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題 目：
恒張力繞線機機械部分設(shè)計
姓 名：
班級學號：
指導教師：
摘 要
摘 要
本文主要介紹了恒張力繞線機機械結(jié)構(gòu)設(shè)計部分，包括其材料的選取、裝置的設(shè)計等。在材料選取方面，本設(shè)計依據(jù)的原則是適合設(shè)計的需要，材料以價格低廉為主，在裝置設(shè)計方面以結(jié)構(gòu)簡單為主。
機械部分裝置由三部分組成，即放線部分、傳線部分和繞線部分。放線部分結(jié)構(gòu)為一步進電動機通過聯(lián)軸器聯(lián)接傳動軸，傳動軸設(shè)計為階梯狀，兩端向中間逐漸加粗，傳動軸另一端固定放線輥子。送線部分采用V帶傳動，電動機軸直接聯(lián)在V帶傳動的主動輪上，繞線部分工作臺結(jié)構(gòu)類似于放線部分，另外送線部分可通過導軌進行橫向的調(diào)整，繞線部分的工作臺可通過絲杠螺母座帶動在導軌上進行縱向的調(diào)整。
工作原理為首先調(diào)整送線部分，使其與放線部分和繞線部分橫向平齊，然后調(diào)整繞線部分工作臺，達到要求進行固定，這樣保證繞線過程始終保持直線運動，繞線部分的輥子為橢圓型，為保證繞線的力為恒力，則要求繞線速度為變化，那么放、送線速度為恒定。裝置為數(shù)控裝置，含有報警等功能，工人只需打斷后拆裝定子繞組。
關(guān)鍵詞 繞線機 裝置 聯(lián)軸器 螺母座
佳木斯大學教務(wù)處 第 I 頁
Abstract
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.
The principle of work for first adjusts delivers the line part, causes it with to put the line part and to wind thread the part crosswise even uneven, then the adjustment winds thread the partial work tables, achieved the request carries on fixedly, like this guaranteed winds thread the process to maintain the translation throughout, winds thread the part the rollarounds is the elliptic type, winds thread the strength for the guarantee is the constant force, then the request threading speed is the change, then puts, delivers the link speed constantly for. The installment is the numerical control installment, includes reports to the police and so on the functions, after the worker only must break disassembles the stator winding.
Keywords Winding machine Installment Shaft coupling Nut place
I
目 錄
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第 1 章 緒 論 2
1.1 本課題的研究意義 2
1.2 本課題的基本內(nèi)容簡介 2
第 2 章 電機的選擇 4
2.1 電機的概述及特點 4
2.2 步進電動機負載的估算 5
2.3 系統(tǒng)設(shè)計常用計算公式 6
2.4 步進電動機的選擇程序 7
2.5 確定本設(shè)計的電動機 10
第 3 章 機械部分設(shè)計 15
3.1 放線部分設(shè)計 15
3.2 送線部分設(shè)計 19
3.2.1 帶的選取與結(jié)構(gòu)設(shè)計 19
3.3 繞線部分設(shè)計 22
第 4 章 繞線機電路設(shè)計部分 24
4.1 電路部分的選擇 24
第 5 章 繞線機模擬仿真部分 25
5.1 系統(tǒng)仿真技術(shù)概述 25
5.2 計算機仿真技術(shù)現(xiàn)狀與未來 25
5.3 仿真建模的方法 26
參考文獻 28
致 謝 29
附錄1 30
佳木斯大學教務(wù)處 第 28 頁
畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）用 紙
第 1 章 緒 論
1.1 本課題的研究意義
本課題研究的繞線機是往電機中的定子鐵心上繞制繞組的一種機器，本課題所研究的繞線機為恒張力繞線機，之所以為恒張力，是與以往勻速繞制繞組的繞線機有所不同，其速度是變化的，可控的，依靠線組處的速度變化，使漆包線所受拉力恒定，以確保加工產(chǎn)品的良好絕緣性，這樣繞制出的線組性能更安全，從而能夠延長電機的使用壽命。
目前我國還未曾研制出恒張力繞線機，希望本課題的研究能為我國恒張力繞線機的誕生貢獻微薄之力。本課題的研究對社會具有較大的學術(shù)意義和經(jīng)濟價值。在課題設(shè)計過程中，學生通過調(diào)查研究，收集資料，擬訂設(shè)計方案的基礎(chǔ)上進行繞線機的機械結(jié)構(gòu)部分設(shè)計，培養(yǎng)學生正確的設(shè)計思想，嚴謹務(wù)實的工作作風，獨立工作的能力和勇于創(chuàng)新的進取精神，通過撰寫畢業(yè)論文，使學生掌握科技論文的撰寫規(guī)范，通過外文翻譯，提高學生綜合運用外語的能力，通過此設(shè)計學生還會掌握先進的設(shè)計理念和先進的繪圖方法，熟練應(yīng)用計算機。
1.2 本課題的基本內(nèi)容簡介
恒張力繞線機主要由機械結(jié)構(gòu)部分，可編程控制部分，模擬仿真三部分主成。本課題主要研究其機械結(jié)構(gòu)部分。
恒張力繞線機與其它繞線機區(qū)別在于其速度是非勻速的，這樣選其主電機采用步進電動機來控制，使其排線的位移與輸入脈沖信號數(shù)相對應(yīng)，步距誤差不能長期積累，易于起動、停止、正反轉(zhuǎn)及變速，響應(yīng)性也好，停止時可取消自鎖能力，可以組成結(jié)構(gòu)較為簡單而又具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可在要求更高精度時組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。
在速度方面使其排線速度為非勻速這是本課題所研究的關(guān)鍵之處，因此在設(shè)計其繞組時設(shè)計為類似橢圓型機構(gòu)，通過步進電機輸入的脈沖信號數(shù)使其線組由水平位置到弧度位置時的速度是逐漸增加的，這樣是漆包線在通過機構(gòu)弧度時所受拉力減小，接近其機構(gòu)水平邊時的拉力，這樣使漆包線在形成繞組前是以接近恒拉力進行纏繞的 。
此繞線機的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面由三部分組成，放線、緩沖，送線，繞線部分。其送線部分結(jié)構(gòu)在橫向、繞線部分在縱向兩方面都能夠進行位置的調(diào)整，使其繞組中線的疏密程度更為適當，準確。
第 2 章 電機的選擇
2.1 電機的概述及特點
本設(shè)計對電機的選擇方面需要易起動、停止、速度變化快并且可調(diào)節(jié)，而且價格要簡單廉價，所以選用步進電動機較適合。就傳統(tǒng)的步進電動機來說，步進電動機可以簡單地定義為，步進電機是一種將電的脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的機電元件，通俗的講，就是外加一個脈沖信號在步進電機，步進電機就走一步。步進電機的種類很多，一般分為反應(yīng)式、混合式、永磁式、直線式，其中反應(yīng)式和混合式比較常用。
步進電動機是純數(shù)字控制電動機，它的脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即電源發(fā)一個脈沖，步進電機則轉(zhuǎn)過一個固定角度，稱步距角0b。電動機的角位移正比于輸入脈沖數(shù)。當連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時，電動機的轉(zhuǎn)速正比于脈沖頻率，不受電壓波動和負載變化的影響。由于步進電動機能直接接受數(shù)字量的控制，所以非常適合用單片機進行控制。
步進電動機的特點：
（1） 可以用數(shù)字信號直接進行開環(huán)控制，整個系統(tǒng)簡單廉價。
（2） 位移與輸入脈沖信號數(shù)相對應(yīng)，步距誤差不長期積累。
（3） 無刷，電動機本體部件少，可靠性高。
（4） 易于起動，停止，正反轉(zhuǎn)及變速，響應(yīng)性也好。
（5） 停止時，可有自鎖能力。
（6） 步距角選擇范圍大，可在幾十角分至180度大范圍內(nèi)選擇。在小步距情況下，通?？梢栽诔退傧赂咿D(zhuǎn)距穩(wěn)定運行，通?？梢圆唤?jīng)減速器直接驅(qū)動負載。
（7） 速度可在相當寬范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，同時用一臺控制器控制幾臺步進電動機可使它們完全同步運行。
（8） 步進電動機帶慣性負載的能力較差。
（9） 由于存在失步和共振，因此步進電動機的加減速方法，根據(jù)利用狀態(tài)的不同而復雜化。
（10） 不能直接使用普通的交直流電源驅(qū)動。
2.2 步進電動機負載的估算
(一). 負載轉(zhuǎn)距的估算
精確計算驅(qū)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)距是比較復雜的，習慣的作法是根據(jù)實際裝置實測求取，本設(shè)計就是選用此方法，在選擇步進電動機時，常常使用近似公式，先估算出負載的轉(zhuǎn)距，從而為選定電動機提供依據(jù)。
本設(shè)計放線部分的負載運動可看成直線運動。直線運動系統(tǒng)換算到電動機軸的負載轉(zhuǎn)距Tl，一般由下式估算，即。
式中：Tl——電動機軸的摩擦轉(zhuǎn)距。
L0——每轉(zhuǎn)機械移動量。
η——驅(qū)動系統(tǒng)的效率。
F——直線運動機械的軸向力。
(二). 負載慣量的計算
根據(jù)慣量的定義，物體對某軸的慣量定義為該物體微小體積的質(zhì)量dm與該微分體積到軸的距離r的平方的乘積之總和，即 J=
放線部分的放線體類似為圓柱型則：
式中 Jx ——以X軸為中心的慣量。
Jy ——以Y軸為中心的慣量。
M ——重量
D1 ——外徑
D2 ——內(nèi)徑
ρ——材料密度
L ——長度
(放線部分的η取0.90 ；ρ取2.8×10-3 kg/cm3 ； L取35mm)
2.3 系統(tǒng)設(shè)計常用計算公式
(一).分辨率和步距角
若設(shè)驅(qū)動機構(gòu)最末級的移動量L0，電動機的步距角為Θb，減速比為i，則每個脈沖的最小輸送量，即分辨率為 l=l0·
最末一級的單位移動量由驅(qū)動機構(gòu)決定。例如，使用滑輪時若最末一級輪徑為D，則為L0=
而使用螺栓時，若螺距為P，則為L0=
(二).移動速度和輸入脈沖頻率
若已知最小輸送量L和脈沖頻率f，則其移動速度分別為:
V滑=
V螺=
也就是說，根據(jù)整個系統(tǒng)要求的速度，可求出驅(qū)動步進電動機所需要的輸入脈沖頻率。
f滑=
f螺=
在設(shè)計時，根據(jù)上式的計算值來判斷可否在自起動動區(qū)域驅(qū)動，或者需要進行加減速而在運行區(qū)域驅(qū)動運行。
最末一級的轉(zhuǎn)速 n=。
(三).移動量和輸入脈沖數(shù)
若設(shè)輸入脈沖數(shù)為N，則移動量lt為 lt=N l
當步進電動機按一定頻率f驅(qū)動運行時，在某個時間段t內(nèi)的脈沖數(shù)為 N=f t
而在包括加速、減速運行的場合，脈沖頻率是變化的，則可用頻率對時間的積分來計算，即 N= 由式子可以看出其驅(qū)動運行方式下脈沖數(shù)可用其面積表示。
(四) 加速度和轉(zhuǎn)距慣量比
驅(qū)動負載時往往需要計算加速度：
a=
而用電動機的加速轉(zhuǎn)距T和慣量表示時為：
a=l0
而換算到軸的慣量為 J=
式中JM ——電動機本身的慣量。
于是，使加速度為最大的減速比應(yīng)該為 i=
2.4 步進電動機的選擇程序
本設(shè)計選擇步進電動機時遵循下述程序：
(一).選擇要素
選擇步進電動機時，首先要知道機械和時間兩個方面要素，機械要素是指負載轉(zhuǎn)距TL和負載慣量JL。時間要素是指加速時間t1和t2（即從t1開始加速到t2），運行時間t。
(二).確定目標
確認脈沖速率。其依據(jù)是將物體移動到目標位置的時間
脈沖速率=
計算需要的運行轉(zhuǎn)距
電動機帶載運行所需要的轉(zhuǎn)距為
T=Tl+Ta
式中 T——需要的運行轉(zhuǎn)矩。
Tl——負載轉(zhuǎn)矩。
Ta——慣性體的加速轉(zhuǎn)矩。
負載轉(zhuǎn)矩由實測得到或用前述計算式估算。
慣性體的加速轉(zhuǎn)矩可按下式計算
Ta=
(四).決定電動機的型號
根據(jù)已得到的脈沖速率和運行要求的轉(zhuǎn)矩，從電動機產(chǎn)品樣本的矩頻特性曲線上選取2～3種可用的電動機。
(五).驗證
根據(jù)選中的電動機，結(jié)合轉(zhuǎn)子慣量再次用需要的運行轉(zhuǎn)矩=
(六). 選擇電動機的順序框圖見下圖:
預想電動機
相數(shù) m
步距角 Θb
輪徑 D
螺距 P
減速比 i
載重 M
外力 Fa
負載轉(zhuǎn)矩 Tl
轉(zhuǎn)動慣量 JL
設(shè)定驅(qū)動器
選定電動機
是否需要重新判定
需要轉(zhuǎn)矩
設(shè)定 fL
決定電動機和驅(qū)動器
需要轉(zhuǎn)矩
決定電動機和驅(qū)動器
確認計算
2.5 確定本設(shè)計的電動機
(一). 放線部分的電動機
（1）已知要求條件
放線體直徑 D=300mm
放線體長度 D=70mm
放線體密度 ρ=
摩擦力 F=1.0kg
分辨率 l=0.1mm
加速度 ac=1g以上
（2）初選電動機
根據(jù)上式條件，擬選用四相0.75/1.5步距角，勵磁最大靜轉(zhuǎn)矩0.8的BYG型電動機。
（3）計算：
① 求取滿足分辨率要求的減速比
i=
取減速比i=2.0，可以確定實際用的放線體為300.83mm
② 負載轉(zhuǎn)矩及慣量
Tl==84kg·cm
放線體的慣量 Jf=
考慮減速比換算到電機軸的慣量
③ 電源及驅(qū)動頻率
由于是在高速區(qū)域運行，故使用定電流驅(qū)動器。電動機的驅(qū)動頻率由速度可計算為f=4000HZ，擬選電動機的空載起動頻率2000HZ，可以看出需采用加速和減速驅(qū)動。
④ 對步進電動機要求的轉(zhuǎn)矩為
T==187.85kg.cm
⑤ 使用下式計算
轉(zhuǎn)矩 T=
步數(shù) N=
從上述計算可知所選電動機及驅(qū)動器滿足要求。
安全系數(shù)==1.37
加速度 a=
(二). 繞線部分的電動機
（1）已知要求條件
放線體直徑 D=200mm
放線體長度 D=40mm
放線體密度 ρ=
摩擦力 F=1.0kg
分辨率 l=0.1mm
加速度 ac=1g以上
（2）初選電動機
根據(jù)上式條件，擬選用三相0.9/1.8步距角，勵磁最大靜轉(zhuǎn)矩0.3的BYG型電動機。
（3）計算
① 求取滿足分辨率要求的減速比
i=
取減速比i=1.5，可以確定實際用的放線體為200mm
② 負載轉(zhuǎn)矩及慣量
T==73
放線體的慣量 J==175.84kg.cm2
考慮減速比換算到電機軸的慣量
③ 電源及驅(qū)動頻率
由于是在高速區(qū)域運行，故使用定電流驅(qū)動器。電動機的驅(qū)動頻率由速度可計算為f=4000HZ，擬選電動機的空載起動頻率2000HZ，可以看出需采用加速和減速驅(qū)動。
④ 對步進電動機要求的轉(zhuǎn)矩為
T==99.37kg.cm
⑤ 使用下式計算
轉(zhuǎn)矩 T=
步數(shù) N=
從上述計算可知所選電動機及驅(qū)動器滿足要求。
安全系數(shù)==2.43
加速度 a=
(二). 繞線部分的電動機
（1）已知要求條件
移動部分總重100kg
外力 F=10kg
摩擦系數(shù) μ=0.08
螺栓機構(gòu)的效率 η=0.9
螺栓軸徑32mm
螺栓長 L=100mm
螺距 P=5mm
分辯率 l=0.01mm
速度 v= 200mm/s以上
（2）計算
設(shè)擬選用三相、0.3/0.6步距角的BYG型電動機。
速比 i=0.5
軸向力 F=F+μM=10+0.08×100=18kg
負載轉(zhuǎn)矩 TL=
螺栓慣量JB=
移動體慣量 Jt=
負載慣量為 JL=
根據(jù)以上計算可初選步進電動機，其慣量為J=0.1kg.cm，空載起動頻率f=3000HZ。由要求速度可求出運行頻率 f=
需要的電動機的轉(zhuǎn)矩為 T=
可求出不同頻率時的轉(zhuǎn)矩值。根據(jù)步進電動機的頻率特性，對照上式計算值，可選定合適的電動機和所使用的驅(qū)動器。
同樣，仍需對選定電動機進行演算，其安全系數(shù)=1.75，而加速時間為0.23，滿足要求條件。
加速時間的計算為：
ta=
(三). 送線部分的電動機
送線部分采用V帶傳動，在第三章詳細介紹，在這里略。
第 3 章 機械部分設(shè)計
3.1 放線部分設(shè)計
放線部分的結(jié)構(gòu)主要由電動機、軸及軸上零件、滾動軸承、軸承裝置、箱體等部分組成，電動機在上一章節(jié)已經(jīng)介紹，下面我們把其他部分介紹一下，主要介紹各部件材料的選取及其作用。
軸：放線部分的軸為傳動軸，軸的材料使用普通碳素鋼Q235，軸徑d是根據(jù)其相聯(lián)的電動機軸的直徑D來估算的，d=（0.8～1.2）D.為了便于軸上零件的裝拆，將軸作成階梯形，它的直徑從兩端逐漸向中間增大。
軸上零件的軸向固定
軸上零件的軸向固定方法有很多種，本課題在放線部分設(shè)計上主要采用以下幾種：
.軸肩：軸肩固定是一種簡單可靠的軸向固定方法，應(yīng)優(yōu)先選擇。它可承受較大的軸向載荷。因為周肩只能使軸上零件沿軸向固定，因此，需要和其他軸向固定方法配合使用，才能使軸上零件實現(xiàn)軸向雙向固定。
軸端擋圈：位于軸端，用于固定軸上零件。
雙螺母：在軸端為了固定放線體，一端用軸肩，另一端則采用雙螺母，也就是軸端上放個可換擋圈，然后連續(xù)擰上兩個螺母，螺母擰緊后，兩個螺母接觸面上產(chǎn)生對頂力N使螺紋旋合部分的螺栓桿受拉、螺母受壓，使兩個螺母和螺栓之間形成一個封閉力，它不受外載荷變化的影響，始終保持螺紋表面間存在壓力，因而摩擦力不會消失，起到防松作用，而且雙螺母防松結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。
疲勞強度是軸的主要失效形式，所以本設(shè)計在結(jié)構(gòu)方面采取減小受力、應(yīng)力，以提高軸的疲勞強度。軸上零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計較為合理、軸套與箱體相固定，軸承兩端分別為電機和放線輪，這樣可以減小軸的彎矩。在應(yīng)力集中方面也應(yīng)盡量減少，其階梯軸在階梯變化處采用圓角過渡，軸槽也設(shè)計為一個，其加工應(yīng)采用盤銑刀加工。
箱體：由于箱體內(nèi)壁間距A的鑄造誤差，為保證軸承外圈能全部坐落在軸承座孔中，并使軸承支點間跨距盡可能小，通常在軸承端面與箱體內(nèi)壁之間有一定距離Δ。因為Δ值的大小與軸承的潤滑方式有關(guān)，又因為軸圓周速度V<2m/s，所以Δ取10mm～15mm。在軸的外伸長度的設(shè)計上，為便于拆卸軸承端蓋聯(lián)結(jié)螺栓，在軸承蓋與聯(lián)軸器輪轂端面之間留有足夠的間距。
滾動軸承的選擇
放線部分的軸承主要承受徑向載荷，也承受少量軸向載荷，因此選用角接觸球軸承，它的特點為轉(zhuǎn)速很高而軸向載荷不太小時，可代替推力球軸承受純軸向載荷，這很符合放線部分特點。
滾動軸承的使用壽命是選擇所必需的，因為滾動軸承在安裝、潤滑、維護良好的條件下，由于大量重復地承受變化的接觸應(yīng)力導致滾道的破壞，所以驗算軸承是否可達到預期計算壽命的要求是必需的。軸承的壽命與所受載荷的大小有關(guān)，工作載荷越大，引起的接觸應(yīng)力也就越大，流動軸承壽命的計算公式為 其中C為軸承的基本額定動載荷C。Σ為指數(shù)，P為載荷，n為轉(zhuǎn)速，當量動載荷是在一定的運轉(zhuǎn)條件下確定的，本設(shè)計采用軸承為角接觸球軸承，既承受徑向載荷Fr，又承受純軸向載荷Fa，因為放線部分主要以轉(zhuǎn)動為主，所以其承受徑向載荷為主，為Pr表示，當量動載荷P的一般計算公式為P=XFr+YFa X，Y分別為徑向動載荷系數(shù)和軸向動載荷系數(shù)，其值分別為0.44和1.40，以上為當量動載荷的理論計算方法，而在實際當中，在許多支承中還會出現(xiàn)一些附和載荷，如沖擊力、不平衡力作用力、慣性力以及軸撓曲或軸承變形產(chǎn)生的附加力等等，這些因素很難從理論上精確計算。為了計及這些影響，可對當量動載荷乘上一個根據(jù)經(jīng)驗而定的載荷系數(shù)fp，因為其載荷屬于輕沖擊，令fp的值為1.0，故實際計算時，軸承的當量動載荷應(yīng)為：P=fp（XFr+YFa）
本設(shè)計采用軸承為角接觸球軸承，因受徑向和軸向兩方面的力，所以其徑向載荷F與軸向載荷F的計算方面應(yīng)滿足軸向的平衡，即被壓緊一方的軸承所受的軸向力加上與放松一方的軸承只受其本身派生的軸向力，值為Fd2 。 其公式為：
Fa1=Fae+Fd2
Fa2=Fd2
軸承裝置的設(shè)計
繞線部分軸承裝置設(shè)計主要考慮其安裝，配置緊固、調(diào)節(jié)、滑潤、密封等幾方面，下面我們依次來介紹一下。
因為軸承裝置的零件在受力情況下會產(chǎn)生變形，這樣要阻滯軸承滾動體的滾動，從而會使軸承損壞，因此，本設(shè)計在選擇軸和安裝軸承的外殼或軸承座，以及軸承裝置中的其他受力零件都選擇有足夠的剛性。它的外殼及軸承座孔壁設(shè)計有足夠的厚度。另外本設(shè)計軸上兩個支承的座孔保持同心，目的是必免軸承內(nèi)外圈產(chǎn)生過大的偏斜，這樣外殼采用的是整體結(jié)構(gòu)，并把安裝軸承的兩個孔一次鏜出了。
本設(shè)計軸承在配置方面采用的是雙支點固定，采用兩個反向安裝的角接觸球軸承，兩個軸承各限制一個方向的軸向移動，安裝時，通過調(diào)整軸承外圈或內(nèi)圈的軸向位置，可使軸承達到理想的游隙或所要求的預緊程度。在緊固方面，本設(shè)計為滾動軸承內(nèi)圈采用軸用彈性檔圈嵌在軸的溝槽內(nèi)，而另一端用軸肩作為定位面，為了便于軸承拆卸，軸肩的高度低于了軸承內(nèi)圈的厚度，外圈采用軸承蓋緊固，其好處為結(jié)構(gòu)簡單，緊固安全。
滾動軸承的配合方面主要指內(nèi)圈與軸頸及外圈與外殼孔的配合，因為滾動軸承是標準件，為使軸承便于互換和大量生產(chǎn)，軸承內(nèi)孔與軸承是標準件，為使軸承便于互換和大量生產(chǎn)，軸承內(nèi)孔與軸的配合采用基孔制，即以軸承內(nèi)孔的尺寸為基準；軸承外徑與外殼孔的配合采用基軸制，即以軸承的外徑尺寸為基準。與內(nèi)圈相配合的軸的公差帶以及與外圈相配合的外殼孔的公差帶，均按圓柱公差與配合的國家標準選取。由于d（軸承內(nèi)徑公差帶）在零線之下，而圓柱公差標準中基準孔的公差帶在零線之上，所以軸承內(nèi)圈與軸的配合比圓柱公差標準中規(guī)定的基孔制同類配合要緊的多。軸承外圈與外殼孔的配合與圓柱公差標準中規(guī)定的基軸制同類配合相比較，配合性質(zhì)的類別基本一致，但由于軸承外徑的公差值較小，因而配合也較緊。
因為本設(shè)計為考慮軸承內(nèi)外圈的偏斜，采用的是整體裝置，這樣當軸承安裝于薄壁外殼或空心軸上時，則采用較緊的配合，但是考慮到過緊的配合又是不利的，因為可能因內(nèi)圈的彈性膨脹和外圈的收縮而使軸承內(nèi)部的游隙減少甚至完全消失，也可能由于相配合的軸和座孔表面的不規(guī)則形狀或不均勻的剛性而導致軸承內(nèi)外圈不規(guī)則的變形，這些都將破壞軸承的正常工作，而且過緊的配合還會使裝拆變的困難，綜上采用較緊的配合為亦。
為了提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度，增加軸承裝置的剛性，本設(shè)計采用預緊的滾動軸承，其預緊裝置為夾緊一對角接觸球軸承的外圈而預緊，則可以得到穩(wěn)定的預緊力，從而在安裝時保持一軸向力，以消除軸承中的軸向游隙并在滾動體和內(nèi)、外圈接觸處產(chǎn)生初變形，預緊后的軸承受到工作載荷時，其內(nèi)、外圈的徑向及軸向相對移動量要比未預緊的軸承大大地減小。本設(shè)計選用的成對安裝角接觸球軸承為特制的，可由生產(chǎn)廠選配組合成套提供，在滾動軸承樣本中可以查到不同型號的成對安裝角接觸球軸承的預緊載荷值及相應(yīng)的內(nèi)圈或外圈的磨量。
潤滑對于滾動軸承具有重要意義，軸承中的潤滑劑不僅可以降低摩擦阻力，還可以起到散熱、減小接觸應(yīng)力、吸收振動，防止銹腐等作用，本設(shè)計為軸承選用16×10mmr/min的脂潤滑，其好處是潤滑強度高，能承受較大的載荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以維持很長的一段時間。因為軸徑及轉(zhuǎn)速都不是很大，所以潤滑脂選用錐入度較小的潤滑脂。
為了阻止灰塵、水、酸氣和其它雜物進入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┑牧魇?，本設(shè)計采用接觸式密封裝置——氈圈油封，傳統(tǒng)上氈圈油封有兩種方法，在軸承端蓋上開出梯形槽，將毛氈按標準制成環(huán)形或帶形，放置在梯形槽中以與軸密合接觸；或者在軸承蓋上開口放置氈圈油封，然后用另外一個零件壓在氈圈油封上，以調(diào)整毛氈與軸的密合程度，從而提高密封效果。這種密封主要用于脂潤滑場合，它的結(jié)構(gòu)簡單但摩擦較大。本設(shè)計則選用第一種氈圈油封。
聯(lián)軸器的選擇
放線部分電動機軸與傳動軸的聯(lián)接部件為聯(lián)軸器，聯(lián)軸器是用來把兩軸聯(lián)接一起，機
器運轉(zhuǎn)時兩軸不分離，其主要傳遞電機軸的轉(zhuǎn)矩給傳動軸，很符合設(shè)計的需要，本設(shè)計選用的聯(lián)軸器是撓性聯(lián)軸節(jié)，它的優(yōu)點是不用制鍵槽，無反向間隙，軸與輪轂之間的位置可任意調(diào)節(jié)。
3.2 送線部分設(shè)計
3.2.1 帶的選取與結(jié)構(gòu)設(shè)計
（一）帶的選取
在傳動帶的類型中，常用的有平帶傳動、V帶傳動、多楔帶傳動和同步帶等，平帶結(jié)構(gòu)最簡單，帶輪也容易制造，在傳動中心距較大的情況下應(yīng)用較多。多楔帶柔性好，摩擦力大，能傳遞的功率大，多楔帶主要用于傳遞功率較大而結(jié)構(gòu)較緊湊的場合，傳動比可 達10，帶速可達40m/s，本設(shè)計要求帶速并不是很高。在一般機械傳動中，應(yīng)用最廣泛的是V帶傳動，V帶的橫截面積呈等腰梯形，帶輪上也做出相應(yīng)的輪槽，傳動時，V帶只和輪槽的兩個側(cè)面接觸，即以兩側(cè)面為工作面，根據(jù)槽面摩擦原理，在同樣的張緊力下，V帶傳動較平帶傳動能產(chǎn)生更大的摩擦力，這是V帶傳動性能上的最主要優(yōu)點，在加上V帶傳動允許的傳動比較大，結(jié)構(gòu)叫緊湊，以及V帶多已標準化并大量生產(chǎn)等優(yōu)點，故本設(shè)計送線部分選用V帶傳動。
（二）V帶的類型與結(jié)構(gòu)
V帶有普通V帶、窄V帶、聯(lián)組V帶、齒形V帶、大楔角V帶、寬V帶等多種類型，其中普通V帶應(yīng)用最廣。
標準普通V帶都是制成無接頭的環(huán)形，由頂膠、抗拉體、底膠和包布等部分組成。抗拉體的結(jié)構(gòu)分為簾布芯V帶和繩芯V帶，本設(shè)計選用繩芯V帶，繩芯V帶柔性好，抗彎曲強度高，適用于轉(zhuǎn)速較高，載荷不大和帶輪較小的場合。
普通V帶的截型分為Y、Z、A、B、C、D、E七種，本設(shè)計V帶采用基準寬度制，即用基準線的位置和基準寬度來定帶輪的槽型、基準直徑和帶在輪槽中的位置。
（三） V帶傳動中的力分析
安裝帶傳動時，傳動帶即以一定的預緊力F緊套在三個帶輪上。由于F的作用，帶和帶輪的接觸面上就產(chǎn)生了正壓力，帶傳動不工作時傳動帶三 的拉力相等，都等于F。帶工作時，設(shè)主動輪以轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)動，帶與帶輪的接觸面間便產(chǎn)生摩擦力，主動輪作用在帶上的摩擦力F的方向和主動輪的圓周速度方向相同，主動輪即靠此摩擦力驅(qū)使帶運動；帶作用在從動輪上的摩擦力的方向，顯然與帶的運動方向相同，帶同樣靠摩擦力F而驅(qū)使從動輪以轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)動，其帶上的松緊邊拉力關(guān)系為：F
其中兩從動輪拉力可看成一合拉力，當取主動輪一端的帶為分離體時，則總摩擦力F和兩邊拉力對軸心的力矩的代數(shù)和ΣT=0，即
由上式可得：
（四）V帶的有效拉力關(guān)系
預緊力F： 最大有效拉力與F0成正比。這是因為F0越大，帶與帶輪間的正壓力越大，則傳動時的摩擦力就越大，最大有效拉力也就越大。但F0過大時，將使帶的磨損加劇，以致過快松弛，縮短帶的工作壽命，如果F0過小，則帶傳動工作能力得不到充分發(fā)揮，運轉(zhuǎn)時容易發(fā)生打滑。
包角α： 最大有效拉力隨包角的增大而增大，這是因為α越大，帶和帶輪的接觸面上所產(chǎn)生的總摩擦力也就越大，傳動能力也就越高。
摩擦系數(shù)f：最大有效拉力隨摩擦系數(shù)的增大而增大，這是因為摩擦系數(shù)越大，則摩擦力就越大，傳動能力也就越高。
綜上本設(shè)計時遵循的條件時F要適中，α大一些，f大一些。
（五）V帶的設(shè)計計算
（1）確定計算功率P
K=1.2 （工作系數(shù)）
P=PKA=1.2×4=4.8kw
（2）選取普通V帶帶型
根據(jù)P、n確定選用Y型
（3）確定帶輪的基準直徑
主動輪基準直徑=50mm
從動輪基準直徑=60mm
V=m/s
帶的速度合適
（4）確定普通V帶的基準長度和傳動中心距
初步確定中心距 a=100mm
帶所需的基準長度 2d=
（5）驗算主動輪上的包角α
α1=
主動輪上的包角合適。
（6）計算普通V帶的根數(shù)z
n=1440r/min i=1.2 d1=50mm p=1.6kw Δp=0.23kw k=0.96 k2=0.89
z=
取z=4
（7）計算預緊力
q=0.07kg/m
（8）計算作用在軸上的壓軸力
（9）帶輪結(jié)構(gòu)尺寸看零件圖，帶輪材料為鑄鐵 牌號HT200.
（10）導軌的選取
本設(shè)計選用直線運動滾動支承，直線運動滾動支承就是滾動導軌，它的優(yōu)點是摩擦系數(shù)小和動、靜摩擦系數(shù)很接近。因此，運動輕便，摩擦力小，摩擦發(fā)熱少，磨損小，可避免出現(xiàn)爬行，可得到較高的定位精度，此外，滾動導軌可用油脂潤滑。但是滾動導軌的抗震性較差，對贓物比較敏感，必須有良好的防護裝置。
直線滾動導軌副包括導軌條和滑塊兩部分。導軌條通常為兩根，裝在支撐件上，每根導軌條上有兩個滑塊，固定移動件上。這種導軌副的配置與固定，兩條導軌條中，一條為基準導軌，上有基準面，另一條為從動導軌，裝配時，將基準導軌的基準面靠在支撐件的定位面上，用螺釘靠后固定，滑塊則頂靠在移動件的定位面上。
3.3 繞線部分設(shè)計
繞線部分的結(jié)構(gòu)為一絲杠通過絲杠螺母帶動工作臺在軌道上滑行，工作臺由一步進電動機帶動一橢圓型輥子進行繞線，輥子實軸長300mm。虛軸長100mm，由塑料制成，之所以為橢圓型，是減小漆包線纏繞過程中的拉力，也為了同電機中的定子鐵圈相類似，工作臺機械機構(gòu)為一電機通過聯(lián)軸器與一傳動軸相連，從而帶動輥子轉(zhuǎn)動，其結(jié)構(gòu)與放線部分類似，這里就不在說了，另外工作臺滑行的導軌在上一節(jié)也已經(jīng)介紹過了，這節(jié)只對絲杠螺母的機構(gòu)的設(shè)計進行介紹。
絲杠螺母機構(gòu)又稱螺旋傳動機構(gòu)，它主要用來將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動。絲杠螺母機構(gòu)有滑動摩擦和滾動摩擦之分，本設(shè)計選用滾動絲杠螺母機構(gòu)，雖然結(jié)構(gòu)復雜、制造成本高，但其最大優(yōu)點是摩擦阻力小、傳動精度高。根據(jù)絲杠和螺母相對運動組合情況，其基本傳動形式有四種：（1）螺母固定 （2）絲杠轉(zhuǎn)動、螺母移動 （3）螺母轉(zhuǎn)動、絲杠移動 （4）絲杠固定、螺母轉(zhuǎn)動并移動。
本設(shè)計選擇第二種傳動形式，該傳動形式需要限制螺母的轉(zhuǎn)動，故需導向裝置，其特點是結(jié)構(gòu)緊湊、絲杠剛性好。
在設(shè)計導向裝置時，采用的是浮動式反向內(nèi)循環(huán)，內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠表面保持接觸，在螺母的側(cè)面孔內(nèi)裝有接通相鄰滾道的反向器，利用反向器引導滾珠越過絲杠的螺紋頂部進入相臨滾道，形成一個循環(huán)回路，一般在同一個螺母上裝有2～4個滾珠用反向器，并沿螺母圓周均勻分布。內(nèi)循環(huán)方式的優(yōu)點是滾珠的回路短、流暢性好、效率高、螺母的徑向尺寸也比較小。
浮動式反向器的內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副其結(jié)構(gòu)特點是反向器上安裝孔有0.01～0.015mm的配合間隙，反向器弧面上加工有圓弧槽，槽內(nèi)安裝滾珠代替了定位鍵而對反向器起到自定位作用。這種反向器的優(yōu)點是：通道流暢、摩擦特性較好，更適用于高速、高靈敏度、高剛性的精密進給系統(tǒng)。
因為滾珠絲杠副在負載時，其滾珠與滾道面接觸點處將產(chǎn)生彈性變形，換向時，其軸向間隙會引起空回，這種空回是非連續(xù)的，既影響傳動精度，又影響系統(tǒng)的動態(tài)性能，所以本設(shè)計在滾珠絲杠副間隙調(diào)整方面采用的是雙螺母墊片調(diào)整預緊式，調(diào)整墊片的厚度，可使兩螺母產(chǎn)生相對位移，以達到消除間隙、產(chǎn)生預緊拉力之目的，其特點是結(jié)構(gòu)簡單剛度高、預緊可靠。
本設(shè)計滾珠絲杠副支承方式為單推——單推式，止推軸承分別裝在滾珠絲杠的兩端并施加預緊力，其特點是軸向剛度較高，預拉伸安裝時，預緊力較大。
在絲杠密封方面，滾珠絲杠副可用防塵密封圈或防護套密封，防止灰塵及雜質(zhì)進入滾珠絲杠副，使用潤滑劑來提高耐磨性及傳動效率，從而維持傳動精度、延長使用壽命，密封圈采用接觸式，將其裝在滾珠螺母的兩端。
第 4 章 繞線機電路設(shè)計部分
4.1 電路部分的選擇
（一）電路部分采用單片機控制步進電機來實現(xiàn)恒張力繞線. 使繞線質(zhì)量有大幅度提高,使之自動化程度也有明顯提高.不僅減少成本,而且生產(chǎn)率也大幅度提高.
（二）單片機的定義及其優(yōu)點:
單片機是再一塊硅片上集成了中央處理器(CPU),存儲器(RAM,ROM)和各種輸入輸出接口(定時器,記數(shù)器并行I/O口,A/D轉(zhuǎn)換器以及脈沖調(diào)制器PWM等),這樣一塊芯片具有一臺計算機功能,稱之為單片微型計算機即單片機.
單片機控制恒張力繞線機具有如下優(yōu)點:
（1）小巧靈活、成本低、反應(yīng)快。
（2）可靠性高,能實現(xiàn)較高精度的繞線,抗干擾能力強。
（3）易擴展,很容易構(gòu)成控制步進電機的電路,控制能力強。
（4）可以很方便地實現(xiàn)多機和分布式控制。
（三）確定設(shè)計方案
確定設(shè)計一套“恒張力繞線機單片機控制系統(tǒng)”.
確定系統(tǒng)輸入輸出:
（1）輸入量點數(shù)確定
系統(tǒng)輸入量包括:放線機電機測速信號、繞線機測速信號和鍵盤輸入信號,還有線張力測量信號.
（2）輸出量點數(shù)的確定:驅(qū)動步進電機的信號、驅(qū)動放線機電機的信號、驅(qū)動工作狀態(tài)燈.
（四）選擇單片機:
根據(jù)控制系統(tǒng)所要求的精度、響應(yīng)速度、開發(fā)環(huán)境、I/O點數(shù)、輸入/輸出通道數(shù)等情況,選責了MCS-51系列的8位單片機89C51.
第 5 章 繞線機模擬仿真部分
5.1 系統(tǒng)仿真技術(shù)概述
系統(tǒng)仿真是一門以系統(tǒng)科學、計算機科學和概率論與數(shù)理統(tǒng)計為基礎(chǔ)，結(jié)合各應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)科學而形成的邊緣學科，同時它又是一門綜合性的試驗學科。對于一些正在規(guī)劃中的系統(tǒng)或正在設(shè)計中的項目（工廠、產(chǎn)品、研究項目等），都可以建立相應(yīng)的仿真模型，通過計算機仿真對系統(tǒng)進行多種方案和參數(shù)的實驗，預測未來系統(tǒng)或項目的運行參數(shù)和經(jīng)濟效益。對于現(xiàn)有系統(tǒng)作改進時，也可以通過系統(tǒng)仿真，模擬經(jīng)過改進以后的系統(tǒng)運行情況，以尋求滿意的改進方案。
系統(tǒng)仿真,通俗的說,就是進行模擬實驗,它是指通過系統(tǒng)模型實驗去研究一個已經(jīng)存在的或正在設(shè)計的過程.系統(tǒng)仿真,它不是對原形的簡單再現(xiàn),而是按照研究的側(cè)重點對系統(tǒng) 進行提煉,以利于研究者抓住問題的本質(zhì),這種建立在模型系統(tǒng)上的實驗技術(shù),稱為仿真技術(shù)或模擬技術(shù).
系統(tǒng)仿真的研究重點在于仿真環(huán)節(jié),即在模型建立后,設(shè)計適當?shù)乃惴?并編制成計算機程序.由此便產(chǎn)生了很多仿真算法和仿真軟件,其中以MATLA動態(tài)仿真工具simulink最為耀眼,它不僅具有強大的功能,并且具有很好的用性.
5.2 計算機仿真技術(shù)現(xiàn)狀與未來
人類社會已逐步進入信息社會，正面臨著一場以微電子技術(shù)和計算機應(yīng)用為主要內(nèi)容的新技術(shù)革命，計算機仿真是其重要的方面。
計算機仿真技術(shù)經(jīng)歷了三次變革浪潮已發(fā)展為集成技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)、自動控制、圖形圖象技術(shù)、多媒體技術(shù)、軟件工程、信息處理和人工智能等多個學科的高新技術(shù)。它的應(yīng)用輻射各個學科和領(lǐng)域，是當今世界的前言科學之一。國防建設(shè)和國民經(jīng)濟應(yīng)用是推動計算機仿真技術(shù)發(fā)展的動力。不斷增長的新要求，尤其是軍事需求是計算機仿真技術(shù)持續(xù)進步的生命線。
總之，計算機仿真技術(shù)目前已發(fā)展到了相當高的水平，其主要標志是：（1）仿真應(yīng)用普及改變著人們的傳統(tǒng)觀念和方法；（2）全數(shù)字仿真突破實時大關(guān)已占主流地位；（3）DIS技術(shù)迅速發(fā)展并不斷升級；（4）VR和VP技術(shù)日趨成熟已獲得實用；（5）軍用仿真進一步促進仿真技術(shù)持續(xù)發(fā)展。
5.3 仿真建模的方法
計算機仿真一般分為實物仿真 數(shù)學仿真和數(shù)學物理混合仿真三大類.
研究恒張力繞線機的仿真模擬采用的是數(shù)學仿真,首先建立數(shù)學模型:將描述系統(tǒng)內(nèi)部變量之間的關(guān)系采用抽象的數(shù)學方程來表述,這種表述形式就是該系統(tǒng)的數(shù)學模型.通過對恒張力繞線機放線部分的分析，畫出幾何圖形，利用數(shù)學定理建立出恒張力繞線機的數(shù)學模型。通過對數(shù)學模型的研究,可以揭示系統(tǒng)的內(nèi)在運動和系統(tǒng)的動態(tài)性能.本課題主要建立出漆包線的拐點到線與繞線機構(gòu)的切點之間的距離L與繞線部分橢圓形的長軸的轉(zhuǎn)角的關(guān)系，從數(shù)學模型中還可看出L與和所設(shè)計的橢圓各個主要參數(shù)之間的關(guān)系。
使用計算機對一個系統(tǒng)進行仿真研究時,首先應(yīng)該了解系統(tǒng)的數(shù)學模型結(jié)構(gòu),本科題的數(shù)學模型屬于動態(tài)模型(動態(tài)模型描述的系統(tǒng)屬性是隨時間的變化而變化的)，即L隨著轉(zhuǎn)角的變化而變化。
建模的方法很多.應(yīng)用最廣泛的有:演繹法、歸納法、混合模型法等三種方法。本課題采用的方法是演繹法:通過定理、定義、公理等已經(jīng)驗證了的理論來推導出數(shù)學模型.這種方法適合內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性比較明確的系統(tǒng),可以利用已知的定律來確定系統(tǒng)內(nèi)部的運動關(guān)系.本課題通過對恒張力繞線機繞線部分的受力分析,運動分析,利用數(shù)學和物理定理來建立數(shù)學模型,來描述L與和設(shè)計的各個參數(shù)的相互關(guān)系.
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致 謝
本次設(shè)計從題目的選取到最終完成設(shè)計，都是在龍澤明老師悉心指導下完成的。在此，我首先向龍老師和所有參與答辯的老師們表示衷心的感謝和崇高的敬意。
龍老師一絲不茍的治學態(tài)度和兢兢業(yè)業(yè)的敬業(yè)精神給我留下了深刻的印象，讓我受益匪淺。在以后的進一步深造和學習中，老師的這種精神會時時激勵我不斷前進。
最后，我還要感謝實驗室的老師們，是他們?yōu)槲覀儺厴I(yè)設(shè)計提供了良好的上機環(huán)境，這才使得我們的計算機繪圖方面得以完成。衷心的感謝各位老師。
附錄1
總裝配圖