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連續(xù)軋染機軋車傳動裝置設計
學 生:
指導老師:
(湖南農業(yè)大學工學院，長沙 410128)
摘 要：軋車是一種結構簡單，操作方便，低耗高效的通用機械，被廣泛地應用于紡織，印染，化纖等行業(yè)。它的主要作用是將印染或者漂洗后的布匹在后整理過程中進行機械脫水處理。適用于純棉，化纖及其混織物浸軋溶液，或者無紡織物染色。本文主要設計了軋車的傳動部分。包括軋輥傳動設計，擴幅輥傳動設計等。
關鍵詞：軋車；軋輥；傳動裝置；軸傳動；帶輪；
The Transmission Device Design of Continuous Pad Dyeing Machine Rolling Car
Student:
Teacher:
(College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)
Abstract:Rolling mechanical is a general machinery with simple structure, convenient operation, high efficiency and low consumption,it has been widely used in textiles, dye printing, chemical fiber and so on. It’s main used to machinery dehydrate the dye printed or washed clothes in the finishing process . Applied in the dyeing of cotton, and chemical fiber fabrics and padding mixed solution, or nonwovens. this paper mainly designs the transmission part of rolling cars. Including roll drive design, the expansion of roller transmission design, etc.
Key word: Rolls mechanical; Roller; Transmission device; Axistransmission;
1 前 言
1.1 課題來源
本次畢業(yè)設計的課題來源于邵陽市第二紡織機械廠，邵陽第二紡織機械廠為我國紡織機械大型骨干企業(yè)，直屬中國紡織機械集團有限公司。邵陽第二紡織機械廠生產印染機械和化纖機械兩大類百余種產品擁有較強的技術力量和技術裝備，紡機技術合作，加上成套引進國外高精度數(shù)控加工設備和檢測儀器，使企業(yè)具備較強的產品開發(fā)能力，多項紡機制造技術達到世界先進水平。
本設計對軋車的傳動部分進行詳細的設計和說明，包括了軋車的主要傳動部件的計算說明
在本設計過程中，得到了指導老師的悉心指導，謹此表示誠摯的敬意和謝意，畢業(yè)設計小組成員的熱情幫助，謹此表示感謝，謝謝大家一直以來的支持！論文在編寫過程中，參閱引用了文獻資料及教材，再次一并向原作者表示衷心的感謝！
由于水平和時間的有限，文中難免有誤漏妥欠之處，誠懇希望各位老師、同學給予批評指正。
1.2 本次畢業(yè)設計的性質和任務
畢業(yè)設計是修完所有大學課程之后對我們所學知識的一個重要的檢驗環(huán)節(jié)。它需要綜合運用多學科理論，知識和技能，以解決比較復雜的工程實際問題的能力。它的內容主要包括設計、實驗研究方案的分析論證、原理綜述、方案方法的擬訂及依據(jù)材料的確定等方面的知識和應用。
由于最近幾十年來科學技術，機械制造工藝和設備的迅速發(fā)展，特別是電子技術，信息技術和計算機技術的突飛猛進，以及使用者對機械產品的要求不斷提高，機械產品的復雜程度，技術水平都有很大的變化。由于采用新的科學技術成果，機械設計技術近年來發(fā)展很快，機械設計已經采用了大量的新的設計理論和方法，如機械設計學，有限元計算，優(yōu)化設計，可靠性設計，計算機輔助設計等，使設計質量和速度有了很大的提高。隨著我國與世界其他國家的聯(lián)系和貿易發(fā)展，要求我國的機械產品必須具有國際市場的競爭能力。在上述情況下，迫切要求我國機械設計水平有很大的提高。
通過本次畢業(yè)設計，要求達到如下幾個方面的要求：
①掌握通用機械零件的設計原理，方法和機械設計的一般規(guī)律，具有機械系統(tǒng)的綜合設計能力，能進行一般機械傳動部件和簡單機械裝置設計；
②提高計算機技術應用能力，具有運用標準，規(guī)范，手冊，圖冊和查閱有關技術資料的能力。
③初步建立正確的設計思想和工作方法，知道應該有意識的注意了解國家有關技術經濟政策和國內外的發(fā)展情況；
④樹立創(chuàng)新意識，培養(yǎng)機械設計的創(chuàng)新能力，
⑤對機械設計的新發(fā)展有所了解。
1.3 完成本課題的理論和方法
為了更加科學完善的完成畢業(yè)設計，需遵從如下三個設計原則。
1.3.1 系統(tǒng)性
一個好的機械設計必須能夠滿足使用要求，加工和裝配簡單，安全可靠，美觀，便于修理，技術經濟，價格合理，便于運輸，不污染環(huán)境，報廢后材料可以回收等。這些要求在有些情況下是難以完全滿足的，因此，設計者必須全面考慮，綜合平衡，這就要求設計者具有系統(tǒng)工程的觀點。要求設計者能夠正確確定設計要求，合理選擇總體設計方案，掌握每個機械零件的特性，選擇材料和熱處理，通過計算確定零件的主要工程參數(shù)，各部分結構、尺寸、和公差配合，并進行必要的潤滑、密封、散熱等設計計算。
1.3.2 綜合性
在解決機械設計問題的時候要用到有關的多方面的科學知識，如力學，摩擦學，材料學，機械制造技術，機械原理，互換性和技術測量，機械制圖等，每個零件的設計涉及的知識面都是很廣泛的。
1.3.3 工程性
本課程具有鮮明的工程性，在設計每個機械零件時要用到大量的數(shù)據(jù)、表格、標準、資料等，要處理方案選擇、零件選擇、材料選擇、參數(shù)選擇、結構形式選擇等問題，對計算結果要進行分析，有的要圓整化，標準化。這些都是處理工程問題時必須具有的能力。
1.4 機械零部件設計的內容和要求
一般的大型機械產品都由若干個部件組成，如軋車有電機，減速箱，聯(lián)軸器，軸，軋輥，機架，液壓裝置等部件。把機械分為部件，可以單獨設計，組織生產，提高生產效率和質量，降低生產成本。有些部件還可以細分為更加小的部件。機械零件設計是機械設計的重要組成部分，它是機械機械總體設計的基礎，并可能對機械的總體設計有決定性的影響。零部件的設計是一臺機械設計的切入點。
機械零部件設計工作的內容包括：根據(jù)總體設計的要求，明確所設計零部件的工作要求、性能、參數(shù)等，選擇零部件的形式、材料、精度、進行失效分析和強度、剛度、耐摩性、熱平衡、震動穩(wěn)定性等計算，畫出部件裝配圖。
對機械零部件的設計要求有：
①滿足功能要求、滿足強度、剛度、壽命、精度、，運動范圍、耐熱性、震動穩(wěn)定性、重量、體積、噪音、防腐蝕、不污染環(huán)境等要求；
②滿足工藝要求加工（包括毛坯制造，機械加工，熱處理），裝配，修理方便，有零件損壞時便于更換；
③能夠保證使用者安全，操作方便；
④外形美觀；
⑤經濟性好。
以上內容有時不能夠同時達到，或者互相牽制，需要全面綜合分析考慮各種因素，以達到最好的設計效果。
2 軋車的傳動方案設計
2.1 軋車的作用和工作方式
軋車主要用于紡織印染等行業(yè)，它的主要作用是將印染或者漂洗后的布匹，在后整理過程中進行機械脫水。以防止在染色后的烘干過程中產生泳移 ( 指織物在浸軋染液的過程中染液隨水分移動而移動的現(xiàn)象) 從而導致的染色不均勻。它是紡織行業(yè)中一種簡單而高效的工具。適用于純棉、化纖及其混紡織物的處理[1]。
將布匹導入到軋車后，啟動汽缸控制開關，使軋車的從動輥向下移與主動輥接觸，壓緊需要脫水的布匹，然后啟動主動軋輥的工作電機和擴幅輥電機，軋車便進入工作狀態(tài)開始工作。
首先布匹通過第一個擴幅輥和浸染桿進入浸染缸，與浸染缸里面的染液進行接觸染色。當染色完成后，通過第二個擴幅輥的轉動，使布匹保持平整并勻速送入軋輥內進行機械脫水，以除去多余的染液，防止布匹在烘干過程產生泳移，從而提高織物染色的質量和減少烘干所用的成本。
2.2 軋車的傳動方案設計
機器通常是由原動機、傳動裝置和工作裝置三部分組成。傳動裝置用來傳遞原動機的運動和變換其運動形式以滿足工作裝置的需要，是機器的重要組成部分。合理的傳動方案首先要滿足機器的功能要求,此外還要適應工作條件滿足工作可靠、結構簡單、尺寸緊湊，傳動效率高、使用維護便利、工藝性和經濟性合理等要求。
軋車工作的時候，首先汽缸Ⅱ工作，推動從動輥支架，使從動輥離開主動輥升起，形成空隙；將布匹按圖中9所示的虛線位置平整地通過擴幅輥、浸染桿、浸染缸進入軋輥部位；啟動汽缸Ⅱ，推動從動輥支架運動，使從動袞返回原位，接觸主動輥，壓緊被動輥；然后打開電機開關，使主動軸電機和擴幅輥電機開始工作，軋車進入工作狀態(tài)。
當軋車工作一段時間后，如果需要對浸染槽里面的浸染液進行更換，側只需啟動汽缸Ⅰ，汽缸臂伸長，使浸染缸傾斜，將浸染缸內的浸染液倒出，清洗后，啟動汽缸Ⅰ，汽缸臂恢復原長，浸染糟也恢復原狀。此時再往浸染缸里面添加新的浸染液，軋車便可以重新開始工作。根據(jù)以上分析的軋車主要作用和工作方式，對軋車的傳動方案進行設計。初步確定軋車的傳動方案[2]如下圖（圖1）。
1-從動輥；2-主動棍；3-浸染缸；4-汽缸Ⅰ；5-汽缸Ⅱ（兩個）；
6-機架；7-從動輥支架；8-帶輪；9-須脫水的布匹；10-浸染桿。
圖1 軋車的傳動方案圖
Fig. 1 Rolling car transmission scheme diagram
根據(jù)軋車的工作原理，又可將軋車的傳動部分分為如下兩個部分。
①軋輥傳動部分：它主要由電動機、減速器、主傳動軸等組成；
②擴幅輥傳動部分：它主要由電動機、帶傳動等組成。
在下面的傳動設計中，也將把軋車的傳動部分設計按軋輥傳動部分和擴幅輥傳動部分分別進行設計計算。
3 軋輥傳動的設計
3.1 軋輥的傳動方案
軋輥的傳動是軋車的核心傳動部分，它的作用是帶動軋車的主動輥和從動輥運動，從而將從主動輥和從動輥之間經過的布匹進行擠壓脫水。根據(jù)以上軋車總體傳動方案，可畫出軋輥的傳動方案圖如下圖所示（圖2）。
3.2 電動機的選擇
選擇電動機的內容包括：電動機類型，電動機結構型式，容量和轉速的選擇。
標準電動機容量由額定功率表示。所選電動機的額定功率應該等于或稍大于工作要求的功率。容量小于工作要求，則不能夠保證機器的正常工作，或者使電動機長期過載，發(fā)熱大而過早損壞；容量過大，則制造和使用成本增加，造成了能源浪費。
1-電動機；2-減速器；3-聯(lián)軸器；4-滾動軸承；
5-從動輥；6-主動輥；7-主傳動軸；8-支架。
圖2 軋輥傳動簡圖
Fig. 2 Roll drive diagram
電動機的容量主要由其運行時發(fā)熱條件決定，在不變或者變化很小的載荷下長期連續(xù)運行的機械，只要求電動機的載荷不超過額定值，電動機便不會過熱，通常不必要校核發(fā)熱和啟動力矩。
所需電動機的功率為：
[2] （1）
式中：——工作機實際的電動機輸出功率，kW;
——工作機所需輸入功率，kW;
——電機之工作機之間傳動裝置的總效率。
工作機所需要功率由機器的工作阻力和運動參數(shù)求得
=kW （2）
式中F——工作機的阻力，N；
V——工作機的線速度，m/s;
——工作機的效率
總效率=[2]
其中為擺線針輪減速器的傳動效率，0.90~0.97[4]
為聯(lián)軸器的傳動效率，0.99[4]
為軸承對的傳動效率，0.98[4]
要求軋輥的線速度： =3.6 m/s
工作機阻力：F=
根據(jù)以上設計要求得
===7.26kW
根據(jù)，再考慮到軋車的工作過程中需要對軋輥的速度進行調節(jié)，故選擇電動機為 YVP132M—4（變頻調速三相異步電動機）。它具有體積小、重量輕、電氣性能良好、經濟指標先進等優(yōu)點，而且結構牢固、使用方便，易于維修。它的主要參數(shù)如下表(表1)。
表1 YVP132M—4型電動機的主要參數(shù)表
Table 1 YVP132M, 4 motor main parameter table
電機型號
標稱功率
額定電流
額定轉矩
堵轉轉矩/ 額定轉矩
轉速
YVP132M—4
7.5KW
15.5A
49 N.M
1.25
150~3000r/min
3.3 減速器的選擇
減速器是原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉速和增大轉矩，以滿足工作要求。為了保證整機設備結構的緊湊性，所選用的減速器最好是能使輸入軸與輸出軸在同一軸線上。符合這一要求的減速器大體上有同軸式兩級圓柱齒輪減速器、行星齒輪減速器、擺線針輪行星減速器、諧波減速器等。比較其各自的特點：同軸式兩級圓柱齒輪減速器長度方向尺寸較短，但軸向尺寸較大不宜適用于本組件；行星齒輪減速器由數(shù)個行星輪分擔載荷，采用均載機構，避免各行星輪之間載荷分配不均。承載大，體積小，效率高；擺線針輪行星減速器承載能力高，體積小，重量輕，傳動比大，傳動平穩(wěn)，承受過載和沖擊能力強，使用壽命長，效率高。諧波減速器傳動比大，同時參加嚙合的齒對數(shù)多，承載能力大，體積小，重量輕，但其傳動效率不高(0.065~0.90)比較不理想。
為了使軋輥傳動裝置更加輕小、緊湊、高效，在這里我們選擇擺線針輪減速器做為主傳動軸的減速裝置。擺線針輪減速器是行星減速器的一種類型。它由外齒輪
擺線針輪行星減速器的傳動比約為6～87，傳遞效率較高，一般可達到0.9～0.94。擺線針輪傳動的優(yōu)點是：傳動比大、結構緊湊、傳動效率高、運轉平穩(wěn)和使用壽命長。
再根據(jù)電動機功率和軋輥的速度要求，選取BJWPD(7.5)-6-17型擺線針輪減速器。它采用電動機和減速器直聯(lián)式結構設計，從而使得軋輥的主傳動軸結構更加緊湊、輕小。它的傳動比為17，額定功率為7.5kW。
根據(jù)電動機轉速和減速器傳動比，可計算出軋輥的線速度的范圍。
=0.18 m/s （3）
=3.6 m/s
其中 =150 r/min
=3000 r/min
i=17
D為軋輥直徑，初定為為390mm。
則軋輥的變速范圍為0.18 m/s~3.6 m/s。
滿足工作要求，故該電動機和減速器的搭配滿足設計轉速要求，所以設計是合理的。
BJWPD(7.5)-6-17型擺線針輪減速器的安裝尺寸(表2 )，軸伸連接尺寸(表3 )，和外形尺寸(表4 )分別如下。
表2 擺線針輪減速器安裝尺寸表
Table 2 Cycloidal pinwheel reducer installation size table
機型號
中心高
安裝尺寸
地腳螺釘
h
n
27
200-0.5
35js15
275
80
380
30
4
M20
3.4 軋車主傳動軸的設計
3.4.1 軸設計的主要問題
軸是組成機器的重要零件之一，它的主要作用是支承回轉零件及傳遞運動和動
表3 軸伸聯(lián)結尺寸表
Table 3 Shaft coupling size table
機型號
輸出軸
輸入軸
27
70m6
20
74.5
105
35k6
10
38
58
表4 外形尺寸
Table 4 Overall dimensions
機型號
外形尺寸
H
B
D
A
直聯(lián)型
27
435
430
360
335
383
接電動機
力。軸的設計主要要解決下列問題：
(1)選擇軸的材料.[5]軸的材料主要采用碳素鋼和合金鋼。碳素鋼比合金鋼廉價，對應力敏感性小，又可通過熱處理提高其耐摩性及疲勞強度，故應用最為廣泛，其中最常用的是45號優(yōu)質碳素結構鋼，為保證力學性能，一般應進行調質或者正火處理。
(2)進行軸的結構設計.[6]由于結構設計十尚不知道軸的直徑，所以要進行初算，粗略估算出軸的直徑，并初步確定各部分的形狀和尺寸，然后細致的進行結構設計。在結構設計中必須考慮軸在機器中的位置，軸上零件固定定位要求，工藝性要求，熱處理要求，運轉維護要求的要求等。
(3)進行軸的強度校對.[7]在一般情況下軸的工作能力主要取決于它的強度，且大多數(shù)軸是在變應力條件下工作，因此還要進行疲勞強度的校核計算；
(4)必要的時候還需進行軸的剛度和震動穩(wěn)定性計算。
例如對機床主軸，其剛度計算尤為重要，而對于一些高速轉軸和汽輪機軸，為避免因發(fā)生共振而破壞，則必須進行振動穩(wěn)定性計算。
3.4.2 主傳動軸的設計計算與說明
軸主要用來支承作旋轉運動的零件，如齒輪、帶輪，以傳遞運動和動力。，根據(jù)設計要求，設計的具體步驟、內容如下:
(1)選擇軸的材料確定許用應力.普通用途、只承受中小功率和中小轉矩。故選用45鋼，由于軸長度較長，為了消除軸的內應力，防止軸變形，在加工過程中，我們需要對軸進行需進行調質處理。查設計手冊[6]可得：
它的抗拉強度=640Mpa,
屈服強度=355Mpa，
彎曲疲勞極限=27Mpa，
剪切疲勞極限=155Mpa。
許用切應力=40 Mpa,
（2)按彎曲許用切應力.初估軸的最小直徑：由已經可得經減速器輸出軸的
功率=7.5kW
轉速=3000/17=176r/min
轉矩=9.55=9.55=4.1N?mm
根據(jù)公式[8] （4）
即初步計算出軸的直徑
查設計手冊得其中C=115, =40Mpa,可求得46mm
（3)軸的結構設計.軸的結構設計主要有三項內容。各軸段徑向尺寸的確定；各軸段軸向長度的確定；其它尺寸（如鍵槽、圓角、倒角，退刀槽等）的確定。
根據(jù)軸系結構分析要點，結合后述尺寸確定，按比例繪制軸的草圖?？紤]到軸需要承受較大的徑向載荷，故選用調心滾子軸承，選用軸用彈性擋圈對軸承內圈進行軸向定位。并根據(jù)機器的工作性能要求和工作環(huán)境要求，選用適當?shù)拿芊馊M行防油防塵。并采用內嵌式軸承端蓋實現(xiàn)軸承兩端單向固定，依靠普通平鍵聯(lián)接實現(xiàn)軸向固定，利用軸肩結構和止動環(huán)實現(xiàn)軸與軸承的軸向固定。
根據(jù)以上條件，可繪制軸的草圖，先根據(jù)軸的工作要求確定軸的小直徑，然后再依次確定軸上各段的直徑。再根據(jù)裝配關系，確定軸各軸段的軸向尺寸?，F(xiàn)根據(jù)設計要求，繪制軸的草圖如下圖（圖3）所示。（軸與其它零部件相配合見裝配圖）。
(4)軸尺寸的確定.[9]① 各軸段徑向尺寸的確定；如草圖3.2所示，從軸左段開始確定各軸段的徑向尺寸。與軸承內徑相配合，并為了對軸承內徑進行軸向固定，在進行軸的設計時，我們采用右端用軸肩固定，左端采用止動環(huán)進行固定，考慮軸的最小尺寸要求以及軸與減速器聯(lián)結及聯(lián)軸器的配合問題，結合軸的標準直徑系列并符合軸承內徑系列，取=90, 選定軸承代號為22318C/W33的軸承。從左至
圖3 主傳動軸草圖
Fig. 3 Main shaft sketch
右逐段選取相鄰軸段的直徑。為軸肩部分，直徑要求大于22318C/W33的最小安裝尺寸要求，并要與密封圈的內圈相配合，故取=105mm。與工作件相配合，考慮到軸的工作可靠性和經濟性及安裝的方便性，可初取軸徑為=120mm。
根據(jù)軸的對稱性，可分別求得，==105mm，==90mm。是軸與減速器輸出軸相連接的部分，考慮軸的最小尺寸[10]要求以及軸與減速器聯(lián)結及聯(lián)軸器的配合問題，結合軸的標準直徑系列并符合軸承內徑系列，取=80mm。
所以可得各軸段直徑為：
=90； =105mm；
=120mm； =105mm；
=90mm； =80mm
根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可初步確定各軸段的徑向尺寸草圖如下圖所示（圖4）。
② 各軸段軸向長度的確定；從軸左段開始確定各軸段的軸向尺寸。與軸承22318C/W33[11]相配合，與軸徑等于90mm的A型軸用彈性擋圈相配合，查機械設計手冊，可得軸承安裝尺寸寬度=64mm, A型軸用彈性擋圈的安裝尺寸寬度S=2.5mm ，軸端取=18.5mm。
=+S+=64mm +2.5mm+13.5mm =80mm；
軸與端蓋及密封圈相配合的部分，根據(jù)計算，取=213mm。
為軸和工作件相配合部分，由工作要求W=1100mm，故取=W+20=1120mm。==213mm ==80mm。
為聯(lián)軸器相配合部分，根據(jù)計算和查手冊，取=150mm。
所以可得到各軸段長度分別為：
=80mm； =213mm。
圖4 軸的徑向尺寸草圖
Fig. 4 Shaft radial size of the sketch
=1120mm； =213mm。
=80mm； =150mm。
根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可初步確定各軸段的軸向尺寸草圖如圖（5）所示。
圖 5 軸向尺寸草圖
Fig. 5 The axial dimension sketch
③ 其它尺寸（如鍵槽、圓角、倒角等）的確定軸的右端需要與聯(lián)軸器聯(lián)接，所以需要設計鍵聯(lián)接。因為軸端公稱直徑=80mm。根據(jù)工作要求，并結合鍵的標準系列并符合軸徑大小，選用鍵22×14 GB 1096-79[12]（公稱尺寸b×h=22×14，長度L系列為100的普通平頭聯(lián)接）。
再根據(jù)設計要求，確定軸上倒角，退刀槽[12]等尺寸。繪制軸的零件圖，完成主動軸的設計，其結構和尺寸如圖（6）所示
下面對軸的強度進行相關校核
圖6 主動軸結構尺寸圖
Fig. 6 Drive shaft structure size chart
3.5 軸的強度校核
3.5.1 軸的強度校核步驟
對于主要結構形狀和尺寸，軸上零件的位置以及外載荷和支反力的作用位置均已經確定的軸可以按許用應力進行軸的強度校正，。對于一般重要的，彎扭復合的軸采用這一方法進行強度計算也已經足夠可靠，它的一般計算步驟如下：
（1） 畫出軸的空間受力簡圖（如圖7），將作用力分解為水平面受力和垂直面受力，求出水平面和垂直面上的支點反力。
（2）分別畫出水平面上的彎矩和垂直面上的彎矩。
（3）作出合成彎矩M=。
（4）作出轉矩T圖。
（5)根據(jù)合成彎矩M和轉矩T作出當量彎矩。的計算公式為：=。
式中是根據(jù)轉矩產生的循環(huán)特征差異而定的應力校正系數(shù)。對于扭矩切應力為靜應力時，取=0.3；對于扭矩切應力為脈動循環(huán)變應力時，取=0.6；對于扭矩切應力為對稱循環(huán)應力時，取=1。
（6）校核軸的強度[12]，危險截面的計算應該滿足下列條件
（6）
式中：W——軸的抗彎截面系數(shù)，計算公式可查機械設計手冊。
式中：M是合成彎矩（N·mm）；，MH和MV分別為水平面上和垂直面上的彎矩；T是工作扭矩（N·mm）；α是根據(jù)轉矩性質而定的應力修正系數(shù)；W是軸的抗彎截面系數(shù)（mm3）；σe是當量彎曲應力，MPa；[σ-1] 是許用彎曲應力（MPa）。
對于有鍵槽的危險截面，單鍵時應將計算出的軸徑加大5%；雙鍵時軸徑加大10%。計算出的軸徑還應與結構設計中初步確定的軸徑進行比較，若大于初步確定的軸徑，說明強度不夠，軸的結構要進行修改；若小于初步確定的軸徑，除非相差很大，一般就以結構設計的軸徑為準。
3.5.2 軸的校核計算
（1） 畫出軸的空間受力簡圖，將軋輥上受力簡化為集中中心作用于軸上，軸的支點反力也簡化為集中力通過軸承載荷中心O作用于軸上，軸的受力簡圖如圖（圖7）
（2）畫出水平面受力圖，計算支點反例，畫出水平面彎矩圖（如圖8）?？紤]到C點為可能的危險截面，計算出C點處Z的彎矩。根據(jù)已經條件可知上軋輥對主動軸的的作用力在水平方向的作用力為=1700N，所以可得：
圖7軸的受力簡圖
Fig. 7 Axial force diagram
支點水平反力： =850N （7）
C點彎矩： =850=700000 N.mm （8）
圖8 水平面彎矩圖
Fig. 8 Horizontal bending moment diagram
（3） 畫出垂直面受力圖，計算支點反力，畫出垂直彎矩圖（如圖 9）。根據(jù)已經條件可知上軋輥對下軸的的作用力在水平方向的作用力為3000N，所以
支點反力： （9）
（即的方向和相同）
C點彎矩： 1500N=1200000 N.mm
（4）求合成轉矩，畫出合成彎矩圖，如圖（圖10）所示。
C點合成彎矩： =1380000 N.mm （10）
圖9 垂直彎矩圖
Fig 9 Vertical bending moment diagram
(5)畫出轉矩T圖。如圖（11）所示。
=1401000N.mm （11）
（6）計算C處當量彎矩，畫出當量彎矩圖。如圖（圖12）所示。
圖10 合成彎矩圖
Fig. 10 Composite bending moment diagram
圖11 轉矩T圖
Fig. 11 Torque T diagram
圖12 當量彎矩圖
Fig. 12 Equivalent bending moment diagram
（7）校核軸的強度[14] 根據(jù)彎矩大小及軸的直徑選定C截面進行強度校核
查《機械設計手冊》，當鋼45鋼=640MPa ，用插值法得=59Mpa 。C截面當量彎曲應力。
=8.11MPa< （12）
所以在C截面處安全。
4 擴幅輥傳動部件的設計
4.1 擴幅輥傳動方案
軋車擴幅輥部分的傳動圖如下。電動機通過皮帶分別帶動兩擴幅輥轉動。從而使布匹能夠平整的通過擴幅輥和浸染桿，進入浸染槽里面染色后再進入軋輥,軋車里面的作用實際就是一個輸送和防止布重疊的總用，因此它所受力較小，要求電動機的功率也較低，根據(jù)前面算得的軋輥的線速度也較?。ㄐ∮?m/s）,且軸間跨距大，故在這里選擇帶傳動是合適的，它的傳動圖如下圖（圖13）所示。
4.2 擴幅輥電動機的選擇
4.2.1 電動機功率的確定
（13）
式中：——工作機實際的電動機輸出功率，kW;
1——電動機；2——小帶輪；3——V帶；4——大帶輪
5——大帶輪2；6——擴幅輥1；7——擴幅輥
圖13 擴幅輥原理圖
Fig. 13 Enlarge picture roll principle diagram
——電機之工作機之間傳動裝置的總效率。
工作機所需要功率由機器的工作阻力和運動參數(shù)求得
=kW （14）
式中F——工作機的阻力，N；
V——工作機的線速度，m/s;
——工作機的效率
總效率=
其中為普通V帶傳動的效率，0.87~0.92
為滑動軸承的傳動效率，0.95
要求擴幅輥的線速度： =3.6 m/s
工作機阻力：F= 450 N
根據(jù)以上設計要求得
== =1.86kW
所以電動機的最小功率為1.86kW。常用電動機中大于此功率可供選擇的電動機有2.2kW、3 kW、4 kW等。在滿足工作要求的情況下，綜合考慮機械的設計成本和使用成本，所以我們選擇電動機的額定功率為2.2kW。
4.2.2 電動機轉速的選擇
同一類型的電動機，相同的額定功率有多種轉速可供選用。如選用低轉速電動機，因極數(shù)較多而外廓尺寸及重量較大，故價格較高，但可使傳動裝置總傳動比及尺寸減小。選用高轉速電動機則相反。因此應全面分析比較其利弊來選定電動機轉速。
根據(jù)前面已得出的工作輥的線速度調速范圍為0.18m/s~3.6m/s。
一般來說帶傳動的傳動比小于等于7，常用小于等于5。
在這里我們初定擴幅輥的直徑為100mm。
當i=5時，要求
可求得電動機的最大轉速
當i=時，要求
此時可求得電動機的最小轉速
由上可知電動機的轉速范圍為
在此速度范圍內，功率為2.2kW的電動機的可供選擇轉速有：Y-90L-2，它的轉速為2840r/min；Y-112M-6，它的轉速為940r/min；Y100L1-4，它的轉速為1420r/min；Y132S-8，它的轉速為710r/min。考慮到軋車的使用要求和工作條件以及經濟性原因，我們選擇Y-112M-6型三相異步電動機。
Y型三相異步電動機具有體積小、重量輕、電氣性能良好、經濟指標先進等優(yōu)點，而且結構牢固、使用方便，易于維修。主要適用于不含易燃、易爆或腐蝕性氣體的一般場所和無特殊要求的機械，如:金屬切削機床、泵、風機、運輸機械、攪拌機、農業(yè)機械和食品機械等，由于電動機有較好的起動性能，因此也適用于某些對起動轉矩有較高要求的機械，如壓縮機攪拌機、傳送帶等。它的主要技術參數(shù)如下表所示（表 5）。
電動機輸出軸的參數(shù)如下表（表6）
4.3 帶傳動的設計
在進行帶的設計計算的時候，必須考慮帶失效形式：
表5 電動機主要參數(shù)表
Table 5 Motor main parameter table
電機型號
標稱功率
額定電流
最大轉矩/
額定轉矩
堵轉轉矩/ 額定轉矩
滿載轉速
Y112M—6
2.2KW
5.6A
2.2
2.0
940r/min
表6 電動機輸出軸參數(shù)表
Table 6 Motor output shaft parameter table
電機型號
D
G
F
Y112M—6
3 8
3 3
1 0
根據(jù)以上電動機參數(shù)和基準尺寸和數(shù)據(jù)進行V帶傳動的設計[14]。
打滑；帶在帶輪上打滑，不能傳遞動力。
磨損；帶的工作面磨損。
疲勞折斷 ：帶由于疲勞產生脫層，撕裂和拉斷。
①帶傳動的主要失效形式表現(xiàn)為打滑和帶的疲勞折斷，打滑使得主動輪與被動輪之間不存在確定的相對運動關系（無法確定傳動比），失去傳動的基本功能，是必須避免的（避免帶傳動在承受正常載荷時打滑），為使帶傳動不發(fā)生打滑現(xiàn)象，就必須使初拉力達到足夠的值，而初拉力會直接影響帶的拉應力，為此帶既不發(fā)生打滑，也不過早損壞，必須要帶傳動的參數(shù)滿足一定的條件，這就是設計的任務。
②普通V帶傳動的設計準則：
在保證帶傳動不打滑的前提下，具有一定的疲勞強度和壽命.
③單根普通V帶的許用功率
根據(jù)軋車的工作原理和設計要求，我們先初步確定各帶輪間的位置關系如下圖（圖14）所示。
下面根據(jù)以上條件，進行設計計算。
4.3.1 確定設計功率
（15）
P——傳遞的功率kw
——工況系數(shù)，查機械設計手冊。
由上式可得，擴幅輥電動機的功率為
P=1.86kw
由于軋車擴幅輥承受載荷較小，且載荷變動不大，查表取=1.2（負載啟動， 每天工作12小時以上）。
圖14 擴幅輥傳動示意圖
Fig. 14 Roller transmission schematic drawing
所以=1.21.86=2.2KW。
電動機選擇的滿足工作要求
4.3.2 選定帶型
根據(jù)設計功率和小輪轉速，查機械設計手冊選擇V帶型號。
因為
=2.02KW
=940 r/min
所以選擇B系列。
4.3.3 確定傳動比
根據(jù)擴幅輥的線速度要等于軋輥的線速度，既
= （16）
176 r/min390mm=100
=680 r/min
傳動比i===1.4
4.3.4 小帶輪的基準直徑
參照設計要求和《機械設計手冊》的關于V帶輪的基準直徑系列，
取=125mm
4.3.5 大帶輪的基準直徑
= （17）
其中為彈性滑動率，通常取0.010.02。
=1.4125（1-0.01）=157.5 mm。
參照《機械設計手冊》的關于V帶輪的基準直徑系列取=157mm。
4.3.6 帶速的計算
V= （18）
對于普通V帶 =25~30
V==6.15 m/s
4.3.7 初定軸間距離
軸間距離 0.7（）（） （19）
既 197.4564
也可根據(jù)結構要求求定軸間距離。
初定=420
4.3.8 所需基準長度
= （20）
==1310
查機械設計手冊，取=1400mm
4.3.9 實際軸間距
=420+10=430mm （21）
4.3.10 小帶輪包角
=— （22）
=—=175.7 ，滿足要求。
4.3.11 單根V帶傳遞的額定功率
根據(jù)帶型，和查機械設計手冊
查表得單根V帶的傳遞功率
=1.67kw
4.3.12 傳動比的額定功率增量
根據(jù)帶型，和傳動比i查《機械設計手冊》可得。
=0.23kw
4.3.13 V帶的根數(shù)Z
Z= （23）
——小帶輪包角修正系數(shù)，查《機械設計手冊》可得。
=0.99。
——帶長修正系數(shù)，查《機械設計手冊》可得。
=0.88。
Z== =1.7
Z取整數(shù)為2。剛好符合軋車擴幅輥的雙帶設計。
4.3.14 單根V帶的預緊力
初拉力的大小是保證帶傳動正常工作的重要因素。初拉力過小，摩擦力小，容易打滑；初拉力過大，帶的壽命低，軸和軸承受力大。推薦單根V帶張緊后的初拉力為。
= （24）
m——V帶每米長的質量，可查《機械設計手冊》得到。
Z——帶的根數(shù)
=
==204 N
4.3.15 作用在軸上的力F
計算壓軸力是為了檢驗軸的剛度，為設計帶輪的軸和軸承選擇提供數(shù)據(jù)，它的受力圖如下圖（圖15）所示。
F==22042sin=816N. （25）
帶輪的結構尺寸（詳見4.4——帶輪的結構設計）。
圖15軸的受力圖
Fig. 15 Axis of trying
4.4 帶輪的設計
4.4.1 小帶輪的設計計算
（1)根據(jù)直徑選取結構型式.帶輪由輪緣，輪輻和輪轂三部分組成。根據(jù)輪輻部分的不同，可以分為實心式?，輻板和橢圓輪輻三種類型，帶輪的基準直徑，最基準直徑和輪緣尺寸可查機械設計手冊。設計帶輪時，應該使其結構便于制造，質量小、結構工藝性好、無過大的鑄造內應力、質量分布均勻，轉速高時要經過動平衡；輪槽工作面要精細加工，以減少帶的磨損；各輪槽的尺寸和角度應保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。
小帶輪直接與Y112M—6型三相電動機相配合，所以小帶輪的孔徑等于電動機輸出軸直徑。
既=38 mm
又=125mm 糟型為B。
查《機械設計手冊》V帶輪的結構型式和輻板厚度。選取小帶輪的結構型式為實心輪。
（2)小帶輪材料的選擇.[16] 帶輪材料常采用灰鑄鐵，鋼，鋁合金或者工程塑料等，灰鑄鐵應用范圍最為廣泛，當速度小于30m/s時用HT200，當速度在25m/s到45m/s之間時，則常用孕育鑄鐵或者鑄鋼，也可以用鋼板沖壓—焊接帶輪。小功率傳動可以使用鑄鋁和工程塑料。
由于擴幅滾小帶輪的直徑只有125mm，如果采用鑄鐵的話，由于在鑄造過程中可能會產生氣孔，影響帶輪的使用聲名，因此在這里我們不選擇鑄鐵而選用45，采用冷鍛工藝，這樣我們得到的小帶輪將有較好的綜合力學性能。
（3)根據(jù)帶的型號確定槽輪尺寸.V帶有普通V帶、窄V帶、寬V帶、大楔角V帶等多種類型，其中普通V帶應用最廣，窄V帶的使用也日見廣泛。
普通V帶由頂膠、抗拉體（承載層）、底膠和包布組成?？估w由簾布或線繩組成，是承受負載拉力的主體。其上下的頂膠和底膠分別承受彎曲時的拉伸和壓縮變形。線繩結構普通V帶具有柔韌性好的特點，適用于帶輪直徑較小，轉速較高的場合。窄V帶采用合成纖維繩或鋼絲繩作承載層，與普通V帶相比，當高度相同時，其寬度比普通V帶小約３０％。窄V帶傳遞功率的能力比普通V帶大，允許速度和撓曲次數(shù)高，傳動中心距小。適用于大功率且結構要求緊湊的傳動。 普通V帶有Y、Z、A、B、C、D、E七種型號。
由于帶型的不同，與他們相匹配的帶輪的輪槽和其他基本尺寸也不同，下面可根據(jù)下表（表7）確定小帶輪的輪緣尺寸。
根據(jù)（表7）計算得到小帶輪的具體尺寸如下表（表8）
表8 小帶輪參數(shù)表
Table 8 Parameters table small pulleys
基準寬度
基準面上槽深
基準面下槽深
糟間距
第一端面對稱面至端面的距離
最下輪緣厚
帶輪寬
外徑
輪糟角
14
3.5
14
7.5
69
134
34
（4）帶輪的其它尺寸確定：帶輪的其它尺寸由經驗公式計算，可以得出帶輪尺寸。
（5) 繪制零件圖[17] ：根據(jù)上面求得的數(shù)據(jù)小帶輪結構尺寸圖如（圖16）所示。
表7 V帶輪輪緣尺寸表
Table 7 V belt wheel rim size table
項目
符號
糟 型
Y
Z
A
B
C
D
基準寬度
5.3
8.5
11.0
14.0
19.0
27.0
基準線上槽深
1.6
2.0
2.75
3.5
4.8
8.1
基準線下糟深
4.7
7.0
9.0
8.7
11.0
10.8
14.0
14.3
19.0
19.9
糟尖距
e
第一糟對稱面到端面的距離
f
最小輪緣厚
5
5.5
6
7.5
10
12
帶輪寬
B
B=（Z-1）e+2f Z——輪糟數(shù)
外徑
輪
糟
角
相應
的基
準直
徑
60
/
/
/
/
/
/
80
118
190
315
/
>60
/
/
/
/
475
/
>80
>118
>190
>315
>600
偏
差
圖16 小帶輪的結構尺寸圖
Fig. 16 Small pulley structure size chart
4.4.2 大帶輪的設計計算
根據(jù)擴幅輥的工作要求選擇帶輪的結構形式——腹板式[18]。再根據(jù)上表（表7）計算出大帶輪的具體尺寸如下表（表9）所示。
表9 大帶輪尺寸表
Table 9 Big belt wheel size table
基準寬度
基準面上槽深
基準面下槽深
腹板厚度
第一端面對稱面至端面的距離
最下輪緣厚
帶輪寬
外徑
輪糟角
14
3.5
14
14
7.5
25
187
34
根據(jù)上面計算所得數(shù)據(jù)，繪制大帶輪結構尺寸圖如下圖（圖17）所示。
圖17 大帶輪結構尺寸圖
Fig. 17 Big pulley structure size chart
5 總 結
本次畢業(yè)論文的課題是基于軋車功能的傳動設計，它是軋車設計生產的一個重要問題，是機械設計中的一個典型課題。總的說來，本課題有一定的難度，它需要扎實的專業(yè)基礎知識和認真細致的計算處理能力。這樣的課題對我來說是一個重要的挑戰(zhàn)，它既鞏固了我大學四年所學的專業(yè)知識，又使我學到了不少新的知識，如結構設計，綜合設計，數(shù)據(jù)計算處理等。
在這次論文的編寫過程中，我首先是在網上搜索了與本課題相關的資料，充分掌握了課題的來源和背景，然后結合莫亞武老師所給的資料和自己的專業(yè)知識，確定了實驗的基本方案和論文的編寫進度。在寫好開題報告后，復習了與論文有關的專業(yè)知識，接著進行了為期一周的信息搜集，獲得了一批可靠的設計數(shù)據(jù)。后又用了一周的時間對數(shù)據(jù)進行了比較科學的處理，并得到了我們預期的結果。最后是整理所有的資料，把論文編寫好。這個過程是漫長的，同時也是艱辛的，遇到了不少難題，不過現(xiàn)在想來心里非常充實，學到了不少新的知識，也磨練了自己的意志。
通過了兩個月的努力，我學到了不少東西，也培養(yǎng)了自己獨立思考問題的能力。說實在的，進行到最后階段，對實驗數(shù)據(jù)的處理，我是一點底都沒有，從來沒有接觸過這方面的知識。沒辦法，只能自學，反反復復的看書和計算之后終于有了質的飛躍，找到了解決問題的方法。
參考文獻
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[4] 吳宗澤，羅圣國.機械設計課程設計手冊[M].北京：高等教育出版社, 2006：