立式高速自動(dòng)繞線機(jī)設(shè)計(jì),立式高速自動(dòng)繞線機(jī)設(shè)計(jì),立式,高速,自動(dòng),繞線機(jī),設(shè)計(jì)
立式高速自動(dòng)繞線機(jī)設(shè)計(jì)
摘要
由于電力系統(tǒng)中使用的變壓器容量越大，要求其安全性也越來(lái)越高，對(duì)變壓器的質(zhì)量要求不但體現(xiàn)在其他零部件的安全可靠，還表現(xiàn)在線圈的電磁平衡上，要求線圈在軸向匝數(shù)緊密，且要求漆包線張力合格并為最佳。
本文設(shè)計(jì)工作的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)一款新型的繞制變壓器線圈的立式高速自動(dòng)繞線機(jī)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中本文系統(tǒng)的介紹所設(shè)計(jì)繞線機(jī)的工作原理及各個(gè)子系統(tǒng)的工作原理。在對(duì)帶有電機(jī)的系統(tǒng)，包括主動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)給系統(tǒng)和排線系統(tǒng)進(jìn)行合理性分析時(shí)，最佳方法是有限元分析法，此種方法可以對(duì)各個(gè)部件的瞬時(shí)狀態(tài)進(jìn)行分析，此法來(lái)源于高等數(shù)學(xué)里的微積分。但由于條件限制，本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法是傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，在經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上，利用力學(xué)和數(shù)學(xué)知識(shí)，結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)等知識(shí)來(lái)簡(jiǎn)化現(xiàn)有繞線機(jī)的模型并對(duì)模型進(jìn)行了改造，本設(shè)計(jì)中的繞線機(jī)系統(tǒng)就是利用此法所設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)物。
在主體設(shè)計(jì)中，利用動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)方法，對(duì)繞線機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要受力部件尺寸和參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)并校核，包括主動(dòng)軸，同步帶，同步帶輪軸承等參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，確保其性能指標(biāo)合格，滿足其使用要求，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件包括聯(lián)軸器，花鍵等進(jìn)行了周密的分析與選擇，經(jīng)過(guò)對(duì)比各類電動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合本設(shè)計(jì)中繞線機(jī)的工作要求，選擇了合適的電動(dòng)機(jī)。
關(guān)鍵詞 立式繞線機(jī) 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)械結(jié)構(gòu)
Abstract
Becauseofthepowersystemusedintransformercapacityislarger,itssecurityisbecomingmoreandmoredemanding,andrequirementsaboutthequalityofthetransformerisnotonlyreflectedinotherpartsofsafeandreliable,butalsoonthecoilelectromagneticbalance,requeststhecoilaxialcirclenumberclosely,andrequirequalifiedenameledwiretensionandforthebest.
Themaincontentofthispaperistodesignanewtypeofhigh-speedautomaticwindingmachinewhichiswindingandwinding.Theworkingprincipleofthewindingmachineandtheworkingprincipleofvarioussubsystemsaredesignedinthesystemdesign.Withmotorinthesystem,includingsystemactively,feedsystemandwiringsystem,analysisoftherationalityofoptimummethodisfiniteelementanalysismethod,thismethodcananalyzethetransientstateoftheparts,whichisderivedfromthehighermathematicsinthecalculus.Butbecauseoftheconstraints,designmethodofthedesignisoneofthetraditionaldesignmethod,onthebasisoftheexperience,theuseofmechanicsandmathematicsknowledge,combiningknowledgesuchasmechanicaldesignmanualtosimplifyexistingcoilingmachinemodelandthemodeltransformation,thedesignofthewindingmachinesystemisdesignedbyusingthismethod.
Inbodydesign,theuseofdynamicdesignmethodofmainmechanicalpartsofwindingmachinesizeandparametersforthedesignandcheck,includingthedriveshaft,synchronousbelt,synchronousbeltwheelbearingparametersforthedesign,toensuretheperformanceindexesofqualified,satisfytheuserequirement,andthestandardpartsincludingcoupling,splineandsoonhascarriedonthethoroughanalysisandselection,throughcomparingtheadvantagesanddisadvantagesofallkindsofmotor,combinedwiththedesignofwindingmachineworkrequirements,choosethesuitablemotor.
Keywords:Verticalwindingmachine，systemdesign，mechanicalstructure
III
目錄
摘要 I
Abstract II
第1章緒論 1
1.1引言 1
1.2常用繞線機(jī)的介紹 1
1.3課題背景 1
1.4課題目的 3
1.5課題任務(wù) 4
1.6課題難點(diǎn) 4
第2章總體方案設(shè)計(jì) 5
2.1繞線機(jī)的原理 5
2.2主動(dòng)系統(tǒng)的工作原理 6
2.3進(jìn)給系統(tǒng)工作原理 6
2.4氣動(dòng)夾緊系統(tǒng)原理 8
第3章主動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9
3.1各部件運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì) 9
3.2主動(dòng)軸電機(jī)的選擇 11
3.3電機(jī)型號(hào)選擇 11
3.4同步帶及同步帶輪參數(shù)設(shè)計(jì) 13
3.5聯(lián)軸器選擇 16
3.6主動(dòng)軸設(shè)計(jì) 16
3.7軸承的校核 19
3.8傳動(dòng)軸參數(shù)校核 21
3.9花鍵的設(shè)計(jì)及校核 21
第4章進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23
4.1傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)與選擇 23
4.2張緊裝置中螺栓強(qiáng)度的校核 24
第5章氣動(dòng)夾緊系統(tǒng) 26
5.1夾具與工作軸的配合 26
5.2氣缸的選擇與尺寸計(jì)算 26
5.3導(dǎo)軌的選擇 27
結(jié)論 28
致謝 29
參考文獻(xiàn) 30
V
第1章緒論
1.1引言
隨著工業(yè)的發(fā)展，繞線機(jī)在線圈的生產(chǎn)行業(yè)中已經(jīng)不可或缺，縱觀線圈繞制的發(fā)展歷史，繞線機(jī)繞制線圈已經(jīng)完全取代了人工繞制，地位舉足輕重。繞線機(jī)的型號(hào)也不盡相同，尤其是在現(xiàn)代的機(jī)械行業(yè)中，新的電動(dòng)機(jī)器不斷被人類發(fā)明出來(lái)，這些機(jī)器內(nèi)部無(wú)疑都會(huì)用到各類線圈，這就催生了各種能夠生產(chǎn)此類線圈的繞線機(jī)。隨著國(guó)內(nèi)清潔能源的利用越來(lái)越廣泛，變壓器線圈的需求越來(lái)越高，這就推動(dòng)了繞制變壓器線圈的立式繞線機(jī)飛速發(fā)展。
1.2常用繞線機(jī)的介紹
市面上常見(jiàn)的繞線機(jī)有全自動(dòng)繞線機(jī)，半自動(dòng)繞線機(jī)，伺服精密繞線機(jī)等。
全自動(dòng)繞線機(jī)自動(dòng)化程度高，而價(jià)格都比較昂貴，由于經(jīng)濟(jì)性原因，不能被廣泛地使用。此類繞線機(jī)繞制的線圈體積通常比較小，如電子玩具線圈，鐘表線圈，手機(jī)震動(dòng)馬達(dá)線圈，耳機(jī)的音圈等等，生活中常見(jiàn)的線圈很大一部分是由全自動(dòng)繞線機(jī)繞制生產(chǎn)出來(lái)。由于運(yùn)用場(chǎng)合較多，自動(dòng)化程度高，節(jié)省了很大一部分人力，一個(gè)操作工即可操作幾臺(tái)全自動(dòng)繞線機(jī)。并且集合數(shù)控技術(shù)，光控技術(shù)，氣動(dòng)技術(shù)于一體，制造出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量高且穩(wěn)定，還能適應(yīng)不同的工作環(huán)境，故價(jià)格十分昂貴。全自動(dòng)繞線機(jī)的部分零部件是非標(biāo)準(zhǔn)的零件，有些還是專門為這種機(jī)型設(shè)計(jì)的零件，故損壞后，維修困難，周期長(zhǎng)。
半自動(dòng)繞線機(jī)（CNC）的性價(jià)比在繞線機(jī)中是最高的，故應(yīng)用得最為廣泛，發(fā)展得也最為成熟。多采用CNC控制器，也有部分使用自主研制的控制器。半自動(dòng)繞線機(jī)價(jià)格比全自動(dòng)的低廉，操作也十分簡(jiǎn)便。缺點(diǎn)就是人力消耗較大，每臺(tái)機(jī)器必須由一位操作員來(lái)看守與操作，通常在生產(chǎn)電感線圈和鎮(zhèn)流器的車間內(nèi)常見(jiàn)。
伺服精密繞線機(jī)的控制系統(tǒng)閉環(huán)控制，能夠自動(dòng)校準(zhǔn)誤差，是目前世界上最先進(jìn)，功能最完備的一種機(jī)型，它的系統(tǒng)采用的是伺服系統(tǒng)，控制方式采用是閉環(huán)控制，閉環(huán)控制的工作原理是將電腦的輸出的信號(hào)與反饋信號(hào)比較，來(lái)判別誤差，并自動(dòng)對(duì)產(chǎn)生誤差的系統(tǒng)位置進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。伺服精密繞線機(jī)內(nèi)部使用的電機(jī)均為伺服電機(jī)，伺服電機(jī)的有點(diǎn)事無(wú)論在高轉(zhuǎn)速工作情況下還是低轉(zhuǎn)速工作情況下，都能保持優(yōu)良的穩(wěn)定性。此類繞線機(jī)全自動(dòng)化需要與電磁控制系統(tǒng)配合使用，由于精度較高，其部分零件需要專門定制。
1.3課題背景
在全世界工業(yè)起步初期,線圈的繞制全由工人手工完成，即工人把漆包線按著指
2
定要求繞到轉(zhuǎn)子上,并且通過(guò)人工來(lái)對(duì)線圈的匝數(shù)進(jìn)行確定,這樣的生產(chǎn)方式既消耗人力效率又不高,而且人工繞制無(wú)法保證線的張力，故生產(chǎn)出來(lái)的線圈問(wèn)題百出.
調(diào)研發(fā)現(xiàn)，繞線機(jī)市場(chǎng)十分混亂，質(zhì)量也是參差不齊，有國(guó)外先進(jìn)的繞線機(jī)，也有國(guó)內(nèi)落后的半自動(dòng)繞線機(jī)。相對(duì)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的繞線機(jī)，這種舶來(lái)品價(jià)格昂貴，對(duì)國(guó)內(nèi)一些中小型企業(yè)，選擇進(jìn)口繞相機(jī)顯然不是明智之舉，出于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，大部分企業(yè)仍在沿用扁線平繞的落后加工工藝，部分不能用機(jī)器自動(dòng)完成的工作，還需人工完成。如果使用傳統(tǒng)漆包線，線圈體積就會(huì)變大，為了適應(yīng)小型機(jī)器的體積，不得不
使用價(jià)格較高絲包扁銅線。而經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)出來(lái)的線圈散熱性不佳，故內(nèi)圈容易被燒壞。
由于國(guó)內(nèi)繞線機(jī)越來(lái)越不能滿足繞制變壓器線圈的要求，國(guó)內(nèi)變壓器線圈生產(chǎn)商想要生存，就必須從國(guó)外進(jìn)口先進(jìn)的繞線機(jī)。然而昂貴的價(jià)格，依然讓國(guó)內(nèi)廠商感到巨大的壓力。隨著變壓器行業(yè)的發(fā)展，我國(guó)務(wù)必要研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型全自動(dòng)繞線機(jī)，使我們能在世界的繞線機(jī)行業(yè)中占有一席之地。為了滿足國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)需求，促進(jìn)繞線機(jī)行業(yè)的發(fā)展，需要借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，研制出性價(jià)比高的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的繞線機(jī)。在當(dāng)局的重視之下，在政策與方針指導(dǎo)之下，我國(guó)變壓器的發(fā)展成果令人矚目，無(wú)論是系統(tǒng)，還是品種，都開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)新的紀(jì)元。
1.3.1繞線機(jī)的技術(shù)趨勢(shì)
繞線機(jī)歷經(jīng)半個(gè)世紀(jì)從最初的手工繞制發(fā)展到現(xiàn)在的半自動(dòng)、全自動(dòng)繞線機(jī)，國(guó)內(nèi)繞線機(jī)仍在以迅猛的速度發(fā)展。通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)控制，計(jì)算機(jī)顯示，傳感器的測(cè)量，繞線機(jī)閉環(huán)控制功能已經(jīng)越來(lái)越完善。故為了延長(zhǎng)繞線機(jī)的生命周期，就必須開(kāi)發(fā)出功能更全面，柔性化程度更高的繞線機(jī)。目前半自動(dòng)繞線機(jī)應(yīng)用最為廣泛。繞線機(jī)的技術(shù)趨勢(shì)勢(shì)必會(huì)朝著以下方面發(fā)展。
（1）高產(chǎn)能,多功能
隨著人工的成本提升和市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品性能的提高，繞線機(jī)也在不斷更新?lián)Q代，價(jià)格也會(huì)隨之攀升。雖然價(jià)格會(huì)比之前貴上幾倍，，但是新型繞線機(jī)的使用不但大大提升了工作效率，也使工人繞制線圈出現(xiàn)的質(zhì)量上的問(wèn)題大大降低，還能給企業(yè)帶來(lái)巨大的利潤(rùn)。綜合考慮，高產(chǎn)能，多功能繞線的出現(xiàn)已是必然。
（2）具有模塊化的功能
根據(jù)使用要求，可以自己搭配模塊，模塊化控制器的比單片機(jī)的計(jì)算能力還要強(qiáng)，通訊也更加方便，成本也比單片機(jī)低，操控也相對(duì)簡(jiǎn)單，只要稍加培訓(xùn)，素質(zhì)較低的工人就可熟練操作，完成復(fù)雜的工作。
（3）研發(fā)與定制專用機(jī)型
線圈的種類繁多，使用的材料也是各不相同,國(guó)內(nèi)的許多廠家都對(duì)制造特殊的線圈望而卻步，然而，專用機(jī)型出現(xiàn)的腳步已經(jīng)不能被阻擋，而新機(jī)型的出現(xiàn)勢(shì)必會(huì)推
4
動(dòng)繞線機(jī)的發(fā)展，催生出更多的專用機(jī)型，以滿足各類線圈的功能要求。
1.3.2立式繞線的趨勢(shì)
傳統(tǒng)繞線方式是扁線平繞，而近幾年來(lái)出現(xiàn)了扁線立繞的先例，而這種新的繞線方式正在成為一種繞線潮流。顧名思義，這是一種扁線“站立”在鐵芯上的繞線方式，如圖1.1所示。
圖1.1立式繞線
扁線立繞工藝有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）在鐵芯上套好絕緣紙就可以直接繞制。
（2）散熱性能優(yōu)越，線“站立”在鐵芯上，線暴露在空氣中的面積比較大，不但能，這樣匝間距會(huì)相增加匝數(shù)，提高線圈性能。
1.4課題目的
國(guó)外的繞線機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛,尤其是德國(guó),意大利,美國(guó)等國(guó)家技術(shù)先進(jìn),世界知名企業(yè)比比皆是,而國(guó)內(nèi)的繞線機(jī)基本都停留在半自動(dòng)層面上,偶有全自動(dòng)的繞線機(jī)也由外國(guó)進(jìn)口。整體水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于以上國(guó)家。國(guó)內(nèi)應(yīng)用的各式線圈花樣變得越來(lái)越多，這也推動(dòng)著國(guó)內(nèi)繞線機(jī)的大力發(fā)展。然而其發(fā)展卻及其緩慢，技術(shù)落后，使得企業(yè)利潤(rùn)下滑，只有自力更生，自主研發(fā)出性能優(yōu)越的繞線機(jī)，才能不依賴于國(guó)外的技術(shù)，扭轉(zhuǎn)被動(dòng)局面。
振興國(guó)民經(jīng)濟(jì)需要有先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備的支持，否則就成了竹籃打水。而數(shù)控全自動(dòng)繞線機(jī)效率高，穩(wěn)定性好，柔性強(qiáng)，諸多功能集于一身，在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程中作用不可小覷，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)就是在參考大量國(guó)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國(guó)國(guó)情，在正確指導(dǎo)方針之下，設(shè)計(jì)一款新型立式高速自動(dòng)繞線機(jī)，以滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求。
1.5課題任務(wù)
設(shè)計(jì)變壓器線圈立式數(shù)控繞線機(jī)，要求能夠?qū)崿F(xiàn)繞制線圈過(guò)程的自自動(dòng)控制，各個(gè)坐標(biāo)軸采用較先進(jìn)的伺服電機(jī)控制，使用光電編碼器來(lái)進(jìn)行測(cè)量反饋，能夠?qū)φ麄€(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
為了順應(yīng)以人為本的理念，設(shè)計(jì)的繞線機(jī)必須具備高精度，自控能力，自動(dòng)化，以減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，使工人能在安全的環(huán)境工作。
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)工作需要很多參考資料，故需要養(yǎng)成一定搜集信息的能力。在做設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，必然會(huì)遇到不解的地方，還需要具備勤學(xué)好問(wèn)的精神，如有
疑惑，及時(shí)與導(dǎo)師溝通。
1.6課題難點(diǎn)
1.6.1由于本設(shè)計(jì)中，線的繞制方式扁線立繞，這就要求在繞制過(guò)程中，保證線狀態(tài)良好能夠不發(fā)生扭轉(zhuǎn)，保持與鐵芯的垂直度。
1.6.2要保證線圈繞線匝與匝之間緊密相挨，一定要保證進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和主運(yùn)動(dòng)的嚴(yán)密配合。
1.6.3一定要嚴(yán)格避免線骨和其夾具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，嚴(yán)格保證二者轉(zhuǎn)速的一致性，否則，線骨磨損，線圈質(zhì)量達(dá)不到要求。由于線骨長(zhǎng)度較大，要保證在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的穩(wěn)定性。
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第2章總體方案設(shè)計(jì)
繞線機(jī)由多種系統(tǒng)組成，內(nèi)部的機(jī)械構(gòu)造比較復(fù)雜，內(nèi)部電器元件的使用數(shù)量也比較多。需要對(duì)系統(tǒng)組成的整體有一個(gè)全面的了解與把握，下面將會(huì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行剖析。
2.1繞線機(jī)的原理
繞線機(jī)內(nèi)部機(jī)械系統(tǒng)之間的關(guān)系如圖2.1模型所示：
圖2.1繞線機(jī)機(jī)械系統(tǒng)
主動(dòng)系統(tǒng)：自動(dòng)繞線機(jī)的主動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、主軸、聯(lián)軸器、減速器、同步帶、同步帶輪、傳動(dòng)軸、工作軸及支撐件等組成。主動(dòng)系統(tǒng)的作用主要是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的動(dòng)力，當(dāng)工作時(shí)，電機(jī)1轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)聯(lián)軸器1所在的軸同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)減速器減速增距，將動(dòng)力傳遞給聯(lián)軸器2所在的軸，再將動(dòng)力依次傳遞給同步帶輪及同步帶，傳動(dòng)軸，工作軸，當(dāng)動(dòng)力傳遞給工作軸的時(shí)候，就可帶動(dòng)線骨轉(zhuǎn)動(dòng)，與其他系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合工作完成對(duì)線圈的繞制。
氣動(dòng)夾緊系統(tǒng)：氣動(dòng)夾緊系統(tǒng)安裝在工作軸上，工作軸和部分夾緊元件組成，通過(guò)圖2.1很明顯可以知道其工作原理，氣缸能夠在工作軸上反復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且能夠充當(dāng)夾具從左側(cè)夾緊線骨，其不但能夠在軸向限制線骨滑動(dòng)。也能跟隨工作軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，這就對(duì)氣動(dòng)夾緊系統(tǒng)和工作軸之間的連接緊固性要求很高，只有氣動(dòng)夾緊系統(tǒng)不能與工作軸之間發(fā)生先對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，才能確保繞線質(zhì)量。
進(jìn)給系統(tǒng)：從圖2.1中可以看出，電機(jī)2，滾珠絲杠，排線機(jī)構(gòu)構(gòu)成了進(jìn)給系統(tǒng)，主要功能是排線，繞制出來(lái)的線圈，外觀一定要耐看，這就要求線與線之間十分緊密，不會(huì)出現(xiàn)過(guò)大縫隙和線與線之間出現(xiàn)重疊的情況，這一點(diǎn)需要排線機(jī)構(gòu)可線骨之間天衣無(wú)縫的配合，線骨轉(zhuǎn)一圈，滾珠絲杠在電機(jī)2的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度。進(jìn)給系統(tǒng)的精度由伺服電機(jī)和滾珠絲杠來(lái)保證。
放線系統(tǒng)：放線系統(tǒng)由電機(jī)，支撐件和輔助件構(gòu)成，的主要作用在于通過(guò)張緊裝置來(lái)保證漆包線的張力，使線圈緊湊，防止扁線出現(xiàn)松垮的現(xiàn)象，線圈更“結(jié)實(shí)”。
2.2主動(dòng)系統(tǒng)的工作原理
繞線機(jī)中主動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)至關(guān)重要的系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)比其他系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用的各類元件較多，其工作原理如圖2.2所示：
圖2.2主動(dòng)系統(tǒng)工作圖解
主動(dòng)系統(tǒng)中各個(gè)部件之間的聯(lián)系和動(dòng)力工作順序通過(guò)圖2.3一目了然，其動(dòng)力傳遞順序也比較簡(jiǎn)單，在這里不再贅述。
圖2.3動(dòng)力傳遞順序
2.3進(jìn)給系統(tǒng)工作原理
進(jìn)給系統(tǒng)是故是一種能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，此系統(tǒng)通過(guò)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)滾珠絲杠
9
的傳動(dòng)副來(lái)轉(zhuǎn)換為移動(dòng)工作臺(tái)在導(dǎo)軌上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，也同時(shí)帶動(dòng)轉(zhuǎn)線骨在工作軸上左右移動(dòng)。通過(guò)與主動(dòng)系統(tǒng)配合，完成對(duì)漆包線的纏繞，使線十分緊密地“站立”在線骨上。進(jìn)給系統(tǒng)的局部放大圖如圖2.4所示,：
圖2.4進(jìn)給系統(tǒng)局部放大圖
進(jìn)給系統(tǒng)的三維立體圖如圖2.5所示：
圖2.5進(jìn)給系統(tǒng)局部三維圖
10
2.4氣動(dòng)夾緊系統(tǒng)原理
氣動(dòng)夾緊系統(tǒng)原理是將氣缸作為氣動(dòng)夾緊系統(tǒng)的動(dòng)力源，將繞線機(jī)的左夾具安裝在能夠移動(dòng)的滑臺(tái)上，不但能夠在滑臺(tái)上做往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)，還能隨著工作軸進(jìn)行同步的轉(zhuǎn)動(dòng)。夾具在直線導(dǎo)軌上進(jìn)行往返運(yùn)動(dòng)，同時(shí)夾具對(duì)線骨做安裝與拆卸工作，其行程為20mm，使繞制線圈的工作能夠連續(xù)不斷地進(jìn)行。圖2.6為氣動(dòng)夾緊系統(tǒng)工作原理示意圖。
圖2.6氣動(dòng)夾緊系統(tǒng)工作原理
第3章主動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1各部件運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)
主運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)圖如3.1所示
圖3.1
從圖3.1所示可以了解本設(shè)計(jì)中繞線機(jī)的工作原理，首先電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)將動(dòng)力輸送給減速器，減速器（也叫增距器）是一種比較精密的儀器，通過(guò)自身減速增矩的作用再將動(dòng)力通過(guò)同步帶輸送給傳動(dòng)軸，帶動(dòng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，因傳動(dòng)軸兩端都有同步帶傳動(dòng)，再通過(guò)另一端的同步帶，將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給工作軸，整個(gè)系統(tǒng)得以有條不紊地進(jìn)行。從理論上來(lái)說(shuō)，只要設(shè)定了工作軸的轉(zhuǎn)速，計(jì)算得到整個(gè)傳遞過(guò)程的總效率就可推算出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍，計(jì)算過(guò)程就是利用工作軸轉(zhuǎn)速除以總效率。
i5為T5軸的傳動(dòng)比，i4為T4傳動(dòng)比，i3為T3傳動(dòng)比，i2為T2傳動(dòng)比，i1為減速器自身的傳動(dòng)比。傳動(dòng)帶T5與T3的傳動(dòng)比都為1∶1。
在設(shè)計(jì)中一般工作軸的轉(zhuǎn)速都存在著一定的范圍，這是長(zhǎng)期的設(shè)計(jì)積累和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，總體來(lái)說(shuō)不能夠低于500r/min，如果低于此數(shù)，不但浪費(fèi)能源，工作效率低下，而且由相對(duì)性原理，機(jī)器的體積就會(huì)相對(duì)變大，浪費(fèi)地理資源。如果高于轉(zhuǎn)速的上限，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)變得不再穩(wěn)定，機(jī)器工作時(shí)震動(dòng)比較大，同時(shí)噪音也會(huì)變得異常強(qiáng)烈，而噪音對(duì)環(huán)境來(lái)說(shuō)也是一種污染，對(duì)工人也附近的居民都會(huì)造成不良影響，在此取除了軸意外的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速相同，即：
V5=V4=V3=V2=500r/min
根據(jù)此繞線機(jī)的工作條件，技術(shù)參數(shù)，工作性能等因素，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性考慮，選用單級(jí)圓柱齒輪減速器，齒輪為淬硬齒輪，查表知此種減速器傳動(dòng)比i<5.6，選取為3.66，則:
Vd=V1=500×3.66=1830r/min
由于此繞線機(jī)的在工作時(shí)正轉(zhuǎn)，而在比要時(shí)也需要反轉(zhuǎn)，故聯(lián)軸器應(yīng)為彈性套柱銷聯(lián)軸器，此類聯(lián)軸器的效率在0.97左右，選用0.97，兩個(gè)聯(lián)軸器相同，故效率相同，即：
聯(lián)軸器1的效率為η1=0.97
聯(lián)軸器2的效率為η2=0.97
減速器的效率范圍一般是95%~98%，取減速器效率η3=0.96，則：
η總=η1η2η3=0.97×0.97×0.96=0.90
工作軸轉(zhuǎn)速：
V工=Vdη總=18300.90=2026
根據(jù)電機(jī)的Pd=3.5Kw，Vd=2026r/min:
Td=9550PdVd=9550×2.41830=12.50Nm
各聯(lián)軸器，減速器，傳動(dòng)帶的功率和扭矩如下：
聯(lián)軸器1：
P1=η1?Pd=0.97×2.40=2.33Kw
T1=9550?P1V1=9550×2.331830=12.16Nm
減速器：
P2=η2?P1=0.96×2.33=2.23Kw
T2=9550?P2V2=9550×2.236000=34.49Nm
聯(lián)軸器2：
P3=η2?P2=0.97×2.23=2.16Kw
T3=9550?P3V3=9550×2.16600=34.38
同步帶1：
P4=η4?P3=0.96×2.16=2.06Kw
T4=9550?P4V4=9550×2.06600=32.79Nm
同步帶2：
P5=η4?P4=0.96×2.06=1.96Kw
T5=9550?P5V5=9550×1.96600=31.20Nm
3.2主動(dòng)軸電機(jī)的選擇
繞制線圈的質(zhì)量取決于主軸的參數(shù)，如果電機(jī)參數(shù)不準(zhǔn)，則可導(dǎo)致繞制出的線圈匝數(shù)多于設(shè)計(jì)的線圈匝數(shù)，也可導(dǎo)致匝數(shù)減少，無(wú)論匝數(shù)變多還是變少都與設(shè)計(jì)匝數(shù)不符，性能也必然受到影響，這就要求電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)精度要盡可能高，所以性能優(yōu)良的電動(dòng)機(jī)的的選擇就顯得尤為重要。
電機(jī)的最優(yōu)選擇有若干因素需要設(shè)計(jì)者來(lái)考慮，比如電機(jī)的額定功率，而定轉(zhuǎn)速，功率大小，需要帶動(dòng)的負(fù)載的大小，工作場(chǎng)合的惡劣情況等，任意一種因素都不能被忽略，選擇的電機(jī)不符合要求，最終也是竹籃打水。
3.2.1電機(jī)類型
電機(jī)根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)去劃分，可分為若干種類，根據(jù)控制系統(tǒng)劃分可分為普通電機(jī)和伺服電機(jī)。根據(jù)使用的電流的波形分為直流電機(jī)與交流電機(jī)。根據(jù)運(yùn)動(dòng)方式可分為同步電機(jī)與異步電機(jī)。繞線機(jī)對(duì)繞線精度要求比較高，故使用伺服電機(jī)而非步進(jìn)電機(jī)。
伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小越好，這樣在工作過(guò)程中停止的位置就比較精確，不至于導(dǎo)致大的誤差。與此同時(shí)，伺服電機(jī)還能承受較大的啟動(dòng)電壓，不會(huì)因?yàn)橐粫r(shí)的過(guò)載而被燒毀。還要要求伺服電機(jī)能夠適應(yīng)其工作環(huán)境，因?yàn)樵诠ぷ鬟^(guò)程中，不一定會(huì)永久都使用正轉(zhuǎn)，在必要的情況下，也需要伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)。電機(jī)需要謹(jǐn)慎選擇，如果盲目選擇電機(jī)，可能會(huì)造成繞線機(jī)體積增大，浪費(fèi)安裝空間。也有可能出現(xiàn)電機(jī)大材小用的情況，電機(jī)性能不能完全發(fā)揮出來(lái)。
經(jīng)過(guò)反復(fù)考慮，最終選擇交流伺服同步電機(jī)作為繞線機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。小面進(jìn)行多方對(duì)比與分析。
1） 伺服電機(jī)
伺服電機(jī)可以將旋轉(zhuǎn)次數(shù)顯示并出來(lái)，易于控制。閉環(huán)控制的應(yīng)用對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)地調(diào)整，工作可以穩(wěn)定進(jìn)行，且力矩比普通電機(jī)大，滿足使用要求。
2）交流電機(jī)
電機(jī)工作原理為電磁感應(yīng)定律。交流電大小，方向周期性變化。使電機(jī)運(yùn)行更為平穩(wěn)。而直流電機(jī)問(wèn)題在于電流方向的改變，不但耗費(fèi)時(shí)間與人力，而且人為控制也不精確，可能會(huì)導(dǎo)致線圈繞制不良，嚴(yán)重可出現(xiàn)危險(xiǎn)，。
3）同步電機(jī)
當(dāng)同步電機(jī)和異步電機(jī)以相同的功率運(yùn)行時(shí)，同步電機(jī)輸出的效率更高，即電能的應(yīng)用更多，從能效方面來(lái)看，同步電機(jī)略勝一籌。
3.3電機(jī)型號(hào)選擇
由于銅線張力使影響電機(jī)負(fù)載大小的主要原因，線圈繞線的結(jié)實(shí)與緊湊決定著銅線的張力需要控制在一定的數(shù)值范圍之內(nèi)，此范圍越小越好，用數(shù)學(xué)上的極限思想來(lái)考慮，極限，就是張力恒定，這樣繞出的線圈外觀最美，性能最優(yōu)。在此假設(shè)張力為400N，傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速范圍為0~500r/min，線骨R=60mm。則力學(xué)模型如下：
銅線張力F=400N，v=500r/min，線骨R=60mm。首先，根據(jù)線圈性能要求，要先檢驗(yàn)一下，銅線的張力是否符合設(shè)計(jì)要求：
電纜線σs=69MPa，銅線
σmax=FA=5000.01×0.03=1.3MPa≤σs
由計(jì)算結(jié)果可知張力大小合格。
扭矩Me=F×（R+h2）=500×（15+60）=37.5Nm
接下來(lái)求負(fù)載功率大小，求出后電機(jī)的輸出功率大小范圍即可確定
由最大負(fù)載功率由公式Me=9.55Pn，求得：
P=Me×n9.55=37.5×5009.55=2.0Kw
工作軸扭矩傳到電機(jī)需經(jīng)過(guò)兩次同步帶傳動(dòng)，一根傳動(dòng)軸傳動(dòng)，兩個(gè)聯(lián)軸器傳動(dòng)，一個(gè)減速器傳動(dòng)，傳遞過(guò)程總傳遞效率為各個(gè)部件的傳動(dòng)效率之積。聯(lián)軸器η1=η2=0.97，減速器η3=0.96，同步帶η4=η5=0.96，則傳遞過(guò)程中總的傳遞效率為：
η總=η1η2η3η4η5=0.83
故可求出輸出功率P輸出=Pη總=2.00.83=2.4Kw
計(jì)算結(jié)果表明電機(jī)的額定功率一定要大于等于2.4Kw，只有這樣才能滿足要求，經(jīng)過(guò)對(duì)電機(jī)的反復(fù)對(duì)比，與數(shù)據(jù)計(jì)算，最終敲定使用三菱生產(chǎn)的交流伺服電機(jī)器三維結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。型號(hào)為HF-SP352，此電機(jī)規(guī)格具體如表3.1所示：
表3.1三菱電機(jī)生產(chǎn)的HF-SP352
伺服電機(jī)型號(hào)
而定輸出功率
Kw
額定轉(zhuǎn)矩
Nm
額定轉(zhuǎn)速
r/min
額定慣量
J·Kg·m2
額定電流
A
質(zhì)量
Kg
HF-SP352
3.5
16.7
2000
0.075
16
19
圖3.2HF-SP352電機(jī)三維圖
3.4同步帶及同步帶輪參數(shù)設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)中，主動(dòng)軸，傳動(dòng)軸和工作軸之間需要傳遞機(jī)械動(dòng)作，有三種傳遞方式可以選擇（鏈傳動(dòng)，帶傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)），然而這幾類傳動(dòng)方式各有千秋，所以要綜合考慮一下，最終經(jīng)過(guò)查詢資料，請(qǐng)教老師，并經(jīng)過(guò)反復(fù)計(jì)算研究決定使用同步帶這種傳遞方式。帶傳動(dòng)是一種撓性傳動(dòng)，由帶輪（帶輪可分為主動(dòng)帶輪和從動(dòng)帶輪）可同步帶組成帶傳動(dòng)方式優(yōu)點(diǎn)是十分明顯：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，還具有緩沖吸震的作用。圖3.3和圖3.4為設(shè)計(jì)的同步帶輪及其尺寸，其計(jì)算過(guò)程將在后邊詳細(xì)列出。
圖3.3同步帶輪及尺寸
圖3.4同步帶輪剖面圖及尺寸
（1）計(jì)算帶傳動(dòng)總功率Pd
P3=η2P2=0.97×2.23=2.16kw
查表得工況系數(shù)Ka=1.4
則設(shè)計(jì)功率Pd=kAP3=1.4×2.16=3.0Kw
（2）帶輪節(jié)距的確定
已知Pd=3.0Kw，n3=500r∕min，查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選用H型同步帶，節(jié)距Pb=12.7mm
（3）確定小帶輪各項(xiàng)參數(shù)
查表知齒數(shù)最少為14，最大為156，在這里取Z小=21，小帶輪節(jié)圓直徑
d小=Z小Pbπ=84.89
查表可得對(duì)應(yīng)的小帶輪外徑D小=83.52
（4）大帶輪參數(shù)的確定
大帶輪的各個(gè)參數(shù)都與小帶輪相同得：
Z大=Z小=21
d大=d小=84.89
D大=D小=83.52
（5）同步帶轉(zhuǎn)速的計(jì)算
V=πd小n360×1000=2.2m/min
查表知H型同步帶的最大速度在35~40m/min之間，最小速度低于35m/min，而同步帶速度經(jīng)過(guò)計(jì)算等于2.2m/min，故同步帶符合要求。
（6）軸間距設(shè)計(jì)
據(jù)所設(shè)計(jì)的繞線機(jī)的整體尺寸，初步將軸間距定為
L1=250mm
（7）帶的節(jié)線長(zhǎng)度和帶輪的齒數(shù)計(jì)算
節(jié)線長(zhǎng)度：
L2=2L1+π2d小+d大+d大+d小24L1=753.00mm
查表知選擇型號(hào)300H的同步帶最為合適，300H同步帶的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長(zhǎng)度Lp=762.00mm，齒數(shù)z=60，則實(shí)際中心距：
L實(shí)=L1+Lp-L22=250+762-7532=254.5≈255mm
（8）帶輪額定功率的計(jì)算
P額=T-mv2v1000=4.6Kw
經(jīng)過(guò)查表計(jì)算可得同步帶帶寬bs=76.2mm
同步帶所受軸向力：
N=1000Pdv=1000×32.2=1363N
本設(shè)計(jì)中的H型同步帶實(shí)際形狀如圖3.3所示
圖3.3H型同步帶
3.5聯(lián)軸器選擇
聯(lián)軸器，顧名思義是連接兩根軸的（也可連接軸和其他主動(dòng)零件）。聯(lián)軸器的作用是傳遞動(dòng)力或扭矩，聯(lián)軸器的種類和型號(hào)有很多。軸的作用不同，，本設(shè)計(jì)中由于繞線機(jī)需要經(jīng)常得開(kāi)啟與關(guān)閉，聯(lián)軸器需要吸收一些震動(dòng)，防止聯(lián)軸器與軸之間斷開(kāi)，減少工作壽命，所以本設(shè)計(jì)中使用的聯(lián)軸器需要帶有彈性元件，以適應(yīng)這種工作環(huán)境。
本設(shè)計(jì)中需要兩個(gè)聯(lián)軸器，分處在電機(jī)和聯(lián)軸器之間的軸上，經(jīng)查閱資料結(jié)合本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，選擇LT5彈性套柱銷聯(lián)軸器（GB/T4323-2002）查表知LT5彈性套柱銷聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩為125Nm，經(jīng)計(jì)算知兩個(gè)聯(lián)軸器均符合設(shè)計(jì)要求。其尺寸結(jié)構(gòu)如圖3.4所示
圖3.4LT5聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)
3.6主動(dòng)軸設(shè)計(jì)
3.6.1各段尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算
經(jīng)過(guò)查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，本設(shè)計(jì)中制作軸的材料定為45號(hào)鋼，并對(duì)材料進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。軸的示意圖如圖3.5所示：
圖3.5
ab段是整根軸直徑最小的一段軸，因此也是最脆弱的一段，查表得A=115，則最估算的最小直徑為：
dmin=A×3P3n=115×32.16500=18.75mm
又因?yàn)閍b段有鍵槽，則ab段的直徑應(yīng)該增大4%~5%，則：
dmin=19.49mm
ab段：令dab=30mm，a段通過(guò)鍵與LT5聯(lián)軸器相聯(lián)結(jié)Lab=49mm。
bc段：此部分是該軸的軸肩，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，軸肩高度應(yīng)該大于0.07～0.1倍的軸徑，dbc=38mm，長(zhǎng)度Lbc=5mm。
cd段：此處放置擋圈，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第五版從GB/T894.1-1996中查得使用A型軸用彈性擋圈，dcd=34mm，Lcd=4mm。
de段：該段通過(guò)鍵與聯(lián)軸器連接，從GB/T1096-2003中選取平鍵中的A型鍵，此類鍵固定好，缺點(diǎn)是集中應(yīng)力較大，
dde=40mm，Lde=85mm，則與之配合的鍵選用6×6×22的型號(hào)。
ef段和fg段：這兩段的作用都是使裝配長(zhǎng)度減小，區(qū)別加工表面，取def=dgh=34mm，Lef=15mm，Lgh=60mm。
gh段和he段：這兩段的存在是為了安裝軸承，擬定選用32308軸承，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)取dgh=dhe=40mm，Lge=Lhi=20mm。
ij段：通過(guò)鍵（GB/T1996-20036×6×22）與夾具相連接，此夾具用來(lái)夾緊線圈，取dij=30mm，Lij=40mm，并使用圓螺母夾緊固夾具，使夾具在軸方向上固定，故需要在i段的端部加工出螺紋。
3.6.2軸強(qiáng)度校核
主動(dòng)軸的受力情況可以抽象出如圖3.6所示模型。
圖3.6主動(dòng)軸受力簡(jiǎn)圖
F夾：此力是使線骨夾緊的力，設(shè)F夾=100N
G1：夾具的重力，G1=1.990×9.8=19.50N
G2同步帶和同步帶輪的重力的一半，
G2=（2.272+0.5×0.192）=23.22N
G3：聯(lián)軸器的重力，G3=1.65×9.8=16.17N
F1：同步帶被收緊的邊所受的力；
F2：同步帶被放松的邊所受的力；
Fae：同步帶傳動(dòng)產(chǎn)生的軸向力的合力，F(xiàn)ae=1500N
對(duì)軸的剪力和彎矩進(jìn)行計(jì)算校核
在對(duì)軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，需要畫(huà)出其剪力圖和彎矩圖，如圖3.6所示：
圖3.7工作軸剪力圖和彎矩圖
T1：輸入的扭矩，T1=43.88Nm
T2：輸出的扭矩，T2=43.88Nm
則通過(guò)上圖可知d面和g面為危險(xiǎn)截面
d面受兩個(gè)方向上的扭矩，所受扭矩較大，可能是危險(xiǎn)截面。
Z軸方向上的扭矩M1=F合×0.068=102.0Nm
Y軸方向上的扭矩
M2=G3×(0.068+0.075)+G2×0.068=3.89Nm
則兩個(gè)Z軸和Y軸所受扭矩之和
M3=2M12+M22=102.07Nm
則σe=M3W=18.2Nm≤σs=353MPa
通過(guò)計(jì)算可知d面符合設(shè)計(jì)要求
g面的直徑是整根軸直徑中最小的，且也受到扭矩的作用，也有可能是危險(xiǎn)截面，M4=T1=43.88Nm
σe’=M4W=T2W=8.0MPa≤432MPa
故g面也符合設(shè)計(jì)要求。
3.7軸承的校核
3.7.1軸承型號(hào)的選擇
軸承這類部件基本已經(jīng)都趨于標(biāo)準(zhǔn)化，啟動(dòng)時(shí)所需力矩小，旋轉(zhuǎn)的精度卻很高。根據(jù)軸所要承受的載荷的性質(zhì)，大小和方向（軸向和徑向）選擇軸承，本設(shè)計(jì)中，軸承承受最大的是徑向載荷，所承受的軸向載荷很小，則根據(jù)選擇標(biāo)準(zhǔn)，在這里選用圓錐滾子軸承。圓錐滾子軸承內(nèi)外圈是分離的，互不干涉，故，能夠調(diào)整間系，柔性比較強(qiáng)。設(shè)計(jì)中使用30308型圓錐滾子軸3.7.2支座反力的計(jì)算
主動(dòng)軸的受力模型如圖3.7所示：
圖3.7主動(dòng)軸軸承受力模型
首先求兩軸承受到的徑向載荷Fr1和Fr2
Fa1=Fk0.08×0.068=1500×6880=1275N
Fa2=-Fk+Fa1=-1500+1275=-2775N
Fb1=68G2+143G2-110G180=22.14N
Fb2=-G1+G2+G3+Fb1=-81.16N
Fr1=Fa12+Fb22=1275N
Fr2=Fa22+Fb22=2776N
3.7.3求兩軸承的計(jì)算軸向力Fa1和Fa230308型號(hào)軸承內(nèi)部派生軸向力的計(jì)算公式為Fd=Fr2Y。
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知各項(xiàng)參數(shù)如下：
Y=1.4~1.6取Y=1.6，X=0.56
因此可估算兩軸承內(nèi)部產(chǎn)生的派生軸向力為：
Fd1=Fr12Y=12752×1.6=398N
Fd2=Fr22Y=27762×1.6=867N
∵Fd2+F夾>Fd1
故軸承有向左竄動(dòng)的趨勢(shì)，1號(hào)軸承被“壓緊”，2號(hào)軸承被“放松”，因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)，軸不可能竄動(dòng)，則被“壓緊”的軸承會(huì)產(chǎn)生一個(gè)力與派生軸向力之和來(lái)抵消使軸竄動(dòng)的力，則有：
Fa1=F夾+Fd2=100+398=498N
2號(hào)軸承承受的力只有派向力，即：
Fa2=Fd2=867N
3.7.4軸承的當(dāng)量載荷的計(jì)算
軸承的當(dāng)量載荷的計(jì)算公式為P=fdXFr+YFa
軸承1的當(dāng)量動(dòng)載荷X=1.44，Y=1.37P1=1.40.44×1275+1.37×967=1886N
由軸承2的當(dāng)量動(dòng)載荷系數(shù)（X=1，Y=0）：
P2=1.41×2776+0=3886N
3.7.5軸承壽命的計(jì)算
Ln=10660nCrP2103=10660×500905003886103=118905h
軸承壽命滿足要求，軸承的參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。
3.8傳動(dòng)軸參數(shù)校核
由于本設(shè)計(jì)中的傳動(dòng)軸長(zhǎng)度大，如果用實(shí)心軸，它的質(zhì)量就會(huì)變得很大，軸本身會(huì)發(fā)生變形，這樣在工作的時(shí)候，軸的震動(dòng)就會(huì)很大，產(chǎn)生噪聲，更為嚴(yán)重的是工作時(shí)的穩(wěn)定性極差，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致機(jī)身震動(dòng)，繞制的線圈不都會(huì)不符合要求。為了增強(qiáng)穩(wěn)定性又能使軸滿足足夠的剛度，將軸設(shè)計(jì)為空心軸，傳動(dòng)軸質(zhì)量m=5kg，外圓直徑D=30mm，內(nèi)圓直徑d=10mm，傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度l=510mm，查表可知此類傳動(dòng)軸的彈性模量E=210GPa。傳動(dòng)軸工作時(shí)受力如圖3.8所示
圖3.8傳動(dòng)軸受力模型
單位長(zhǎng)度的傳動(dòng)軸所受的載荷：
q=mgl=5×9.80.51=96Nm
抗扭截面系數(shù)：
I=π64D4+d4=3.192×10-8
由于傳動(dòng)軸受力均勻，則可知傳動(dòng)軸的中點(diǎn)的撓度最大，根據(jù)材料力學(xué)知識(shí)可知：
wmax=-mgl348EI=-1.9×10-2
最大轉(zhuǎn)角在a、b兩端，由材料力學(xué)知識(shí)可知：
θA=-θB=-mgl216EI=5.6×10-5
經(jīng)過(guò)計(jì)算傳動(dòng)軸撓度的極值和轉(zhuǎn)角極值的計(jì)算，再與軸的標(biāo)準(zhǔn)極值和轉(zhuǎn)角對(duì)比，顯然軸的各項(xiàng)指標(biāo)都符合設(shè)計(jì)要求。
3.9花鍵的設(shè)計(jì)及校核
鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)件，作用是連接軸和輪轂以達(dá)到傳遞扭矩的功能，也可以使零件固定在軸上，也可實(shí)現(xiàn)在軸向上的導(dǎo)向作用。再本設(shè)計(jì)中，花鍵的作用是連接軸和聯(lián)軸器?；ㄦI的載荷分布不均與系數(shù)ψ=0.7~0.8，取ψ=0.7。
計(jì)算花鍵的最小直徑：
d≥3P3n=114×32.16500=17.1mm
根據(jù)最小直徑選擇花鍵副，選擇6×32H7f7×36H10a10×6H11d10
引入的系數(shù)ψ是用來(lái)考慮實(shí)際載荷在花鍵上非配不均的影響，花鍵連接的強(qiáng)度校核分為靜連接校核和動(dòng)連接的校核。
靜連接：
σp=2000Tψzhldm=41.67×100007×8×35×1×88.5.=2.24MPa<σp
σp=60~100MPa
動(dòng)連接：
p=T4×103ψzrmhl=2.24MPa
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