繞線機設計【附贈CAD圖紙】

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贈送有CAD圖紙和說明書,Q 197216396 或 11970985提供領取 繞線機設計 摘 要 隨著電子工業(yè)的蓬勃發(fā)展，對線圈的需求量越來越大、品種也越來越多。線圈的使用已遍及了人類生活的方方面面，而線圈的繞制則需要繞線機，這樣就為繞線機制造業(yè)帶來了新的發(fā)展機遇。于是各種各樣的繞線機便應運而生了。 本文主要介紹了繞線機的簡介與發(fā)展，總體方案的如何設計及機械部分的設計步驟。 關鍵詞：繞線機；機構設計。 Abstract With the booming development of electronic industry, the more and more coils will be needed, and it will become various too. The use of Coil has throughout all aspects of human life, and coiling around the system requires the coil winding machine, which brings new development opportunities for coiling machine manufacturing. Then many different kinds of winding machine emerged as required. The winding machines’ performance are close related with the quality and output of electrical product. Also, it’s precision has great influence to the entire machine performance. This context mainly introduce the winding machine and it’s development. It also tells how to design the overall plan and the design steps of machine parts. Keywords：winding machine; mechanism design 目錄 摘要 1 英文摘要 2 目錄 3 1 緒論 3 1.1 繞線機的簡介 3 1.2 線機的發(fā)展 4 1.3 繞線機的工作原理 4 2總體方案的確定 5 2.1傳動系統的設計 5 2.1.1排線裝置的設計方案 5 2.1.2主軸傳動系統的設計方案 5 3 繞線機的機構設計 5 3.1.選擇電動機的類型和結構型式 5 3.2.滾珠絲桿的選擇 6 3.3軸的設計 8 3.4 V帶傳動的設計 9 3.5 傳動比的分配 12 3.6 軸承的選用 12 3.7聯軸器的選用 13 3.8 離合器的選用 14 3.9 齒輪的設計 14 4 結論 17 參考文獻 18 5 致謝 19 1 緒論 1.1 繞線機的簡介 繞線機：顧名思義繞線機是把線狀的物體纏繞到特定的工件上的機器。漆包線繞制成電感線圈，就需要用到繞線機。例如：各種電動機，日光燈鎮(zhèn)流器，各種大小變壓器，電視機。收音機用的中周、電感線圈，行輸出變壓器(高壓包)，電子點火器、滅蚊器上的高壓線圈，喇叭，耳機，麥克風的音圈，各種電焊機等不能一一舉例，這些里面的線圈都需要用繞線機來繞。由于各種線圈產品的功能要求不同，使得繞線機的種類也多樣化了，目前常見繞線機的有全自動繞線機、半自動繞線機、環(huán)行繞線機、伺服精密繞線機、變壓器繞線機等幾種。常用的自動繞線機繞制的線多為漆包銅線(繞制電子、電器產品的電感線圈)，紡織線(繞制紡織機用的紗綻、線團)，還有繞制電熱器具用的電熱線以及焊錫線、電線、電纜等 組成繞組的基本元件是漆包線。通過在繞線骨架上按一定的規(guī)律形狀纏繞而成，繞線的匝數直接和電機的性能有重要影響。電機主要是進行電能和機械能的轉換，在電機中，電能向機械能轉換主要是通過線圈進行的，電機的通電邊在磁場中會受到電磁力，從而使電機軸轉動。 繞線機的作用，顧名思義，就是用來繞制繞組的。 1.2 線機的發(fā)展 線圈繞線機發(fā)展經歷了多次技術革新，從早期的手搖式繞線機到現在的采用高精度控制系統的全自動型，不光是效率和性能得到了大幅度的提升，線圈繞線機的自動化程度也越來越高。在整個線圈繞線機發(fā)展歷程中大致可分為三個階段。即簡易控制系統、CNC控制系統、伺服高精度控制三個階段[3]。 一、簡易控制系統：統該系統應用于早期的簡易數控線圈繞線機中，功能非常簡單，僅能實現電子計數、產量累計、主軸正反向控制等簡易功能核心控制單元一般都采用單片機。 二、CNC控制系統：也就是我們日常說的全自動數控繞線機，經過了幾年的技術消化和投入，CNC控制器是目前線圈繞線機使用最多的控制器，其優(yōu)越的擴展性 能使CNC 線圈繞線機的分類非常多。 三、伺服高精度控制系統：高精度控制系統的出現是為了滿足現代高品質漆包線線圈的要求，由于系統采用了雙伺服加PLC的設計，其控制精度要遠遠高于普通線圈繞線機，PLC控制單元使繞線機的功能自定義性更強，常用于超細線的線圈加工和高精度要求的線圈加工。 繞線機是電氣生產行業(yè)常見加工設備，其結構、控制系統、功能隨著行業(yè)生產工藝的需求，迫使繞線機生產單位加大技術投入和研發(fā)，以適應現代漆包線加工的高品質要求，從傳統機械式、數控型、半自動型、全自動機型。 目前我國繞線機生產單位已超百家，但有將近一半的生產單位沒有技術研發(fā)能力，技術停 留在抄襲和仿制階段，造成了市場機種單一，產品無論是外觀還是配置無技術亮點，繞線 機技術的核心是控制系統，目前國內廠家大多采用由系統供應商提供的成套控制系統，產品標準一旦制定無法根據客戶工藝要求作修改，由于部分控制系統供應商對繞線機行業(yè)的工藝要求并不熟悉，導致了許多好看而并不實用的功能，繞線機廠家對控制系統的技術應用掌握程度也影響著制造工藝，目前市場上多見的是普通數控型、CNC機型和廠家自制控制系統的機型。未來隨著行業(yè)工藝要求的提高，繞線機控制技術必將向著自動化、智能化等方向發(fā)展，全自動機型就是在這種行業(yè)需求的推動下研發(fā)而成的，實現了一人看管多臺設備，極大程度的滿足了高產能的要求；全伺服控制應用于繞線機大大提高了繞線機的繞線精度，滿足了高品質線圈的加工要求，未來更智能化、繞線精度更高的機型必將誕生以滿足電氣行業(yè)的發(fā)展要求[5]。 1.3 繞線機的工作原理 繞線機一般分為兩個部分：排線裝置和繞線裝置。排線裝置來回直線運動，帶動漆包線均勻的繞到骨架上;繞線裝置做回轉運功，其中，要達到均勻的繞線，必須做到：繞線軸每轉一圈，排線快前進一個要繞的漆包線線徑。 2總體方案的確定 2.1傳動系統的設計 該繞線機由排線裝置和繞線裝置兩部分組成，所以傳動部分的設計主要是對這兩部分的設計，本次畢業(yè)設計的題目是《繞線機的設計》，適用于小型電機繞線圈。能自動排線，有機械或電子計數器 2.1.1排線裝置的設計方案 排線部分是整個系統的重要組成部分，它是把回轉運動轉變?yōu)橹本€往復運動，而且還要與繞線部分協調工作。而排線部分轉速低、負載輕，本系統的排線機構采用滾珠絲桿將回轉運動轉化為直線往復運動。排線機構設計從整體方案看，主要有兩種傳動形式。第一種形式為直聯式，即輸入軸與滾珠絲杠經剛性聯軸器直接連接起來；第二種方式為軟聯接方式，軟聯接可部分消除輸入低速顫振對繞線精度的影響。為了消除絲杠與電機軸之間的同軸度和垂直度誤差，本設計采用撓行聯軸器。 還有排線機構的設計還要考慮滾珠絲桿的支承問題。滾珠絲桿都用滾動軸承支承?？捎玫姆N類很多。我采用的是角接觸角為60 的推力角接觸軸承，兩組面對面組配。 2.1.2主軸傳動系統的設計方案 繞線部分的傳動是將電機的轉動傳遞到主軸，使主軸帶動骨架按照既定的轉速旋轉，完成繞線動作。繞線部分要求轉速高、負載較大，但是精度要求不高。，使在一個比較合適的速度下轉動。與鏈傳動、齒輪傳動相比，帶傳動具有結構簡單、傳動平穩(wěn)、價格低廉和緩沖吸振等特點，所以綜合考慮該傳動機構使用帶傳動。 而帶傳動按照工作原理帶傳動可以分為摩擦傳動和嚙合傳動類?？磕Σ羵鬟f運動和動力的有，平帶傳動，V型帶傳動，圓帶傳動和楔型帶動。平帶傳動結構簡單，傳動效率高，帶輪也容易制造，在傳動中心距較大的情況下應用較多。圓帶結構簡單，多用于小功率傳動。V帶傳動允許的傳動比大，結構緊湊，大多數V帶已標準化。楔帶主要用于傳遞功率較大同時結構緊湊的場合。一般地說，嚙合傳動傳遞功率的能力高于摩擦傳動。同步帶傳動就是一種嚙合型帶傳動，它通過傳動帶內表面上等距分布胡橫向齒和帶輪上的相應齒槽的嚙合來傳遞運動。與摩擦型帶傳動相比較，同步帶傳動的帶輪和傳動帶之間沒有相對滑動，能夠保證嚴格的傳動比。因為本次設計沒有相關的要求，經綜合考慮我所采用的是V帶傳動。 3 繞線機的機構設計 3.1.選擇電動機的類型和結構型式 按供電電源的不同，電動機有直流電機和交流電機兩大類。直流電機結構復雜，同樣功率情況下尺寸、重量較大，價格較高，用于調速要求較高的場合。交流電機按電機的轉速與旋轉磁場的轉速是否相同可分為同步電機和異步電機兩種。同步電機結構較異步電機復雜，造價較高，而且轉速不能調節(jié)?？紤]到繞線 機的繞線速度較高，采用三相異步電動機。 該繞線機所需電動機的輸出功率： P= (4-1-1) 式中：P為繞線機的輸出功率,F為拉力，，其中： P=Fv/1000 (4-1-2) 本次設計的繞線機的繞線轉速初定500r/min-1000r/min。又因為繞線機的拉力不大, P=600XX3/1000=3.05KW ,為0.817 所需電動機的輸出功率為 P=3.05/0.817=3.73KW 確定電動機的額定功率為4KW因此采用電動機的型號為Y132M1-6 3.2.滾珠絲桿的選擇 齒輪軸要把旋轉運動轉化為直線運動，來帶動線夾按照規(guī)定的速度不斷的改變給線的位置，通過位置的變化將線繞在繞組架的不同部位。為了提高精度，為此我們選擇了滾珠絲桿這一傳動方式。 圖5-1 滾珠絲桿 由于絲桿上沒有軸向外加負載，只需克服工作中和導軌的滑動摩擦，故絲杠公稱直徑可以選的小一些。查機械設計手冊查得滾珠絲桿的公稱直徑為=16mm,公稱導程，其結構如圖5-1所示。 1.最大工作載荷的計算 最大工作載荷是指滾珠絲桿副在驅動工作臺時所承受的最大軸向力，也叫進給牽引力。它包括滾珠絲桿副的進給力、移動部件的重力，以及作用在導軌上的切削分力所產生的摩擦力。矩形導軌最大工作載荷 （4-2-1） 其中K=1.1，u=0.15，為進給方向載荷，為橫向載荷，為垂直載荷，單位為N;G為移動部件總重力，單位為N;K為顛覆力矩影響系數;u為導軌摩擦系因數。 （4-2-1） 2.壽命 回轉壽命（以回轉次數為單位） 回轉壽命——在額定動載荷及平均轉速下運轉，其中90%達到106 轉（100萬次回轉）情況下不產生材料的疲勞破壞的滾珠絲杠副的壽命。 （4-2-2） L——回轉壽命（以回轉次數為單位）；—基本額定動載荷，單位：N；—負載系數，見表4-1所示，為最大工作載荷。 表4-1 負荷載荷系數fw 使用條件 負荷系數 無沖擊平滑運動 1.0—1.2 普通運動 1.2—1.5 具有沖擊和振動運動 1.5—2.0 代入數據可得 （4-2-3） 3.最大動載荷的計算 （4-2-4） 式中———滾珠絲桿副的壽命，單位。 ———載荷系數，由表4-1查得 ———硬度系數 ———滾珠絲桿副的最大工作載荷，單位為N。 （4-2-5） 所選的絲桿的額定載荷為4612N，所以其額定載荷，滿足條件。 4. 滾珠絲杠系統的剛性： 為提高數控設備及精密機械進給絲杠系統的定位精度和相對于刀具切削的剛性，必須考慮進給系統各組成組件的剛性。整個進給系統的剛性以K表示。式中—絲杠的剛度，N/mm —螺母的剛度，N/mm —絲杠兩端支承軸承的剛度，N/mm 螺母支座和軸承的剛度，N/mm。 （4-2-6） 滾珠絲桿系統的剛性： 3.3軸的設計 排線部分主要是齒輪軸帶動著滾珠絲桿將旋轉運動轉變?yōu)橹本€往復運動，繞線部分是高速軸帶動骨架高速轉動，實現繞線。 軸的具體設計如下： 1.軸的設計準則 為了保證軸在預工作壽命條件下正常工作，要遵守以下準則進行設計。 1）正確選擇選擇軸的材料、毛坯種類和熱處理方法 2）合理設計軸的結構 3）正確選擇設計計算方法，對多數轉軸要進行疲勞強度設計計算或精確驗算；對受力大的細長軸和剛度要求高的軸還應進行剛度計算；對高速軸因有共振危險，還應進行振動穩(wěn)定性計算。 2.初步確定軸的最小直徑 由公式d≥,軸的材料為45鋼，則取120，所以d≥=4.24還要考慮安全系數，取軸的安全系數為2.0，所以我們取軸的最小直徑為8mm。 3.軸的結構設計 根據軸上零件的定位和固定確定軸的結構，其結構如圖4.3所示： 軸的最左端和最右端是放置軸承的，并且配合左端的軸套，軸套的作用主要是起到固定和定位的作用，用來固定軸的中心定位和軸承不讓其因為運轉時震動而發(fā)生移位。最后C、D兩段軸都要外軸套套起來。所以放置軸承段的內徑是根據我們選的軸承的內徑來進行確定的，軸承的型號是是6202系列滾動軸承的，因為繞線機的軸向載荷和徑向載荷都不大，不需要對它進行強度校核，所以軸的尺寸和結構設計主要依賴其在上面的零件裝配而定。其內徑為30mm 所以。并且取長度為16mm 。 3.4 V帶傳動的設計 V帶傳動工作時，帶的兩側是工作面。傳動參數的選擇：帶的型號可根據計算公式 Pc=KaP 式中P-名義傳動功率；Ka工作情況系數， 其中 工作情況系數 由表 =1.2 計算功率 =P=1.24 =4.8kw 選帶型號 由圖 A型 小帶輪直徑 由表 取=90mm 大帶輪直徑 =（1-ε）=（1-0.02） 選=280mm ε為滑動率，取ε=2% 大帶輪轉速 =（1-ε）=（1-0.02）90x960/280 =302.4 計算項目 計算內容 計算結果 ≤5% 以上所選參數合理 計算帶長 求 == =185 求 == =105 初取中心距 a=480mm 帶長 L=+2a+=185+2480+ /180 L=1503mm 基準長度 由圖 =1800mm 求中心距和包角 中心距 a=+ =+ a=557.3mm 600mm 小輪包角 =-60 =-60 =112.6 120 求帶根數 計算項目 計算內容 計算結果 帶速 v== v=4.52 傳動比 i== i=3.5 帶根數 由表 =0.78kw；=0.94；=1.01； =0.11kw； Z= = =3.68 取z=4根 帶輪的寬度 B=(z-1)e+2f B=65 求軸上載荷 張緊力 500（）+q 500（） +0.10 =148.9N （由表 q=0.10） 軸上載荷 =2z =26148.9 =1752N 帶輪結構設計 由于帶速v30，帶輪用HT200制造。小帶輪采用整體式結構，大帶輪采用腹板式結構具體結構參數見零件圖。 3.5 傳動比的分配 因為繞線軸直接和帶輪連接，所以傳動比為i=3，排線軸的傳動比選i=3.3 3.6 軸承的選用 由于角接觸球軸承可同時承受徑向和軸向聯合載荷，所以滾珠絲桿選用角接觸球軸承，決定軸承尺寸時，要對主要失效形式進行必要的計算。一般工作條件的回轉軸承，應進行接觸疲勞壽命計算和強度計算；高速軸承還需核驗極限速度。 C=gC C=gC 式中 Ct—經過溫度修正的基本額定動載荷，Gt—溫度系數， 工作溫度 120 125 150 175 200 225 250 300 Gt 1.00 0.95 0.85 0.80 0.75 0.70 0.60 由于機械工作時常有振動和沖擊。為此當量動載荷應按 P=Fd（XFr+Yfa） 載荷性質 機器舉例 Fd 平穩(wěn)運轉 電機 通風機 汽輪機 1.0-1.2 中等沖擊 車輛 機床 起重機 1.2-1.8 強大沖擊 破碎機 工程機械 1.8-3.0 修正額定壽命 L=a1a2a3L10 L=a1a2a3L10h 算的轉速為n=1440/1.8=712r/min, 極限轉速的計算公式 N=f1f2N 式中 N—實際許用轉速，N0—軸承的極限轉速，f1—載荷系數，f2—載荷分布系數。如果軸承的許用轉速不能滿足使用要求，可采取某些改進措施，如改變潤滑方式，改善冷卻條件。 選用的滾動軸承的代號為6206， 極限轉速為,9500r/min,大960r/min，所以選用軸承為6206 ，角接觸軸承用7024A 。 3.7聯軸器的選用 聯軸器是一種常用的機械傳動裝置，主要用來聯接軸，以傳遞運動和轉矩。此外，聯軸器還具有補償兩軸相對位移，緩沖和減震，以及安全防護等功能。由于制造及安裝誤差等的影響，通常可根據對各種相對位移有無補償作用，將聯軸器分為剛性聯軸器和撓性聯軸器兩類。為了消除絲桿與齒輪軸的同軸度和垂直度誤差，我采用的是撓性聯軸器，一般聯軸器的選用依據是其工作條件和結構形式。在選型時主要考慮一下幾點： 1.選擇聯軸器的類型 根據傳遞的轉矩大小和轉速高低，以及對緩沖和振動的要求，參考各種聯軸器的特點，選擇使用的聯軸器類型。 2.計算聯軸器的轉矩 傳動軸上的公稱轉矩T可用下式進行計算： 式中P———傳遞的功率，單位為KW；n———軸的轉速，單位為r/min。 （4-8-1） 3.確定聯軸器的型號 根據計算的及所選的聯軸器類型，在聯軸器的標準中按照下式：的條件確定聯軸器的型號。式中，為所選型號聯軸器的許用轉矩。 （4-8-2） 查機械手冊選擇聯軸器的型號為LT1，其許用轉矩=6.3,滿足這一條件。 4.校核最高轉速 聯軸器工作過程中的最高轉速n，不應超過其允許的最高轉速。n=200r/min，由表查得最高轉速=8800 r/min，，滿足條件。 5.協調軸孔直徑 多數情況下，每一種型號聯軸器適用軸的直徑均有一個范圍，被聯接兩軸的直徑應當在此范圍內。 綜合以上幾點考慮，我們選擇了撓性聯軸器。 3.8 離合器的選用 由于排線裝置要實現來回運動，所以需要正轉和反轉，這就需要雙向多片離合器。將離合器裝在軸1上，就能實現正反轉。 摩擦離合器還能起過載保護的作用。當機器過載時，摩擦片打滑，就可避免損壞機床。 3.9 齒輪的設計 和其他機械傳動比較，齒輪傳動的主要優(yōu)點是：工作可靠，使用壽命長；瞬間傳動比是常數；傳動效率高；結構緊湊。 開式傳動的齒輪，主要失效形式是彎曲疲勞折斷和磨粒磨損，磨損尚無完善的計算方法，故只進行彎曲疲勞強度計算。 各軸輸入扭矩計算 =9550∕=95504∕960Nm=39.8 Nm =9550∕=95503.7248∕320 Nm=112 Nm 計算項目 計算內容 計算結果 1.初步計算 轉矩 =112 Nm 齒寬系數 由表，取=1.0 =1.0 彎曲疲勞極限 由圖 =500Mpa =350Mpa 初步計算的許用 彎曲應力 0.7 =0.7500 =350Mpa 0.7 =0.7350 =245Mpa 值 由表，取=1.45 =1.45 初取齒輪齒數 取齒輪軸的齒數=30 =30 齒形系數 由圖 =2.63 計算項目 計算內容 計算結果 =2.18 應力修正系數 由圖 =1.58 =1.81 初步計算的齒輪模數m m =1.96 m=3 初步寬度b b= =65mm 2.校核計算 圓周速度v v== v=1.17m/s 精度等級 由表 選9級等級 齒數z和模數m 由前計算，m=3； =30，=i=100 =30 =100 使用系數 由表 =1.25 動載系數 由表 =1.1 重合度 = =1.88-3.2（=1.76 =1.76 重合度系數 =0.25+=0.25+ =0.68 齒間載荷分配系數 由表，==1/0.68 =1.47 齒向載荷分配系數 ==9.63 由圖 =1.25 載荷系數K K= =1.251.11.41.25 K=2.4 彎曲最小安全系數 由表 =1.2 應力循環(huán)次數 =60=601274.3 14400 =2.4 =60=60168.57 14400 =0.6 彎曲壽命系數 由圖 =0.92 =0.98 尺寸系數 由圖 =1.0 許用彎曲應力 == =368Mpa == =274.4Mpa 驗算 = =2.631.580.69 =158.6Mpa = =158.6 150.6Mpa 因傳動無嚴重過載，故不作靜強度校核齒輪的結構的設計：齒輪軸制成實心式，大齒輪制成圓盤式，具體結構參數見零件圖。 4 結論 通過本次的畢業(yè)設計，首先是對一個機電產品的設計有了一定的了解與掌握。還有就是通過此次設計提高了分析問題與解決問題的能力，并且能將書本的知識運用起來，達到學以致用，特別是對一些繪圖軟件的運用，有了很大的提高。由于知識和經驗的有限，設計還存在這很多不足之處，所以在接下來的學習與工作中必將努力學習，提高自己。 參考文獻 [1]邱宣懷、郭可謙、吳宗澤等.機械設計.4版.北京：高等教育出版社.2010. 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