绕线机设计【附赠CAD图纸】

赠送有CAD图纸和说明书,Q 197216396 或 11970985提供领取绕线机设计摘 要随着电子工业的蓬勃发展，对线圈的需求量越来越大、品种也越来越多。线圈的使用已遍及了人类生活的方方面面，而线圈的绕制则需要绕线机，这样就为绕线机制造业带来了新的发展机遇。于是各种各样的绕线机便应运而生了。本文主要介绍了绕线机的简介与发展，总体方案的如何设计及机械部分的设计步骤。关键词：绕线机；机构设计。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, its precision has great influence to the entire machine performance. This context mainly introduce the winding machine and its development. It also tells how to design the overall plan and the design steps of machine parts.Keywords：winding machine; mechanism design目录摘要1英文摘要2目录31 绪论31.1 绕线机的简介31.2 线机的发展41.3 绕线机的工作原理42总体方案的确定52.1传动系统的设计52.1.1排线装置的设计方案52.1.2主轴传动系统的设计方案53 绕线机的机构设计53.1.选择电动机的类型和结构型式53.2.滚珠丝杆的选择63.3轴的设计83.4 V带传动的设计93.5 传动比的分配123.6 轴承的选用123.7联轴器的选用133.8 离合器的选用143.9 齿轮的设计144 结论17参考文献185 致谢191 绪论1.1 绕线机的简介 绕线机：顾名思义绕线机是把线状的物体缠绕到特定的工件上的机器。漆包线绕制成电感线圈，就需要用到绕线机。例如：各种电动机，日光灯镇流器，各种大小变压器，电视机。收音机用的中周、电感线圈，行输出变压器(高压包)，电子点火器、灭蚊器上的高压线圈，喇叭，耳机，麦克风的音圈，各种电焊机等不能一一举例，这些里面的线圈都需要用绕线机来绕。由于各种线圈产品的功能要求不同，使得绕线机的种类也多样化了，目前常见绕线机的有全自动绕线机、半自动绕线机、环行绕线机、伺服精密绕线机、变压器绕线机等几种。常用的自动绕线机绕制的线多为漆包铜线(绕制电子、电器产品的电感线圈)，纺织线(绕制纺织机用的纱绽、线团)，还有绕制电热器具用的电热线以及焊锡线、电线、电缆等 组成绕组的基本元件是漆包线。通过在绕线骨架上按一定的规律形状缠绕而成，绕线的匝数直接和电机的性能有重要影响。电机主要是进行电能和机械能的转换，在电机中，电能向机械能转换主要是通过线圈进行的，电机的通电边在磁场中会受到电磁力，从而使电机轴转动。绕线机的作用，顾名思义，就是用来绕制绕组的。1.2 线机的发展线圈绕线机发展经历了多次技术革新，从早期的手摇式绕线机到现在的采用高精度控制系统的全自动型，不光是效率和性能得到了大幅度的提升，线圈绕线机的自动化程度也越来越高。在整个线圈绕线机发展历程中大致可分为三个阶段。即简易控制系统、CNC控制系统、伺服高精度控制三个阶段3。一、简易控制系统：统该系统应用于早期的简易数控线圈绕线机中，功能非常简单，仅能实现电子计数、产量累计、主轴正反向控制等简易功能核心控制单元一般都采用单片机。二、CNC控制系统：也就是我们日常说的全自动数控绕线机，经过了几年的技术消化和投入，CNC控制器是目前线圈绕线机使用最多的控制器，其优越的扩展性 能使CNC 线圈绕线机的分类非常多。三、伺服高精度控制系统：高精度控制系统的出现是为了满足现代高品质漆包线线圈的要求，由于系统采用了双伺服加PLC的设计，其控制精度要远远高于普通线圈绕线机，PLC控制单元使绕线机的功能自定义性更强，常用于超细线的线圈加工和高精度要求的线圈加工。绕线机是电气生产行业常见加工设备，其结构、控制系统、功能随着行业生产工艺的需求，迫使绕线机生产单位加大技术投入和研发，以适应现代漆包线加工的高品质要求，从传统机械式、数控型、半自动型、全自动机型。 目前我国绕线机生产单位已超百家，但有将近一半的生产单位没有技术研发能力，技术停 留在抄袭和仿制阶段，造成了市场机种单一，产品无论是外观还是配置无技术亮点，绕线 机技术的核心是控制系统，目前国内厂家大多采用由系统供应商提供的成套控制系统，产品标准一旦制定无法根据客户工艺要求作修改，由于部分控制系统供应商对绕线机行业的工艺要求并不熟悉，导致了许多好看而并不实用的功能，绕线机厂家对控制系统的技术应用掌握程度也影响着制造工艺，目前市场上多见的是普通数控型、CNC机型和厂家自制控制系统的机型。未来随着行业工艺要求的提高，绕线机控制技术必将向着自动化、智能化等方向发展，全自动机型就是在这种行业需求的推动下研发而成的，实现了一人看管多台设备，极大程度的满足了高产能的要求；全伺服控制应用于绕线机大大提高了绕线机的绕线精度，满足了高品质线圈的加工要求，未来更智能化、绕线精度更高的机型必将诞生以满足电气行业的发展要求5。1.3 绕线机的工作原理 绕线机一般分为两个部分：排线装置和绕线装置。排线装置来回直线运动，带动漆包线均匀的绕到骨架上;绕线装置做回转运功，其中，要达到均匀的绕线，必须做到：绕线轴每转一圈，排线快前进一个要绕的漆包线线径。2总体方案的确定2.1传动系统的设计该绕线机由排线装置和绕线装置两部分组成，所以传动部分的设计主要是对这两部分的设计，本次毕业设计的题目是绕线机的设计，适用于小型电机绕线圈。能自动排线，有机械或电子计数器2.1.1排线装置的设计方案排线部分是整个系统的重要组成部分，它是把回转运动转变为直线往复运动，而且还要与绕线部分协调工作。而排线部分转速低、负载轻，本系统的排线机构采用滚珠丝杆将回转运动转化为直线往复运动。排线机构设计从整体方案看，主要有两种传动形式。第一种形式为直联式，即输入轴与滚珠丝杠经刚性联轴器直接连接起来；第二种方式为软联接方式，软联接可部分消除输入低速颤振对绕线精度的影响。为了消除丝杠与电机轴之间的同轴度和垂直度误差，本设计采用挠行联轴器。还有排线机构的设计还要考虑滚珠丝杆的支承问题。滚珠丝杆都用滚动轴承支承。可用的种类很多。我采用的是角接触角为60 的推力角接触轴承，两组面对面组配。2.1.2主轴传动系统的设计方案 绕线部分的传动是将电机的转动传递到主轴，使主轴带动骨架按照既定的转速旋转，完成绕线动作。绕线部分要求转速高、负载较大，但是精度要求不高。，使在一个比较合适的速度下转动。与链传动、齿轮传动相比，带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等特点，所以综合考虑该传动机构使用带传动。而带传动按照工作原理带传动可以分为摩擦传动和啮合传动类。靠摩擦传递运动和动力的有，平带传动，V型带传动，圆带传动和楔型带动。平带传动结构简单，传动效率高，带轮也容易制造，在传动中心距较大的情况下应用较多。圆带结构简单，多用于小功率传动。V带传动允许的传动比大，结构紧凑，大多数V带已标准化。楔带主要用于传递功率较大同时结构紧凑的场合。一般地说，啮合传动传递功率的能力高于摩擦传动。同步带传动就是一种啮合型带传动，它通过传动带内表面上等距分布胡横向齿和带轮上的相应齿槽的啮合来传递运动。与摩擦型带传动相比较，同步带传动的带轮和传动带之间没有相对滑动，能够保证严格的传动比。因为本次设计没有相关的要求，经综合考虑我所采用的是V带传动。3 绕线机的机构设计3.1.选择电动机的类型和结构型式按供电电源的不同，电动机有直流电机和交流电机两大类。直流电机结构复杂，同样功率情况下尺寸、重量较大，价格较高，用于调速要求较高的场合。交流电机按电机的转速与旋转磁场的转速是否相同可分为同步电机和异步电机两种。同步电机结构较异步电机复杂，造价较高，而且转速不能调节。考虑到绕线 机的绕线速度较高，采用三相异步电动机。 该绕线机所需电动机的输出功率： P= (4-1-1) 式中：P为绕线机的输出功率,F为拉力，其中：P=Fv/1000 (4-1-2)本次设计的绕线机的绕线转速初定500r/min-1000r/min。又因为绕线机的拉力不大, P=600XX3/1000=3.05KW ,为0.817所需电动机的输出功率为P=3.05/0.817=3.73KW确定电动机的额定功率为4KW因此采用电动机的型号为Y132M1-6 3.2.滚珠丝杆的选择 齿轮轴要把旋转运动转化为直线运动，来带动线夹按照规定的速度不断的改变给线的位置，通过位置的变化将线绕在绕组架的不同部位。为了提高精度，为此我们选择了滚珠丝杆这一传动方式。图5-1 滚珠丝杆由于丝杆上没有轴向外加负载，只需克服工作中和导轨的滑动摩擦，故丝杠公称直径可以选的小一些。查机械设计手册查得滚珠丝杆的公称直径为=16mm,公称导程，其结构如图5-1所示。1.最大工作载荷的计算最大工作载荷是指滚珠丝杆副在驱动工作台时所承受的最大轴向力，也叫进给牵引力。它包括滚珠丝杆副的进给力、移动部件的重力，以及作用在导轨上的切削分力所产生的摩擦力。矩形导轨最大工作载荷 （4-2-1） 其中K=1.1，u=0.15，为进给方向载荷，为横向载荷，为垂直载荷，单位为N;G为移动部件总重力，单位为N;K为颠覆力矩影响系数;u为导轨摩擦系因数。 （4-2-1） 2.寿命回转寿命（以回转次数为单位） 回转寿命在额定动载荷及平均转速下运转，其中90%达到106 转（100万次回转）情况下不产生材料的疲劳破坏的滚珠丝杠副的寿命。 （4-2-2） L回转寿命（以回转次数为单位）；基本额定动载荷，单位：N；负载系数，见表4-1所示，为最大工作载荷。表4-1 负荷载荷系数fw使用条件负荷系数无冲击平滑运动1.01.2普通运动1.21.5具有冲击和振动运动1.52.0代入数据可得 （4-2-3） 3.最大动载荷的计算 （4-2-4） 式中滚珠丝杆副的寿命，单位。载荷系数，由表4-1查得硬度系数滚珠丝杆副的最大工作载荷，单位为N。 （4-2-5） 所选的丝杆的额定载荷为4612N，所以其额定载荷，满足条件。4. 滚珠丝杠系统的刚性：为提高数控设备及精密机械进给丝杠系统的定位精度和相对于刀具切削的刚性，必须考虑进给系统各组成组件的刚性。整个进给系统的刚性以K表示。式中丝杠的刚度，N/mm 螺母的刚度，N/mm 丝杠两端支承轴承的刚度，N/mm 螺母支座和轴承的刚度，N/mm。 （4-2-6） 滚珠丝杆系统的刚性：3.3轴的设计 排线部分主要是齿轮轴带动着滚珠丝杆将旋转运动转变为直线往复运动，绕线部分是高速轴带动骨架高速转动，实现绕线。 轴的具体设计如下：1.轴的设计准则为了保证轴在预工作寿命条件下正常工作，要遵守以下准则进行设计。1）正确选择选择轴的材料、毛坯种类和热处理方法2）合理设计轴的结构3）正确选择设计计算方法，对多数转轴要进行疲劳强度设计计算或精确验算；对受力大的细长轴和刚度要求高的轴还应进行刚度计算；对高速轴因有共振危险，还应进行振动稳定性计算。2.初步确定轴的最小直径由公式d,轴的材料为45钢，则取120，所以d=4.24还要考虑安全系数，取轴的安全系数为2.0，所以我们取轴的最小直径为8mm。3.轴的结构设计根据轴上零件的定位和固定确定轴的结构，其结构如图4.3所示：轴的最左端和最右端是放置轴承的，并且配合左端的轴套，轴套的作用主要是起到固定和定位的作用，用来固定轴的中心定位和轴承不让其因为运转时震动而发生移位。最后C、D两段轴都要外轴套套起来。所以放置轴承段的内径是根据我们选的轴承的内径来进行确定的，轴承的型号是是6202系列滚动轴承的，因为绕线机的轴向载荷和径向载荷都不大，不需要对它进行强度校核，所以轴的尺寸和结构设计主要依赖其在上面的零件装配而定。其内径为30mm 所以。并且取长度为16mm 。3.4 V带传动的设计 V带传动工作时，带的两侧是工作面。传动参数的选择：带的型号可根据计算公式 Pc=KaP 式中P-名义传动功率；Ka工作情况系数， 其中 工作情况系数 由表 =1.2计算功率 =P=1.24 =4.8kw选带型号 由图 A型小带轮直径 由表 取=90mm大带轮直径 =（1-）=（1-0.02） 选=280mm 为滑动率，取=2%大带轮转速 =（1-）=（1-0.02）90 x960/280 =302.4 计算项目 计算内容 计算结果 5% 以上所选参数合理 计算带长求 = =185求 = =105初取中心距 a=480mm带长 L=+2a+=185+2480+ /180 L=1503mm基准长度 由图 =1800mm 求中心距和包角中心距 a=+ =+ a=557.3mm 600mm小轮包角 =-60 =-60 =112.6 120 求带根数计算项目 计算内容 计算结果带速 v= v=4.52传动比 i= i=3.5带根数 由表 =0.78kw；=0.94；=1.01； =0.11kw； Z= = =3.68 取z=4根带轮的宽度 B=(z-1)e+2f B=65 求轴上载荷张紧力 500（）+q 500（）+0.10 =148.9N（由表 q=0.10）轴上载荷 =2z =26148.9 =1752N带轮结构设计 由于带速v30，带轮用HT200制造。小带轮采用整体式结构，大带轮采用腹板式结构具体结构参数见零件图。3.5 传动比的分配 因为绕线轴直接和带轮连接，所以传动比为i=3，排线轴的传动比选i=3.33.6 轴承的选用 由于角接触球轴承可同时承受径向和轴向联合载荷，所以滚珠丝杆选用角接触球轴承，决定轴承尺寸时，要对主要失效形式进行必要的计算。一般工作条件的回转轴承，应进行接触疲劳寿命计算和强度计算；高速轴承还需核验极限速度。C=gCC=gC式中 Ct经过温度修正的基本额定动载荷，Gt温度系数，工作温度 120 125 150 175 200 225 250 300Gt 1.00 0.95 0.85 0.80 0.75 0.70 0.60 由于机械工作时常有振动和冲击。为此当量动载荷应按P=Fd（XFr+Yfa）载荷性质 机器举例 Fd平稳运转 电机 通风机 汽轮机 1.0-1.2中等冲击 车辆 机床 起重机 1.2-1.8强大冲击 破碎机 工程机械 1.8-3.0 修正额定寿命L=a1a2a3L10L=a1a2a3L10h算的转速为n=1440/1.8=712r/min,极限转速的计算公式N=f1f2N式中 N实际许用转速，N0轴承的极限转速，f1载荷系数，f2载荷分布系数。如果轴承的许用转速不能满足使用要求，可采取某些改进措施，如改变润滑方式，改善冷却条件。选用的滚动轴承的代号为6206， 极限转速为,9500r/min,大960r/min，所以选用轴承为6206 ，角接触轴承用7024A 。3.7联轴器的选用联轴器是一种常用的机械传动装置，主要用来联接轴，以传递运动和转矩。此外，联轴器还具有补偿两轴相对位移，缓冲和减震，以及安全防护等功能。由于制造及安装误差等的影响，通常可根据对各种相对位移有无补偿作用，将联轴器分为刚性联轴器和挠性联轴器两类。为了消除丝杆与齿轮轴的同轴度和垂直度误差，我采用的是挠性联轴器，一般联轴器的选用依据是其工作条件和结构形式。在选型时主要考虑一下几点：1.选择联轴器的类型根据传递的转矩大小和转速高低，以及对缓冲和振动的要求，参考各种联轴器的特点，选择使用的联轴器类型。2.计算联轴器的转矩传动轴上的公称转矩T可用下式进行计算： 式中P传递的功率，单位为KW；n轴的转速，单位为r/min。 （4-8-1）3.确定联轴器的型号根据计算的及所选的联轴器类型，在联轴器的标准中按照下式：的条件确定联轴器的型号。式中，为所选型号联轴器的许用转矩。 （4-8-2）查机械手册选择联轴器的型号为LT1，其许用转矩=6.3,满足这一条件。4.校核最高转速联轴器工作过程中的最高转速n，不应超过其允许的最高转速。n=200r/min，由表查得最高转速=8800 r/min，满足条件。5.协调轴孔直径多数情况下，每一种型号联轴器适用轴的直径均有一个范围，被联接两轴的直径应当在此范围内。综合以上几点考虑，我们选择了挠性联轴器。3.8 离合器的选用 由于排线装置要实现来回运动，所以需要正转和反转，这就需要双向多片离合器。将离合器装在轴1上，就能实现正反转。 摩擦离合器还能起过载保护的作用。当机器过载时，摩擦片打滑，就可避免损坏机床。3.9 齿轮的设计 和其他机械传动比较，齿轮传动的主要优点是：工作可靠，使用寿命长；瞬间传动比是常数；传动效率高；结构紧凑。 开式传动的齿轮，主要失效形式是弯曲疲劳折断和磨粒磨损，磨损尚无完善的计算方法，故只进行弯曲疲劳强度计算。 各轴输入扭矩计算 =9550=95504960Nm=39.8 Nm =9550=95503.7248320 Nm=112 Nm计算项目 计算内容 计算结果1.初步计算转矩 =112 Nm齿宽系数 由表，取=1.0 =1.0弯曲疲劳极限 由图 =500Mpa =350Mpa初步计算的许用弯曲应力 0.7 =0.7500 =350Mpa 0.7 =0.7350 =245Mpa 值 由表，取=1.45 =1.45初取齿轮齿数 取齿轮轴的齿数=30 =30齿形系数 由图 =2.63 计算项目 计算内容 计算结果 =2.18应力修正系数 由图 =1.58 =1.81初步计算的齿轮模数m m =1.96 m=3初步宽度b b= =65mm2.校核计算圆周速度v v= v=1.17m/s 精度等级 由表 选9级等级齿数z和模数m 由前计算，m=3； =30，=i=100 =30 =100使用系数 由表 =1.25动载系数 由表 =1.1重合度 = =1.88-3.2（=1.76 =1.76重合度系数 =0.25+=0.25+ =0.68齿间载荷分配系数 由表，=1/0.68 =1.47齿向载荷分配系数 =9.63 由图 =1.25载荷系数K K= =1.251.11.41.25 K=2.4弯曲最小安全系数 由表 =1.2应力循环次数 =60=601274.3 14400 =2.4 =60=60168.57 14400 =0.6弯曲寿命系数 由图 =0.92 =0.98尺寸系数 由图 =1.0许用弯曲应力 = =368Mpa = =274.4Mpa验算 = =2.631.580.69 =158.6Mpa = =158.6 150.6Mpa 因传动无严重过载，故不作静强度校核齿轮的结构的设计：齿轮轴制成实心式，大齿轮制成圆盘式，具体结构参数见零件图。4 结论通过本次的毕业设计，首先是对一个机电产品的设计有了一定的了解与掌握。还有就是通过此次设计提高了分析问题与解决问题的能力，并且能将书本的知识运用起来，达到学以致用，特别是对一些绘图软件的运用，有了很大的提高。由于知识和经验的有限，设计还存在这很多不足之处，所以在接下来的学习与工作中必将努力学习，提高自己。参考文献1邱宣怀、郭可谦、吴宗泽等.机械设计.4版.北京：高等教育出版社.2010.2刘混举、赵河明、王春燕.机械可靠性设计.北京：国防工业出版社.2010.3戴曙.金属切削机床.机械工业出版社4邓星钟.机电传动控制.华中科技大学出版社5王慧、吕宏、王连明.机械设计课程设计.北京：北京大学出版社.2011.6于永泗、齐民.机械工程材料.8版.大连：大连理工大学出版社.2010.7郑文纬、吴克坚.机械原理.7版.北京：高等教育出版社.2010.8刘鸿文.材料力学.4版.北京：高等教育出版社.2010. 10陈于萍、周兆元.互换性与测量技术基础.2版.北京：机械工业出版社.2009.11何铭新、钱可强.机械制图.5版.北京：高等教育出版社.2008.5 致谢 经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有指导老师的督促指导以及朝夕相处的同学们的支持，想要完成这个毕业设计是难以想象的。在这里我首先要感谢我的指导老师龚水泉老师，这次设计他给了我很大的帮助，其次我还要感谢我的母校江西农业大学，是母校给我们提供了优良的学习环境，我还要感谢我的班主任曾一凡老师，在大学时期，班主任教给了我很多做人做事的道理，当然，还要那些我的所有的亲爱的任课老师们，你们永远是我敬爱的老师。在此，我再说一次谢谢！21