高速半自动转杯纺纱机用纺纱器结构设计

吴云珍，杨丕勇

(经纬智能纺织机械有限公司，山西 晋中 030601)

0 引言

转杯纺纱技术作为一种新型纺纱技术，因流程短、效率高、用工少等优势而发展迅速。在取代环锭细纱机纺制19.4 tex～11.7 tex纱时，要求纺杯速度达130 kr/min～150 kr/min，否则难以体现其纺纱经济性。目前全自动转杯纺纱机中，赐来福Autocoro9型采用磁悬浮无接触电机单独驱动、转杯速度可达200 kr/min，立达R60型采用双滚盘间接轴承传动、转杯速度可达150 kr/min，国产半自动转杯纺纱机实际纺纱转速均不高于110 kr/min[1]。

轴承是制约转杯速度提高的最大因素。目前，采用高精度陶瓷球轴承取代钢球轴承[2]，转杯速度也只能达到120 kr/min，即使研制出150 kr/min的高速轴承，主机在此高速下完成接头动作的成功率和接头质量也难以保证。只有转杯、引纱、卷绕以及给棉部件均采取单独驱动，才能实现低速接头(如70 kr/min)，在保证纱线号数和捻度不变前提下，由PLC控制程序提速到正常纺纱速度(150 kr/min)。转杯速度高、单独驱动难实现，须先研发高速转杯单独驱动纺纱器，进而研发转杯速度为130 kr/min～150 kr/min的高速半自动转杯纺纱机。

Creo Parametric是PTC核心产品Pro/E的升级版本，是新一代Creo产品系列的参数化建模软件。该软件易于使用、功能强大，可以帮助设计人员快速开发优质新品，利用更高效灵活的3D设计功能提高工作效率、模型质量，减少模型错误，轻松处理复杂的曲面设计要求。笔者利用Creo Parametric软件对高速半自动转杯纺纱机用纺纱器进行结构设计，建立三维模型并进行干涉检查、机构运动分析，确定出合理的结构设计方案。

1 结构原理

高速半自动转杯纺纱机用纺纱器，采用立达R60型双滚盘接触式间接轴承结构[3]，结合立达R35型纺纱器的给棉、分梳结构及经纬JWF1618型主机制造技术，开发出一套转杯单独驱动、转杯速度为150 kr/min的高速纺纱器。

该高速纺纱器驱动机构工作原理如图1所示。

双滚盘采用电机单独驱动，由350 W直流无刷电机与双滚盘组件中其中一组直接联接。电机驱动滚盘转动时，通过双滚盘表面与转杯轴间的摩擦力驱动转杯实现加速。同时，通过上方的空气加压轴瓦持续对转杯轴施加压力，保证转杯不发生径向跳动。转杯轴直径为8 mm，双滚盘托轮直径为70 mm，传动比为1∶8.75，即当转杯转速为150 kr/min时，托轮转速不足18 kr/min。

2 高速纺纱器结构设计

2.1 整体结构设计

高速纺纱器整体结构的三维模型，如图2所示；具体建模步骤如下。

首先，确定转杯位置。根据R35型纺纱器的输纤通道与转杯相对位置，确定双滚盘接触式间接轴承结构转杯位置，保持转杯头端距输纤通道的进出位置不变。

其次，设计高速纺纱器驱动机构并建立三维模型。高速纺纱器驱动机构依靠转杯托轮座安装于主梁内侧，通过2个销轴螺钉与主梁准确定位，保持与主梁主基准面一致，再通过2个螺钉与主梁连接。

再次，设计转杯室面板结构并建立三维模型，如图3所示。转杯室面板安装于主梁外侧，通过2个螺钉与主梁连接，排杂支管、锁紧挂钩的相对位置保持R35型结构不变，但对工艺支风管和接近开关重新布位，工艺支风管位置参考R60型。

最后，设计挂钩结构并建立其三维模型。清理转杯需打开纺纱器(与主梁夹角为45°～50°)，为固定此时纺纱器的位置，设计新挂钩结构，将其安装在原有R35型纺纱器壳体转杯室的两个销轴处，同时实现沿销轴转动。在纺纱器打开约50°时，挂钩末端正好定位在主梁内侧，从而使纺纱器位置得到固定。此结构还可以保证挡车工的操作安全性。

2.2 驱动部分结构设计

2.2.1 转杯托轮座结构设计

高速纺纱器驱动部分结构设计中，关键是转杯托轮座的结构设计。转杯托轮座选用压铸铝材，结构如图4所示。设计需考虑：转杯托轮座相对主梁定位面的安装基准、双滚盘托轮轴承的定位基准、转杯轴空气加压轴瓦的定位基准、转杯轴向空气止推轴承的定位孔基准以及电机的定位基准，保证相对位置的准确性。

2.2.2 空气加压轴瓦结构设计

转杯高速运转时，通过空气止推轴承产生的空气压力作用于转杯轴端面，以平衡转杯受到的轴向力。当转杯轴的径向未得到约束时，转杯可能会产生径向跳动。在以往的龙带传动中，龙带对转杯轴的径向压力保证转杯不会发生径向跳动；笔者介绍的高速半自动转杯纺纱机用纺纱器，因采用电机单独驱动、双滚盘间接轴承传动方式，取代了龙带传动结构，所以必须攻克转杯轴径向跳动问题。

借鉴用空气止推轴承产生的空气压力来平衡转杯轴向力的方法，笔者创新设计了空气加压轴瓦结构，如图5所示。该结构工作原理与空气止推轴承相似，在轴瓦上方通入空气，利用空气弹性势能产生的径向力作用于转杯轴，使转杯轴不产生径向跳动。通过改变气压大小，保证转杯在不同转速下不丢速。此结构中，无机械接触，转杯轴的磨损程度及能耗降低，转杯轴精度始终保持稳定。

2.3 机构运动仿真

2.3.1 全局干涉分析

高速半自动转杯纺纱机用纺纱器结构设计完成后，在Creo Parametric中装配并进行静态全局干涉分析，检查存在的干涉零件，寻找产生原因，并对零件结构进行修正，确保不再发生干涉问题。

2.3.2 机构运动分析

在Creo Mechanism机构运动模块中，对高速纺纱器旋转部分进行机构运动仿真和运动干涉分析[4]。如图2所示，该高速纺纱器旋转部分以纺纱器支承杆为中心做旋转运动，挂钩以转杯室销轴为中心做旋转运动。

首先，需对高速纺纱器旋转部分与挂钩分别进行机构装配，设置连接轴属性，建立零件间的销钉连接关系；之后使用拖动功能检查定义是否正确，是否可以按设计的方式运动。其次，创建机构伺服电机，确定伺服电机的运动方向以及运动轴速度。最后，进行机构运动仿真分析，实现机构的运动模拟，并对运动结果进行干涉检测。

通过机构运动仿真分析，验证了该高速半自动转杯纺纱机用纺纱器结构的合理性。

3 设计创新点

3.1 与立达R35型、R60型纺纱器有机融合

该高速纺纱器由旋转和固定两部分组成，旋转部分采用立达R35型纺纱器给棉、分梳结构，固定部分(即转杯传动部分)采用立达R60型双滚盘接触式间接轴承结构，重新设计转杯室面板结构，实现了2部分的有机融合。此外，采用电机单独驱动、空气轴瓦径向加压，取代了R60型龙带传动方式。

3.2 与JWF1618型主机融合

在保持主机整体结构不变的情况下，结合JWF1618型半自动转杯纺纱机结构，合理布局转杯室面板、转杯托轮座、双滚盘接触式间接轴承结构、电机位置等，实现高速半自动转杯纺纱机与JWF1618型主机的融合。

4 结语

基于Creo Parametric强大设计功能，通过与立达R35型纺纱器及JWF1618型主机融合，创新性设计出高速半自动转杯纺纱机用纺纱器结构，有效缩短设计流程，节约设计时间，降低试制成本。新型纺纱器结构采用双滚盘间接轴承传动、电机单独驱动，转杯速度可达到150 kr/min，为实现半自动转杯纺纱机在低速下接头、高速下纺纱提供核心部件设计方案和技术支持。