小型作坊有网棉被自动揉磨机的设计.doc

梧 州 学 院

毕 业 论 文

论文题目 小型作坊有网棉被自动揉磨
机的设计
系 别
专 业 机械设计制造及其自动化
班 级
学 号
学生姓名
指导教师（签名）
完成时间 2015 年 5 月

39

摘 要
传统揉磨机自动化程度低、劳动强度大、生产效率低。本次毕业设计是对棉被加工作坊原有揉磨机的改进设计，以提高棉被揉磨效率，降低劳动强度。
棉被揉磨的作用是将棉纱与棉胎纤维磨合粘牢、起球，增加棉胎强度，是棉被加工过程中一道重要工序。本设计参照现有揉磨机原理，将揉磨机分为三个基础部件，三个核心机构，三个基本工作动作。分别为：总机架、下揉板、上揉板，上揉板升降机构、上揉板离心转动机构、下揉板水平移动机构，上揉板离心转动、竖直升降，下揉板水平移动。设计时首先对揉磨机的三个基础部件进行合理的尺寸和结构设计，再根据揉磨机的基础部件和三个基本动作进行合理机构设计，查找并计算揉机所需的各个技术参数，将各个机构或部件所需要的关键零件进行合理设计，对重要的旋转主轴进行受力分析和设计校验。最后用Pro/e软件将所有部件建模组合装配，并进行仿真分析。
揉磨机的三个核心机构分别用到两台三相异步电动机和一台直线电机来驱动不同顺序的三个机构。

关键词：有网棉被； 揉磨机； 剪式机构； Pro/e仿真分析

Design On Small Workshop Has A Net Quilt
Kneading Machine
Abstract
The traditional Kneading Machine with low degree of automation, high labor intensity, low production efficiency. This graduation design is the quilts processing workshop original Kneading Machine design improvement, in order to improve the quilt Kneading efficiency, reduce labor intensity.
The quilt is the role of Kneading cotton yarn and cotton quilt fiber in cement, pilling, increase the intensity of cotton quilt, is an important process in the manufacturing process of the quilt. The design principle of the Kneading Machine, the Kneading Machine consists of three basic components, the three core agencies, three basic action. Are: general frame,the rubbing plate, the kneading board, rubbing plate lifting mechanism, rubbing plate centrifugal rotation mechanism, kneading board under the horizontal moving mechanism, rubbing plate centrifugal rotation, vertical lifting, kneading board under the horizontal movement. Firstly, on three basic components of rolling mill size and reasonable structure design, and reasonable mechanism design based on component kneading mill and three basic movements, searching and calculating various technical parameters required for kneading machine, will be the key component agencies or components required for a reasonable design, by force analysis and design verification of the rotating spindle important. Finally using Pro/e software will all the parts assembled and modeling, simulation analysis.
The three institutions in three core institutions kneading mill were used two three-phase asynchronous motor and a linear motor to drive the different sequence.

Keywords: Network quilt Kneading machine Scissor institutions Pro/e simulation analysis
目录

第一章 前言 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2国内外研究动态 2
1.3本课题主要研究内容及拟解决问题 2
第二章 自动揉磨机的总体设计 4
2.1揉磨机的组成和工作原理 4
2.2总体结构设计 4
第三章 揉磨机各组成部分的设计 6
3.1 下揉板的设计 6
3.2 揉磨机机架设计 7
3.3 揉磨机上揉板设计 8
3.4 揉磨机离心转动机构设计 9
3.5 揉磨机升降机构设计 21
3.6 揉磨机水平传送机构设计 27
第四章 基于Pro/E建模仿真及分析 30
4.1 Pro/E简介 30
4.2 主要零部件三维图和总装配图 30
4.3 运动分析及仿真 34
第五章 改进及发展前景 36
第六章 总结 37
参考文献 38
致 谢 39

第一章 前言
1.1 研究背景及意义
棉，伴随着人类生活几千年，与人类生活息息相关。棉被有蓄热能力强、保暖性能好、透气性能好、无静电、不过敏、促进睡眠、适应人群广等特点，在人们心中棉被的地位是无法替代的，特别是追求低碳环保，天然绿色，健康产品的今天，棉被更是人们的上上选。棉被主要有两种类型：一种是现在比较热卖，工序简单的无网千层被；另一种是比较传统的，工序比较繁杂的有网棉被。二者有各自的优点，有网棉被能很好的保护被芯表面，又不影响棉被的松软，在纱套保护一下，能很方便的打理，并且延长棉被的使用寿命。
纺织产业是一个古老而又年轻的产业，人类几乎从诞生的第一天起就涉及到穿衣保暖问题[1]。近几年我国棉被深加工企业产品质量达到国家标准的只有3家，年产量不足150万床，而仅我国中部和背部每年需求量达1000万床以上，市场巨大。然而有网棉被的市场比较倾向于乡镇地区，需求基本由小型工厂或者作坊式生产供应的。由于有网棉被重复加工工序非常繁杂，目前很多工序（如拆网、撕棉等）都需要人力劳动来完成，再加上重复加工对象基本是个体户，不适应工厂机械化批量生产，这就促进了小型作坊的生存和发展。最早的棉被是通过手工弹制而成。随着科学技术的发展。这种落后的技术，已经遭到淘汰。现在棉被的加工，基本上是机器化生产。由于条件的限制，小型作坊的机器设备远落后于工厂机械化生产设备，以至于在棉被生产过程中需要耗费大量的人力资源和能源，并且生产效率底，产品质量差。本课题针对此现状，对小型作坊有网棉被生产工序中的棉被揉磨工序机器在原有基础上进行改进设计。
现代工业中，生产过程的机械化、自动化已越来越突出。在传统的棉被加工生产中，揉磨工序是非常繁杂的，单靠人力完成这些繁杂的工序，不仅费时费力而且效率不高。同时人的劳动强度非常大，有时还会出现失误及伤害。显然，这严重影响制约了整个生产过程的效率和自动化程度。棉被自动揉磨机的应用很好的解决了这一情况，它不存在重复的偶然失误，也能有效的避免了人身事故。
在棉被加工工艺中，棉被揉磨的作用是将棉纱与棉胎纤维磨合粘牢、起球，增加棉胎强度，是棉被加工过程中一道重要工序。为了更好地完成揉磨工序，揉磨机的应用具有以下意义：
（1）可以提高生产效；
（2）可以降低劳动强度、改善劳动条件、避免人身事故 ；
（3）可以减少人力，便于有节奏的生产。

1.2国内外研究动态
在我国棉被揉磨工具有三个时段形式：
1、传统的木制磨盘，其由一块圆木做成，根据需要可以有不同尺寸和重量，完全靠手工推磨来完成揉磨工序，一条棉被需要花费大量时间来研磨，如果研磨不均匀会造成棉被脱线或者空心等质量问题。
2、电机摇臂式磨盘，该磨盘由电机带动木制磨盘压在棉被上做离心转动，用手掌握机器摇臂一端控制磨盘自由移动。此产品为传统磨盘上的改进，一定程度上减少了工作人员的劳动强度，提高了生产效率和棉被质量。
3、覆盖式揉磨，由电机带动一块尺寸比棉被大的具有一定重量的木板压在棉被上做离心转动，由于磨机运转平稳、工作均匀，大大提高了棉被揉磨质量和效率。目前这种揉机是棉被生产中使用最多的一种机器设备，在一般工厂已经实现完全自动化揉磨，包括棉被的翻面和传送。
4、棉被机在我国正处于技术研发阶段，其主要研发地集中在棉产区的新疆，四川、浙江等地区，目前设备比较先进的有四川眉山千层弹花机械有限公司，其专注于棉被设备研发和制造，根据场地和环境的不同有不同类型的磨机，工厂流水线生产模式用的为全自动磨机，其包含有自动喂棉机和带式传送设备来完成棉被的翻转和传送，有三台覆盖式磨机依次揉磨，其特点为占地面积广，完全自动化，生产效率高，产品质量稳定，投入成本高；根据小型作坊的占地面积从大、中、小又分别有双推、错层、高架式三种磨机，其功能原理一样，属于半自动设备，在生产效率上略有差异，在棉被翻面和传送过程中仍需要人力劳动来完成，并且需要一定的劳动强度。
入世以后，我国棉花进口量急剧增加，几年的总量超过去50年的进口量[2]。由于我国正处于中等发展中国家，在纺织工艺的设备和技术仍比较落后，与其他国家相比,中国纺织业2002的劳动生产率仅相当于美、日、法等发达国家几年前水平的几十分之一,与马来西亚、菲律宾等发展中国家相比也有不小的差距，像美国等发达国家以高新技术改造纺织工业,不断提高劳动生产率,在棉被生产方式上早已经实现棉被全自动化生产。
1.3本课题主要研究内容及拟解决问题
1、研究内容：
根据揉机的工作原理及其市场上相关揉机状态分析，揉机需要完成的工作动作有：上揉板离心转动、竖直升降，下揉板水平移动。本设计主要针对这三个动作，对揉机进行功能划分、结构分析、机构设计、运动仿真等，为使揉机能够更加安全、稳定、有效率、自动化的完成揉磨工序。
（1）揉磨机总体结构设计
（2）揉磨机机架选材和连接设计
（3）上揉板离心转动机构设计
（4）上揉板升降机构设计
（5）下揉板水平移动机构设计
（6）上揉板重量和离心转速设计
（7）电机的选择与设计
（8）离心轴校验和优化设计
2、拟解决的问题：
（1）上揉板离心运动的设计：控制上揉板做离心运动，又不随着离心轴转动。
（2）下揉板的移动机构设计：在机器运转前固定下揉板的移动功能的实现。
（3）小行程控制下揉板大行程位移的设计：设计实现小行程控制下揉板大行程位移的机构。

第二章 自动揉磨机的总体结构设计
2.1揉磨机的组成和工作原理
1、揉磨机的组成：
小型作坊有网棉被自动揉磨机组成如图2-1所示。

上揉板

机架

下揉板

小型作坊有网棉被自动揉磨机

下揉板水平移动机构
上揉板离心转动机构

上揉板升降
机构

图2-1 揉磨机组成图
2、揉磨机工作原理
根据有网棉被揉磨工序要求，揉磨机的工作原理为：弹花机上加工好的棉被摆放在下揉板上，将下揉板推入固定位置，开动电机放下上揉板，在上揉板重力作用下，与下揉板压住棉被，开动上揉板旋转电机推动上揉板偏心360度任意方向移动揉制，上揉板运动几分钟后棉被翻面再运转几分钟，即可完成棉被揉制工作。
2.2总体结构设计
揉机机架采用Q235A普通10#槽钢作为主要支撑架，普通6.3#槽钢作为副支撑，为强化结构刚度，还采用了普通4#角钢作为加强连接。
上揉板主要由普通4#角钢架、拼接木板、一块布料、离心轴等组成，通过离心轴旋转来带动整个上揉板离心转动，带动包着布料的木板压在棉被上360度任意方向移动摩擦，使棉被胎纤维磨合粘牢、起球，完成揉磨工序。
离心机是由电机通过皮带轮减速，带动连接在皮带轮上的主轴旋转，最终由离心连接头带动上揉板离心轴离心转动。
降机构是由电机正反转通过减速箱减速，带动卷带轴转动，将连接在皮带下端的上揉板和离心转动机构架一起升降。离心转动机构架与主机架有直线导轨连接。
下揉板主要由普通4#角钢架、拼接木板、一块布料、四个V型槽轮轮等组成，棉被放在包着布料的木板上，在开机揉磨时棉被不能移动。通过四个槽轮轮，下揉板能在导轨上水平移动。
推动机构主要由45x25的方钢和直线导轨组成三级剪式机构，由直线电机带动杆件小行程位移，来实现对下揉板大行程水平推移。
定位系统主要由行程开关控制直线电机工作，防止下揉板超程而损坏设备。由楔块固定锁紧下揉板，防止下揉板在工作时移动。
根据各个部分的设计，作出总的结构原理示意图如下图2-2所示。

图2-2 揉磨机的工作原理示意图
根据图2-2和揉机工作原理，揉机完成一次揉磨工序的工作流程为：抬升上揉板→推出下揉板→棉被摆放在下揉板上→收回下揉板→放下上揉板→开机上揉板离心揉磨→停机抬升上揉板→再推出下揉板
第三章 揉磨机各组成部分的设计
3.1 下揉板的设计
揉机的外形尺寸是由有网棉被的尺寸设定的，在设计时要以市场上最大尺寸有网被来确定，棉被是放在上揉板被加工的，所以首先应该确定下揉板的尺寸，再根据下揉板尺寸来设计其它部分尺寸。
1、下揉板尺寸的确定
市场上的棉被一般都是根据床铺的大小来决定的，参考市场调查的表格如表3-1所示。
表3-1 棉被尺寸数据
床面的宽度
床面的长度
所属款式
被子尺寸（供参考）
200cm
200cm202cm
加大双人床
220cm×240cm
180cm
220cm222cm
加大双人床
230cm×250cm

揉机下揉板的尺寸要比最大棉被的尺寸大，但是又不能取得太大，不至于浪费材料就行，一般取单边大100mmm300mm，本设计磨板尺寸取2600mm×3000mm。
下揉板的高度为普通人站直手能够到为宜，过高则影响稳定性且不好操作，过低则容易引起身体疲劳。当人站直时，指尖到地面的高度一般在600mm650mm，本设计磨板高度取700mm。
2、下揉板材料配置
下揉板主要作用为承载棉被，在保证下揉板刚度前提下，要求结构简洁，质量小，才能在传送过程中尽量降低摩擦和惯性矩以至于减少电机的推举力。
（1） 一块布料：3000mm×3400mm纯棉布料（拼接），与棉亲和性大，棉被放在包着布料的木板上，在开机揉磨时棉被不能移动。
（2） 一块拼接木板：2600mm×3000mm×10mm拼接木板。
（3） 下揉板架：4#角钢焊接。
（4） 4个V型槽轮：Ф70mm×30mm(外购件,配8个轴承6201zzФ32xФ12x10x10)， 导向性能好，其安装结构如图3-2所示。

1—角钢 2—V型槽轮 3—轴承 4—螺母
5—双头螺柱 6—挡圈 7—垫片
图3-2 槽轮安装结构图
（5）根据下揉板配置，做出下揉板整体结构示意图如图3-3所示：

图3-3下揉板整体结构示意图
3.2 揉磨机机架设计
1、机架尺寸确定
机架的尺寸决定整机的占地面积，其长宽根据下揉板尺寸及其移动位程应尽量减小其尺寸，高度由上揉板移动的高度确定。其尺寸为：6000mm×2840mm×2080mm。

2、机架配置
机架主要起支撑作用和连接各组成机构作用，主要支撑上揉板、离心转动装置、升降装置，总承重约300kg。机架要有一定刚度和强度，能够防止机器运转过程中剧烈震动。
（1） 揉机机架采用Q235A普通10#槽钢作为主要支撑架，普通6.3#槽钢作为副支撑，由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能有得到较好配合。为强化结构刚度，还采用了普通4#角钢作为加强连接。
（2） 根据机架配置，做出机架整体结构示意图如图3-4所示：

图3-4机架结构示意图
3.3 揉磨机上揉板设计
1、上揉板尺寸确定
揉机上揉板必须完全覆盖棉被才能是棉被表面质量均匀，所以上揉板的尺寸也应该大于或者等于棉被的尺寸；由于揉磨加工上揉板西离心旋转的，其旋转的包络面积不应该大于上揉板；根据表3-1和下揉板及其后面设计的离心半径，上揉板长宽为：2500mm×2900mm。
2、上揉板配置
上揉板的重量和转速直接关系到有网棉被揉磨工序的质量和效率，但是由于这两项参数需要实验获得，且没有相应文献记载，故在设计时取市场现有揉机的参数，其值为：G=100kg，n=2r/s。
上揉板主要由以下四个部分组成：

（1）普通4#角钢焊接架；
（2）2500mm×2900mm×10mm拼接木板；
（3）3000mm×3400mm一块混纺面料（拼接），即由化学纤维和天然纤维通过纺织方法制成的，必须与下揉板布料区别，其与棉的摩擦小于上揉板， 才能保证棉被揉磨过程中不移动，且能使棉被胎纤维磨合粘牢、起球.
（4） 离心轴，具体参数计算放在离心机构设计模块。
（5） 根据上揉板配置，做出上揉板整体结构示意图如图3-5所示：

图3-5上揉板结构示意图
3.4 揉磨机离心转动机构设计
1、离心机构方案的选择
离心机构是机构学的一个特殊意义的分支。由于离心力伴随着离心重块的旋转而自然产生，而旋转运动在各机械中几乎是无处不在的[3]。离心机构的应用范围非常广泛，例如离心制动器、离心离合器、离心夹具等[4]。目前市面上揉机离心转动机构的原理基本相同，不同地方主要在离心机构的布局上。其布局有以下两种方案：
（1） 离心转动机构固定式：该方案需要传动轴和离心轴都必须较长和粗才能避免在运转过程中产生大挠度变形，并且悬臂越长会让整机产生振动越大。但是这种结构方式简单连接方便。其机构件图如图3-6所示。

图3-6 离心转动机构固定式机构简图
（2）离心转动机构移动式：大大缩短离心轴的长度和直径，减小整机振动，但是此结构相对复杂，增大了上升负载。其机构件图如图3-7所示。

图3-7 离心转动机构移动式机构简图
综合以上两种方案各有优缺点，考虑到整机的安全性，方案2所增加的构件所增加的成本不多，安全性能比方案1又很大的提高，所以选择方案2更有优势。
2、传动方案的设计
皮带传动具有工作时传动平稳无噪声,能缓冲、吸振等优点。工作中如遇到过载，带将会在带轮上打滑,可防止薄弱零部件损坏,起到安全保护作用。棉被揉磨不需要揉机恒定转速，故不需要精确传动，正好避开了皮带传送的缺点，且上揉板质量较大，惯性也较大，揉机的开机和关机需要一定的缓冲。其传动机构简图如图3-8所示。

图3-8 离心传动机构简图
3、传动方案的计算
（1） 揉机上揉板摩擦力计算：
查《机械零件手册》表2-5材料的摩察系数可知[5]：毛织品与毛织品的动摩擦因数μ=0.44，最接近棉被与混纺面料动摩擦因数，已知上揉板重量M=100kg，则摩擦力f计算如下：
f=μG=μMg
=0.44×100×10
=440N
（2）揉磨所需功率计算
已知上揉板转速n=2r/s,离心半径r=0.05m
因为 P=f×υ
v=ω×r
ω=2πn
所以 P=f×2πn×r=440×2×3.14×2×0.05=276.32w
（3） 电机所需功率计算
普通v带绳芯结构的传送效率η为9096% ，
设：
—v带传送效率
—轴承效率

则

电机转速计算
经查表按推荐的传动比合理范围，取V带传动比i=2～4,所以电机的可选范围为：

综合考虑电机和传动装置的尺寸，质量及价格因素，为使传动装置紧凑，决定采用同步转速为1390r/min的电动机。
（4） 电机的选择
根据电动机类型、容量和转速，由电机产品目录，选定电动机型号为：Y80M1-4。电机的技术参数如表3-9所示。
表3-9 电动机的技术参数
项目
参数
项目
参数
电机类型
三相异步电动机
效率（%）
73
电机型号
Y80M1-4
功率因数cosΦ
0.76
额定电压
380
极数
4
额定功率(KW)
0.55
额定转速（r/min）
1390
额定电流（A）
1.5
重量（Kg）
34
4、带传动设计计算
揉机在开机和关机时，电动机将会受到较大的冲击力和振动，为减轻振动和冲击力对电机轴的影响，采用普通V带传动的传动方式，带传动具有缓冲、减振作用，有过载保护能力等优点，所以满足要求。
1）普通V带的设计计算
已知选用的电机为Y系列三相电动机，功率P=0.55KW,转速n1=1390r/min,上揉板的转速n2=120r/min，每天连续工作时间10～16小时，工况系数KA=1.2，设计带的根数z=1，根据教材《机械设计》[6]中带传动的设计方法与步骤进行计算：
2）普通V带的初步计算
(1) 设计功率Pd

(2) 理想传动比i0（V带传动比i=2～4，设带Ⅰ和带Ⅱ传动比相等）

(3) 估算小带轮包角α10

(4) 估算包角修正系数Kα0
根据参考文献[10]表3-11线性插入计算

(5) 初定带长系数K L0=1
(6) 确定带材质系数K q=1 K q——化学纤维线绳结构强度
(7) 估算单根带需要传递功率m0

(8) 确定带型号和小带轮直径d1
选择A型d1=90mm

P0+ΔP0=1.133KW>m0，满足设计条件P0+ΔP0≧m0。
(9) 确定大带轮直径d2
，取 ε=0.02
根据参考文献[10]表3-9查定取标准值，取d2=315mm。
3）普通V带的验证计算
（1）验算带速v
带Ⅰ

带Ⅱ
实际传动比i
，取ε=0.02

（2）带Ⅰ速度在5～35m/s范围内，设计合理，带Ⅱ速度小于5，为了使结构紧凑，且要求上揉板转速较低，故带2的实际速度小于5为特殊情况。
4）确定中心距a，并选择V带的基准长度Ld：
0.7(d1+d2)≤a≤2(d1+d2)
283.5≤a≤810
初取a1 =350mm,a2 =700mm。
计算相应的带长Ld:

查表选取和Ld1=1467相近的标准带的长度Ld为1400mm，和Ld2=2054相近的标准带的长度Ld为2000mm，则实际中心距为：
带Ⅰ
带Ⅱ
在安装时，在结构上要保持V带有一定的张紧力，安装中心距会略有所变化。
5）计算小带轮包角α1
带Ⅰ

带Ⅱ

α1>120º,α2>120º,合理。
6） 计算包角修正系数Kα

7）计算带需要传递功率m A
带Ⅰ
带Ⅱ
8） 验证传递功率条件
P0+ΔP0=1.133KW>mA2=0.717KW，满足设计条件P0+ΔP0≧m0。
9）V带初张紧力F
带Ⅰ
带Ⅱ
查参考文献[10]表3-2，m=0.10kg,v为带速
10）作用在轴上的力Fr
带Ⅰ

带Ⅱ

11）V带传动的主要参数整理并列表：
表3-10
带型
带轮基准直径(mm)
传动比
基准长度(mm)
A

3.57
2000（1400）
中心（mm）
根数
初拉力(N)
压轴力(N)
732（383.5）
1（1）
85.8（313.7）
422.1（408.5）

（1）已知小带轮的基准直径dd=90mm，槽型为A型，槽数为1，电动机的轴径为19mm。按照已知条件，查参考文献[6]表3-19得：
带轮孔径d=19mm，带轮结构为实心轮，采用铸铁带轮（常用材料HT200）。
（2）已知大带轮的基准直径为dd=315mm，槽型为A型，槽数为1，传动轴和主轴轴径都为30mm。按照已知条件，查参考文献[6]表3-19得：
带轮孔径d=30mm，带轮结构为轮辐式，辐板厚度S=10mm，采用铸铁带轮。
5、旋转轴的结构设计计算
1）轴的材料和热处理的选择[7]
选择轴的材料为45钢，调质处理，毛坯直径<100mm,硬度217～255HBS，抗拉强度极限σB=640MPa,屈服强度极限σS=355MPa,疲劳强度极限σ-1=275MPa，剪切疲劳极限τ-1=155MPa，[σ-1]=60MPa，许用扭转切应力[τT]=25～45MPa。
2） 轴上零件和轴尺寸的确定
旋转轴及其轴上皮带轮的安装均采用螺钉紧固，故旋转轴不需要做成阶梯型，既节省了成本，且安装方便灵活。
（1）轴承的选用
本设计采用轻型P系列P006带座轴承，此轴承有一定的调心能力，可以装于普通精度的机架上，适应性强；轴承内圈附带顶定螺丝可以直接使轴承内圈固定于轴上，安装非常方便。
（2）旋转轴的校核
已知轴上的功率、转速和效率为

—电机效率
—轴承效率
—皮带的效率

所以，转矩为：

计算轴径扭转切应力τT，d min=30mm

τT=14.74MPa<[τT]=25～45MPa，满足设计要求。
计算轴最小直径
根据轴的材料为45，查文献[7]中表15-3取A0=112

取标准值，dmin=22.7考虑轴上有2个孔，轴径应增大20%～30%，所以dmin=30mm,
dⅠ-Ⅲ=30mm>d min=22.7mm，轴的设计合格。最终尺寸确定如图3-11所示。

图3-11 主轴尺寸
3）按弯扭合成强度条件计算
（1） 受力分析图[7]

（a） 受力分析图 （b）转矩图 （c）离心力弯矩图
（d）轴力弯矩图 （e）总弯矩图
图3-12 受力分析
已知：
皮带轮作用在轴上的力：
离心力：
主轴转速：
离心半径：
可求得：
支点反力：

支点反力：

（2）作弯矩图(3-12)
离心力弯矩为(3-12图c)：

轴向力弯矩为（3-12图d）：

总弯矩：
由于离心力方向随着上揉板的转动而时刻改变，当离心力方向到达与皮带轮轴向力方向相反时，主轴所受的弯矩最大，扭矩不变，如图3-12所示为弯矩最大时刻弯矩和扭矩图。由图3-12（c）可知B点的弯矩最大，B点处的剖面为危险截面。

式中：—轴的计算应力，
—轴所受的弯矩，
—轴所受的扭矩，
W—轴的抗弯截面系数，
—对称循环变应力时轴的许用应力，已知。

所以安全。
6、离心轴设计及安装
离心轴通过连接板和连接套筒固定在上揉板上，当启动离心装置，离心轴绕着旋转主轴离心旋转，带动上揉板离心移动。为方便离心轴磨损以后的拆装更换，提高维护效率，离心轴与链接套筒采用螺栓连接，连接板与上揉板同样采用螺钉连接。离心轴装配图如图3-13所示。

1. 离心轴 2.套筒 3.固定螺栓
4. 加强板 5.紧固螺栓 6.连接板
图3-13 离心轴安装图
7、旋转轴与离心轴连接头设计
连接头的作用是连接旋转主轴与离心轴，使离心轴绕旋转主轴离心转动，上揉板离心移动而不随主轴转动。连接头由一个套筒和一块45#连接板焊接而成，相比整块加工成本更低，更容易加工。连接板上两个Φ10的孔与主轴螺栓配合，套筒与离心轴配合，离心轴可在套筒内转动。如图3-14所示。

图3-14 连接头

8、离心机构整体装配及其运动原理
1. 三维实体图如图3-15：

图3-15 离心转动机构
2. 运动原理：启动电机，电机旋转通过皮带带动旋转主轴旋转，连接头连接旋转主轴带动离心轴及其上揉板绕主轴离心移动。
3.5 揉磨机升降机构设计
升降机构主要功能是将揉机上揉板和离心转动机构抬升，以方便下揉板传送棉被。其原理为：电机经过蜗轮蜗杆减速器减速带动卷带轴旋转通过皮带连接上揉板，使上揉板升降。
1、揉磨机升降机构结构设计
升降机构的载荷主要为上揉板和离心旋转机构的重量，总共约为150kg。升降机构有电机、减速器、联轴器、卷带轴、皮带等组成。上揉板的升降高度一不碰到棉被为基准，一般取升降高度为500mm600mm，设最大行程为800mm，机构简图如图3-11所示。

图3-16 升降机构简图
2、减速箱的选择
有网棉被的加工过程中棉被需要翻面、折边等揉磨加工，所以揉机上揉板需要频繁的升降，当上揉板抬高到一定高度后电机停转，此时为防止上揉板掉落，减速箱起到了关键作用。轮蜗蜗杆减速器具有传动比大、传动平稳、冲击和振动小、具有自锁性等特点，所以满足要求。
（1） 减速器的选择：
为了避免在启动时对减速器造成冲击，要求上揉板缓慢升降，一般要求卷带轴转一圈时间t=5s上揉板升降h=0.5m左右。设卷带轴直径为d，卷带轴转速为n，根据揉机的工作环境取工况系数k=1.2，设皮带传动比i=2。
则
得 取
减速器输出转速为：

上揉板估算速度为：

总传动比为：

减速箱传动比为：

已知升降载荷M=150kg，联轴器效率η1=0.98，减速箱效率η2=0.71，减速箱输出转矩为：

减速箱修正输出转矩为：

减速箱输入功率为：

根据产品样本，选定减速箱型号WPA80，减速箱传动比i=60，输入功率P=0.55Kw，输入转速n=1000r/min，输出转矩。蜗轮减速机入轴可正反转动。
（2）电机的选择：
根据减速器输入功率和输入转速要求，已知—皮带的效率，则电机功率P为：

根据减速器输入功率和输入转速要求，查阅电动机类型、容量和转速，由电机产品目录，选定电动机型号为：Y80M2-4。电机的技术参数如表3-13所示。其安装外形及安装尺寸如图3-10所示。
表3-17 电动机的技术参数
项目
参数
项目
参数
电机类型
三相异步电动机
效率（%）
74.5
电机型号
Y80M2-4
功率因数cosΦ
0.76
额定电压
380
极数
4
额定功率(KW)
0.75
额定转速（r/min）
1390
额定电流（A）
2
重量（Kg）
38
3、带传动设计计算
V带有普通V带、窄V带、宽V带、接头V带、联组V带、齿形V带、大楔角V带等类型，其中，普通带运用最广[6]。
已知选用的电机为Y系列三相电动机，功率P=0.75KW,转速n1=1390r/min,每天连续工作时间10～16小时，工况系数KA=1.2，设计带的根数z=1，根据上一小节普通V带计算公式进行计算得V带传动的主要参数如表3-14所示。

表3-18 V带传动的主要参数
带型
带轮基准直径(mm)
传动比
基准长度(mm)
A

2
800
中心距（mm）
根数
初拉力(N)
压轴力(N)
217
1
119.48
233.76

1. 已知小带轮的基准直径dd=90mm，槽型为A型，槽数为1，电动机的轴径为19mm。按照已知条件，查参考文献[10]表3-19得：
带轮孔径d=19mm，带轮结构为实心轮，采用铸铁带轮（常用材料HT200）。
2. 已知大带轮的基准直径为dd=180mm，槽型为A型，槽数为1，减速箱主轴轴径为22mm。按照已知条件，查参考文献[10]表3-19得：
带轮孔径d=22mm，带轮结构为孔板式，采用铸铁带轮。
4、联轴器设计和计算
在设计联轴器时首先要确保能够可靠地传递如扭矩、轴向力、径向力等负荷，其次是应考虑被连接俩轴在不共轴时也能够可靠工作[8]。
揉机上揉板升降时会产生一定的振动和冲击，且上揉板上升缓慢，卷带轴转速12r/min非常低，为此，选用滑块式联轴器，滑块式联轴器传递转矩较小的场合，具有一定补偿两轴相对偏移量、减震和缓冲的性能，且结构简单，安装、制造方便，符合揉机转轴的性能要求。
计算联轴器所需的转矩,查参考文献[7]表14-1，考虑转矩变化和冲击中等，故KA=1.3，已知减速箱效率，皮带的效率，则：

按照计算转矩Tca应小于联轴器公称转矩的条件，又已知选用减速器的轴径为32mm,查标准JB/ZQ4384-97，选用WH5型滑块式联轴器，其公称转矩280000N·mm，从动端选用J型孔，孔径为30mm,轴孔长度为44mm；主动端，即电机轴孔端选用J型孔，孔径为32mm，轴孔长度为44mm，联轴器的外径100mm。

5、卷带轴设计和计算
经以上计算，已知卷带轴直径d=150mm，上揉板及其离心装置质量M=150kg，为减轻机床重量，卷带轴的设计初步采用Ф150mm×Ф30mm木质外层，Ф30mm×3mm的普通45#钢管内心组合而成，组合安装图如图3-19所示：

图3-19 圈带轴
验算：
离心轴的转矩：

轴径扭转切应力τT：
D=30mm，d=24mm

查机械设计手册，普通45#钢材的许用剪切应力为：65~98MPa，τT=35.28MPa<[τT]=65～98MPa，满足设计要求。
6、离心装置升降方案设计
升降平台作为一种起重机械，在物流、搬运、装配、城市停车系统、海上油田等各种工作场合中得到了广泛运用。其最主要功能是依靠驱动机构与升降机构将物体升降致不同高度[9]。按预定设计方案