大卷裝卷染機設計【含5張CAD圖帶開題報告-獨家】.zip,含5張CAD圖帶開題報告-獨家,大卷裝,卷染,設計,CAD,開題,報告,獨家 大卷裝卷染機設計 Large volume filling machine 摘 要 大卷裝卷染機又稱大卷輪染缸，是應用較早的一種棉麻類織物的染色機械。除了用于染色之外，大卷裝卷染機還可用織物的退漿、煮練、漂白、洗滌等處理。由于它用途廣泛、結構簡單、價格低廉、又適用于小批量多品種生產，所以在印染廠應用較為廣泛。隨著生產的發(fā)展和科技的進步，大卷裝卷染機的設計也發(fā)生了許多重大的改變。從制造材料，到機械結構、機械傳動、自動化程度、加工能力等方面，都發(fā)生了較大的改變，得到了重大的發(fā)展和提高。大卷裝卷染機的主要結構部件為機械傳動部件、減速器、卷布輥、檢測輥等機械部件，結合實際情況，根據(jù)實際生產過程中的需求，選擇最具有使用價值的方案。 關鍵詞：大卷裝卷染機 機械傳動 減速器 卷布輥 檢測輥 49 Abstract The large roll dyeing machine is also used as a dyeing machine for cotton hemp fabric.In addition to dyeing, the large volume retainer can also be used for the desizing, boiling, bleaching, washing and so on.Due to its wide use, simple structure, low price and suitable for small batch and multi-variety production, it is widely used in printing and dyeing factories.With the development of production and the progress of science and technology, the design of large volume dyeing machine has also undergone many important changes.From manufacturing materials, to mechanical structure, mechanical transmission, automation degree, processing capacity and other aspects, has undergone a major change, has been greatly developed and improved.Large volumes of jigger main structure parts for mechanical transmission parts, gear reducer, cloth roller, measuring roll and other mechanical parts, combined with the actual situation, according to the actual production process requirements, choose the most has the use value of package. Keywords： Large volume filling machine Mechanical drive Reducer Cloth roller Detecting roller 目 錄 摘 要 i Abstract ii 1引言 2 1．1 設計的指導思想 2 1.1.1 對初始卷染機的缺陷，進行改進 2 2機械部件總體設計 3 2.1機械傳動系統(tǒng)方案的選擇 3 2.2 主機結構設計 3 2.2.1 確定兩卷布輥的中心距 3 2.2.2確定浴槽容積 5 2.2.3主機結構設計 6 2.3機械部件設計 6 2.3.1機械傳動部件設計 6 2.3.2減速器設計 27 2.3.3浴槽部件設計 30 2.4卷布輥部件設計 31 2.4.1部件裝配圖設計 31 2.4.2卷布輥結合件設計方法 32 2.5 檢測輥部件設計 38 2.5.1 部件設計要點 38 2.5.2 檢測輥強度校核 39 結論 42 參考文獻 43 致 謝 44 1 引言 卷染機又稱染缸，是應用較早的一種棉麻類織物的染色機械。除了用于染色之外，卷染機還可用于織物的退漿，煮練、漂白、洗滌等處理。由于它用途廣泛、結構簡單、價格低廉，又是適用于小批量多品種生產，所以在印染廠應用較為廣泛。 伴隨著生產技術的發(fā)展和科技的進步，卷染機的設計也發(fā)生了許多重大的改進。從制造用的材料，到結構、傳動、自動化程度，加工范圍等，都發(fā)生了較大的變化，得到了重大的發(fā)展和提高。 20世紀把九十年代，西方工業(yè)發(fā)達國家把現(xiàn)代技術應用到卷染機的設計中，研制出“大卷裝卷染機”這種卷染機的最大特征是卷裝容量大，布卷的最大直徑可達1400mm。而當時我國應用廣泛的M125型卷染機的最大卷徑僅為550mm，卷裝容量僅為其1/6.5。印染廠使用大卷裝卷染機，既可提高生產效率,降低成本,也有利于減小卷間的色差。 1．1 設計的指導思想 產品的研制應以市場需求為導向。市場需要什么規(guī)格與大小的卷染機，我們就研制什么規(guī)格的卷染機。由于最大布卷直徑是機器的基礎參數(shù)，所以需根據(jù)直徑參數(shù)從頭開始，進行設計。 1.1.1 對初始卷染機的缺陷，進行改進 初始大卷裝卷染機的設計，基本上是成功的。尤其是采用磁粉離合器傳動，使布料織物的速度和張緊程度得到了閉環(huán)控制，這是卷染機的創(chuàng)新也使大卷裝卷染機的織物質量得到提升。由于復雜程度的提升，其暴露出的缺陷是故障率較高。1.1.2 卷染機常見問題 1） 磁粉離合器故障率較高。磁粉離合器雖然適用于卷繞傳動機構，但對印染廠的潮濕、高溫、空氣中有微量的腐蝕性氣體等條件并不完全適應，經常發(fā)生許多故障：主軸密封失效，使磁粉進入滾動軸承；冷卻水密封失效，磁粉腔進水勵磁線圈密封失效，使線圈受潮發(fā)生電路故障。 2） 檢測輥軸承易損，使用壽命短。 3） 下導布輥軸承因在染液中運行，無法潤滑，磨損嚴重，使用壽命短。  2機械部件總體設計 2.1機械傳動系統(tǒng)方案的選擇 在卷染機的設計當中，最重要的一項技術：在機器運轉過程中，當織物直徑不斷變化時，織物的張力和運轉速度保持恒定。 現(xiàn)階段國內外的傳動系統(tǒng)大致分為幾類： （1） 機械傳動 HENRIKSEN公司的卷染機，在齒輪傳動鏈中采用螺旋彈簧控制摩擦輥與摩擦盤的摩擦力，使得張力與運轉速度保持恒定。 （2） 液壓傳動 液壓泵、比例電磁閥以及液壓馬達實現(xiàn)無極調速，控制張力與運行速度。采用這種控制方式的產品較多。 （3） 直流電動機傳動 是采用硅整流-直流電動機-減速器傳動 （4） 交流電動機-變頻調速傳動 交流電動機傳動和交流變頻調速傳動是國內最新的產品，傳動的優(yōu)異處很多。 2.2 主機結構設計 2.2.1 確定兩卷布輥的中心距 卷染機在工作時，織物總是在兩個卷布輥上轉來轉去。當一個織物的直徑達到最大值時，另外一個織物的直徑為最小值。兩織物的中心距沒有標準規(guī)定，設計時應保證在卷繞的過程中兩卷布輥的外徑一直都留有適當?shù)拈g隙。同時這個間隙又不能過大，否則會導致卷染機的外形尺寸增大。 經過實驗和計算證實，當兩個織物的直徑相等時，其間隙最小，因此計算卷布的容量為最大值，而兩布卷的直徑相等時的布卷直徑。下面求計算公式，計算簡圖如圖1所示。 圖1等卷徑計算圖 顯然，在織物卷繞的整個過程中織物的總長度是不變的，所以兩個布卷（包括兩卷布輥）的橫截面面積之和是個常數(shù)。由此可得計算公式： 式中------卷繞中兩布卷直徑相等的卷徑； Dmin------布卷的最小直徑，Dmin1=300mm,Dmin=350mm，Dmin3=400mm; Dmax------布卷的最大直徑，Dmax=1200mm. 由上式可以得到計算式： 將Dmin和Dmax代入，得在 由上式的三個得數(shù)可知，其差別不是很大，最大差值有為20mm。為了簡化設計，方便計算，因此取最大值作為設計的依據(jù)。 兩卷布輥中心距按下式計算： 計算式中 n-----安全因數(shù)，n=1.064（經驗數(shù)據(jù)）。 代入公式得 經圓整，取兩卷布輥中心距H=950mm。 卷繞中兩布卷的最小間隙為 2.2.2確定浴槽容積 浴槽的容積可按浴比確定，普通卷染的浴比一般為1：（3-4）。但大卷裝卷染機由于卷裝容量大，浴比量小得多。在某些工業(yè)發(fā)達國家開始以每米工作幅度的浴槽容積來代替浴比。這個概念實質上是給出被加工織物的體積與浴槽容積的比。 織物最大體積容積/浴槽最大容積=1/0.5~1/0.7 此設計方案卷染機取1/0.5。 以公稱直徑為180cm的機型為標準進行浴槽容積的計算： 織物的最大體積VZ為 式中 Dmin------布卷的最小直徑，Dmin=30MM； Dmax------布卷的最大直徑，Dmax=120mm； L-------織物的最大寬幅，以公稱直徑代用，則L=180mm。 代入上式得到： 浴槽的最大容積： 2.2.3主機結構設計 雖然市面上生產的卷染機型號不同，但主機的結構都是大同小異的，都是由導布輥、卷布輥、擴幅架、浴槽、水汽管路等部件組成。 檢測輥的安裝位置是主機結構設計需要考慮到的問題，檢測輥合理的位置是在浴槽的垂直中心線上，而且處于液面以上，與布卷的最大直徑有較大的間隙，與擴幅架不干涉。最后確定的位置是：在卷布輥水平中心線下方540mm處。 下導布輥的安裝位置應按照下述要求： （1） 下導布輥為兩件，安裝后與檢測輥形成一個等腰三角形。盡量擴大三件檢測輥的中心距，以增大織物在液面下的浸沒的長度，從而提高染色效率 （2） 織物穿入后，在穿行路線應在檢測輥的兩側，構成60度的夾角，因此使兩側織物的張力的合力進行分解。 （3） 注意與輥筒下面的水氣管路留有適當間隙，從而方面織物的穿過。 2.3機械部件設計 2.3.1機械傳動部件設計 卷染機的設計最主要的就是設計傳動系統(tǒng)。 1. 傳動系統(tǒng)的條件 （1）傳動鏈必須符合前面所提出的織物運行速度30-140 m/min這一范圍，同時在此范圍內可無級調整。 （2）必須符合前面中提出的織物張力控制范圍，因公稱寬度不同，此范圍分別是： 公稱寬度為120-200cm時，張力為100-600N; 公稱寬度為220-260cm時，張力為150-800N； 公稱寬度為280-360cm時，張力為200-1000N. 2. 選取公稱寬度為120-200cm機型傳動鏈設計 （1）主傳動電動機的選型 主傳動電動機擬選用四極交流異步電動機。 電動機選型時必須進行功率計算 1）機器正常運轉時電動機功率計算。按下式計算： 計算式中： Nr-----驅動卷布輥收卷時，電動機的最大功率（KW） Ncn-----傳動系統(tǒng)的輸出功率（KW） η-----傳動系統(tǒng)的總效率，設η=0.8； Kb----計算的不準確因數(shù)，Kb =1-1.6，取Kb =1.3； n-----主動卷布輥的最高轉速（r/min）,n=vmax/πDmax=37.1 r/min MΣ-----機器運轉時的各項阻力矩之和，MΣ=M1+M2+M3+M4+M5+M6 下面分別介紹各項的含義及計算： M1-----織物的最大張力力矩（kgf·m），M=600N *0.6 m=360 N·m=36.7 kgf·m M2------主動卷布輥軸承的最大摩擦力矩（kgf·m），M2=f(G1+G2)R。f為軸承的摩擦因數(shù)。根據(jù)實測，安裝后此數(shù)遠大于手冊所給的數(shù)據(jù)，軸承f=0.0275； G1-----卷布輥的估計重量（kgf），G1=130 kgf； G2-----布卷最大時，織物的重量（含液體）（kgf）。 G2值的計算方法如例子所示：設加工的織物為滌棉卡其，其單位面積質量g=260g/m2,厚度t=0.35mm,含水輕軋厚度tB=0.5mm,干基含水率（織物內所含水分的重量與絕對干燥織物重量之比）wg=100%,G2按下式計算： 式中L----------織物的最大長度（m），L=1060/tg=1060/0.5m=2120m; B-----------織物的最大寬度（m）,B=1.8m。 代入上式得到： R------軸承的回轉直徑（m）,R=47.5mm=0.0475m。 代入公式得到： M3----檢驗輥軸承摩擦力矩（kgf·m）,按下式計算： 計算式中 f----軸承摩擦因素，f=0.0275 G----檢測輥估計重量，G=28kgf; P-----織物的最大張力對軸承的作用力，并計算簡圖如圖所示 圖2 織物最大張力對軸承的作用力 由此得 R---軸承的回轉半徑，R=19.25mm=0.01925m。 各值代入公式得到 M4----------下導布輥軸承摩擦力矩，按下式計算： 計算式中 n-----下導布輥數(shù)目，n=2; f------軸承摩擦因數(shù)，f=0.12; P------導布輥的重量和織物張力最大值的合力。 下圖F為輥筒承受織物張力的合力?？椢飶妮佂采洗┬袝r，其內邊的位置是固定不變的，但是外邊的位置則是隨著布卷直徑的變化而變化，所以織物張力雖然恒定，但導布輥所承受的織物張力的合力卻是不斷變化的。當織物的外邊與內邊平行時，此時合力為最大值，其傾角α=60o。最大張力的合力Fmax參照下式公式計算： 圖3 導布輥重量與織物最大張力的合力 圖中G為輥重，G=27kgf。 作力的平行四邊形ABCD，AB邊為Fmax，AD邊為G，對角線AC為此二力的合力。由C點做CE垂直AB，于是 即輥筒軸承所承受的徑向力P=99.94kgf R-----軸承的內圓半徑（m）,R=12.5mm=0.0125m； 代入公式： M5------擴幅架的壓布輥軸承摩擦力矩（kgf·m），按下式計算“” 計算式中 n-----壓布輥的數(shù)量，n=2； f-----壓布輥軸承的摩擦系數(shù)，f=0.12； P-----壓布輥軸承所承受的力。G---壓布輥的重力，G=13kgf; F-----織物張力， Q-----汽動牽引機構的牽引力形成的布卷的反作用力，Q=20kgf。 上述各力的合力P計算過程如下所示，計算簡圖如圖 圖4 壓布輥所受作用力的合力 用制圖法計算：由壓布輥中心點作線與張力平行，且使。由點引張力的平行力,使。由點作布卷反作力的平行線,使。由點作輥筒重力的平行線，使。連接線，即為諸力的合力。用制圖的比例尺測量的長度，即可得合力的粗略數(shù)值，。 用解析法計算：，,,， 由，得。根據(jù)正弦定理，由得,即，故，得，, ,。由得。根據(jù)余弦定理得 —軸襯內孔半徑（），。 代入公式得 —被動卷布輥軸承的摩擦力矩。此力矩與磁粉離合器的制動力矩相加，形成織物張力，已在中計算，故不再計算。 阻力矩之和： 機器在正常運行時電動機的最大功率是： 2）機器起動過程中電動機功率計算。卷染機運轉時，織物總是在兩個卷不輥上卷來卷去，每一次變更織物的運行方向，都要經過一次制動和起動過程，所以卷染機的電動機在工作時總是處于頻繁的起動狀態(tài)，故應計算卷染機的起動功率。 在起動過程中，電動機除了要克服前述的織物張力和摩擦阻力之外，還要克服機器的慣性力矩。此慣性力矩按下式計算： 計算式中 ----構件的轉動慣量； ----構件的角加速度。 卷染機在起動過程中，構成慣性力矩的構件分別是：布卷、卷布輥（2件）、檢測輥。 設置起動參數(shù)： 啟動時間：設起動時間為10s。染整機械的起動時間一般控制在10s之內，此設計之所以如此選擇有兩個因素：首先是因為布卷的轉動慣量較大，其次是為了避免產生起動沖擊。 末速度： 計算式中 —織物最高運行速度，； —末速度差值因數(shù)，，取。 代入上式得： 下面分別計算各構件的慣性力矩： —布卷的慣性力矩，按下式計算： 計算式中 —布卷的轉動慣量。通常，啟動時主動卷布輥上的布卷為最小值，被動卷布輥上的布卷為最大值，故布卷外徑，內徑，長度，重量（含液體），有 ----布卷質量，； ----布卷外圓半徑，； ----布卷內圓半徑，。 則 ----布卷的角加速度，。，，故。 代入公式得 ----被動卷布輥慣性力矩，按下式計算： 式中 ----被動卷布輥轉動量，。 式中各值為： m2------卷布輥質量，m2=130kg； R--------卷布輥外圓外徑，R2=0.15m; r2--------卷布輥內圓半徑，r2=0.1425m 代入公式： Mg3-----z主動卷布慣性力矩（N·m），按下式計算 計算式中：js3-----主動卷布輥的傳動慣量 ε3-----主動卷布輥的角加速度，ε3=1.54rad/s2 代入公式得到： Mg3=-2.782kg·m2×1.54rad/s2=-4.2843N·m Mg4----檢測輥慣性力矩（N·m），按下式計算： 計算式中 j4----檢測輥的轉動慣量 ε4------起動時檢測輥的角加速度,? ε4?=4.?36rad/s2。 代人公式得, Mg5-----下導布輥的慣性力矩(N.m), 按下式計算:Mg5?=-nJs5ε5 計算式中 n-------下導布輥數(shù)量,?n=2; Js5------下導布輥的轉動慣量 計算式中各值:? m5-----下導布輥的質量,m5?=27kg;? R5-----輥筒外圓半徑,?R5=0.05m; ?r5-----輥筒內圓半徑,?r5?=0.045m 代人公式得, 擴幅架之壓布輥慣性力矩(N.m),按下式計算: ε6----壓布輥起動時角加速度, 代人公式得, Mg6= -2x0.0102kg?·m2?x7.?7rad/s2?=-0.?1571N·m 各構件慣性力矩之和: ΣMg?= Mg1?+Mg2?+Mg3?+Mg4+Mg5?+Mg6 =-?(146.?08?+?1.0711?+4.?2843?+?0.?3122?+?0.?5646?+?0.?1571)N?·m = -152.?47N.m. 根據(jù)以上計算的機器起動時慣性力矩和前節(jié)所計算的阻力矩,計算電動機的起動功率: 式中 Kb-------計算的不準確因數(shù),取K,=1.3; -----各項阻力矩之和， =40.06=393; ---各構件慣性力矩之和， = 152 47; n -------主動卷布輥的最高轉速，n=37.1r/min; ------傳動系統(tǒng)的總效率，=0.8。 代人公式得 由于機器運轉時電動機頻繁起動，所以應按功率消耗較大的起動功率來選擇電動機。 選用的電動機型號: Y112M-4，4kw,1440r/min。 (2) 磁粉離合器的選型 機器運行時，主動卷布輥上的卷繞直徑由0.3m逐漸增大到1.2m,但織物運行的線速度卻應保持恒定: 被動卷布輥上的卷繞直徑由1.2m逐漸減小到0 3m,但織物的張力也應保持恒定。所以控制速度和張力的兩臺磁粉離合器，都是處于連續(xù)滑差運轉狀態(tài)。 處于連續(xù)滑差運轉狀態(tài)下的磁粉離合器，按如下三個參數(shù)來選擇: 轉速范圍、轉矩范圍、滑差功率。 磁粉離合器的轉速范圍計算。磁粉離合器的轉速范圍很寬，一般為0~1500r/min.但是如應用的范圍偏高，則滑差功率就偏大，發(fā)熱和磨損亦偏大。所以，用在連續(xù)滑差運轉狀態(tài)下的磁粉離合器應盡量降低其轉速，但是最低輸出轉速應不低于15-20r/min,否則可能使控制不夠穩(wěn)定。 計算出卷布輥轉速范圍:卷布輥的最小卷徑為0.3m,最大卷徑為12m?？椢锏倪\行速度最小為30m/min,最大為140m/min。由此可得: 卷布輥的最低轉速: 卷布輥的最高轉速: 調速比: 此調速比在磁粉離合器的調速比范圍之間，故采用磁粉離合器調速可行。 確定磁粉離合器的轉速范圍: 為了使磁粉離合器在低速區(qū)運轉，并且符合輸出軸最低轉速不低于15~20r/min 的要求，設輸出軸的最低轉速為= 15r/min,則輸出軸的最高轉速為 為了穩(wěn)定運轉，磁粉離合器的滑差轉速最小應為15r/min,故磁粉離合器輸人轉速應為 2) 磁粉離合器扭矩范圍的計算及確定。為了簡化設計，公稱寬度和張力范圍不同的三種規(guī)格的卷染機擬通用一種規(guī)格的磁粉離合器，所以在確定其轉矩時，要留有一定的余量。此余量可按下式估算: 計算式中 --------公稱寬度280~360cm 機型的最大張力，為1000N; --------公稱寬度120~200cm機型的最大張力，為600N。 代入上式得 前文已計算，卷染機起動時各構件的阻抗力矩和慣性力矩之和為 據(jù)此，可按下式計算磁粉離合器的額定轉矩: 計算式中 ----卷布輥的最高轉速，=148.5r/min; ----磁粉離合器輸出的最高轉速，=280r/min。 代人上式得 考慮磁粉離合器的轉矩留有余量，其轉矩應大于或等于 根據(jù)磁粉離合器的規(guī)格標準,確定其額定轉矩=500。 3) 機器運轉的最小張力值校核。在卷染機處理的織物中,有些薄織物要求在小張力的條件下加工，所以卷染機的最小張力值也必須得到保證。此參數(shù)由磁粉離合器的轉矩下限——空轉轉矩及卷布輥等各構件的最小摩擦力矩等因素決定。 下面進行有關參數(shù)的計算: 磁粉離合器的空轉轉矩及其對張力的影響計算: 磁粉離合器的空轉轉矩(即剩余轉矩)，系指勵磁電流為零時的轉矩，約為額定轉矩的1%以下,所以機器所選用的磁粉離合器的空轉轉矩應為: 500 x 1% = 5 N·m 實測此空轉轉矩為2 。此轉矩作用到卷布輥時的阻力矩為 由此阻力矩所形成的織物張力為 卷布輥等各構件的最小摩擦力矩，系指排除織物張力的影響，由構件重量形成的摩擦力矩。下面分別計算各構件的摩擦力矩及其所形成的織物張力: 被動卷布輥和布卷的重量所形成的摩擦力矩，及其對織物張力的影響; 已知卷布輥的重量=130kgf,布卷的最大重量=1984kgf,前已計算此兩者的摩擦力矩為=2.76。 由此形成的織物張力的最大值為 當布卷最小時，此兩者的重量和為130kgf,其摩擦力矩為 = 0.0275 x 130 x0.0475= 0.17 由此形成的織物張力的最小值為 檢測輥的重量所形成的摩擦力矩，及其對織物張力的影響: 由此形成的織物張力為 下導布輥的重量所形成的摩擦力矩，及其對張力的影響: 由此形成的織物張力 大小為 擴幅架壓布輥的重量所形成的摩擦力矩，及其對張力的影響: 由此形成的織物張力為 由上列各項計算可知，織物的最小張力值隨布卷直徑的變化而在下述范圍內變動: = (6.55 +45.1+2.74 +15.9 + 12.7)N = 83N(布卷最大) = (26.2 +11.1+2.74 + 15.9 +12.7)N =68.64N(布卷最小) 上述規(guī)定公稱寬度為120~200cm 的機型，其最小張力為100N,即機器的最小張力變動范圍68.64~83N,符合技術條件的規(guī)定,故設計可行。 4) 磁粉離合器的滑差功率計算?；罟β适谴欧垭x合器的重要技術參數(shù)之一。它是使磁粉離合器產生溫升的重要熱源之一，所以在磁粉離合器選型時，要對此參數(shù)進行計算和校核。特別是用在卷染機這種連續(xù)滑差運轉狀態(tài)下，此項計算和校核尤為重要。 被動卷布輥(放卷) 滑差功率計算: 磁粉離合器以傳動鏈與被動卷布輥相連，控制放卷時的恒張力運行。其滑差功率(W) 按下式計算: 式中 ----織物運行的最高速度(m/min), = 140m/min; ----織物運行的最大張力(kgf),F=600N=61.2kgf。 代人上式得 P=0.164x140x61.2W = 1405W = 1.4kW 主動卷布輥(收卷) 滑差功率計算: 這種傳動與前者不同,其滑差功率不是恒定的,而是隨卷徑的增大而增大。最大滑差功率(W) 按下式計算: P = 1. 03Mn 式中 M——磁粉離合器的最大滑差轉矩, 。其中，為織物最大張力， =61.2kgf; 為布卷最大卷徑，= 1.2m; i為磁粉離合器至卷布輥的傳動比，。代入上式：。 n-----磁粉離合器最大滑差轉速，。 其中， 為磁粉離合器的輸入轉速， =295r/min; 為磁粉離合器輸出的最低轉速， = 15r/min。代人上式: n= (295-15)r/min =280r/min。 代人上式得 P = 1.03 x 19.46 x 280W = 5612W = 5.6kW 前節(jié)已選定的CF50B 型磁粉離合器，其最大滑差功率為8kW,可滿足機器運轉的要求。 (3) 傳動鏈設計 在前兩節(jié)的計算中，已確定了如下各參數(shù): 1) 電動機為Y112M--4 型，4kW,1440r/min。 2) 磁粉離合器為CF50B 型,額定轉矩為500 ,輸入轉速no=295r/min,輸出轉速 范圍n = 15~280r/min。 3) 卷布輥的轉速范圍n =7.95~ 148.5r/min。根據(jù)上列參數(shù)即可進行傳動鏈設計。 1) 設計電動機至磁粉離合器間的傳動鏈。設傳動鏈為三級傳動，傳動比為 式中 --------磁粉離合器的輸入轉速； ------電動機額定轉速； ~ --減速器的齒輪傳動； 、----鏈傳動。 ~分為兩條傳動鏈，分別驅動兩臺磁粉離合器。 2) 設計磁粉離合器至卷布輥的傳動鏈。傳動鏈為一級，分左右兩條,由兩磁粉離合器分別傳動到兩卷布輥。傳動比為 計算式中 ----卷布輥轉速; ~--鏈傳動 ; -----磁粉離合器的輸出轉速。 由計算結果可知，卷布輥的計算轉速與其設定值幾乎相等，故設計可行。 其中的關鍵在于，在減速器的輸出軸上安裝的鏈輪和并非直接與軸連接，而是經過超越離合器。兩超越離合器和的結構和尺寸相同,但安裝方向相反，所以傳遞轉矩的方向也相反。當電動機順時針方向轉動時(從電動機軸頭方向觀察),減速器的輸出軸也順時針轉動，超越離合器鎖緊，帶動鏈輪順時針轉動，經鏈條和鏈輪使磁粉離合器的輸入軸也順時針轉動，輸人轉速為297.5r/min。此時超越離合器處于滑脫狀態(tài)。當磁粉離合器的勵磁線圈通電后，其輸出軸也隨著順時針轉動，并通過鏈輪礦和石g 驅動前卷布輥也順時針轉動，從而使織物在輥筒的外圓上卷繞，稱為“收卷”。隨著勵磁電流的調節(jié)，磁粉離合器的輸出軸的轉速也可在15~280r/min 范圍內調節(jié)。而卷布輥則在8~149r/min 的范圍內旋轉，從而使織物產生30~ 140m/min 可調節(jié)的運行速度。隨著織物的運行，后卷布輥也順時針旋轉,輥筒外徑上的布卷的卷徑隨之減小，稱為“放卷”。后卷布輥軸端的鏈輪轉動時，通過鏈條,逆?zhèn)鲃拥芥湕l，帶動磁粉離合器的輸出軸也順時針轉動。但是它的輸人軸軸端安裝的超越離合器,在順時針旋轉時處于制動狀態(tài)，所以輸人軸不能順時針轉動，所以當勵磁線圈通入勵磁電流后，磁粉離合器的轉矩就成了制動力矩，用來控制織物張力，其控制范圍為100~600N。 當電動機逆時針轉動時，減速器的輸出軸也逆時針旋轉,超越離合器處于鎖緊狀態(tài)，帶動鏈輪逆時針轉動，通過鏈輪驅動磁粉離合器的輸入軸也逆時針轉動(其軸端的超越離合器,在逆時針轉動時處于滑脫狀態(tài))，輸人轉速為297.5r/min。當勵磁線圈通電后，其輸出軸也隨之逆時針轉動，通過鏈輪、 驅動后卷布輥逆時針轉動，從而使織物反向運行，把織物卷繞在后卷布輥上。而前卷布輥被織物拉動，也逆時針轉動，并驅動磁粉離合器的輸出軸同向轉動。而其輸人軸軸端的超越離合器處于制動狀態(tài)，所以磁粉離合器控制的轉矩就成為制動力矩，用來控制織物張力。 這樣，隨著電動機不斷地正向和反向運轉,織物就在兩個卷布輥上卷來卷去。織物在運動過程中，在浴槽的液面下反復穿行，從而完成染色處理(見圖2-5)。 (5) 傳動系統(tǒng)主要零件強度校核 1) 減速器齒輪強度校核。在減速器的齒輪中，承受的轉矩較大，因此應校核其強度。 齒輪的參數(shù)如下: 模 數(shù) m= 3mm, 齒數(shù)z=25,齒寬b=30mm,材料為45 鋼(熱處理: 調質，齒部高頻淬火，40~45HRC)。 彎曲疲勞強度校核: 計算式中 ----齒根危險截面彎曲應力() ; K------截荷因數(shù),k=1.3~1.5,取k=1.4; ----齒輪所傳遞的轉矩(),=i,其中為電動機輸出轉矩(), =975; 為電動機功率(kW),N=4kW; n 為電動機轉速(r/min), n = 1440r/min; ; i為由電動機至齒輪的傳動比,i= 。 B-----齒寬(mm),b=30mm; ——齒輪分度圓直徑(mm), =75mm ; M——齒輪模數(shù)(mm),m =3mm; Y——齒形因數(shù)，Y=0.277; ——許用彎曲應力(), = 1930 = 19.3 。 代人公式得 即彎曲疲勞強度符合強度條件。 齒面接觸疲勞強度校核: 計算式中 -----齒面接觸應力( ); A-----嚙合齒輪中心距(cm),A= 12cm; i------傳動比，i= ； K----載荷因數(shù)，K=1.4; ----轉矩(), =594 ； b-------齒寬(cm) ,b =30mm =3cm; -----齒輪許用接觸應力( ) ， =7600 代人公式得 即齒面接觸應力小于許用應力,符合強度條件，設計可行。 2) 鏈條強度校核。在起動過程中,鏈條將承受最大載荷，故應按起動轉矩來校核其強度。在電動機選型計算時，已知鏈條的起動轉矩為55.6 。 設鏈輪的參數(shù)為: 齒數(shù): z=32,分度圓直徑d= 194.35mm。 節(jié)距 :p = 19.05mm。 按下式計算鏈條的靜強度安全因數(shù): 計算式中 Q------鏈條極限拉伸載荷(N),p=19.05mm 時,Q=31100N; ------有效圓周力(N), ； [n]-------許用安全因數(shù)，[n]=3~6。代人公式得 即符合強度條件,故設計可行。 2.3.2減速器設計 據(jù)前文的數(shù)據(jù)，減速器的傳動比為： ，但齒輪的模數(shù)卻不相同。L=120-200 cm機型和L=220-260 cm 機型，其減速箱齒輪模數(shù) m=3 mm;而L=280-360 cm機型，其減速機箱齒輪的模數(shù)m=3.5mm。為方便生產，降低產品的成本，故設計一種三種規(guī)格機型通用的減速器，即減速器齒輪齒輪模數(shù)一律采用m=3.5mm。 （1）減速器裝配圖設計 根據(jù)上述減速器的傳動比和確定的齒輪模數(shù)，設計的減速箱裝配圖，圖紙有畫出： 減速器雖然可為三種規(guī)格的機器共用， 1）電動機不同，可分為： 2）減速器箱體的電動機安裝止口尺寸不同 3）齒輪Z1的內孔尺寸d各不相同，但減速器的形狀和外形尺寸相同，所箱體的毛坯箱體，除齒輪Z1外的其余零件也相同，所以仍然給生產、維修帶來了許多便利。 減速箱內的齒輪和軸承采用稀油飛濺潤滑，齒輪Z2 與Z4的下緣深入到油面以下，運轉時濺起油花，潤滑各零件。為了防止漏油，減速箱上蓋和軸承蓋與箱體的結合面應該裝有石棉紙墊。Ⅱ軸的外伸軸頭有毛氈密封。 （2）Ⅰ軸強度校核 Ⅰ軸由于安裝雙聯(lián)齒輪，所以不傳遞轉矩，只承受由齒輪轉矩形成的軸端剪應力。計算簡圖所示 圖5 Ⅰ軸受力 圖中P1--------齒輪Z2承受的圓周力 P2-----齒輪Z3傳遞的圓周力 Ⅰ軸抗剪強度條件： 計算式中 τ--------危險截面剪應力 Q------危險截面承受的剪切力，危險截面為兩處 A-------每一處受截面面積，初定軸徑d=30 mm，則A=π（30/2）2 mm2=706.9 mm2=7.069 mm2。 [τ]-----許用剪應力，[τ]=（0.6~0.8）[σ]。取[τ]=0.7[σ]，材料為45鋼，[σ]=2000kgf/cm2,則[τ]=0.7×2000 kgf/cm2=1400 kgf/cm2。 代入上式得 雖然τ< <[τ]，但考慮到減速器箱軸承孔加工方便及齒輪的尺寸，仍然確定d=30mm。 （3）Ⅱ軸強度校核 a---a截面為Ⅱ軸的危險截面，該截面及承受扭矩，也承受彎矩，故應按彎矩扭合成強度計算軸徑的公式來校核軸徑尺寸是否符合強度條件。 初定d=40mm 計算式中 d-------軸的直徑 M------軸在計算截面所受彎矩，M=L·t/r，其中l(wèi)=40mm,T=241N·m,r (鏈輪Z5半徑)=76mm Ψ------校正因數(shù)，Ψ=1； T-------為軸在計算截面所受扭矩 代入計算得： 由于有單鍵槽，增大約5%： 軸徑d=40mm大于計算初值37.7mm，故符合強度條件，設計可行。 2.3.3浴槽部件設計 浴槽是卷染機的主體，俗稱染缸，用于對織物進行染色加工。它由如下零件組成：浴槽上結合件，浴槽下結合件、放水閥。 1.浴槽下結合件設計 浴槽下結合件是容納染液的溶液。在浴槽上結合件的上方，安裝著卷布輥部件。在浴槽中的液面以上安裝著檢測輥和擴幅架部件，在液面以下安裝著導布輥和水氣管路。 浴槽下結合面用1Cr18Ni9Ti鋼板焊接而成，這就是為了防止浴液中酸堿的腐蝕。鋼板厚度2mm。焊接后要進行焊縫質量檢查，不得有任何焊接缺陷。 浴槽的底板有微小的傾角，高低差為10mm，有利于將浴液放凈。底板上沒有縱橫交叉的肋板，肋板高20mm，既有利于提高浴液的加熱效率，又可以防提高了底板的剛度。 浴槽下結合件的橫截面為一個倒置的梯形，側板的外角為50o。這樣設計可減少浴槽的容積，用來達到小浴比的要求。在兩側板的外側、高度為440mm處焊接了一條貫穿全長的三角肋板。它是浴槽的安裝基準，安裝時架在橫梁上，成為浴槽的支撐點。在三角肋板的兩側，用螺栓把浴槽緊緊安裝在機架上。 浴槽下結合件的兩端板是垂直設置的。在端板的外表面焊有垂直與水平方向的肋板，以提高其剛度。 2.浴槽上結合件設計 浴槽橫截面的形狀是一個較規(guī)則的多邊形，把兩個密封門關上后，在浴槽內就構成了一個密封良好的密封的空間。這個密封的空間具有良好的保溫性能，使液面上下的溫度較為接近，從而使處于液面以上的布卷仍保持接近于染液的溫度，以完成染色的過程。 按照現(xiàn)代的染色理論，染色過程基本上分為三個階段：1.染料在染液中被吸附到纖維表面的階段；2.染料由纖維表面向纖維內部擴散的階段；3.染料固于纖維內部的階段。對于卷染機，染料被吸附到纖維表面是在液面下完成的，但由于染料由纖維表面向纖維內部擴散這個染色的重要的階段，卻是在成卷之后完成的。因為卷染機染色時織物在液面下浸沒的時間很短，而織物的運行速度很快，所以纖維表面向內部擴散只能在成卷之后完成。這種擴散需要較高的溫度進行，因為溫度高有利于織物纖維化的膨化，使纖維的空隙變大，而使得容納更多的染料分子，同時高溫可以增強分子的運動速度。 設置浴槽上結合件的重要的意義就是能使布卷保持較高的溫度，設計的重點就是高溫和密封性。 浴槽上結合件也是采用1Cr18Ni9Ti鋼板焊接而成，為了防止浴液中酸堿的腐蝕。鋼板厚度2mm。增強其剛度。 2.4卷布輥部件設計 在生產過程中，織物總是不停地在兩個卷布輥上卷來卷去，并在卷繞過程中完成洗滌、染色等各種加工，所以卷布輥部件是卷染機的主要部件。 2.4.1部件裝配圖設計 裝配圖設計要求如下： 1） 由于兩軸承座的安裝條件不好，很難保證兩軸的同軸度達到應有的精度，而且由于軸很長，工作中將產生一定的擾度，故選用了調心軸承。 2） 卷布輥結合件的工作溫度很高，故軸向的熱膨脹量很大。熱膨脹如下式計算： 式子中： 按上式計算，公稱直徑120~360cm機型的熱膨脹量為2.7~6.3mm。由于卷布輥的前端裝有感應盤，不得有軸向位移，所以將后軸設計成軸向浮動軸承。即在軸承的兩端面，留有不小于熱膨脹量的間隙S，并且后軸承座的內孔選擇與軸承配合較松的H8。 3） 由于卷布輥是在水與蒸汽的環(huán)境中運行，其軸承座應有良好的密封，所以選擇了骨架唇形密封圈進行密封，并且設有壓注油杯，以便注入潤滑油。 2.4.2卷布輥結合件設計方法 （1）卷布輥結合件結構設計，零件圖，材料名稱 表1 卷布輥結合件零件明細表 代號 零件名稱 材料 數(shù)量 1 前軸頭 1Cr18Ni9Ti 1 2 悶頭（1） 1Cr18Ni9Ti板，δ=10mm 2 3 包覆層 1Cr18Ni9Ti板，δ=2.5mm 1 4 輥筒體 20鋼無縫管，Ф299mm×7.5mm（L=120~200cm） 1 輥筒體 20鋼無縫管，Ф351mm×8mm（L=220~360cm） 1 輥筒體 20鋼無縫管，Ф402mm×9mm（L=280~360cm） 1 5 悶頭（2） Q235A板，δ=10mm 2 6 后軸頭 1Cr18Ni9Ti 1 圖示的卷布輥結合件的結構部分，實際上跟輥筒的典型結構相同。由于染液中含有酸堿成份，所以卷布輥應采用耐酸堿的不銹鋼制造。但是輥筒因外徑較大，超過了不銹鋼管的供應規(guī)格，所以采用20鋼無縫管，外徑加工后再包上不銹鋼包覆層制造。不銹鋼包覆層要求裹緊焊牢，外表經過機床加工，表面粗糙程度Ra=0.8μm。 悶頭（1）的一個端面因為外露表面，與染液接觸，所以采用不銹鋼板。而悶頭（2）不是外露件不接觸染液，為了降低成本而采用普通碳素鋼板。由于卷布輥承受的載荷較重，所以悶頭與輥筒體的內孔采用了較緊密的配合。 （2）卷布輥強度校核 一公稱直徑寬帶L=200cm機型的卷布輥為例進行校核。 初始條件： 卷布輥的重量：130kgf; 布卷（含有液體）重量：1984kgf; 卷布輥運動時要克服的摩擦力矩：40.06kgf·m; 卷布輥運轉時要克服的慣性力矩：15054kgf·m。 1）鏈輪安裝軸徑d1強度校核。軸徑d1主要承受扭矩。因為危險截面距鏈輪受力截面很近，彎矩可忽略不計，故可按扭轉強度理論計算公式校核其強度： 計算式中： d---------計算截面軸徑（mm） T---------軸所傳遞的扭矩（N·m），T=（40.066+15.54）kgf·mm=55.6kgf·m=545.4N·m； [τ]------材料許用扭轉剪應力（N/mm2）。 代入計算式中： 由于單鍵槽，軸徑擴大5%： 查工具書可得，設計時取d1=50mm>47.5mm，故設計符合強度條件。 1） 前軸頭d5軸徑強度校核。d5軸徑承受彎矩組合載荷，n-n為其危險截面。在距支點A 270mm處，彎矩等于： 圖6 卷布輥彎矩圖 計算式中： Mx-----危險截面所承受的彎矩（kgf·m）; q-----卷布輥所承受的均布載荷（kgf/mm）; c-----均布載荷作用長度（mm），c=2000mm; x-----計算截面距支點A的距離（mm）,x=270mm. 代入公式得： 危險截面強度校核，按下列公式計算： 計算式： d-------危險截面軸徑（mm）； M------危險截面承受的彎矩（N·m）,M=2799.7N·m; Ψ------校正因數(shù)，Ψ=0.6； T------危險截面承受的扭矩（N·m），T=545.4N·m； [σ-1]----材料許用彎曲應力，[σ-1]=45N/mm2 代入上式中 由表知，d5=86mm，與計算值一致，故設計可行。 2） 輥筒的悶頭安裝孔徑D2處強度校核。輥筒的外徑尺寸已確定，為300mm，所以設計時要根據(jù)強度理論要求來確定其內徑尺寸D2和D3初定D2為290mm，校核其強度。 輥筒也是承受彎扭組合載荷，m-m為其危險截面，此截面承受的彎矩按下式計算： 計算式中 M------危險截面承受的彎矩（N·m）; q-------卷布輥承受的均布載荷（N/mm）,q=1.057kgf/mm=10.37N/m; c-------均布載荷作用長度（mm）,c=2000mm; x------危險截面距支點A的距離（mm），x=(270+160)mm=430mm; a------輥筒端面到A點的距離（mm），a=270mm。 代入公式得： m-m截面的強度，可按下式計算得： 式中 a----空心軸內徑與外徑之比，a=內徑/外徑。 有上式可推導出下式 計算式中 d----筒體外徑，d=296mm M-----m-m截面承受的彎矩（N·m）,M=4326.4N·m; Ψ------校正系數(shù)，Ψ=0.6； T-----輥筒承受的扭矩，T=545.4N·m; [σ-1]---材料的許用彎曲應力（N/mm2）,鋼材為20鋼，[σ-1]=40N/mm2 代入計算式中： 由此可得到 查資料可知設計值D2=290<292.8，即使筒壁厚的設計值大于計算值，故符合要求。 3） 筒最小直徑D3強度校核。由圖可知，卷布輥結合件的最大彎矩在輥筒全長的1/2處，即L/2截面，所以應校核此截面的強度。 在L/2截面的彎矩： q-------均布載荷（N/mm）,q=1.057kgf/mm=10.37N/m; c-------均布載荷作用長度（mm）,c=2000mm; x------危險截面距支點A的距離（mm），x=(270+2000/2)mm=1270mm; a------輥筒端面到A點的距離（mm），a=270mm。 代入公式可得： 應用上述推導過程求出內徑與外徑之比a: a=0.97977 因此可得： D3=296×0.97977=290mm 查相應資料可知D3=284mm，即輥筒D3的設計值小于計算值，符合強度條件。D3的設計值的確定，D3孔徑是不經機械加工的，應根據(jù)強度要求進行計算，按最接近的無縫鋼管的尺寸確定。在確定D3尺寸之后，也可以對除了二輥筒外徑之外的其余尺寸進行修正。 2.5 檢測輥部件設計 2.5.1 部件設計要點 （1）織物運行速度的檢測原理，織物在檢測輥的外圓上穿行，與輥筒外圓構成120o包角，帶動其旋轉。由于在輥筒的外圓上加工有1mm×3mm的防滑槽，可以保證輥筒外徑的線速度與織物的運行速度完全一致。當檢測輥右軸頭端部的感應盤隨著輥筒轉動時，其端面上的磁鋼片會向霍爾元件發(fā)送脈沖信號，檢測輥每轉動一周，會向霍爾元件發(fā)送8個脈沖信號，霍爾元件接收脈沖信號后再向微機控制器反饋方波信號，微機控制器會根據(jù)反饋信號，即可算出織物的運行速度，并設定值加以比較。 （2）織物張力的檢測原理，織物在檢測輥上運行，在帶動轉動的同時，織物的張力也使它承受了徑向的作用力。受力圖所示。圖中F1與F2是作用在檢測輥上的織物張力，P為F1和F2的合力。合力P由檢測輥兩端的軸承承受，方向為垂直向下。兩個軸承承受的載荷是相等的，均為P/2.左側的軸承座是浮動軸承座，其底面與浮動架的槽底有間隙，是軸承座可在60mm寬的槽子中上下浮動。軸承承受的P/2作用力，經下連桿、上連桿、調節(jié)螺桿，最后經過指教杠桿作用到荷重傳感器桑。荷重傳感器將承受的壓力轉換為電信號。反饋給微機控制器。 圖7 檢測輥受力圖 荷重傳感器的壓力可由下式計算得出： 計算式中 G------荷重傳感器的承受壓力值； F------織物張力； α-----織物的輸出角大小，α=30o n------輥筒支撐點數(shù)量，n=2； i----直角杠桿臂長比，i=45/39。 代入公式計算得出結果： 解此式可得結果為： 即機構的設計恰好使荷重傳感器承受的壓力等于織物張力，所以傳感器反饋的數(shù)據(jù)等于織物張力的數(shù)值。 （3）正確處理檢測輥的熱膨脹問題 由于檢測器工作溫度變化大，為10~100oC,所以熱脹量變化值也很大，按下式計算可得： 5.55mm的熱脹量，對于一般機器的傳動軸而言，都是很大的數(shù)值。為了防止軸承因軸的軸向熱脹而卡死，軸承座應設計成一端是固定的，而另一端是軸向可浮動的。檢測輥的右端有感應盤和霍爾元件，兩者間應保持固定的間隙，所以檢測輥的右端軸承座是固定的，左軸承則是設計成軸向浮動的。 2.5.2 檢測輥強度校核 檢測輥所承受的載荷，除自身的重量外，還有由織物張力形成的在垂直面內的徑向作用力P。由圖可知作用力P按下面的計算式計算： 圖8 檢測輥示意圖 計算式中 F-----織物張力： α-----織物的輸入角，α=30度 代入公式得到 檢測輥的估計重量大小為： 檢測輥危險截面承受的最大彎矩 Mx為截面最大彎矩;q為均布載荷，q=G+P/c;c為均布載荷作用的總長度;x為截面距支點的距離。 代入上式 根據(jù)截面所受最大彎矩，可按下式計算截面的軸徑大?。? MW為截面所受最大彎矩，[σw]為材料的許用彎曲應力 代入各值可得： 因為上述三個數(shù)據(jù)結果大致相同，為簡化設計，故取L=360mm的計算結果確定，取d=32mm。  結 論 大卷裝卷染機機械構造主要由機械傳動部分、機械零件部分、電氣控制部分組成。機械傳動部分主要分為電動機的選擇與減速器的選擇。機械零件部分主要分為浴槽部件、密封門部件、卷布輥部件、前擴幅架部件、后擴幅架部件、擴幅架氣動牽引部件、檢測輥部件、下導布輥部件、外擴幅架部件、機架部件、汽水及染料部件，電氣控制部分分為電氣控制電路、PLC控制回路與單片機編程控制。 大卷裝卷染機是一個極其復雜的機器，在論文中，本文選取了機械傳動部分以及機械零件部分中的一部分部件進行設計，在設計中主要是根據(jù)市場的需求以及本科期間學過的課程進行設計。設計傳動部分時參考機械設計手冊，在市場的需求下，進行速度及壽命的設計，力求達到經久耐用的特性。在設計浴槽部件時，參考卷布輥的運行范圍以及布料的成色能力進行容量及空間位置布局的設計。在設計卷布輥時，計算織物的張緊力與運行速度，校核輥筒的彎曲強度及扭轉強度。同時為了提高織物的染色效率，增大輥筒的外表面面積，增大織物與染液的接觸面積，提高染色效率及成品率。在設計檢測輥時，根據(jù)織物在檢測輥上的運行規(guī)律，即織物在檢測輥的外圓上穿行，與輥筒構成120度的包角。利用已學習的材料力學的知識，計算檢測輥所需的直徑大小及校核檢測輥的安全系數(shù)。使機構的設計恰好使荷重傳感器承受的壓力等于織物張力，即傳感器的反饋數(shù)據(jù)更加接近真實的織物張緊力的數(shù)值。 根據(jù)計算的數(shù)值，對各零部件進行有效的安裝，使得各部件能在一個整體的情況下正常的運行，并對整體機器