CN101363149B - 一种新型纺纱转杯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及纺织机械的技术领域，公开了一种新型纺纱转杯。为了进一步地提高转杯的转速、降低能量消耗，提出的技术方案如下：一种新型纺纱转杯，包括空心上锥体、空心下锥体和杯杆，上锥体上小下大、下锥体上大下小，其特征在于：在外表面上设置凹凸结构；所述的外表面，是指下列三者中的任意一者，a.空心上锥体的外表面；b.空心下锥体的外表面；c.空心上锥体的外表面和空心下锥体的外表面。有益效果是：降低空气压差阻力，提高轴承寿命，并降低能耗，为高速运转的转杯进一步增加转速提供新途径。

Description

一种新型纺纱转杯 

技术领域

本发明涉及纺织机械的技术领域，特别是涉及一种新型纺纱转杯。 

背景技术

转杯是一种纺织机械的部件，在采用自由端纺纱原理的纺纱机械中使用，这种纺纱机械，一般由喂棉、开松、凝聚、加捻和卷绕等机构组成。转杯及其配套装置是转杯纺纱机的核心部件，它们的作用是：利用转杯高速旋转或专门的吸风装置，使转杯内腔产生负压，并使输送通道产生气流，从而将单纤维送进转杯并沉积在凝棉槽内；转杯的高速旋转还将从凝棉槽引出的纤维环加捻成纱。 

转杯纺纱机的纺纱速度受转杯转速的制约。目前，转杯纺纱已从转速3万转/分钟发展到了15万转/分钟，最高为20万转/分钟。要进一步再提高纺纱速度，需要克服诸多不利因素的限制，包括如何进一步地提高转杯的转速、进一步地降低转杯在高速转动情况下的能量消耗。 

发明内容

现有的高速纺织技术和纺织机械产品中，需要进一步地提高转杯的转速、进一步地降低转杯在高速转动情况下的能量消耗。 

本发明的目的是为了解决上述的技术问题，提出的技术方案如下。 

1.一种新型纺纱转杯，包括空心上锥体、空心下锥体和杯杆，上锥体上小下大、下锥体上大下小； 

在外表面上设置凹凸结构；所述的外表面，是指下列三者中的任意一者， 

a.空心上锥体的外表面； 

b.空心下锥体的外表面； 

c.空心上锥体的外表面和空心下锥体的外表面。 

2.所述的在外表面上设置凹凸结构，是指锥体外表面有密布封闭的凹槽，凹槽的走向与旋转方向一致。

3.所述的凹槽，其截面形状为三角形或者为圆弧形或者为矩形。 

4.所述的在外表面上设置凹凸结构，是指锥体外表面密布封闭的凸环，凸环的走向与旋转方向一致。 

5.所述的凸环，其截面形状为三角形或者为圆弧形或者为矩形。 

6.所述的凹凸结构是指：锥体表面设置封闭环，封闭环与锥体位于同一轴线，相邻的封闭环紧密相连，封闭环的截面形状为三角形或者为圆弧形或者为矩形。 

7.所述的在外表面上设置凹凸结构，是指锥体外表面遍布圆形凹坑。 

8.所述的凹坑整齐排列或者所述的凹坑交错排列。 

9.所述的凹凸结构为羽毛状结构；所述的羽毛状结构是指该结构分布成主结构和从结构； 

在主结构中，众多的“个”字形首尾连接形成封闭环，“个”字形的连接方向与转杯的旋转方向一致，其撇、捺、竖三者突起且截面为圆弧形；封闭环与锥体位于同一轴线； 

在从结构中，众多的“个”字形首尾相连形成条带形，其撇、捺、竖三者突起且截面为圆弧形，从结构中的竖由主结构中的撇构成或者从结构中的竖由主结构中的捺构成。 

10.在所述的封闭环为一条以上。 

11.在所述的主结构中，其撇和捺的突起比竖的突起低；或者在所述的从结构中，其撇和捺的突起比竖的突起低。 

12.所述的凹凸结构为鲨鱼皮状结构； 

所述的鲨鱼皮状结构是指锥体外表面密布齿状突起物。 

13.所述的齿状突起物，其朝外的前端为扁形或一字形，扁形或一字形的方向与转杯的旋转方向一致。 

14.所述的齿状突起物，呈里大外小的山形，其朝外的前端为圆弧形或角形，所述的角形为锐角形或钝角形。 

15.所述的锥体外表面密布齿状突起物，是指在转杯的旋转方向上，齿状突起物整齐排列；在与旋转方向垂直的方向，齿状突起物整齐排列或错位排列。 

16.所述的凹凸结构为鱼鳞状表面结构；所述的鱼鳞状表面结构是指锥体外表面密布椭圆形小块或圆形小块或矩形小块，每一小块的表面为向外突起的弧形面或每一小块的表面为平面，相邻小块的边缘重叠； 

所述的相邻小块的边缘重叠，是指以下两者：

a.在转杯的旋转方向上，前片的后部边缘高于、并叠加于后片的前部； 

b.在上锥体中，下片的上部边缘高于、并叠加于上片的下部；或者，在下锥体中，上片的下部边缘高于、并叠加于下片的上部。 

17.所述的凹凸结构，其与锥体的主体为一体；或者所述的凹凸结构，其与覆盖层为一体，覆盖层包裹在锥体的表面。 

本发明的有益效果是：通过改变转杯周围流场状态，降低了转杯在高速转动时受到的空气压差阻力，可以减小转杯本身对轴承的径向作用，提高轴承寿命，并降低能耗；另外，为高速运转的转杯，提供一种进一步增加转速的新途径。 

附图说明

图1是转杯的主视图； 

图2是转杯的立体示意图(图中的箭头表示转杯的旋转方向，实际使用的转杯也可以反过来旋转)； 

图3是一种具体的转杯示意图，转杯的锥体外表面有密布封闭的凹槽，凹槽的走向与旋转方向一致，凹槽构成的封闭环与锥体位于同一轴线，相邻的封闭环紧密相连； 

图4至图13是图1在I处的局部放大图，表达十种不同的凹凸结构情况； 

图14是图2在II处的局部放大图，图中的锥体外表面遍布整齐排列圆形凹坑； 

图15是图14的A-A向剖面图； 

图16是图2在II处的局部放大图，图中的锥体外表面遍布交错排列圆形凹坑； 

图17是图2在II处的局部放大图，图中的凹凸结构为齿状突起物； 

图18是图17的B-B向剖面图； 

图19是图17的C-C向视图； 

图20是图17中的一个齿状突起物的立体示意图。 

图21是转杯及其相邻其它零部件的示意图。 

图中标号说明 

1.转杯；               1-1.空心上锥体外表面； 

1-2.空心下锥体的外表面；2.纤维疏送通道； 

3.纺杯罩壳；           4.吸风管；

5.隔离盘；         6.阻捻头。 

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。 

具体实施方式

转杯纺纱机的纺纱速度受转杯转速的制约。目前，转杯纺纱已从转速3万转/分钟发展到了15万转/分钟，最高为20万转/分钟。要进一步再提高纺纱速度，受诸多因素的限制，包括要考虑如何减少转杯的能量消耗。 

当前，就如何进一步提高转杯的转速，其研究主要是从以下几个方面进行： 

A、提高传动轴承的机械性能、减少轴承间的摩擦损耗； 

B、改善转杯的材料、提高转杯强度； 

C、减小转杯直径、减小转杯离心力。 

在转杯纺纱过程中，纺杯的动能消耗占到了整机的50％以上。这些能量主要用于克服：轴承间的摩擦、空气阻力、传动龙带的阻力、纺杯自身的空气阻力。而且，当转杯转速达到20万转/分钟时，转杯直径最大处的线速度达到283米/秒，接近于声速，如此高的速度，要求我们不得不考虑转杯外表面产生空气阻力的作用。 

在流体中高速运动的物体，如飞机、火箭、汽车、舰船、鱼雷等，都会受到流体阻力的影响而消耗大量的能量，同时也限制了物体的运动速度。 

在自然界中，不仅表面光滑的流线型形体具有良好的减阻效果，而且某些特殊非光滑结构的表面，在流体介质中也具有理想的减阻效果 

仿生学研究发现，在自然界流动阻力最小的表面不是平面，而是某些特殊的表面结构状态。鱼类等水生动物和有翼昆虫等飞行动物经历了近亿年进化过程，形成了一种满足自身生存需要的非光滑减阻表面，最常见的是鱼鳞状表面，像风吹过沙漠所形成的沙丘，鸟类飞行时羽毛形成的表面结构，以及风吹过水面形成的波纹等等，都具有鱼鳞状结构，这种结构可以使边界层稳定，减小快速游动阻力，在一般情况下，鱼鳞表面可以减阻6％—11％。 

仿生学的研究表明，如果物体表面布满了凹坑，小凹坑可使空气形成一层紧贴物体表面的薄薄的紊流边界层，使得平滑的气流顺着球形多往后走一些，从而减小尾流的范围。因此，物体在高速向前运动时，有凹坑的物体所受的阻力将大大减少。 

还有，鲨鱼的皮肤表面上分布着许多的齿状突起，它们能够保持好水流的流态，并产生具有卷吸作用的稳定的涡流，可以有效的减少表面磨擦阻力和压 差阻力，令鲨鱼更为顺畅的在水中游动。 

因此，通过仿生技术改变转杯外表面的结构，可实现：通过改变转杯周围流场，减小转杯本身对轴承的径向作用，提高轴承寿命，或提高转杯转速；从能量损耗角度考虑，通过改变转杯外围的流场，控制纺杯近璧区的边界层结构，将空气的部分阻力转化为动力，由此来降低其动能损耗，达到节能目的。 

本发明的特点在于：提出将仿生非光滑表面结构应用于转杯的外表面；由此实现本发明的目的，即进一步地提高转杯的转速、进一步地降低转杯在高速转动情况下的能量消耗。因为在高速纺纱机中，转杯的速度很高，最高达到20万转/分钟，线速度达283米/秒，所以通过将外表面做成非光滑仿生结构将大大降低转杯的旋转阻力、减少转杯高速旋转时的空气阻力，同时达到节能目的。 

以下，首先对本发明进行总体的介绍、说明和解释。 

本发明的一种新型纺纱转杯，包括：空心上锥体、空心下锥体和杯杆。其中，上锥体上小下大、下锥体上大下小。 

与现有技术和现有产品不同的是：本发明的转杯，在外表面上设置凹凸结构；所述的外表面，是指下列三者中的任意一者： 

a.空心上锥体的外表面； 

b.空心下锥体的外表面； 

c.空心上锥体的外表面和空心下锥体的外表面。 

需要说明的是，现有技术和现有产品的转杯，其外表面是光滑的。而本发明的转杯，在外表面上是非光滑的，即在外表面上有意设置为、或者有意处理为凹凸结构，其目的是降低转杯的旋转阻力、减少转杯高速旋转时的空气阻力。 

转杯在外表面上设置凹凸结构，其具体的形状和结构有多种多样，无法一一枚举，现对它们的一部分，通过图1至图20予以表达。在各幅图中：图1是转杯的主视图；图2是转杯的立体示意图，图中的箭头表示转杯的旋转方向，实际使用的转杯也可以反过来旋转；图3是一种具体的转杯示意图，图中转杯的锥体外表面有密布封闭的凹槽，凹槽的走向与旋转方向一致，凹槽构成的封闭环与锥体位于同一轴线，相邻的封闭环紧密相连；图4至图13是图1在I处的局部放大图，表达了十种不同的凹凸结构情况；图14是图2在II处的局部放大图，图中的锥体外表面遍布整齐排列圆形凹坑；图15是图14的A-A向剖面图；图16是图2在II处的局部放大图，图中的锥体外表面遍布交错排列圆形凹坑；图17是图2在II处的局部放大图，图中的凹凸结构为齿状突起 物；图18是图17的B-B向剖面图；图19是图17的C-C向视图；图20是图17中的一个齿状突起物的立体示意图。 

图21是转杯及其相邻其它零部件的示意图。 

以上，对本发明进行了总体的介绍、说明和解释，下面，还要对发明中的进一步技术方案进行介绍、说明和解释。 

进一步的技术方案1。所述的在外表面上设置凹凸结构，是指锥体外表面有密布封闭的凹槽，凹槽的走向与旋转方向一致。 

封闭的凹槽、凹槽的走向与旋转方向一致，其典型的是在锥面上形成众多的同心圆，这些众多的同心圆与锥体同处于一个轴线。 

对于上述文字描述，可以借助图3进行理解。 

进一步的技术方案2。所述的凹槽，其截面形状为三角形或者为圆弧形或者为矩形。 

三角形的凹槽，可以借助图1和图5进行理解。圆弧形的凹槽，可以借助图1和图13进行理解。矩形的的凹槽，可以借助图1和图5进行理解。 

进一步的技术方案3。所述的在外表面上设置凹凸结构，是指锥体外表面密布封闭的凸环，凸环的走向与旋转方向一致。 

对于凸环的描述，可以借助图1和图6进行理解、或者借助图1和图9进行理解、或者可以借助图1和图11进行理解。 

进一步的技术方案4。所述的凸环，其截面形状为三角形或者为圆弧形或者为矩形。 

凸环截面形状为三角形的，可以借助图1和图4进行理解、或者可以借助图1和图6进行理解。 

凸环截面形状为圆弧形的，可以结合图1和图10、或者可以结合图1和图11进行理解。 

凸环截面形状为为矩形的，可以结合图1和图7、或者可以结合图1和图9进行理解。 

进一步的技术方案5。所述的凹凸结构是指：锥体表面设置封闭环，封闭环与锥体位于同一轴线，相邻的封闭环紧密相连，封闭环的截面形状为三角形或者为圆弧形或者为矩形。 

相邻的封闭环紧密相连，封闭环的截面形状为三角形的，可以借助图1和图4进行理解。 

相邻的封闭环紧密相连，封闭环的截面形状为圆弧形的，可以借助图1和图10进行理解、或者可以借助图1和图12进行理解。 

相邻的封闭环紧密相连，封闭环的截面形状为矩形的可以借助图1和图7进行理解。 

进一步的技术方案6。所述的在外表面上设置凹凸结构，是指锥体外表面遍布圆形凹坑。进一步的技术方案7。所述的凹坑整齐排列或者所述的凹坑交错排列。 

对于上述文字，可以借助图2、图14、图15和图16进行理解。 

图14是图2在II处的局部放大图，图中的锥体外表面遍布整齐排列圆形凹坑，图15是图14的A-A向剖面图。图16是图2在II处的局部放大图，图中的锥体外表面遍布交错排列圆形凹坑。 

进一步的技术方案8。所述的凹凸结构为羽毛状结构；所述的羽毛状结构是指该结构分布成主结构和从结构；在主结构中，众多的“个”字形首尾连接形成封闭环，“个”字形的连接方向与转杯的旋转方向一致，其撇、捺、竖三者突起且截面为圆弧形；封闭环与锥体位于同一轴线；在从结构中，众多的“个”字形首尾相连形成条带形，其撇、捺、竖三者突起且截面为圆弧形，从结构中的竖由主结构中的撇构成或者从结构中的竖由主结构中的捺构成。 

进一步的技术方案9。在所述的封闭环为一条以上。 

一条以上，其含义是包括一条的情况。 

进一步的技术方案10。在所述的主结构中，其撇和捺的突起比竖的突起低；或者在所述的从结构中，其撇和捺的突起比竖的突起低。 

进一步的技术方案11。所述的凹凸结构为鲨鱼皮状结构；所述的鲨鱼皮状结构是指锥体外表面密布齿状突起物。 

进一步的技术方案12。所述的齿状突起物，其朝外的前端为扁形或一字形，扁形或一字形的方向与转杯的旋转方向一致。 

进一步的技术方案13。所述的齿状突起物，呈里大外小的山形、，其朝外的前端为圆弧形或角形，所述的角形为锐角形或钝角形。 

进一步的技术方案14。所述的锥体外表面密布齿状突起物，是指在转杯的旋转方向上，齿状突起物整齐排列；在与旋转方向垂直的方向，齿状突起物整齐排列或错位排列。 

进一步的技术方案15。所述的凹凸结构为鱼鳞状表面结构；所述的鱼鳞状表面结构是指锥体外表面密布椭圆形小块或圆形小块或矩形小块，每一小块的表面为向外突起的弧形面或每一小块的表面为平面，相邻小块的边缘重叠； 

所述的相邻小块的边缘重叠，是指以下两者： 

a.在转杯的旋转方向上，前片的后部边缘高于、并叠加于后片的前部； 

b.在上锥体中，下片的上部边缘高于、并叠加于上片的下部；或者，在下锥体中，上片的下部边缘高于、并叠加于下片的上部。 

进一步的技术方案16。所述的凹凸结构，其与锥体的主体为一体；或者所述的凹凸结构，其与覆盖层为一体，覆盖层包裹在锥体的表面。 

在本进一步的技术方案中，凹凸结构可以有两种设置。一种是凹凸结构与锥体的主体为一体，即在锥体上直接制造或处理成凹凸结构；一种是凹凸结构与锥体的主体分开制造，即另行制造一覆盖层、该覆盖层上有凹凸结构，然后再把覆盖层包裹在锥体的表面。 

到底是采用一体化的办法还是采用覆盖层的办法，要根据生产加工的易难程度、成本、维修等因素，经综合考虑后决定。 

实施例一 

结合图3，进行说明。 

图3说示的一种新型纺纱转杯，有空心上锥体、空心下锥体和杯杆，上锥体上小下大、下锥体上大下小。 

在空心上锥体的外表面和空心下锥体的外表面，设置凹凸结构，即设置有密布封闭的凹槽，凹槽的走向与旋转方向一致。封闭的凹槽形成封闭环、与锥体位于同一轴线，相邻的封闭环紧密相连。 

实施例二 

结合图2、图17、图18、图19和图20进行说明。 

图2是转杯的立体示意图(图中的箭头表示转杯的旋转方向；实际使用的转杯也可以反过来旋转)；图17是图2在II处的局部放大图(放大比例为12：1)；图18是图17的B-B向视图；图19是图17的C-C向视图；图20是图17中的一个齿状突起物的立体示意图。 

提供图20的立体示意图，其目的是为了让本专利文件的阅读者便于理解图17、图18和图19的意思。 

本实施例的一种新型纺纱转杯，在锥体的外表面，设置鲨鱼皮状的凹凸结构，即在锥体外表面密布齿状突起物。齿状突起物，其朝外的前端为扁形，扁形的方向与转杯的旋转方向一致。

齿状突起物，呈里大外小的山形，其朝外的前端为平面形。在转杯的旋转方向上，齿状突起物整齐排列；在与旋转方向垂直的方向，齿状突起物错位排列。 

上述齿状突起物的形状、结构，在文字和视图中，都有了清晰的表达。 

Claims (17)

1.一种新型纺纱转杯，包括空心上锥体、空心下锥体和杯杆，上锥体上小下大、下锥体上大下小，其特征在于：

在外表面上设置凹凸结构；所述的外表面，是指下列三者中的任意一者，

a.空心上锥体的外表面；

b.空心下锥体的外表面；

c.空心上锥体的外表面和空心下锥体的外表面。

2.根据权利要求1所述的一种新型纺纱转杯，其特征是：所述的在外表面上设置凹凸结构，是指锥体外表面有密布封闭的凹槽，凹槽的走向与旋转方向一致。

3.根据权利要求2所述的一种新型纺纱转杯，其特征是：所述的凹槽，其截面形状为三角形或者为圆弧形或者为矩形。

4.根据权利要求1所述的一种新型纺纱转杯，其特征是：所述的在外表面上设置凹凸结构，是指锥体外表面密布封闭的凸环，凸环的走向与旋转方向一致。

5.根据权利要求4所述的一种新型纺纱转杯，其特征是：所述的凸环，其截面形状为三角形或者为圆弧形或者为矩形。

6.根据权利要求1所述的一种新型纺纱转杯，其特征是：所述的凹凸结构是指：锥体表面设置封闭环，封闭环与锥体位于同一轴线，相邻的封闭环紧密相连，封闭环的截面形状为三角形或者为圆弧形或者为矩形。

7.根据权利要求1所述的一种新型纺纱转杯，其特征是：所述的在外表面上设置凹凸结构，是指锥体外表面遍布圆形凹坑。

8.根据权利要求7所述的一种新型纺纱转杯，其特征是：所述的凹坑整齐排列或者所述的凹坑交错排列。

9.根据权利要求1所述的一种新型纺纱转杯，其特征是：所述的凹凸结构为羽毛状结构；所述的羽毛状结构是指该结构分布成主结构和从结构；

在主结构中，众多的“个”字形首尾连接形成封闭环，“个”字形的连接方向与转杯的旋转方向一致，其撇、捺、竖三者突起且截面为圆弧形；封闭环与锥体位于同一轴线；

在从结构中，众多的“个”字形首尾相连形成条带形，其撇、捺、竖三者突起且截面为圆弧形，从结构中的竖由主结构中的撇构成或者从结构中的竖由主结构中的捺构成。

10.根据权利要求9所述的一种新型纺纱转杯，其特征是：在所述的封闭环为一条以上。

11.根据权利要求9所述的一种新型纺纱转杯，其特征是：在所述的主结构中，其撇和捺的突起比竖的突起低；或者在所述的从结构中，其撇和捺的突起比竖的突起低。

12.根据权利要求1所述的一种新型纺纱转杯，其特征是：所述的凹凸结构为鲨鱼皮状结构；

所述的鲨鱼皮状结构是指锥体外表面密布齿状突起物。

13.根据权利要求12所述的一种新型纺纱转杯，其特征是：所述的齿状突起物，其朝外的前端为扁形或一字形，扁形或一字形的方向与转杯的旋转方向一致。

14.根据权利要求12所述的一种新型纺纱转杯，其特征是：所述的齿状突起物，呈里大外小的山形，其朝外的前端为圆弧形或角形，所述的角形为锐角形或钝角形。

15.根据权利要求12所述的一种新型纺纱转杯，其特征是：所述的锥体外表面密布齿状突起物，是指在转杯的旋转方向上，齿状突起物整齐排列；在与旋转方向垂直的方向，齿状突起物整齐排列或错位排列。

16.根据权利要求1所述的一种新型纺纱转杯，其特征是：所述的凹凸结构为鱼鳞状表面结构；所述的鱼鳞状表面结构是指锥体外表面密布椭圆形小块或圆形小块或矩形小块，每一小块的表面为向外突起的弧形面或每一小块的表面为平面，相邻小块的边缘重叠；

所述的相邻小块的边缘重叠，是指以下两者：

a.在转杯的旋转方向上，前片的后部边缘高于、并叠加于后片的前部；

b.在上锥体中，下片的上部边缘高于、并叠加于上片的下部；或者，在下锥体中，上片的下部边缘高于、并叠加于下片的上部。

17.根据权利要求1所述的一种新型纺纱转杯，其特征是：所述的凹凸结构，其与锥体的主体为一体；或者所述的凹凸结构，其与覆盖层为一体，覆盖层包裹在锥体的表面。

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