毕业设计（论文）-可变节距扭绞金属线机构设计.doc

本科学生毕业论文论文题目：可变节距扭绞金属线机构设计学 院：机电工程学院年 级：2015专 业：机械设计制造及其自动化姓 名：学 号：指导教师： 2019 年 5 月 10 日摘要当今时代网络发展离不开信号传输，目前常用的传输手段是利用扭绞线传输信号。与其他传输介质相比，扭绞线虽在传输距离，通道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制，但价格相对较低，因此被广泛使用。在双绞线的生产中，如何高效的将金属线扭绞，使其达到使用标准，及如何根据不同的节距要求，生产所需的扭绞线，便成为了一个大课题，也成为了一个研究重点。本课题设计一种可变节距扭绞金属线机构，由送料机构，传动机构，扭绞机构和变节距机构，总四部分组成。本文对常见的扭绞线加工方法进行归纳，分析各种方法的优缺点，进而根据扭绞成形的原理给出可行的机构设计，进行可变节距扭绞金属线机构的设计以及三维建模等工作。争取让所设计的机构能够达到结构简单，使用方便，通用性强，能够达到不同节距要求的扭绞线使用要求，加工成本低并易于制造。关键词机构；金属线；扭绞；节距全套图纸加扣 3012250582AbstractNowadays, the development of network is inseparable from signal transmission. Compared with other transmission media, twisted pair cable is limited in transmission distance, channel width, data transmission speed and other aspects, but its price is relatively low, so it is widely used. In the production of twisted pair, how to efficiently twist the metal wire to reach the standard of use and how to produce twisted pair according to different pitch requirements have become a big topic and a research focus. This subject designs a variable pitch twisted wire mechanism, which is composed of four parts: feeding mechanism, transmission mechanism, twisted mechanism and variable pitch mechanism.In this paper, the common methods of twisted wire processing are summarized, the advantages and disadvantages of various methods are analyzed, and then the feasible mechanism design is given according to the principle of twisted wire forming. Strive to make the design of the mechanism can achieve a simple structure, easy to use, strong versatility, can meet the requirements of different pitch requirements of twisted wire use, low processing costs and easy to manufacture.Key wordsAgencies; Wire; Twisting; PitchIII可变节距扭绞金属线机构设计目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 研究背景11.2 常见扭绞金属线生产方法及其不足11.3 本文主要研究内容及意义3第二章 可变节距扭绞金属线机构技术方案确定42.1 普通扭绞金属线机构技术方案实例42.2 本文技术方案确定5第三章 具体结构设计63.1 电机选用63.2 齿轮设计63.2.1 按齿面接触疲劳强度设计73.2.2 按齿根弯曲疲劳强度设计93.2.3 几何尺寸计算103.2.4 齿面接触疲劳强度校核113.2.5 齿根弯曲疲劳强度校核113.2.6 齿轮零件图123.3 输出轴设计123.3.1 参数确定133.3.2 轴零件图133.4 键设计143.5 底座设计153.6 电机支座163.7 轴座163.8 轴套17第四章 可变节距扭绞金属线装配184.1 机构二维装配图184.1.1 绘制主视图184.1.2 绘制俯视图184.1.3 绘制左视图194.2 三维示意图20结论21参考文献22致谢23第1章 绪论1.1 研究背景在LAN网络布线系统中，扭绞线是一种常用的传输媒介。作为最常见的网络集成布线传输介质，双绞线是由具有特征绝缘保护层的两根铜线缠绕而成，实际使用中两两交互缠绕在一起，这不仅可以为数据传输线提供较强的抗电磁波干扰能力，也可以减弱双绞线间的传输干扰，其原理是单根导线传输数据时产生的电磁波，通过这种缠绕的方式在另一根导线中会得到有效的抑制。目前的生产过程中，连续生产扭绞线时通常使用双绞机，在没有专用设备的情况下，生产企业对于不同节距要求的双绞线生产，通常需要停机作业，有维护成本高、效率低和价格昂贵等缺点，生产厂家使用体验并不好。为了应对紧急生产任务，大多数厂家会将单绞机和双绞机混合使用，但是因为技术力量所限，一般不能充分的达到所需节距要求。实际使用中稳定性，生产效率和精度都不尽人意。所以设计一个可变节距的专用扭绞机构至关重要。1.2 常见扭绞金属线生产方法及其不足应用最广泛的几种扭绞金属线机构：1） 常规单绞束线机，加工原理如图1-1所示，导线从分线板出来后进入并线模，然后在反向导轮的牵引下沿回转弓绕上收线盘。扭绞实在反向导轮上进行的，导线在反向导轮上旋转一圈并被牵引一段距离，牵引由收线盘承担。这种机构优点很明显：生产的绞线表面光滑无变形，绞线的质量得到保证，由于绞线在并线模上压紧，绞线组稳定性较好。它的缺点也很明显：生产速度较慢，收线盘的转速必须约等于回转弓的转速，转速的局限性很容易导致机构磨损，使收线盘很难保证足够的精度来应付极快的转速。图1-1 单绞机示意图图1-2 双绞机示意图2）常规双绞束线机，加工原理如图1-2所示，在该机构上，导线中途不卷到收线盘上，而是继续沿回转弓通过第二只反向导轮返回到中心轴。然后将其在牵引轮上牵引，最终绕到收线盘上。这种机构的优点是：由于收线盘转速低，转速限制因素不起作用，因此回转弓的速度得到较大提高，扭绞效率高。但它的缺点也很明显：导轮的数量、绕牵引轮的圈数以及较长的导线路程都会增加金属线变形、伸长和磨损的可能性。1.3 本文主要研究内容及意义通过比较现有可行的绞线机构的优缺点，融会贯通它们的特点，设计一种在专用可生产可变节距扭绞金属线的机构，技术指标为加工的金属线最大直径为2mm，力求能达到如下要求：1） 能够保证精度及表面质量要求。2） 结构简单可靠。3） 使用方便，通用性强，可加工不同节距要求的扭绞线，稳定性高，提高生产效率。4） 装置生产成本低且易于制造第二章 可变节距扭绞金属线机构技术方案确定2.1 普通扭绞金属线机构技术方案实例GBPS969-086公开过一种用于制造组合电线的装置，在此装置上，矩形横断面的绝缘的各单线彼此平行的依次叠放而通过转轴。推移器夹住由重叠的型线形成的线股四周，分别将处于最下或最上面的线组推送到相邻的处在其折弯状态下的叠线上。除了用来将上下线组推送到相邻叠线上的两个推移器之外，还设有两个施压器将各个线组向上或向下压。工具元件的操作是通过凸轮和偏心轮来进行的，后二者的同步则是由一齿环来执行的。但采用这种装置时，折弯长度，即折弯的起点至终点的长度是相当大的。因此，特别是具有节距要求的扭绞线绕制特效会受到损坏。图2-1所示是普通扭绞金属线机构的示意图，绞合具有矩形截断面的金属线，按两个平行的线组输送，牵引到扭绞轮上，并且在相邻的线组折弯的情况下将分别处于最下和最上的两组线推移到相邻的线组上，将一个线组向上压，另一个线组向下压，两组线的推移和加压都是由伺服电动机驱动的轴来执行。图2-1 普通扭绞机构示意图2.2 本文技术方案确定首先介绍一下扭绞金属线的原理：被扭绞的两条金属线穿过主轴上轴向的小孔，与主轴固接的小齿轮与一个大齿轮啮合，当大齿轮传动小齿轮旋转时，两跟线扭绞在一起。当大齿轮匀速转动时，将得到不变节距的扭绞金属线；当大齿轮做变角速度转动，或采用一个凸轮使小齿轮得到附加的运动时，将得到变节距的扭绞金属线。本文这次设计的可变节距扭绞金属线机构适用0.5mm-2mm的金属线，用转臂实现金属线的扭绞，用凸轮给予的附加运动实现金属线变节距，通过伺服交流电机驱动，机构稳定可靠，不同的凸轮参数可得到不同节距的扭绞线。图2-2 扭绞示意图第三章 具体结构设计3.1 电机选用电动机型号选择Y132S-8，如表3-1。表3-1 电机型号型号额定功率/KW满载转速/（r/min）起动转矩额定转矩最大转矩额定转矩HABCDEFGDGY132S-82.27102.02.013221614089388010833Y132M-837102.02.013221617889388010833如图3-1所示，为电动机尺寸，电动机选择为Y系列，转速为710r/min，齿轮减速比为1：6，所以最终转速为110r/min，因为要保证扭绞精度，转速不宜太快，达到扭绞要求即可，保持大概2转/秒的速度较为合理。图3-1 电动机尺寸3.2 齿轮设计根据传动方案为传动稳定，选取直齿圆柱齿轮传动，压力角取为20，参考机械设计，扭绞金属机构为一般工作机器，选用7级精度。选取小齿轮齿数=24，大齿轮。由表3-2，选择小齿轮材料为40Cr（调质），大齿轮材料为45钢（调质）。表3-2 常用齿轮材料及力学性能材料牌号热处理方法强度极限屈服极限硬度（HBS）齿面40Cr调质70050024128645调质6503602172553.2.1 按齿面接触疲劳强度设计由公式3-1试算小齿轮分度圆直径，即 （3-1）试选=1.3。计算小齿轮传递的转矩：查机械设计得选取齿宽系数。查得区域系数。查得材料的弹性影响系数。接触疲劳强度用重合度系数=0.873。查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为、。计算应力循环次数:查取接触疲劳寿命系数、。取失效概率为1%、安全系数S=1得：取和中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳需用应力，即试算小齿轮分度圆直径计算实际载荷系数查得使用系数=1。查得动载系数。查得齿间载荷分配系数。查得齿向载荷分布系数。由此得到实际载荷系数可得按实际载荷系数算得的分度圆直径及相应的齿轮模数3.2.2 按齿根弯曲疲劳强度设计由公式（3-2）试算模数，即 (3-2)试选计算弯曲疲劳强度用重合度系数计算查得齿形系数、。查得应力修正系数、。查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为、。查得弯曲疲劳寿命系数、。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，得因为大齿轮的大于小齿轮，所以取试算模数计算实际载荷系数查得动载系数。查得齿间载荷分配系数。查得、。则载荷系数为由公式（3-2）可得按实际载荷系数算得的齿轮模数对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲疲劳强度算得的模数并就近圆整为标准值m=2mm，按接触疲劳强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数。取，则大齿轮齿数取，与互为质数。这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。3.2.3 几何尺寸计算计算分度圆直径计算中心距计算齿轮宽度考虑不可避免的安装误差，为了保证设计齿宽b和节省材料，将小齿轮略微加宽5mm,即取，而使大齿轮齿宽等于设计齿宽，即。3.2.4 齿面接触疲劳强度校核由公式（3-3）校核齿面接触应力 (3-3)按前述计算所得参数：，u=3，。将它们代入公式（3-3），得到齿面接触疲劳强度满足要求3.2.5 齿根弯曲疲劳强度校核由公式（3-4）校核齿根弯曲疲劳强度 （3-4）。将它们代入公式（3-4）得齿根弯曲疲劳强度满足要求3.2.6 齿轮零件图齿轮零件图如图3-2所示图3-2 齿轮零件图 主要设计结论： 齿数=25，模数m=2mm，压力角=20，变位系数，中心距a=102mm，齿宽，。小齿轮选用40Cr（调质），大齿轮选用45钢（调质）。齿轮按7级精度设计。3.3 输出轴设计轴是连接各个机构的重要零件。不但起到连接作用还起到了传递扭矩的作用，在动力的传递过程中起到了十分重要的作用。因此选择或设计一根能用且好用的轴对于机构十分重要，下面队该设计中的输入轴进行举例说明。3.3.1 参数确定正文轴的最小直径确定已知电机额定功率为3kw，选取轴的材料为45钢，根据轴的最小直径公式: (3-5)表3-3 轴常用材料的及值根据表3-3，查得值轴的材料Q235A、20Q275、354540Cr152520352545355514912613211212610311297取，于是得故，取d=42mm。3.3.2 轴零件图 轴直径55mm的轴段安装齿轮，直径50mm的轴段安装圆锥滚子轴承，输出轴的机构如图3-3所示。图3-3 轴的零件图联轴器的计算转矩，查标准GB/T 5014-2013，选用LH3型弹性柱销联轴器，其公称转矩为630000。半联轴器的孔径，半联轴器长度，联轴器与轴配合的毂孔长度。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求，由轴承产品目录中选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30310，其尺寸为。根据轴的扭转强度公式 (3-6）代入于是得强度符合要求。3.4 键设计表3-4 普通平键主要尺寸一般8级以上精度的齿轮有定心精度要求，应选用平键连接。由于齿轮不在轴端，故选用圆头普通平键。参考轴的直径d=55mm，查表3-4得轴的直径d3844445050585865键宽b键高h12814916101811键的长度系列L6,8,10,12,14,16,18,20,22,25,28,32,36,40,45,50,63,70,80,90查表3-4，查得键的截面尺寸为：宽度b=16mm，高度h=10mm,。由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键的长度L=45mm。校核键连接的强度键、轴和轮毂的材料都是钢，由表6-2查得需用挤压应力，取其平均值。采用双键，相隔180布置，键的工作长度由校核公式： （3-7）可得（合适）键的标记为：GB/T 1096键161045。3.5 底座设计底座用HT200铸造而成，作为整个机构的支撑。底座上自左向中央依次有：四个M8的螺纹孔，用于固定主轴轴承座;四个M8的螺纹孔，用于固定电机支撑座；四个M10的螺纹孔，用于固定输出轴轴承座。具体形状、尺寸如图3-4所示。图3-4 底座3.6 电机支座为保证电机平稳输入，与传动轴处于同一中心线，将Y132S-8电机通过螺栓连接固定在电机支座上，支座结构、尺寸如图3-5所示。图3-5 电机支座3.7 轴座轴座材料为45钢。为了耐磨，应用淬火处理。轴座上钻出两个内六角螺钉孔，用于和底板连接。如图3-6所示。图3-6 轴承座3.8 轴套为了增强齿轮的中心孔更耐磨，在齿轮的中心孔内压入一个材料为45钢的铜套。因为铜套和齿轮的过盈配合可能会使铜套内受挤压变形，所以铜套内孔应在与齿轮装配后再加工。如图3-7所示。图3-7 轴套第4章 可变节距扭绞金属线装配 设计完成后，可变节距扭绞金属线机构的总体结构装配完成，包括完整的扭绞机构，变节距机构。4.1 机构二维装配图二维工程图由三维工程图投影而来，将三维模型放到二维平面上察看，可以更加清楚的观察每个零件的装配位置。4.1.1 绘制主视图图4-1 主视图如图4-1所示，可以清楚的观察到齿轮位置，传动机构的空间分布，也可以清晰的看出与底板连接位置。4.1.2 绘制俯视图图4-2 俯视图如图4-2所示，可以清楚的看出扭绞机构和主轴及其装配固定的位置。4.1.3 绘制左视图如图4-3所示，为表达凸轮装配位置，拆去输出轴右端轴承座绘制左视图。图4-3 左视图两条金属线穿过主轴，主轴与固定轴座组成转动副，转臂一端与轴座铰接，另一端与输出轴铰接，输出轴上固接槽型凸轮和大齿轮，主轴的前端与小齿轮固接。当主动轴带动与其固接的曲柄转动时，曲柄上固接的滚子拨动大齿轮带动输出轴及槽型凸轮一起转动，滚子可在大齿轮的直槽中滑动，机架上固接另一个滚子，该滚子可沿槽型凸轮的槽内滚动，其结果使槽型凸轮、转臂和输出轴绕A-A轴摆动；又使大齿轮得到附加的运动，转速不断变化，与其啮合的小齿轮做非匀速转动，金属线扭绞的节距也相应改变。4.2 三维示意图三维示意图如图4-4所示，可以清楚地看到各个轴的装配，滚子与齿轮的配合及空间位置。机构的运动过程也可较为清晰的观察出来。图4-4 三维示意图结论本文在对现有可行的扭绞金属线机构进行比较分析后，设计了一种适用于不同节距要求的扭绞金属线机构。理论上所加工的金属线直径范围0.52mm，具有以下特点：1） 结构简单，拆装迅速，不用对机构作出较大改变。2） 装置各零件材料、加工方法很常见，生产成本低且易于制造。3） 使用方便，通用性强，适用于不同节距要求的扭绞金属线生产。 通过本次设计，大大提高了自己的实际动手