大卷裝卷染機(jī)設(shè)計(jì)【含5張CAD圖帶開(kāi)題報(bào)告-獨(dú)家】.zip
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大卷裝卷染機(jī)設(shè)計(jì)
Large volume filling machine
摘 要
大卷裝卷染機(jī)又稱大卷輪染缸，是應(yīng)用較早的一種棉麻類織物的染色機(jī)械。除了用于染色之外，大卷裝卷染機(jī)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、又適用于小批量多品種生產(chǎn)，所以在印染廠應(yīng)用較為廣泛。隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，大卷裝卷染機(jī)的設(shè)計(jì)也發(fā)生了許多重大的改變。從制造材料，到機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)械傳動(dòng)、自動(dòng)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(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件為機(jī)械傳動(dòng)部件、減速器、卷布輥、檢測(cè)輥等機(jī)械部件，結(jié)合實(shí)際情況，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的需求，選擇最具有使用價(jià)值的方案。
關(guān)鍵詞：大卷裝卷染機(jī) 機(jī)械傳動(dòng) 減速器 卷布輥 檢測(cè)輥
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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(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想 2
1.1.1 對(duì)初始卷染機(jī)的缺陷，進(jìn)行改進(jìn) 2
2機(jī)械部件總體設(shè)計(jì) 3
2.1機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案的選擇 3
2.2 主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6
2.3機(jī)械部件設(shè)計(jì) 6
2.3.1機(jī)械傳動(dòng)部件設(shè)計(jì) 6
2.3.2減速器設(shè)計(jì) 27
2.3.3浴槽部件設(shè)計(jì) 30
2.4卷布輥部件設(shè)計(jì) 31
2.4.1部件裝配圖設(shè)計(jì) 31
2.4.2卷布輥結(jié)合件設(shè)計(jì)方法 32
2.5 檢測(cè)輥部件設(shè)計(jì) 38
2.5.1 部件設(shè)計(jì)要點(diǎn) 38
2.5.2 檢測(cè)輥強(qiáng)度校核 39
結(jié)論 42
參考文獻(xiàn) 43
致 謝 44
1 引言
卷染機(jī)又稱染缸，是應(yīng)用較早的一種棉麻類織物的染色機(jī)械。除了用于染色之外，卷染機(jī)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，又是適用于小批量多品種生產(chǎn)，所以在印染廠應(yīng)用較為廣泛。
伴隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，卷染機(jī)的設(shè)計(jì)也發(fā)生了許多重大的改進(jìn)。從制造用的材料，到結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)、自動(dòng)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(jì)把九十年代，西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家把現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用到卷染機(jī)的設(shè)計(jì)中，研制出“大卷裝卷染機(jī)”這種卷染機(jī)的最大特征是卷裝容量大，布卷的最大直徑可達(dá)1400mm。而當(dāng)時(shí)我國(guó)應(yīng)用廣泛的M125型卷染機(jī)的最大卷徑僅為550mm，卷裝容量?jī)H為其1/6.5。印染廠使用大卷裝卷染機(jī)，既可提高生產(chǎn)效率,降低成本,也有利于減小卷間的色差。
1．1 設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想
產(chǎn)品的研制應(yīng)以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向。市場(chǎng)需要什么規(guī)格與大小的卷染機(jī)，我們就研制什么規(guī)格的卷染機(jī)。由于最大布卷直徑是機(jī)器的基礎(chǔ)參數(shù)，所以需根據(jù)直徑參數(shù)從頭開(kāi)始，進(jìn)行設(shè)計(jì)。
1.1.1 對(duì)初始卷染機(jī)的缺陷，進(jìn)行改進(jìn)
初始大卷裝卷染機(jī)的設(shè)計(jì)，基本上是成功的。尤其是采用磁粉離合器傳動(dòng)，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(jī)的創(chuàng)新也使大卷裝卷染機(jī)的織物質(zhì)量得到提升。由于復(fù)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(jī)常見(jiàn)問(wèn)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(dòng)機(jī)構(gòu)，但對(duì)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(yīng)，經(jīng)常發(fā)生許多故障：主軸密封失效，使磁粉進(jìn)入滾動(dòng)軸承；冷卻水密封失效，磁粉腔進(jìn)水勵(lì)磁線圈密封失效，使線圈受潮發(fā)生電路故障。
2） 檢測(cè)輥軸承易損，使用壽命短。
3） 下導(dǎo)布輥軸承因在染液中運(yùn)行，無(wú)法潤(rùn)滑，磨損嚴(yán)重，使用壽命短。
2機(jī)械部件總體設(shè)計(jì)
2.1機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案的選擇
在卷染機(jī)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，最重要的一項(xiàng)技術(shù)：在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，當(dāng)織物直徑不斷變化時(shí)，織物的張力和運(yùn)轉(zhuǎn)速度保持恒定。
現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外的傳動(dòng)系統(tǒng)大致分為幾類：
（1） 機(jī)械傳動(dòng) HENRIKSEN公司的卷染機(jī)，在齒輪傳動(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)速度保持恒定。
（2） 液壓傳動(dòng) 液壓泵、比例電磁閥以及液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，控制張力與運(yùn)行速度。采用這種控制方式的產(chǎn)品較多。
（3） 直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng) 是采用硅整流-直流電動(dòng)機(jī)-減速器傳動(dòng)
（4） 交流電動(dòng)機(jī)-變頻調(diào)速傳動(dòng) 交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)和交流變頻調(diào)速傳動(dòng)是國(guó)內(nèi)最新的產(chǎn)品，傳動(dòng)的優(yōu)異處很多。
2.2 主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.2.1 確定兩卷布輥的中心距
卷染機(jī)在工作時(shí)，織物總是在兩個(gè)卷布輥上轉(zhuǎn)來(lái)轉(zhuǎn)去。當(dāng)一個(gè)織物的直徑達(dá)到最大值時(shí)，另外一個(gè)織物的直徑為最小值。兩織物的中心距沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證在卷繞的過(guò)程中兩卷布輥的外徑一直都留有適當(dāng)?shù)拈g隙。同時(shí)這個(gè)間隙又不能過(guò)大，否則會(huì)導(dǎo)致卷染機(jī)的外形尺寸增大。
經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算證實(shí)，當(dāng)兩個(gè)織物的直徑相等時(shí)，其間隙最小，因此計(jì)算卷布的容量為最大值，而兩布卷的直徑相等時(shí)的布卷直徑。下面求計(jì)算公式，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖1所示。
圖1等卷徑計(jì)算圖
顯然，在織物卷繞的整個(gè)過(guò)程中織物的總長(zhǎng)度是不變的，所以兩個(gè)布卷（包括兩卷布輥）的橫截面面積之和是個(gè)常數(shù)。由此可得計(jì)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(jì)算式：
將Dmin和Dmax代入，得在
由上式的三個(gè)得數(shù)可知，其差別不是很大，最大差值有為20mm。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，方便計(jì)算，因此取最大值作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。
兩卷布輥中心距按下式計(jì)算：
計(jì)算式中 n-----安全因數(shù)，n=1.064（經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)）。
代入公式得
經(jīng)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(jī)由于卷裝容量大，浴比量小得多。在某些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始以每米工作幅度的浴槽容積來(lái)代替浴比。這個(gè)概念實(shí)質(zhì)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(shè)計(jì)方案卷染機(jī)取1/0.5。
以公稱直徑為180cm的機(jī)型為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行浴槽容積的計(jì)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(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
雖然市面上生產(chǎn)的卷染機(jī)型號(hào)不同，但主機(jī)的結(jié)構(gòu)都是大同小異的，都是由導(dǎo)布輥、卷布輥、擴(kuò)幅架、浴槽、水汽管路等部件組成。
檢測(cè)輥的安裝位置是主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮到的問(wèn)題，檢測(cè)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(kuò)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(dǎo)布輥的安裝位置應(yīng)按照下述要求：
（1） 下導(dǎo)布輥為兩件，安裝后與檢測(cè)輥形成一個(gè)等腰三角形。盡量擴(kuò)大三件檢測(cè)輥的中心距，以增大織物在液面下的浸沒(méi)的長(zhǎng)度，從而提高染色效率
（2） 織物穿入后，在穿行路線應(yīng)在檢測(cè)輥的兩側(cè)，構(gòu)成60度的夾角，因此使兩側(cè)織物的張力的合力進(jìn)行分解。
（3） 注意與輥筒下面的水氣管路留有適當(dāng)間隙，從而方面織物的穿過(guò)。
2.3機(jī)械部件設(shè)計(jì)
2.3.1機(jī)械傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)
卷染機(jī)的設(shè)計(jì)最主要的就是設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)。
1. 傳動(dòng)系統(tǒng)的條件
（1）傳動(dòng)鏈必須符合前面所提出的織物運(yùn)行速度30-140 m/min這一范圍，同時(shí)在此范圍內(nèi)可無(wú)級(jí)調(diào)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(shí)，張力為100-600N;
公稱寬度為220-260cm時(shí)，張力為150-800N；
公稱寬度為280-360cm時(shí)，張力為200-1000N.
2. 選取公稱寬度為120-200cm機(jī)型傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)
（1）主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型 主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)擬選用四極交流異步電動(dòng)機(jī)。
電動(dòng)機(jī)選型時(shí)必須進(jìn)行功率計(jì)算
1）機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算。按下式計(jì)算：
計(jì)算式中： Nr-----驅(qū)動(dòng)卷布輥收卷時(shí)，電動(dòng)機(jī)的最大功率（KW）
Ncn-----傳動(dòng)系統(tǒng)的輸出功率（KW）
η-----傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率，設(shè)η=0.8；
Kb----計(jì)算的不準(zhǔn)確因數(shù)，Kb =1-1.6，取Kb =1.3；
n-----主動(dòng)卷布輥的最高轉(zhuǎn)速（r/min）,n=vmax/πDmax=37.1 r/min
MΣ-----機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的各項(xiàng)阻力矩之和，MΣ=M1+M2+M3+M4+M5+M6
下面分別介紹各項(xiàng)的含義及計(jì)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(dòng)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(shí)測(cè)，安裝后此數(shù)遠(yuǎn)大于手冊(cè)所給的數(shù)據(jù)，軸承f=0.0275；
G1-----卷布輥的估計(jì)重量（kgf），G1=130 kgf；
G2-----布卷最大時(shí)，織物的重量（含液體）（kgf）。
G2值的計(jì)算方法如例子所示：設(shè)加工的織物為滌棉卡其，其單位面積質(zhì)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(nèi)所含水分的重量與絕對(duì)干燥織物重量之比）wg=100%,G2按下式計(jì)算：
式中L----------織物的最大長(zhǎng)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(zhuǎn)直徑（m）,R=47.5mm=0.0475m。
代入公式得到：
M3----檢驗(yàn)輥軸承摩擦力矩（kgf·m）,按下式計(jì)算：
計(jì)算式中 f----軸承摩擦因素，f=0.0275
G----檢測(cè)輥估計(jì)重量，G=28kgf;
P-----織物的最大張力對(duì)軸承的作用力，并計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖所示
圖2 織物最大張力對(duì)軸承的作用力
由此得
R---軸承的回轉(zhuǎn)半徑，R=19.25mm=0.01925m。
各值代入公式得到
M4----------下導(dǎo)布輥軸承摩擦力矩，按下式計(jì)算：
計(jì)算式中 n-----下導(dǎo)布輥數(shù)目，n=2;
f------軸承摩擦因數(shù)，f=0.12;
P------導(dǎo)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。織物從輥筒上穿行時(shí)，其內(nèi)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(dǎo)布輥所承受的織物張力的合力卻是不斷變化的。當(dāng)織物的外邊與內(nèi)邊平行時(shí)，此時(shí)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(jì)算：
圖3 導(dǎo)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(duì)角線AC為此二力的合力。由C點(diǎn)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(nèi)圓半徑（m）,R=12.5mm=0.0125m；
代入公式：
M5------擴(kuò)幅架的壓布輥軸承摩擦力矩（kgf·m），按下式計(jì)算“”
計(jì)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(dòng)牽引機(jī)構(gòu)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(jì)算過(guò)程如下所示，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖
圖4 壓布輥所受作用力的合力
用制圖法計(jì)算：由壓布輥中心點(diǎn)作線與張力平行，且使。由點(diǎn)引張力的平行力,使。由點(diǎn)作布卷反作力的平行線,使。由點(diǎn)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(cè)量的長(zhǎng)度，即可得合力的粗略數(shù)值，。
用解析法計(jì)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(nèi)孔半徑（），。
代入公式得
—被動(dòng)卷布輥軸承的摩擦力矩。此力矩與磁粉離合器的制動(dòng)力矩相加，形成織物張力，已在中計(jì)算，故不再計(jì)算。
阻力矩之和：
機(jī)器在正常運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的最大功率是：
2）機(jī)器起動(dòng)過(guò)程中電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算。卷染機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，織物總是在兩個(gè)卷不輥上卷來(lái)卷去，每一次變更織物的運(yùn)行方向，都要經(jīng)過(guò)一次制動(dòng)和起動(dòng)過(guò)程，所以卷染機(jī)的電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)總是處于頻繁的起動(dòng)狀態(tài)，故應(yīng)計(jì)算卷染機(jī)的起動(dòng)功率。
在起動(dòng)過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)除了要克服前述的織物張力和摩擦阻力之外，還要克服機(jī)器的慣性力矩。此慣性力矩按下式計(jì)算：
計(jì)算式中 ----構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；
----構(gòu)件的角加速度。
卷染機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中，構(gòu)成慣性力矩的構(gòu)件分別是：布卷、卷布輥（2件）、檢測(cè)輥。
設(shè)置起動(dòng)參數(shù)：
啟動(dòng)時(shí)間：設(shè)起動(dòng)時(shí)間為10s。染整機(jī)械的起動(dòng)時(shí)間一般控制在10s之內(nèi)，此設(shè)計(jì)之所以如此選擇有兩個(gè)因素：首先是因?yàn)椴季淼霓D(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，其次是為了避免產(chǎn)生起動(dòng)沖擊。
末速度：
計(jì)算式中 —織物最高運(yùn)行速度，；
—末速度差值因數(shù)，，取。
代入上式得：
下面分別計(jì)算各構(gòu)件的慣性力矩：
—布卷的慣性力矩，按下式計(jì)算：
計(jì)算式中 —布卷的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。通常，啟動(dòng)時(shí)主動(dòng)卷布輥上的布卷為最小值，被動(dòng)卷布輥上的布卷為最大值，故布卷外徑，內(nèi)徑，長(zhǎng)度，重量（含液體），有
----布卷質(zhì)量，；
----布卷外圓半徑，；
----布卷內(nèi)圓半徑，。
則
----布卷的角加速度，。，，故。
代入公式得
----被動(dòng)卷布輥慣性力矩，按下式計(jì)算：
式中 ----被動(dòng)卷布輥轉(zhuǎn)動(dòng)量，。
式中各值為： m2------卷布輥質(zhì)量，m2=130kg；
R--------卷布輥外圓外徑，R2=0.15m;
r2--------卷布輥內(nèi)圓半徑，r2=0.1425m
代入公式：
Mg3-----z主動(dòng)卷布慣性力矩（N·m），按下式計(jì)算
計(jì)算式中：js3-----主動(dòng)卷布輥的傳動(dòng)慣量
ε3-----主動(dòng)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(cè)輥慣性力矩（N·m），按下式計(jì)算：
計(jì)算式中 j4----檢測(cè)輥的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
ε4------起動(dòng)時(shí)檢測(cè)輥的角加速度,? ε4?=4.?36rad/s2。
代人公式得,
Mg5-----下導(dǎo)布輥的慣性力矩(N.m),
按下式計(jì)算:Mg5?=-nJs5ε5
計(jì)算式中
n-------下導(dǎo)布輥數(shù)量,?n=2;
Js5------下導(dǎo)布輥的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
計(jì)算式中各值:?
m5-----下導(dǎo)布輥的質(zhì)量,m5?=27kg;?
R5-----輥筒外圓半徑,?R5=0.05m;
?r5-----輥筒內(nèi)圓半徑,?r5?=0.045m
代人公式得,
擴(kuò)幅架之壓布輥慣性力矩(N.m),按下式計(jì)算:
ε6----壓布輥起動(dòng)時(shí)角加速度,
代人公式得,
Mg6= -2x0.0102kg?·m2?x7.?7rad/s2?=-0.?1571N·m
各構(gòu)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(jì)算的機(jī)器起動(dòng)時(shí)慣性力矩和前節(jié)所計(jì)算的阻力矩,計(jì)算電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)功率:
式中 Kb-------計(jì)算的不準(zhǔn)確因數(shù),取K,=1.3;
-----各項(xiàng)阻力矩之和， =40.06=393;
---各構(gòu)件慣性力矩之和， = 152 47;
n -------主動(dòng)卷布輥的最高轉(zhuǎn)速，n=37.1r/min;
------傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率，=0.8。
代人公式得
由于機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電動(dòng)機(jī)頻繁起動(dòng)，所以應(yīng)按功率消耗較大的起動(dòng)功率來(lái)選擇電動(dòng)機(jī)。
選用的電動(dòng)機(jī)型號(hào): Y112M-4，4kw,1440r/min。
(2) 磁粉離合器的選型 機(jī)器運(yùn)行時(shí)，主動(dòng)卷布輥上的卷繞直徑由0.3m逐漸增大到1.2m,但織物運(yùn)行的線速度卻應(yīng)保持恒定: 被動(dòng)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(yīng)保持恒定。所以控制速度和張力的兩臺(tái)磁粉離合器，都是處于連續(xù)滑差運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
處于連續(xù)滑差運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的磁粉離合器，按如下三個(gè)參數(shù)來(lái)選擇: 轉(zhuǎn)速范圍、轉(zhuǎn)矩范圍、滑差功率。
磁粉離合器的轉(zhuǎn)速范圍計(jì)算。磁粉離合器的轉(zhuǎn)速范圍很寬，一般為0~1500r/min.但是如應(yīng)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(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的磁粉離合器應(yīng)盡量降低其轉(zhuǎn)速，但是最低輸出轉(zhuǎn)速應(yīng)不低于15-20r/min,否則可能使控制不夠穩(wěn)定。
計(jì)算出卷布輥轉(zhuǎn)速范圍:卷布輥的最小卷徑為0.3m,最大卷徑為12m?？椢锏倪\(yùn)行速度最小為30m/min,最大為140m/min。由此可得:
卷布輥的最低轉(zhuǎn)速:
卷布輥的最高轉(zhuǎn)速:
調(diào)速比:
此調(diào)速比在磁粉離合器的調(diào)速比范圍之間，故采用磁粉離合器調(diào)速可行。
確定磁粉離合器的轉(zhuǎn)速范圍: 為了使磁粉離合器在低速區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)，并且符合輸出軸最低轉(zhuǎn)速不低于15~20r/min 的要求，設(shè)輸出軸的最低轉(zhuǎn)速為= 15r/min,則輸出軸的最高轉(zhuǎn)速為
為了穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，磁粉離合器的滑差轉(zhuǎn)速最小應(yīng)為15r/min,故磁粉離合器輸人轉(zhuǎn)速應(yīng)為
2) 磁粉離合器扭矩范圍的計(jì)算及確定。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，公稱寬度和張力范圍不同的三種規(guī)格的卷染機(jī)擬通用一種規(guī)格的磁粉離合器，所以在確定其轉(zhuǎn)矩時(shí)，要留有一定的余量。此余量可按下式估算:
計(jì)算式中 --------公稱寬度280~360cm 機(jī)型的最大張力，為1000N;
--------公稱寬度120~200cm機(jī)型的最大張力，為600N。
代入上式得
前文已計(jì)算，卷染機(jī)起動(dòng)時(shí)各構(gòu)件的阻抗力矩和慣性力矩之和為
據(jù)此，可按下式計(jì)算磁粉離合器的額定轉(zhuǎn)矩:
計(jì)算式中 ----卷布輥的最高轉(zhuǎn)速，=148.5r/min;
----磁粉離合器輸出的最高轉(zhuǎn)速，=280r/min。
代人上式得
考慮磁粉離合器的轉(zhuǎn)矩留有余量，其轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于或等于
根據(jù)磁粉離合器的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn),確定其額定轉(zhuǎn)矩=500。
3) 機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的最小張力值校核。在卷染機(jī)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(jī)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(zhuǎn)矩下限——空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩及卷布輥等各構(gòu)件的最小摩擦力矩等因素決定。
下面進(jìn)行有關(guān)參數(shù)的計(jì)算:
磁粉離合器的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩及其對(duì)張力的影響計(jì)算: 磁粉離合器的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩(即剩余轉(zhuǎn)矩)，系指勵(lì)磁電流為零時(shí)的轉(zhuǎn)矩，約為額定轉(zhuǎn)矩的1%以下,所以機(jī)器所選用的磁粉離合器的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩應(yīng)為:
500 x 1% = 5 N·m
實(shí)測(cè)此空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為2 。此轉(zhuǎn)矩作用到卷布輥時(shí)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(gòu)件的最小摩擦力矩，系指排除織物張力的影響，由構(gòu)件重量形成的摩擦力矩。下面分別計(jì)算各構(gòu)件的摩擦力矩及其所形成的織物張力:
被動(dòng)卷布輥和布卷的重量所形成的摩擦力矩，及其對(duì)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(jì)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(dāng)布卷最小時(shí)，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(cè)輥的重量所形成的摩擦力矩，及其對(duì)織物張力的影響:
由此形成的織物張力為
下導(dǎo)布輥的重量所形成的摩擦力矩，及其對(duì)張力的影響:
由此形成的織物張力 大小為
擴(kuò)幅架壓布輥的重量所形成的摩擦力矩，及其對(duì)張力的影響:
由此形成的織物張力為
由上列各項(xiàng)計(jì)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(nèi)變動(dòng):
= (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(jī)型，其最小張力為100N,即機(jī)器的最小張力變動(dòng)范圍68.64~83N,符合技術(shù)條件的規(guī)定,故設(shè)計(jì)可行。
4) 磁粉離合器的滑差功率計(jì)算。滑差功率是磁粉離合器的重要技術(shù)參數(shù)之一。它是使磁粉離合器產(chǎn)生溫升的重要熱源之一，所以在磁粉離合器選型時(shí)，要對(duì)此參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和校核。特別是用在卷染機(jī)這種連續(xù)滑差運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，此項(xiàng)計(jì)算和校核尤為重要。
被動(dòng)卷布輥(放卷) 滑差功率計(jì)算: 磁粉離合器以傳動(dòng)鏈與被動(dòng)卷布輥相連，控制放卷時(shí)的恒張力運(yùn)行。其滑差功率(W) 按下式計(jì)算:
式中 ----織物運(yùn)行的最高速度(m/min), = 140m/min;
----織物運(yùn)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(dòng)卷布輥(收卷) 滑差功率計(jì)算: 這種傳動(dòng)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(jì)算:
P = 1. 03Mn
式中 M——磁粉離合器的最大滑差轉(zhuǎn)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(dòng)比，。代入上式：。
n-----磁粉離合器最大滑差轉(zhuǎn)速，。 其中， 為磁粉離合器的輸入轉(zhuǎn)速，
=295r/min; 為磁粉離合器輸出的最低轉(zhuǎn)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(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。
(3) 傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì) 在前兩節(jié)的計(jì)算中，已確定了如下各參數(shù):
1) 電動(dòng)機(jī)為Y112M--4 型，4kW,1440r/min。
2) 磁粉離合器為CF50B 型,額定轉(zhuǎn)矩為500 ,輸入轉(zhuǎn)速no=295r/min,輸出轉(zhuǎn)速
范圍n = 15~280r/min。
3) 卷布輥的轉(zhuǎn)速范圍n =7.95~ 148.5r/min。根據(jù)上列參數(shù)即可進(jìn)行傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)。
1) 設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)至磁粉離合器間的傳動(dòng)鏈。設(shè)傳動(dòng)鏈為三級(jí)傳動(dòng)，傳動(dòng)比為
式中 --------磁粉離合器的輸入轉(zhuǎn)速；
------電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速；
~ --減速器的齒輪傳動(dòng)；
、----鏈傳動(dòng)。 ~分為兩條傳動(dòng)鏈，分別驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)磁粉離合器。
2) 設(shè)計(jì)磁粉離合器至卷布輥的傳動(dòng)鏈。傳動(dòng)鏈為一級(jí)，分左右兩條,由兩磁粉離合器分別傳動(dòng)到兩卷布輥。傳動(dòng)比為
計(jì)算式中 ----卷布輥轉(zhuǎn)速;
~--鏈傳動(dòng) ;
-----磁粉離合器的輸出轉(zhuǎn)速。
由計(jì)算結(jié)果可知，卷布輥的計(jì)算轉(zhuǎn)速與其設(shè)定值幾乎相等，故設(shè)計(jì)可行。
其中的關(guān)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(jīng)過(guò)超越離合器。兩超越離合器和的結(jié)構(gòu)和尺寸相同,但安裝方向相反，所以傳遞轉(zhuǎn)矩的方向也相反。當(dāng)電動(dòng)機(jī)順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)(從電動(dòng)機(jī)軸頭方向觀察),減速器的輸出軸也順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，超越離合器鎖緊，帶動(dòng)鏈輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)鏈條和鏈輪使磁粉離合器的輸入軸也順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，輸人轉(zhuǎn)速為297.5r/min。此時(shí)超越離合器處于滑脫狀態(tài)。當(dāng)磁粉離合器的勵(lì)磁線圈通電后，其輸出軸也隨著順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)鏈輪礦和石g 驅(qū)動(dòng)前卷布輥也順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使織物在輥筒的外圓上卷繞，稱為“收卷”。隨著勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)，磁粉離合器的輸出軸的轉(zhuǎn)速也可在15~280r/min 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。而卷布輥則在8~149r/min 的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而使織物產(chǎn)生30~ 140m/min 可調(diào)節(jié)的運(yùn)行速度。隨著織物的運(yùn)行，后卷布輥也順時(shí)針旋轉(zhuǎn),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(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)鏈條,逆?zhèn)鲃?dòng)到鏈條，帶動(dòng)磁粉離合器的輸出軸也順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。但是它的輸人軸軸端安裝的超越離合器,在順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)處于制動(dòng)狀態(tài)，所以輸人軸不能順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，所以當(dāng)勵(lì)磁線圈通入勵(lì)磁電流后，磁粉離合器的轉(zhuǎn)矩就成了制動(dòng)力矩，用來(lái)控制織物張力，其控制范圍為100~600N。
當(dāng)電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，減速器的輸出軸也逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),超越離合器處于鎖緊狀態(tài)，帶動(dòng)鏈輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)鏈輪驅(qū)動(dòng)磁粉離合器的輸入軸也逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(其軸端的超越離合器,在逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)處于滑脫狀態(tài))，輸人轉(zhuǎn)速為297.5r/min。當(dāng)勵(lì)磁線圈通電后，其輸出軸也隨之逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)鏈輪、 驅(qū)動(dòng)后卷布輥逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使織物反向運(yùn)行，把織物卷繞在后卷布輥上。而前卷布輥被織物拉動(dòng)，也逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)磁粉離合器的輸出軸同向轉(zhuǎn)動(dòng)。而其輸人軸軸端的超越離合器處于制動(dòng)狀態(tài)，所以磁粉離合器控制的轉(zhuǎn)矩就成為制動(dòng)力矩，用來(lái)控制織物張力。
這樣，隨著電動(dòng)機(jī)不斷地正向和反向運(yùn)轉(zhuǎn),織物就在兩個(gè)卷布輥上卷來(lái)卷去?？椢镌谶\(yùn)動(dòng)過(guò)程中，在浴槽的液面下反復(fù)穿行，從而完成染色處理(見(jiàn)圖2-5)。
(5) 傳動(dòng)系統(tǒng)主要零件強(qiáng)度校核
1) 減速器齒輪強(qiáng)度校核。在減速器的齒輪中，承受的轉(zhuǎn)矩較大，因此應(yīng)校核其強(qiáng)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(diào)質(zhì)，齒部高頻淬火，40~45HRC)。
彎曲疲勞強(qiáng)度校核:
計(jì)算式中 ----齒根危險(xiǎn)截面彎曲應(yīng)力() ;
K------截荷因數(shù),k=1.3~1.5,取k=1.4;
----齒輪所傳遞的轉(zhuǎn)矩(),=i,其中為電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩(), =975; 為電動(dòng)機(jī)功率(kW),N=4kW; n 為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min), n = 1440r/min; ; i為由電動(dòng)機(jī)至齒輪的傳動(dòng)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(yīng)力(), = 1930 = 19.3 。
代人公式得
即彎曲疲勞強(qiáng)度符合強(qiáng)度條件。
齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核:
計(jì)算式中 -----齒面接觸應(yīng)力( );
A-----嚙合齒輪中心距(cm),A= 12cm;
i------傳動(dòng)比，i= ；
K----載荷因數(shù)，K=1.4;
----轉(zhuǎn)矩(), =594 ；
b-------齒寬(cm) ,b =30mm =3cm;
-----齒輪許用接觸應(yīng)力( ) ， =7600
代人公式得
即齒面接觸應(yīng)力小于許用應(yīng)力,符合強(qiáng)度條件，設(shè)計(jì)可行。
2) 鏈條強(qiáng)度校核。在起動(dòng)過(guò)程中,鏈條將承受最大載荷，故應(yīng)按起動(dòng)轉(zhuǎn)矩來(lái)校核其強(qiáng)度。在電動(dòng)機(jī)選型計(jì)算時(shí)，已知鏈條的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為55.6 。
設(shè)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(jì)算鏈條的靜強(qiáng)度安全因數(shù):
計(jì)算式中
Q------鏈條極限拉伸載荷(N),p=19.05mm 時(shí),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(qiáng)度條件,故設(shè)計(jì)可行。
2.3.2減速器設(shè)計(jì)
據(jù)前文的數(shù)據(jù)，減速器的傳動(dòng)比為： ，但齒輪的模數(shù)卻不相同。L=120-200 cm機(jī)型和L=220-260 cm 機(jī)型，其減速箱齒輪模數(shù) m=3 mm;而L=280-360 cm機(jī)型，其減速機(jī)箱齒輪的模數(shù)m=3.5mm。為方便生產(chǎn)，降低產(chǎn)品的成本，故設(shè)計(jì)一種三種規(guī)格機(jī)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(shè)計(jì) 根據(jù)上述減速器的傳動(dòng)比和確定的齒輪模數(shù)，設(shè)計(jì)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(jī)器共用，
1）電動(dòng)機(jī)不同，可分為：
2）減速器箱體的電動(dòng)機(jī)安裝止口尺寸不同
3）齒輪Z1的內(nèi)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(chǎn)、維修帶來(lái)了許多便利。
減速箱內(nèi)的齒輪和軸承采用稀油飛濺潤(rùn)滑，齒輪Z2 與Z4的下緣深入到油面以下，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)濺起油花，潤(rùn)滑各零件。為了防止漏油，減速箱上蓋和軸承蓋與箱體的結(jié)合面應(yīng)該裝有石棉紙墊。Ⅱ軸的外伸軸頭有毛氈密封。
（2）Ⅰ軸強(qiáng)度校核 Ⅰ軸由于安裝雙聯(lián)齒輪，所以不傳遞轉(zhuǎn)矩，只承受由齒輪轉(zhuǎn)矩形成的軸端剪應(yīng)力。計(jì)算簡(jiǎn)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(qiáng)度條件：
計(jì)算式中 τ--------危險(xiǎn)截面剪應(yīng)力
Q------危險(xiǎn)截面承受的剪切力，危險(xiǎn)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(yīng)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(qiáng)度校核 a---a截面為Ⅱ軸的危險(xiǎn)截面，該截面及承受扭矩，也承受彎矩，故應(yīng)按彎矩扭合成強(qiáng)度計(jì)算軸徑的公式來(lái)校核軸徑尺寸是否符合強(qiáng)度條件。
初定d=40mm
計(jì)算式中
d-------軸的直徑
M------軸在計(jì)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(jì)算截面所受扭矩
代入計(jì)算得：
由于有單鍵槽，增大約5%：
軸徑d=40mm大于計(jì)算初值37.7mm，故符合強(qiáng)度條件，設(shè)計(jì)可行。
2.3.3浴槽部件設(shè)計(jì)
浴槽是卷染機(jī)的主體，俗稱染缸，用于對(duì)織物進(jìn)行染色加工。它由如下零件組成：浴槽上結(jié)合件，浴槽下結(jié)合件、放水閥。
1.浴槽下結(jié)合件設(shè)計(jì)
浴槽下結(jié)合件是容納染液的溶液。在浴槽上結(jié)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(cè)輥和擴(kuò)幅架部件，在液面以下安裝著導(dǎo)布輥和水氣管路。
浴槽下結(jié)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(jìn)行焊縫質(zhì)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(méi)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(jié)合件的橫截面為一個(gè)倒置的梯形，側(cè)板的外角為50o。這樣設(shè)計(jì)可減少浴槽的容積，用來(lái)達(dá)到小浴比的要求。在兩側(cè)板的外側(cè)、高度為440mm處焊接了一條貫穿全長(zhǎng)的三角肋板。它是浴槽的安裝基準(zhǔn)，安裝時(shí)架在橫梁上，成為浴槽的支撐點(diǎn)。在三角肋板的兩側(cè)，用螺栓把浴槽緊緊安裝在機(jī)架上。
浴槽下結(jié)合件的兩端板是垂直設(shè)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(jié)合件設(shè)計(jì)
浴槽橫截面的形狀是一個(gè)較規(guī)則的多邊形，把兩個(gè)密封門關(guān)上后，在浴槽內(nèi)就構(gòu)成了一個(gè)密封良好的密封的空間。這個(gè)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(guò)程。
按照現(xiàn)代的染色理論，染色過(guò)程基本上分為三個(gè)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(nèi)部擴(kuò)散的階段；3.染料固于纖維內(nèi)部的階段。對(duì)于卷染機(jī)，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(nèi)部擴(kuò)散這個(gè)染色的重要的階段，卻是在成卷之后完成的。因?yàn)榫砣緳C(jī)染色時(shí)織物在液面下浸沒(méi)的時(shí)間很短，而織物的運(yùn)行速度很快，所以纖維表面向內(nèi)部擴(kuò)散只能在成卷之后完成。這種擴(kuò)散需要較高的溫度進(jìn)行，因?yàn)闇囟雀哂欣诳椢锢w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(shí)高溫可以增強(qiáng)分子的運(yùn)動(dòng)速度。
設(shè)置浴槽上結(jié)合件的重要的意義就是能使布卷保持較高的溫度，設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就是高溫和密封性。
浴槽上結(jié)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(qiáng)其剛度。
2.4卷布輥部件設(shè)計(jì)
在生產(chǎn)過(guò)程中，織物總是不停地在兩個(gè)卷布輥上卷來(lái)卷去，并在卷繞過(guò)程中完成洗滌、染色等各種加工，所以卷布輥部件是卷染機(jī)的主要部件。
2.4.1部件裝配圖設(shè)計(jì)
裝配圖設(shè)計(jì)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(dá)到應(yīng)有的精度，而且由于軸很長(zhǎng)，工作中將產(chǎn)生一定的擾度，故選用了調(diào)心軸承。
2） 卷布輥結(jié)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(jì)算：
式子中：
按上式計(jì)算，公稱直徑120~360cm機(jī)型的熱膨脹量為2.7~6.3mm。由于卷布輥的前端裝有感應(yīng)盤，不得有軸向位移，所以將后軸設(shè)計(jì)成軸向浮動(dòng)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(nèi)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(yùn)行，其軸承座應(yīng)有良好的密封，所以選擇了骨架唇形密封圈進(jìn)行密封，并且設(shè)有壓注油杯，以便注入潤(rùn)滑油。
2.4.2卷布輥結(jié)合件設(shè)計(jì)方法
（1）卷布輥結(jié)合件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，零件圖，材料名稱
表1 卷布輥結(jié)合件零件明細(xì)表
代號(hào)
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(wú)縫管，Ф299mm×7.5mm（L=120~200cm）
1
輥筒體
20鋼無(wú)縫管，Ф351mm×8mm（L=220~360cm）
1
輥筒體
20鋼無(wú)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(jié)合件的結(jié)構(gòu)部分，實(shí)際上跟輥筒的典型結(jié)構(gòu)相同。由于染液中含有酸堿成份，所以卷布輥應(yīng)采用耐酸堿的不銹鋼制造。但是輥筒因外徑較大，超過(guò)了不銹鋼管的供應(yīng)規(guī)格，所以采用20鋼無(wú)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(jīng)過(guò)機(jī)床加工，表面粗糙程度Ra=0.8μm。
悶頭（1）的一個(gè)端面因?yàn)橥饴侗砻?，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(nèi)孔采用了較緊密的配合。
（2）卷布輥強(qiáng)度校核 一公稱直徑寬帶L=200cm機(jī)型的卷布輥為例進(jìn)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(yùn)動(dòng)時(shí)要克服的摩擦力矩：40.06kgf·m;
卷布輥運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)要克服的慣性力矩：15054kgf·m。
1）鏈輪安裝軸徑d1強(qiáng)度校核。軸徑d1主要承受扭矩。因?yàn)槲ｋU(xiǎn)截面距鏈輪受力截面很近，彎矩可忽略不計(jì)，故可按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度理論計(jì)算公式校核其強(qiáng)度：
計(jì)算式中：
d---------計(jì)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(zhuǎn)剪應(yīng)力（N/mm2）。
代入計(jì)算式中：
由于單鍵槽，軸徑擴(kuò)大5%：
查工具書可得，設(shè)計(jì)時(shí)取d1=50mm>47.5mm，故設(shè)計(jì)符合強(qiáng)度條件。
1） 前軸頭d5軸徑強(qiáng)度校核。d5軸徑承受彎矩組合載荷，n-n為其危險(xiǎn)截面。在距支點(diǎn)A 270mm處，彎矩等于：
圖6 卷布輥彎矩圖
計(jì)算式中：
Mx-----危險(xiǎn)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(zhǎng)度（mm），c=2000mm;
x-----計(jì)算截面距支點(diǎn)A的距離（mm）,x=270mm.
代入公式得：
危險(xiǎn)截面強(qiáng)度校核，按下列公式計(jì)算：
計(jì)算式：
d-------危險(xiǎn)截面軸徑（mm）；
M------危險(xiǎn)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(xiǎn)截面承受的扭矩（N·m），T=545.4N·m；
[σ-1]----材料許用彎曲應(yīng)力，[σ-1]=45N/mm2
代入上式中
由表知，d5=86mm，與計(jì)算值一致，故設(shè)計(jì)可行。
2） 輥筒的悶頭安裝孔徑D2處強(qiáng)度校核。輥筒的外徑尺寸已確定，為300mm，所以設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)強(qiáng)度理論要求來(lái)確定其內(nèi)徑尺寸D2和D3初定D2為290mm，校核其強(qiáng)度。
輥筒也是承受彎扭組合載荷，m-m為其危險(xiǎn)截面，此截面承受的彎矩按下式計(jì)算：
計(jì)算式中
M------危險(xiǎn)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(zhǎng)度（mm）,c=2000mm;
x------危險(xiǎn)截面距支點(diǎn)A的距離（mm），x=(270+160)mm=430mm;
a------輥筒端面到A點(diǎn)的距離（mm），a=270mm。
代入公式得：
m-m截面的強(qiáng)度，可按下式計(jì)算得：
式中 a----空心軸內(nèi)徑與外徑之比，a=內(nèi)徑/外徑。
有上式可推導(dǎo)出下式
計(jì)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(yīng)力（N/mm2）,鋼材為20鋼，[σ-1]=40N/mm2
代入計(jì)算式中：
由此可得到
查資料可知設(shè)計(jì)值D2=290<292.8，即使筒壁厚的設(shè)計(jì)值大于計(jì)算值，故符合要求。
3） 筒最小直徑D3強(qiáng)度校核。由圖可知，卷布輥結(jié)合件的最大彎矩在輥筒全長(zhǎng)的1/2處，即L/2截面，所以應(yīng)校核此截面的強(qiáng)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(zhǎng)度（mm）,c=2000mm;
x------危險(xiǎn)截面距支點(diǎn)A的距離（mm），x=(270+2000/2)mm=1270mm;
a------輥筒端面到A點(diǎn)的距離（mm），a=270mm。
代入公式可得：
應(yīng)用上述推導(dǎo)過(guò)程求出內(nèi)徑與外徑之比a:
a=0.97977
因此可得：
D3=296×0.97977=290mm
查相應(yīng)資料可知D3=284mm，即輥筒D3的設(shè)計(jì)值小于計(jì)算值，符合強(qiáng)度條件。D3的設(shè)計(jì)值的確定，D3孔徑是不經(jīng)機(jī)械加工的，應(yīng)根據(jù)強(qiáng)度要求進(jìn)行計(jì)算，按最接近的無(wú)縫鋼管的尺寸確定。在確定D3尺寸之后，也可以對(duì)除了二輥筒外徑之外的其余尺寸進(jìn)行修正。
2.5 檢測(cè)輥部件設(shè)計(jì)
2.5.1 部件設(shè)計(jì)要點(diǎn)
（1）織物運(yùn)行速度的檢測(cè)原理，織物在檢測(cè)輥的外圓上穿行，與輥筒外圓構(gòu)成120o包角，帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)。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(yùn)行速度完全一致。當(dāng)檢測(cè)輥右軸頭端部的感應(yīng)盤隨著輥筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其端面上的磁鋼片會(huì)向霍爾元件發(fā)送脈沖信號(hào)，檢測(cè)輥每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，會(huì)向霍爾元件發(fā)送8個(gè)脈沖信號(hào)，霍爾元件接收脈沖信號(hào)后再向微機(jī)控制器反饋方波信號(hào)，微機(jī)控制器會(huì)根據(jù)反饋信號(hào)，即可算出織物的運(yùn)行速度，并設(shè)定值加以比較。
（2）織物張力的檢測(cè)原理，織物在檢測(cè)輥上運(yùn)行，在帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，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(cè)輥上的織物張力，P為F1和F2的合力。合力P由檢測(cè)輥兩端的軸承承受，方向?yàn)榇怪毕蛳?。兩個(gè)軸承承受的載荷是相等的，均為P/2.左側(cè)的軸承座是浮動(dòng)軸承座，其底面與浮動(dòng)架的槽底有間隙，是軸承座可在60mm寬的槽子中上下浮動(dòng)。軸承承受的P/2作用力，經(jīng)下連桿、上連桿、調(diào)節(jié)螺桿，最后經(jīng)過(guò)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(zhuǎn)換為電信號(hào)。反饋給微機(jī)控制器。
圖7 檢測(cè)輥受力圖
荷重傳感器的壓力可由下式計(jì)算得出：
計(jì)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(diǎn)數(shù)量，n=2；
i----直角杠桿臂長(zhǎng)比，i=45/39。
代入公式計(jì)算得出結(jié)果：
解此式可得結(jié)果為：
即機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(cè)輥的熱膨脹問(wèn)題 由于檢測(cè)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(jì)算可得：
5.55mm的熱脹量，對(duì)于一般機(jī)器的傳動(dòng)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(yīng)設(shè)計(jì)成一端是固定的，而另一端是軸向可浮動(dòng)的。檢測(cè)輥的右端有感應(yīng)盤和霍爾元件，兩者間應(yīng)保持固定的間隙，所以檢測(cè)輥的右端軸承座是固定的，左軸承則是設(shè)計(jì)成軸向浮動(dòng)的。
2.5.2 檢測(cè)輥強(qiáng)度校核
檢測(cè)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(nèi)的徑向作用力P。由圖可知作用力P按下面的計(jì)算式計(jì)算：
圖8 檢測(cè)輥示意圖
計(jì)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(cè)輥的估計(jì)重量大小為：
檢測(cè)輥危險(xiǎn)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(zhǎng)度;x為截面距支點(diǎn)的距離。
代入上式
根據(jù)截面所受最大彎矩，可按下式計(jì)算截面的軸徑大小：
MW為截面所受最大彎矩，[σw]為材料的許用彎曲應(yīng)力
代入各值可得：
因?yàn)樯鲜鋈齻€(gè)數(shù)據(jù)結(jié)果大致相同，為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，故取L=360mm的計(jì)算結(jié)果確定，取d=32mm。
結(jié) 論
大卷裝卷染機(jī)機(jī)械構(gòu)造主要由機(jī)械傳動(dòng)部分、機(jī)械零件部分、電氣控制部分組成。機(jī)械傳動(dòng)部分主要分為電動(dòng)機(jī)的選擇與減速器的選擇。機(jī)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(kuò)幅架部件、后擴(kuò)幅架部件、擴(kuò)幅架氣動(dòng)牽引部件、檢測(cè)輥部件、下導(dǎo)布輥部件、外擴(kuò)幅架部件、機(jī)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(jī)編程控制。
大卷裝卷染機(jī)是一個(gè)極其復(fù)雜的機(jī)器，在論文中，本文選取了機(jī)械傳動(dòng)部分以及機(jī)械零件部分中的一部分部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中主要是根據(jù)市場(chǎng)的需求以及本科期間學(xué)過(guò)的課程進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)傳動(dòng)部分時(shí)參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，在市場(chǎng)的需求下，進(jìn)行速度及壽命的設(shè)計(jì)，力求達(dá)到經(jīng)久耐用的特性。在設(shè)計(jì)浴槽部件時(shí)，參考卷布輥的運(yùn)行范圍以及布料的成色能力進(jìn)行容量及空間位置布局的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)卷布輥時(shí)，計(jì)算織物的張緊力與運(yùn)行速度，校核輥筒的彎曲強(qiáng)度及扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。同時(shí)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(shè)計(jì)檢測(cè)輥時(shí)，根據(jù)織物在檢測(cè)輥上的運(yùn)行規(guī)律，即織物在檢測(cè)輥的外圓上穿行，與輥筒構(gòu)成120度的包角。利用已學(xué)習(xí)的材料力學(xué)的知識(shí)，計(jì)算檢測(cè)輥所需的直徑大小及校核檢測(cè)輥的安全系數(shù)。使機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(shí)的織物張緊力的數(shù)值。
根據(jù)計(jì)算的數(shù)值，對(duì)各零部件進(jìn)行有效的安裝，使得各部件能在一個(gè)整體的情況下正常的運(yùn)行，并對(duì)整體機(jī)器
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