PAGE35摘要本文介紹的是一種線材自動(dòng)繞線機(jī)設(shè)計(jì)。繞線機(jī)是線材生產(chǎn)中最后環(huán)節(jié)封裝時(shí)需要的設(shè)備，其目的是把生產(chǎn)出來的線材纏繞成卷，便于運(yùn)輸、銷售。針對線材的繞制還普遍采用半人工半自動(dòng)化的方式。本次設(shè)計(jì)對線材張緊力難以控制，卷筒裝拆困難等問題進(jìn)行了設(shè)計(jì)完善，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，提高了生產(chǎn)效率。繞線機(jī)是由張緊部分、排線部分、繞線部分以及控制部分組成。張緊力是通過摩擦盤的制動(dòng)作用產(chǎn)生的，可以通過控制兩壓緊盤間的擠壓力來調(diào)整張緊力的大小。排線部分是由步進(jìn)電機(jī)、剛性聯(lián)軸器、滾珠絲杠構(gòu)成。安裝在滾珠絲杠上的螺母可以將絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)，完成金屬線的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。繞線部分是由三相異步電動(dòng)機(jī)、減速器和輔助支撐部分組成。輔助支撐部分是由安裝在支撐軸下部的滑動(dòng)絲杠所驅(qū)動(dòng)的。輔助支撐軸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，保證了卷筒有一定的空間裝拆。整個(gè)設(shè)備是采用微機(jī)控制，設(shè)備中還裝有霍爾元件，光電傳感器，紅外線發(fā)射管以及其他光電元件。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，線圈的需求量越來越大、線圈使用已經(jīng)遍及人類生活用品的方方面面，本繞線機(jī)有很大的實(shí)用價(jià)值和前景，發(fā)展?jié)摿κ呛艽蟮?。關(guān)鍵詞：繞線機(jī)張緊自動(dòng)排線光電傳感器ABSTRACTThisarticleintroducesakindofbimetalautomaticwindingmachine’sdesign.Thewindingmachineistheequipmentwhichisusedinthefinallinkofthebimetallicconductorproduction.Itsgoalistotwinethebimetallicconductorintovolume，whichisadvantageousforthetransportationandsale.thesystemofcirclingbimetallicconductorstaysatusinghalfartificialsemiautomaticway，Thisdesigncarriesontheconsummation，aimingdirectlyatthedifficultiesinlinematerialtensioningforce，reelassemblinganddismantlingquestionsandsoonhave.Ithasrealizedtheautomation，andenhancedtheproductionefficiency.Thewindingmachineisconstitutedwiththetighteningpart，theplatoonlinepart，thewindsthreadpartaswellasthecontrolsection.Thetensioningforceisproducedthroughthefrictiondiscbrakeaction，anditcancontroltheextrusionpressurebetweenthetwoimpactedplatestoadjustthetensioningforce.Theplatoonlinepartiscomposedofstep-by-stepstheelectricalmachinery，therigidshaftcoupling，andtheballbearingguidescrew.Thenutinstalledontheballbearingguidescrewmaytransformtheguidescrew’srotarymotionintotheworktable’stranslation，completingbimetallicconductor’sreciprocalmotion.Thewindsthreadpartiscomposedofthethree-phaseasynchronousmotor，thereductiongearandtheassistancesupportpart.Theassistancesupportpartisdrivenbytheglideguidescrew，whichinstallslowerpartofthecarryingaxle.Theauxiliarycarryingaxlereciprocalmotionguaranteedthatthereelhascertainspaceforassemblinganddismantling.Theentireequipmentiscontrolledbythemicrocomputer.TheequipmentisalsoloadedwiththeHallpart，theelectro-opticalsensor，infraredlaunchingtubeandotherphotoelectricelements.Thecontrolsoftwareimplementthemodulardesign，includinginitializationmoduleanddataprocessingmoduleandsoon.Asthedevelopmentofelectronicsindustry，thedemandofcoilismoreandmorebig.Thecoilusealreadyspreadsthehumanitydailynecessitiesaspects.Thewindingmachineshavegreatdevelopmentpotential.Keywords:windingmachine；tightening；automaticplatoon；lineelectro-opticalsensor目錄摘要 1ABSTRACT 2目錄 41.緒論 61.1線材及其應(yīng)用 61.2繞線機(jī)的作用和目前狀況 62.繞線機(jī)的構(gòu)成及其工作原理 82.1線材繞線機(jī)的工作原理 8繞線機(jī)由繞線機(jī)構(gòu)、排線機(jī)構(gòu)、張緊機(jī)構(gòu)三個(gè)主要部分組成。 82.2線材繞線機(jī)設(shè)計(jì)過程中的方案對比 82.2.1張緊力的產(chǎn)生方法 82.2.2卷筒部分支撐方法 92.3線材自動(dòng)繞線機(jī)的基本參數(shù)的選定 113.繞線機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 123.1方案確定 123.2技術(shù)設(shè)計(jì) 123.2.1對頂緊軸的強(qiáng)度校核： 123.2.2對軸上的圓錐輥?zhàn)虞S承的校核： 153.2.3滑動(dòng)絲杠部分的設(shè)計(jì)： 163.2.4.導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 194.排線機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 214.1方案確定 214.2技術(shù)設(shè)計(jì) 224.2.1步進(jìn)電機(jī)簡介和工作原理 224.2.2步進(jìn)電機(jī)的控制 234.2.3步進(jìn)電機(jī)的選取 244.2.4鉸制孔螺栓的強(qiáng)度校核 244.2.5鍵的強(qiáng)度的校核 254.2.6螺母工作臺(tái)上排線導(dǎo)向裝置的設(shè)計(jì) 265.張緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 275.1方案確定 275.2技術(shù)設(shè)計(jì) 276.繞線機(jī)的控制 306.1控制微機(jī)及配置 306.2排線機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制 306.3狀態(tài)監(jiān)控控制單元 317.結(jié)論 33致謝 34參考文獻(xiàn) 351.緒論1.1線材及其應(yīng)用當(dāng)今社會(huì)生產(chǎn)制造業(yè)迅猛發(fā)展，原材料消耗巨大。在現(xiàn)代化工業(yè)企業(yè)中，電力早已成為第一能源。有色金屬作為導(dǎo)線的重要原材料其消耗量也是驚人的。眾所周知，導(dǎo)線的表面導(dǎo)電率最高。而且導(dǎo)線一定要有足夠的橫截面積，所以為了降低成本，節(jié)約有限的有色金屬資源，雙金屬導(dǎo)線孕育而生。所謂線材，就是用導(dǎo)電率相對較低的鋁作為線心，用導(dǎo)電率較高的銅包在外面。其有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)降低成本。因?yàn)槠渲饕牧蠟殂~和鋁（鋁做線心銅包在外部）(2)減輕比重。(3)節(jié)約有限的有色金屬資源。因此，線材的市場潛力巨大。在國外，美國已經(jīng)有了比較完善的生產(chǎn)工藝過程。其在線材的生產(chǎn)技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位。生產(chǎn)設(shè)備比較先進(jìn)，基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。在國內(nèi)，我國積極引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，但是生產(chǎn)工藝還不完善，生產(chǎn)設(shè)備短缺，目前還處于起步階段。根據(jù)線材的直徑不同現(xiàn)在線材主要應(yīng)用在電力工程和通訊工程上。但是在不久的將來，線材一定會(huì)以它的自身優(yōu)勢逐步取代現(xiàn)在的單金屬導(dǎo)線。1.2繞線機(jī)的作用和目前狀況繞線機(jī)是線材生產(chǎn)中最后環(huán)節(jié)封裝，完成家用電器，電機(jī)及工業(yè)電機(jī)線圈繞制的電工專用設(shè)備.它主要目的是把生產(chǎn)出的線材纏繞成卷，便于運(yùn)輸。由于是生產(chǎn)的最后環(huán)節(jié)，所以一定要保證設(shè)備不會(huì)對產(chǎn)品構(gòu)成破壞，也要求有記數(shù)系統(tǒng)以便于統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量和方便銷售。國外繞線機(jī)的線嵌設(shè)備已由電器自動(dòng)控制發(fā)展到微機(jī)控制。有些還具備關(guān)鍵部位的狀態(tài)監(jiān)視和故障診斷功能.然而我國在這類設(shè)備的控制方面還基本上采用傳統(tǒng)的電器控制，生產(chǎn)效率低，線圈繞制的質(zhì)量差，屬于半手工半自動(dòng)的操作方式。本次設(shè)計(jì)題目為線材自動(dòng)繞線機(jī)設(shè)計(jì)，本項(xiàng)目屬于實(shí)際生產(chǎn)中的技術(shù)改造的裝備開發(fā)設(shè)計(jì)。該裝備主要用于新型線材的制造生產(chǎn)，該設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，達(dá)到高效、可靠、生產(chǎn)率提高的目的。在目前國內(nèi)的生產(chǎn)廠家中，繞裝過程大多為人工操作，生產(chǎn)效率低，纏繞精度不高。此設(shè)備的研制可以改善這一狀況，節(jié)約勞動(dòng)力成本。2.繞線機(jī)的構(gòu)成及其工作原理2.1線材繞線機(jī)的工作原理繞線機(jī)由繞線機(jī)構(gòu)、排線機(jī)構(gòu)、張緊機(jī)構(gòu)三個(gè)主要部分組成。在線圈卷繞之前先做好準(zhǔn)備工作，將線材穿過張緊力產(chǎn)生裝置，然后再穿過安裝在絲杠螺母副工作臺(tái)上的導(dǎo)向裝置，最后才按照一定的傳動(dòng)關(guān)系卷繞在卷筒上。電動(dòng)機(jī)與主減速器相連接，開動(dòng)電動(dòng)機(jī)后主軸開始轉(zhuǎn)動(dòng)，繞線開始。線材通過張緊機(jī)構(gòu)，可以保證纏繞時(shí)金屬線上具有一定的張緊力。從而保證金屬線能夠整齊緊密的卷繞在卷筒上。步進(jìn)電機(jī)控制排線裝置：步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制排線速度，轉(zhuǎn)向控制絲杠的移動(dòng)方向，換向位置由安裝在導(dǎo)向光杠上的紅外線接收管來控制。在導(dǎo)向裝置上的輥?zhàn)由习灿谢魻栐梢杂涗浝@線長度，測量線材移動(dòng)的速度。卷筒由脹緊裝置固定在主軸上，充分保證了卷筒和主軸的同步轉(zhuǎn)動(dòng)，以完成繞線功能。漲緊力是由內(nèi)部截面為錐形的襯套和主軸端部的錐面之間的擠壓力所提供的。上、下料時(shí)輔助支撐處的軸隨著安裝在其下部的滑動(dòng)絲杠進(jìn)行軸向移動(dòng)。使卷筒有足夠的空間可以裝卸。2.2線材繞線機(jī)設(shè)計(jì)過程中的方案對比設(shè)計(jì)過程中所遇到的主要問題是張緊力的產(chǎn)生和卷筒部分支撐。2.2.1張緊力的產(chǎn)生方法張緊力的產(chǎn)生可以有三種方法：第一種拉緊裝置俗稱“九曲橋”，線架為簡單的焊接結(jié)構(gòu)，其上焊有放一個(gè)或多個(gè)線盤的懸掛軸。拉緊裝置由立柱與膠木輪，再至繞線機(jī)繞線模上。線材在拉緊裝置上的膠木輪間反復(fù)彎曲變形通過，產(chǎn)生繞線過程中的張緊力，該力的大小可以通過調(diào)整線材穿行膠木輪的數(shù)量來控制。但是在生產(chǎn)過程中存在著很多的缺陷。金屬線材的反復(fù)彎曲，造成線材的“軟作硬化”現(xiàn)象。由于線材反復(fù)彎曲，通過多個(gè)膠木輪，摩擦力很大，還有可能導(dǎo)致線材的不均勻變形。第二種張緊力的產(chǎn)生裝置是依靠配重塊來產(chǎn)生張緊所需要的力。其具體結(jié)構(gòu)如下圖2-1所示。繞線時(shí)，先將線盤上的兩對稱軸向拉緊螺桿卸下，將兩端板緊貼于線盤兩圓盤外側(cè)，通過兩螺桿將兩端板與線盤固定于一體，然后將線盤中心孔套入線架懸掛軸上，軸端擰上防脫螺母，再將剪斷的三角帶放入帶槽的端板槽內(nèi)，三角皮帶一端固定于線架上，另一端吊掛配重塊，線材從線盤出來，經(jīng)導(dǎo)向輪至繞線機(jī)繞線模上。繞線過程中線盤轉(zhuǎn)動(dòng)，三角帶對線盤施加摩擦力，形成金屬線的拉緊力，該力的大小可調(diào)整配重塊的數(shù)量來控制。這種裝置張緊力的產(chǎn)生是采用三角帶對線盤的摩擦來實(shí)現(xiàn)的，皮帶的強(qiáng)度是有限的，即下面可以加載配重塊的重量也是有限的，因此所能產(chǎn)生的張緊力的范圍很窄。本機(jī)構(gòu)主要是對線徑為0.2mm的線材第三種設(shè)計(jì)方法是通過摩擦盤來產(chǎn)生張緊力的，線材從兩個(gè)壓緊輪中間通過，由于其中一個(gè)壓緊輪與摩擦盤相連，摩擦盤的制動(dòng)作用使金屬線材上產(chǎn)生一定的張緊力。摩擦盤依靠壓緊彈簧相互擠壓在一起，可以通過改變彈簧的變形程度，調(diào)整彈簧的幾何參數(shù)來控制摩擦盤間的壓緊力，進(jìn)一步控制張緊力的大小。這種方法設(shè)計(jì)簡單，工作可靠，易于調(diào)節(jié)，并且可以產(chǎn)生所需的較大張緊力，所以這次設(shè)計(jì)中就采用這種方法。2.2.2卷筒部分支撐方法輔助支撐部位的結(jié)構(gòu)可以有很寬的選擇范圍。如可以采取氣壓缸，液壓缸驅(qū)動(dòng)輔助支撐輪往復(fù)運(yùn)動(dòng)完成支撐（具體結(jié)構(gòu)如下圖2-2所示。圖中1為輔助支撐輪，圖中2為氣壓缸），但是此種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對于輔助支撐輥?zhàn)拥陌惭b定位精度的要求很高，如果定位不夠精確輥?zhàn)泳陀锌赡芷鸩坏捷o助支撐的作用，或者會(huì)導(dǎo)致卷筒的中心軸線并不是水平的而引起卷線誤差。另外，由于在繞線過程中卷筒的質(zhì)量越來越大，也就是說施加在輔助支撐輥?zhàn)由系牧σ矔?huì)越來越大，因此對于氣壓缸的密封性的要求很高。綜合上述的各種因素，這種方案的可行性較差。本次設(shè)計(jì)中采取輔助支撐軸來對卷筒進(jìn)行支撐，卷線的過程中支撐軸伸入卷筒的筒芯內(nèi)部。通過安裝在滑動(dòng)絲杠上頂緊軸（也就是輔助支撐軸）的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)卷筒的漲緊與放松。卷筒的安裝設(shè)計(jì)時(shí)，可以采取漲緊軸完全伸入卷筒芯部（圖2-3）和部分伸入卷筒芯部(圖2-4)兩種方案。如果采用頂緊軸完全伸入卷筒芯部的方案時(shí)，卷筒在安裝和拆卸過程中，軸的行程很大，則所需要設(shè)計(jì)的滑動(dòng)絲杠導(dǎo)軌部分的長度很大，不僅精度不容易控制，而且設(shè)備整體所占的空間也要增大。對卷筒的芯部和軸的加工配合精度的要求也很高，如果配合精度不高，很可能會(huì)導(dǎo)致軸根本不能裝入卷筒的芯部。另外，支撐軸根部的最大彎矩增大，根部受力易于斷裂，對支撐軸根部強(qiáng)度要求增高。當(dāng)軸采用部分伸入卷筒的芯部時(shí)，不僅軸的行程小，卷筒拆卸容易，對軸的加工精度和強(qiáng)度要求較低。圖2-3圖2-42.3線材自動(dòng)繞線機(jī)的基本參數(shù)的選定選取線材的直徑為=；卷筒的初始直徑：卷筒的最大繞線直徑?？梢猿醪竭x取卷筒的轉(zhuǎn)速為。可以查取機(jī)械工程手冊可得銅的抗拉強(qiáng)度為；鋁的抗拉強(qiáng)度為。線材的抗拉強(qiáng)度的計(jì)算過程中可以取抗拉強(qiáng)度較低的鋁來計(jì)算，則當(dāng)線材內(nèi)的應(yīng)力達(dá)到抗拉極限應(yīng)力時(shí)的力可以選取張緊力為。3.繞線機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1方案確定繞線部分主要由三相異步電動(dòng)機(jī)，雙級圓柱齒輪減速器和頂緊軸部分組成，如圖3-1所示三相異步電動(dòng)機(jī)是有兩個(gè)基本部分：定子（固定部分）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）。它的轉(zhuǎn)子根據(jù)構(gòu)造上的不同可以分為兩種形式：鼠籠形和繞線式。三相異步交流電動(dòng)機(jī)是生產(chǎn)上主要使用的交流電動(dòng)機(jī)，它被廣泛的應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)各種金屬切削機(jī)床、起重機(jī)、鍛壓機(jī)、傳送帶、鑄造機(jī)械、功率不大的通風(fēng)機(jī)及水泵等。頂緊軸部分可以由滑動(dòng)絲杠所帶動(dòng)沿著軸向移動(dòng)，使卷筒可以有足夠的空間完成裝卸工作。卷筒上的張緊力是通過安裝在卷筒芯部的漲緊套來完成的，頂緊軸伸入漲緊套內(nèi)部，并通過軸向移動(dòng)使卷筒和漲套緊密的壓合在一起。接觸面上產(chǎn)生很大的壓緊力，于是在頂緊軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以在接觸面間產(chǎn)生足夠大的摩擦力，從而保證了，卷筒同旋轉(zhuǎn)軸的同步運(yùn)動(dòng)，完成繞線功能。這里選用的滑動(dòng)絲杠可以將絲杠的螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為頂緊軸的直線運(yùn)動(dòng)。滑動(dòng)絲杠具有結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，易于自鎖和傳動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn).3.2技術(shù)設(shè)計(jì)3.2.1對頂緊軸的強(qiáng)度校核：卷筒上繞滿線材時(shí)，即卷筒的直徑達(dá)到最大值400mm時(shí)，卷筒的總的重量是的計(jì)算：等式中參數(shù)的意義是線材的有效密度V為雙金屬的體積可以查工程材料手冊知到：鋁的密度為銅的密度為選取較大的銅的密度來計(jì)算：可以選取卷筒本身的質(zhì)量為：則可易知：設(shè)計(jì)出頂緊軸的結(jié)構(gòu)如下圖；由于頂緊軸要承受的是軸向力，所以可以選用圓錐磙子軸承，這里選取圓錐的型號為（32013），軸承的主要技術(shù)參數(shù)為，，，，，各段的尺寸如圖上標(biāo)注所示。則可以通過計(jì)算來校核軸的彎曲強(qiáng)度?？梢缘玫捷S的徑向受力分析圖：根據(jù)上面的受力分析，可以列出下列方程組：可以解得：各個(gè)力的方向如圖所示。由于金屬線的張緊力并不在卷筒上產(chǎn)生，即張緊力不作用在卷筒上。所以可以忽略切向力。卷筒只受到軸向力和徑向力?？梢援嫵鲰斁o軸上的的彎矩圖可以看出在作用點(diǎn)處，軸上的彎矩達(dá)到最大值。在這里軸的抗彎截面系數(shù)接著可以根據(jù)彎扭合成軸的強(qiáng)度條件：來進(jìn)行校核。式中各參數(shù)的物理意義和單位是：軸的計(jì)算應(yīng)力，單位為。 為軸所受的彎矩，單位為 為軸所受的扭矩，單位為 為軸的抗彎截面系數(shù)，單位為為對稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力則帶入數(shù)據(jù)可以得到：則可以知道軸滿足強(qiáng)度要求。3.2.2對軸上的圓錐輥?zhàn)虞S承的校核：由圖可知，頂緊軸前端的錐形軸處的錐度為1：10，可見錐度軸的長度為75mm，可以取當(dāng)量直徑為=65mm。.=則可知由于套筒和軸均為鋼制結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取摩擦系數(shù)=0.28===13736.26N又可以由圖3-5示的關(guān)系可以知道：=N.==其中=則==1367這里所求出的力為滑動(dòng)絲杠處的軸向力，也就是作用在圓錐輥?zhàn)虞S承上的軸向力。經(jīng)過分析可以知道，靠近外部的軸承所受到的軸向和徑向載荷都是最大的，所以僅僅對它進(jìn)行校核。由手冊可以查取，，。由于則可以取，。由于系統(tǒng)的載荷有輕微的變化，可以選取，則軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷為：可以查得型圓錐輥?zhàn)虞S承的額定動(dòng)載荷為演算軸承的壽命假設(shè)每班工作8小時(shí)，每天工作兩班，一年300個(gè)工作日。則軸承的壽命為2965年，原遠(yuǎn)滿足壽命要求。3.2.3滑動(dòng)絲杠部分的設(shè)計(jì)：滑動(dòng)絲杠采用混合式步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，頂軸的進(jìn)退通過步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來控制；頂軸的移動(dòng)速度通過步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制這里可以選取型混合式步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)的步距角為，驅(qū)動(dòng)電壓為，凈轉(zhuǎn)矩為，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為，重量為。在前面圓錐輥?zhàn)虞S承的計(jì)算過程中已經(jīng)求出滑動(dòng)絲杠內(nèi)部的作用力。輔助支撐部位的滑動(dòng)螺旋絲杠傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)：(1)可選擇梯形螺紋。牙形角=，螺紋副的大徑和小徑處有相等的徑向間隙。牙根強(qiáng)度高，螺紋的工藝性好（可以用高生產(chǎn)率的方法制造）；內(nèi)外螺紋以錐面貼合，對中性好，不易松動(dòng)；采用剖分式螺母，可以調(diào)整和消除間隙，但是其效率低。(2)軸向載荷F=1367N部件材料的選擇螺桿材料：淬火鋼，許用壓強(qiáng)=10-13MP，這里可以選取12MP螺母材料：青銅，滑動(dòng)速度的范圍6-12選用部分式螺母=2.5，=0.8則螺桿的中徑==0.8=5.4由于未考慮工作臺(tái)與導(dǎo)軌之間的摩擦，所以中徑的值應(yīng)該大于5mm選擇滾珠絲杠的工稱直徑d=32mm，導(dǎo)程p=4==d-0.5p=32-0.54=30mm=d-2(0.5p+)=32-2(0.54+1.5)=25mm所以可以選擇以下螺母：螺母的高度H==2.529=72.5mm絲杠的圈數(shù)Z===12絲杠的工作高度=0.56=3mm工作時(shí)的壓強(qiáng)mp<驗(yàn)算螺紋的自鎖導(dǎo)程螺旋升角===當(dāng)量摩擦角== =0.07（淬火鋼對青銅） <因此可以自鎖。絲杠抗壓強(qiáng)度的校核：當(dāng)量應(yīng)力===29.82這里的表示絲杠的許用應(yīng)力，則為材料的屈服強(qiáng)度，對于45號鋼來說，則由上面的計(jì)算可以知道絲杠的強(qiáng)度是滿足要求的。絲杠牙強(qiáng)度的校核：絲杠牙底的寬度絲杠剪切強(qiáng)度的校核=0.4Mp〈45號鋼材的抗剪切強(qiáng)度為，則絲杠的強(qiáng)度滿足強(qiáng)度要求。絲杠彎曲強(qiáng)度的校核計(jì)算：其中為45號鋼材的屈服極限，數(shù)值為。為材料使用時(shí)的安全系數(shù)。螺母剪切強(qiáng)度的校核：螺母彎曲強(qiáng)度的校核：絲杠的穩(wěn)定性校核：絲杠的最大工作長度為，由于螺桿兩端固定，所以可以選?。ù慊痄摚?則有可知滿足穩(wěn)定性要求。傳動(dòng)效率的計(jì)算滑動(dòng)絲杠也要受到軸向力的作用，所以滑動(dòng)絲杠的支撐處可以采用圓錐輥?zhàn)虞S承，根據(jù)滑動(dòng)絲杠的幾何參數(shù)可以選取32004型圓錐輥?zhàn)虞S承。軸承的主要參數(shù)為，，，，，。聯(lián)軸器的選擇與校核：選取，型，聯(lián)軸器上的鍵用聯(lián)軸器上的螺栓為絞制孔螺栓。由于此軸在工作過程中基本上不承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，所以聯(lián)軸器上的螺栓不會(huì)承受很大的擠壓應(yīng)力和剪切應(yīng)力。這里的螺栓的強(qiáng)度就不予以校核。3.2.4.導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)頂緊軸要靠滑動(dòng)導(dǎo)軌來支撐，頂緊軸在滑動(dòng)導(dǎo)軌上往復(fù)移動(dòng)。這里的導(dǎo)軌的樣式和尺寸如下圖所示：圖3-6滑動(dòng)導(dǎo)軌處燕尾槽的尺寸4.排線機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1方案確定圖4-1排線機(jī)構(gòu)方案如圖4-1，排線部分主要是由三相異步電動(dòng)機(jī)、剛性聯(lián)軸器、滾珠絲杠組成可以選取型滾珠絲杠，則絲杠的主要的技術(shù)參數(shù)如下：絲杠的外徑導(dǎo)程絲杠的谷徑滾珠中心徑滾子的直徑為滾珠絲杠的螺旋升角。則所以可知滾珠絲杠的軸向固定可以通過圓螺母來進(jìn)行。圓螺母多為細(xì)牙螺母常用于較大的聯(lián)接，這種螺母便于使用鉤頭扳手裝拆，一般配用圓螺母止動(dòng)墊圈，常與滾動(dòng)軸承配套使用?？梢酝ㄟ^步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)線材的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；通過步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制排線的速度。絲杠可以通過對稱安裝在它兩側(cè)的光杠來導(dǎo)向。光杠保證了絲杠的螺旋運(yùn)動(dòng)可以正常轉(zhuǎn)化為螺母的直線運(yùn)動(dòng)。安裝在光杠上的紅外線接收管還可以限制工作臺(tái)移動(dòng)的范圍。4.2技術(shù)設(shè)計(jì)4.2.1步進(jìn)電機(jī)簡介和工作原理在本設(shè)計(jì)中采用步進(jìn)電機(jī)為換向機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件，主要考慮了可以控制其精確的換向和穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速。步進(jìn)電機(jī)是一種把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移的執(zhí)行元件，每改變一次其勵(lì)磁狀態(tài)就轉(zhuǎn)過一個(gè)角度（布距角a），若不改變勵(lì)磁狀態(tài)則保持一定位置而靜止。當(dāng)一串電脈沖（n個(gè)）以一定相序輸入惦記時(shí)，其轉(zhuǎn)子就沿某一方向轉(zhuǎn)動(dòng)an個(gè)角度（以一定機(jī)械機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比例可轉(zhuǎn)化為送進(jìn)長度）。通過控制發(fā)出電脈沖的個(gè)數(shù)和時(shí)間，就能控制生產(chǎn)顯得送進(jìn)位移規(guī)律，改變電脈沖的得電相序，就能控制電機(jī)的角位移方向，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速則正比于輸入電脈沖的頻率，步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行、停止通常是個(gè)從低頻向高頻再到低頻階段過渡的發(fā)電脈沖過程。該種電機(jī)其特點(diǎn)歸納起來有：可以用數(shù)字信號直接進(jìn)行開環(huán)控制，整個(gè)系統(tǒng)簡單廉價(jià)；位移與輸入脈沖信號個(gè)數(shù)相對應(yīng)，步距誤差不長期積累，可以組成閉環(huán)控制系統(tǒng)；無刷，電機(jī)本體部件少，可靠性高；易于啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)及變速，響應(yīng)性也好；停止時(shí)，可有自鎖能力；步距角選擇范圍大，可在幾十角分至180度內(nèi)；在小步距角情況下，通?？梢栽诔退傧赂咿D(zhuǎn)距穩(wěn)定運(yùn)行；速度調(diào)節(jié)范圍廣，并可實(shí)現(xiàn)一臺(tái)控制器控制多臺(tái)步進(jìn)電機(jī)完全同步運(yùn)行；步進(jìn)電機(jī)帶慣性負(fù)載的能力較差；存在高頻易失步，低頻易共振的缺點(diǎn)；步進(jìn)電機(jī)必須有專門的驅(qū)動(dòng)電源供電。電磁步進(jìn)電機(jī)分為磁阻式（反應(yīng)式）、永磁式和永磁感應(yīng)式（混合式）。其相數(shù)可分為：單相、二、三、四、五和八相等，增加相數(shù)可以提高電機(jī)的運(yùn)行性能，但同時(shí)其結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)電源就更復(fù)雜，增加成本。如圖，三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的橫截面。它的定子有三對磁極，每一對磁極上繞著一相繞組，繞組通電時(shí)，這兩個(gè)磁極的極性相反；三相繞組接成星形。定轉(zhuǎn)子的齒距通常相等。圖中所示轉(zhuǎn)子齒數(shù)為40，則每個(gè)齒距對應(yīng)空間角度是。當(dāng)某一相繞組通電，會(huì)形成一定的磁場，而當(dāng)定轉(zhuǎn)子齒的相對位置不同時(shí)，磁路的導(dǎo)磁會(huì)變化，定轉(zhuǎn)子齒對齒處的每個(gè)級磁導(dǎo)最大，定轉(zhuǎn)子齒對槽處的每個(gè)級磁導(dǎo)最小。轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定平衡位置是使通電磁路的磁導(dǎo)為最大的位置，所以某相通電就是使該相定轉(zhuǎn)子齒對齒。若A相通電后，B相再通電時(shí)，B與A的繞組軸線夾角為120度，中間包括齒距數(shù)120/9=13+1/3，這樣，當(dāng)通電順序是A→B時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)沿ABC的方向轉(zhuǎn)過1/3齒距。同理， B→C時(shí)，轉(zhuǎn)子又會(huì)沿ABC方向再轉(zhuǎn)過1/3齒距，C→A時(shí)，轉(zhuǎn)子又會(huì)沿ABC方向再轉(zhuǎn)過1/3齒距，可見，在連續(xù)不斷地按A—B—C—A—B……的順序分別給各相繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)沿ABC方向以每次轉(zhuǎn)過1/3齒距，即3度的空間角，連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)。其中，磁場的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的比等于轉(zhuǎn)子齒數(shù)。同理，如果按A—C—B—A—C……的順序通電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿ACB方向轉(zhuǎn)動(dòng)。也就是說，改變電動(dòng)機(jī)的通電順序，可以決定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。上述通電方式都是三相單三拍運(yùn)行方式。三拍（A—AB—B—BC—C—CA—A—AB—……）方式運(yùn)行，后者是前者的一半步距角?？傊慌_(tái)步進(jìn)電機(jī)，可以有不同的通電方式和不同的運(yùn)行拍數(shù)，Z表示轉(zhuǎn)子齒數(shù)，則每改變一次通電狀態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過角度的平均值稱之為步距角，用表示，則：=步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性很重要，它可以反映步進(jìn)電機(jī)的帶載能力大小。圖4-2步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡示意圖4.2.2步進(jìn)電機(jī)的控制步進(jìn)電機(jī)不能直接接到交流電源上工作，而必須使用專用設(shè)備：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能，除了與電動(dòng)機(jī)自身有關(guān)以外，也在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)劣。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器主要構(gòu)成如圖。圖4-3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成示意圖4.2.3步進(jìn)電機(jī)的選取卷線的過程中必須保證卷筒和絲杠之間滿足一定的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，才能使線材均勻緊密的卷繞在卷筒上。即必須滿足：其中卷筒部分的速度已經(jīng)初定，，。則由上面的關(guān)系式可得：。在絲杠的傳動(dòng)過程中可能所受的最大的轉(zhuǎn)矩為：則所需的步進(jìn)電機(jī)的功率為為了使傳動(dòng)的安全可靠，并且系統(tǒng)可在有沖擊時(shí)也可以正常的工作?？梢赃x取型混合步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電壓為。4.2.4鉸制孔螺栓的強(qiáng)度校核步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠之間通過型剛性聯(lián)軸器相連，凸緣聯(lián)軸器利用鉸制孔螺栓對中，這種螺栓連接是依靠螺栓與螺栓孔壁之間的擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩的，不但減輕了螺栓的預(yù)緊力，而且還提高了其傳遞轉(zhuǎn)矩的能力。剛性聯(lián)軸器的邊緣均布著6個(gè)鉸制孔螺栓，則可由力矩平衡的條件可以計(jì)算出每個(gè)鉸制孔上所承受的力（按照螺栓分布在剛性聯(lián)軸器凸緣的中心來進(jìn)行計(jì)算）。螺栓中心的距離聯(lián)軸器的中心的距離為：因?yàn)閺埦o力由專門的機(jī)構(gòu)產(chǎn)生，所以絲杠上僅僅承受很小的力，假設(shè)絲杠和用于導(dǎo)向的兩個(gè)光杠各承受三分之一的張緊力（這也是絲杠受力的最大一種情況）?？汕蟮?。螺栓與孔壁的擠壓強(qiáng)度：螺栓和孔壁均可以用45號鋼。45號鋼一些基本參數(shù)為：抗拉強(qiáng)度：屈服強(qiáng)度：抗剪強(qiáng)度=抗剪強(qiáng)度45號鋼的擠壓應(yīng)力為則易知螺栓的剪切強(qiáng)度條件的校核：可以知道螺栓的剪切強(qiáng)度也符合要求。4.2.5鍵的強(qiáng)度的校核聯(lián)軸器與滾珠絲杠軸連接處的軸的型號；型公式中的參數(shù)及其意義；為鍵的側(cè)面的擠壓強(qiáng)度。為鍵的工作區(qū)域的長度，對于圓頭平鍵為鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，查手冊可以知道查取鍵的參數(shù)帶入上面的等式：查取手冊知道鋼在輕微波動(dòng)的情況下的抗壓強(qiáng)度為：。鍵在傳動(dòng)過程中除了受到擠壓應(yīng)力，還受到剪切強(qiáng)度的作用，但是剪切強(qiáng)度很小，這里不予以詳細(xì)的計(jì)算和分析。凸圓聯(lián)軸器上與電機(jī)的伸出軸相連處鍵的型號為：型同理參數(shù)的選取及其意義同前。鍵的擠壓強(qiáng)度的計(jì)算：可以知道這個(gè)鍵的強(qiáng)度也是符合要求的。4.2.6螺母工作臺(tái)上排線導(dǎo)向裝置的設(shè)計(jì)線材從兩壓緊輪中間通過后就產(chǎn)生了一定的張緊力。張緊后的金屬線穿過安裝在絲杠螺母副工作臺(tái)上的導(dǎo)向輪，最終纏繞在卷筒上，完成繞線工作。導(dǎo)向裝置是由兩個(gè)導(dǎo)向輪和一個(gè)托線輥組成，導(dǎo)向輪可以使金屬線材平穩(wěn)的按照預(yù)定的方向輸送到卷筒上；托線輥可以使金屬線保持在兩個(gè)導(dǎo)向輪中間，避免了由于線材脫離而引起的誤差和損害。5.張緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1方案確定圖5-1張緊裝置方案張緊裝置主要是用于產(chǎn)生線材上的張緊力。恒定的張緊力可以使金屬線均勻緊密的纏繞在卷筒上。線在繞制的過程中必須使用適當(dāng)?shù)膹埦o力拉直。張緊力不宜過小，也不宜過大。張緊力過大，線材拉伸變形，有時(shí)還可能將線材拉斷；張力過小，線材拉不直，被繞制線圈匝間貼合不好，線圈的截面尺寸超差。方案中采取摩擦盤來產(chǎn)生張緊力，張緊力的大小可以通過壓緊輪之間的擠壓力來控制。摩擦盤之間通過壓縮彈簧壓緊，可以通過調(diào)節(jié)彈簧的變形程度和幾何參數(shù)來控制其所產(chǎn)生的摩擦力。因?yàn)樵诶@線過程中，要求摩擦盤總是處于工作狀態(tài)，即兩摩擦盤總是具有相對的轉(zhuǎn)動(dòng)。長時(shí)間的磨擦使摩擦盤很容易破損，失去工作能力。這樣就需要經(jīng)常更換摩擦盤，不僅增加了運(yùn)營的成本，而且還耽誤了寶貴的生產(chǎn)時(shí)間，經(jīng)濟(jì)效益不好。所以可以在摩擦盤的表面安裝耐磨性好，拆裝方便的摩擦片。摩擦片失效時(shí)可以及時(shí)更換，而摩擦盤還可以繼續(xù)使用。摩擦片不僅價(jià)格便宜，而且裝拆容易，延長了摩擦盤的壽命，節(jié)約了生產(chǎn)時(shí)間，降低了運(yùn)營成本。5.2技術(shù)設(shè)計(jì)（1）可以選取壓線盤的直徑為，摩擦盤的有效直徑為。摩擦盤間的摩擦系數(shù)為。作用在壓緊輪上的旋轉(zhuǎn)力矩：根據(jù)轉(zhuǎn)矩平衡原理可以知道：摩擦盤處產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩同壓緊輪上的轉(zhuǎn)矩相平衡，即：帶如已知的數(shù)據(jù)可以得；（彈簧內(nèi)的壓緊力）可選取摩擦軸的直徑為，作用在摩擦盤軸內(nèi)剪切力為（2）壓縮彈簧的幾何尺寸的計(jì)算：材料直徑；彈簧的中徑；彈簧的內(nèi)徑；彈簧的外徑。旋轉(zhuǎn)比有效圈數(shù)在這里，，。熱軋彈簧鋼，切變摸量取，則壓縮彈簧的支撐圈數(shù)為總的圈數(shù)為：節(jié)距間距自由長度工作長度螺旋角度最大芯軸直徑最小套筒直徑6.繞線機(jī)的控制控制單元的作用是完成繞線機(jī)各種動(dòng)作控制，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能如下圖所示。剎車裝置光耦整流電源與電池80C31剎車裝置光耦整流電源與電池80C31直流電機(jī)PWM驅(qū)動(dòng)裝置光耦直流電機(jī)PWM驅(qū)動(dòng)裝置光耦供電控制供電控制繞頭轉(zhuǎn)速測量繞頭轉(zhuǎn)速測量步進(jìn)電機(jī)變細(xì)分析驅(qū)動(dòng)器光耦步進(jìn)電機(jī)變細(xì)分析驅(qū)動(dòng)器光耦EPROM EPROM 排線機(jī)構(gòu)位置測量排線機(jī)構(gòu)位置測量圖6-1控制功能結(jié)構(gòu)圖6.1控制微機(jī)及配置控制微機(jī)為，由整流電源和后備電池供電失常迫使繞線過程停止時(shí)，切換為電池供電并運(yùn)行于低功能睡眠狀態(tài)，其內(nèi)部儲(chǔ)存保護(hù)已經(jīng)繞制圈數(shù)、需要繞制圈數(shù)等重要的數(shù)據(jù)并鎖定各種控制信號，直至電池恢復(fù)正常以后，在根據(jù)數(shù)據(jù)記錄繼續(xù)工作。6.2排線機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制高質(zhì)量的排線過程要求繞頭旋轉(zhuǎn)一周時(shí)排線機(jī)構(gòu)在排線方向上移動(dòng)一個(gè)線徑的距離。對于上述排線機(jī)構(gòu)在排線，其運(yùn)動(dòng)要求變?yōu)椋豪@頭旋轉(zhuǎn)一周，控制器向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送一定數(shù)量的驅(qū)動(dòng)脈沖，使排線機(jī)構(gòu)完成一個(gè)徑向的位移運(yùn)動(dòng)。脈沖數(shù)為整數(shù)，由線徑和脈沖當(dāng)量的商決定，而步進(jìn)方向由排線方向決定。為了滿足移動(dòng)一個(gè)線徑步進(jìn)脈沖數(shù)為整數(shù)的要求，特對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行了變細(xì)分驅(qū)動(dòng)，通過不同的細(xì)分方式得到不同的脈沖當(dāng)量。例如，由步距角為混合式步進(jìn)電機(jī)和導(dǎo)程為的滾珠絲杠組成的排線機(jī)構(gòu)，整步方式即步距角運(yùn)行時(shí)的脈沖當(dāng)量為；而8細(xì)分方式運(yùn)行脈沖當(dāng)量為；10細(xì)分方式運(yùn)行脈沖當(dāng)量則變?yōu)?。對于線徑的繞線，排線機(jī)構(gòu)由整步方式驅(qū)動(dòng)移動(dòng)一個(gè)線徑需要25個(gè)脈沖；而線徑為繞線利用4細(xì)分方式驅(qū)動(dòng)，移動(dòng)一個(gè)線徑需要50個(gè)脈沖。因此，控制微機(jī)對排線機(jī)構(gòu)的控制過程為：根據(jù)線徑確定步進(jìn)的細(xì)分?jǐn)?shù)以及移動(dòng)一個(gè)線徑需要的脈沖數(shù)，并在繞頭旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間內(nèi)根據(jù)繞頭轉(zhuǎn)速向步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器發(fā)送確定數(shù)目的步進(jìn)脈沖，即可達(dá)到繞頭旋轉(zhuǎn)一周排線機(jī)構(gòu)在排線方向上移動(dòng)一個(gè)線徑的目的。6.3狀態(tài)監(jiān)控控制單元繞頭旋轉(zhuǎn)監(jiān)視單元的作用是實(shí)現(xiàn)繞制線圈數(shù)統(tǒng)計(jì)、轉(zhuǎn)速檢測以及繞頭旋轉(zhuǎn)一圈排線機(jī)構(gòu)移動(dòng)一個(gè)線徑的協(xié)調(diào)控制。使用的傳感器為霍爾元件?？刂莆C(jī)通過對霍爾元件輸出的脈沖信號的統(tǒng)計(jì)處理得到繞頭轉(zhuǎn)速和繞線圈數(shù)等參數(shù)?；魻栐幢粰z測的對象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為:直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測受檢對象上人為設(shè)置的磁場，用這個(gè)磁場來作被檢測的信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等，轉(zhuǎn)變成電量來進(jìn)行檢測和控制。卷筒的有效長度監(jiān)視單元，是在與繞頭平行的光杠上對齊卷筒兩端有效內(nèi)測面安裝的兩組紅外線接受管，而紅外線發(fā)射管安裝在螺母上，由此對排線機(jī)構(gòu)左右移動(dòng)范圍進(jìn)行界定。光電耦合器可工作于開關(guān)狀態(tài)，傳輸脈沖信號。