机械式双头套皮辊机设计.docx

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机械式双头套皮辊机设计

目　录

摘要…………………………………………………………………………3

0.前言………………………………………………………………………4

1.总体设计…………………………………………………………………5

2.传动方案设计……………………………………………………………6

2.1电动机的选择…………………………………………………………6

2.1.1传动参数计算………………………………………………………6

2.1.2确定电动机功率及其它参数………………………………………7

2.2蜗轮、蜗杆的设计……………………………………………………8

2.2.1传动参数计算………………………………………………………8

2.2.2材料选择……………………………………………………………9

2.2.3参数计算……………………………………………………………9

2.3轴的设计………………………………………………………………11

2.3.1轴的材料及选择……………………………………………………12

2.3.2轴的强度计算………………………………………………………13

2.4轴承的选择……………………………………………………………16

2.5V带及带轮的设计………………………………………………………17

2.5.1普通V带传动的设计…………………………………………………17

2.5.2带轮设计………………………………………………………………19

3.传动箱的箱体设计…………………………………………………………20

3.1箱体的结构型式……………………………………………………………20

3.2铸造箱体的结构分析………………………………………………………21

3.3箱体的结构尺寸……………………………………………………………21

4.传动箱附件的设计……………………………………………………………21

4.1轴承盖………………………………………………………………………21

4.2轴承套杯……………………………………………………………………23

4.3调整垫片组…………………………………………………………………23

4.4油标…………………………………………………………………………23

4.5排油孔螺塞…………………………………………………………………23

5.总机体的设计…………………………………………………………………23

6.导轨及间隙调整装置设计……………………………………………………24

6.1导轨设计……………………………………………………………………24

6.2间隙调整装置设计…………………………………………………………24

7.传动丝杆及横臂设计…………………………………………………………25

7.1丝杆设计……………………………………………………………………25

7.2横臂设计……………………………………………………………………25

8.润滑的选择……………………………………………………………………25

8.1润滑的作用…………………………………………………………………25

8.2润滑系统和方法的分类……………………………………………………26

8.3润滑系统的选择原则………………………………………………………26

9.其它……………………………………………………………………………26

9.1支角…………………………………………………………………………26

9.2行程开关的选择……………………………………………………………27

10.结论…………………………………………………………………………27

11小结…………………………………………………………………………28

12参考文献……………………………………………………………………29

12附录…………………………………………………………………………30

摘要对机械式双头套皮辊机进行了研究，它的目的主要是完成整台机器的生产，提高生产效率，可以同时完成多个皮辊的压入和套出。

可以将皮辊机做成双套顶头和定位架供工人操作，它的工作原理是由电机带动蜗轮、蜗杆转动，使丝杆升降、带动横臂升降，从而使滑杆上下移动，实现皮辊的套入、压出。

采用这个可以大大降低工作人员的劳动负荷。

皮辊机主要通过带传动、齿轮传动、蜗杆蜗轮传动和丝杆传动来实现传动。

完成了传动箱的箱体、传动箱附件、丝杆及摇臂的设计。

关键词　　油标轴承蜗轮蜗杆带轮

前　言

机械式双头套皮辊机设计，主要是完成整台机器的生产设计，套皮辊机是纺织行业常用的机械，用来完成纺织皮辊的套入和压出，是棉纺织行业的必备配套设备。

所设计的套皮辊机靠传统机械方式传动（例如蜗轮-蜗杆传动），为了提高生产效率，套皮辊机设计成双头套皮辊机，能同时完成两个皮辊的压入、套出。

课题主要来源于盐城金通机械厂，这是一家主要生产纺织机械的民营企业，企业位于盐城电场路。

我们需要解决的问题就是完成整台机械式双头套皮辊机的工程设计。

根据实际工作需要对双头套皮辊机的要求，其主要已知条件有：

采用JT—SA808G型机械式双头套皮辊机，JT—SA808G型双头套皮辊机主要由定位滑块、上顶头、滑杆、皮辊定位架、传动横臂、丝杆、蜗轮、蜗杆、滑动座臂、防护罩、丝杆螺母、机架等组成。

JT—SA808G型双头套皮辊机为立式，机械蜗轮、蜗杆传动，其操作简便，能适应棉纺厂的精梳机、粗纱和细纱机、并条机、条卷机等纺织设备使用的各种规格丁氰皮辊的套入和压出。

该型号双头套皮辊机有双套顶头和定位架供工人操作，由电机带动蜗轮、蜗杆转动，使丝杆升降、带动横臂升降，从而使滑杆上下移动，实现皮辊的套入、压出。

能满足以下操作使用要求：

a）按要求接通380V电源

b）蜗轮箱要加入1kg机械油及传动部件润滑

c）根据使用的皮辊规格的大小，调节行程开关，确定所需位置

d）启动电机，使机器进入正常运转状态

e）必须保持两侧轨道及两滑杆清洁

f）每班操作前须对轨道和滑杆加油润滑

g）对蜗轮箱及转动部和轴承须6个月清洗换油一次

JT—SA808G型双头套皮辊机主要技术参数要求有：

1、套压皮辊铁芯直径为18—35毫米，2、套压皮辊长度为320毫米，3、工作行程为320毫米，4、最大极限行程为60毫米，5、电动机1.5Kw、1400rad/min。

其次，JT—SA808G型双头套皮辊机主要尺寸为：

长，500毫米；宽，400毫米；高，1600毫米；重量，300kg。

1.总体设计

目前在国内外JT—SA808G型机械双头套皮辊机主要为立式，采用机械蜗轮—蜗杆传动，其操作简便，能适应棉纺厂的精梳机、粗纱和细纱机、并条机、条卷机等纺织设备使用的各种规格丁氰皮辊的套入和压出。

目前国内外主要采用蜗轮—蜗杆传动的原因是：

1、其传动比比其他形式传动大，传递动力大，一般传动比在8到100之间；2、蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合，故传动平稳，振动小，噪音低；3、蜗杆在导程角小于当量摩擦角时，可实现反向自锁，即具有自锁性。

套皮辊机结构简单，目前国内外的套皮辊机主要不同的地方有传动方式不同、传递导轨不同等。

在传动方式上主要有机械式和液压式两种。

液压式套皮辊机采用液压泵、阀实现液压传动，其主要特点有：

结构简单，传递功率大，结构小、有利于节省材料，传动控制灵敏度高等。

机械式套皮辊机除了有蜗轮—蜗杆传动外还有丝杆传动，丝杆传动一般大都采用螺纹丝杆，其也是螺旋传动，在利用丝杆传动同时，大都采用调整丝杆间隙的措施。

在传动导轨上，一般都采用热扎等边角钢来作为导轨，其结构简单，并且能够满足传动要求，其它导轨还有：

1、矩形导轨，其承载能力大，导轨垂直和水平方向误差相互没有影响，制造与维修方便，但侧面存在误差，影响导向精度，适应于载荷较大、导向精度要求不太高的场合；2、三角形导轨，支承件导轨为凸形时，称为山形导轨，反之称为V形导轨，这种导轨在磨损后，在正向载荷的作用下，能自行补偿磨损量，不产生间隙，导向精度较好，但垂直与水平方向的误差相互影响，制造与维修困难；3、燕尾形导轨，其高度尺寸较小，结果紧凑，能承受颠覆力矩，便于调整间。

目前国内外套皮辊机上的导轨所用的形式主要就是以上几种形式。

同时也要采用调整导轨间隙的装置，在调整间隙的装置上，目前国内外主要有：

1、压板，压板用螺钉紧固在运动部件上，可用刮研、垫片或平镶条来调整间隙；2、镶条，镶条有平镶、楔形镶条和压板镶条等。

目前，大多数机械式皮辊机在传动上都设计有传动箱，传动箱是简化了的传动减速器，传动箱的设计都要求结构简单，满足传动要求，节约成本等。

目前除了JT—SA808G型双头套皮辊机外，广泛使用的还有SA812型号，其适用各种粗、细纱皮辊,并条皮辊套丁氰后的滚压,使丁氰包管包覆皮辊壳表面接触良好,应力均匀。

主要技术参数:

压辊幅度:

430mm,压辊直径:

￠75mm,压辊转速:

178转/分,传动方式:

单独电动机转动,电机型号:

Y90S-4,功率:

1.1KW,转速:

1400转/。

总体方案设计，主要完成机械式双头套皮辊机的设计所采用的传动形式，本课题主要采用蜗轮—蜗杆传动箱；完成本课题的设计的实际使用情况、结构合理性、加工可行性，成本材料节约性等论证。

论证采用JT—SA808G型机械式双头套皮辊机，JT—SA808G型双头套皮辊机主要由定位滑块、上顶头、滑杆、皮辊定位架、传动横臂、丝杆、蜗轮、蜗杆、滑动座臂、防护罩、丝杆螺母、机架等组成。

JT—SA808G型双头套皮辊机为立式，机械蜗轮、蜗杆传动，其操作简便，能适应棉纺厂的精梳机、粗纱和细纱机、并条机、条卷机等纺织设备使用的各种规格丁氰皮辊的套入和压出。

该型号双头套皮辊机有双套顶头和定位架供工人操作，由电机带动蜗轮、蜗杆转动，使丝杆升降、带动横臂升降，从而使滑杆上下移动，实现皮辊的套入、压出。

论证得总体以及外型美观等设计要求来设计。

其次设计有所创新，在传统机器上作了改进，预计本设计产品能收到良好的经济效应和社会效应。

2.传动方案设计

机械式双头套皮辊机设计的技术线路主要是根据皮辊的技术参数，皮辊的压入、套出参数（如压力、运动速度，功率等）来确定选择电机，进而选择传动形式（如蜗轮—蜗杆传动），计算传动件参数，设计传动箱体。

同时在设计传动箱体是考虑整台辊机的体积大小，使传动箱的大小与整机体的大小协调一致。

传动箱设计完成后根据实际要求设计整机体。

在设计整机体时主要考虑机体采用何种结构，（如铸体式、角钢式、焊接式等），其次考虑采用导轨的形式以及传动件的结构，在考虑机体设计的时候要考虑导轨、传动件、运动件等部件的固定等。

完成总体机体的设计、导轨、传动件、运动件的设计固定后，考虑各部件的密封要求及密封措施，考虑导轨、传动件、运动件的间隙调整等问题。

再次，考虑电机的固定与距离调整问题，设计电机固定板、滑动导轨以及旋转件等。

接下来考虑电路板、电气线路的设计。

最后作总体设计、修改，主要使机体结构合理，造型美观。

2.1电动机选择

原动机是许多机器中运动和动力的来源，其种类很多，有电动机、内燃机、蒸汽机、水轮机、液压机等。

电动机构造简单、工作可靠、控制简便、维护容易，一般生产机械上大多数均采用电动机驱动。

本设计也采用电动机作为原动力。

我国已制定统一标准的Y系列是一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。

所以本设计采用Y系列三相异步电动机。

2.1.1传动参数计算

根据总体设计和传动方案设计可知，要确定电动机功率需要首先确定工作总阻力。

在本设计中工作阻力主要来源于皮辊对铁芯的摩擦阻力。

根据皮辊主要材料橡胶的性能以及几何尺寸可以初步估计橡胶皮辊对铁芯的弹性应力为F=959.825N，由此可以知道橡胶皮辊对铁芯的等效摩擦力（公式

）为：

FW=F×u

其中：

u为橡胶材料对铸铁芯的摩擦系数，由资料

可知u=0.8（此处为无润滑状态）。

因此：

根据资料可知，传动杆的工作功率为：

式中：

为工作装置传动速度，初估

；

为工作装置的传动效率，根据已知条件可知

。

因此：

根据传动顺序可知丝杆的传动功率为：

式中：

分母为丝杆副传动效率，查资料可知其值为0.95

因此：

根据传动顺序可知轴的传动功率为：

式中：

为轴承传动效率，由资料可得

；

为联轴器传动效率，由资料可知

。

因此：

根据传动顺序可知蜗杆的传动功率为：

式中：

分别为蜗轮、蜗杆传动效率和轴承传动效率，由资料可知其值分别为0.8、0.995。

因此：

根据传动顺序可知电机的传动功率为：

式中：

为带轮传动效率。

因此：

对于传动速度，设计各级传动比为：

丝杆传动比

蜗轮、蜗杆传动比

带轮传动比

由此可以计算出电动机的转速：

因此：

2.1.2确定电动机功率及其它参数

电动机的容量（功率）选的合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。

当容量小于工作要求时，电动机不能保证工作装置的正常工作，或使电动机因为长期过载而过早损坏；容量过大则电动机的价格高，能量不能充分利用，且因经常不在满载下运行，其效率和功率因数都较低，造成浪费。

电动机的容量主要由电动机运行时的发热情况决定，而发热又与其工作情况有关。

电动机的工作情况一般可分为两类：

（1）用于长期连续运转、载荷不变或很少变化的、在常温下工作的电动机；

（2）用于变载荷下长期用行的电动机、短时运行的电动机和重复短时运行的电动机。

根据本设计的实际工程条件来看，应该根据第一种情况来确定电动机。

选择这类电动机的容量，只需要使电动机的负载不超过其额定值，电动机便不会过热。

电动机的额定功率Pm等于或稍大于电机输出功率Po,即Pm≥Po。

从手册中选择相应的电机型号，而不必再作发热计算。

通常按照Pm=（1-1.3）Po选择，电机功率裕度大小应视工作装置可能的过载情况而定。

根据实际生产的条件，可选择型号为Y90L-4的电机，其基本参数如下：

额定功率Pm=1.5Kw

额定转速Nm=1400r/min

额定电压V=380V

额定电流A=3.7A

其次电动机的外形尺寸、电动机中心高、轴伸尺寸、键联接尺寸等也均可在手册中查得。

2.2蜗轮、蜗杆设计

根据实际工程要求，传动箱采用蜗轮、蜗杆传动，其主要优点有：

a）其传动比比其他形式传动大，传递动力是，一般传动比在8到100之间；

b）蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合，故传动平稳，振动小，噪音低；

c）蜗杆在导程角小于当量摩擦角时，可实现反向自锁，即具有自锁性。

蜗杆传动的失效形式与齿轮传动基本相同，主要有齿轮的点蚀、弯曲折断、磨损及胶合失效等。

由于该传动啮合齿面间的相对滑动速度大，效率底，发热量大，故更易发生磨损和胶合失效。

而蜗轮无论在材料的强度或结构方面均较蜗杆弱，所以失效多发生在蜗轮轮齿上，设计时一般只需对蜗轮进行承载能力计算。

设计准则主要为：

开式蜗杆传动以保证蜗轮齿根弯曲疲劳强度进行设计；闭式蜗杆传动以保证蜗轮齿面接触疲劳强度进行设计，校核齿根弯曲疲劳强度；此外因闭式蜗杆传动散热较困难，故需进行热平衡计算。

2.2.1传动参数计算

电动机所需的输出功率为：

Po=Pm/ηKw

式中：

Pw为工作装置所需功率；Po为Pm/（1-1.3）；η为由电动机至工作装置的传动装置的总效率，其可按下式计算：

η=η1*η2*η3…ηn

式中：

η1、η2、η3、ηn分别为传动装置中每一级传动副（蜗轮、蜗杆等）、每对轴承或每个联轴器的效率，其值可查阅机械设计手册。

计算传动装置总效率时应注意以下几点：

1）所取传动装副的效率是否已经包括其轴承效率，如包括则不再计如轴承效率；

2）轴承效率通常指一对轴承而言；

3）同类型的几对传动副、轴承或联轴器，要分别计如各自的效率；

4）蜗杆传动效率与蜗杆头数及材料有关，设计时应初选头数，估计效率，待设计

出蜗杆传动后在确定效率，并且修正前面的设计计算数据；

5）资料推荐的效率值一般有一个范围。

如工作条件差、加工精度低、维护不良时，　　　

则应取低值，反之则取高值。

由上面可得：

Po=Pm/（1-1.3）=1.5/1.2=1.25Kw

工作装置所需传动功率Pw=Po*η,在设计传动装置中采用V带联接电动机与传动蜗杆，可以查设计手册得：

η=0.96

因此蜗杆转动功率为：

Po=1.25x0.96=1.2Kw

查设计手册，所采用的单级普通V带传动比为:

i=2

所以蜗杆的转速为：

n1=Nm/i=1400/2=700r/min

选择蜗轮、蜗杆的传动比为:

i1=20

因此蜗轮转速为：

n2=n1/i1=700/20=35r/min

2.2.2材料选择

根据蜗杆传动的失效形式可知，制造蜗杆副的组合材料首先应具有足够的强度，更重要的还应具有良好的跑合性、减摩性和耐磨性。

由机器的实际工作条件可知：

蜗杆传动功率不大、速度中等，根据手册，可选45号钢作为材料，并且整体调质。

考虑到使效率高些、耐磨性好些，故蜗杆螺旋面要求表面淬火，齿面硬度45HRC-50HRC。

对于蜗轮，初估其滑动速度Vs=4.0m/s,选定蜗轮齿圈材料为ZcuSn10Pb1,金属型铸造，滚铣后加载跑合。

2.2.3参数计算

1）按接触疲劳强度设计

1.选择Z1、Z2

根据传动比，查手册并计算得:

Z1=2

Z2=i1*Z1=2x20=40

2.计算蜗杆转距T2

初估蜗杆、蜗轮传动效率η1=0.82

由T2=T1*i1*η1得

T2=9.55x

（1.2/700）x20x0.82N.mm

=268500N.mm

3.确定模数m和蜗杆分度圆直径d1

因载荷平稳，取载荷因数K=1.1，估计vs≤12m/s。

根据表查得[σ]]]]]=200MPaa，由表初取导程r=12°，按式可得

m²d1≥KT2cosr（480/z2[σH]）²=1.1×2.68×10×cos12°（480/400）²㎜²

=1575㎜²

查表得，模数m=5㎜，d=63㎜

2）.计算传动效率

1.啮合效率

d3为轴承盖联接螺钉直径

D为轴承外径

b1、d2由密封尺寸确定，b=（5-10）mm，h=（0.8-1）b

传动箱的轴承盖有4个，包括2个闷盖，2个透盖，其各自尺寸结构如下：

图7-2小闷盖图7-3小透盖

图7-4大闷盖图7-5大透盖

4.2轴承套杯

套杯主要用作固定轴承的轴向位置，同一轴线上两端轴承外径不相等时使座孔可一次镗出，调整支承的轴向位置。

有时为避免因轴承座孔的铸造或机械加工缺陷而造成整个箱体的报废，也可使用套杯。

套杯的结构及尺寸可根据轴承部件的要求自行设计。

4.3调整垫片组

调整垫片组的作用是调整轴承游隙及支承的轴向位置。

垫片组由若干中厚度的垫片根据调整需要的厚度叠合而成，其材料为冲压铜片或08F钢抛光。

4.4油标

油标用来指示箱内油面高度，种类很多，主要有杆式油标、旋塞式油标、管状油标等，在这里选择压配式圆形油标（GB1160.1-89）。

4.5排油孔螺塞

为了换油及清洗箱体是排出有污，在箱体低部设有排油孔，平时排油孔用螺栓及封油垫封住。

排油孔螺栓材料一般用Q235,封油垫材料可用防油橡胶、工业用革或石棉胶纸，排油孔螺栓的直径可按箱座壁厚的2-3倍选取。

5总机体设计

机械式双头套皮辊机一般机体比较大，根据实际工程需要，本设计的机体主要采用焊接式。

机体主要分为下机体和上机架结构，下机体采用焊接式，材料为Q235，其两侧和底版采用整体焊接，前后采用铁皮包封。

上机架采用侧壁式，两侧材料为HT200结构，主要几何尺寸见下图：

图8-1下机体尺寸图图8-2上机架尺寸图

在设计机体时应注意以下几点：

1.下机体焊接成后，应清理并进行时效处理；

2.上机体和下机体采用配合联结后，边缘应留有3mm；

3.工作台面板焊接在下机体上；

4.机械加工偏差尺寸处精度为1T/2。

6导轨及间隙调整装置设计

6.1导轨设计

导轨的功用是向导和承载。

设计时主要按照保证导向精度、耐磨性、低速运动的平稳性、结构简单、工艺性好等基本要求来设计。

导轨的材料主要有灰铸铁（HT150）、钢、有色金属、塑料等。

导轨的主要类型有：

1.矩形导轨，其承载能力大，导轨垂直和水平方向误差相互没有影响，制造与维修方便，但侧面存在误差，影响导向精度，适应于载荷较大、导向精度要求不太高的场合；

2.三角形导轨，支承件导轨为凸形时，称为山形导轨，反之称为V形导轨，这种导轨在磨损后，在正向载荷的作用下，能自行补偿磨损量，不产生间隙，导向精度较好，但垂直与水平方向的误差相互影响，制造与维修困难；

3.燕尾形导轨，其高度尺寸较小，结果紧凑，能承受颠覆力矩，便于调整间。

目前国内外套皮辊机上的导轨所用的形式主要就是以上几种形式。

参考以上几种导轨，根据实际要求，本设计主要采用热扎等边角钢（GB9787-88）来作为导轨，其结构简单，并且能够满足传动要求。

主要尺寸见下图

图9-1导轨尺寸图

6.2间隙调整装置设计

导轨结合面之间都存在间隙。

在调整间隙的装置上有：

1.压板，压板用螺钉紧固在运动部件上，可用刮研、垫片或平镶条来调整间隙；2、镶条，镶条有平镶、楔形镶条和压板镶条等。

7传动丝杆及横臂设计

传动丝杆主要采用螺旋传动将回转运动转化为直线运动，同时传递运动和力或调整零件的相对位置。

按照螺纹副的摩擦性质不同，螺旋传动可分为滑动螺旋、滚动螺旋和静压螺旋。

滑动螺旋结构简单，加工方便、易于自锁。

本设计采用华东螺旋传动。

7.1丝杆设计

丝杆采用滑动螺旋传动，其主要由螺杆、螺母及必要的支承件所组成。

螺纹牙采用梯形，螺母采用整体式（在横臂中设计）。

螺杆（丝杆）应该具有高的强度和良好的加工性，这里采用45钢且热处理后齿面硬度HRC=45-50。

主要参数计算如下：

牙高

导程

螺旋升角

公称直径d=60mm

螺距P=14mm

中径D=53mm

大径D1=62mm

小径D2=44

7.2横臂设计

横臂除了要传递动力外还要，实现在导轨上滑动，根据这个要求设计如下图，材料为HT200。

图10-1横臂尺寸图

8润滑选择

8.1.润滑的作用

润滑的目的是在机械设备摩擦副相对运动的表面间加入润滑剂以降低摩擦阻力和能源消耗,减少表面磨损,延长使用寿命,保证设备正常运转。

润滑的作用如下：

1）降低摩擦

   2）减少磨损

   3）冷却，防止胶合

   4）防止腐蚀

此外,润滑剂在某些场合可以起阻尼、减振或缓冲作用。

润滑剂的流动，可将摩擦表面上污染物、磨屑等冲洗带走，起清洁作用。

有些场合，润滑剂还可起到密封作用，减少冷凝水、灰尘及其他杂质的侵入。

8.2润滑系统和方法的分类

目前机械设备使用的润滑系统和方法的类型很多，通常可按润滑剂的使用方式和利情况为分散润滑系统和集中润滑系统两大类；同时这两类润滑系统又可分为全损耗性和循环润滑两类。

除以上分类而外，还可根据所供给的润滑剂类型，将润滑方法分为润滑油润滑（或称稀油润滑）、润滑脂润滑（或称干油润滑）以及固体润滑、气体润滑等。

8.3润滑系统的选择原则

在设计润滑系统时，应对机械设备各部分的润滑要求作全面的分析，确定所使用润滑剂的品种，尽量减少润滑剂和润滑装置的类别．在保证主要总值件的良好润滑条件下，综合考虑其他润滑点的润滑，要保证润滑质量．应使润滑系统既满足设备运转中对润滑的需要，又应与设备的工况条件和使用环境相适应，以免产生不适当的摩擦、温度、噪声及过早的失效。

应使润滑系统供送的