毕业设计(雨辰)织机定张力卷布装置的设计【全套图纸】

雨辰教育本科生毕业设计（论文）PAGEPAGE35目录中英文摘要、关键词················································································(1)前言·········································································································(2)第1章综述···························································································(3)第1.1节我国纺织业及纺织机械行业发展概述·······································(3)第1.2节现有卷布装置调查与分析·························································(6)第2章定张力卷布机构方案设计··························································(10)第2.1节大卷取装置总体方案设计······················································(10)第2.2节定张力机构方案设计······························································(11)第3章定张力卷布机构结构设计··························································(14)第3.1节链传动设计·············································································(14)第3.2节摩擦离合器设计·····································································(17)第3.3节花键设计················································································(19)第3.4节弹簧设计················································································(21)第3.5节轴承的选用·············································································(23)第3.6节齿轮设计················································································(24)第3.7节轴的强度校核·········································································(28)第3.8节定张力机构的三维装配模型···················································(31)第4章总结与体会··············································································(33)参考文献·································································································(34)致谢········································································································(35)附录：机构装配图与零件工作图·····························································(36)任务书、中期检查表、文献综述、外文文献及中文翻译稿答辩记录表、成绩评定表

摘要摘要：论述了织机大卷取装置的设计原理,设计了可以进行大布卷卷取的机外卷布装置；为在卷取过程中维持布中张力恒定，提高布卷质量，本设计提出了一种带力矩补偿机构的卷布装置，此装置具有结构简单、性能优越、安装调整方便等优点。对其进行了详细的结构设计，并完成机构三维模型的建立。关键词：织机；机外卷布装置；定张力机构；设计；三维建模AbstractAbstract：Describethetheoryoflargepackageofloom;designtheoutsideconvolutionmechanismtogetlargepackage;inordertokeepthefacetensionpermanentandimprovequalityofthecloth,thisdesigndevelopsanewconvolutionmechanismwithcompensativemechanismofmoment;thismechanismissimple,goodandconvenientoffixingandoperating.Keywords:loom;outsideconvolutionmechanism;permanenttensionmechanism；design;modeling

前言卷布装置是织机的一个重要组成部分，其作用是在布织好后将其有序收集起来。为了减少上轴数量、布机停台时间，减少布的浪费和用工，提高生产效率，增加经济效益。希望每个布卷能卷绕更长的布，本文对此提出机外大卷布装置的设计方案。为提高布卷质量，在卷取过程中要维持布中张力基本恒定，很多设计采用了诸如单独恒转矩电动机或无级调速电动机甚至采用电气控制箱等方法对张力进行控制，而这无疑会使结构复杂、成本过高、使用调整不便。而本文提出一种机械式带力矩补偿机构的定张力卷布机构，其卷布力矩能随布卷直径的增大而增大从而维持布中张力基本恒定。并完成其各个零部件的具体设计及三维建模。第1章综述第1.1节我国纺织业及纺织机械行业发展概述（一）我国纺织业发展现状纺织业在我国的国民经济发展中一直占据着重要地位,棉纱、棉布、呢绒、丝织品、化纤、服装等产量均居世界第一位，服装出口也多年始终保持着世界第一位。中国已成为全球纺织领域中最引人注目的地区之一。近几年来我国纺织品出口量稳步增长，我国规模以上纺织企业经营状况日渐好转，亏损面不断下降。在原材料、劳动力价格上涨、出口退税下调、人民币升值等诸多因素的影响下，我国纺织品服装出口的绝对数量仍然保持稳步上升态势。1.我国纺织业发展中存在的问题：（1）要素成本上升，整个行业的盈利空间缩小。近年来，我国纺织行业的生产原料、劳动力成本、商务经营成本逐渐上升，而纺织品及服装的市场需求却受到竞争压力不能盲目调高价格，致使销售成本增速水平快于销售收入增速水平，销售成本占销售收入的比重逐渐上升，行业利润被逐渐削弱。目前我国纺织行业的平均利润率仅为3%。（2）人民币汇率升值，使得我国纺织品服装产品出口价格优势减弱。长期以来，我国纺织品服装的出口价格优势是保障其具备国际竞争力的重要因素。而随着人民币的升值，纺织产品的出口价格优势正在减弱，虽然企业可通过提高产品价格的方式来传递一部分升值的影响，但企业的议价能力将随着人民币升值幅度的提高而递减。（3）贸易摩擦和制裁，给纺织品服装出口带来一定的负面影响。这两年我国与欧美市场一度僵持的纺织品贸易争端，使得一些欧美买家将其订单转移到了印度、东南亚等市场。这在一定程度上影响了我国对欧美市场纺织品服装出口的增长。而一些国家对我国频繁使用反倾销等贸易保护手段，也影响了我国的纺织品出口环境。比如一些外向型纺织企业拿不到足够的订单。于是，部分纺织企业将目光转向了国内市场，一些出口转内销的产品价格大幅跳水，结果将导致企业的利润空间被压缩，一些企业甚至将面临倒闭的厄运。（4）由于投资增长过快造成的产能过剩提升了行业的经营风险，这些问题的解决需要政府和企业人士的共同努力。2.我国纺织业发展前景（1）国内经济持续快速增长，必将进一步拉动我国纺织品市场需求。近几年我国GDP实际增长都稳定在8%以上；而完善社保、提高最低工资、保护农民工利益等措施力度的不断加大，加上居民收入的持续提高，预计以后几年社会消费品零售总额增长将继续加快。（2）世界经济继续走强，必将促进国际贸易的进一步增长，我国纺织出口，仍将面临国际经济贸易持续增长的有利环境的支持。（3）但我国纺织业的发展也面临一些不利因素，首先，人民币继续升值，将给纺织品服装出口带来压力。从而给纺织出口企业带来压力。其次欧美设限和贸易摩擦带来的不稳定的贸易环境，客观上给我国纺织主要竞争对手提供了难得的发展机遇，使得我国纺织出口增长面临着严峻考验。3.我国纺织业发展出路企业必须向高附加值的方向对出口产品结构进行优化，通过增强创新等渠道来寻求新的竞争优势。要实现从纺织大国到强国的转变，应在稳定市场份额的前提下，通过加快行业结构调整、促进产业升级、鼓励企业提高自主创新能力、加大新产品开发投入、积极培育自主品牌建设、规范环保、劳动用工及社会保障等方面来提升行业的整体竞争力。（二）我国纺织机械行业发展形势由于我国是一个纺织大国，这就决定我国纺织机械需求量很大。据统计，全球纺织机械一半在中国，中国为全球纺织机械最大买家。但我国自己品牌纺织机械的竞争力很有限。比如，德国的纺织机械年产40亿欧元，出口的占90％多；意大利纺织机械年产35亿欧元，出口的占70％。韩国出口到亚洲的就占其产值的75％。而我国纺织机械出口的仅占全部的15％，而同年进口的纺织机械则为当年出口额的8．5倍。这就说明了两个问题，一是我国的纺织机械仍然处于“内向型”，二是纺织机械依然有比较广阔的市场。但是，如何进入市场、占领市场则值得我们认真思考。不过近年来我国纺织机械产品的竞争力逐步上升，一些设备不但基本满足国内生产需求，而且对外出口逐年增长。这些国产设备由于具有较高的性价比，不但为我国节约了大量的外汇，而且为纺织企业降低设备成本、赢得效益做出了重要贡献。从去年我国纺织机械进口金额来看，其趋势依然下滑。各企业的进口额也呈负增长。这说明国产纺机在技术上取得的进步已为纺织企业所认可。国产纺机今后有较大的施展空间，只是不能再延续以往的低水平。国内、国际市场对我国纺织机械产品的需求稳增，且政策面扶持力度加大，因此国内纺织机械业整体向好的趋势将保持不变。我国纺织机械业开拓国际市场将是重点。但是我们与国外的差距不容回避。技术装备整体上比国际水平低，精梳机、无梭织机、自动络筒机、气流纺、喷气织机主要依靠进口，紧密纺设备国内生产的质和量上不能满足需求。去年的一份统计资料也显示了国内纺织企业对这些国外先进设备的强劲需求，所以，我们必须提高自己的技术水平，进行有效的创新，增强国际竞争力。（三）我国纺织机械行业发展的出路和方向1.我国纺织机械发展的根本出路是进行科技创新，以市场需求为导向，生产出高档次设备。提高产品附加值，增强竞争力。技术升级迫在眉睫，走新型工业化道路是我国纺织工业“十一五”规划的核心思想。要提高生产效率，改进产品质量，实现产业的整体升级。（1）把质量做好，将其贯穿于纺织机械产品技术、过程技术和组织技术的全过程，贯穿于纺织机械的零件、部件加工的各个工序，及产品总装、调试直到用户现场的安装调试和售后服务工作的全过程。要真正把纺织机械产品做“好”。（2）要培养人才，留住人才，使他们创业有机会，工作有平台，发展有空间。可以组织实施产学研相结合，使科研开发、院校教育与生产实践紧密结合，使科研教学有的放矢，使科研教学项目通过生产变成生产力。（3）在开拓市场方面，要先立足内需，再发展外销。因为我国本身就是全球纺织机械的最大市场，必须先保证国内市场份额的占有率。然后走出去，参与国际竞争。2.纺织机械发展的最大方向是高速高效，高自动化。利用自动化提高生产效率，提高灵活度，改善纺织质量。而实现这些方向就要不断进行创新。另外绿色纺织更是以后纺织机械创新的方向。现在“绿色纺织”成为纺织工业发展的突出主题。提高资源利用效率，减少消耗，降低成本，有效防治污染的技术设备受到企业的欢迎；舒适、健康、可生物降解的环保型纤维受到全世界的关注。在这样的大背景下，高效、节能、环保型纺织机械成了新一代纺织机械的发展方向。（1）“高效”是新一代纺织机械发展的目标。为适应产业国际化竞争，现在纺织企业都希望在保证生产质量的前提下，尽可能提高效率，使得高效率，高速度的纺织机械成为发展趋势。如新型剑杆织机的引纬率、精梳机的钳次、转杯纺的转速等近年来得到迅速发展和提高；继清梳联之后，粗细联、细络联等设备将成为新的投资热点；与此同时高效成套设备的生产线也成为发展的重点。（2）节能型纺织机械与技术的发展潜力很大，如无水或少用水的印染、印花机械，在线监测自动控制温度的烘干设备，节能型空气滤尘设备、节能型的空调及节电机、变频器等都深受欢迎。现在企业在进行技术改造设备选型时，节能是一个是非常重要的标准。（3）环保型纺织机械与技术主要涉及清洁生产和废弃物两大方面。前者为“源头预防”，后者为“末端治理”。所谓清洁生产，是指改进设计，使用清洁能源和原料，采用先进的工艺技术和设备，通过改善管理，综合利用等措施从源头削减污染，减少或避免生产、销售及产品使用过程中污染物的产生和排放；而废弃物的处理主要是对纺织生产过程中行形成的“废物”进行回收再利用、可分解处理获焚化销毁，而不污染空气。高效、节能、环保型纺织机械的开发是一个长期的任务，必然带来设计理念的变革，需要机械制造企业及时跟踪行业发展趋势，熟悉纺织工艺的变化，根据纺织企业的需求进行产品研发。通过数学计算，在200-1200范围内是的增函数，即F1在时取到最大值。N所以，此链传动设计满足要求。(三)张紧轮的设计为了避免链条在垂度过大时产生啮合不良，同时为了增加链条与链轮的啮合包角，常对链传动进行张紧。张紧的方法很多，当链传动的中心距可以调整时，可通过调节中心距来控制张紧程度。当中心距不能调整时，可设置张紧轮或在链条磨损变长后从中取掉一、二个链节。在这里设计张紧轮进行张紧。张紧轮一般紧压在松边靠近小链轮处，张紧轮可以是链轮也可以是无齿的滚轮。其直径略小于小链轮直径。本设计采用比较简单的无齿滚轮作为张紧轮，并通过弹簧进行自动张紧。其作用原理是先将此张紧轮固定在机架上适当的位置，链条从两张紧轮之间穿过，由于扭转弹簧的作用即可将链条张紧。张紧轮的结构如图3-3所示图3-3第3.2节摩擦式联轴器的设计此处所用摩擦式联轴器即为摩擦离合器，机械式摩擦离合器靠主、从动部分的结合件间的摩擦力传递转矩。有片式、圆锥式、块式、鼓式、涨圈式等形式。片式摩擦离合器的优点是转矩大时可采用多片，应用广泛，这里我们选用片式（如图3-4所示）。图3-41.选择摩擦副材料：内外摩擦盘采用45钢摩擦片采用摩擦系数较大的石棉基摩擦材料，厚度为2.根据结构确定摩擦片内径，外径3.求平均速度式中：n——离合器所在轴的转速。代入数据算得m/s4.求计算转矩式中：T——离合器所在运转中传递的最大工作转矩,经计算为131Nm；S——离合器安全系数，这里取2；Km——离合器接合频率系数，取1；Kv——滑动速度系数，取1.5。代入数据算得计算转矩N•mm5.求摩擦副数式中：f——摩擦系数，取为0.3；[p]——摩擦副许用压强，取为0.25MPa；Kz——摩擦副个数系数，取为1。代入数据算得=1.56所以摩擦副数量至少为2，但经过后面的验算发现摩擦副数太少使摩擦面上的压力很大，会造成相关零件尺寸很大，影响设计。在此将主、从动片数均设计为3，即摩擦副数为5。6.散热计算一般只对接合频繁的离合器进行散热计算，由于本设计中的离合器没有频繁接合，故不进行散热计算。设计的离合器模型如图3-5：图3-5第3.3节花键的设计（一）花键的尺寸设计摩擦离合器内摩擦盘安装在轴上要求可以有轴向的移动，选择花键连接方式。1.花键形式的选择：花键有矩形花键和渐开线花键:矩形花键的对中性、导向性好，定心精度高，定心稳定性好。能用磨削的方法获得较高的精度，加工方便，应用广泛。渐开线花键：工艺性好，易于定心，适用于载荷较大定心精度要求较高及轴径尺寸较大的联接。在这里选择应用普遍、加工方便的矩形花键，如图3-6所示。并选择轻系列。2．花键规格的确定：根据轴的尺寸确定其规格为：N×d×D×B=8×36×42×7图3-63.花键精度为：外花键8×36f7×40a11×7d10内花键8×36H7×40H10×7H9形位公差为：花键的工作面有位置度和对称度要求，标注如图3-7：图3-7（二）花键联结强度计算花键的主要失效形式是工作面被压溃（静联结）或工作面过度磨损（动联结）。因此，静联结通常按工作面上的挤压应力进行强度计算，动联结则按工作面上的压力进行条件性的计算。在此定张力机构中，花键工作面之间是有相对滑动的，但是其相对滑动速度非常小，而且滑动的距离也很小。在进行校核是仍把它看作静连接。花键静联结的强度条件为式中：——载荷分配不均匀系数，与齿数多少有关，一般取，齿数多时取偏小值；本设计中齿数为8不多，取；——花键的齿数；；——齿的工作长度，单位为mm；本设计中；——花键齿侧面的工作高度，对于矩形花键，此处为花键的大径，为花键的小径，为倒角尺寸，单位为mm；本设计中mm；——花键的平均直径，对于矩形花键；mm；——花键链接的许用挤压应力，单位为MPa，查表得花键在使用和制造情况良好齿面经热处理时其许用挤压应力可达MPa；代入数据进行计算得：所以此花键设计满足强度要求。第3.4节弹簧的设计摩擦离合器的初始输出转矩由其末端的压簧和调整螺母设定，此初始输出转矩即为卷取辊上基本无布时维持布中张力为预期值所需的输出轴输出转矩，能通过拧松或拧紧调整螺母方便地设定。此处即根据所需的初始输出转矩来设计弹簧。圆柱螺旋压缩弹簧的主要几何尺寸有弹簧丝直径d、弹簧中径D2、节距t及有效圈数等。1.弹簧材料的选择：选用D级碳素弹簧钢丝。2.确定弹簧中径根据安装弹簧处轴的直径尺寸和螺母垫圈的尺寸确定弹簧中径D2=50mm。3.确定弹簧丝直径为确定弹簧丝直径，要先求出作用于弹簧上的力F。此力为使摩擦离合器具有初始转矩所需的压力。可通过对摩擦离合器进行受力分析求得：摩擦离合器传递的初始转矩为21.83NmN弹簧丝截面上最大剪切应力为式中：Ks——理论曲度系数,计入弹簧螺旋角的影响，对理论曲度系数Ks进行修正，引入修正曲度系数K1得到弹簧丝的剪切、扭转强度条件为由于K1与d相关，不容易直接求出d的极值，先初步取d=4.5mm,此时其抗拉强度为MPa，许用切应力为代入数据计算：MPa满足条件。4.求圈数根据轴的结构尺寸确定弹簧的长度在50mm左右。初定5为圈。计算弹簧的单圈变形量mm综上，设计弹簧的节距为12mm.有效圈数为55.验算稳定性弹簧的长细比,符合稳定性条件。所设计的弹簧如图3-8所示图3-8第3.5节轴承的选用1.输出链轮与输入轴之间需要有相对转动，所以在轴向上需要一推力轴承。由于相对转速低，轴向载荷较小。所以选择推力球轴承。型号选为51208。其设计模型如图3-9。图3-92.因为输出链轮与输入轴之间有相对转动，它们之间需要径向轴承，为了控制径向尺寸不会过大，选用滚针轴承，而且为无内圈的，直接利用输入轴表面起到内圈的作用，如图3-10所示。型号选为RNA69/32。滚针直径为3.5mm，长13.8mm。轴承联接处轴颈直径取为40mm，轴承其他尺寸参照轴承标准。图3-10图3-113.其他支撑轴的地方都采用普通型号的深沟球轴承，其设计模型如图3-11所示，各轴承的具体型号在定张力机构的装配图中给出。第3.6节齿轮的设计（一）齿轮参数设计由于驱动卷布辊处齿轮副的前面各级传动机构可以较好的满足传动比要求，为简化此齿轮设计将两齿轮设计为齿数相同的，参照类似设计案例初定齿轮模数为m=2.5，齿数为z=48。材料为45钢（调质）硬度为240HBS。对其进行强度校核。1.因为此齿轮传动为开式，进行齿根弯曲疲劳强度的校核：弯曲强度的设计公式为确定公式内的各计算数值(1)齿轮的弯曲疲劳强度极限FE=380MPa；(2)齿轮传递的最大转矩为T1=300Nm(3)应力循环次数(4)弯曲疲劳寿命系数(5)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.3MPa(6)计算载荷系数K(7)查取齿形系数(8)查取应力校正系数2.代入数据计算得=0.24所选模数符合条件。所设计齿轮如图3-12所示：图3-12(二)齿轮的精度设计1.确定精度等级由于卷布机构对齿轮的传动要求不高，参照其他织机的相关设计，将齿轮的三个公差组均取为8级。2.确定检验项目及其公差值第Ⅰ公差组检验项目采和第Ⅱ公差组检验项目采用和第Ⅲ公差组检验项目采用3.确定齿厚上、下偏差（1）确定最小极限侧隙设齿轮材料为45钢，线膨胀系数为，箱体材料为HT200，线膨胀系数为，齿轮和箱体工作温度为30度。（2）计算齿厚上偏差式中：=0.5IT8=0.5×0.054=0.027很小，将代号取为Emm（3）计算齿厚公差和齿厚下偏差齿厚公差为式中：的值经查表得IT9代入上式得：齿厚下偏差为：所以选择齿轮齿厚下偏差代号为H，故修约后齿轮齿厚下偏差为：mm齿轮精度及侧隙代号为8EHGB10095-88（4）公法线平均长度极限偏差的换算。若用公法线平均长度偏差代替齿厚偏差来检验侧隙情况，需要进行换算，公法线的公称长度和跨齿数用下式进行计算，所以公法线平均长度及其极限偏差为：4.确定齿坯技术要求齿轮内孔尺寸精度为IT7，定基本偏差为H，为eq\o\ac(○,E)(具有配合要求，故选包容要求）。顶圆可以作加工找正基准，但因不测齿厚、故不作测量基准，公差定为h8，径向跳动公差为0.015，端面也作加工定位基准，圆跳动公差也为0.015。第3.7节轴的强度校核在初步完成结构设计后通常对轴进行校核计算，此处选择对将运动由定张力机构传到卷布辊的中间轴进行强度校核。由于此轴同时承受弯矩和扭矩，所以按弯扭合成强度条件进行校核。1.作出轴的计算简图（力学模型）：将作用在齿轮、链轮及轴承上的分布载荷简化为集中力，其作用点取为载荷分布段的中点。图3-13轴的载荷分析图当布卷直径达到最大时，齿轮受力最大，圆周力N,径向力N。轴中扭矩N•mm。链轮上受到的力N。采用理论力学的方法求出两轴承处的支反力，FNH1=6366.4N，FNV1=2613.3N，FNH2=3838.4N，FNV2=793.3N。轴的受力简图如图3-13种1所示。2.作出弯矩图：分别在水平面和垂直面内计算各力产生的弯矩，并按计算结果分别作出水平面上的弯矩图（图2）和垂直面上的弯矩图（图3）；然后按下式计算总弯矩并作出图（图4）3.作出扭矩图：如图5所示。由上图可以看出：在第一个轴承处弯矩最大，将此处作为校核的危险截面。4.校核轴的强度已知轴的弯矩和扭矩后，可针对某些危险截面作弯扭合成强度校核计算。按第三强度理论，计算应力对于直径为d的圆轴，弯曲应力，扭转切应力，将和带入上式，则轴的弯扭合成强度条件为式中：——轴的计算应力，单位为MPa；——轴所受的弯矩，单位为N•mm——轴所受的扭矩，单位为N•mm——轴抗弯截面系数，单位为mm3，对于圆形截面——对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，根据该轴材料为45钢并经调质处理查表得其许用弯曲应力为=60MPa。由已知数据计算得N•mmN•mmN•mmN•mmmm3MPa所以此轴校核结果为合格。第3.8节定张力卷布机构的装配模型设计时在Pro/E平台上建立零件的三维模型并进行装配（一）定张力卷布机构的装配模型先完成各个零件的建模，然后再进行装配，完成的定张力卷布机构的装配模型如下图所示（两轴的轴承都安装在机架上，由于机架不在本设计内容中，暂时将其空置，同时因为链条的三维建摸和装配比较复杂，在此两个链轮上没有装配链条）此机构运行时即由织机母机传过来的运动通过链条带动左侧的链轮转动，左侧链轮通过摩擦离合器带动右侧的小链轮转动。右侧链轮再带动中间轴轴2运动，此中间轴通过一个悬臂的齿轮带动卷布辊轴运转从而进行卷布。（二）定张力机构分解图1.轴1装配件的分解图如下图所示2.中间轴轴2的分解图结构如下图所示：3.定张力机构端部的压紧机构及分解图如下所示：第4章总结与体会本文提出的带力矩补偿机构的织机卷布装置在理论上能很好地实现定张力卷布的目的。同时根据工作条件运用一些机械设计方法对各零件进行了详细的分析、设计。当然，由于种种条件所限，暂时还不能将其制造出来进行实际的工作效果分析。在整个设计过程中，每一步骤我都认认真真地把它做好，从老师布置任务到找资料、定方案、查手册，再到零件的设计和建模，都一点一点完成。设计过程中，不管是一个小螺栓还是轴承、轴、键，再到齿轮、链轮的设计，还有零件的精度或者技术要求的拟定，都严格按照设计步骤，看图册，查参数及标准规定。通过本次毕业设计，更加深入的理解并掌握了机械设计的一些常用方法、知识，以及相关的设计软件和设计手册、书籍等等。在此设计中，我还自学了Pro/E三维设计软件并很快就能设计常用的零件。本来自己不会也不想用的，但在学习过程中发现它也并不难。这也让我体会到很多东西就是因为不会才去学的，不能因为不会而不用，会都是从不会开始的。当然我们要在时间精力范围之内学习对自己有帮助的东西。与此同时，在设计过程中，与同学之间的相互交流、帮助促进了大家的友谊，也使我受益匪浅。指导老师循循善诱的讲解，细心耐心的指导，严格的要求，更是我们毕业设计过程中不可缺少的，是