基于机构创新的笼式绞线机摇篮架的退扭机构的优化.docx

基于机构创新的笼式绞线机摇篮架的退扭机构的优化孙健（芜湖电工机械有限公司，安徽芜湖241001）摘要：本文详细地阐述了退扭运动在绞线时的作用；介绍了笼式绞线机退扭机构 的几种结构形式；着重地分析了笼式绞线机摇篮式放线架退扭机构的演化过程； 指出了老式机构所存在的问题；以及在深入调查和研究的基础上，经过第一次和 第二次地改进设计，最终形成了较为合理的新型的退扭机构新型退扭机构的使 用对于提高整个笼式绞线机的性能十分重要，并受到用户和本行业同类厂家的一 致认可Abstract: This paper detailed the back wire twisting movement in the role; Introduced the cage wire twisting machine back several structural form bodies; Focus on analysis of wire cage machine Actinomyces cradle frame twisting body back Evolution; Pointed out the existence of the old institutions; And in-depth investigation and on the basis that after the first and second to improve the design, and ultimately formed a relatively new type of retirement reasonable body twisting・ New institutions to use back-twisting of the cage to improve the performance of wire machine is very importantr and are subject to similar users and the industry recognized manufacturers ・关键词：笼式绞线机；退扭机构；绞笼；绞盘；卸荷机构1.引言在电线电缆行业生产中，绞制类设备占有非常重要的地位。

根据 绞线绞合形式的不同，作为正规绞合（即同心层绞）的主要设备——笼式绞线机，因为它独特的优点，逐渐成为生产裸电线和电缆导电线芯的主要设备之一图1柱形螺旋线当绞线在绞合时，随着绞笼 的旋转，单根线以螺旋的方式卷 绕在以基圆为直径的圆柱体上， 单线各处都会弯曲（见图1柱形 螺旋线），同时单线还围绕着自身 轴线产生扭转变形，在一个节距 内扭转的角度为360 （即2口）单线的弯曲和扭转变形，使绞线产生内应力，影响绞线质量由于绞 线结构的原因，单线绞合时的弯曲变形不可避免，而扭转变形的问题 则可以通过采用退扭工艺来解决[1] o笼式绞线机具有退扭机构常用的有较接式四连杆机构、行星齿 轮退扭机构在绞线过程中，它们都可以使摇篮架保持水平，使单 根线在绞合时，只产生弯曲而不发生扭转变形，实现完全退扭因 此通过笼式绞线机绞合出来的绞线质量非常好，能够满足电气使用 的要求2. 笼式绞线机的结构形式笼式绞线机的主体是放线部分，是一种笼形结构件，通称绞笼（见 图2绞笼结构图）2〜6个圆形绞盘安装在一根主轴上（图中是3个 绞盘安装在一根主轴上），通常有6个摇篮式放线架为一组，通过退 扭机构圆周均布在2个绞盘之间。

单根线从摇篮式放线架的放线盘中 放出后通过分线板汇集到并线模处当绞合时，笼式绞线机需要两种 运动：一个是动力驱动主轴旋转，使装有被绞制的单线围绕主轴轴线作旋转运动；另一个是通过牵引装置将汇集到并线模并围绕主轴线旋 转的各单线拖动向前这样，就完成了绞合运动由于绞笼尺寸较大，安装在摇篮式放线架上的绞线也很重，当绞 笼作高速旋转时，会产生巨大的离心惯性力因此，摇篮架放线架的 支撑形式非常重要，它的好与坏直接反映了绞笼性能的优或劣图2绞笼结构图3. 老式退扭机构的分析在老结构的笼式绞线机中，摇篮式放线架的支撑机构是一种较接式的退扭机构（见图3四连杆退扭机构）1-绞盘，2-退扭环，3-退扭曲柄，4-退扭轴.5-轴承，6-揺篮式放线架，7-后轴具体结构如下：摇篮式放线架两端的中心点上各镇一个安装支承 孔右端的孔里装有后轴，再通过轴端部的轴承支撑在右侧的绞盘上; 左端的侧面装有退扭轴，退扭轴的右端做成法兰状，法兰轴的小短凸 台定位在放线架的支承孔里，法兰面与摇篮式放线架的左端面通过4 个M12的螺栓紧紧的固联在一起，退扭轴上装有轴承，支撑在左侧的 绞盘上这样，一个摇篮式放线架就安装在2个相邻的圆形绞盘之间， 由于每个放线架的两端与绞盘之间分别是通过轴承连接的，所以放线 架相对于绞盘可以绕着自身的支撑轴线旋转。

⑵退扭曲柄的一个孔通过普通平键与退扭轴的左端相连接，另一个 孔通过销轴与退扭环绞接在一起由于退扭环中心与绞盘中心的距离 为L,且等于退扭曲柄两孔之间的距离，这样，绞盘、退扭环和退扭 曲柄三者之间形成了四连杆机构AB及DC杆为双曲柄，:BC杆为连 杆，AB与DC相等，BC又与AD相等，故此机构为平行双曲柄机构 AB杆与DC杆角速度瞬时相等，所以在AB与DC杆旋转时，BC杆 时时处于垂直位置，从以上分析可知，绞盘在旋转过程中，四连杆机 构控制摇篮式放线架作平动，从而实现退扭通过前面的分析可以看出，与放线架左端固联的退扭轴不仅要承 受绞笼旋转时线盘和放线架所产生的离心惯性力，还要传递退扭运 动整个机构刚性很差，在交变应力的作用下，就会出现4个M12 的连接螺栓松动；放线架两端的支承孔发生变形，成喇叭口状设备 经常要停机维修，用户意见很大4. 第一次改进设计针对老结构存在的问题，我们对摇篮式放线架在绞笼中的支撑方 式进行了改进设计，改进后的结构如下（见图4带卸荷套的四连杆退 扭机构）：6-卸荷瘪，7-摇篮式放线架，8-后支承轴图4带卸荷套的四连杆退扭机构首先，将摇篮式放线架左右两端的支承孔锂大，镇成轴承孔。

其 次，将放线架右端的后支承轴做成法兰轴，法兰轴的端面用6个M12 的螺钉紧紧的固定在右侧的绞盘上，后支承轴上装有调心轴承，放线 架右端的轴承孔就套在调心轴承上；在放线架左侧的绞盘上装有一个 法兰支承套支承套与绞盘也用6个M12的螺钉固定在一起，支承 套的右端装有调心轴承，放线架左端的轴承孔套在这个调心轴承上 放线架通过两端的调心轴承得到支撑这种支撑结构，我们称之为“卸 荷机构”，即线盘和摇篮式放线架高速旋转时所产生的巨大的离心惯 性力，由刚性很好的法兰支承套（也叫卸荷套）和后支承轴来承受退扭运动的传递是通过退扭轴来完成退扭轴做成法兰轴，采用 焊接件或锻件的形式退扭轴的法兰面用4个M12的螺钉与摇篮式 放线架左端的内侧面固定在一起，退扭轴的中间通过轴承支撑在卸荷 套里退扭轴的左端装有退扭曲柄，退扭曲柄和退扭环的安装同前面 的形式一样，当绞笼转动时，同样能实现退扭这种结构形式投入生产，经过用户使用，很短的时间就发生了退 扭轴断裂的现象，而且断裂的退扭轴数量很多，断裂的部位在退扭轴 与法兰连接的根部断裂面很光滑，是疲劳破坏通过分析研究，找出的原因所在，就是组合后的摇篮式放线架上与退扭轴结合的安装面 并不垂直于卸荷套孔的轴线，组装后，退扭轴的根部产生附加的内应 力，再加上离心力的作用，当绞笼旋转时，就等同于退扭轴不断的在 根部摇动法兰，时间一长产生疲劳破坏，退扭轴发生断裂。

此机构还 需要进一步的优化改进5. 第二次优化设计我们通过对新结构的分析和研究，重新进行数学计算，进行优化 设计，开发出新型的行星齿轮退扭机构优化设计的内容如下（见图5 带卸荷套的行星齿轮退扭机构）：1-Z1中心齿轮，2-Z2过桥齿轮，3-Z3退扭齿轮，4-花键盖，5-轴承，6-卸荷套，7-花键轴，8-揺篮式放线架，9-后支承轴，1C-绞盘，11-箱体图5带卸荷套的行星齿轮退扭机构摇篮式放线架的支撑机构一一卸荷机构，非常合理，我们仍然保 留而对退扭形式进行了改进设计：取消了退扭环退扭，改为行星 齿轮退扭退扭齿轮通过轴承支撑在卸荷套的左端退扭轴采用花 键轴形式，花键轴空套在卸荷套里，花键轴的两端各装一个花键盖: 右端的花键盖用螺钉固定在摇篮式放线架的左端内侧面上；左端的 花键盖与退扭齿轮固定在一起这样，齿轮通过花键盖和花键轴， 就能带动摇篮式放线架作旋转运动根据行星齿轮系的计算，将行星齿轮系转化为一个假想的定轴轮 系，可知：iH13=(nl_nH)/(n3_nH)% 二 Z3/Z1所以 (H3-11H)/ (ni-Uh) —Z1/Z3又由于中心齿轮(Zi)固定在箱体上，是固定不动的，即m=o, 所以 n3=(l-Zi/Z3)*nH (1)而由假想的定轴轮系，知nH3=n3-nH,将(1)代入上式，得 nH3-Z1/Z3*nH (2)其中乙、Z2、Z3分别为中心齿轮、过桥齿轮、退扭齿轮的齿数, n3为退扭齿轮的绝对转速，nH为绞笼的绝对转速，为摇篮式放 线架相对于绞笼的相对转速。

由式(1)和式(2)可知，当绞笼旋转 —周，即!1h=1时，如果乙=Z3，贝Un3=0, nH3 /Uh —-1,即摇篮式放线 架相对于固定的中心齿轮静止不动，而相对于绞盘反向旋转了一周 由此可见，当绞笼在旋转的过程中，由于中心齿轮固定不动，摇篮式 放线架在行星齿轮系的作用下作平动，实现完全退扭这套机构还可以使乙HZ3即Z1>Z3或Z1

由于它们都是通过法兰固定在绞盘上， 所以支承刚性好，承载能力强，变形小而退扭运动是通过退扭的花 键轴来传递由于与花键轴两端相连接的花键盖很短，花键轴和花键 孔按较松的连接要求来设计和加工，所以组合零件的累积误差通过花 键的间隙来消除这套机构既能传递退扭运动，运转灵活，又没有附 加的内应力，结构非常合理无论是从设计理论上分析，还是从使用 情况来看，各项性能指标均比原有的有较大的提高，效果都很好经过改进后的笼式绞线机的主机性能得到了很大的提升，绞笼转 速提高了近二分之一，例如500/6型笼式绞线机的绞笼转速由原来的 80rpm提高到117rpm设备的故障率降低，生产效率大大地提高 我公司最近几年销售的几十台笼式绞线机，使用情况良好，没有出现 停机维修的情况该机构得到了用户们的一致认可，也为本公司带来 了可观的经济效益参考文献[1] 张云廉电线电缆机械设备[M].北京:机械工业出版社,1993.[2] 朱小平.笼式绞线机放线架支撑机构的改进设计[J] •电线电缆,2001,(6):113-114.[3] 盛广权.成缆机电气退扭传动机构的设计[J].光纤与电缆,2008,211(6):31-33.。