基于共軛齒廓曲線的凸盤撥輪設(shè)計(jì)

韋金平，賈 磊

(經(jīng)緯智能紡織機(jī)械有限公司，山西 晉中 030601)

0 引言

當(dāng)前，人字臂型集體落紗系統(tǒng)幾乎成為環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置。在氣架的帶動(dòng)下，抓管器數(shù)分鐘內(nèi)即可完成錠子與凸盤間的空、滿細(xì)紗管的交換，然后主機(jī)啟動(dòng)開始紡紗，繼而由凸盤輸送裝置在下次落紗前完成細(xì)紗機(jī)與外界間的空、滿管交換，這是常見的集體落紗系統(tǒng)運(yùn)行模式。

隨著環(huán)錠細(xì)紗機(jī)向超高速、超長錠、智能化方向發(fā)展，要求集體落紗系統(tǒng)的凸盤輸送裝置高效、穩(wěn)定、勻速、無沖擊地完成細(xì)紗機(jī)與外界紗管的交換，這就需要從機(jī)械傳動(dòng)原理的層面分析當(dāng)前凸盤傳送的優(yōu)缺點(diǎn)，并設(shè)計(jì)新的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)以應(yīng)對(duì)細(xì)紗機(jī)主機(jī)技術(shù)的提升。

1 凸盤聯(lián)接方式和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)關(guān)系分析

紗管插在凸盤的管栓上，凸盤帶著紗管一起運(yùn)動(dòng)，完成細(xì)紗機(jī)與外界的空、滿管交換；凸盤底座設(shè)計(jì)為圓柱形方便在導(dǎo)軌內(nèi)循環(huán)滑行，也使細(xì)絡(luò)聯(lián)技術(shù)更容易實(shí)施，底座同時(shí)有支承和定位作用。

凸盤間的關(guān)系分為“固定”和“離散”2種。所謂“固定”，是指所有凸盤通過某種聯(lián)接方式固定在柔性帶上，相鄰?fù)贡P中心距靠聯(lián)接件與柔性帶之間的固聯(lián)方式保證，其原理同GB/T 11616—2013中描述的同步傳動(dòng)帶[1]，鋼帶式凸盤傳送即是這種方式。而凸盤間逐個(gè)緊貼排布在導(dǎo)軌內(nèi)，受導(dǎo)軌約束，限制了一定自由度，凸盤受力后只保持底座間外圓的相切關(guān)系，除此之外凸盤間無其他聯(lián)接方式，稱之為“離散”，推爪式凸盤傳送機(jī)構(gòu)當(dāng)屬于這種。

1.1 鋼帶式凸盤傳送

鋼帶式凸盤傳送通過在鋼帶上設(shè)置圓弧凸齒，和傳動(dòng)輪凹齒嚙合傳動(dòng)，見圖1。在節(jié)徑層，鋼帶和傳動(dòng)輪的線速度相等，而且傳動(dòng)齒在嚙合與脫離時(shí)不會(huì)發(fā)生干涉、擠壓。同步帶類齒形傳動(dòng)嚙合脫離過程示意，見圖2。

1—鋼帶；2—傳動(dòng)輪；3—凹齒；4—凸齒；5—凸盤托座；6—凸盤。圖1 鋼帶式凸盤傳送機(jī)構(gòu)示意

1—嚙合脫離臨界位置(初始位置)；2—脫離時(shí)θ轉(zhuǎn)角位置；3—凸齒與輪節(jié)圓相切位置。圖2 同步帶類齒形傳動(dòng)嚙合脫離過程示意

圖2中，R為傳動(dòng)輪節(jié)半徑，r為凸凹齒半徑，A為鋼帶和凸齒平動(dòng)方向，B為傳動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向，C為凹齒最左點(diǎn)，D為凸齒最右點(diǎn)。凸齒和傳動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)關(guān)系簡述如下。

為方便描述，齒廓曲線可簡化為單圓弧，凸齒和傳動(dòng)輪按圖示方向順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，位置1是二者處于重合和脫離的臨界狀態(tài)，到達(dá)位置1之前，凸齒和傳動(dòng)輪上的凹齒重合，繞傳動(dòng)輪圓心同步轉(zhuǎn)動(dòng)，二者齒廓曲線上所有組成點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，無相對(duì)滑移。位置3是凸齒運(yùn)動(dòng)到其齒廓曲線和輪節(jié)圓相切時(shí)的狀態(tài)，此時(shí)傳動(dòng)輪的轉(zhuǎn)角α見式(1)：

(1)

凸齒自位置1開始沿A方向平動(dòng)的距離與傳動(dòng)輪節(jié)圓上任一點(diǎn)繞其圓心轉(zhuǎn)動(dòng)的弧長相等，越過位置3時(shí)，凸齒與傳動(dòng)輪之間不再有碰觸的可能。若該對(duì)齒廓嚙合時(shí)發(fā)生干涉，只可能發(fā)生在傳動(dòng)輪的轉(zhuǎn)角[0，α]區(qū)間內(nèi)。

由此，以傳動(dòng)輪的中心為原點(diǎn)，A方向?yàn)闄M軸的正方向建立坐標(biāo)系，在位置1，點(diǎn)C1和點(diǎn)D1重合為一點(diǎn)，其坐標(biāo)位置表達(dá)式為：

(2)

當(dāng)凸凹齒從位置1向位置3運(yùn)動(dòng)且轉(zhuǎn)角為θ時(shí)，點(diǎn)Cθ的坐標(biāo)方程見式(3)：

(3)

點(diǎn)Dθ的坐標(biāo)方程見式(4)：

(4)

當(dāng)θ∈[0，α]時(shí)，式(3)與式(2)的x坐標(biāo)差小于式(4)與式(2)的x坐標(biāo)差，且式(3)與式(2)的y坐標(biāo)差也小于式(4)與式(2)的y坐標(biāo)差，說明當(dāng)該對(duì)凸凹齒離開位置1后，就不會(huì)再有任何點(diǎn)接觸，二者的齒廓不可能發(fā)生干涉。這是所有齒形柔性同步帶能實(shí)現(xiàn)固定傳動(dòng)比且齒廓嚙合時(shí)不發(fā)生干涉的幾何基礎(chǔ)[1]，鋼帶式凸盤傳送凸齒和凹齒能實(shí)現(xiàn)正常嚙合和脫離，可以連續(xù)、勻速、高速、無沖擊力運(yùn)轉(zhuǎn)，得益于此。

當(dāng)鋼帶長度隨著環(huán)錠細(xì)紗機(jī)錠數(shù)的增多而增長時(shí)，紡紗車間溫度的波動(dòng)會(huì)造成鋼帶熱脹冷縮效應(yīng)在長度方向上累加。當(dāng)鋼帶上的凸盤中心線和錠子中心線之間的距離差積累到一定程度后，會(huì)影響抓管器插、拔紗管的效果?；谕綆鲃?dòng)原理，帶與帶輪之間只能是有包角的傳動(dòng)，結(jié)合細(xì)紗機(jī)結(jié)構(gòu)，通常只能在細(xì)紗機(jī)頭部和尾部各設(shè)置兩對(duì)傳動(dòng)輪用以支撐和驅(qū)動(dòng)鋼帶。鋼帶繞細(xì)紗機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，繞傳動(dòng)輪外緣產(chǎn)生4次90°節(jié)半徑折彎，周期性折彎必然使鋼帶材料產(chǎn)生蠕性變形，達(dá)到金屬疲勞極限后，在鋼帶的任一位置，會(huì)隨機(jī)產(chǎn)生裂縫并斷裂，更換鋼帶不但增加經(jīng)濟(jì)成本和工作量，而且影響生產(chǎn)連續(xù)性。凸盤通?？ㄔ谕贡P托座上，凸盤托座又固定在鋼帶上，所以這種聯(lián)接方式不適合細(xì)絡(luò)聯(lián)，但細(xì)絡(luò)聯(lián)技術(shù)又是紡紗車間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、減少用工的重要技術(shù)舉措；盡管“鋼帶式凸盤傳送機(jī)構(gòu)”有諸多優(yōu)點(diǎn)，但并不是一種理想的紗管傳輸方式。

1.2 推爪式凸盤傳送

若采取圖2所示的齒廓，并依靠凸凹齒嚙合傳動(dòng)，“離散”類凸盤傳送機(jī)構(gòu)的齒廓非共軛曲線嚙合脫離過程如圖3所示。

1—嚙合脫離臨界位置(初始位置)；2—脫離后傳動(dòng)輪θ轉(zhuǎn)角位置；3—凸盤(或同軸管栓)與輪外圓相切位置。圖3 齒廓非共軛曲線嚙合脫離過程示意

圖3中，R為傳動(dòng)輪外圓半徑，r為凸盤(或同軸管栓)半徑；A為凸盤平動(dòng)方向；B為傳動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向；C為凹齒最左點(diǎn)；D為凸盤(或同軸管栓)最右點(diǎn)；E為凸盤導(dǎo)軌中心線。

一對(duì)齒中，嚙合位置從1到3的過程中，一旦離開初始位置1，傳動(dòng)輪外圓上只有點(diǎn)C與凸盤(或同軸管栓)的外圓接觸并由此點(diǎn)推動(dòng)凸盤運(yùn)動(dòng)。

在傳動(dòng)輪的轉(zhuǎn)角區(qū)間[0，α]內(nèi)，傳動(dòng)輪沿B向轉(zhuǎn)θ角度到達(dá)位置2時(shí)，凸盤沿導(dǎo)軌中心線移動(dòng)的距離L和θ之間的關(guān)系見式(5)：

L=Rarcsin{θ-2arcsin[r/(2R)]}+

(5)

由式(5)可看出：在能夠推動(dòng)的范圍內(nèi)，凸盤沿導(dǎo)軌中心線移動(dòng)的距離L是關(guān)于θ的非等比例復(fù)合函數(shù)，傳動(dòng)輪作為凸盤運(yùn)動(dòng)的主動(dòng)件，其動(dòng)力選擇應(yīng)該是能實(shí)現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)為宜；但式(5)表明傳動(dòng)輪與凸盤間無法實(shí)現(xiàn)等比例勻速連續(xù)傳動(dòng)，這會(huì)導(dǎo)致齒間發(fā)生干涉、不能正確嚙合。因此，“離散”類目前多采取氣缸直推凸盤的推爪式凸盤傳送機(jī)構(gòu)，而不是如圖3所示的齒嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。推爪式凸盤傳送機(jī)構(gòu)如圖4所示。

1—?dú)飧祝?—推條；3—推爪；4—凸盤。圖4 推爪式凸盤傳送機(jī)構(gòu)示意

推爪式凸盤傳送機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單可靠、成本小、故障少、維護(hù)難度低，在細(xì)紗機(jī)長向方向可以多點(diǎn)分布推爪，以便將凸盤與錠子之間的位置誤差分段控制在可接受的范圍內(nèi)，避免了插拔管錯(cuò)位問題，被廣泛應(yīng)用在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)集體落紗系統(tǒng)中。

但是，其缺點(diǎn)也不容忽視：氣缸桿的運(yùn)動(dòng)屬于間歇性運(yùn)動(dòng)而非勻速運(yùn)動(dòng)，每次推動(dòng)凸盤時(shí)加速度很大，凸盤受到很大的沖擊力，沖擊載荷反復(fù)作用于凸盤底座導(dǎo)致凸盤擠壞問題時(shí)有發(fā)生；氣缸桿伸縮運(yùn)動(dòng)有推程、回程兩個(gè)動(dòng)作，在氣缸推送完所有凸盤的整個(gè)時(shí)間段內(nèi)，大約只有1/2時(shí)間在做有用功，效率低下，與超高速、超長錠細(xì)紗機(jī)的紡紗速度不匹配。

2 基于齒廓嚙合基本定律的共軛齒廓傳動(dòng)新機(jī)構(gòu)

在齒輪嚙合傳動(dòng)中，凡能按預(yù)定傳動(dòng)比規(guī)律相互嚙合傳動(dòng)的一對(duì)齒廓稱為共軛齒廓。理論上，對(duì)于預(yù)定的傳動(dòng)比，只要給定任一齒輪的齒廓曲線和二者的中心距，就可以根據(jù)齒廓嚙合基本定律求出與其嚙合傳動(dòng)的另一齒輪上的共軛曲線[2]。

在齒廓為漸開線的齒輪齒條運(yùn)動(dòng)副中，因?yàn)辇X條的齒形為直線(基圓無限大時(shí)的漸開線)和齒輪的齒形為漸開線互為共軛，故而能實(shí)現(xiàn)二者等比例勻速傳動(dòng)。類比于齒輪齒條的傳動(dòng)方式，外圓相切的凸盤組是一種齒形曲線為圓弧的特殊齒條，若推導(dǎo)出此齒條的共軛曲線，作為撥輪(齒輪)的齒廓曲線，至少從機(jī)械原理上能實(shí)現(xiàn)共軛嚙合傳動(dòng)。共軛嚙合傳動(dòng)的優(yōu)勢(shì)如下。

a) 不依賴氣源，可選用合適的動(dòng)力傳輸凸盤。伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)都可以作為動(dòng)力源，在細(xì)紗機(jī)理落管系統(tǒng)和滿管回收系統(tǒng)都正常工作時(shí)，凸盤傳輸可以高速連續(xù)進(jìn)行，且基于伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的準(zhǔn)確性，能夠準(zhǔn)確控制凸盤任一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)位置，且凸盤之間的關(guān)系是離散的，這對(duì)實(shí)施細(xì)絡(luò)聯(lián)技術(shù)具有積極作用。

b) 凸盤可以勻速傳輸。撥輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，借助共軛齒廓嚙合，推動(dòng)凸盤勻速穩(wěn)定傳輸，勻速運(yùn)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)是凸盤之間傳遞力恒定、無沖擊，有利于延長凸盤使用壽命，且運(yùn)動(dòng)時(shí)嚙合噪聲小。

c) 基于齒廓嚙合基本定律的嚙合傳動(dòng)，無需像同步帶必須有包角才能傳動(dòng)且必須布置在細(xì)紗機(jī)兩端，使具有新形齒廓曲線的撥齒輪可以在細(xì)紗機(jī)長向方向像推爪一樣多點(diǎn)分布，將凸盤與錠子之間的位置誤差分段控制在可控范圍內(nèi)。

通常，在一對(duì)嚙合齒廓中，已知傳動(dòng)比和其中一個(gè)齒廓的曲線，求另一個(gè)齒廓的曲線，有包絡(luò)法和齒廓法線法2種。包絡(luò)法通過畫包絡(luò)線可直接擬合出齒廓曲線的大概形狀，而齒廓法線法更方便與解析法相結(jié)合，通過幾何解析求出齒廓的表達(dá)式。本文采取齒廓法線法求解如下。

在圖5中，R為撥輪節(jié)圓半徑，Rj為撥輪基圓半徑，r為齒條齒廓半徑，D為節(jié)點(diǎn)，A1為齒條齒廓在位置1時(shí)的嚙合點(diǎn)，B2為齒條齒廓在位置2時(shí)的嚙合點(diǎn)，O1為齒條齒廓在位置1時(shí)的圓心，O2為齒條齒廓在位置2時(shí)的圓心；E為齒條齒廓在位置1時(shí)和y軸的切點(diǎn)。

圖5 齒廓法線法求共軛曲線

如圖5所示，以傳動(dòng)齒輪的中心為原點(diǎn)建立平面直角坐標(biāo)系，x方向?yàn)辇X條平移方向，以齒條齒廓在位置1為初始狀態(tài)。 根據(jù)齒廓嚙合基本定律要求：兩齒廓在任一位置嚙合接觸時(shí)，過接觸點(diǎn)所作兩齒廓的公法線必通過節(jié)點(diǎn)；而圓弧是一種特殊的曲線，即圓弧上任何一點(diǎn)的法線必過圓心[3]；因此，節(jié)點(diǎn)D和O1的連線與圓弧的交點(diǎn)A1，就是齒條在位置1時(shí)和撥輪嚙合的接觸點(diǎn)。

通過多次解三角形，有：

(6)

同理，當(dāng)齒條齒廓沿橫軸向前移動(dòng)距離x后齒廓圓心到達(dá)O2點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)D與O2的連線與齒廓的交點(diǎn)B2就是二者的嚙合接觸點(diǎn)。

通過解三角形，有：

(7)

式(6)和式(7)列出了嚙合接觸點(diǎn)的移動(dòng)軌跡表達(dá)式，即嚙合線的一種表達(dá)式，但不是齒廓曲線的表達(dá)式。根據(jù)齒廓嚙合基本定律，嚙合的齒輪齒條在節(jié)徑層上做無滑動(dòng)的純滾動(dòng)，當(dāng)齒條向橫軸方向平動(dòng)距離為x時(shí)，齒輪節(jié)圓順時(shí)針轉(zhuǎn)過的弧長為x，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角為x/R，則B2點(diǎn)在初始位置1時(shí)的位置B1表達(dá)式為：

同理，當(dāng)齒輪從初始位置1向橫軸移動(dòng)-x時(shí)，齒廓曲線表達(dá)式和式(8)相同。

因此，式(8)就是與齒輪齒廓共軛的曲線在坐標(biāo)系xOy中用齒廓法線法求得的數(shù)學(xué)表達(dá)式[4]。需要注意的是，式(6)所標(biāo)示的點(diǎn)是二者在位置1時(shí)嚙合線和齒廓線的交點(diǎn)，式(7)和式(8)中的x，是以此點(diǎn)為起始位置的相對(duì)增量值，而非絕對(duì)坐標(biāo)值，如果要化成極坐標(biāo)或十字坐標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)表達(dá)式，還需進(jìn)一步進(jìn)行坐標(biāo)變換。

3 新型齒廓撥(齒)輪參數(shù)的選擇

通過對(duì)撥輪齒條共軛嚙合曲線表達(dá)式的推導(dǎo)，給出了嚙合點(diǎn)軌跡線的表達(dá)式(7)和拔輪的齒廓曲線表達(dá)式(8)，具體到齒輪設(shè)計(jì)，則要根據(jù)齒條齒廓的半徑取值和齒廓實(shí)際參與嚙合的區(qū)段來定，基本可分為撥輪直接撥動(dòng)凸盤底座和銷齒傳動(dòng)2種方式。

3.1 撥輪撥動(dòng)凸盤底座方式

根據(jù)圖5分析，如果齒條齒廓直徑等于錠距，就等同于撥輪齒廓直接拔動(dòng)凸盤圓形底座，因?yàn)橥贡P底座在導(dǎo)軌內(nèi)是一個(gè)緊貼一個(gè)外圓相切的排列。當(dāng)齒條的一個(gè)齒廓在初始位置1時(shí)，齒輪的齒頂圓向上卻不會(huì)越過EO1水平線。齒條參與嚙合的齒廓只能在EO1水平線以下，齒輪齒廓形狀關(guān)于y軸對(duì)稱。根據(jù)式(7)和式(8)計(jì)算出具有10齒的撥輪齒形示意見圖6。圖6中，AB為凸盤(齒條)下公切線；Cx(即Ca，Cb，Cc)為嚙合軌跡線；Dx(即Da，Db，Dc)為節(jié)點(diǎn)。

a) 節(jié)點(diǎn)上移 b) 節(jié)點(diǎn)正常 c) 節(jié)點(diǎn)下移 后的齒形 的齒形 后的齒形 圖6 共軛撥輪齒形示意

圖6是根據(jù)式(7)和式(8)計(jì)算出具有10齒的撥輪齒形圖，以兩個(gè)相鄰?fù)贡P下公切線為基準(zhǔn)，圖6a)是節(jié)點(diǎn)上移后的齒形，節(jié)圓以下無嚙合點(diǎn)，若要正確嚙合，需要根據(jù)凸盤底座劃過的區(qū)域?qū)?jié)圓以內(nèi)的齒形進(jìn)行修形。圖6c)是節(jié)點(diǎn)下移后的齒形，經(jīng)計(jì)算，變位后輪徑增量帶來的實(shí)際嚙合線長度增量效果相比直接增加撥輪齒數(shù)帶來的實(shí)際嚙合線長度增量小，且圖6c)變位后使齒廓曲線變長，導(dǎo)致嚙合時(shí)滑動(dòng)率上升，所以節(jié)點(diǎn)變位無增益效果，筆者認(rèn)為不必考慮撥輪變位。

齒輪類傳動(dòng)是通過二者齒廓依次嚙合來實(shí)現(xiàn)的，為使齒輪能夠連續(xù)傳動(dòng)而不中斷，須保證前一對(duì)齒輪脫離嚙合時(shí)，后一對(duì)齒輪即將進(jìn)入嚙合，這就要求實(shí)際嚙合點(diǎn)的軌跡線長度要大于齒距的長度，而二者的比值稱為重合度，也就是說要使二者連續(xù)嚙合而不中斷，重合度必須大于1[5]。以圖6b)的設(shè)計(jì)為例，當(dāng)節(jié)點(diǎn)在下公切線上(圖5所示的基圓最高點(diǎn))且齒數(shù)為10、齒距為70 mm時(shí)，實(shí)際嚙合線長度小于70 mm，雖然齒廓在嚙合時(shí)能共軛嚙合，但重合度得不到保證，依然是間歇傳動(dòng)。

因?yàn)榇嬖谥睾隙热毕?，所以這也不是一種最佳的方案，但此方案化轉(zhuǎn)動(dòng)為平動(dòng)，動(dòng)力傳輸設(shè)計(jì)上有一定優(yōu)勢(shì)，嚙合時(shí)均是平滑曲線接觸，齒面壓力漸變而非突變，如果僅為了提高凸盤輸送速度且能接受間歇傳動(dòng)，并不改動(dòng)現(xiàn)有凸盤的外形結(jié)構(gòu)，依然是一種可行方案。

3.2 銷齒傳動(dòng)凸盤底座方式

如前所述，當(dāng)采用撥輪直接撥動(dòng)凸盤底座的方式時(shí)，為保證重合度、實(shí)現(xiàn)連續(xù)嚙合，必須增加撥輪的齒數(shù)，但齒數(shù)增大導(dǎo)致直徑增大，與環(huán)錠細(xì)紗機(jī)寬度尺寸矛盾。若在凸盤上設(shè)置一個(gè)和底座同軸且直徑小于底座的銷軸，銷軸面作為嚙合面，使撥輪的齒頂能越過兩凸盤中心連線，將會(huì)大大提高重合度，使二者共軛嚙合的同時(shí)能夠連續(xù)傳動(dòng)。圖7所示的2個(gè)撥輪是按照式(7)和式(8)所述的共軛嚙合原理，在凸盤底座上設(shè)置直徑為凸盤底座直徑一半的銷軸、使齒面嚙合曲線向上越過兩凸盤中心連線而產(chǎn)生的10齒撥輪示例。圖7中，Bx(即Ba，Bb)為嚙合軌跡線，Dx(即Da，Db)為節(jié)點(diǎn)。

a) 節(jié)點(diǎn)在兩銷齒 b) 節(jié)點(diǎn)在兩凸盤 下公切線上 中心連線上 1—銷軸；2—凸盤。圖7 銷齒傳動(dòng)撥輪齒形示意

圖7a)是將節(jié)點(diǎn)設(shè)置在兩銷齒下公切線上生成的撥輪，其所有齒形曲線(包括齒根)，均參與嚙合，Da是節(jié)點(diǎn)位置，Ba是嚙合軌跡線，可見嚙合壓力角是逐漸變化的。圖7b)是將節(jié)點(diǎn)設(shè)置在兩凸盤中心連線上生成的撥輪，因?yàn)楣?jié)圓內(nèi)無嚙合線，可根據(jù)二者嚙合時(shí)銷軸劃過的區(qū)域修出節(jié)圓內(nèi)的曲線，以容納銷齒的下部半圓。

需要注意的是，圖7b)實(shí)際嚙合軌跡線是和前進(jìn)方向重合的一條直線。此種銷齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，銷齒齒面給凸盤銷齒提供的始終是無傾角的正推力。文獻(xiàn)[6]對(duì)這種傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用、工作原理、幾何尺寸計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算、材料和許用應(yīng)力、齒形繪制以及制造公差配合都做了介紹，設(shè)計(jì)和加工時(shí)可以作為參考。

4 動(dòng)力傳輸和制造注意事項(xiàng)

銷齒類傳動(dòng)適用于低速、重載的機(jī)械傳動(dòng)和粉塵多、潤滑條件差等工作環(huán)境惡劣的場(chǎng)合，這與紡紗廠的環(huán)境相符，更重要的是，經(jīng)過設(shè)計(jì)計(jì)算，二者共軛嚙合且連續(xù)傳動(dòng)是一種可靠的傳動(dòng)方案。

凸盤一般用工程塑料整體注塑而成，受材料物理特性和加工工藝影響，尺寸誤差不可消除且在細(xì)紗機(jī)長向累加。因此，可以將撥輪像推爪一樣，在細(xì)紗機(jī)長向方向多點(diǎn)布置、分段控制凸盤，以有效降低凸盤尺寸的累積誤差。

撥輪齒形曲線是基于共軛嚙合而設(shè)計(jì)的，齒面可以采用金屬材料或工程塑料，用成形刀具利用范成法加工；也可以采用工程塑料直接注塑而成，因?yàn)閾茌喌亩ㄎ还δ軟Q定其不能推數(shù)量太多的凸盤，因此齒面受到的反作用力不大，不屬于重載傳動(dòng)。

撥輪既是凸盤的動(dòng)力源，又是凸盤的定位裝置，圖8是筆者構(gòu)思的一種撥輪與凸盤配合示意[7]。

1—導(dǎo)軌；2—凸盤；3—?jiǎng)恿υ矗?—撥輪支架；5—撥輪；6—同步帶；7—帶輪。圖8 撥輪與凸盤配合示意

圖8采用電機(jī)帶動(dòng)其中一個(gè)撥輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過同步齒形帶帶動(dòng)另一個(gè)撥輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)兩側(cè)的凸盤在導(dǎo)軌內(nèi)同步運(yùn)動(dòng)。在采取這種原理設(shè)計(jì)時(shí)，鑒于共軛傳動(dòng)是一種精確度較高的傳動(dòng)，不應(yīng)采用鏈條代替同步帶。這是因?yàn)殒湕l鏈輪嚙合時(shí)的多邊形效應(yīng)會(huì)影響兩側(cè)凸盤的同步性，產(chǎn)生額外的擠壓力。

此方案可以將動(dòng)力源布置在細(xì)紗機(jī)的尾端或頭端，通過細(xì)紗機(jī)下方1根或2根軸傳動(dòng)，通過錐齒輪副實(shí)現(xiàn)動(dòng)力換向，帶動(dòng)撥輪轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)是，多套撥輪機(jī)構(gòu)共用一個(gè)動(dòng)力源，其同步性更容易保證。

5 結(jié)語

筆者提出的這種基于共軛嚙合的撥輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過齒輪的共軛嚙合和連續(xù)傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)勻速、高速、節(jié)能、降噪，作為一種能適應(yīng)細(xì)紗機(jī)超高速、超長錠、智能化方向發(fā)展的應(yīng)對(duì)方案。限于篇幅，僅從傳動(dòng)幾何原理上做出可行性分析，至于設(shè)計(jì)過程中參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、制造過程中加工方法和材料選用、傳動(dòng)過程中應(yīng)力分析等，需要另行討論。