng)的速度。 +

20、= （3.1）根據(jù)對(duì)系統(tǒng)功能的分析，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用了以下的設(shè)計(jì)思想：拉絲功能通過(guò)兩個(gè)滾輪夾緊后高速旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)。而x方向的鋪絲功能則由移動(dòng)架帶動(dòng)拉絲滾輪沿 運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橐蟮碾婢]絲的拉絲速度比較快，為4m/s。相應(yīng)的，x、z兩方向的拉絲和速度也相應(yīng)的與此相等。腈綸絲在y方向上的間距由傳送帶的速度額定?？筛鶕?jù)調(diào)節(jié)傳送帶的運(yùn)動(dòng)速度來(lái)調(diào)節(jié)腈綸絲在y方向上的間距。從而使鋪絲效果比較理想。系統(tǒng)在正常的工作時(shí)，支撐架在地面固定不動(dòng)，工作臺(tái)帶動(dòng)拉絲滾輪沿方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，腈綸絲在被拉動(dòng)下落的同時(shí)不停地來(lái)回運(yùn)動(dòng)。同時(shí)由于傳送帶沿+y方向的運(yùn)動(dòng)。最后腈綸絲按“之”字形平鋪在傳送帶上。3.2機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主體部

21、件的設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的鋪絲機(jī)主要由移動(dòng)架和齒輪箱組成。齒輪箱主要完成傳遞矩和齒輪換向，使兩個(gè)拉絲滾輪加緊嚙合高速旋轉(zhuǎn)，從而拉動(dòng)腈綸絲。移動(dòng)架是鋪絲機(jī)的主體部分。它的功能是帶動(dòng)齒輪箱在x方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。1齒輪箱齒輪箱使拉絲滾輪夾緊并高速旋轉(zhuǎn)，拉動(dòng)腈綸絲。用它來(lái)實(shí)現(xiàn)腈綸在-z方向上運(yùn)動(dòng)。其基本特點(diǎn)是其機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜。幾何精度和相對(duì)位置精度要求較高，設(shè)計(jì)后的齒輪箱的簡(jiǎn)圖如圖3.2所示。拉絲滾輪工作是高速旋轉(zhuǎn)，為了拉動(dòng)腈綸絲下落，需要一定的夾緊力，所以除了保證滾輪制造時(shí)的表面圓柱度和粗糙度外安裝時(shí)還要保證較高的平行度，而滾輪是由齒輪通過(guò)軸來(lái)帶動(dòng)的，因此對(duì)軸的精度和平行度也有較高的要求。此外出于維修和更換產(chǎn)品等方

22、面的考慮，兩個(gè)拉絲滾輪的間距要求可調(diào)，利用一個(gè)快夾就可以很好的實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。這樣拉絲滾輪1通過(guò)軸直接連接在齒輪箱箱體上，而拉絲滾輪2則用一個(gè)可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)架連接。從而可以用兩個(gè)滾輪達(dá)到合緊和分開(kāi)的目的。如圖3.2，齒輪2作為主動(dòng)輪，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)同步帶驅(qū)動(dòng)。其余的齒輪嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)，方向如圖3.2所示。 3.2 齒輪箱簡(jiǎn)圖圖3.4 齒輪箱傳動(dòng)示意圖 電機(jī)為動(dòng)力源，通過(guò)同步帶把動(dòng)力傳送到軸2，使同軸的齒輪2為主動(dòng)輪。與它相嚙合的齒輪1和齒輪3傳動(dòng)，讓齒輪1和齒輪4旋轉(zhuǎn)方向反向。這樣承擔(dān)拉絲滾子的軸1和軸4可以嚙合，運(yùn)動(dòng)方向相反，達(dá)到拉絲效果。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，各個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件之間的聯(lián)結(jié)需要使用軸承。在軸系

23、部件的設(shè)計(jì)中，軸承的精度將影響軸的運(yùn)動(dòng)精度，因此軸承的選擇將在精度方面起重要作用。與滑動(dòng)軸承相比，由于滾動(dòng)軸承為滾動(dòng)摩擦，因而具有摩擦系數(shù)小、效率高、啟動(dòng)靈活、潤(rùn)滑簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。在選擇軸承類型時(shí)，一般首先考慮所承受的載荷的大小、方向、性質(zhì)和轉(zhuǎn)速的高低，其次還要考慮剛度、調(diào)心性能、結(jié)構(gòu)尺寸大小、軸承的裝卸和經(jīng)濟(jì)性等要求。具體選擇可參考以下幾點(diǎn)：（1）當(dāng)載荷較大或有沖擊載荷時(shí),宜用滾子軸承；當(dāng)載荷較小時(shí)宜用球軸承。（2）當(dāng)只受徑向載荷時(shí)，或雖同時(shí)受徑向載荷和軸向載荷，但以徑向載荷為主時(shí)，應(yīng)用向心軸承。當(dāng)只受軸向載荷時(shí)，一般應(yīng)用推力軸承，而但轉(zhuǎn)速很高時(shí)，可用角接觸軸承或深溝球軸承。當(dāng)徑向載荷和軸向載荷

24、都較大時(shí)，應(yīng)采用角接觸軸承。（3）當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，宜用球軸承；當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，可用滾子軸承，也可用球軸承。（4）當(dāng)要求支撐具有較大剛度時(shí)，應(yīng)用滾子軸承。（5）當(dāng)軸的撓曲變形大或軸承座孔不同、跨度大而對(duì)支承有調(diào)心要求時(shí)，應(yīng)選用調(diào)心軸承。（6）為了便于軸承的拆裝，可選用內(nèi)、外圈分離的軸承。（7）從經(jīng)濟(jì)角度看，球軸承比滾子軸承便宜，精度低的軸承比精度高的軸承便宜，普通結(jié)構(gòu)軸承比特殊結(jié)構(gòu)的軸承便宜。在本次設(shè)計(jì)中，根據(jù)受力情況，選深溝球軸承合適。2移動(dòng)架腈綸絲在x方向的運(yùn)動(dòng)主要由工作臺(tái)完成。它主要支撐齒輪箱、滾輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的基本部件，它既承受其他零部件的質(zhì)量和工作載荷，又要沿方x向運(yùn)動(dòng)，而且還要繞z轉(zhuǎn)動(dòng)。結(jié)構(gòu)

25、比較復(fù)雜。設(shè)計(jì)后工作臺(tái)的簡(jiǎn)圖如圖3.5所示。移動(dòng)架由驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)同步帶帶動(dòng)，在導(dǎo)軌架上沿導(dǎo)軌在方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。移動(dòng)架同時(shí)帶著齒輪箱，從而實(shí)現(xiàn)腈綸絲在方向的運(yùn)動(dòng)。圖3.5 移動(dòng)架示意圖傳動(dòng)部件及驅(qū)動(dòng)組件1傳動(dòng)部件在設(shè)計(jì)中準(zhǔn)備采用同步帶傳動(dòng)。帶傳動(dòng)是利用張緊在帶輪上的帶，借助它們之間的摩擦或嚙合，在兩軸或多軸之間傳遞運(yùn)動(dòng)。這種傳動(dòng)方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、造價(jià)低廉、不需要潤(rùn)滑以及緩沖吸振等特點(diǎn)。鋪絲機(jī)的移動(dòng)架需要往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而且移動(dòng)架的移動(dòng)速度和滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度都需要根據(jù)前級(jí)工序的速度可調(diào)。整個(gè)過(guò)程中瞬間反向時(shí)振動(dòng)較大，設(shè)計(jì)時(shí)選用同步帶傳動(dòng)。同步帶是以鋼絲繩或玻璃纖維為強(qiáng)力層，為覆以聚氫脂或丁橡膠的環(huán)

26、形帶，帶的內(nèi)周制成齒狀，使其與齒形帶輪結(jié)合，這種帶傳動(dòng)活動(dòng)比較準(zhǔn)確，對(duì)軸作用力小，結(jié)構(gòu)緊湊、耐磨、耐油性好。傳動(dòng)帶不是完全的彈性體，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后，會(huì)因伸長(zhǎng)而松弛，從而初拉力F0降低，使傳動(dòng)能力下降甚至喪失。為保證必須的初拉力，必須對(duì)帶進(jìn)行預(yù)緊。預(yù)緊裝置，可分為定期預(yù)緊裝置和自動(dòng)預(yù)緊裝置兩大類。前者簡(jiǎn)單，但考慮工作中預(yù)緊力的降低，故需要的初拉力要大。而后者在工作中能自動(dòng)調(diào)節(jié)和保持所需的預(yù)緊力，故所需初拉力小。自動(dòng)預(yù)緊又分為保持固定不變預(yù)緊力和隨外載荷變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)預(yù)緊力兩種。常見(jiàn)的裝置有：（1） 定期預(yù)緊裝置 它是利用定期改變中心距的方法來(lái)調(diào)節(jié)傳送帶的初拉力，使其重新張緊。（2） 預(yù)緊輪預(yù)

27、緊裝置 采用預(yù)緊輪進(jìn)行預(yù)緊，一般用于中心距不可調(diào)的情況下。通常預(yù)緊輪置于帶的松邊，因?yàn)橹糜诰o邊需要的預(yù)緊力大，且預(yù)緊輪也容易跳動(dòng)。這種裝置形式常用于需要增大包角或空間受到限制的傳動(dòng)中。（3） 自動(dòng)預(yù)緊裝置自動(dòng)預(yù)緊裝置是一種能隨外載荷變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)預(yù)緊力大小的裝置。帶傳動(dòng)使用時(shí)需要一定的預(yù)緊力，預(yù)緊力對(duì)其傳動(dòng)能力、壽命和軸壓力都有很大的影響。預(yù)緊力不足，傳遞載荷的能力降低，效率低，且使小帶輪急劇發(fā)熱，膠帶磨損，預(yù)緊力過(guò)大，則使帶的壽命降低，軸和軸承上的載荷增大，軸承發(fā)熱和摩損。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)位置的方式來(lái)調(diào)節(jié)張緊方式，如圖3-5所示。同步帶在松動(dòng)時(shí)，就可以通過(guò)調(diào)節(jié)定緊螺丁張緊同步帶。同

28、步帶輪選用28T10-25F和48-T10-50兩種型號(hào)。2驅(qū)動(dòng)組件機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)離不開(kāi)驅(qū)動(dòng)組件的驅(qū)動(dòng)。對(duì)于鋪絲機(jī)工作的兩個(gè)方向的基本運(yùn)動(dòng)，采用了變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。變頻電機(jī)具有精度高。轉(zhuǎn)動(dòng)/慣性比高，能承受較高的加減速、體積小、重量輕、振動(dòng)小、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際設(shè)計(jì)中選用了德國(guó)SEW公司生產(chǎn)的DT90L4-B7和DT90S4-B3兩種型號(hào)的電機(jī)，具體參數(shù)如表3-1所示。表3.1 所選電機(jī)的規(guī)格及參數(shù)額定輸出（KW）轉(zhuǎn)矩（N*m）轉(zhuǎn)速（r/m）滾輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)1.12132550825平移驅(qū)動(dòng)電機(jī)1.596144150225所選電機(jī)是交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電壓是2.8。軸的設(shè)計(jì)及校核軸系由軸以及安裝在軸上的齒輪

29、、帶輪等傳動(dòng)部件組成。主要作用是傳遞轉(zhuǎn)矩及傳動(dòng)精確的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，齒輪箱中給拉絲滾輪傳遞轉(zhuǎn)矩的軸要考慮旋轉(zhuǎn)精度以保證運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，這主要體現(xiàn)在軸的直線度、圓度和徑向跳動(dòng)方面的指針上。除了在加工中對(duì)這幾項(xiàng)指針提出較高的公差之外，還選用了能夠自動(dòng)調(diào)心的外球面深溝球軸承支撐軸的旋轉(zhuǎn)。由于軸的加工安裝誤差，以及受載后軸的撓曲變形，軸和內(nèi)外圈軸線在工作中不可能保持重合，會(huì)產(chǎn)生一定偏斜。調(diào)心指自動(dòng)補(bǔ)償軸和外殼孔中心線的相對(duì)偏斜，從而保證軸承正常工作狀態(tài)的能力。軸的設(shè)計(jì)過(guò)程以給拉絲滾輪傳遞轉(zhuǎn)矩的長(zhǎng)軸為例說(shuō)明。在鋪絲機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，在齒輪箱里給拉絲滾輪傳遞轉(zhuǎn)矩的軸很長(zhǎng)，而且考慮安裝，結(jié)構(gòu)也較其他軸復(fù)雜

30、，查閱機(jī)械手冊(cè)，按彎矩合成力矩近似計(jì)算軸的直徑，有公式（3.2）。 d=cmm （3.2）式中：t軸剖面中最大扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，Mpa；P軸傳遞的功率；N軸的轉(zhuǎn)速，r/min；C由許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力確定的系數(shù)； d軸的直徑，mm；軸的材料選用的是45鋼，C查的為106.118，t查的為30.40Mpa，根據(jù)所選的電機(jī)功率和轉(zhuǎn)速，分別帶入公式可計(jì)算得=15.29mm，根據(jù)計(jì)算的結(jié)果和實(shí)際生產(chǎn)情況，設(shè)計(jì)后的軸如圖（3.6）所示。圖3.6 長(zhǎng)軸的機(jī)械圖該軸主要給拉絲滾輪傳遞轉(zhuǎn)矩，而且軸在鉛垂面上還要承受拉絲滾輪的重力，在對(duì)該軸進(jìn)行校核計(jì)算的時(shí)候還要按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算來(lái)進(jìn)行強(qiáng)度校核，軸在鉛垂面上得受力簡(jiǎn)圖及彎矩

31、圖如圖3.7所示。圖3.7 長(zhǎng)軸的受力簡(jiǎn)圖和彎矩圖對(duì)于同時(shí)承受彎矩和轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)軸，假設(shè)計(jì)算截面上的彎矩為M，相應(yīng)的彎曲應(yīng)力，轉(zhuǎn)矩為T，相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力。根據(jù)第三強(qiáng)度理論，求出危險(xiǎn)接口的當(dāng)量應(yīng)力，其強(qiáng)度應(yīng)滿足公式（3-3）。 （3.3）式中：W抗彎剖面模量 W（）抗扭剖面模量 W（）拉絲滾輪的重約為15kg，由此計(jì)算出軸所受彎矩為M22。5N*m。而軸所受的扭矩主要是其傳遞的電機(jī)的轉(zhuǎn)矩T=21N*m。所以可以根據(jù)公式計(jì)算出 =147.Mpa, =6.8Mpa,從而可計(jì)算出 ，并且查機(jī)械手冊(cè)得到 =130Mpa， ，強(qiáng)度滿足要求。根據(jù)計(jì)算的結(jié)果和經(jīng)濟(jì)等方面的考慮，軸承選擇GB/T 276-94型號(hào)。

32、這種軸承不僅廣泛應(yīng)用，主要承受徑向載荷，也能承受一定的雙向軸向載荷，可用于交高的高速轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)心滾子軸承用GB/T 288-29，軸承承載能力大，面位角較小。3.2本章小結(jié)本章從分析鋪絲機(jī)的原理及其要實(shí)現(xiàn)的基本功能入手，進(jìn)行了鋪絲機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的主體設(shè)計(jì)和各種主要零部件的選擇，如齒輪箱及其軸和齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)，移動(dòng)架設(shè)計(jì)，傳動(dòng)零件和驅(qū)動(dòng)部件設(shè)計(jì)。并對(duì)鋪絲機(jī)中齒輪箱的長(zhǎng)軸進(jìn)行了設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核，完成了整個(gè)鋪絲機(jī)設(shè)計(jì)中的機(jī)械部分。第4章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根據(jù)鋪絲機(jī)的基本功能要求和保障它正常工作的其它一些輔助功能要求，控制系統(tǒng)應(yīng)該具有以下功能：1檢測(cè)移動(dòng)架在工作過(guò)程中的位置，使其在導(dǎo)軌上往復(fù)

33、運(yùn)動(dòng)，防止超出正常位置，移動(dòng)架超出正常的運(yùn)動(dòng)范圍時(shí)，系統(tǒng)停止工作。2防止纏絲，保證拉絲滾輪的正常工作，當(dāng)出現(xiàn)纏絲情況時(shí)，系統(tǒng)停止工作。3能夠處理由操作面板來(lái)的輸入控制信號(hào)，執(zhí)行各種操作命令，改變鋪絲工作的工作模式和工作速度，包括：（1）動(dòng)/停止按鈕 能夠手動(dòng)的開(kāi)啟和關(guān)閉整個(gè)鋪絲機(jī)系統(tǒng)；（2）手動(dòng)/自動(dòng)按鈕 能夠系統(tǒng)的手動(dòng)操作和自動(dòng)操作之間的轉(zhuǎn)換；（3）平移電機(jī)調(diào)速按鈕 能夠在手動(dòng)控制時(shí)調(diào)節(jié)平移電機(jī)的轉(zhuǎn)速；（4）滾輪電機(jī)調(diào)速按鈕 能夠在手動(dòng)控制時(shí)調(diào)節(jié)滾輪電機(jī)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)以上對(duì)鋪絲機(jī)的控制系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能的分析，鋪絲機(jī)工作流程比較復(fù)雜，不是簡(jiǎn)單的順序控制。一旦開(kāi)始正常操作以后，只有X方向運(yùn)動(dòng)的往

34、復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程是一種順序操作，而系統(tǒng)在工作中需要不停的接受傳感器檢測(cè)信號(hào)和手動(dòng)輸入信號(hào)，并經(jīng)過(guò)處理后輸出控制信號(hào)。所以鋪絲機(jī)的工作是一種順序操作和實(shí)時(shí)操作處理相結(jié)合的過(guò)程。4.2檢測(cè)部分的設(shè)計(jì)在鋪絲機(jī)系統(tǒng)中，需要監(jiān)視的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)主要有移動(dòng)架的往復(fù)運(yùn)動(dòng)以及齒輪箱中機(jī)架的位置。1往復(fù)運(yùn)動(dòng)位置檢測(cè)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行組件的自動(dòng)控制，需要執(zhí)行系統(tǒng)的反饋信號(hào)。為了保證移動(dòng)架在正常范圍內(nèi)工作，避免超出導(dǎo)軌，已造成事故，需要對(duì)極限位置進(jìn)行監(jiān)視。采用行程控制開(kāi)關(guān)來(lái)對(duì)移動(dòng)架進(jìn)行限制，當(dāng)移動(dòng)架接觸行程開(kāi)關(guān)時(shí)，行程開(kāi)關(guān)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的通斷將轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸送給可編程控制器進(jìn)行相應(yīng)的處理。圖4.1 行程開(kāi)關(guān)設(shè)置圖工作過(guò)程中，移動(dòng)架通過(guò)

35、平移電機(jī)的帶動(dòng)下在A，B行程開(kāi)關(guān)之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)移動(dòng)架運(yùn)動(dòng)到A（B）時(shí)，接觸行程開(kāi)關(guān)2（3）給可編程控制器發(fā)出信號(hào)，在可編程控制器的控制下平移電機(jī)反轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)移動(dòng)架反向，使之在A，B之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)。行程開(kāi)關(guān)3、4是為了防止發(fā)生行程開(kāi)關(guān)1、2失靈等一些以為情況而設(shè)計(jì)的，當(dāng)行程開(kāi)關(guān)3、4給出信號(hào)的時(shí)候，整個(gè)系統(tǒng)停止。2防纏絲檢測(cè)在系統(tǒng)工作中，通過(guò)兩個(gè)拉絲滾輪架加緊后的高速旋轉(zhuǎn)來(lái)拉動(dòng)絲束，但實(shí)際工作中有可能發(fā)生纏絲現(xiàn)象。為了防止纏絲，對(duì)拉絲滾輪進(jìn)行了特殊的機(jī)械設(shè)計(jì)（見(jiàn)第2章齒輪箱設(shè)計(jì)部分）其中一個(gè)滾輪固定，而另一個(gè)滾輪可通過(guò)機(jī)架繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。正常工作時(shí)，兩個(gè)滾輪之間的間距在一定范圍內(nèi)變化，（間距可通過(guò)實(shí)

36、際工作中觀察調(diào)整）當(dāng)發(fā)生纏繞時(shí)，兩滾輪之間的間距超出一定正產(chǎn)范圍。防纏絲的檢測(cè)也是通過(guò)設(shè)置行程開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)兩滾輪的間距變大時(shí)，其中一個(gè)固定不動(dòng)，而另一個(gè)通過(guò)機(jī)架繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使機(jī)架的角度發(fā)生變化，接觸行程開(kāi)關(guān)，從而給出信號(hào)，使系統(tǒng)停止。154.3控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的控制部分主要是通過(guò)PLC對(duì)各種輸入信號(hào)進(jìn)行集中處理，然后發(fā)出相應(yīng)的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出信號(hào)。通過(guò)分析，可以得到PLC對(duì)系統(tǒng)的控制框圖如圖4-2所示。圖4.24.4本章小結(jié)本章從分析鋪絲機(jī)控制系統(tǒng)所要完成的基本功能入手，對(duì)鋪絲機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并完成了控制系統(tǒng)中的控制框圖。完成設(shè)計(jì)后的鋪絲機(jī)裝置是典型的具備高自動(dòng)化、智能化、操

37、作簡(jiǎn)單、控制方便的機(jī)電一體化設(shè)備。結(jié) 論本文對(duì)腈綸鋪絲生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行了分析，根據(jù)機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，從機(jī)械結(jié)構(gòu)上對(duì)傳統(tǒng)的腈綸鋪絲裝置進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一種新型的鋪絲裝置?？偨Y(jié)一個(gè)學(xué)期來(lái)的工作，得出了如下結(jié)論：1腈綸鋪絲裝置所要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了分析，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際采用了機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)方法，把要設(shè)計(jì)的鋪絲機(jī)分為機(jī)械部分和控制部分，并對(duì)機(jī)械部分做了詳盡的設(shè)計(jì)。2設(shè)計(jì)機(jī)械部分，從分析鋪絲機(jī)所要完成的遠(yuǎn)動(dòng)入手，完成了機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，本著考慮生產(chǎn)成本，可靠性強(qiáng)等方面，選擇了執(zhí)行電機(jī)，并根據(jù)電機(jī)的輸出的轉(zhuǎn)矩，對(duì)軸進(jìn)行了強(qiáng)度校核。3從分析鋪絲機(jī)的原理及其要實(shí)現(xiàn)的基本功能入手，進(jìn)行了鋪絲機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的主體設(shè)計(jì)和各種主要零部件的選擇，如齒輪箱及其軸和齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)，移動(dòng)架設(shè)計(jì)，傳動(dòng)零件和驅(qū)動(dòng)部件設(shè)計(jì)。并對(duì)鋪絲