【《某线圈平绕机的绕线机构设计计算案例》5700字】

V某线圈平绕机的绕线机构设计计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u26339某线圈平绕机的绕线机构设计计算案例 1295011.1绕线机构方案确定 1286041.2交流电动机的选择 1305361.3同步带设计计算 211431.4顶柱的设计与强度校核 6247411.5顶柱圆锥滚子轴承校核 8131491.6滑动丝杠设计 10281901.7导轨设计及选型 13110241.8手轮设计 151.1绕线机构方案确定如图2.1所示，绕线机构主要可以分为交流电动机、减速装置和顶紧装置三部分。考虑到使用费率,初选的交流三相异步电动机,由定子和转子共同组成。交流三相变频直流异步电动机根据转子的结构分类大致可以划分为老鼠笼型与绕线式。三相异步交流电动机已经被广泛地应用到了工业各个方面,在传送带、机床和一些重型机械上都能见到它的身影。顶紧装置主要包括顶柱和滑动丝杠两个部分。滑动丝杠的转动带动顶柱轴向运动,顶柱与骨架之间通过胀紧套将顶柱压合在一起,增大了接触面之间的压力,并且对顶柱产生了很大的摩擦力,接触面之间的压力较大,产生较大的摩擦力,使骨架和顶柱同步旋转。这里所说的需要大家选择的一种是新型滑动式数控丝杠,它不仅可以把滑动丝杠上的螺旋运动旋转变成了丝杠上滑动轴的一个垂直旋转运动,使用新型滑动丝杠使其结构简单,加工方便,易于控制电机自锁,传动平稳。1.2交流电动机的选择按照电源的类型分，电机又被称为交流和直流。本设计选用了交流风力发电机而不是选择了直流风力发电机，是因为在同等功率情况下直流电动机更加昂贵，体积和重量都相对比较大，而且本设计对主轴转速调节精度要求不是很高，所以从性价比及质量方面考虑，选择交流电动机会更好。在传统的交流直线式电动机中，有两种同步直线式电动机和一种异步电动机,同步直线式电动机的结构相对简单，成本低，而且能够进行调速，而传统的异步直线式电动机由于结构相对复杂，造价较高,最重要的是不能调速，无法满足本设计。综上所述,本次设计中选用了一台三相异步直流电动机。电动机所需要的容量为： P0=P式中：Pw为骨架滚动所需要的功率，单位为KW；η骨架转动所需要的功率： Pw=由上可知：Fmax=7.22N，V=2πrn60交流电动机到骨架的总效率η按照如下公式计算： η=η同步带轮之间的传动效率η1=0.93，顶柱与骨架之间效率η代入数据得：P0考虑到特殊情况，取F=100N，得P0交流电机发动机的机械容量大小选择的基本设计原则也就是电机容量大小应该得大于P0,综上所述,根据目前我国的电动机械设计以及技术使用手册我们可以考虑选择一种y系列的三相异步高速交流电机发动机例如y100l-6，其参数见表2.1：表4.1Y100L-6参数型号额定功率（kw）满载转速r.min额定转矩最大转矩Y100L-61.59402.02.01.3同步带设计计算同步带式传动机械是一种新型的机械传动(如图1.1所示)。其传动方式类似于齿轮传动相似，以啮合方式进行传动，传动效率最高可达百分之九十八左右，可以实现主从带轮同步转动。相较于平带、V带，同步带更适合与本次设计需要，其集传动效率高、传动平顺、噪音小、传动精度高、速比大等优点于一身，被广泛运应用。图1.1同步带传动确定同步带传动的设计功率PP式中：k为载荷修正系数，如下表2.2所示。表2.2载荷修正系数K表1.3同步带型号表1.4带轮最少许用齿数[16]表1.5标准同步带的节线长度表1.6七种同步带型号的主要参数[12][15][16]确定带的型号和节距由设计功率Pd=2.7KW和小带轮转速940r.min−1，查表1.3选用H型同步带，对应的节距选择小带轮齿数根据测定小带轮的传动转速及其与带轮同步带的传动型号,查表1.4确定了如小带轮的传动齿数Z1=20,则带轮相当于大带轮的传动齿数Z确定带轮的外圆直径（d0 d1= d2= d01= d01=代入数据计算的d1=80.892mm，d2=202.127mm，确定同步带的节线长度L Lp=2取a=485mm，代入数据求得Lp=1422.09mm，查表2.5可选择标准节线长计算同步带齿数Zb传动中心距a的计算： a=P按照接近公式计算： a0= M=P带入数据两个公式计算出的结果a=485.157，a0确定同步带所需宽度由上述计算结果可知：Z1=20,Pb=12.700mm,基准额定功率公式： P0= V=ω通过检验查表2.6可得许用应力T0=2100.85N，单位相对于的长度质量m=0.448kg/m,由此可求得P计算小带轮啮合齿数 Zm=Z1/2-PbZ12确定带轮实际所需宽度b bs≥b通过查表2.6，取bs验算并整理最终结果： P=(kakwTa-b验算结果合格。综上可得结果：带选用H型同步带Pb=12.7mm，Zb=112，带轮的参数Z1=20，d1=80.892mm传动中心距a=485.157mm。1.4顶柱的设计与强度校核顶柱质量的好坏直接影响绕线机绕线的效率与质量，顶柱不仅要对骨架进行顶紧，而且还肩负着支撑骨架整体质量的作用，在骨架完全缠绕直径达到最大值400mm时，要求顶柱能够完成承受其总体质量，现设骨架的最大质量为Gmax。通过查询相关资料，我们得知G Gmax'要计算骨架的总质量Gmax，不仅包括骨架自身质量，还包括所绕导线的质量。通过查询的工程原材料手册,铜的密度大约为Pℎ=8.9g/cm2。已知铜的密度，带入上面计算过程中计算出Gmax，=0.92P通过上面的计算，可以大致设计出顶柱的基本形态，顶柱的结构示意图如图2.2所示：图1.2顶柱结构示意图端盖主要是对轴承起到密封和防尘的作用，同时也防止轴承裸露影响美观。顶柱在顶紧骨架并支撑骨架的同时，也要随着骨架同步旋转，所以需要用到轴承。顶柱轴承主要受到垂直与地面的重力和沿顶柱的轴向力，所以本次设计选择圆锥棍子轴承，轴承型号为32013，其主要的参数信息为d=65mm，D=100mm，T=23mm，a=22.4mm，Cr=82.5KN，初步的尺寸以设计为图1.图1.3顶柱受力分析简图图1.4弯矩图顶柱的轴承在径向上，靠近骨架的轴承对顶柱起到支撑的作用，方向向上的力F1；第二个轴承对顶柱尾部起到一个向下的下压力F2，阻止顶柱翘起；顶柱锥形端部收受到骨架的重力向下G/2，通过以上分析可以列出以下方程式求解F1和F2。 G2(70+39)=解得：F1=2837.6N，F2=777.52N。如图2.4弯矩图所示，在F1作用点弯矩值达到最大值Mmax，根据上述数据可以计算出M要验算顶柱的强度是否满足要求，由公式可知： σca=简化公式：σca所以还需要知道轴的抗弯截面系数W=π综上将Mmax=224547.776n.mm和w=26961mm3带入公式求得σca1.5顶柱圆锥滚子轴承校核顶柱上的选用圆锥滚子轴承而不选用深沟球轴承，是因为顶柱对骨架进行顶紧时会受到轴向力，深沟球轴承不满足工作需求。在顶柱上，F1作用点受到的径向力和轴向力都是最大的，所以此次对圆锥棍子轴承进行校核就只对F1作用点的轴承进行校核，如果其满足要求，则另一个轴承也会满足要求，如若不满足，就需要重新选择轴承，因为圆锥棍子轴承在实际使用中通常是相同型号成对使用。如同1.2所示，顶柱的顶紧端是呈现一定锥度的，有利于个好顶紧骨架，本次设计的锥度为1：10，设圆锥棍子轴承所受轴向力为F，画出顶柱顶紧端的受力简图如图1.5所示。图1.5顶柱顶紧端受力简图如图所示可知：又由公式可知：根据设计可知dw为轴承的内径直径为65mm；μ为胀套与顶柱锥端面的摩擦系数，本次设计这两零件选材都为钢，所以取μ为0.28；T综上计算出轴向力F=1366.81N。计算出圆锥棍子轴承轴向力F，又已知径向力F1，接下来就可以对轴承进行校核。我们需要计算等效动载荷是否小于所选轴承的额定动载荷，小于即使满足工作要求，其计算公式为： P=f由F/F1=1366.81/2837.6=0.482。通过查询机械设计手册选取e=0.46，X=0.5，Y=1.3，fp=1.2。综上代入数据计算的p对于轴承的寿命进行了计算,看它们是否能够满足实际使用需要。假设工厂每天三班倒，24小时不间断生产，除去上下料时间以及维修和节假日时间，一年算330天，则每年轴承工作24*330=7920h。轴承寿命的计算公式为： Lℎ=综上轴承的工作时间为Lℎ1.6滑动丝杠设计滑动螺杆在手轮的作用下转动，转动通过螺母副转化为顶柱的轴向运动。本部分主要设计了滑动式螺杆,主要设计内容包含对于螺纹种类的选择、对于螺杆和螺母原件材料的选择、螺杆的中径的计算及滚珠丝杠直径的选择等。在以上设计都确定了之后，我们需要校验螺纹是否满足自锁要求（螺旋升角需小于当量摩擦角），还要对丝杠抗压强度的校验以及对丝杠稳定性进行校验。此次滑动丝杠设计主要是强度满足条件即可，其作用主要是对骨架进行顶紧，滑动丝杠受到的轴向载荷就等于顶柱滚珠丝杠的轴向载荷F=1366.81N，对滑动丝杠精度要求不高，本次设计也是参考了普通车床进行设计。是否满足自锁条件丝杠螺母主要分为整体式螺母和剖分式螺母。整体式螺母顾名思义就是做成一个整体，没有断切面，我们平时用的比较多的就是这种螺母，其示意图如图1.6所示。剖分式螺母是相对比较新颖的一种螺母，其由左半边螺母和右半边螺母配合组成，其优点就是便于调隙，其缺点就是效率低，其示意图如图1.7所示。图1.6整体式螺母图1.7剖分式螺母本设计采用分体式螺母，选用30°牙形角梯形螺纹。螺杆的材料要求还是要高一点，最好其许用压强是大于10MP且小于13MP之间；螺母在材料的选择中也要满足滑动速度范围要求的6m/min到12m/min。综上要求，通过查询相关资料，螺杆选用淬火钢，螺母选用青铜，正好满足工作需要。下面需要计算螺杆的中径，其公式为： d2=通过查询机械设计手册ψ=2.5，δ=0.8；[P]取12MP，F=1366.81N，代入数据计算得螺杆中径为5.4mm。参考前人设计以及一些普通机床的手册，对丝杠的公称直径及其导程进行选择，结合本设计，最终确定其参数为：D=32mm，p=4mm。由此计算出以下结果：dd接下来选择螺母参数如表2.7所示，看是否满足自锁要求。螺旋升角的计算公式如下： λ=arctan当量摩擦角公式如下： ρ'=表2.7螺母丝杠参数螺母高度H=ψ丝杠圈数Z=工作高度ℎ=0.5p=3mm工作压强p=综上数据带入计算出螺旋升角为1.678度，当量摩擦角为4.145度，螺旋升角需小于当量摩擦角，满足要求。丝杠是否满足抗压强度通过网上查询对于螺母丝杠专业设计者在使用手册中的了解情况可知,丝杠的耐度抗剪和应力校核强度高在进行应力校核时业主需要从几个关键方面对其应力进行校核,包括螺母丝杠的耐力抗剪和抗弯强度,螺母的耐剪抗弯和丝杠抗弯的剪应力强度,丝杠等效件的应力都可能需要达到小于丝杠允许用力的应力。查询手册，列出以下公式：当量应力公式： σ=许用应力公式： σ=σ丝杠剪切公式： τ=Fπd丝杠弯曲公式： σb=3Fℎ螺母剪切公式： τ=F螺母弯曲公式： σb=丝杠在本设计中选用的是45号钢，通过查询相关数据算出当量应力为29.82MPa（小于许用应力为101.43MPa），丝杠剪切力为0.4MPa（小于抗剪切强度346.41MPa），丝杠弯曲力为0.933MPa（小于97.625MPa），螺母剪切力为0.29MPa（小于30MPa），螺母弯曲力为0.67MPa（小于40MPa），综上丝杠螺母强度完全满足要求。丝杠稳定性丝杠在的强度满足要求下，其稳定性也是至关重要的。设计中，丝杠的有效工作长度为390mm，μ=0.5，因为丝杠受到轴向力F，所以两端用圆锥棍子轴承进行轴承，经过查阅手册，选定圆锥棍子轴承型号为32004，其主要参数为d=20mm,D=42mm,T=15mm,B=15mm,a=10.3mm，额定动载荷25KN。丝杠稳定性计算结果如下： i=I μli=33.9 F0=综上可得F01.7导轨设计及选型本次设计中，导轨的作用是在丝杠转动带动顶柱轴向移动起到导向的作用，直线导轨符合本次设计需求。直线导轨又称之为线性导轨，在我们生活中广泛被应用，如工厂里的机床以及我们普通人生活中的打印机等都用到了，在医疗和智能机器人中也有用到，从这些足以证明直线导轨的使用频率在当下还是比较普遍的。如图1.8所示为直线导轨的实物图。图1.8直线导轨实物图直线导轨的选用是需要从多个方面考虑，例如使用条件、负载能力和预期寿命。针对不同用户的不同需求各个公司也划分了合理的不同系列来满足不同需求，同时还能接受定制服务，我们普通用户在选择导轨时可以参考如图1.9所示的选择步骤进行选择。图1.9选型步骤本次设计中，导轨主要的载重是顶柱及其支撑部分，相对来说重力不是太大。根据顶柱支撑部分的大小，导轨副需要用到四个，导轨两根。导轨及导轨副的示意图如图1.10所示。图1.10导轨及导轨副示意图导轨及导轨副的类型已经确定，接下来根据如表1.8规格尺寸表所示，选择型号为BGXH20BL。导轨的长度根据顶住支撑部分及其顶柱的轴向移动范围确定导轨的长度为L=630mm。表1.8规格尺寸表（部分）1.8手轮设计本设计应用手轮手动控制丝杠旋转带动顶柱轴向移动来完成骨架的装卸工作。参考网上以及现在的市场，现在的设备都在普及