纱线卷绕机设计说明书

编号
本科毕业设计
纱线卷绕机设计
Design of yarn coiling machine
学生:
专业班级：
指导教师：
学院:
年月
目录
第一章引言 .................................................... - 2 -第二章设计方案及原理 .......................................... - 4 -2.1 原理的设计方案 ............................................. - 4 -2.1.1 重叠现象的分析及设计方案 ................................. - 4 -2.1.2 差微机构的工作原理 ....................................... - 4 -2.2 结构的设计方案 ............................................. - 6 -2.3 特点评述 .................................................. - 7 -第三章结构设计 ................................................ - 9 -3.1皮带传动的设计.............................................. - 9 -3.1.1电动机的选择.............................................. - 9 -3.1.2皮带的设计................................................ - 9 -3.1.3 V带轮设计.............................................. - 11 -3.1.4 V带传动的张紧装置...................................... - 11 -3.2 齿轮传动设计 .............................................. - 12 -3.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 ...................... - 12 -3.2.2 按齿面接触强度设计 ...................................... - 12 -3.2.3 按齿根弯曲强度设计 ...................................... - 14 -3.2.4 几何尺寸计算 ............................................ - 16 -3.2.5 验算 .................................................... - 16 -3.2.6 结构设计及绘制齿轮零件图（见零件图） .................... - 16 -第四章分析校核 ............................................... - 17 -第五章总结 ................................................... - 30 -参考文献 ...................................................... - 31 -致谢 .......................................................... - 32 -
第一章引言
纱线卷绕机是一种重要的纺织机械。

卷绕方法是化纤长丝生产中的一项关键技术，在分析化纤生产工艺和卷绕运动规律中起到重要作用，为在生产过程中灵活实施提供了依据和手段,对提高化纤装备现代化水平具有实用价值。

在现有的纺织业中，纱线卷绕的过程中不可避免地出现重叠现象，特别在化纤、毛纱等短纤维材料的卷绕中这种现象表现得尤为突出。

目前采用的是单电动机或双电动机防叠，单电动机防叠的工作原理是利用电动机的断续启停（30次/min）来达到防叠的目的。

电动机的断续启停耗能较多，对电动机的工作寿命影响较大。

双电动机的工作原理是：一个电动机正常转动，另一个电动机通过附加运动来改变往复运动的频率，以达到防叠的目的。

这种方法机构复杂、维修不便。

鉴于以上情况，我们开发了新型纱线卷绕防叠试验机。

该试验机设计了一种机械的差微机构。

这种机构设计巧妙、结构紧凑，采用零件数目少，运动和机构参数选择合理，运行可靠，寿命长，且造价低廉，达到了防叠目的，在提高生产效率的同时显著降低了成本，并可容易地实现大规模的工业应用。

卷绕机是化纤纺丝设备中的关键部分，占到化纤纺丝设备总投资的50%-60%，技术上涉及到丝条的卷绕原理、机械振动理论、自动控制技术等，必须精心设计和制造，才能生产出高性能的化纤卷绕机。

目前，国内有关企业对卷绕机的研发工作，与化纤纺丝设备中的纺丝机整机研发相比，显得投入不足，长期以来主要依赖于进口，停留在为进口卷绕机配套的“嫁接”阶段，这就制约了我国化纤工业的创新、发展和技术进步。

因此，为了提高卷绕机的技术含量、降低卷绕机的制造成本、提升卷绕机的国际竞争力，必需加大创新和研发及化纤卷绕新工艺及其机电一体化新技术的力度，通过核心技术的国产化，为实现具有自主知识产权的高性能卷绕机提供技术保证。

根据统计，2000年的世界纤维产量为5000万吨，其中合成纤维约为3000万吨，合成纤维中仅涤纶就达到1800万吨，而涤纶长丝占到800万吨，预计仅将以每年7.8%左右的速度继续增长。

再加上锦纶和丙纶，每年约有超过800万吨的长丝需要用到化纤卷绕机，这足以说明卷绕机在化纤生产中所占重要地位。

化纤长丝开始生产以来，一直用纺丝和拉伸加捻两步法，纺丝卷绕速度低于1000米/分。

在纺丝工艺理论上存在着一个似是而非的误区：认为只能在低速下纺成的低取向丝才可以在后道工序上顺利地制成性能良好的成品丝；纺丝卷绕速度一高，长丝的取向度、结晶度提高，卷绕机在技术上跨出了一大步，纺丝卷绕速度由1000米/分提高到4000米/分，而此时在工艺上也发现，适当提高纺丝卷绕速度不仅可以提高生产能力，而且所纺成的预取向丝，纤维结构稳定，可以长期存放，能够制成性能很好的成品丝。

也正是由于卷绕速度的提高、拉伸倍数的减少，拉伸和变形加工两个工序才有可能合在一起，制成拉伸变形丝，缩短了工
艺流程。

20世纪70年代以来，化纤卷绕机的技术发展在纺织机械工业中是最迅速、最活跃的，可以说是“一年一个样，三年大变样”，作为卷绕机中核心部分的卷绕头在这方面体现得最为充分。

第二章设计方案及原理
2.1 原理的设计方案
2.1.1 重叠现象的分析及设计方案
在纱线交叉卷绕的过程中（如图1），筒子（套装）由滚筒摩擦带动。

如滚筒转速不变，则筒子转速随卷绕直径的增大而降低。

若到某一时期，在一个或几个导纱的往复周期中，筒子转速恰好为整数，及卷绕比出现整数时，筒子上的纱线就会前后重叠起来，这就是重叠现象。

重叠现象会持续相当长的时间，结果在筒子表面形成凸起条纹，使筒子与滚筒接触不良，不仅使部分纱线受到过大的摩擦，而且会使筒子的跳动或作轴向窜动，以致在筒子表面形成蜘蛛网，两端滑边，甚至造成脱圈、纠缠、断头等严重后果，严重影响后工序的退绕。

我们设计开发的新型纱线卷绕防叠试验机，采用差微式的变频防叠机构。

靠这套差微机构来改变导纱器往复运动的频率，从而防止产生纱线在卷绕时形成的重叠现象。

图1 交叉卷绕工作原理
2.1.2 差微机构的工作原理
如图2所示，齿轮Z41和Z38固定在驱动轴上，它们为同向齿轮，同转速旋转，分别与齿轮Z119和Z122啮合，齿轮Z119和Z122空套在圆柱凸轮轴的右端轴上。

摇板空套在销1上，并可绕销1摆动，销1以过盈配合固定在齿轮Z119的销孔中，右端空套弧形滑块，弧形滑块安装在Z122的偏心圆槽中。

滑块安装在摇板上端的缺口槽中，通过拨杆带动圆柱凸轮转动。

Z41和Z38同轴同向转动，由于它们的齿数不等，故它们相啮合的齿轮Z119和122转速不同，既Z119的转速大于Z122的转速。

这样，摇板一方面通过销1随Z119一起转动，另一方面通过销2和弧形滑块随Z122偏心圆槽的转动而附加摆动。

当摇板的摆动方向与Z119的转动方向相同时圆柱凸轮转速加快，频率增加；与之转动方向相反时圆
柱凸轮转速减慢，频率降低。

这样由圆柱凸轮输出给导纱器的往复移动的速度始终是一个时快时慢，不断变化的量，正是这个不断变化的移动速度实现了纱线的有效防叠。

图2 差微机构的工作原理
根据一般工艺要求，防叠机构圆柱凸轮的转速为80~120r/min 。

现以齿轮Z119的转速119n =80r/min 为例计算防叠周期。

齿轮Z41的转速为
41n =119n •
41119=232.195 r/min 齿轮Z122的转速为
122n =38n 12238•
=41n 122
38•=72.323 r/min 齿轮Z122滞后于齿轮Z119的转速n ∆为 n ∆= 122n -119n =-7.677 r/min
变换角速度为
ω∆=
60
2n ∆π=-0.803 rad/s 齿轮Z122相对于Z119反方向转动一圈的周期T 为
T=ω
π∆2=7.8158 s 其中T 即为摇板摆动的周期。

在摇板摆动一个周期T 的时间内，圆柱凸轮应转过
的圈数 T n 为
T n =T •119n /60=10.4208
由于摇板通过拨杆带动圆柱凸轮转动，使圆柱凸轮在10.4208转内转速一直发生变化。

在下一个周期（即转过10.4208转）中又重复上述的转速变化。

但要使导纱器完全恢复初始运动状态，必须使摇板位置在初始位置，而且齿轮Z122的位置也恰好在初始位置。

此时的最小周期，即圆柱凸轮的变频周期T 为
T=122
/38119/41119/41-=10.4208=2402501 即圆柱凸轮转25014转，摇板摆动240次，运动恢复到原来的状态。

圆柱凸轮转一转往复导纱器完成一个往复运动。

所以导纱器在完成2501次往复运动后，才恢复到原来的运动状态。

这样周而复始，从而有效地达到了防叠的目的。

2.2 结构的设计方案
图3 纱线卷绕机的整体结构
本文设计的纱线卷绕机整体结构如图3所示。

纱线卷绕机由左右两个部分组成，由两个电机提供动力源实现其运转。

左半部分由电机带动皮带传动，使卷筒作匀速转动，卷筒通过摩擦力带动筒子同样作匀速转动。

右半部分由电机带动皮带传动，给齿轮以动力，使圆柱凸轮做转动运
动，圆柱凸轮在转动时，一方面随着齿轮119一起匀速转动，另一方面随着图中1（摇板）中的偏心圆槽的转动而附加摆动，这样圆柱凸轮的速度始终是一个时快时慢、不断变化的量。

在圆柱凸轮上采用左右封闭的双头螺旋线，两端用圆弧过渡，导纱器就是随着这个螺旋线槽作往复运动，这样导纱器的速度也是时快时慢、不断变化的量，正是这个不断变化的移动速度实现了纱线的有效防叠。

在设计中，圆柱凸轮是比较复杂的一个零件，它的三维图如图4所示。

图4 圆柱凸轮
2.3 特点评述
相对于现有纱线卷绕机，本设计有以下优点：
1）在大幅降低成本的情况下，有效地达到了防叠的目的
新型纱线卷绕防叠机的主要机构——差微机构简单，在Z41/Z119的正常减速运动中，只增加了Z38/Z122、摇板、销1、销2和弧形华快就实现了有效的防叠功能。

该机构也可以单独作为国产信捻机的防叠机构使用，实现大规模的工业应用。

新型纱线卷绕防叠机的往复移动机构由圆柱凸轮和滑梭组成。

圆柱凸轮采用左右封闭的双头螺旋线，两端用R30圆弧过渡；滑梭的形状为菱形，滑梭的长度大于圆柱凸轮交叉处螺纹沟槽的宽度，不会出现乱扣，可保证滑梭的正常运动轨
迹，结构简单可靠。

2）可根据纱线的材质、混合比和粗细圈定最佳的工艺参数
由于材料（羊毛、羊绒、兔毛、晴纶……）、混合比、粗细不同的纱线的牵伸和卷绕速度是不同的，其最佳工艺参数也不同。

本实验机用变频器和高频开关（PWM）为电动机提供稳定准确的调速，这样就可以方便地为不同材质、混合比和粗细的纱线找到最佳的工艺参数。

3）造价低廉、应用广泛
本设计即可作为国产新型信捻机的防叠机构使用，又可作为纺织工厂实验是获取工艺参数的设备使用，亦可作为纺织院校的教学设备使用。

第三章 结构设计
3.1皮带传动的设计
3.1.1电动机的选择
按照皮带传动要求，电机的功率为1.5KW ，输出小带轮的转速为900——1000 r/min ，所以按《新编机械设计手册》，选择小型三项异步电动机，型号为Y100L-6，该电机的功率为1.5KW ，输出转速为940 r/min
3.1.2皮带的设计
1.确定计算功率ca p
计算功率ca p 是根据传递的功率P ，并考虑到载荷性质和每天运转时间长短等因素的影响而确定的。

即
ca p =a K p
式中：ca p ——计算功率，单位为KW ；
P ——传递的额定功率（例如电动机的额定功率），单位为KW ；
a K ——工作情况系数。

其中P 取1.5KW ，a K 取1（查表），所以ca p =a K p=1.5KW •1=1.5KW
2.选择带型
根据计算功率ca p 和小带轮转速1n ，按《新机械设计手册》查表选择普通V 带Z 型。

3.确定带轮的基准直径1d d 和2d d
1）初选小带轮的基准直径1d d 根据V 带截型，参考《新机械设计手册》中1d d =50~71，为了提高V 带寿命，宜选取较大直径，最后取1d d =63。

2）计算从动轮的基准直径2d d 2d d =i 1d d =400
63940•=148.05，并按照V 带轮的基准直径系列表加以适当圆整。

所以取2d d =140
4.确定中心矩a 和带的基准长度d L
根据传动的结构的需要初定中心矩0a ，取
0.7（1d d +2d d ）<0a <2(1d d +2d d ) 142.1<0a <406 取0a =300
根据带传动的几何关系，按下式计算所需要的基准长度'd L ：
'
d
L ≈20a +2π
（1d d +2d d ）+()0
2
124a d d d d -
'
d
L ≈2•300+2
π
•203+3004772•=923.65
根据《新机械设计手册》中选取和'd L 相近的V 带基准长度d L =1000。

再根据d L 来计算实际中心距。

由于V 带传动的中心距一般可以调整的，故可采用下式作近似计算，即
2'0d d L L a a -+≈=300+2
65
.9231000-=319
考虑安装调整和补偿欲紧力（如带伸长而松弛后的张紧）的需要，中心距的变动范围为：
d L a a 015.0min -==319-0.015•1000=304 d L a a 03.0max +==319+0.03•1000=289
5.验算主动轮上的包角1α 012015.57180•--
≈a d d d d α=180-05.57319
77•=01660120≥
6.确定代的根数z ()L
ca K K p p p z α00∆+=
=()06.196.002.018.05
.1•+=3 式中：αK ——考虑包角不同时的影响系数，简称包角系数，查表得0.96； L K ——考虑带的长度不同时的影响系数，简称长度系数，查表得1.06； 0p ——单根V 带的基本额定功率，查表得0.18；
0p ——单根V 带额定功率的增量，查表得0.02。

3.1.3 V 带轮设计 1）V 带轮设计的要求
设计带轮时应满足的要求有:质量小；结构工艺性好；无过大的铸造内应力；质量分布均匀，转速调时要经过动平衡；轮槽工作面要精细加工，以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。

2）带轮的材料
带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为HT150或HT200转速较高时宜采用铸钢；小功率时可用铸铝或塑料。

本设计因功率较小，所以采用铸铝。

3）结构尺寸
带轮的典型结构有以下几种:1 实心式； 2 腹板式；3孔板式；4 椭圆轮辐式
本设计采用第一种结构实心式。

图见零件图
3.1.4 V 带传动的张紧装置
各种材质的带都不是完全的弹性体，在预紧力的作用下，经过一定时间的运转后，就会由于塑性变形而松弛，使预紧力降低。

为了保证带传动的能力，应定期检查预紧力的数值。

如发现不足时，必须重新装紧，才能正常工作。

常用的张紧装置有以下几种:1 定期张紧装置；2 自动装紧装置；3 采用张紧轮的装置。

本设计采用定期装紧装置。

定期张紧装置:采用定期改变中心距的方法来调节带的预紧力，使带重新张紧。

在水平或倾斜不大的传动中，将装有带轮的电动机安装在制有滑道的基板1上。

要调节带的预紧力时，松开基板上各螺栓的螺母2，旋转螺钉3，将电动机向右推移到所需为止，然后拧紧螺母2。

如图3
图3 带的滑道式定期张紧装置
3.2 齿轮传动设计
3.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1）按下图所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。

2）卷绕机位一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）。

3）材料选择。

查表选择小齿轮材料为40r C （调质），硬度为280HBS ，大齿轮材料为45刚（调质）硬度为240HBS 。

4）选择小齿轮齿数1z =41，大齿轮齿数2z =119。

3.2.2 按齿面接触强度设计 由设计公式进行试算，即 []2
3
1
11132.2⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛±•≥H E d
t Z u u T K d σφ 1. 确定公式内的各计算数值 （1） 试选载荷系数t K =1.3 （2） 计算小齿轮传递的转距
mm N mm N n P T •⨯=•⨯⨯=⨯=45115110948.910105.95105.95
（3） 查表选取齿宽系数d φ=0.3
（4） 查表得材料的弹性影响系数218.189a MP Z E =
（5） 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限MPa H 6001lim =σ；大齿轮的
接触疲劳强度极限2lim H σ=550MPa ； （6） 计算应力循环次数
()91110147.4153008219606060⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==h jL n N 99
210296.12.10147.4⨯=⨯=N
（7） 查表得接触疲劳寿命系数1HN K =0.90；2HN K =0.95 （8） 计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1001，安全系数S=1,由公式得 []MPa MPa s K H HN H 5406009.01
lim 11=⨯==σσ []MPa MPa s
K H HN H 5.55255095.02
lim 22=⨯==
σσ 2. 计算
（1）试算小齿轮分度园直径t d 1，代入[]H σ中较小的值
t
d
1[
]2
1 2.32E H Z u u σ⎛⎫+≥== ⎪ ⎪⎝⎭81.39mm
(2)计算圆周速度v
υ=
1181.39960
4.22601000601000
t d n m s m s ππ⨯⨯==⨯⨯ (3）计算齿宽b
b=10.381.3924.417d t d mm mm φ•=⨯= (4)计算齿宽与齿高之比h b
模数 11181.3941 1.985t m d z mm mm ===
齿高 h=2.25 2.25 1.985 4.466t m mm mm =⨯= 81.394.44618.31b h == (5) 计算载荷系数
根据v=4.22s m ,7级精度，查表得动载系数 1.11V K =； 直齿轮，假设mm N b F K t A 100<。

由表查得;2.1==ααF H K K 由表查得使用系数1=A K ；
由表查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，
()
b K d d H 322
1023.06.0118.012.1-⨯+++=φφβ
将数据代入后得
()2231.120.1810.6110.231081.38 1.223H K β-=++⨯⨯+⨯⨯=； 由18.31b h =， 1.223H K β=查表得 1.25F K β=；故载荷系数 1 1.1 1.2 1.223 1.413A V H H K K K K K αβ==⨯⨯⨯=
（6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，得
1181.3882.03d d mm === （7）计算模数m
1182.0341 2.00m d Z mm mm ===
3.2.3 按齿根弯曲强度设计 弯曲强度的设计公式为 []⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛≥F Sa
Fa d Y Y z KT m σφ3
2112 1）确定公式内的各计算数值
（1）由表查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限MPa FE 5001=σ；大齿轮的弯曲疲劳强度极限2FE σ=380MPa;
(2)由表查得弯曲疲劳寿命系数88.0,85.021==FN FN K K ； (3)计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数s=1.4,
[]MPa MPa s K FE FN F 57.3034.1500
8.0111=⨯==σσ []MPa MPa s K FE FN F 86.2384
.1380
88.0222=⨯==
σσ (4)计算载荷系数K
K=1 1.11 1.2 1.25 1.514A V F F K K K K αβ=⨯⨯⨯= (5) 查取齿形系数
由表查得65.21=Fa Y ；226.22=Fa Y 。

(6)查取应力校正系数
58.11=Sa Y ；764.12=Sa Y 。

(7)计算大、小齿轮的
[]
F Sa
Fa Y Y σ并加以比较
[]01379.057
.30358
.165.21
1
1=⨯=
F Sa Fa Y Y σ
[]01644.086
.238764
.1226.22
2
2=⨯=
F Sa Fa Y Y σ
大齿轮的数值大。

2）设计计算
1.976m mm ≥=
对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面结出疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数1.976病就近圆整为标准值m=2mm,接触强度算得的分度圆直径182.03d mm =，算出小齿轮数 1182.03412.0
d z m =
== 大齿轮齿数 119412.312=⨯==uz z ，取1192=z
这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。

3.2.4 几何尺寸计算 1）计算分度圆直径
1141282d z m mm mm ==⨯= 221192238d z m mm mm ==⨯= 2）计算中心距
()()mm mm d d a 160223882221=+=+= 3）计算齿轮宽度
10.38224.6d b d mm mm φ==⨯= 取220B mm =，125B mm =。

3.2.5 验算
N N d T F t 8.26524110948.9224
11=⨯⨯==
12652.889.3710025.0
A t K F N mm N mm N mm b ⨯==<，合适 3.2.6 结构设计及绘制齿轮零件图（见零件图）
第四章分析校核
1. CATIA软件概述
CATIA（Computer-graphics Aided Three-dimensional Interactive Application）是法国Assault公司于1957年起开始发展的一套完整的3D CAD/CAM/CAE一体化软件。

它的内容涵盖了产品从概念设计、工业设计、三维建模、分析计算、动态模拟仿真、工程图生成到生产加工成产品的全过程，其中还包括了大量的电缆和管道布线、各种模具设计于分析、人机交换等实用模块。

CATIA不但能够保证企业内部设计部门之间的协同设计功能而且还可以提供企业整个集成的设计流程和端对端的解决方案。

CATIA大量用于航空航天、汽车及摩托车行业、机械、电子、家电于3C产业、NC加工等各方面。

由于其功能强大而完美，CATIA已经几乎成为三维CAD/CAM领域的一面旗帜和争相遵从的标准，特别是在航天航空、汽车及摩托车领域，CATIA一直居于领先地位。

2. 有限元分析理论基础
有限元分析FEA(Finite Element Analysis)也叫有限单元法，是机械设计工程师需要掌握的重要工具。

有限单元法就是用一种离散化的方法来描述数学表述中的连续提问题。

根据离散的观念，将连续体划分成若干小的单元，利用单元的特性，经过数学规划后得到一个表征整个求解域的线形方程组，借助计算机来得到数值解答。

3. 有限单元法建立离散方程的方法大致有以下3种方式。

1）直接法
根据单元的物理意义，建立有关场变量的单元性质方程，再利用虚功原理等方法直接将这些单元方程集合而形成整个求解域的控制方程。

这种方法的优点是推导直观，易于理解，广泛引用于固体力学求解运算中。

但是在单元化分中要引入节点力的概念及节点平衡条件，不易推广到流场，温度场等非结构问题之中。

1）变分法
变分法是基于变分原理的。

变分法对复杂求解域可以以单元的简单形状集合而成，所以它可以解决实际工程中提出的各类复杂问题。

2）加权余量法
对于某些问题，相应的泛函难以找到，或者根本不存在相应的泛函时，则无法采用变分法。

加权余量法是直接从控制方程得到有限元方程的一种近似解法。

加权余量法基本上包括两个解题步骤。

首先设定一个近似函数，使它的性态近似满足给定的微分方程和边界条件。

把该近似函数带入原始微分方程和边界条件，这样产生一个误差，称该误差E为余量。

令该余量在整个求解域上的平均值为零，即选取一组线性独立的余量加权函数σi，使其在整个求解域Ω上满足
ϕϕd E i ⎰
Ω
=0
4. 有限元法分析的一般过程
有限单元法分析步骤一般如下所述 1）物体的离散化
将求解域或连续体划分成以单元表示的组合体，这一过程称之为物体的离散化。

离散后的单元和单元之间以结点想连接，单元中的任一点的特性都可以用单元结点的特性来表达。

单元结点的设置、数目、性质等应当视所研究的对象的要求而定。

由于有限元分析的结构是实际物理模型的某种近似，用有限元计算的结果也是近似的。

一般情况下，如果划分的网格越密，计算的精度也就越高，所获得的结果也与实际更加接近，但计算所花费的时间也越长。

因此，在保证工程计算精度要求的前提下，单元网格的数目应当尽量少，单元的形态比要适当，以避免单元畸变影响计算精度。

2）选择适当的插值函数
选择适当的插值函数以表达单元内的场变量的变化规律。

常用多项表达式作为插值函数的近似表达式。

多项式的阶数取决于单元的结点数，结点的自由度以及单元间边界的协调性等。

3）推导单元刚度矩阵
应用弹性力学中的几何方程和物理方程来建立力和位移的方程式，推导出单元的刚度矩阵。

4）单元合成
利用结构力的平衡条件和边界条件把各个单元按照原来的结构重新连接起来，形成整体的单元方程
Kq=f
式中，K 为整体结构的刚度矩阵；q 为节点整体结构位移列阵；f 为整体结构的载荷列阵。

5. 轴的校核
MESH:
ELEMENT TYPE:
Materials.1
Static Case
Boundary Conditions
STRUCTURE Computation
Number of nodes : 3494
Number of elements : 1751
Number of D.O.F. : 10482
Number of Contact relations : 0
Number of Kinematic relations : 0
Parabolic tetrahedron : 1751
RESTRAINT Computation Name: RestraintSet.1
Number of S.P.C : 1764
LOAD Computation Name: LoadSet.1
Applied load resultant :
Fx = -8 . 417e-010 N
Fy = -2 . 451e-007 N
Fz = -1 . 150e+003 N
Mx = -2 . 040e+002 Nxm
My = 4 . 123e-008 Nxm
Mz = 9 . 497e-010 Nxm
STIFFNESS Computation
Number of lines : 10482 Number of coefficients : 363432 Number of blocks : 1 Maximum number of coefficients per bloc : 363432
Total matrix size : 4 . 20 Mb
SINGULARITY Computation Restraint: RestraintSet.1
Number of local singularities : 0
Number of singularities in translation : 0
Number of singularities in rotation : 0
Generated constraint type : MPC
CONSTRAINT Computation Restraint: RestraintSet.1
Number of constraints : 1764
Number of coefficients : 0
Number of factorized constraints : 1764
Number of coefficients : 0
Number of deferred constraints : 0
FACTORIZED Computation
Method : SPARSE
Number of factorized degrees : 8718
Number of supernodes : 1179
Number of overhead indices : 71778
Number of coefficients : 983769
Maximum front width : 369
Maximum front size : 68265
Size of the factorized matrix (Mb) : 7 . 50556 Number of blocks : 1
Number of Mflops for factorization : 1 . 702e+002 Number of Mflops for solve : 3 . 979e+000 Minimum relative pivot : 6 . 711e-002
DIRECT METHOD Computation Name: StaticSet.1
Restraint: RestraintSet.1
Load: LoadSet.1
Strain Energy : 2.723e-004 J
Equilibrium
Static Case Solution.1 - Deformed Mesh.2
On deformed mesh ---- On boundary ---- Over all the model
Static Case Solution.1 - Von Mises Stress (nodal
values).2
3D elements: : Components: : All
On deformed mesh ---- On boundary ---- Over all the model Static Case Solution.1 - Deformed Mesh.1
On deformed mesh ---- On boundary ---- Over all the model
Static Case Solution.1 - Von Mises Stress (nodal
values).1
3D elements: : Components: : All
On deformed mesh ---- On boundary ---- Over all the model
Static Case Solution.1 - Translational displacement vector.1
3D elements: : Components: : All
On deformed mesh ---- On boundary ---- Over all the model
Static Case Solution.1 - Stress principal tensor symbol.1
3D elements: : Components: : All
On deformed mesh ---- On boundary ---- Over all the model
Global Sensors
Sensor Name Sensor Value
Energy 2.723e-004J
第五章总结
本次设计的纱线卷绕机主要是解决纱线卷绕过程中出现的重叠的问题，我们采用差微机构来防止出现重叠现象。

纱线卷绕防叠试验机主要有两个传动系统，第一个是电机带动带轮的皮带传动系统，第二个是齿轮传动。

经过两个传动系统和差微机构使导纱器的往复移动的速度始终是一个时快时慢、不断变化的量，正是这个不断变化的移动速度实现了纱线的有效防叠。

总之，本社及基本完成了初始目的，达到了设计要求。

但是该设计也从在很多不足，有以下几点：
1.本设计采用的是用机械机构解决防叠现象，如采用PLC控制系统会更加简单。

2.纱线卷绕机应向高速化、智能化、高产化发展，本设计还没做到。

随着时代的发展和科学的进步，我相信必将有更优秀的人才投身其中，继续本设计没有达到的技术，是纱线卷绕机更完善，为我国的纺织机械做出巨大的贡献。

参考文献
[1] 成大先.机械设计手册(单行本)机械传动[M].北京:化学工业出版社,2004
[2] 濮良贵,纪名刚.机械设计(第七版)[M].北京:高等教育出版社,2001
[3] 刘鸿义.材料力学(第三版上、下册)[M].北京:高等教育出版社,1991
[4] 章日晋.机械零件的结构设计[M].北京:机械工业出版社,1981
[5] 冯辛安.机械制造装备设计[M].北京:机械工业出版社,1999
[6] «常见机构的原理与应用»编写组.常见机构的原理与应用[M].北京:机械工业出版社
[7] 龚桂义.机械设计课程设计图册[M].北京:高等教育出版社,1989
[8] 邱宣怀.机械零件[M].北京:高等教育出版社,1981
[9] 天津大学.机械零件手册[M].北京:人民教育出版社，1981
[10] 孙桓，机械原理[M].北京:高等教育出版社，2006
[11] 孟宪源，现代机构手册[M].北京:机械工业出版社，1994
[12] 俞加林.<<防止丝圈重叠的探讨>>.纺织学报-2006年9期
[13] 魏建.<<高速卷绕机卷绕方法的分析与研究>> 合成纤维-2006年8期
[14] 杨建成. SDS8 —M4 牵伸加捻机卷绕机构运动分析[J ] . 纺织机械,1996 , (2) :28 - 31.
[15] 杨建成. TW—710 型高速卷绕机导丝机构的探讨[J ] . 纺织机械,1999 , (2) :41 - 43.
[16] 廖林清,等. 机械设计方法学[M] . 重庆:重庆大学出版社,2000.
[17] 黄靖远. 机械设计学[M] . 北京:机械工业出版社,1999.
[18] Rajput R K. Elements of Mechanical Engineering. Katson Publ.House,1985
[19] Orlov P. Fundamentals of Machine Design. Moscow: Mir Pub.,1987
[20] Kuehnle M R. Toroidal Drive Combines Concepts. Product Engineering. Aug. 1979。