環(huán)錠細(xì)紗機(jī)使用空心主軸的可行性分析

1、環(huán)錠細(xì)紗機(jī)使用空心主軸的可行性分析石華睿 杜美香（經(jīng)緯紡織機(jī)械股份有限公司榆次分公司 030601）摘要 介紹了環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的一種主軸傳動(dòng)方式及主軸的受力情況，對(duì)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)以空心主軸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)心主軸作了定性的可行性分析，在超長(zhǎng)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)中使用空心主軸可節(jié)約原材料的使用或提高主軸的承載能力。關(guān)鍵詞 環(huán)錠細(xì)紗機(jī) 傳動(dòng) 空心主軸 可行性分析1 前言環(huán)錠細(xì)紗機(jī)是紡織企業(yè)環(huán)錠紡紗生產(chǎn)流程中用量比較大的設(shè)備，對(duì)成紗質(zhì)量的好壞起著至關(guān)重要的作用。就環(huán)錠細(xì)紗機(jī)錠子傳動(dòng)方式而言，國(guó)內(nèi)外紡機(jī)制造企業(yè)主要采用兩種方式，以青澤、緒森為代表的少數(shù)廠家采用多電機(jī)長(zhǎng)龍帶傳動(dòng)，其他廠家如立達(dá)、豐田、經(jīng)緯、上海二紡機(jī)、東臺(tái)馬佐

2、里等均采用主軸滾盤方式來(lái)傳動(dòng)錠子。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，為了滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，環(huán)錠細(xì)紗機(jī)逐漸向1008錠以上的長(zhǎng)機(jī)發(fā)展，國(guó)外先進(jìn)企業(yè)甚至推出了錠數(shù)達(dá)1632錠的超長(zhǎng)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)。對(duì)主軸滾盤傳動(dòng)方式來(lái)說(shuō)，為了提高主軸的承載能力或節(jié)約原材料，在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的長(zhǎng)機(jī)或超長(zhǎng)機(jī)上使用空心主軸來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)心主軸，是很有必要的。2 環(huán)錠細(xì)紗機(jī)主軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)模型及受力分析主軸滾盤式錠子傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)在多數(shù)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上被使用，特別是國(guó)內(nèi)的環(huán)錠細(xì)紗機(jī)制造企業(yè)，均采用這種傳動(dòng)方式，其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。主電機(jī)通過(guò)皮帶傳動(dòng)位于主軸頭端的皮帶輪，滾盤套裝在主軸上，每段主軸通過(guò)夾殼式聯(lián)軸器串聯(lián)，1008錠環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的主軸長(zhǎng)度

3、就已經(jīng)超過(guò)了35m。圖1 主軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)模型簡(jiǎn)圖環(huán)錠細(xì)紗機(jī)主軸所受外力主要為錠帶的拉力、主軸的自重、軸承的約束力和輸入皮帶盤的拉力，不計(jì)空氣阻力及軸承摩擦阻力，因此主軸主要承受彎曲和扭轉(zhuǎn)組合變形的作用。由圖1和工程力學(xué)的知識(shí)可知，對(duì)中段每一段主軸來(lái)說(shuō)，所受的拉力、自重及軸承的約束力都是相同的，但越靠近輸入端所受的扭矩越大，故只需分析細(xì)紗機(jī)尾部最靠近輸入軸的那段主軸即可。下面就該段主軸所受的彎矩及扭矩作定性分析。作用于軸上的錠帶拉力、軸的自重、軸承的約束力使軸在兩個(gè)平面內(nèi)發(fā)生彎曲變形，錠帶拉力產(chǎn)生力偶矩使軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，因此該段主軸將發(fā)生雙向彎曲變形與扭轉(zhuǎn)變形的組合變形。假定危險(xiǎn)截面處的最大合成彎

4、矩為Mmax，扭矩為T，則根據(jù)第三強(qiáng)度理論準(zhǔn)則 （1）式中：最大切應(yīng)力理論的相當(dāng)應(yīng)力；實(shí)心主軸抗彎截面系數(shù)；許用應(yīng)力。我公司在1008錠的環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上使用的是直徑為45mm的實(shí)心主軸，材料為45號(hào)鋼，經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)證明是完全能夠滿足使用要求的。3 使用空心主軸的可行性分析由紡織機(jī)械的相關(guān)資料可知，環(huán)錠細(xì)紗機(jī)主軸承受的是扭矩遠(yuǎn)大于彎矩，現(xiàn)就使用空心主軸代替實(shí)心主軸作可行性分析。不考慮采用空心主軸后主軸重量變輕而導(dǎo)致的彎矩變化，則可以認(rèn)為實(shí)心主軸和空心主軸所受的負(fù)載都是相同的，即最大合成彎矩Mmax和扭矩T不變。由公式（1）可得空心主軸的最大切應(yīng)力的相當(dāng)應(yīng)力 （2）式中：最大切應(yīng)力理論的相當(dāng)應(yīng)力；空心

5、主軸抗彎截面系數(shù)；許用應(yīng)力。由公式（1）和（2）可知，要使得空心主軸滿足使用要求，只要滿足下面的條件即可 （3）或 （4） 根據(jù)工程力學(xué)知識(shí)，實(shí)心圓軸和空心圓軸的抗彎截面系數(shù)分別為 （5） （6）式中：D1圓軸的直徑；D2空心圓軸的外徑；d2空心圓軸的內(nèi)徑。 下面從節(jié)約材料和提高承載能力兩方面來(lái)分析計(jì)算使用空心主軸的優(yōu)缺點(diǎn)。3.1滿足使用要求，節(jié)約材料實(shí)踐證明，直徑為45mm的實(shí)心主軸完全能在1008錠的環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上滿足使用要求，此時(shí) （7）為了避免主軸軸承過(guò)大，空心主軸的外徑D2不宜過(guò)大，選擇D2=50mm，則根據(jù)公式（4）和（7）可得即只要，就可以滿足公式（3）的要求，也就是滿足了相對(duì)于實(shí)

6、心主軸的使用要求，考慮到鋼管的制造偏差，取d2=34mm。由于軸向長(zhǎng)度相同，只要比較兩種主軸的截面積就可得到材料使用的比例即在同等強(qiáng)度的條件下，使用空心主軸比使用實(shí)心主軸可節(jié)約33.6%的材料。當(dāng)然，如果仍然使用直徑為45mm的空心主軸，節(jié)約的材料會(huì)更多，但主軸的承載能力會(huì)下降，是否能滿足使用的要求則需要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。3.2使用材料相同，提高承載能力在不增加材料使用的情況下，使用空心主軸可提高主軸的承載能力。仍然選擇空心主軸的外徑D2=50mm，在計(jì)算出空心主軸的內(nèi)徑后比較兩種主軸的抗彎截面系數(shù)即可。經(jīng)計(jì)算后得d2=21.8mm，取整后取d2=22mm，則即承載能力為實(shí)心主軸的1.32倍。根

7、據(jù)錠數(shù)的增加，也可選用外徑為60mm的空心主軸，以進(jìn)一步提高承載能力，滿足使用要求。4 結(jié)束語(yǔ)由上述分析可得，采用相同材料的空心主軸在滿足使用要求的前提下，在1008錠的長(zhǎng)機(jī)上可節(jié)約33.6%的材料，或在材料使用量不變的情況下，可明顯提高負(fù)載能力，以滿足1200錠以上超長(zhǎng)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的使用要求。但由于空心主軸的軸徑變大，使得所用的主軸軸承會(huì)增大，且由于壁厚的關(guān)系，不能使用夾殼式有鍵聯(lián)軸器，必須使用帶錐套自緊式無(wú)鍵聯(lián)軸器，在一定程度上會(huì)增加生產(chǎn)成本。但在市場(chǎng)上會(huì)有一些紡織企業(yè)要求使用無(wú)鍵式聯(lián)軸器，在這種情況下，使用空心主軸還是能節(jié)約材料，降低成本，或提高負(fù)載能力以滿足超長(zhǎng)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的使用要求。參考文獻(xiàn)1 陳人哲.紡織機(jī)械設(shè)計(jì)原理M.北京：中國(guó)紡織出版社，1996年6月第2版.2 劉鴻文.材料力學(xué)M.北京：高等教育出版社，1992年9月第3版.3 劉思俊.工程