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恒张力绕线机机械部分设计【5张CAD图纸+毕业论文】

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关键词：: 张力绕线机机械部分部份设计全套 cad 图纸毕业论文

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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

Abstract

This article mainly introduced the permanent tensity winding machine mechanism design part, including its material selection, installment design and so on. In the material selection aspect, this design basis principle is the need which suits designs very much, the material by the price inexpensive primarily, in installment design aspect by structure simple primarily.

The machine part installment is composed by three parts, namely puts the line part, delivers the line part, and winds thread the part. As soon as puts the line partial structures for to step-by-step the electric motor through the shaft coupling, joins the drive shaft, the drive shaft design is stepped, the both sides adds gradually to among thickly, the drive shaft another end puts the line rollarounds fixedly, delivers the line part to use V belt transmission, the electrically operated engine shaft straight union in on V belt transmission driving pulley, winds thread the partial work table structure to be similar in puts the line part, sends out the line part to be possible in addition to carry on the crosswise adjustment through the guide rail, winds thread the part the work table to be possible to carry on the longitudinal adjustment through the guide screw nut place impetus on the guide rail.

Keywords Winding machine Installment Shaft coupling Nut place

摘要 I

Abstract II

第 1 章绪论 2

1.1 本课题的研究意义 2

1.2 本课题的基本内容简介 2

第 2 章电机的选择 4

2.1 电机的概述及特点 4

2.2 步进电动机负载的估算 5

2.3 系统设计常用计算公式 6

2.4 步进电动机的选择程序 7

2.5 确定本设计的电动机 10

第 3 章机械部分设计 15

3.1 放线部分设计 15

3.2 送线部分设计 19

3.2.1 带的选取与结构设计 19

3.3 绕线部分设计 22

第 4 章绕线机电路设计部分 24

4.1 电路部分的选择 24

第 5 章绕线机模拟仿真部分 25

5.1 系统仿真技术概述 25

5.2 计算机仿真技术现状与未来 25

5.3 仿真建模的方法 26

参考文献 28

致谢 29

附录1 30

第 1 章绪论

1.1 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。

1.2 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。

第 2 章电机的选择

2.1 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。

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内容简介：: 附件 4 佳木斯大学毕业论文（设计）任务书学院：机械工程学院专业：机械设计制造及自动化班级： 0208114803 指导教师：龙泽明学生姓名：王长刚 2006 年 04 月 13 日佳木斯大学毕业论文 (设计 )任务书毕业论文（设计）题：绕线机机械结构部分的设计论文（设计）研究目的与内容：研究的恒张力绕线机是一种变速以保证在绕线时具有恒定的张力的新型绕线机，其速度是变化的，可控的，依靠放线部分，送线部分及绕线部分的速度变化，使漆包线的缠绕力接近恒定的力，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。此课题的研究对社会的学术界具有重大的意义，并且能为社会带来较大的经济价值。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。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，最终应用计算机绘制出其机械结构图，达到优化的目的。具体要求：（原始数据、试验方案、手段及预期结果）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绕线速度从水平位置到弧度位置逐渐增加，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，传线，绕线部分。其送线部分结构在横向、绕线部分结构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。主要参考资料： 1张德泉，陈思夫，林彬 . 机械制造装备及其设计天津大学出版， 2刘宝廷，程树康 . 步进电动机及其驱动控制系统哈尔滨工业大学出版社，3周宗明，周扬萍，汤道军 . 金属切削机床清华大学出版， 4濮良贵，纪名刚 . 机械设计高等教育出版社， 5张建民 . 机电一体化系统设计北京理工大学出版社，度安排：拟订设计方案并撰写开题报告学习设计工具软件 5 绘制草图、上机制图整理论文、图纸 13 准备答辩指导教师：龙泽明教研室主任： is or be or of is to do of is is it is on so it a is to a he to a is is to a s in a of a is is by as a to a , as a or As a a , is in at he of in of It is to a is to be in a in in of is a of in is by of in an to a of a or of to is C it is to to to is a of In a in to be of og no in N/C) is a of in is by of in an to a of a or of is to is (of be of a or is ,or ,be to or by as of to a of of or on a to a or In of It is a is in or in In is to by or by is of ,a or a of ,is In on or in to a is be by in or or as a of to to an on is be a or a ,of to be of on to a to A is of is to to to of be by it to of a , as is it is is in on as it in to is to to in to of at up 000 to be by on be of at a A is a on ,of to to on is In an an is by in to by a of of of is no or of to In of an to of on a N/C to no be to to , in of of to or to In in of , is as a is of in of to 电动机和数控技术电动机将电能转换为机械能。简单来说电动机就是两块磁铁间的机械力作用。当两块磁铁（或电磁铁）相互靠近时，一块将吸引或排斥另一块。人们制造的各种类型的电动机都有其特定的功能。它们都由两大部分构成：一部分称为定子。定子是静止的，它不产生运动。另一部分称为转子，它安装在轴承上，可以转动。转轴伸出机壳外。对于电动机而言，转轴联接机械负荷。输入电动机的是电能。施加到电动机端子上的电压产生电流。电动机输出机械功率。机械功率通过转轴以转矩形式输出。转矩可以驱动负荷转动，诸如一台泵。需要一定的转矩才能驱动负荷以特定的速度转动。若电动机输出的转矩足够大，负载将转动。若电动机输出的转矩太小，则不能驱动负载。在选择电动机时所考虑的最重要的一个指标就是转矩要求。电动机驱动负载时，电动机输出机械功率。而电动机又从电源得到等量的电功率。迄今所叙述的设备的主要不利条件是这项技术的经济性。装配一台进行自动化生产的设备是很费钱的。因此，除非设备就会因成本过高而边的不可行。非常需要一种既快速，在单批量生产中又经济的自动化生产方法。这种方法已经有了，这就是数控技术。数控（可编程自动化的一种表现形式，它以数字，字母和其他符号来控制加工设备。这些数字、字母和符号按适当的格式编码，形成用于某一工件或任务的加工程序。当任务改变了，某一工件的加工程序也随之改变。这种改变程序的能力使得小批量生产，更新程序要比大量改变加工设备要容易的多。数控原理首先用铣削加工中，然后用在车削加工、火花切削、钻削和磨削之中，数控基数越来越多地应用在其他的加工过程中，如成形加工（精密制造，滚压等加工）、雕刻或激光切割。目前数控基数相对成熟，许多数控设备具有多种加工功能，如铣削中心可以进行垂直和水平铣削、钻削、铰孔、插削、成形和车削等加工过程，当然，在配有大容量的自动化刀具库后，数控和自动化之间很多性能是一样的。然而，数控技术更灵活，装配设备的花费更少，更换更快，而且停机维修时间更短。在加工外形轮廓时，数控能够用数学方法将确定的曲线转换成成品，即节省时间，又无需样板，还可提高加工精度。另一个优点是能大大节省机时，也就是说不增添设备就能提高生产率。数控是可编程自动化技术的一种形式，通过数字、字母和其他符号来控制加工设备。数字、字母和符号用适当的格式编码为一个特定工件定义指令程序。当工件改变时，指令程序就改变。这种改变程序的能力使数控适合于中、小批量生产，写一段新程序远比对加工设备做大的改动容易得多。数控设备有两种基本形式：点位控制和连续控制（也称为轮廓控制）。点位控制设备采用异步电动机，因此，主轴的定位只能通过完成一个运动或一个电动机的转动来实现。数控系统由下列组件组成：数据输入装置，带控制单元的磁带阅读机，反馈装置和数控设备。数据输入装置，也称“人机联系装置”，可用人工或全自动方法向机床提供数据。人工方法作为输入数据唯一方法时，只限于少量输入。人工输入装置有键盘，拨号盘，按钮，开关或拨轮选择开关，这些都位于机床附近的一个控制台上。拨号盘通常连到一个同步解析器或电位计的模拟装置上。在大多数情况下，按钮、开关和其他类似的旋钮是数据输入元件。人工输入需要操作者控制每个操作，这是一个即慢又单调的过程，除了简单加工场合或特殊情况，已很少使用。几乎所有情况下，信息都是通过卡片、穿孔纸带或磁带自动提供给控制单元。在传统的数控系统中，八信道穿孔纸带或磁带自动提供给控制单元。在传统的数控系统中，八信道穿孔纸带是最常用的数据输入形式，纸带上的编码指令由一系列称为程序块的穿孔组成。每一个程序块代表一种加工功能、一种操作或两者的组合。纸带上的整个数控程序由这些连续数据单元连续而成。带有程序的长带子象电影胶片一样绕在盘子上，相对较短的带子上的程序可通过将纸带两端连续形成一个循环而连续不断地重复使用。带子一旦安装好，就可反复使用而无需进一步处理。此时，操作者只是简单的上、下工件。穿孔纸带是在带有特制穿孔附件的打字机或直接连到计算机的纸带穿孔装置上作成的，纸带制造很少不出错，错误可能由编程、卡片穿孔或编码、纸带穿孔时的物理损害等形成。通常，必须要试走几次来排除错误，才能得到一个可用的工作纸带。虽然纸带上的数据是自动进给的，但实际编程却是手工完成的，在编码纸带做好前，编程者经常要和一个计划人员或工艺工程师一起工作，选择合适的数控设备，决定加工材料，计算升降速度，决定所需电动机。控制单元接受和存储编码数据，直至形成一个完整的信息程序块，然后解释数控指令，并引导设备得到所需运动。为了更好理解控制单元的作用，可将它与拨号电话进行比较，即每拨一个数字，就存储一个，当整个数字拨好后，电话就被激活，也就完成了呼叫。装在控制单元里的纸带阅读机，通过其内的硅光二极管，检测到穿过移动纸带上的孔漏过的光线，将光束转变成电能，并通过放大来进一步加强信号，然后将信号送到控制单元里的寄存器，由它将动作信号传到设备驱动装置。有些光电装置能以高达每秒 1000 个字节的速度阅读，这对保持设备连续动作是必须的，否则，在轮廓加工时，刀具可能在工件上产生划痕。阅读装置必须要能以比控制系统处理数据更快的速度来阅读数据程序块。反馈装置是用在一些数控设备上的安全装置，它可连续补偿控制位置与设备运动滑台的实际位置之间的误差。装有这种直接反馈检查装置的数控设备有一个闭环系统装置。位置控制通过传感器实现，在实际工作时，记录下滑台的位置，并将这些信息送回控制单元。接受到的信号与纸带输入的信号相比较，它们之间的任何偏差都可得到纠正。在另一个称为开环的系统中，设备仅由响应控制器命令的步进电动机驱动定位，绕线部分的升降几乎完全取决于丝杠的精度和设备结构的刚度。在这个系统中，没有信息反馈到控制单元的自矫正过程。出现误动作时，控制单元继续发出电脉冲。比如，一台数控铣床的工作台突然过载，阻力矩超过电机转矩时，将没有响应信号送回到控制器。因为，步进电动机对载荷变化不敏感，所以许多数控系统设计允许电动机停转。然而，尽管有可能损坏设备机构或机械传动系统，也有使用带有特高转矩步进电机的其他系统，此时，电动机有足够能力来应付系统中任何偶然事故。最初的数控系统采用开环系统。在开、闭环两种系统中，闭环更准确，一般说来更昂贵。起初，因为原先传统的步进电动机的功率限制，开环系统几乎全部用于轻加工场合，最近出现的电液步进电动机已越来越多地用于较重的加工领域。佳木斯大学毕业论文 (设计 )开题报告论文题目：恒张力绕线机机械结构部分的设计学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：王长刚学号： 0208114803 指导教师：龙泽明职称：教授 2006 年 4 月日开题报告填写要求 1开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见审查后生效。 2开题报告内容必须按文档标准格式打印或用黑墨水笔工整书写，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。 3学生查阅资料的参考文献应在 3 篇及以上（不包括辞典、手册），开题报告的字数要在 1000 字以上。 4 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2004 年 9 月 26 日”或“ 2004 毕业论文开题报告 1、本课题的研究意义（选题依据 ,课题来源 ,学术价值和对社会、经济发展和科技进步的意义）：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。 2、本课题的基本内容简介（拟解决的主要学术或技术问题和关键技术及难点 ,拟采取的技术手段及实施方案、预计可获得的成果 ,可能取得的创新之处）：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。毕业论文开题报告 3、论文提纲：第一部分：概论第二部分：恒张力绕线机的机械结构设计 1 放线部分的结构设计 2 传线部分的结构设计 3 绕线部分的结构设计第三部分：恒张力绕线机的电路控制介绍第四部分：恒张力绕线机的模拟仿真介绍第五部分：结束语及参考文献 4、研究进程计划及时间安排（计划进度、预计完成的日期，阶段性成果的形式）：拟订设计方案并撰写开题报告学习设计工具软件 5 绘制草图、上机制图整理论文、图纸 13 准备答辩毕业论文开题报告 5、参考文献目录：机械制造装备及其设计主编张德泉陈思夫林彬天津大学出版 2003年 1月步进电动机及其驱动控制系统主编刘宝廷程树康哈尔滨工业大学出版社 1997年 5月金属切削机床主编周宗明周扬萍汤道军清华大学出版 2004年 9月机械设计主编濮良贵纪名刚高等教育出版社 2001年 6月机电一体化系统设计主编张建民北京理工大学出版社 1995年 10月 6、指导教师审阅意见：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。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 重量外径内径材料密度 L 长度 (放线部分的取取 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 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 = b360 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 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 = 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：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 = 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。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 = 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 =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+ 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。因为值的大小与轴承的润滑方式有关，又因为轴圆周速度 V2m/s，所以取 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。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 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：最大有效拉力随包角的增大而增大，这是因为越大，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，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

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