恒张力绕线机机械部分设计【含CAD图纸全套+毕业答辩论文】

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购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 题 目： 恒张力绕线机机械部分设计 姓 名： 班级学号： 指导教师： 摘 要 佳木斯大学教务处 第 I 页 摘 要 本文主要介绍了恒张力绕线机机械结构设计部分，包括其材料的选取、装置的设计等。在材料选取方面，本设计依据的原则是适合设计的需要，材料以价格低廉为主，在装置设计方面以结构简单为主。 机械部分装置由三部分组成，即放线部分、传线部分和绕线部分。放线部分结构为一步进电动机通过联轴器联接传动轴，传动轴设计为阶梯状， 两端向中间逐渐加粗，传动轴另一端固定放线辊子。送线部分采用 V 带传动，电动机轴直接联在 V 带传动的主动轮上，绕线部分工作台结构类似于放线部分，另外送线部分可通过导轨进行横向的调整，绕线部分的工作台可通过丝杠螺母座带动在导轨上进行纵向的调整。 工作原理为首先调整送线部分，使其与放线部分和绕线部分横向平齐，然后调整绕线部分工作台，达到要求进行固定，这样保证绕线过程始终保持直线运动，绕线部分的辊子为椭圆型，为保证绕线的力为恒力，则要求绕线速度为变化，那么放、送线速度为恒定。装置为数控装置，含有报警等功能，工人 只需打断后拆装定子绕组。 关键词 绕线机 装置 联轴器 螺母座 木斯大学教务处 第 页 so In is by in by is by As as to is to to in to be in to be in to on to be to on on of it to to on to is is is is to so on 目 录 佳木斯大学教务处 第 1 页 目 录 摘 要 I I 第 1 章 绪 论 .................................................................................................................. 2 课题的研究意义 ....................................................................................................... 2 课题的基本内容简介 ............................................................................................... 2 第 2 章 电机的选择 .......................................................................................................... 4 机的概述及特点 ....................................................................................................... 4 进电动机负载的估算 ............................................................................................... 5 统设计常用计算公式 ............................................................................................... 6 进电动机的选择程序 ............................................................................................... 7 定本设计的电动机 ................................................................................................. 10 第 3 章 机械部分设计 .................................................................................................... 15 线部分设计 ............................................................................................................. 15 线部分设计 ............................................................................................................. 19 的选取与结构设计 ............................................................................................................. 19 线部分设计 ............................................................................................................. 22 第 4 章 绕线机电路设计部分 ........................................................................................ 24 路部分的选择 ......................................................................................................... 24 第 5 章 绕线机模拟仿真部分 ........................................................................................ 25 统仿真技术概述 ..................................................................................................... 25 算机仿真技术现状与未来 ..................................................................................... 25 真建模的方法 ......................................................................................................... 26 参考文献 28 致 谢 29 附录 1 30 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 佳木斯大学教务处 第 2 页 第 1 章 绪 论 本课题的研究意义 本课题研究的绕线机是往电机中的定子铁心上绕制绕组的一种机器，本课题所研 究的绕线机为恒张力绕线机，之所以为恒张力，是与以往匀速绕制绕组的绕线机有所不同，其速度是变化的，可控的，依靠线组处的速度变化，使漆包线所受拉力恒定，以确保加工产品的良好绝缘性，这样绕制出的线组性能更安全，从而能够延长电机的使用寿命。 目前我国还未曾研制出恒张力绕线机，希望本课题的研究能为我国恒张力绕线机的诞生贡献微薄之力。本课题的研究对社会具有较大的学术意义和经济价值。在课题设计过程中，学生通过调查研究，收集资料，拟订设计方案的基础上进行绕线机的机械结构部分设计，培养学生正确的设计思想，严谨务实的工作作风 ，独立工作的能力和勇于创新的进取精神，通过撰写毕业论文，使学生掌握科技论文的撰写规范，通过外文翻译，提高学生综合运用外语的能力，通过此设计学生还会掌握先进的设计理念和先进的绘图方法，熟练应用计算机。 本课题的基本内容简介 恒张力绕线机主要由机械结构部分，可编程控制部分，模拟仿真三部分主成。本课题主要研究其机械结构部分。 恒张力绕线机与其它绕线机区别在于其速度是非匀速的，这样选其主电机采用步进电动机来控制，使其排线的位移与输入脉冲信号数相对应，步距误差不能长期积累，易于起动、停止、正反转及变速，响 应性也好，停止时可取消自锁能力，可以组成结构较为简单而又具有一定精度的开环控制系统，也可在要求更高精度时组成闭环控制系统。 在速度方面使其排线速度为非匀速这是本课题所研究的关键之处，因此在设计其绕组时设计为类似椭圆型机构，通过步进电机输入的脉冲信号数使其线组由水平位置到弧度位置时的速度是逐渐增加的，这样是漆包线在通过机构弧度时所受拉力减小，接近其机构水平边时的拉力，这样使漆包线在形成绕组前是以接近恒拉力进行缠绕的 。 此绕线机的结构设计方面由三部分组成，放线、缓冲，送线，绕线部分。其送线部毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 佳木斯大学教务处 第 3 页 分结构在 横向、绕线部分在纵向两方面都能够进行位置的调整，使其绕组中线的疏密程度更为适当，准确 。 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 佳木斯大学教务处 第 4 页 第 2 章 电机的选择 电机的概述及特点 本设计对电机的选择方面需要易起动、停止、速度变化快并且可调节，而且价格要简单廉价，所以选用步进电动机较适合。就传统的步进电动机来说，步进电动机可以简单地定义为，步进电机是一种将电的脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的机电元件，通俗的讲，就是外加一个脉冲信号在步进电机，步进电机就走一步。步进电机的种类很多，一般分为反应式、混合式、永磁式、直线式，其中反应式和混合式比较常用。 步进电动机是 纯数字控制电动机，它的脉冲信号转变成角位移，即电源发一个脉冲，步进电机则转过一个固定角度，称步距角 0b。电动机的角位移正比于输入脉冲数。当连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速正比于脉冲频率，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接受数字量的控制，所以非常适合用单片机进行控制。 步进电动机的特点： （ 1） 可以用数字信号直接进行开环控制，整个系统简单廉价。 （ 2） 位移与输入脉冲信号数相对应，步距误差不长期积累。 （ 3） 无刷，电动机本体部件少，可靠性高。 （ 4） 易于起动，停止，正反转及变速，响应性也好。 （ 5） 停止时，可有自锁能 力。 （ 6） 步距角选择范围大，可在几十角分至 180 度大范围内选择。在小步距情况下，通常可以在超低速下高转距稳定运行，通常可以不经减速器直接驱动负载。 （ 7） 速度可在相当宽范围内平滑调节，同时用一台控制器控制几台步进电动机可使它们完全同步运行。 （ 8） 步进电动机带惯性负载的能力较差。 （ 9） 由于存在失步和共振，因此步进电动机的加减速方法，根据利用状态的不同而复杂化。 （ 10） 不能直接使用普通的交直流电源驱动。 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 佳木斯大学教务处 第 5 页 步进电动机负载的估算 (一 ). 负载转距的估算 精确计算驱动系统的转距是比较复杂的，习惯的作法是根据实际装置实测求取 ，本设计就是选用此方法，在选择步进电动机时，常常使用近似公式，先估算出负载的转距，从而为选定电动机提供依据。 本设计放线部分的负载运动可看成直线运动。直线运动系统换算到电动机轴的负载转距 般由下式估算，即2 0。 式中： 电动机轴的摩擦转距。 每转机械移动量。 η —— 驱动系统的效率。 F—— 直线运动机械的轴向力。 (二 ). 负载惯量的计算 根据惯量的定义，物体对某 轴的惯量定义为该物体微小体积的质量 该微分体积到轴的距离 r 的平方的乘积之总和，即 J= 放线部分的放线体类似为圆柱型 则： )(32)(81 42412221 x  )34(4122221  式中 — 以 X 轴为中心的惯量。 — 以 Y 轴为中心的惯量。 M —— 重量 — 外径 — 内径 ρ —— 材料密度 L —— 长度 (放线部分的η取 ρ取 10-3 kg/ L 取 35毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 佳木斯大学教务处 第 6 页 系统设计常用计算 公式 (一 )若设驱动机构最末级的移动量 动机的步距角为Θ b，减速比为 i，则每个脉冲的最小输送量，即分辨率为 l= 最末一级的单位移动量由驱动机构决定。例如，使用滑轮时若最末一级轮径为 D，则为 60D 而使用螺栓时，若螺距为 P，则为 60p (二 )若已知最小输送量 L 和脉冲频率 f，则其移动速度分别为 : V 滑 = b 360 V 螺 = b360 也就是说，根据整个系统要求的速度，可求出驱动步进电动机所需要的输入脉冲频率。 f 滑 = 360f 螺 = 60在设计时，根据上式的计算值来判断可否在自起动动区域驱动，或者需要进行加减速而在运行区域驱动运行。 最末一级的转速 n= 。 (三 )若 设输入脉冲数为 N，则移动量 l 当步进电动机按一定频率 f 驱动运行时，在某个时间段 t 内的脉冲数为 N=f t 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 佳木斯大学教务处 第 7 页 而在包括加速、减速运行的场合，脉冲频率是变化的，则可用频率对时间的积分来计算，即 N= ( 由式子可以看出其驱动运行方式下脉冲数可用其面积表示。 (四 ) 加速度和转距惯量比 驱动负载时往往需要计算加速 度： a= 而用电动机的加速转距 T 和惯量表示时为： a=l0 180 而换算到轴的惯量为 J= 2M  式中 — 电动机本身的惯量。 于是，使加速度为最大的减速比应该为 i= 步进电动机的选择程序 本设计选择步进电动机时遵循下述程序： (一 )选择步进电动机时，首先要知道机械和时间两个方面要素，机械要素是指负载转距负载惯量 间要素是指加速时间 从 始加速到 运行时间t。 (二 )确认脉冲速率。其依据是将物体移动到目标位 置的时间 脉冲速率 = 速6 计算需要的运行转距 电动机带载运行所需要的转距为 T=a 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 佳木斯大学教务处 第 8 页 式中 T—— 需要的运行转矩。 负载转矩。 惯性体的加速转矩。 负载转矩由实测得到或用前述计算式估算。 惯性体的加速转矩可按下式计算 加速时间电动机希望的脉冲速度步距角驱动物体惯量  0 (四 )根据已得到的脉冲速率和运行要求的转矩，从电动机产品样本的矩频特性曲线上选取2～ 3 种可用的电动机。 (五 )根据选中的电动机， 结合转子惯量再次用需要的运行转矩= 负载转距加速时间脉冲速率步距角转子惯量驱动物体惯量  1 8 0 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 佳木斯大学教务处 第 9 页 (六 ). 选择电动机的顺序框图见下图 : 载重 M 外力 载转矩 动惯量 定驱动器 轮径 D 螺距 P 减速比 i 决定电动机和驱动器 预想电动机 相数 m 步距角 Θ b 是否需要重新判定 选定电动机 确认计算 的决定HL 决定电动机和驱动器 需要转矩 需要转矩 设定 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 佳木斯大学教务处 第 10 页 确定本设计的电动机 (一 ). 放线部分的电动机 （ 1）已知要求条件 放线体直径 D=300线体长度 D=70线体密度 ρ = 33 /108.2 摩擦力 F=辨率 l=速度 g 以上 （ 2）初选电动机 根据上式条件，拟选用四相 距角，励磁最大静转矩 电动机。 （ 3）计 算： ① 求取满足分辨率要求的减速比 i=  lD b 取减速比 i=以确定实际用的放线体为 负载转矩及惯量 =84线体的惯量 24  考虑减速比换算到电机轴的惯量 ③ 电源及驱动频率 由于是在高速区域运行，故使用定电流驱动器。电动机的驱动频率由速度可计算为 f=4000选电动机的空载起动频率 2000以 看出需采用加速和减速驱动。 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 佳木斯大学教务处 第 11 页 ④ 对步进电动机要求的转矩为 T= D  )(2 = 使用下式计算 转矩 T= 1 80步数 N=  )( 0 从上述计算可知所选电动机及驱动器满足要求。 安全系数 = 速度 a= 28)(2 m a x (二 ). 绕线部分的电动机 （ 1）已知要求条件 放线体直径 D=200线体长度 D=40线体密度 ρ = 33 /108.2 摩擦力 F=辨率 l=速度 g 以上 （ 2）初选电动机 根据上式条件，拟选 用三相 距角，励磁最大静转矩 电动机。 （ 3）计算 ① 求取满足分辨率要求的减速比 i=  lD b 取减速比 i=以确定实际用的放线体为 200 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 佳木斯大学教务处 第 12 页 ② 负载转矩及惯量 T= =73 放线体的惯量 J= 432 =虑减速比换 算到电机轴的惯量 ③ 电源及驱动频率 由于是在高速区域运行，故使用定电流驱动器。电动机的驱动频率由速度可计算为 f=4000选电动机的空载起动频率 2000以看出需采用加速和减速驱动。 ④ 对步进电动机要求的转矩为 T= D (2  = 使用下式计算 转矩 T= 1 80步数 N=  )( 0 从上述计算可知所选电动机及驱动器满足要求。 安全系数 = 速度 a= 64)(2 m a x  ). 绕线部分的电动机 （ 1）已知要求条件 移动部分总重 100 外力 F=10擦系数 μ = 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 佳木斯大学教务处 第 13 页 螺栓机构的效率 η =栓轴径 32栓长 L=100距 P=5辩率 l=度 v= 200mm/s 以上 （ 2）计算 设拟选用三相、 距角的 电动机。 速比 i= lP 向力 F=F+μ M=10+100=18载转矩 200 3 8 1822     螺栓惯量 24 12 B  移动体惯量 22 (  负载惯量为 2 6  J 根据以上计算可初选步进电动机，其惯量为 J=载起动频率 f=3000要求速度可求出运行频率 f= V 需要的电动机的转矩为 T= 02)(180可求出不同频率时的转矩值。根据步进电动机的频率特性 ，对照上式计算值，可毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 佳木斯大学教务处 第 14 页 选定合适的电动机和所使用的驱动器。 同样，仍需对选定电动机进行演算，其安全系数 =加速时间为 足要求条件。 加速时间的计算为：   (三 ). 送线部分的电动机 送线部分采用 V 带传动，在第三章详细介绍，在这里略。 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 佳木斯大学教务处 第 15 页 第 3 章 机械部分设计 放线部分设计 放线部分的结构主要由电动机、轴及轴上零件、滚动轴承、轴承装置、箱体等部分组成，电动机在上一章节已经介绍，下面我们把其他部分介绍一下，主要介绍各部件材料的选 取及其作用。 轴：放线部分的轴为传动轴，轴的材料使用普通碳素钢 径 d 是根据其相联的电动机轴的直径 D 来估算的， d=（ 轴作成阶梯形，它的直径从两端逐渐向中间增大。 轴上零件的轴向固定 轴上零件的轴向固定方法有很多种，本课题在放线部分设计上主要采用以下几种： 肩固定是一种简单可靠的轴向固定方法，应优先选择。它可承受较大的轴向载荷。因为周肩只能使轴上零件沿轴向固定，因此，需要和其他轴向固定方法配合使用，才能使轴上零件实现轴向双向固定。 轴端挡圈：位于轴端，用于固定轴上零件。 双螺母：在轴端为了固定放线体，一端用轴肩，另一端则采用双螺母，也就是轴端上放个可换挡圈，然后连续拧上两个螺母，螺母拧紧后，两个螺母接触面上产生对顶力N 使螺纹旋合部分的螺栓杆受拉、螺母受压，使两个螺母和螺栓之间形成一个封闭力，它不受外载荷变化的影响，始终保持螺纹表面间存在压力，因而摩擦力不会消失，起到防松作用，而且双螺母防松结构简单、使用方便。 疲劳强度是轴的主要失效形式，所以本设计在结构方面采取减小受力、应力，以提高轴的疲劳强度。轴上零件的结构设计较 为合理、轴套与箱体相固定，轴承两端分别为电机和放线轮，这样可以减小轴的弯矩。在应力集中方面也应尽量减少，其阶梯轴在阶梯变化处采用圆角过渡，轴槽也设计为一个，其加工应采用盘铣刀加工。 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 佳木斯大学教务处 第 16 页 箱体：由于箱体内壁间距 A 的铸造误差，为保证轴承外圈能全部坐落在轴承座孔中，并使轴承支点间跨距尽可能小，通常在轴承端面与箱体内壁之间有一定距离Δ。因为Δ值的大小与轴承的润滑方式有关，又因为轴圆周速度 V<2m/s，所以Δ取 1015轴的外伸长度的设计上，为便于拆卸轴承端盖联结螺栓，在轴承盖与联轴器轮毂端面之间留有足够的间 距。 滚动轴承的选择 放线部分的轴承主要承受径向载荷，也承受少量轴向载荷，因此选用角接触球轴承，它的特点为转速很高而轴向载荷不太小时，可代替推力球轴承受纯轴向载荷，这很符合放线部分特点。 滚动轴承的使用寿命是选择所必需的，因为滚动轴承在安装、润滑、维护良好的条件下，由于大量重复地承受变化的接触应力导致滚道的破坏，所以验算轴承是否可达到预期计算寿命的要求是必需的。轴承的寿命与所受载荷的大小有关，工作载荷越大，引起的接触应力也就越大，流动轴承寿命的计算公式为 )(60106h  其中 C 为轴承的基本额定动载荷 C。Σ为指数， P 为载荷， n 为转速，当量动载荷是在一定的运转条件下确定的，本设计采用轴承为角接触球轴承，既承受径向载荷 承受纯轴向载荷 为放线部分主要以转动为主，所以其承受径向载荷为主，为 示，当量动载荷 P 的一般计算公式为P=X， Y 分别为径向动载荷系数和轴向动载荷系数，其值分别为 上为当量动载荷的理论计算方法，而在实际当中，在许多支承中还会出现一些附和载荷，如冲击力、不平衡力作用力、惯性力以及轴挠曲或轴承变形产生的附加力等等，这些因素很难从理论上精确计算。为了计及这些影响，可对当量动载荷乘上一个根据经验而定的载荷系数 为其载荷属于轻冲击，令 值为 实际计算时，轴承的当量动载荷应为： P= 本设计采用轴承为角接触球轴承，因受径向和轴向两方面的力，所以其径向载荷 的计算方面应满足轴向的平衡，即被压紧一方的轴承所受的轴向力加上与放松一方的轴承只受其本身派生的轴向力，值为 其公式为： 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 佳木斯大学教务处 第 17 页 轴承装置的设计 绕线部分轴承装置设计主要考虑 其安装，配置紧固、调节、滑润、密封等几方面，下面我们依次来介绍一下。 因为轴承装置的零件在受力情况下会产生变形，这样要阻滞轴承滚动体的滚动，从而会使轴承损坏，因此，本设计在选择轴和安装轴承的外壳或轴承座，以及轴承装置中的其他受力零件都选择有足够的刚性。它的外壳及轴承座孔壁设计有足够的厚度。另外本设计轴上两个支承的座孔保持同心，目的是必免轴承内外圈产生过大的偏斜，这样外壳采用的是整体结构，并把安装轴承的两个孔一次镗出了。 本设计轴承在配置方面采用的是双支点固定，采用两个反向安装的角接触球轴承，两个轴承 各限制一个方向的轴向移动，安装时，通过调整轴承外圈或内圈的轴向位置，可使轴承达到理想的游隙或所要求的预紧程度。在紧固方面，本设计为滚动轴承内圈采用轴用弹性档圈嵌在轴的沟槽内，而另一端用轴肩作为定位面，为了便于轴承拆卸，轴肩的高度低于了轴承内圈的厚度，外圈采用轴承盖紧固，其好处为结构简单，紧固安全。 滚动轴承的配合方面主要指内圈与轴颈及外圈与外壳孔的配合，因为滚动轴承是标准件，为使轴承便于互换和大量生产，轴承内孔与轴承是标准件，为使轴承便于互换和大量生产，轴承内孔与轴的配合采用基孔制，即以轴承内孔的尺寸为 基准；轴承外径与外壳孔的配合采用基轴制，即以轴承的外径尺寸为基准。与内圈相配合的轴的公差带以及与外圈相配合的外壳孔的公差带，均按圆柱公差与配合的国家标准选取。由于 d（轴承内径公差带）在零线之下，而圆柱公差标准中基准孔的公差带在零线之上，所以轴承内圈与轴的配合比圆柱公差标准中规定的基孔制同类配合要紧的多。轴承外圈与外壳孔的配合与圆柱公差标准中规定的基轴制同类配合相比较，配合性质的类别基本一致，但由于轴承外径的公差值较小，因而配合也较紧。 因为本设计为考虑轴承内外圈的偏斜，采用的是整体装置，这样当轴承安装于 薄壁外壳或空心轴上时，则采用较紧的配合，但是考虑到过紧的配合又是不利的，因为可能因内圈的弹性膨胀和外圈的收缩而使轴承内部的游隙减少甚至完全消失，也可能由于相配合的轴和座孔表面的不规则形状或不均匀的刚性而导致轴承内外圈不规则的变形，这些都将破坏轴承的正常工作，而且过紧的配合还会使装拆变的困难，综上采用较紧的配合为亦。 为了提高轴承的旋转精度，增加轴承装置的刚性，本设计采用预紧的滚动轴承，其预毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 佳木斯大学教务处 第 18 页 紧装置为夹紧一对角接触球轴承的外圈而预紧，则可以得到稳定的预紧力，从而在安装时保持一轴向力，以消除轴承中的轴向游隙并 在滚动体和内、外圈接触处产生初变形，预紧后的轴承受到工作载荷时，其内、外圈的径向及轴向相对移动量要比未预紧的轴承大大地减小。本设计选用的成对安装角接触球轴承为特制的，可由生产厂选配组合成套提供，在滚动轴承样本中可以查到不同型号的成对安装角接触球轴承的预紧载荷值及相应的内圈或外圈的磨量。 润滑对于滚动轴承具有重要意义，轴承中的润滑剂不仅可以降低摩擦阻力，还可以起到散热、减小接触应力、吸收振动，防止锈腐等作用，本设计为轴承选用 16× 10好处是润滑强度高，能承受较大的载荷，不易流失，容 易密封，一次加脂可以维持很长的一段时间。因为轴径及转速都不是很大，所以润滑脂选用锥入度较小的润滑脂。 为了阻止灰尘、水、酸气和其它杂物进入轴承，并阻止润滑剂的流失，本设计采用接触式密封装置 —— 毡圈油封，传统上毡圈油封有两种方法，在轴承端盖上开出梯形槽，将毛毡按标准制成环形或带形，放置在梯形槽中以与轴密合接触；或者在轴承盖上开口放置毡圈油封，然后用另外一个零件压在毡圈油封上，以调整毛毡与轴的密合程度，从而提高密封效果。这种密封主要用于脂润滑场合，它的结构简单但摩擦较大。本设计则选用第一种毡圈油封。 联轴器 的选择 放线部分电动机轴与传动轴的联接部件为联轴器，联轴器是用来把两轴联接一起，机 器运转时两轴不分离，其主要传递电机轴的转矩给传动轴，很符合设计的需要，本设计选用的联轴器是挠性联轴节，它的优点是不用制键槽，无反向间隙，轴与轮毂之间的位置可任意调节。 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 佳木斯大学教务处 第 19 页 送线部分设计 带的选取与结构设计 （一）带的选取 在传动带的类型中，常用的有平带传动、 V 带传动、多楔带传动和同步带等，平带结构最简单，带轮也容易制造，在传动中心距较大的情况下应用较多。多楔带柔性好，摩擦力大，能传递的 功率大，多楔带主要用于传递功率较大而结构较紧凑的场合，传动比可 达 10，带速可达 40m/s，本设计要求带速并不是很高。在一般机械传动中，应用最广泛的是 V 带传动， V 带的横截面积呈等腰梯形，带轮上也做出相应的轮槽，传动时， V 带只和轮槽的两个侧面接触，即以两侧面为工作面，根据槽面摩擦原理，在同样的张紧力下， V 带传动较平带传动能产生更大的摩擦力，这是 V 带传动性能上的最主要优点，在加上 V 带传动允许的传动比较大，结构叫紧凑，以及 V 带多已标准化并大量生产等优点，故本设计送线部分选用 V 带传动。 （二） V 带的类型与结构 V 带有普通 V 带、窄 V 带、联组 V 带、齿形 V 带、大楔角 V 带、宽 V 带等多种类型，其中普通 V 带应用最广。 标准普通 V 带都是制成无接头的环形，由顶胶、抗拉体、底胶和包布等部分组成。抗拉体的结构分为帘布芯 V 带和绳芯 V 带，本设计选用绳芯 V 带，绳芯 V 带柔性好，抗弯曲强度高，适用于转速较高，载荷不大和带轮较小的场合。 普通 V 带的截型分为 Y、 Z、 A、 B、 C、 D、 E 七种，本设计 V 带采用基准宽度制，即用基准线的位置和基准宽度来定带轮的槽型、基准直径和带在轮槽中的位置。 （三） V 带传动中的力分析 安装带传动时，传动带即以 一定的预紧力 F 紧套在三个带轮上。由于 F 的作用，带和带轮的接触面上就产生了正压力，带传动不工作时传动带三 的拉力相等，都等于 F。带工作时，设主动轮以转速 n 转动，带与带轮的接触面间便产生摩擦力，主动轮作用在带上的摩擦力 F 的方向和主动轮的圆周速度方向相同，主动轮即靠此摩擦力驱使带运动；带作用在从动轮上的摩擦力的方向，显然与带的运动方向相同，带同样靠摩擦力 F 而驱使从动轮以转速 n 转动，其带上的松紧边拉力关系为： F 其中两从动轮拉力可看成一合拉力，当取主动轮一端的带为分离体时，则总摩擦力毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 佳木斯大学教务处 第 20 页 F 和两边拉力对轴心的力矩的代数和 Σ T=0，即 由上式可得： （四） V 带的有效拉力关系 预紧力 F： 最大有效拉力与 正比。这是因为 大，带与带轮间的正压力越大，则传动时的摩擦力就越大，最大有效拉力也就越大。但 使带的磨损加剧，以致过快松弛，缩短带的工作寿命，如果 小，则带传动工作能力得不到充分发挥，运转时容易发生打滑。 包角α： 最大有效拉力随包角的增大而增大，这是因为α越大，带和带轮的接触面上所产生的总摩擦力也就越大，传动能力也就越高。 摩擦系数 f：最大有效拉力随摩擦系数的增大而增大，这是因为摩擦系数越大，则摩擦力就越大，传动能力也就越高。 综上本设计时遵循的条件时 F 要适中，α大一些， f 大一些。 （五） V 带的设计计算 （ 1）确定计算功率 P K=工作系数） P=4= 2）选取普通 V 带带型 根据 P、 n 确定选用 Y 型 （ 3）确定带轮的基准直径 主动轮基准直径 =50动轮基准直径 =60= 44050100060 1   nd di m/s 带的速度合适 （ 4）确定普通 V 带的基准长度和传动中心距 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 佳木斯大学教务处 第 21 页 初步确定中心距 a=100所需的基准长度 2d= 04)(22 0 12120  （ 5）验算主动轮上的包角α α 1= 000120  a dd 主动轮上的包角合适。 （ 6）计算普通 V 带的根数 z n=1440r/i=1.2 0mm p= p=k=z=  取 z=4 （ 7）计算预紧力 220)00  q=m （ 8）计算作用在轴上的压轴力 p 0   （ 9）带轮结构尺寸看零件图，带轮材料为铸铁 牌号 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 佳木斯大学教务处 第 22 页 （ 10）导轨的选取 本设计选用直线运动滚动支承，直线运动滚动支承就是滚动导轨，它的优点是摩擦系数小和动、静摩擦系数很接近。因此，运动轻便，摩擦力小，摩擦发热少，磨损小，可避免出现爬行，可得到较高的定位精度，此外，滚动导轨可用油脂润滑。但是滚动导轨的抗震性较差，对赃物比较敏感，必须有良好的防护装置。 直线滚动导轨副包括导轨条和滑块两部分。导轨条通常为两根，装在支撑件上，每根导轨条上有两个滑块，固定移 动件上。这种导轨副的配置与固定，两条导轨条中，一条为基准导轨，上有基准面，另一条为从动导轨，装配时，将基准导轨的基准面靠在支撑件的定位面上，用螺钉靠后固定，滑块则顶靠在移动件的定位面上。 绕线部分设计 绕线部分的结构为一丝杠通过丝杠螺母带动工作台在轨道上滑行，工作台由一步进电动机带动一椭圆型辊子进行绕线，辊子实轴长 300轴长 100塑料制成，之所以为椭圆型，是减小漆包线缠绕过程中的拉力，也为了同电机中的定子铁圈相类似，工作台机械机构为一电机通过联轴器与一传动轴相连，从而带动辊子转动，其结构与放 线部分类似，这里就不在说了，另外工作台滑行的导轨在上一节也已经介绍过了，这节只对丝杠螺母的机构的设计进行介绍。 丝杠螺母机构又称螺旋传动机构，它主要用来将旋转运动变为直线运动。丝杠螺母机构有滑动摩擦和滚动摩擦之分，本设计选用滚动丝杠螺母机构，虽然结构复杂、制造成本高，但其最大优点是摩擦阻力小、传动精度高。根据丝杠和螺母相对运动组合情况，其基本传动形式有四种：（ 1）螺母固定 （ 2）丝杠转动、螺母移动 （ 3）螺毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 佳木斯大学教务处 第 23 页 母转动、丝杠移动 （ 4）丝杠固定、螺母转动并移动。 本设计选择第二种传动形式，该传动形式需要限 制螺母的转动，故需导向装置，其特点是结构紧凑、丝杠刚性好。 在设计导向装置时，采用的是浮动式反向内循环，内循环方式的滚珠在循环过程中始终与丝杠表面保持接触，在螺母的侧面孔内装有接通相邻滚道的反向器，利用反向器引导滚珠越过丝杠的螺纹顶部进入相临滚道，形成一个循环回路，一般在同一个螺母上装有 2～ 4 个滚珠用反向器，并沿螺母圆周均匀分布。内循环方式的优点是滚珠的回路短、流畅性好、效率高、螺母的径向尺寸也比较小。 浮动式反向器的内循环滚珠丝杠副其结构特点是反向器上安装孔有 配合 间隙，反向器弧面上加工有圆弧槽，槽内安装滚珠代替了定位键而对反向器起到自定位作用。这种反向器的优点是：通道流畅、摩擦特性较好，更适用于高速、高灵敏度、高刚性的精密进给系统。 因为滚珠丝杠副在负载时，其滚珠与滚道面接触点处将产生弹性变形，换向时，其轴向间隙会引起空回，这种空回是非连续的，既影响传动精度，又影响系统的动态性能，所以本设计在滚珠丝杠副间隙调整方面采用的是双螺母垫片调整预紧式，调整垫片的厚度，可使两螺母产生相对位移，以达到消除间隙、产生预紧拉力之目的，其特点是结构简单刚度高、预紧可靠。 本设计滚珠丝杠副支承方式为单推 —— 单推式，止推轴承分别装在滚珠丝杠的两端并施加预紧力，其特点是轴向刚度较高，预拉伸安装时，预紧力较大。 在丝杠密封方面，滚珠丝杠副可用防尘密封圈或防护套密封，防止灰尘及杂质进入滚珠丝杠副，使用润滑剂来提高耐磨性及传动效率，从而维持传动精度、延长使用寿命，密封圈采用接触式，将其装在滚珠螺母的两端。 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 佳木斯大学教务处 第 24 页 第 4 章 绕线机电路设计部分 电路部分的选择 （一）电路部分采用单片机控制步进电机来实现恒张力绕线 . 使绕线质量有大幅度提高 ,使之自动化程度也有明显提高 而且 生产率也大幅度提高 . （二）单片机的定义及其优点 : 单片机是再一块硅片上集成了中央处理器 (存储器 (各种输入输出接口 (定时器 ,记数器并行 I/A/,这样一块芯片具有一台计算机功能 ,