高速曲折縫旋梭機(jī)構(gòu)發(fā)熱問題優(yōu)化設(shè)計(jì)的探討
改革開發(fā)以來，我國服裝工業(yè)生產(chǎn)大幅度的增長(zhǎng)，特別是在中國加入WTO以后，取消了服裝出口的配額，極大的促進(jìn)了服裝行業(yè)的蓬勃發(fā)展。但是，由于當(dāng)前人力和物力成本不斷地提高，為了提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，提高生產(chǎn)效率是降低生產(chǎn)成本的最重要的途徑之一。而提高生產(chǎn)效率最直接的途徑就是購買生產(chǎn)效率高的縫紉設(shè)備。
一臺(tái)縫紉機(jī)的效率高低取決于三個(gè)方面，一是穩(wěn)定的性能，二是較高的縫紉速度，三是緊湊的輔助動(dòng)作。而縫紉速度的不斷提高，對(duì)縫紉機(jī)的發(fā)熱、耐磨性、穩(wěn)定性及噪音都提出了新的設(shè)計(jì)要求。在這里，筆者結(jié)合ZOJE2290機(jī)器，與大家探討一下高速曲折縫縫紉機(jī)旋梭機(jī)構(gòu)發(fā)熱問題的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
機(jī)構(gòu)介紹
ZOJE2290機(jī)器的最高轉(zhuǎn)速為5000rpm，那么，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞到旋梭的最高轉(zhuǎn)速為10000rpm，在如此高的轉(zhuǎn)速下工作，旋梭必定容易發(fā)熱，旋梭過熱后，就容易斷線、卡線，甚至操作人員無法換梭心。為此，如何控制旋梭的發(fā)熱和散熱問題很重要。
如圖1所示為ZOJE2290機(jī)器的旋梭機(jī)構(gòu)示意圖，件1為向心球軸承；件2和件4旋梭齒輪；件3為旋梭軸；件5齒輪箱；件6為油封；件7為旋梭軸軸套；8所指的為旋梭供油孔，同時(shí)提供旋梭軸軸套潤(rùn)滑用油；件9旋梭。上軸伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)齒輪2轉(zhuǎn) 動(dòng)，通過傘齒輪2和4，帶動(dòng)旋梭9高速運(yùn)轉(zhuǎn)。
優(yōu)化設(shè)計(jì)前后的測(cè)試和分析
改進(jìn)前零件的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：件7旋梭軸軸套的內(nèi)孔為Φ7.94（+0.005 ~ +0.02）；件3旋梭軸的外徑為Φ7.94（0 ~ -0.009）;件6為旋梭軸軸套油封，與軸配合的孔徑為Φ6.9，單邊過盈為0.5mm；件5的腔中填入足量的油脂；為了防止油脂從件1的軸承中擠出，損壞軸承和油脂的流失，件1軸承選用了NSK6901DDU CN型，防塵蓋為橡膠接觸型密封的軸承；油泵從油孔8往旋梭和軸套提供足量10#縫紉機(jī)油。整機(jī)溫度測(cè)試的條件：我們使用的機(jī)器的控制系統(tǒng)自帶的跑合測(cè)試程序，總共跑合的時(shí)間為45分鐘，其中前15分鐘的機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度為2500n/min，中間15分鐘的機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度為3700n/min，后15分鐘的機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度為5000n/min；在跑合過程中，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)20秒停5秒；測(cè)試時(shí)的環(huán)境溫度為32℃；測(cè)試位置為旋梭表面和旋梭軸端面。測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。按表1的測(cè)試溫度來看是過熱的，通過分析，認(rèn)為熱源主要有以下幾個(gè)地方：旋梭、軸承、旋梭軸軸套及傘齒輪，需要對(duì)產(chǎn)生熱源的幾個(gè)地方的進(jìn)行改進(jìn)：○1是軸套與軸之間的配合間隙需要增大，因?yàn)樾筝S的旋轉(zhuǎn)速度為上軸轉(zhuǎn)速的2倍，按現(xiàn)在的軸套和軸的極限配合間隙0.005~0.029來看，當(dāng)間隙在0.01以下時(shí)，難以得到足夠的潤(rùn)滑油來滿足軸和軸套的高速旋轉(zhuǎn)；○2油封與軸的過盈太大，造成發(fā)熱過大；○3NSK6901DDU CN軸承的防塵蓋需要改為非接觸密封式的，增大軸承的游隙；○4齒輪箱中的油脂散熱效果不佳；○5兩個(gè)傘齒輪的90度嚙合角度不好，造成齒輪嚙合不好，需要改進(jìn)機(jī)器底板的機(jī)加工。
部位 時(shí)間 15分鐘 30分鐘 45分鐘
旋梭表面 44 55 63
旋梭軸端面 44 50 60
針對(duì)以上的分析，我們對(duì)相關(guān)零件做了相應(yīng)的改進(jìn)：○1把旋梭軸軸套的內(nèi)孔尺寸Φ7.94（+0.015 ~ +0.024）；○2對(duì)于軸承該選型號(hào)為NSK6901ZZ C3，更改為非接觸型的防塵改和增大軸承的游隙；○3把油封的內(nèi)孔改為Φ7.4；○4把加入齒輪箱中的普通油脂改為一種特殊油脂，該油脂只需要在傘齒輪面上涂一層，它就能齒面上形成一層油膜，并且在齒輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)下不會(huì)被甩掉，這樣不但提高的齒輪箱中的散熱能力，并且保證了不會(huì)有油脂從軸承中溢出。我們?cè)俅斡冒匆陨细暮蟮牧慵隽藴厣郎y(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)見表2。
部位 時(shí)間 15 分鐘 30分鐘 45分鐘
旋梭表面 36 40 48
旋梭軸端面 35 39 46.5
通過表1和表2的對(duì)比，可以明顯的看到改進(jìn)后的零件對(duì)降低溫度所帶來的效果，后來對(duì)多臺(tái)機(jī)器進(jìn)行了溫度測(cè)試，溫度都控制在45℃~50℃之間?？紤]到在實(shí)際使用中一般用最高轉(zhuǎn)速的80%左右速度工作，我們對(duì)此做了4000n/min速度下的溫度測(cè)試，測(cè)試程序的前兩個(gè)15分鐘同前面，只是第三個(gè)15分鐘的速度為4000n/min，測(cè)試結(jié)果見表3。表2和表3的溫度，經(jīng)過縫紉專家們的確認(rèn)，
部位 時(shí)間 15分鐘 30分鐘 45分鐘
旋梭表面 36 40 42
旋梭軸端面 35 39 42
在該測(cè)試程序的條件下，是可以接受的溫度范圍。為了檢驗(yàn)更改后的零件對(duì)機(jī)器性能的影響，我們做了4500n/min轉(zhuǎn)速下，運(yùn)轉(zhuǎn)10秒停3秒的耐久性試驗(yàn)，1500小時(shí)后測(cè)試縫紉性能良好，證明更改后軸套和放大后軸承游隙后對(duì)縫紉性能是能夠保證的。拆下傘齒輪檢測(cè)，齒面磨損是正常磨損，證明新選用的油脂的潤(rùn)滑性能是良好的。齒輪箱5中沒有發(fā)現(xiàn)滲漏的白油，證明新油封的密封性能是可以保證的。
結(jié)論
該機(jī)器經(jīng)過以上的改進(jìn)，得到的批量批量生產(chǎn)，在市場(chǎng)使用，普遍反應(yīng)良好，這為以后我們高速縫紉機(jī)的旋梭發(fā)熱問題的解決提出了一個(gè)參考。我國的縫紉機(jī)研發(fā)現(xiàn)在還處于仿制模式開始走向自主研發(fā)過程，這種提高性能優(yōu)化設(shè)計(jì)，也是走向自主研發(fā)的一小步。
