如何优化铁炮变速装置设计方案？

铁炮变速装置是一种典型的机械式变速装置，在纺织机械自调匀整、卷绕机构传动的变速装置上有较多应用。

（一） 铁炮实际作用半径的计算

如图4-5 所示，设下铁炮为恒速nc，作用半径为rc；上铁炮为变速nx，作用半径为rx。不计皮带打滑，上下铁炮的传动比为：

图4-5　铁炮传动示意图

为减少铁炮皮带打滑，两铁炮大小头直径分别相等，大半径均为R，小半径均为r，则得

令调速比（即变速范围）为β，则得：

因此，可以根据变速件的变速范围来决定半径比R／r，并根据传动功率的大小来选择r。

铁炮设计的另一个条件为保证皮带为定长。设上下铁炮轴线距离为H0，皮带长度为Ld，则：

当铁炮轴线距离H0较大时，略去末项，得：

则rc+rx＝2r，带入式（4-1），得皮带的长度：

由式（4-1）可得：

因此：

这就是铁炮的近似理论作用半径。再考虑皮带厚度δ 的修正，得到铁炮的近似作用半径：

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（二） 铁炮工作长度L 的确定

考虑铁炮调节的灵敏性，铁炮工作长度L 不宜太长；考虑到皮带能充分贴合在曲线铁炮表面，L 不宜太短，铁炮半径变化率不宜太大。一般取L＝280～400mm。

设对应于棉层厚度Δ 的皮带中心线位置为X。若具体机构保证线性关系：

式中：C 为常数。如前所述，均匀给棉条件为Δu＝常数，而u∝ixc，故上式可以转化为：

其中：C、K 为常数。由此得出传动比ixc与铁炮皮带位置X 成双曲线变化规律，这就是按照均匀给棉的工作要求来确定铁炮曲线的基本式子。

根据边界条件确定C、K，如图4-5 所示。

X＝0 时，Δ＝Δmin，u＝umax，得。

X＝L 时，Δ＝Δmax，u＝umin，得。

代入（4-4）式得：

由此得：

将C 和K 代入（4-4）式，可得：

将（4-5）式代入式[4-3（a）]，可得常速铁炮的理论半径为：

变速铁炮的理论半径为：

式（4-6）和式（4-7）即为铁炮曲线方程式，按此得出的为双曲线铁炮。根据皮带厚度δ 的大小，便可由式[4-3（b）]得出上下铁炮的工作半径r´x和r´c，按轴向各位置相应的半径绘制出铁炮外形。

要使铁炮传动比较准确，皮带必须承受较小的载荷，以减小其打滑率。皮带传动的有效圆周力为：

式中：P 为皮带传动的有效圆周力（kg）；N 为传递功率（kw）；V 为皮带线速度（m／s）。可见，在传递一定功率时，要减少P 力，就必须增加V，所以主动铁炮的转速应该较高，一般取nc＝700～1000r／min。