棉紡環(huán)錠細(xì)紗鋁套管錠子桿盤結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

翁 明，曹亞蘭

(河南二紡機(jī)股份有限公司，河南 信陽 464000)

1 鋁套管錠子桿盤的優(yōu)勢

為了完成紗線的加捻、卷繞及后工序順利生產(chǎn)，紗管套在棉紡環(huán)錠細(xì)紗機(jī)錠子的桿盤上，通過其與桿盤間適當(dāng)?shù)哪Σ亮σ员ＷC桿盤在高速回轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)紗管同步回轉(zhuǎn)。光錠桿錠子的桿盤結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 光錠桿錠子桿盤結(jié)構(gòu)

在使用光錠桿錠子時(shí)，紗管上的管芯孔與光錠桿上端錐度為5.5∶100的圓錐面配合，并由二者間靜摩擦力帶動(dòng)紗管回轉(zhuǎn)。為保證二者的錐面配合提供足夠的靜摩擦力，安裝空紗管時(shí)應(yīng)用適當(dāng)?shù)牧ο聣杭喒艿藉V子的光錠桿上；當(dāng)紗管上紡滿了紗從錠子上取下時(shí)，則須克服紗管與錠桿間的靜摩擦力，此力的大小取決于安裝空紗管時(shí)的壓力大小和紗管與錠桿配合圓錐面的表面粗糙度，靜摩擦力太大則拔紗時(shí)所需的力就會(huì)很大；此力太小且錠桿較細(xì)時(shí)，在高錠速下會(huì)出現(xiàn)跳管問題，錠桿也會(huì)明顯地變形或振動(dòng)；所以，光錠桿錠子不適用于高速和自動(dòng)落紗。

為了滿足錠子高速及紡紗自動(dòng)化的要求，鋁套管錠子應(yīng)運(yùn)而生，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。因?yàn)殇X套管錠子的鋁套管比光錠桿粗得多，所以其剛性、強(qiáng)度和承載能力更好，當(dāng)錠子高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)像光錠桿錠子那樣明顯的變形和振動(dòng)，鋁套管錠子可滿足錠速不小于20 kr/min的紡紗工藝要求[1]。

圖2 鋁套管錠子的桿盤結(jié)構(gòu)

鋁套管錠子的根本性革新在于改變了紗管的支承型式，光錠桿錠子與紗管通過光錠桿上端的圓錐面配合產(chǎn)生靜摩擦力帶動(dòng)紗管旋轉(zhuǎn)，但當(dāng)錠速達(dá)到一定高度時(shí)，則易出現(xiàn)跳管問題。為此，鋁套管錠子將其對紗管的支承改進(jìn)為錠子支持器，如圖3所示。

1—鋁套管；2—支持器彈簧；3—支持器帽。圖3 支持器結(jié)構(gòu)

該支持器由鋁套管、支持器彈簧和支持器帽組成。3個(gè)支持器帽安裝到鋁套管后，其外接圓直徑比對應(yīng)的紗管孔徑大，當(dāng)紗管安裝到鋁套管上時(shí)，紗管孔擠壓3個(gè)支持器彈簧，而彈簧的彈力反作用于紗管孔，產(chǎn)生的靜摩擦力就是鋁套管錠子帶動(dòng)紗管回轉(zhuǎn)的力，也是安裝空紗管及拔取滿紗管時(shí)所要克服的力。在設(shè)計(jì)之初，研發(fā)人員就對支持器彈簧的彈力進(jìn)行驗(yàn)證，使其既能帶動(dòng)紗管旋轉(zhuǎn)且不打滑，又能便捷、省力地安裝和拔取紗管。由于支持器彈簧彈力提供的鋁套管錠子與紗管間的結(jié)合力一致性好，所以鋁套管錠子非常適合自動(dòng)落紗。當(dāng)錠子轉(zhuǎn)動(dòng)起來后，支持器帽、支持器彈簧的離心力和支持器彈簧的彈力共同作用于紗管孔，當(dāng)錠子轉(zhuǎn)速越高時(shí)離心力越大，所以鋁套管錠子在高速時(shí)不會(huì)出現(xiàn)紗管打滑或跳管問題。由于鋁套管錠子能滿足紡紗機(jī)高速和自動(dòng)化的要求，在今后很長一段時(shí)間內(nèi)其將是棉紡環(huán)錠細(xì)紗機(jī)用錠子的主流產(chǎn)品，且會(huì)以很快的速度替代光錠桿錠子[2]。

2 鋁套管錠子桿盤結(jié)構(gòu)

2.1 錠桿壓配到錠盤

鋁套管錠子桿盤最初沿用了光錠桿錠子桿盤 的裝配結(jié)構(gòu)，即把錠盤上端的錠桿直接用更粗、強(qiáng)度和剛度更大的鋁套管替代，且為了滿足使用要求對錠盤進(jìn)行了改進(jìn)，其剖視圖如圖4所示。裝配時(shí)，先將錠桿壓配到錠盤錐孔內(nèi)，再把鋁套管壓配到錠桿上，鋁套管結(jié)構(gòu)如圖5所示，錠桿與錠盤的裝配結(jié)合件如圖6所示。但這樣設(shè)計(jì)和裝配結(jié)構(gòu)，存在缺陷。

1—鋁套管；2—錠桿；3—錠盤。圖4 鋁套管錠子桿盤的最初結(jié)構(gòu)

圖5 鋁套管

圖6 錠桿與錠盤結(jié)合件

2.1.1裝配困難

錠桿、錠盤和鋁套管通過1∶100的錐度壓配時(shí)，其順序必須是先壓配錠桿和錠盤，再把鋁套管壓配到錠桿上端錐部，最終由裝配好的鋁套管錠子桿盤保證其尺寸為100 mm±0.2 mm；且在此過程中鋁套管的端面要與錠盤端面完全貼合，同時(shí)要保證尺寸精度為80 mm±0.1 mm，裝配過程復(fù)雜且困難。

2.1.2強(qiáng)度低

錠盤和鋁套管通過直徑小于10 mm的錠桿連接，其連接強(qiáng)度較低，從而在存放和使用過程中易發(fā)生嚴(yán)重變形，影響錠子的質(zhì)量和壽命。

2.1.3過定位

鋁套管錐孔與錠桿外圓錐面通過錐度壓配到一起，且要求鋁套管端面與錠盤端面完全貼合，所以錠桿、鋁套管和錠盤都存在過定位問題，增大了鋁套管桿盤變形的可能性及變形量。實(shí)際生產(chǎn)中，對存放一段時(shí)間的鋁套管桿盤抽查發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品變形達(dá)1 mm～2 mm，致使鋁套管桿盤只能報(bào)廢處理而不適合大批量生產(chǎn)，很快就被合理的新結(jié)構(gòu)所取代。

2.2 鋁套管壓配到錠盤

筆者對鋁套管桿盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)如圖7所示。改進(jìn)后先將錠桿壓配到鋁套管孔內(nèi)，再將錠桿連鋁套管結(jié)合件通過鋁套管的外圓壓配到錠盤孔內(nèi)，大幅降低了裝配難度，同時(shí)也提高了鋁套管桿盤的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，避免了鋁套管桿盤變形嚴(yán)重的問題。該結(jié)構(gòu)發(fā)展至今，又衍變?yōu)閮煞N裝配型式，業(yè)內(nèi)稱之為切槽結(jié)構(gòu)和不切槽結(jié)構(gòu)[3]。

圖7 改進(jìn)鋁套管桿盤結(jié)構(gòu)

2.2.1切槽結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

切槽結(jié)構(gòu)的鋁套管桿盤裝配簡單，鋁套管與錠盤的壓配外圓、錠盤與鋁套管的壓配錐孔均可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，能最大限度地減少零件種類，降低零件成本，并具有以下特點(diǎn)。

2.2.1.1裝配簡單

鋁套管桿盤切槽結(jié)構(gòu)的裝配型式通過車加工保證100 mm±0.2 mm的尺寸精度，其裝配過程如圖8所示，是先把錠桿和鋁套管壓配成結(jié)合件，壓配尺寸為110 mm±0.4 mm；再在鋁套管上A處切槽，保證尺寸為140 mm±0.05 mm；通過切槽時(shí)的定位保證加工精度以及錠桿連鋁套管結(jié)合件與錠盤壓配的契合度。

圖8 錠桿連鋁套管結(jié)合件

2.2.1.2結(jié)構(gòu)強(qiáng)度顯著提高

鋁套管桿盤的最初結(jié)構(gòu)是錠盤和鋁套管通過直徑小于10 mm的錠桿連接到一起，而改進(jìn)后的鋁套管桿盤結(jié)構(gòu)是先把錠桿和鋁套管壓配到一起，然后把錠桿連鋁套管結(jié)合件通過直徑為15 mm的鋁套管外圓壓配到錠盤孔內(nèi)，其強(qiáng)度大幅提高且避免了鋁套管桿盤的嚴(yán)重變形。

2.2.1.3過定位

鋁套管桿盤切槽結(jié)構(gòu)的裝配也存在過定位問題，因錠桿連鋁套管結(jié)合件通過鋁套管外圓壓配到錠盤孔內(nèi)時(shí)，鋁套管切槽處的端面和錠盤的上端面緊密貼合，這種結(jié)構(gòu)的唯一缺陷也是過定位，但其有足夠的強(qiáng)度可以防止鋁套管桿盤嚴(yán)重變形，故過定位影響可以忽略。

2.2.1.4零件種類減少

實(shí)際生產(chǎn)中，鋁套管錠子的差別主要表現(xiàn)在尺寸D，該尺寸不影響切槽結(jié)構(gòu)裝配型式中鋁套管與錠盤的壓配尺寸，所以任意鋁套管與錠盤壓配的外圓和錠盤相應(yīng)的壓配孔都可做成統(tǒng)一的φ15 mm(也可以為其它合適的統(tǒng)一尺寸)，能最大限度地減少零件、錠盤的種類，同時(shí)也大幅減少生產(chǎn)過程中使用的量具和工裝的種類、零件的分類和庫存成本，所以切槽結(jié)構(gòu)是現(xiàn)今錠子制造企業(yè)最廣泛采用的一種結(jié)構(gòu)[4]。

2.2.2不切槽結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

所謂不切槽結(jié)構(gòu)如圖9所示，就是鋁套管與錠盤的壓配處無臺(tái)階，通過合理的力學(xué)結(jié)構(gòu)消除過定位的裝配型式。該結(jié)構(gòu)雖然消除了過定位，但裝配難度大、不適應(yīng)多種產(chǎn)品型號。

圖9 不切槽結(jié)構(gòu)

2.2.2.1力學(xué)結(jié)構(gòu)合理

不切槽結(jié)構(gòu)完全消除了過定位問題，使鋁套管桿盤的力學(xué)結(jié)構(gòu)、抗變形能力更好。

2.2.2.2裝配困難

由于鋁套管上不再有臺(tái)階，當(dāng)錠桿連鋁套管結(jié)合件與錠盤壓配時(shí)，需靠工裝保證100 mm±0.2 mm的尺寸精度，但這對壓配工裝和零件的加工精度提出了很高的要求。

2.2.2.3實(shí)際生產(chǎn)難度大

在不切槽鋁套管桿盤結(jié)構(gòu)裝配中，不同尺寸D的鋁套管須配備相應(yīng)尺寸的錠盤，則鋁套管和錠盤種類繁多，與錠盤壓配孔尺寸相關(guān)的量具、工裝也會(huì)很多。雖然該結(jié)構(gòu)完全消除了過定位問題，但由于裝配難度大、適應(yīng)性差的弊端更大，所以實(shí)際生產(chǎn)中幾乎沒有應(yīng)用。

3 鋁套管桿盤錠桿的缺陷

在很長時(shí)間里，鋁套管桿盤錠桿都沿用光錠桿的設(shè)計(jì)思路，如圖10所示。其φ6.8 mm和φ4.5 mm處即錠桿的上下軸承擋尺寸行業(yè)內(nèi)通用，φ6.8 mm處與標(biāo)準(zhǔn)的紡錠軸承配合形成滾動(dòng)摩擦副，φ4.5 mm處與銅套孔配合形成滑動(dòng)摩擦副；與鋁套管內(nèi)孔的壓配尺寸為φ9.42 mm。該結(jié)構(gòu)雖然在行業(yè)內(nèi)沿用了很長時(shí)間，現(xiàn)在看，此設(shè)計(jì)仍存在很多缺陷。

圖10 鋁套管桿盤錠桿結(jié)構(gòu)

3.1 加工困難，成本高

現(xiàn)行的技術(shù)水平和工藝路線中，短錠桿都采用車坯工藝，此種錠桿的最大直徑為9.42 mm，其加工棒料直徑最小為 9.6 mm，一般選用φ9.8 mm的棒料，所以車加工余量大、加工速度慢、刀具磨損快，加工難度大且加工成本高。

3.2 材料利用率低

經(jīng)粗略計(jì)算，用φ9.8 mm的棒料加工錠桿，其材料利用率小于57%，為極低。

4 鋁套管桿盤錠桿的改進(jìn)

錠桿上下軸承擋處的尺寸為關(guān)鍵尺寸，其中上軸承擋尺寸為φ6.8 mm的通用尺寸，筆者將原來與鋁套管孔壓配的φ9.42 mm改為φ6.8 mm的錠桿，如圖11所示。

圖11 改進(jìn)錠桿結(jié)構(gòu)

因?yàn)楦倪M(jìn)的錠桿直徑最大為6.8 mm，且無錐度，所以在車坯時(shí)只需車削φ6.8 mm以外的部分，就可以進(jìn)入磨削加工。選用φ7 mm的棒料不僅車削余量小，車削長度也減小近一半，其材料利用率高達(dá)85%，比加工原來錠桿的材料利用率提高了近30%，降低原材料成本近50%。

5 結(jié)語

鋁套管桿盤從出現(xiàn)至今，其裝配工藝和零件結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，使其結(jié)構(gòu)的成本、加工難度及穩(wěn)定性都能夠滿足批量化生產(chǎn)的要求，相比其他錠子，鋁套管錠子在高速紡紗和多種新型紡紗技術(shù)中處于絕對的領(lǐng)先地位，且在可預(yù)見的未來仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。