基于Inventor对绕线机的传动装置进行三维建模与运动仿真【含全套7张CAD图纸】【答辩毕业资料】

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关键词：: 基于 inventor 对于绕线机传动装置进行三维建模运动仿真全套 cad 图纸答辩毕业资料

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摘要
本课题是基于电子行业，纺织行业的绕线工序，传统行业中大部分依靠手工绕线对人员依赖程度高，导致与绕线工艺相关的绕线行业存在一些无法逾越的问题，首先在电子行业，激烈的竞争以及国内人力成本的逐步提高，导致一些企业利润相当微薄，再次由于磁环绕线工作枯燥乏味，工人流动性极大，从而导致绕线企业缺乏熟练的绕线工，容易产生误差，不能保证产品的高精度，例如在仪表加工行业中，手工绕制的线圈产品，误差相差三圈会导致一起的测量精度会降低0.01，使得产品不能达到万分之五的精准这直接用想到企业的生产效率与生产质量，因此开发自动绕线机成为制造业的一个新的机遇。
本课题主要针对绕线机的传动部分元件，利用Inventor对绕线机的传动装置零件进行三维实体建模，在进行绕线机的传动装置设计时，首先考虑的传动平稳，运动可靠问题，在使用过程中不能存在任何的安全隐患问题，使用简便、容易操作。
运用Inventor软件对设计出线机的传动装置零件进行装配，检查干涉情况，并运动仿真分析。
关键词：Inventor绕线机；三维建模；运动仿真

Abstract
This topic is based on the electronics industry, textile industry during the process, the traditional industry rely on hand to personnel during most of the dependent degree is high, cause and winding process related coiling industry has some not insurmountable problem, first in the electronics industry, the fierce competition and domestic the gradual improvement of the human cost, leading some corporate profits are lean, once again, because they can work during boring, workers liquidity is great, leading to coiling enterprise shortage of skilled work during, easy to produce the error, can't guarantee products of high precision, for example in the instrument processing industry, the coil products made by hand, are three laps will lead to the error of measurement accuracy together will reduce 0.01, make product can't reach five over ten thousand of the precise directly with the thought of enterprise production efficiency and production quality, and so develop automatic winding machine be manufacturing a new opportunity.
This subject mainly for coiling machine of the transmission part components, the use of coiling machine Inventor of the transmission parts for 3 d entity modeling, in coiling machine transmission device design, the first consideration of smooth transmission, sports and reliable, in use process can't exist any safety concerns, easy to use, easy to operate.
Using software to design qualification machine Inventor of the transmission parts assembly, check the intervene problem, and motion simulation analysis.
Key words: Inventor software; Autodesk maya; motion simulation。

目录
摘要…………………………………………………………ⅠABSTRACT………………………………………………………………………………………… Ⅱ
1前言………………………………………………………………………………………………… 1
2总体方案设计……………………………………………………………………………………… 1
2.1曲柄摇杆三维建模………………………………………………………………………… 2
2.2连杆模型绘制……………………………………………………………………………… 3
2.3圆盘曲柄…………………………………………………………………………………… 3
2.4制动爪……………………………………………………………………………………… 4
2.5止动爪的模型构造………………………………………………………………………… 6
2.6棘轮的模型绘制…………………………………………………………………………… 6
2.7轴承与螺母的绘制………………………………………………………………………… 8
2.8箱体的建模过程…………………………………………………………………………… 10
3零件的装配………………………………………………………………………………………… 12
3.1装配相关技术……………………………………………………………………………… 13
3.2创建新零部件……………………………………………………………………………… 13
3.2.1结果类型控制…………………………………………………………………………13
3.2.2文件名称和位置………………………………………………………………………13
3.2.3默认BOM表结构………………………………………………………………………13
3.2.4虚拟零部件……………………………………………………………………………13
4运动仿真…………………………………………………………………………………………… 13
基本概况……………………………………………………………………………………13
5润滑与封闭………………………………………………………………………………………… 14
5.1 润滑…………………………………………………………………………………………14
5.2封闭…………………………………………………………………………………………14
5.3安全………………………………………………………………………………………… 14
6结论……………………………………………………………………………………………………15
参考文献…………………………………………………………………………………………………16
致谢………………………………………………………………………………………………………17

前言

全部文件.gif

总图 A0.gif

棘轮 A2.gif

拉杆 A3.gif

曲柄摇杆 A3.gif

字数统计.gif

中最后环节封装,完成家用电器,电机及工业电机线圈绕制的电工专用设备.

内容简介：: 中国地质大学长城学院毕业设计（论文）任务书学生姓名王晶轩学号05208321班级08机制3班指导教师杨淑华职称工程师单位中国地质大学长城学院毕业设计（论文）题目基于Inventor对绕线机的传动装置进行三维建模与运动仿真毕业设计（论文）主要内容和要求：设计一个绕线机。设计时应满足如下基本要求：1）设计结构合理，简便可靠。2）对绕线机的零件用Inventor进行三维实体建模。3）对零件进行虚拟装配。4）对绕线机进行运动仿真。毕业设计（论文）主要参考资料：Inventor实体设计教程Inventor运动仿真与分析机械设计机械原理毕业设计（论文）应完成的主要工作：1）对绕线机结构进行调查分析，确定设计方案。2）对绕线机的零件用Inventor进行三维实体建模。3）对零件进行虚拟装配。4）对绕线机进行运动仿真。毕业设计（论文）进度安排：序号毕业设计各阶段内容时间安排备注1查阅资料，完成开题报告2011.12.102011.12.202结合课题进行外文资料阅读，完成外文翻译2011.12.212011.12.313学习相关的知识，熟悉有关的资料，完成文献综述2012.1.12012.1.204设计绕线机方案2012.1.212012.2.15设计绕线机的结构草图2012.2.22012.2.106绘制绕线机的结构总图2012.2.112012.3.207设计并绘制绕线机的图形2012.3.212012.4.208整理资料，编写设计说明书；准备答辩2012.4.212012.5.5课题信息：课题性质：设计论文课题来源：教学科研生产其它发出任务书日期：指导教师签名：年月日教研室意见：教研室主任签名：年月日学生签名：中国地质大学长城学院本科毕业设计题目基于Inventor对绕线机的传动装置进行三维建模与运动仿真系别工程技术系专业机械设计制造及自动化学生姓名王晶轩学号 05208321 指导教师杨淑华职称工程师 2012年 4 月 26 日中国地质大学长城学院毕业设计开题报告学生姓名王晶轩学号05208321专业班级08机制三班指导教师杨淑华职称工程师单位中国地质大学长城学院课题性质设计论文课题来源科研教学生产其它毕业设计题目基于Inventor对绕线机的传动装置进行三维建模与运动仿真一、选题的目的与意义本课题是基于电子行业，纺织行业的绕线工序，传统行业中大部分依靠手工绕线对人员依赖程度高，导致与绕线工艺相关的绕线行业存在一些无法逾越的问题，首先在电子行业，激烈的竞争以及国内人力成本的逐步提高，导致一些企业利润相当微薄，再次由于磁环绕线工作枯燥乏味，工人流动性极大，从而导致绕线企业缺乏熟练的绕线工，容易产生误差，不能保证产品的高精度，例如在仪表加工行业中，手工绕制的线圈产品，误差相差三圈会导致一起的测量精度会降低0.01，使得产品不能达到万分之五的精准这直接用想到企业的生产效率与生产质量，因此开发自动绕线机成为制造业的一个新的机遇。本课题就是在这样的背景下对绕线机的传动装置进行研究，对传动部分的零件进行三维实体建模并运动仿真，寻求一个合理的设计方案。二、研究现状及发展方向2008年2月，榆次经纬机电设备厂、刘力涛，王斌宇，对在立式绕线专用设备开发中表述，焊机中承载大电流的电磁件，在这类电磁件的加工中线圈的绕制是除铁心设计，国内大多数企业还采用传统的扁线脱胎平绕工艺和落后的手工绕制设备，与之相对应的是先进的扁线绕线工艺，无需脱胎提高了加工效率散热效果好，可以提高耐热等级，特别适合纸包或裸铝线，既降低了成本，又利用线圈成形。2010年5月中国电子科技集团研究所，王伟民，李庆亮，赵付超，王建花，提到多轴绕线机是用来绕制骨架式线圈专用设备，可同时绕制八个线圈，适用绕制各种形状小型继电线圈螺线管线圈，点火线圈等骨架，广泛用于手机，电话机，耳机，显示器件等，电子产品生产线上该设备由伺服电机带动，同步驱动八个绕线轴的传动保证各绕线模具同心实现漆包线在骨架线圈上的线头绕制过程，线的排线绕制过程，线的过槽过程，使绕线能够平滑的绕制在骨架线圈各个凹槽内，并无跳线现象，保证排线平滑整齐。2011年5月，华南理工大学机械与汽车工程学院，魏俊波，胡国涛，杨华，对自动磁环绕线机的虚拟设计与运动仿真中提到，目前在我国生产的磁环电感中，绝大部分是依靠手工货半自动化设备绕制而成，集合某磁环绕线机的虚拟设计并进行虚拟装配及运动仿真，提高了产品设计质量，缩短了设计周期，为自动磁周期，为自动磁环绕线机的整体设计提供了技术支持，同时也为其他类型机械系统仿真设计研究提供了参考。三、研究内容与研究方案本课题主要针对绕线机的传动部分元件，利用Inventor对绕线机的传动装置零件进行三维实体建模，在进行绕线机的传动装置设计时，首先考虑的传动平稳，运动可靠问题，在使用过程中不能存在任何的安全隐患问题，使用简便、容易操作。掌握绕线机的传动装置工作原理，结构、特征。要根据绕线机的工作特点及要求进行运动分析，如各部分的尺寸、形状、运转情况等内容。设计的绕线机的传动装置力求结构简单，省材省料，成本低廉，经济实惠，使用方便。运用Inventor软件对设计出线机的传动装置零件进行装配，检查干涉情况，并运动仿真分析。四、进度安排序号毕业设计各阶段内容时间安排备注1查阅资料，完成开题报告；2011.12.102011.12.202结合课题进行外文资料阅读，完成英文翻译； 2011.12.212011.12.313学习相关的知识、熟悉有关的资料，完成文献综述；2012.1.12012.1.204设计绕线机方案2012.1.212012.2.15设计并绘制绕线机的结构总图2012.2.22012.3.206设计并绘制绕线机的图形2012.3.212012.4.207整理资料，编写设计说明书；准备答辩。 2012.4.212012.5.5五、预期结果利用Inventor对绕线机的传动装置零件进行三维实体建模，运用对设计出线机的传动装置零件进行装配，检查干涉情况，并运动仿真分析。六、参考文献1陈伯雄、董仁扬、张云飞、Inventor实体设计教程。化学工业出版社2濮良贵、纪名刚、陈国定、吴立言。机械设计。西北工业大学机械原理及机械零件教研室。3孙桓、陈作模、葛文杰。机械原理。西北工业大学机械原理及机械零件教研室。4张良、潘骏、陈文华、贺青川、王文杰。机电工程 2011年第九期5魏俊波、胡国清、杨华。机械设计及与制造2011年第五期指导教师意见：指导教师签名：年月日教研室意见：审查结果：同意不同意教研室主任签名：年月日中国地质大学长城学院本科毕业设计文献综述系别：工程技术系专业：机械设计制造及其自动化姓名：王晶轩学号： 05208321 2012 年1月18日基于Inventor对绕线机的传动装置进行三维建模及运动仿真文献综述引言绕线机是电气生拆行业常见的加工设备，齐结构，控制系统，功能随着行业的生产工艺需要，迫使绕线机成产单位加大技术头数和研发，以适应现代漆包先加工的高产品质要求，从传统机械式，数控型，半自动型，绕线加工早已不再是费时费力的工作。目前我国绕线机生产单位已经超过百家，但是有将近一半的生产单位没有研发能力，技术停留在抄袭和仿制阶段，造成了市场机制单一，产品无论是外观还是配置都无技术亮点，绕线机技术的核心是控制系统，目前国内厂家大多数采用由系统供应商提供的成套系统，产品标准一旦制定便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，导致了许多外观华丽但是并不实用的功能，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，目前市场上多见的事普通数控型，CNC机型和厂家自制的控制系统的机型。研究方向：本课题是基于电子行业，纺织行业的绕线工序，传统行业中大部分依靠手工绕线对人员依赖程度高，导致与绕线工艺相关的绕线行业存在一些无法逾越的问题，首先在电子行业，激烈的竞争以及国内人力成本的逐步提高，导致一些企业利润相当微薄，再次容易产生误差，不能保证产品的高精度，例如在仪表加工行业中，手工绕制的线圈产品，误差相差三圈会导致一起的测量精度会降低0.01，使得产品不能达到万分之五的精准这直接用想到企业的生产效率与生产质量，因此开发自动绕线机成为制造业的一个新的机遇。研究现状：现有绕线机种类包括：1、自动磁环绕线机的研究现状2011年5月华南理工大学机械与汽车工程学院魏俊波等结合某磁环绕线机开发企业及磁环绕线加厂的实际需求，研发新的磁环绕线机，在ProE环境中实现了自动磁环绕线机的虚拟设计，并进行虚拟装配及运动仿真，提高了产品设计质量，缩短了设计周期，为自动磁环绕线机的整体设计提供了技术支持。磁环电感线圈针对成品油管道泄漏的特点，该装置具有远程无线遥控自主行走、找管定位、泄漏油品回收和防止雾化、防爆等功能。该设备能有效提高成品油管道泄漏的维抢速度，减少油品泄漏对环境的污染，降低维抢人员的风险，减少油品泄漏的损失。2、多轴绕线机2010年5月中国电子科技集团公司第二研究所王伟民，李庆亮，赵付超，王建花等对多轴绕线机的概况、结构特点和工艺流程，并对其部分结构的功能和工作原理进行详细叙述。单轴绕线机不但浪费了空间资源，也增加了相关看管人员，因此在有限的工作空间内达到更大的效益已成为生产厂家所考虑的重点问题。该设备由伺服电机带动同步驱动 8个绕线轴的转动，保证各绕线轴转动等速；最高速度达到、9000rmin。通过加工及装配精度保证各绕线模具同心，实现漆包线在骨架线圈上的线头绕制过程线的排线绕制过程、线的过槽过程等，使得绕线能够平滑地绕制在骨架线圈的各个凹槽内，并无跳线现象，保证排线平滑、整齐。多轴绕线机可应用于手机、电话机、耳机、显示器件等线圈的生产设备，且每条线圈生产线需要近百台绕线机。我国现有手机、电话机、耳机、显示器件生产企业上千家，未来几年里，随着手机及显示器件更新换代频率的加大，手机和显示器件生产厂商也在不断的扩大自己的生产规模，使用绕线机工艺技术及设备己是大势所趋。3立式绕线机2008年2月山西榆次经纬机电设备厂刘力涛，王斌宇宙等对立式绕线机的开发利用提到：焊机中承载大电流的电磁件如变压器和滤波电抗器是整机的核心部件，电磁件的质量直接关系到电焊机的整体性能。在这类电磁件的加工中线圈的绕制是除铁心设计、拼装之外的又一关键工序，因为线圈的绕制直接关系到电磁件的致密性和一致性以及整体的散热能力和绝缘性能。国内大多数企业还多采用传统的扁线脱胎平绕工艺和落后的手工绕制设备，与之相对应的是先进的扁线立绕工艺，这种绕线工艺的优点是：无需脱胎，提高了加工效率：散热效果好，可以提高耐热等级：特别适合纸包或裸铝线，既降低了成本又利于线圈形成国内立式绕线机技术处于起步阶段，技术较为薄弱，品种也很少，主要用于绕制大型变压器线圈，生产厂家主要有沈阳电工、西安启源等，还没有专门用于绕制大容量并联空心电抗器的立式绕线机。国内变压器厂家目前常用的立式绕线机主要由主机、绕线模、操作平台、放线架、控制系统等部分组成，主机部分需要实现绕线模的回转及升降两种运动主机的回转运动是由电机经减速器及齿轮副传至主机花盘，主机的升降运动采用丝杆螺母机构传动，由于主机花盘直径较大，一般均匀配置三套相互同步的传动系统。操作平台实质是4块可伸缩调节的踏板，由电机通过减速器驱动其伸缩，操作者站在上面工作。线架用于安放电磁线盘，上面有夹线机构、倒线机构、拉紧机构等。这种结构的立式绕线机，其优点是主机力矩大，并且线架有夹线机构和拉紧机构，能提供很大的拉紧力，从而保证用大线规导线绕制时线圈直径不会超差，这对大型变压器线圈制造非常重要；缺点是主机结构很复杂，装配精度要求高，特别是主机的升降机构，三套均匀配置的传动系统必须同步，否则将产生较大噪声，甚至不能动作。由于花盘承载大，升降机构复杂，从而导致这种结构的绕线机实施自动排线困难，绕线需由人手操作和控制，绕线精度和效率都较低4 自适应式绕线机的设计与实现2010年3月珠海城市职业技术学院熊劲松等、对自适应式绕线机的设计实现中分析：传统的绕线机一般是通过控制调节线的张力和导向丝杆达到绕、排线的目的，同时根据不同线径，必须不断手动调节张力；该设计通过电子感应和单片机调节阻尼器的扭矩，结合简便式的刚性结构设计，使绕线机实现自动适应性调节、绕线无断线，具有速度快，整套设备价格便宜的特点。自动式绕线机是一种控制部分和机械结构相结合的产物，自适应式绕线机的设计特点也是目前低能耗高性能的高效微控的最佳形式绕线机其主要表现为：(1)采用了高性能的无级变速主轴及步进传动系统，绕线机的传动结构简化，传动机构也大大缩小。(2)为适应连续自动化加工及提高加工生产率，该类绕线机的机械结构具有较高的静、动态刚度和阻尼精度及耐磨寿命。(3)采用了高效传动部件，如滚珠丝杠副和滚动导轨、消隙齿轮传动副，目的是减小摩擦、消除传动间隙及获得更高的绕线精度。(4)采用了快捷式芯棒装卸、气动顶针等辅助装置以减少辅助时间、改善操作性、提高生产率。2 自适应式绕线机采用单片机控制启动和停车系统传统的绕线机在控制方面通常用 PLC进行，但PLC价格较贵，输出点不一定能满足设备的要求，因此为了确保绕线机在绕产品过程中保持任何时候的张力相同，这也是自适应式绕线机设计的难点，为了解决此难点，利用单片机来控制启动与停车系统。ATMEL公司的AT89C51，是一种低功耗、高性能的CMOS8位单片机，由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。采用A 9C51单片机对绕线机进行控制，可达到造价低成本、绕线精度高选定电磁刹车(控制器)机构，安装在放料轴上控制放料，当启动时断开，停车时起作用；停车时，通过单片机控制，缓慢减速，防止拉断线。同时，通过弹簧吸能和缓冲，实现启动和停车的平稳。该方案主要考虑到成本较低，调试时间较短。发展趋势：未来随着行业工艺要求的提高，绕线机的控制技术必将向着自动化，智能化等方向发展，全国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，满足了高平直线圈的加工要求，未来更智能化，绕线精度更高的机型必将诞生以满足电器行业的发展要求。本课题就是在这样的背景下对绕线机的传动装置进行研究，对传动部分的零件进行三维实体建模并运动仿真，寻求一个合理的设计方案。参考文献：1 朱田伦关于成品油定价机制与国际接轨的相关讨论J今日南国(理论创新版)，20092 苗作华，刘耀林，王先华GPS智能汽车监控信息服务系统的研究与实现 J微计算机信息，2008 (7)：35-383 王文斌机械设计手册 (M)北京：机械工业出版社，20044 徐尊平，雷斌隆，陈辉压力钢管弧坑缺陷有限元分析叨电焊机，2005,38（8）:7-95 郑志峰链传动设计与应用手册 M北京：机械工出版社，19926 王京卫，郝光荣，王金辉基于WebGIS,GPRSGPS的车辆监控调度系统研究 J计算基与数字工程，2008(3)：710中国地质大学长城学院本科毕业设计外文资料翻译系别：工程技术系专业：机械设计制造及其自动化姓名：王晶轩学号： 05208321 2011 年 12 月 28 日外文资料翻译译文矩形绕线机的张力控制摘要本文介绍的是设计张力控制系统的测试，尽量减小张力的变化，其中包括流体动力占用肌肉手臂，流体蓄电池肌肉。首先，确定该模型和现有张紧系统。之后，在模拟上进行理论的分析。仿真结果表明，电线由于速度的变化产生的长度变化的导致循环紧张波动。该模型的张力传感器验证了预测。成功设计的关键是消除张力的变化。我们建议增加一项线平机，其中包括一个蓄电池和拉紧装置，取代传统的气缸与流体供电肌肉累加器。仿真结果表明，新的原型系统几乎增加了一倍的绕线速度和承受的张力波动的能力。关键词：张力控制：绕线机：矩形线圈。一引言每年在澳大利亚要制造数以千计的变压器，连同电厂、变电站和电力线路，配电变压器为全国的商业及住宅提供电能。变压器制造涉及绕组线圈生产。这些线圈通常由一对铜线在匝数之间夹上的绝缘纸层制成。它们通常是圆形或长方形。在线圈绕组上必须保持一致的张力。线圈的形状对所采用的由拉紧产生的张力产生重大影响。对于一个圆形线圈的张力不会变化显着，但矩形线圈则不同。作为一个矩形线圈，在送丝线圈上加快速度，减速的线圈会缠绕在机轴上。如图1所示，这个速度的变化是由不断变化的线的长度导致。在圆线圈的情况下这不会有问题，因为在线圈上导线的接触点是固定的。图1：速度的变化导致绕组上线长度变化在机器上的导线和不同的主轴负荷紧张的结果各不相同，导致过度的力的变化和机械振动。这反过来可能会导致变化中的线圈电线交叉。当这些问题出现，纠正起来时很费时间的。此外，工厂的产能线圈，在工厂的生产能力线圈是在工厂的总体能力的制约因素，因此任何对线圈的输出中断都会影响到全厂。当今市场上普通线材的张紧设置，是运行在约5米/秒到30米/秒之间。我们通常的绕线速度超过10米/秒，公司的目标是0.45毫米至4毫米的线达到至少20米/秒的速度。本文进一步考察了张力的波动问题，并且在高速的绕线矩形线圈取得一致的张力关系。在下面的部分问题的作了说明，为现有的可用技术做了综述。二背景如图2所示，现有的卷绕系统使用感受到张紧垫，阀芯的电线被安装到其住房垂直并且该线是通过导丝、导轮，然后到绕线机。张力的控制室通过的固定或松开钳子来实现。图2：现有电线的安装和张力的设置毛毡垫是最简单，最常用的线张力控制的方法之一。图2照片显示主要组成部分和工作原理。上面的配置使用克钳套用挤压力量的感觉垫。该线是穿过感觉垫，因此应用的感觉垫一些力也适用于电线。在操作中，运动线路迟缓或张力的创建，对牙釉质的感觉垫丝摩擦表面的摩擦。机器操作线程的电线通过指导和滑轮和调整锁模力手动和直观地表现出来。其优点是：简单，随时可用，便宜，适应任何运行速度。缺点也是显而易见的。垫磨损很快，导致紧张局势的损失，该作用力仅和一般的速度无关，必须加强和更换频繁，直观的张力设置不允许良好的控制和没有线轴形状补偿。三模型识别导线从线轴穿过的张力装置，通过机器，并上矩形线圈。该系统简化，如图1所示的只是一个固定的馈送点，那里的张力被应用，旋转矩形代表筒子或线圈。理想的运行速度为1000转。给出了一个线速10 - 30米/秒取决于在一特定时刻线圈的大小。图显示了由筒子长方形生产线速度的变化。图3：线速度的变化图显示了线加速度的变化，这也可以通过该行或图形的速度衍生斜坡看到。图4：线加速度变化线路路径长度的变化，从固定的馈点到缠线点，如图5所示。图5：线长度的变化四原型系统设计图中的系统集成了一个相对较新的气动装置称为流体肌肉。流体肌肉由无纺布和柔性材料制造而成，在空气压力下运作，在膨胀的压力下向横向和纵向扩展。预置压力决定的最高和最低的力量也将适用于特定的收缩。肌肉非常类似于传统的气缸，除了它有一个非常快速的反应，并没有什么不同高度动态弹簧。它还行为紧张和不压缩，可以适用于除传统的气缸相同直径的10倍以上的力量。肌肉控制舞蹈手臂的动作，并采取了释放导线的力道。这种压力设置适应所需的电线一系列张力变化。图6：流体动力舞蹈手臂肌肉图7：流体动力蓄电池肌肉肌肉的流体动力蓄电池原型系统如图所示的气缸使用的蓄电池，是与肌肉所取代，操作大致是相同的。信号以mV显示，张力范围大概在75N到85N之间，用于测试的线直径为1.5mm，在信号嘈杂的情况下，张力的变化可以清楚地观察到。五实验结果及分析实验使用上述反应构建原型系统进行了观察。流体技术舞蹈手臂肌肉：低速的手臂最初有反应，但在时间过长便急剧抽搐，如预期的一样不均匀地运动。导线似乎比没有手臂肌肉震动更剧烈。第一层的绕组已经从最初的地方向内约300毫米。在高速时手臂没有回应，只是均匀的立场振动。流体肌肉蓄电池技术：动力蓄电池的肌肉试验得出了以下结果：在低速累加器根本没有回应。变压力没有显着差异；在高速时累加器没有回应。由于没有从蓄电池整个系统的振动响应，使电线和增加穿越振动。在用张力传感器搜集数据之前，蓄电池如图所示。最大和最小张力分别约为62 N和46 N。图8：没有累加器的张力传感器的输出图9：有累加器的张力传感器的输出张力传感器在使用时收集的累加器数据如图所示。最高和最低张力分别约为43 N和37 N。六结论矩形线圈是配电变压器的重要组成部分。由于线圈形状，线圈的绕组线张力产生波动。这些波动导致电线破损，线圈尺寸不一致，多余的机器磨损，限制对卷绕速度和变压器故障。从我们现有张力系统的研究，虽然发现流体肌肉累加器是最合适的选择，但是不是非常满足我们的要求。由于目前的张力系统，不是一个合适的补偿接口，决定向扁平丝机的基础上进行实验和仿真。因此，平线中使用的气瓶发生肌肉的机器成为可行性建议。新的绕线机将增加几乎一倍当前卷绕速度，估计每台机器每年可节省约59100美元。新的张力系统，可以达到到500 N的恒张力，而不会产生大量的热量，从而克服了当前摩擦的相关问题。外文原文Tension Control of a Winding Machine forRectangular CoilsABSTRACTAbstract-This paper introduces the design and testing of tension control prototype systems to minimise these tension variations, which includes a fluidic muscle powered take up arm, a fluidic muscle wire accumulator and felt pad. First the model and their limitations for existing tensioning systems are identified. Then, they are theoretically analysed in simulations. The simulation results show that the acceleration and deceleration of the wiredue to the changing wire path length causes a cyclic tension fluctuation. An online tension sensor verified the predictions of the model. The key for a successful design is to remove tension variations. We propose to add a wire flattening machine which includes an accumulator and tensioning device, and replace the conventional pneumatic cylinder powering the accumulator with a fluidic muscle. The simulation shows that the new prototype system almost doubles the winding speed with a tolerable tension fluctuation.KeywordsTension control,： Winding Machine,： Rectangular Coil。I. INTRODUCTIONThousands of transformers are manufactured each year in Australia. In conjunction with power stations, substations, and power lines, the distribution transformers provide power to both commercial and residential applications right across the country. The manufacture of transformers involves the production of windings or coils. These coils are generally made up of a number of turns of copper wire in between layers of insulation paper. They are usually either round or rectangular.During coil winding a consistent tension is required on the wire. The shape of the coil being wound has a significant impact on the quality of the tension applied by the tensioner. For a round coil the tension does not vary significantly during one revolution, but a rectangular coil causes the wire tension to fluctuate. As a rectangular coil is being wound, the speed of the wire feeding onto the coil accelerates and decelerates as the coil turns on the winding machine shaft. This is shown in figure 1 below. This speed variation is due to the constantly changing wire path length. In the case of a round coil this is not a problem because the point of contact of the wire on the coil is fixed.Figure 1: Acceleration due to changing wire path length during windingThe varying tension results in the loading on the machine traverse and main shaft to vary, leading to excessive forces and machine vibrations. This in turn can cause wire cross overs and variations in the coil. When these problems occur, it is a time consuming task to remedy. In addition, the coil production capacity of the plant is the limiting factor in the plants overall capacity, so any interruptions to the output of coils limits the whole factory. Common wire tensioning devices on the market today, only operate at around 5 m/s for heavy wire gauges and up to 30 m/s for very fine wire. Our regularly winds in excess of 10 m/s and is aiming to achieve at least 20 m/s for the entire wire range of 0.45 mm to 4 mm.This paper further investigates the tension fluctuation problem and to achieve a consistent wire tension while winding a rectangular coil at high speed. In the following section issues of the winding processes are described, and the available techniques for tensing are reviewed.II. BACKGROUNDThe existing winding system shown in figure 2 uses felt pads for tensioning. The spool of wire to be wound is mounted into its housing vertically and the wire is fed up through the wire guide and felt pads, over the guide pulley and then to the winding machine. The tension is varied by tightening or loosening the large g-clamp.Figure 2: Existing wire mounting and tension setupFelt pads are one of the simplest and most commonly usedwire tensioning methods.The photo in figure 2 shows the main components and principle of operation. The configuration shown above uses a g-clamp to apply a squeezing force to the felt pads. The wire is passed through the felt pads and hence some of the force applied to the felt pads is also applied to the wire. In operation, the wire travels through these felt pads and the retardation or tension force is created by the friction of the surface of the enamel coated wire rubbing on the felt pads. The machine operator threads the wire through the guides and pulleys and adjusts the clamping force manually and intuitively. The advantages are: simple and readily available; inexpensive; adaptive to any operating speed. The disadvantages are also obvious. The Pads wear out quickly leading to loss of tension, the applied force is only generally independent of speed, need to be tightened and replaced frequently, intuitive tension setting does not allow good quality control and no compensation for bobbin shape.III. MODEL IDENTIFICATIONThe wire travels from the spool through the tensioning device, over the machine traverse, and onto the rectangular coil. The system was simplified as shown in figure 1 to just be a fixed feed point, where the tension is applied, and a rotating rectangle representing the bobbin or coil.The desired operating speed is 1000 RPM. This gives a wire speed of 10 - 30 m/s depending on the coil size at a particular instant in time. Figuer3 shows the variation of the wire velocity produced by the rectangular shape of the bobbin.Figure 3: The wire velocity variationFigure 4 shows the variation of the wire acceleration, which can also be seen by the slope of the line or derivative of the velocity graph.Figure 4: The wire acceleration variationThe wire path length variation, from the fixed feed point to the wind on point, is shown in figure 5 below.Figure 5: The wire length variationIV. PROTOTYPE SYSTEM DESIGNThe system in figure 6 incorporates a relatively new pneumatic device called a fluidic muscle. The muscle is made of a woven, flexible material and operates under air pressure. Under pressure it expands laterally and contracts longitudinally. A preset pressure determines the maximum and minimum forces it will apply for a specific contraction. The muscle is very similar to a conventional pneumatic cylinder, except it has a very fast response and is highly dynamic, not unlike a spring. It also acts in tension and not compression, and can apply 10 times more force than a conventional pneumatic cylinder of the same diameter. The muscle controls a dancing arm which moves to take up and release the slack in the wire. This pressure is set to accommodate the range of wire tensions required.Figure 6: Fluidic muscle powered dancing armFigure 7: Fluidic muscle powered accumulatorThe fluidic muscle powered accumulator prototype system is shown in figure 7, where the pneumatic cylinder used in the accumulator is replaced with a muscle, otherwise the operation is the same as outlined previously.While the signal was noisy, the tension variations can be clearly observed. The signal shown is in mV, which translates into a tension range of approximately 74 N to 83 N for the 1.5 mm wire used in the test.V. EXPERIMENT RESULT AND ANALYSISThe tests were carried out to observe the response using the above constructed prototype system.Fluidic Muscle Powered Dancing Arm: At low speed the arm responded initially but operated in long sharp jerks, not smooth side to side movements as expected. The wire appeared to vibrate more with the dancing arm, than without. At the end of winding one layer the resting position of the arm moved from its initial position inward approximately 300 mm. At high speed the arm did not respond, but just vibrated about a mean position.Fluidic Muscle Powered Accumulator: The trial of a large muscle powered accumulator gave the following results:At low speed the accumulator did not appear to respond at all. Varying the pressure made no significant difference, other than pull the wire through the felt pads. At high speed the accumulator did not respond. With no response from the accu

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