V某線圈平繞機的繞線機構(gòu)設(shè)計計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u26339某線圈平繞機的繞線機構(gòu)設(shè)計計算案例 1295011.1繞線機構(gòu)方案確定 1286041.2交流電動機的選擇 1305361.3同步帶設(shè)計計算 211431.4頂柱的設(shè)計與強度校核 6247411.5頂柱圓錐滾子軸承校核 8131491.6滑動絲杠設(shè)計 10281901.7導軌設(shè)計及選型 13110241.8手輪設(shè)計 151.1繞線機構(gòu)方案確定如圖2.1所示，繞線機構(gòu)主要可以分為交流電動機、減速裝置和頂緊裝置三部分。考慮到使用費率,初選的交流三相異步電動機,由定子和轉(zhuǎn)子共同組成。交流三相變頻直流異步電動機根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類大致可以劃分為老鼠籠型與繞線式。三相異步交流電動機已經(jīng)被廣泛地應用到了工業(yè)各個方面,在傳送帶、機床和一些重型機械上都能見到它的身影。頂緊裝置主要包括頂柱和滑動絲杠兩個部分?；瑒咏z杠的轉(zhuǎn)動帶動頂柱軸向運動,頂柱與骨架之間通過脹緊套將頂柱壓合在一起,增大了接觸面之間的壓力,并且對頂柱產(chǎn)生了很大的摩擦力,接觸面之間的壓力較大,產(chǎn)生較大的摩擦力,使骨架和頂柱同步旋轉(zhuǎn)。這里所說的需要大家選擇的一種是新型滑動式數(shù)控絲杠,它不僅可以把滑動絲杠上的螺旋運動旋轉(zhuǎn)變成了絲杠上滑動軸的一個垂直旋轉(zhuǎn)運動,使用新型滑動絲杠使其結(jié)構(gòu)簡單,加工方便,易于控制電機自鎖,傳動平穩(wěn)。1.2交流電動機的選擇按照電源的類型分，電機又被稱為交流和直流。本設(shè)計選用了交流風力發(fā)電機而不是選擇了直流風力發(fā)電機，是因為在同等功率情況下直流電動機更加昂貴，體積和重量都相對比較大，而且本設(shè)計對主軸轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)精度要求不是很高，所以從性價比及質(zhì)量方面考慮，選擇交流電動機會更好。在傳統(tǒng)的交流直線式電動機中，有兩種同步直線式電動機和一種異步電動機,同步直線式電動機的結(jié)構(gòu)相對簡單，成本低，而且能夠進行調(diào)速，而傳統(tǒng)的異步直線式電動機由于結(jié)構(gòu)相對復雜，造價較高,最重要的是不能調(diào)速，無法滿足本設(shè)計。綜上所述,本次設(shè)計中選用了一臺三相異步直流電動機。電動機所需要的容量為： P0=P式中：Pw為骨架滾動所需要的功率，單位為KW；η骨架轉(zhuǎn)動所需要的功率： Pw=由上可知：Fmax=7.22N，V=2πrn60交流電動機到骨架的總效率η按照如下公式計算： η=η同步帶輪之間的傳動效率η1=0.93，頂柱與骨架之間效率η代入數(shù)據(jù)得：P0考慮到特殊情況，取F=100N，得P0交流電機發(fā)動機的機械容量大小選擇的基本設(shè)計原則也就是電機容量大小應該得大于P0,綜上所述,根據(jù)目前我國的電動機械設(shè)計以及技術(shù)使用手冊我們可以考慮選擇一種y系列的三相異步高速交流電機發(fā)動機例如y100l-6，其參數(shù)見表2.1：表4.1Y100L-6參數(shù)型號額定功率（kw）滿載轉(zhuǎn)速r.min額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩Y100L-61.59402.02.01.3同步帶設(shè)計計算同步帶式傳動機械是一種新型的機械傳動(如圖1.1所示)。其傳動方式類似于齒輪傳動相似，以嚙合方式進行傳動，傳動效率最高可達百分之九十八左右，可以實現(xiàn)主從帶輪同步轉(zhuǎn)動。相較于平帶、V帶，同步帶更適合與本次設(shè)計需要，其集傳動效率高、傳動平順、噪音小、傳動精度高、速比大等優(yōu)點于一身，被廣泛運應用。圖1.1同步帶傳動確定同步帶傳動的設(shè)計功率PP式中：k為載荷修正系數(shù)，如下表2.2所示。表2.2載荷修正系數(shù)K表1.3同步帶型號表1.4帶輪最少許用齒數(shù)[16]表1.5標準同步帶的節(jié)線長度表1.6七種同步帶型號的主要參數(shù)[12][15][16]確定帶的型號和節(jié)距由設(shè)計功率Pd=2.7KW和小帶輪轉(zhuǎn)速940r.min?1，查表1.3選用H型同步帶，對應的節(jié)距選擇小帶輪齒數(shù)根據(jù)測定小帶輪的傳動轉(zhuǎn)速及其與帶輪同步帶的傳動型號,查表1.4確定了如小帶輪的傳動齒數(shù)Z1=20,則帶輪相當于大帶輪的傳動齒數(shù)Z確定帶輪的外圓直徑（d0 d1= d2= d01= d01=代入數(shù)據(jù)計算的d1=80.892mm，d2=202.127mm，確定同步帶的節(jié)線長度L Lp=2取a=485mm，代入數(shù)據(jù)求得Lp=1422.09mm，查表2.5可選擇標準節(jié)線長計算同步帶齒數(shù)Zb傳動中心距a的計算： a=P按照接近公式計算： a0= M=P帶入數(shù)據(jù)兩個公式計算出的結(jié)果a=485.157，a0確定同步帶所需寬度由上述計算結(jié)果可知：Z1=20,Pb=12.700mm,基準額定功率公式： P0= V=ω通過檢驗查表2.6可得許用應力T0=2100.85N，單位相對于的長度質(zhì)量m=0.448kg/m,由此可求得P計算小帶輪嚙合齒數(shù) Zm=Z1/2-PbZ12確定帶輪實際所需寬度b bs≥b通過查表2.6，取bs驗算并整理最終結(jié)果： P=(kakwTa-b驗算結(jié)果合格。綜上可得結(jié)果：帶選用H型同步帶Pb=12.7mm，Zb=112，帶輪的參數(shù)Z1=20，d1=80.892mm傳動中心距a=485.157mm。1.4頂柱的設(shè)計與強度校核頂柱質(zhì)量的好壞直接影響繞線機繞線的效率與質(zhì)量，頂柱不僅要對骨架進行頂緊，而且還肩負著支撐骨架整體質(zhì)量的作用，在骨架完全纏繞直徑達到最大值400mm時，要求頂柱能夠完成承受其總體質(zhì)量，現(xiàn)設(shè)骨架的最大質(zhì)量為Gmax。通過查詢相關(guān)資料，我們得知G Gmax'要計算骨架的總質(zhì)量Gmax，不僅包括骨架自身質(zhì)量，還包括所繞導線的質(zhì)量。通過查詢的工程原材料手冊,銅的密度大約為P?=8.9g/cm2。已知銅的密度，帶入上面計算過程中計算出Gmax，=0.92P通過上面的計算，可以大致設(shè)計出頂柱的基本形態(tài)，頂柱的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.2所示：圖1.2頂柱結(jié)構(gòu)示意圖端蓋主要是對軸承起到密封和防塵的作用，同時也防止軸承裸露影響美觀。頂柱在頂緊骨架并支撐骨架的同時，也要隨著骨架同步旋轉(zhuǎn)，所以需要用到軸承。頂柱軸承主要受到垂直與地面的重力和沿頂柱的軸向力，所以本次設(shè)計選擇圓錐棍子軸承，軸承型號為32013，其主要的參數(shù)信息為d=65mm，D=100mm，T=23mm，a=22.4mm，Cr=82.5KN，初步的尺寸以設(shè)計為圖1.圖1.3頂柱受力分析簡圖圖1.4彎矩圖頂柱的軸承在徑向上，靠近骨架的軸承對頂柱起到支撐的作用，方向向上的力F1；第二個軸承對頂柱尾部起到一個向下的下壓力F2，阻止頂柱翹起；頂柱錐形端部收受到骨架的重力向下G/2，通過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，F(xiàn)2=777.52N。如圖2.4彎矩圖所示，在F1作用點彎矩值達到最大值Mmax，根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以計算出M要驗算頂柱的強度是否滿足要求，由公式可知： σca=簡化公式：σca所以還需要知道軸的抗彎截面系數(shù)W=π綜上將Mmax=224547.776n.mm和w=26961mm3帶入公式求得σca1.5頂柱圓錐滾子軸承校核頂柱上的選用圓錐滾子軸承而不選用深溝球軸承，是因為頂柱對骨架進行頂緊時會受到軸向力，深溝球軸承不滿足工作需求。在頂柱上，F(xiàn)1作用點受到的徑向力和軸向力都是最大的，所以此次對圓錐棍子軸承進行校核就只對F1作用點的軸承進行校核，如果其滿足要求，則另一個軸承也會滿足要求，如若不滿足，就需要重新選擇軸承，因為圓錐棍子軸承在實際使用中通常是相同型號成對使用。如同1.2所示，頂柱的頂緊端是呈現(xiàn)一定錐度的，有利于個好頂緊骨架，本次設(shè)計的錐度為1：10，設(shè)圓錐棍子軸承所受軸向力為F，畫出頂柱頂緊端的受力簡圖如圖1.5所示。圖1.5頂柱頂緊端受力簡圖如圖所示可知：又由公式可知：根據(jù)設(shè)計可知dw為軸承的內(nèi)徑直徑為65mm；μ為脹套與頂柱錐端面的摩擦系數(shù)，本次設(shè)計這兩零件選材都為鋼，所以取μ為0.28；T綜上計算出軸向力F=1366.81N。計算出圓錐棍子軸承軸向力F，又已知徑向力F1，接下來就可以對軸承進行校核。我們需要計算等效動載荷是否小于所選軸承的額定動載荷，小于即使?jié)M足工作要求，其計算公式為： P=f由F/F1=1366.81/2837.6=0.482。通過查詢機械設(shè)計手冊選取e=0.46，X=0.5，Y=1.3，fp=1.2。綜上代入數(shù)據(jù)計算的p對于軸承的壽命進行了計算,看它們是否能夠滿足實際使用需要。假設(shè)工廠每天三班倒，24小時不間斷生產(chǎn)，除去上下料時間以及維修和節(jié)假日時間，一年算330天，則每年軸承工作24*330=7920h。軸承壽命的計算公式為： L?=綜上軸承的工作時間為L?1.6滑動絲杠設(shè)計滑動螺桿在手輪的作用下轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動通過螺母副轉(zhuǎn)化為頂柱的軸向運動。本部分主要設(shè)計了滑動式螺桿,主要設(shè)計內(nèi)容包含對于螺紋種類的選擇、對于螺桿和螺母原件材料的選擇、螺桿的中徑的計算及滾珠絲杠直徑的選擇等。在以上設(shè)計都確定了之后，我們需要校驗螺紋是否滿足自鎖要求（螺旋升角需小于當量摩擦角），還要對絲杠抗壓強度的校驗以及對絲杠穩(wěn)定性進行校驗。此次滑動絲杠設(shè)計主要是強度滿足條件即可，其作用主要是對骨架進行頂緊，滑動絲杠受到的軸向載荷就等于頂柱滾珠絲杠的軸向載荷F=1366.81N，對滑動絲杠精度要求不高，本次設(shè)計也是參考了普通車床進行設(shè)計。是否滿足自鎖條件絲杠螺母主要分為整體式螺母和剖分式螺母。整體式螺母顧名思義就是做成一個整體，沒有斷切面，我們平時用的比較多的就是這種螺母，其示意圖如圖1.6所示。剖分式螺母是相對比較新穎的一種螺母，其由左半邊螺母和右半邊螺母配合組成，其優(yōu)點就是便于調(diào)隙，其缺點就是效率低，其示意圖如圖1.7所示。圖1.6整體式螺母圖1.7剖分式螺母本設(shè)計采用分體式螺母，選用30°牙形角梯形螺紋。螺桿的材料要求還是要高一點，最好其許用壓強是大于10MP且小于13MP之間；螺母在材料的選擇中也要滿足滑動速度范圍要求的6m/min到12m/min。綜上要求，通過查詢相關(guān)資料，螺桿選用淬火鋼，螺母選用青銅，正好滿足工作需要。下面需要計算螺桿的中徑，其公式為： d2=通過查詢機械設(shè)計手冊ψ=2.5，δ=0.8；[P]取12MP，F(xiàn)=1366.81N，代入數(shù)據(jù)計算得螺桿中徑為5.4mm。參考前人設(shè)計以及一些普通機床的手冊，對絲杠的公稱直徑及其導程進行選擇，結(jié)合本設(shè)計，最終確定其參數(shù)為：D=32mm，p=4mm。由此計算出以下結(jié)果：dd接下來選擇螺母參數(shù)如表2.7所示，看是否滿足自鎖要求。螺旋升角的計算公式如下： λ=arctan當量摩擦角公式如下： ρ'=表2.7螺母絲杠參數(shù)螺母高度H=ψ絲杠圈數(shù)Z=工作高度?=0.5p=3mm工作壓強p=綜上數(shù)據(jù)帶入計算出螺旋升角為1.678度，當量摩擦角為4.145度，螺旋升角需小于當量摩擦角，滿足要求。絲杠是否滿足抗壓強度通過網(wǎng)上查詢對于螺母絲杠專業(yè)設(shè)計者在使用手冊中的了解情況可知,絲杠的耐度抗剪和應力校核強度高在進行應力校核時業(yè)主需要從幾個關(guān)鍵方面對其應力進行校核,包括螺母絲杠的耐力抗剪和抗彎強度,螺母的耐剪抗彎和絲杠抗彎的剪應力強度,絲杠等效件的應力都可能需要達到小于絲杠允許用力的應力。查詢手冊，列出以下公式：當量應力公式： σ=許用應力公式： σ=σ絲杠剪切公式： τ=Fπd絲杠彎曲公式： σb=3F?螺母剪切公式： τ=F螺母彎曲公式： σb=絲杠在本設(shè)計中選用的是45號鋼，通過查詢相關(guān)數(shù)據(jù)算出當量應力為29.82MPa（小于許用應力為101.43MPa），絲杠剪切力為0.4MPa（小于抗剪切強度346.41MPa），絲杠彎曲力為0.933MPa（小于97.625MPa），螺母剪切力為0.29MPa（小于30MPa），螺母彎曲力為0.67MPa（小于40MPa），綜上絲杠螺母強度完全滿足要求。絲杠穩(wěn)定性絲杠在的強度滿足要求下，其穩(wěn)定性也是至關(guān)重要的。設(shè)計中，絲杠的有效工作長度為390mm，μ=0.5，因為絲杠受到軸向力F，所以兩端用圓錐棍子軸承進行軸承，經(jīng)過查閱手冊，選定圓錐棍子軸承型號為32004，其主要參數(shù)為d=20mm,D=42mm,T=15mm,B=15mm,a=10.3mm，額定動載荷25KN。絲杠穩(wěn)定性計算結(jié)果如下： i=I μli=33.9 F0=綜上可得F01.7導軌設(shè)計及選型本次設(shè)計中，導軌的作用是在絲杠轉(zhuǎn)動帶動頂柱軸向移動起到導向的作用，直線導軌符合本次設(shè)計需求。直線導軌又稱之為線性導軌，在我們生活中廣泛被應用，如工廠里的機床以及我們普通人生活中的打印機等都用到了，在醫(yī)療和智能機器人中也有用到，從這些足以證明直線導軌的使用頻率在當下還是比較普遍的。如圖1.8所示為直線導軌的實物圖。圖1.8直線導軌實物圖直線導軌的選用是需要從多個方面考慮，例如使用條件、負載能力和預期壽命。針對不同用戶的不同需求各個公司也劃分了合理的不同系列來滿足不同需求，同時還能接受定制服務，我們普通用戶在選擇導軌時可以參考如圖1.9所示的選擇步驟進行選擇。圖1.9選型步驟本次設(shè)計中，導軌主要的載重是頂柱及其支撐部分，相對來說重力不是太大。根據(jù)頂柱支撐部分的大小，導軌副需要用到四個，導軌兩根。導軌及導軌副的示意圖如圖1.10所示。圖1.10導軌及導軌副示意圖導軌及導軌副的類型已經(jīng)確定，接下來根據(jù)如表1.8規(guī)格尺寸表所示，選擇型號為BGXH20BL。導軌的長度根據(jù)頂住支撐部分及其頂柱的軸向移動范圍確定導軌的長度為L=630mm。表1.8規(guī)格尺寸表（部分）1.8手輪設(shè)計本設(shè)計應用手輪手動控制絲杠旋轉(zhuǎn)帶動頂柱軸向移動來完成骨架的裝卸工作。參考網(wǎng)上以及現(xiàn)在的市場，現(xiàn)在的設(shè)備都在普及