毕业设计（论文）-单台异步电动机驱动的定子线圈自动包扎机设计--传动设计.doc

单台异步电动机驱动的定子线圈自动包扎机设计传动设计设计总说明：绝缘包扎是线圈生产中的重要工序之一，包扎质量是决定电机性能的一个重要指标。近年来国际设备市场上虽然出现一些电机定子线圈自动包扎机，但这些包扎机多由微机控制，结构复杂，造价很高，且包扎一支线圈用时过长。国内现有的半自动包扎机,结构比较简单，受人工影响较大，包扎质量不高。综上所述，现有的包扎机都不能满足市场需求，进行包扎机的研究和改进十分必要。本课题主要是设计一种比较简单的、精度较高能够包扎定子线圈直线部位的自动包扎机。设计标准：设计完全按照机械设计手册中规定的标准和原则，对参数的确定主要参考机械设计资料中的设计计算步骤。 设计原则：设计过程中综合考虑非标准件和标准件，选择标准件，设计非标准件，非标准件受标准件的限制。在设计的过程中，由于传动元件多，要考虑传动元件的支撑与固定以及保证所有部件之间互不干涉。最大限度使传动系统简单化，精确化。 设计方法主要运用了比较法，试探法。比较法主要用在方案选择上，试探法主要用在确定零件的一些参数。主要观点是设计应考虑安全可靠性、经济性和可行性等综合因素,其中安全可靠性放在首位。安全可靠性体现在一些基础参数的选择上，国内参数大部分依据经验来确定，按国内参数设计一般比较安全。经济性体现在方案简单和技术成熟。方案选择了传统的机械传动，在设计中力求传动元件最少。可行性考虑技术资料和制造成本。本设计机械传动技术成熟、制造成本较低，可行性较强。主要技术资料：国内对包扎机改造的资料以及国内外包扎机的视频资料和机械设计手册以及其他相关的机械设计资料。本课题主要完成单台异步电动机驱动的定子线圈自动扎机设计传动设计。主要内容包括：传动模式的选择；绕包头设计；进给机构传动部件的设计；机械调速系统设计。通过比较几种可选传动模式，选择最优的模式进行初步计算，如果达不到设计要求，对其余模式进行比较，然后选择最优模式再次进行初步设计，如果达到要求，则选择该模式，进行详细设计。绕包头设计主要是为转动的绕包头设计支撑元件和挡板，考虑小绕带轮的方向。进给机构传动部件设计包括轴、齿轮、滚筒的设计和平带参数确定，以及相互位置关系。机械调速系统设计包括变速箱和摇杆拨叉设计。本课题设计的包扎机采用了三种进给速度，包扎精度控制在1mm之内。本包扎机能够达到三类包扎要求和精度要求。关键词： 传动系统 变速箱 包扎 The Automatic Enswathing Machine Design of Stator Loop Driven by Single Asynchronism Electromotor-Transmission DesignThe total design elucidation: To enswathe stator loop is one of important working procedures of loop production,and the enswathing qality is an important guideline of determining performance of electromotor and generator.In the recent years, there are some automatic enswathing machines on the market of international equipment. They can be used in wrapping up stator loop of electromotor and generator. However, these machines are mainly controlled by microcomputers, and show the characterastics of complicated structure. Consequently, the cost is quite high. Besides, it needs a long time to wrap up a loop. On the domestic market, semi-automatic enswathing machines have the simple structure and people exerte a lot of influences on them. And the enswathing quality is low. Therefore, enswathing machines nowadays cant satisfy the need of the domestic market. It is extremely essential to make the research and improvement of enswathing machine.This topic maily designed a kind of comparatively simple and highly accurate automatic enswathing machine, which can wrap up the straight part of the stator loop.The design standard: The designs entirely kept to standard and principle prescriptived by machine design handbook. And parameter confirmation mainly refered to design and account process in the machine design data.The design principle: In the process of devising, the paper took both non-standardised pieces and standardised pieces into account. Besides, it chose standardised pieces and devised non-standardised pieces, which were restricted by standardised ones. In the process of designing, as a great number of transmission components exist, it thought over sustentation and fixation of transmission elements and ensured that all the parts didnt intervene each other. The paper , in the largest degree, attempted to make the transmission system simple and accurate.The design method: The devising methods mainly included comparative and feeler ways. The comparative way was mainly used in choosing project while feeler way in ascertaining some parameters of accessories.The main viewpoints are that designs should take security, reliability, economics, and feasibility into account. Security and reliability should be considered as the most important ones. Security and reliability embody in choosing some basal parameters. Most of domestic parameters are decided by experiences. It is coparatively safe to choose parameters according to domestic principle. Economics embodies in simple project and mature technique. This project chose traditional machinary trasmission. In the process of designing, it attempted to make carrying components be least. Besides, it maily chooses some cheaper materials in common use. Feasibility should think over technique data and manufacturing cost. The machinary trasmission is mature in technic, low in cost, and easy in operation.The main technical data: Domestic data about the improvement of enswathing machines, the video data of the enswathing machines home and abroad, machine design manual, and other correlative data of machinary design.This topic mainly completed transmission design of the automatic enswathing machine of stator loop driven by single synchronism electromotor. The main contents included: choosing transmission mode, designing the wrapping head,trasmission components of entering and giving mechanism and the system of adjusting speed by machine. Through comparing several transmission mode, the paper chose the best one for primary calculation. If the primary calculation couldnt satisfy the requirement of design, the thesis would compare other modes and chose the best one for another primary design. If the primary calculation could satisfy the requirement, the paper would choose the mode and made the particular design.The design of the wrapping head included devising the sustainable components and baffle.In the process of designing, it took the drection of belt wheel into accont.The design of trasmission components of entering and giving mechanism included devising shaft,gear and platen, confirmation of flat strip parameters, and mutual positional relations. The design of adjusting speed system included designing gear-box, rocking pole and moving fork.The enswathing machine designed by this thesis adopped three kinds of entering and giving speeds. The enswathement accuracy must be among 1mm. This enswathing machine could satisfy three kinds of requirements of enswathement and accuracy.Keyword：Transmission systerm Gear-box Enswathe目 录第一章 绪论11.1选题目的、价值和意义11.2研究范围以及所要达到的技术要求11.3本课题在国内外的发展状况及存在的问题21.4本课题的指导思想21.5本课题应解决的主要问题2第二章 传动模式的选择和传动比的分配42.1传动模式的比较与选择42.2总传动比计算82.3分配传动比8第三章机械调速系统设计93.1齿轮箱设计93.1.1有级变速器及其变速方式介绍93.1.2齿轮箱设计设计概述93.1.3齿轮齿数的确定103.1.4传动误差分析113.1.5齿轮设计计算133.1.6轴的设计计算213.1.7确定变速器机体结构263.2 换挡机构设计283.2.1换挡原理和方案的选择283.2.2拨叉和摇杆的设计28第四章 进给机构传动部件的设计和传输带的选择304.1齿轮的设计计算304.1.1轴到轴齿轮传动设计304.1.2轴IV到轴V齿轮传动设计354.1.3轴V到轴VI锥齿轮414.2轴的校核计算46第五章 双面同步带、带轮和联轴器的选择和绕包头设计515.1双面同步带简介选择515.1.1双面同步带简介515.1.2 同步带初步计算525.2同步带轮介绍与选择525.2.1同步带轮介绍525.2.2同步带轮选择535.3联轴器的选择535.4绕包头的设计545.5滚筒和平带的选择54第六章 结论55参考文献56致谢57附图：附图一：传动总装配图附图二：变速箱装配图附图三：包扎头装配图附图四：三联滑移齿轮零件图附图五：电动机到变速箱1z锥齿轮零件图附图六: 电动机到变速箱2z锥齿轮零件图附图七：轴到轴锥齿轮3z锥齿轮零件图附图八：轴到轴锥齿轮4z锥齿轮零件图附图九：轴零件图附图十：摇杆零件图附图十一:拨叉零件图第一章 绪论1.1选题目的、价值和意义电动机是所有电力机械的动力源，随着我国工业化化程度的快速提高，电动机将更加广泛的使用。牵引电机用直流、交流电机电枢、定子线圈绝缘包扎是线圈生产中的重要工序，电机电枢、定子线圈绝缘包扎是决定电机性能的一个重要指标，故包扎机的研究和改造十分必要。我国加入到WTO之后，国内电动机与国际电动机进行竞争愈来愈激烈，包扎机的改进成为一种必然趋势。通过本设计,能设计出传动系统结构简单，精度更高的价格便宜的包扎机，能有效提高的包扎质量，降低企业的投入，提升包扎机的竞争力。随之将能够提高电机的质量，对我国国民经济和工业化都有重大意义。1.2研究范围以及所要达到的技术要求 自动包扎机应满足以下条件：绕包头功率1.5kw进给功率0.4 kw适用线圈尺寸：直线长160mm跨距150mm绕包头转速：0-300r/min 绕包头内径：200mm进给速度：按迭包要求与绕包速度关联档位选择：迭包选择1/2迭、1/3迭、2/3迭迭包误差不超过1mm外形尺寸：长度：1300-1400mm宽度：900-1000mm工作台高度：870-970mm1.3本课题在国内外的发展状况及存在的问题传动系统国内外主要有机械传动系统、液压传动系统、气压传动系统。应用最广的是机械传动系统。机械传动系统包括齿轮、带、四杆、凸轮、槽轮、棘轮等传动机构。由于电子、自动化技术的发展一些复杂的运动将通过微电和软件实现。平均的传动机构或者制造成本高并且制造困难的也用软件实现，所以传动机构将向简单化、自动化方向发展。目前我国大量使用的包扎机有三种类型：第一种包扎头固定，有传送带，半自动 ，弯曲部分由人工完成。 第二种包扎头固定，没有传送带，工人手持线圈完成包扎。第三种包扎头转动，夹持装置夹紧线圈，完成包扎。近年来国际设备市场上虽然出现一些电机电枢、定子线圈绝缘自动包扎机，但由于多采用微机控制的多轴运动，设备造价极高，且包扎一支线圈用时过长（例法国阿尔斯通公司研制的一种六轴机器人，能根据线圈尺寸自动调整绕包参数，但包扎一支定子线圈用时15-20min，不能满足国内市场需求）。国内出现的比较简单的半自动包扎设备,但是人工参与较多，包扎质量不高。1.4本课题的指导思想本课题的主要指导思想是使包扎机成本更低，性能更优良，提高国内包扎机的自动化程度。1.5本课题应解决的主要问题在国内半自动包扎设备基础上参考瑞士易索拉产品的特点，设计一种比较简单的、精度较高能满足定子线圈直线部位包扎的工人工作舒适的半自动包扎机。一台电动机拖动的包扎机传动系统的设计，主要设计的模块：传动模式的选择；机械调速装置设计；传送运动元件（齿轮、同步带、链条）的设计与选择；饶包头的设计。第二章 传动模式的选择和传动比的分配2.1传动模式的比较与选择常用的传动模式有齿轮传动、带传动、蜗杆传动、链传动。由设计任务书中“迭包选择1/2迭、1/3迭、2/3迭”所以要有变速装置。本传动系统中有以下四个工作部件：电动机变速箱工作台包扎头图2.1 传动系统四个工作部件(1)变速装置的选择 方案一 电气控制直接用电气控制调节电流以控制电动机的转速，但电动机转速太高，直接由电气控制调不到要求的速度，仍然需要机械变速，并且选用三变速笼型感应电机又会大大增加包扎机成本。方案二 机械变速 因为变速箱结构紧凑，效率较高，传递运动准确可靠，使用维护简单，并可成批生产，所以采用齿轮变速箱变速。 (2)变速箱到包扎头传动模式的选择 方案一 齿轮传动 齿轮传动精确，但是振动大，容易把绝缘包扎带给扯断。方案二 同步带传动 同步带传动由于有弹性，不存在这样的问题。综上，选择同步带传动。电动机变速箱工作台包扎头同步带传动图2.2 (3)到工作台传动模式的选择 方案一 带传动 既然到包扎头已经选择了带传动，如果到工作台传动模式的再选择带传动，由于工作台和包扎头有固定的速度匹配，带传动传动精度不高，影响了包扎头与工作台速度的匹配。方案二 涡轮蜗杆传动 由于电动机的功率略大于包扎头和工作台的功率，涡轮蜗杆传动效率低，摩擦严重，发热大，故不选择涡轮蜗杆。方案三 齿轮传动 齿轮传动效率、精度高，发热低，容易满足包扎头与工作台的速度匹配和精度要求。综上，选择齿轮传动。电动机变速箱工作台包扎头同步带传动齿轮传动图2.3 (4) 电动机到变速箱是否减速 包扎头和工作台的速度都比较低，需要减速。方案一：电动机到包扎头不减速，则变速以后两条减速线路都比较长。变 速减速1减速2图2. 4方案二 先减速再变速，然后再减速，总的传动线路短，传动元件少，传动系统简单，制造成本低。减速变速减速1减速2图2.5(5) 电动机到变速箱传动模式选择 方案一 V带传动 由于分配的传动比大，经计算所需的带的条数多达5条。方案二 齿轮传动 齿轮传动不存在这样的问题，所以选择齿轮传动变速箱工作台包扎头同步带传动齿轮传动齿轮减速电动机图2.6(6)包扎头和工作台何者进行变速 方案一 包扎头变速 由于曲线部分是人工包扎，包扎头的转速不能太高，否则，影响包扎质量，使工人容易疲劳。包扎头适宜固定速,3r/s。方案二 工作台变速，包扎头定速，曲线部分时，人工包扎，工人有很好的适应性。图2.7 定子线圈形状示意图变速箱工作台包扎头同步带传动齿轮传动齿轮减速电动机图2.8实际传动框图如下：图2.9 包扎机传动框图(7)从轴到传动方向的改变传动模式的选择 方案一 涡轮蜗杆传动 由于涡轮蜗杆传动效率极低。电动机功率不大，如果选择涡轮蜗杆传动,很难满足工作要求。方案二 齿轮传动 传动效率高，容易满足工作要求。所以选择齿轮传动。综上所述，本课题选择以下传动方案图2.10 传动示意图2.2总传动比计算 包扎头的不能转速太高，定转速n=3 r/min,即n=150r/min 由选定电动机的满载转速和包扎头主动轴的转速，可得传动装置的总传动比为i= =9.472.3分配传动比 根据任务书中，“档位选择：迭包选择1/2迭、1/3迭、2/3迭”可知有三个迭包速度。 由任务书中的包扎机的外形尺寸：长度：1300-1400mm宽度：900-1000mm工作台高度：870-970mm齿轮变速箱不宜设计的过大，所以选择单级变速，传动比不易过大。 由于总体设计处得电动机选择Y100L1-4,相关参数： 额定功率：2.2KW 满载转速：1420r/min 由前面分析可得工作台转速低，而电动机的是常用的1420r/min，所以应先降速，电动机到齿轮变速箱传动比4.3，齿轮箱输入转速为327r/min.变速箱中三联滑移齿轮的传动比分别为： 1/3迭 1.5 2/3迭 3 1/2迭 1.99由方案论证中可知从齿轮箱到工作台选用齿轮传动，按照齿轮传动比范围，传动比分配如下：变速箱输出轴到轴传动比为3.2，轴到轴传动比为2.5，轴到轴传动比为3。从齿轮箱到包扎头传动比为: i=327/150=2.18第三章机械调速系统设计机械调速系统设计包括齿轮箱设计和换挡机构设计3.1齿轮箱设计3.1.1有级变速器及其变速方式介绍有级(或分级)变速是指在一定转速范围内，能够实现若干固定、不连续的转速(或速度)变化。工作可靠，传动比准确，采用多轴传动时变速范围大；但不能在运转中变速，不易选择最佳转速值。有级变速器或称有级变速箱，应用广泛。其中，定轴变速器多采用齿轮或带轮进行变速，全部传动轴都是绕本身固定轴线旋转。行星变速器多采用齿轮进行变速，有些传动轴是绕某一固定轴线在空间旋转，可将行星排中的太阳轮、内齿轮和行星架的任一元件作为输入件或输出件，可得到若干种变速传动方案。变速方式有级变速有齿轮、带轮变速方式，以及它们的组合。3.1.2齿轮箱设计设计概述（1）选定变速器传级数 传动级数由传动件类型、传动比和空间位置要求而定，例如对圆柱齿传动，变速器传动比 i8时，采用二级传动可以得到较小的结构尺寸和重量。在设计过程中通过传动比选择合适的传动级数。由选定的电动机满载转速 nm和工作机转速n w，可得传动装置总传动比为：i0=nm/nw 根据总体传动比的分配，三种速度下的传动比i8,所以选用一级传动。（2）变速箱方案选择 本课题变速箱采用定轴变速，定轴变速器多采用齿轮或带轮进行变速，全部传动轴都是绕本身固定轴线旋转。带传动传动不如齿轮传动精确，所以选用齿轮传动。(3)确定传动件布置形式 由于没有特殊要求时，所以采用卧式（轴线水平布置）。(4)初选轴承类型 一般变速器都用滚动轴承，大型变速器也有用滑动轴承的。滚动轴承的类型由载荷和速度等要求而定。由于选用圆柱直齿轮，没有轴向力，选用深沟球轴承。在电动机到齿轮箱传动线路中用用到锥齿轮，有了轴向力选择圆锥滚子轴承。3.1.3齿轮齿数的确定(1) 确定原则及要求 变速组齿轮齿数的确定原则是：齿轮结构尺寸紧凑，输出轴转速误差小。具体要求是：齿数和S100120；受传动性能限制的最少齿数，一般zmin=1820，高速齿轮zmin=25； 选择最小齿数为19。满足传动比要求，输出轴转速的相对误差 式中n、n输出轴的标准转速、实际转速(r/min)。 n不超过10% ,本课题设计的包扎机包扎误差不超过1mm。(2)变速组内模数相同时齿轮齿数的确定 同一个变速组内通常选用相同模数的齿轮，标准直齿圆柱齿轮传动的各传动副应满足 (式3.1)式中 、 任一齿轮副的主动、从动齿轮的齿数； Ix该齿轮副的传动比； S各齿轮副的齿数和。 齿轮齿数的确定，可由式3.1计算，通常可查表得出。根据各齿轮副的传动比Ix和适宜的齿数和S，即可查出各齿轮副的相应齿数。根据分配的传动比：变速箱中三联滑移齿轮的传动比分别为： 1/3迭 1.52/3迭 31/2迭 1.99根据表各种常用传动比的适用齿数表3.1 常用传动比的适用齿数i S72751.529302.023252.991819i为传动比，S为齿数和。所以传动比选择1/3迭 1.5 2/3迭 2.99 1/2迭 2.03.1.4传动误差分析 包扎头每转一转，即包扎一匝工作台需前进的距离（包扎绝缘带宽20mm）1/3迭 2/3*20=40/3mm2/3迭 1/3*20=20/3mm1/2迭 1/2*20=10mm 由于包扎头的速度是2.5r/s,所以工作台的速度是1/3迭 40/3*2.5=33.333mm 2/3迭 20/3*2.5=16.667mm1/2迭 10*2.5=25mm 滚筒选得越小，电动机到工作台的传动比越小，传动系统越简单，但是滚筒太小，容易使带和滚筒打滑，综合衡量选滚筒直径为70mm,则滚筒在三种情况下的转速即理想转速分别为 1/3迭 3.333*60/=9.094r/min 2/3迭 16.667*60/=4.547r/min 1/2迭 25*60/=6.821r/min轴的转速是327r/min,则到的转速分别为 1/3迭 218转/分2/3迭 110.9转/分1/2迭 163.5转/分则到的转速分别为1/3迭 68.13转/分2/3迭 34.66转/分1/2迭 163.5转/分则到的转速分别为1/3迭 27.25转/分2/3迭 13.86转/分1/2迭 20.44转/分则到的转速分别为1/3迭 9.08转/分2/3迭 4.62转/分1/2迭 6.81转/分与滚筒即在三种情况下的转速即理想转速差值分别为1/3迭 9.094-9.08=0.014转/分 2/3迭 4.62-4.574=0.037转/分1/2迭 6.821-6.81=0.010转/分滚筒的周长为c=*d=219.91mm,则每转误差为1/3迭 0.0205mm2/3迭 0.107mm1/2迭 0.0147mm本课题设计的包扎机包扎误差不超过1mm,综上所述符合要求。则有以下方案表3.2三种变速传动比及齿数传动比主动轮齿数从动轮齿数啮合齿轮1/3迭1.530451与1a齿轮2/3迭2.9919562与2a齿轮1/2迭2.025503与3a齿轮3.1.5齿轮设计计算因为零件是单件生产或是小批量生产，用于低速，因此小齿轮可用40Cr，调质处理，硬度241HB286HB，平均取为260HB；大齿轮用45钢，调质处理，硬度229HB286HB，平均取240HB。齿面接触疲劳强度计算初步计算计算项目计算内容计算结果转矩 齿宽系数 由参考文献1222页表12.13 取 接触疲劳极限 由试验齿轮的接触疲劳极限图得 ： =710MPa =580 MPa初步计算的许用接触应力 0.9 = =639 MPa 0.9=0.9*580 =522 MPa值 由参考文献1227页表12.16 取初步计算小齿轮 直径 =46.6mm 1/3迭 取=90mm 2/3迭 取=57mm1/2迭 取=75mm初步齿宽b 1/3迭 取b=27mm 2/3迭 取b=17mm 1/2迭 取b=23mm校核计算圆周速度v 1/3迭 v=1.54 2/3迭 v=0.98 1/2迭 v=1.28精度等级 由参考文献1207页表12.6 1/3迭 8级精度 2/3迭 8级精度 1/2迭 8级精度齿数z、模数m 1/3迭 =45 2/3迭 =56 1/2迭 =50 m= m=3使用系数 由参考文献1215页表12.9 动载系数 由由参考文献1216页图12.9 5齿间载荷分配系数 由参考文献1217页表12.10，先求 1/3迭 337N 1/3迭 533N 1/3迭 406N 1/3迭 18.7N/mm100 N/mm 2/3迭 47N/mm100 N/mm 1/2迭 26.5N/mm100 N/mm 1/3迭 1.702/3迭 1.651/2迭 1.69 1/3 迭 0.882/3 迭 0.891/2 迭 0.88由此得 1/3迭 2/3迭 1/2迭 齿向载荷分配系数 由参考文献1218页表12.11 1/3迭 对称分布 A+B 1.202/3迭 非对称分布 1.201/2迭 非对称分布 A+B 1.20载荷系数K 1/3迭 K=2.67 2/3迭 K=2.61 1/2迭 K=2.67弹性系数 由参考文献1221页表12.12 节点区域系数 由参考文献1222页图12.16 接触最小安全系数 由参考文献1225页表12.14 总工作时间 应力循环次数 由参考文献1226页表12.15估计，则指数m=8.78 原估计应力循环次数正确 1/3迭 2/3迭 1/2迭 接触寿命系数 由参考文献1224页图12.18 1/3迭 2/3迭 1/2迭 许用接触应力 1/3迭 2/3迭 1/2迭 验算 1/3迭 254Mpa 2/3迭 584.2 Mpa 1/2迭 381.7 Mpa 计算结果表明接触疲劳强度较为合适,尺寸无需调整。确定传动主要尺寸实际分度圆直径d 因模数取标准值，齿数重新确定但并未圆整，故实际分度圆直径不变 1/3迭 90mm 135mm 2/3迭 57mm 168mm1/2迭 75mm 150mm中心矩 1/3迭 2/3迭 1/2迭 齿宽b 1/3迭 2/3迭 1/2迭 mm 齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数 1/3迭=0.692/3迭=0.701/2迭=0.69齿间载荷分配系数 由参考文献1217页表12.10 1/3迭2/3迭1/2迭齿向载荷分配系数 1/3迭 =1.15 2/3迭 =1.151/2迭 =1.1由参考文献1219页图12.14 载荷系数K 1/3迭 K=2.882/3迭 K=2.84 1/2迭 K=2.75齿形系数 由参考文献1229页图12.21 1/3迭 =2.382/3迭 =2.321/2迭 =2.34应力修正系数 由参考文献1230页图12.22 1/3迭 2/3迭 1/2迭 弯曲疲劳极限 由参考文献1231页图12.23c 弯曲最小安全系数 由参考文献1225页表12.14 应力循环次数 由参考文献1226页表12.15估计，则指数m=49.91 原估计应力循环次数正确 1/3迭 2/3迭 1/2迭 弯曲寿命系数 由参考文献1232页图12.24 1/3迭 2/3迭 1/2迭 尺寸系数 由参考文献1232页图12.25 许用弯曲应力 (式12.19) 1/3迭 2/3迭 1/2迭 验算 1/3迭 =34 MPa =33Mpa 2/3迭 =90MPa =84 Mpa 1/2迭 =46 MPa=45Mpa 传动无严重过载,故不做静强度校核。表3.3 齿轮箱中圆柱齿轮参数圆柱齿轮标