畢業(yè)設(shè)計(jì)----金屬線材自動繞裝機(jī)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1.緒論</b></p><p>　　1.1雙金屬線材及其應(yīng)用</p><p>　　當(dāng)今社會生產(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。</p><p>　　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

2、成本，節(jié)約有限的有色金屬資源，雙金屬導(dǎo)線孕育而生。所謂雙金屬線材，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。如圖所示。</p><p>　　圖1-1雙金屬線示意圖</p><p><b>　　其有以下優(yōu)點(diǎn)：</b></p><p>　　(1) 降低成本。因?yàn)槠渲饕牧蠟殂~和鋁（鋁做線心銅包在外部）</p>&l

3、t;p><b>　　(2) 減輕比重。</b></p><p>　　(3) 節(jié)約有限的有色金屬資源。</p><p>　　因此，雙金屬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。其在雙金屬線材的生產(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

4、段。</p><p>　　根據(jù)雙金屬線材的直徑不同現(xiàn)在雙金屬線材主要應(yīng)用在電力工程和通訊工程上。但是在不久的將來，雙金屬線一定會以它的自身優(yōu)勢逐步取代現(xiàn)在的單金屬導(dǎo)線。</p><p>　　1.2繞裝機(jī)的作用和目前狀況</p><p>　　繞裝機(jī)是雙金屬線生產(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.</p><p>

5、;　　它主要目的是把生產(chǎn)出的雙金屬線纏繞成卷，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,屬于半手工半自動的操作方式.</p><p>　　本次設(shè)計(jì)題目為雙金屬線材自

6、動繞裝機(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雙金屬材料的制造生產(chǎn)，該設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動化生產(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)約勞動力成本。</p><p>　　2. 繞裝機(jī)的構(gòu)成及其工作原理</p><p>　　2.1雙金屬線材繞裝機(jī)的工作原理</

7、p><p>　　繞裝機(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。</p><p>　　在線圈卷繞之前先做好準(zhǔn)備工作，將雙金屬線穿過張緊力產(chǎn)生裝置，然后再穿過安裝在絲杠螺母副工作臺上的導(dǎo)向裝置，最后才按照一定的傳動關(guān)系卷繞在卷筒上。</p><p>　　電動機(jī)與主減速器相連接，開動電動機(jī)后主軸開始轉(zhuǎn)動，繞線開始。雙金屬線通過張緊機(jī)構(gòu)，可以保證纏繞時(shí)金屬線上具有一定的

8、張緊力。從而保證金屬線能夠整齊緊密的卷繞在卷筒上。</p><p>　　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?，可以記錄繞線長度，測量線材移動的速度。</p><p>　　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，以完成繞線功能。漲緊力是由內(nèi)部截面為錐形的襯套

9、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絲杠進(jìn)行軸向移動。使卷筒有足夠的空間可以裝卸。</p><p>　　2.2雙金屬線材繞裝機(jī)設(shè)計(jì)過程中的方案對比</p><p>　　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。</p><p>　　2.2.1張緊力的產(chǎn)生方法</p><p>　　張

10、緊力的產(chǎn)生可以有三種方法：</p><p>　　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。雙金屬線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)整雙金屬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。由于雙金屬線反復(fù)彎曲，通過多

11、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。 </p><p>　　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。</p><p>　　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

12、固定于線架上,另一端吊掛配重塊,雙金屬線從線盤出來,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,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。</p><p>　　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3-5mm的雙金屬線材進(jìn)行繞制，所以需要較大的張緊力

13、。這種方案顯然不能提供足夠大的張緊力，是不符合生產(chǎn)要求的。</p><p>　　第三種設(shè)計(jì)方法是通過摩擦盤來產(chǎn)生張緊力的，雙金屬線從兩個(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

14、大張緊力，所以這次設(shè)計(jì)中就采用這種方法。</p><p>　　2.2.2卷筒部分支撐方法</p><p>　　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)動輔助支撐輪往復(fù)運(yùn)動完成支撐（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，或者會導(dǎo)致卷

15、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絹碓酱?，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。</p><p>　　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。通過安裝在滑動絲杠上頂緊軸（也就是輔助支撐軸）的往復(fù)直線運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)卷筒的漲緊與放松。</p>&

16、lt;p>　　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

17、，對支撐軸根部強(qiáng)度要求增高。</p><p>　　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。</p><p><b>　　圖2-3</b></p><p><b>　　圖2-4</b></p><p>　　2.3 雙金屬線材自動繞裝機(jī)的基本參數(shù)的選定&

18、lt;/p><p>　　選取雙金屬線材的直徑為=；</p><p>　　卷筒的初始直徑：卷筒的最大繞線直徑。卷筒的繞線部分的半徑為，可以初步選取卷筒的轉(zhuǎn)速為。</p><p>　　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。</p><p>　　雙金屬線材的抗拉強(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

19、應(yīng)力時(shí)的力</p><p><b>　　可以選取張緊力為。</b></p><p><b>　　3.繞線機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1方案確定</b></p><p>　　繞線部分主要由三相異步電動機(jī)，雙級圓柱齒輪減速器和頂緊軸部分組成，如圖3-1所示&l

20、t;/p><p>　　三相異步電動機(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。三相異步交流電動機(jī)是生產(chǎn)上主要使用的交流電動機(jī)，它被廣泛的應(yīng)用于驅(qū)動各種金屬切削機(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。</p><p>　　頂緊軸部分可以由滑動絲杠所帶動沿著軸向移動，使卷筒可以有足夠的空間完成裝卸工作。

21、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，完成繞線功能。</p><p>　　這里選用的滑動絲杠可以將絲杠的螺旋運(yùn)動轉(zhuǎn)化為頂緊軸的直線運(yùn)動。滑動絲杠具有結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，易于自鎖和傳動平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn).</p>&

22、lt;p><b>　　3.2技術(shù)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.2.1對頂緊軸的強(qiáng)度校核：</p><p>　　卷筒上繞滿雙金屬線材時(shí)，即卷筒的直徑達(dá)到最大值500mm時(shí)，卷筒的總的重量是</p><p>　　的計(jì)算： </p><p>　　等式中參數(shù)的意義 是雙金屬線的有效密度</p&

23、gt;<p><b>　　V為雙金屬的體積</b></p><p>　　可以查工程材料手冊知到：鋁的密度為</p><p><b>　　銅的密度為</b></p><p>　　選取較大的銅的密度來計(jì)算： </p><p>　　可以選取卷筒本身的質(zhì)量為：</p><p

24、><b>　　則可易知：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)出頂緊軸的結(jié)構(gòu)如下圖；</p><p>　　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：</p><p>　　根據(jù)上面

25、的受力分析，可以列出下列方程組：</p><p>　　可以解得： </p><p>　　各個(gè)力的方向如圖所示。</p><p>　　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。 可以畫出頂緊軸上的的彎矩圖</p><p>　　可以看出在作用點(diǎn)處，軸上的彎矩達(dá)到最大值

26、。</p><p>　　在這里軸的抗彎截面系數(shù)</p><p>　　接著可以根據(jù)彎扭合成軸的強(qiáng)度條件：</p><p>　　來進(jìn)行校核。式中各參數(shù)的物理意義和單位是：</p><p>　　軸的計(jì)算應(yīng)力，單位為。</p><p>　　為軸所受的彎矩，單位為</p><p>　　為軸所受的扭矩，單位

27、為</p><p>　　為軸的抗彎截面系數(shù)，單位為</p><p>　　為對稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力</p><p>　　則帶入數(shù)據(jù)可以得到：</p><p>　　則可以知道軸滿足強(qiáng)度要求。</p><p>　　3.2.2對軸上的圓錐輥?zhàn)虞S承的校核：</p><p>　　由圖可知，頂緊軸前

28、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.</p><p>　　.= 則可知</p><p>　　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</p><p>　　===13736.26N</p><p>　　又可以由圖3-5示的關(guān)系可以知道：</p&g

29、t;<p>　　=N.== </p><p><b>　　其中=</b></p><p>　　則 ==1367 </p><p>　　這里所求出的力為滑動絲杠處的軸向力，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。

30、 </p><p>　　由手冊可以查取，，。由于</p><p>　　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)量動載荷為：</p><p>　　可以查得型圓錐輥?zhàn)虞S承的額定動載荷為</p><p>　　演算軸承的壽命 </p><p>　　假設(shè)每班工作8小時(shí)，每天工作兩班，

31、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。</p><p>　　3.2.3滑動絲杠部分的設(shè)計(jì)：</p><p>　　滑動絲杠采用混合式步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動，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)動電壓為，凈轉(zhuǎn)矩為，轉(zhuǎn)動慣量為，重量為。</p><p>　　在前面圓錐

32、輥?zhàn)虞S承的計(jì)算過程中已經(jīng)求出滑動絲杠內(nèi)部的作用力。</p><p>　　輔助支撐部位的滑動螺旋絲杠傳動部分的設(shè)計(jì)：</p><p>　　(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；采用剖分式螺母，可以調(diào)整和消除間隙，但是其效率低。</p><p>

33、;　　(2)軸向載荷F=1367N</p><p><b>　　部件材料的選擇</b></p><p>　　螺桿材料：淬火鋼，許用壓強(qiáng)=10-13MP，這里可以選取12 MP</p><p>　　螺母材料：青銅 ，滑動速度的范圍6-12</p><p>　　選用部分式螺母 =2.5， =0.8</p>&

34、lt;p>　　則螺桿的中徑==0.8=5.4</p><p>　　由于未考慮工作臺與導(dǎo)軌之間的摩擦，所以中徑的值應(yīng)該大于5mm</p><p>　　選擇梯形螺紋的工稱直徑d=32mm ,螺距p=6mm</p><p>　　==d-0.5p=32-0.56=29mm</p><p>　　=d-2(0.5p+)=32-2(0.56+1.5

35、)=23mm </p><p>　　所以可以選擇以下螺母：</p><p>　　螺母的高度H==2.529=72.5mm</p><p>　　螺紋的圈數(shù)Z===12</p><p>　　螺紋的工作高度=0.56=3mm</p><p>　　工作時(shí)的壓強(qiáng) mp<</p><p>&

36、lt;b>　　驗(yàn)算螺紋的自鎖</b></p><p>　　導(dǎo)程 </p><p><b>　　螺旋升角</b></p><p><b>　　===</b></p><p><b>　　當(dāng)量摩擦角</b></p><p>&

37、lt;b>　　==</b></p><p>　　=0.07（淬火鋼對青銅）</p><p><b>　　<</b></p><p><b>　　因此可以自鎖。</b></p><p>　　螺桿抗壓強(qiáng)度的校核：</p><p>　　當(dāng)量應(yīng)力

38、=</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=29.82</b></p><p>　　這里的表示螺桿的許用應(yīng)力，則</p><p>　　為材料的屈服強(qiáng)度，對于45號鋼來說，則由上面的計(jì)算可以知道螺桿的強(qiáng)度是滿足要求的。</p><p><b&

39、gt;　　螺紋牙強(qiáng)度的校核：</b></p><p><b>　　螺紋牙底的寬度 </b></p><p><b>　　螺桿剪切強(qiáng)度的校核</b></p><p><b>　　=0.4Mp〈</b></p><p>　　45號鋼材的抗剪切強(qiáng)度為，則螺桿的強(qiáng)度滿足強(qiáng)

40、度要求。</p><p>　　螺桿彎曲強(qiáng)度的校核計(jì)算：</p><p>　　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)。</p><p>　　螺母剪切強(qiáng)度的校核：</p><p>　　螺母彎曲強(qiáng)度的校核：</p><p><b>　　螺桿的穩(wěn)定性校核：</b></p>

41、<p>　　螺桿的最大工作長度為，由于螺桿兩端固定，所以可以選取 </p><p><b>　?。ù慊痄摚?lt;/b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　則有 </p><p>　　可知滿足穩(wěn)定性要求。</p><

42、;p><b>　　傳動效率的計(jì)算 </b></p><p>　　滑動絲杠也要受到軸向力的作用，所以滑動絲杠的支撐處可以采用圓錐輥?zhàn)虞S承，根據(jù)滑動絲杠的幾何參數(shù)可以選取32004型圓錐輥?zhàn)虞S承。軸承的主要參數(shù)為，， ，，，。</p><p>　　聯(lián)軸器的選擇與校核：</p><p>　　選取，型， 聯(lián)軸器上的鍵用</p>

43、<p>　　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。</p><p>　　3.2.4.導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)</p><p>　　頂緊軸要靠滑動導(dǎo)軌來支撐，頂緊軸在滑動導(dǎo)軌上往復(fù)移動。這里的導(dǎo)軌的樣式和尺寸如下圖所示：</p><p>　　圖3-6 滑動導(dǎo)軌

44、處燕尾槽的尺寸</p><p><b>　　4.排線機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.1方案確定</b></p><p>　　圖4-1 排線機(jī)構(gòu)方案</p><p>　　如圖4-1，排線部分主要是由三相異步電動機(jī)、剛性聯(lián)軸器、滾珠絲杠組成</p><p>　　

45、可以選取型滾珠絲杠，則絲杠的主要的技術(shù)參數(shù)如下：</p><p>　　絲杠的外徑 導(dǎo)程</p><p>　　絲杠的谷徑 滾珠中心徑</p><p><b>　　滾子的直徑為</b></p><p>　　滾珠絲杠的螺旋升角。則</p><p><b>　　

46、所以可知 </b></p><p>　　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墊圈，常與滾動軸承配套使用。</p><p>　　可以通過步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)雙金屬線的往復(fù)運(yùn)動；通過步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制排線的速度 。</p><p>　　絲杠可以通過對稱安裝在它兩側(cè)

47、的光杠來導(dǎo)向。光杠保證了絲杠的螺旋運(yùn)動可以正常轉(zhuǎn)化為螺母的直線運(yùn)動。安裝在光杠上的紅外線接收管還可以限制工作臺移動的范圍。</p><p><b>　　4.2技術(shù)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.2.1步進(jìn)電機(jī)簡介和工作原理 </p><p>　　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)

48、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，每改變一次其勵磁狀態(tài)就轉(zhuǎn)過一個(gè)角度（布距角a），若不改變勵磁狀態(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an個(gè)角度（以一定機(jī)械機(jī)構(gòu)的傳動比例可轉(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、運(yùn)行、停止通常是個(gè)從低

49、頻向高頻再到低頻階段過渡的發(fā)電脈沖過程。</p><p>　　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、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

50、，并可實(shí)現(xiàn)一臺控制器控制多臺步進(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)動電源供電。</p><p>　　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)動電源就更復(fù)雜，增加成本。</p><p>　　如圖，三相反應(yīng)式步

51、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

52、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)子會沿ABC的方向轉(zhuǎn)過1/3齒距。同理，B→C時(shí)，轉(zhuǎn)子又會沿ABC方向再轉(zhuǎn)過1/3齒距 ，C→A時(shí)，轉(zhuǎn)子又會沿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。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

53、果按A—C—B—A—C……的順序通電，則轉(zhuǎn)子會沿ACB方向轉(zhuǎn)動。也就是說，改變電動機(jī)的通電順序，可以決</p><p>　?。ˋ—AB—B—BC—C—CA—A—AB—……）方式運(yùn)行，后者是前者的一半步距角?？傊?，同一臺步進(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：</p><p><b>　　=

54、</b></p><p>　　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。</p><p>　　圖4-2 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡示意圖</p><p>　　4.2.2步進(jìn)電機(jī)的控制</p><p>　　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)動器。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的性能，除了與電動機(jī)自身有關(guān)以外

55、，也在很大程度上取決于驅(qū)動器的優(yōu)劣。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器主要構(gòu)成如圖。</p><p>　　圖4-3 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器構(gòu)成示意圖</p><p>　　4.2.3 步進(jìn)電機(jī)的選取</p><p>　　卷線的過程中必須保證卷筒和絲杠之間滿足一定的運(yùn)動關(guān)系，才能使雙金屬線均勻緊密的卷繞在卷筒上。即必須滿足：</p><p>　　其中卷筒部分的速度已經(jīng)初定

56、，，，。則由上面的關(guān)系式可得：。在絲杠的傳動過程中可能所受的最大的轉(zhuǎn)矩為：</p><p>　　則所需的步進(jìn)電機(jī)的功率為</p><p>　　為了使傳動的安全可靠，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)動電壓為。</p><p>　　4.2.4 鉸制孔螺栓的強(qiáng)度校核</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠之間通過型

57、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：</p><p>　　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

58、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?。</p><p>　　螺栓與孔壁的擠壓強(qiáng)度：</p><p>　　螺栓和孔壁均可以用45號鋼。45號鋼一些基本參數(shù)為：</p><p><b>　　抗拉強(qiáng)度：</b></p><p><b>　　屈服強(qiáng)度：</b>

59、</p><p><b>　　抗剪強(qiáng)度=抗剪強(qiáng)度</b></p><p>　　45號鋼的擠壓應(yīng)力為</p><p>　　則易知 </p><p>　　螺栓的剪切強(qiáng)度條件的校核：</p><p>　　可以知道螺栓的剪切強(qiáng)度也符合要求。</p>

60、<p>　　4.2.5 鍵的強(qiáng)度的校核</p><p>　　聯(lián)軸器與滾珠絲杠軸連接處的軸的型號； 型 </p><p>　　公式中的參數(shù)及其意義；</p><p>　　為鍵的側(cè)面的擠壓強(qiáng)度。</p><p>　　為鍵的工作區(qū)域的長度，對于圓頭平鍵</p><p>　　為鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，查手冊

61、可以知道</p><p>　　查取鍵的參數(shù)帶入上面的等式：</p><p>　　查取手冊知道鋼在輕微波動的情況下的抗壓強(qiáng)度為。</p><p>　　鍵在傳動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。</p><p>　　凸圓聯(lián)軸器上與電機(jī)的伸出軸相連處鍵的型號為： 型 </p&g

62、t;<p>　　同理 參數(shù)的選取及其意義同前。</p><p>　　鍵的擠壓強(qiáng)度的計(jì)算：</p><p>　　可以知道這個(gè)鍵的強(qiáng)度也是符合要求的。</p><p>　　4.2.6 螺母工作臺上排線導(dǎo)向裝置的設(shè)計(jì)</p><p>　　雙金屬線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

63、母副工作臺上的導(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。</p><p><b>　　5.張緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　5.1方案確定</b></p&g

64、t;<p>　　圖5-1 張緊裝置方案</p><p>　　張緊裝置主要是用于產(chǎn)生雙金屬線上的張緊力。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，雙金屬線拉伸變形，有時(shí)還可能將線材拉斷；張力過小，雙金屬線拉不直，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

65、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。</p><p>　　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。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

66、，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。</p><p><b>　　5.2技術(shù)設(shè)計(jì)</b></p><p>　?。?）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。</p><p>　　作用在壓緊輪上的旋轉(zhuǎn)力矩：</p><p>

67、;　　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：</p><p>　　帶如已知的數(shù)據(jù)可以得；（彈簧內(nèi)的壓緊力）</p><p>　　可選取摩擦軸的直徑為，作用在摩擦盤軸內(nèi)剪切力為</p><p>　?。?）壓縮彈簧的幾何尺寸的計(jì)算：</p><p>　　材料直徑；彈簧的中徑；彈簧的內(nèi)徑；彈簧的外徑。</p&

68、gt;<p>　　旋轉(zhuǎn)比 </p><p>　　有效圈數(shù) </p><p>　　在這里，，。熱軋彈簧鋼，切變摸量</p><p>　　取，則壓縮彈簧的支撐圈數(shù)為</p><p><b>　　總的圈數(shù)為：</b></p><p>　　節(jié)距

69、 </p><p>　　間距 </p><p>　　自由長度 </p><p>　　工作長度 </p><p>　　螺旋角度 </p><p><b>　　最大芯軸直徑 </b></p><p>&l

70、t;b>　　最小套筒直徑 </b></p><p><b>　　6.繞線機(jī)的控制</b></p><p>　　控制單元的作用是完成繞線機(jī)各種動作控制，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能如下圖所示。</p><p>　　圖6-1控制功能結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　6.1控制微機(jī)及配置</p><p

71、>　　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。</p><p>　　6.2排線機(jī)構(gòu)運(yùn)動控制</p><p>　　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)在排線方向上移動一個(gè)線徑的距離。對于上述排線機(jī)構(gòu)在排線，

72、其運(yùn)動要求變?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)動脈沖，使排線機(jī)構(gòu)完成一個(gè)徑向的位移運(yùn)動。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，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)?/p>

73、。對于線徑的繞線，排線機(jī)構(gòu)由整步方式驅(qū)動移動一個(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，移動一個(gè)線徑需要50個(gè)脈沖。</p><p>　　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)在排線方向上移動一個(gè)線徑的目的。</p><p

74、>　　6.3狀態(tài)監(jiān)控控制單元</p><p>　　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)移動一個(gè)線徑的協(xié)調(diào)控制。使用的傳感器為霍爾元件。控制微機(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)。</p><p>　　霍爾元件按被檢測的對象的性質(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，

75、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。</p><p>　　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)左右移動范圍進(jìn)行界定。&

76、lt;/p><p>　　光電耦合器可工作于開關(guān)狀態(tài)，傳輸脈沖信號。在傳輸脈沖信號時(shí)，輸入信號和輸出信號之間存在一定的延遲時(shí)間，不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器輸入、輸出延遲時(shí)間相差很大。這里的光電耦合器起到了開關(guān)的作用。</p><p>　　另外，系統(tǒng)的控制軟件實(shí)行模塊化設(shè)計(jì)，包括：初始化模塊，鍵盤、顯示管理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，繞制圈數(shù)統(tǒng)計(jì)模塊，排線控制模塊，繞頭轉(zhuǎn)速檢測、調(diào)節(jié)控制模塊和系統(tǒng)供電失常數(shù)據(jù)保

77、護(hù)管理模塊等。數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)輸入線徑確定步進(jìn)電機(jī)細(xì)分模式并計(jì)算移動一個(gè)線徑所需要的脈沖數(shù)；數(shù)據(jù)保護(hù)模塊在系統(tǒng)供電失常時(shí)，鎖定控制信號、儲存保護(hù)數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)供電恢復(fù)正常時(shí)，恢復(fù)系統(tǒng)操作。</p><p><b>　　7.結(jié)論</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)主要完成了金屬線材自動繞裝機(jī)的繞線機(jī)構(gòu)、排線機(jī)構(gòu)、張緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，對控制系統(tǒng)做了基本研究。繞線機(jī)構(gòu)能夠可靠

78、的完成繞線以及上卸料功能；排線機(jī)構(gòu)能夠準(zhǔn)確排線，并與繞線機(jī)構(gòu)能夠準(zhǔn)確協(xié)調(diào)工作；張緊力的產(chǎn)生是通過摩擦盤來實(shí)現(xiàn)的，摩擦盤在彈簧的作用下壓緊在一起，可以通過調(diào)節(jié)彈簧的幾何尺寸，以及彈簧的變形程度來控制摩擦力的大小。本設(shè)計(jì)總體上設(shè)計(jì)比較成功。</p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，雖然我做了充分的準(zhǔn)備，認(rèn)真的查閱文獻(xiàn)和外文資料，但是由于本人知識、能力有限，難免有錯(cuò)誤和不足之處，衷心希望老師們能夠批評指正。</p>

79、;<p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在本次設(shè)計(jì)及論文完成過程中，自始至終得到了很多人的支持。在他們的大力幫助下我的論文才得以克服諸多困難并順利的完成。</p><p>　　首先我要感謝我的指導(dǎo)老師xx教授。每次遇到難點(diǎn)他都給</p><p>　　予我耐心的指導(dǎo)。特別是在細(xì)節(jié)的修改上xx老師總是不厭其煩的講

80、解分析，這使我對問題有了更深一個(gè)層次的認(rèn)識和理解。xx老師平易的性情、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)、淵博的知識使我由衷的敬佩。在設(shè)計(jì)中他不僅教給了我很多知識，使我開闊了眼界，更重要的是他教會了我一種創(chuàng)新的思想意識，要用獨(dú)特的視角和辨證的思維去考慮問題。 </p><p>　　這次設(shè)計(jì)使我受益非淺。設(shè)計(jì)使我的知識的掌握和運(yùn)用的能力都在很大程度上得到了提高。xx老師淵博的知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度深深的影響了我，這些都將是我日后從事學(xué)習(xí)和

81、工作的指向標(biāo)。</p><p>　　在本課題完成過程中，還得到了多位同學(xué)和其他老師的幫助。在此，向給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)表示忠心的感謝！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]濮良貴 紀(jì)名剛 主編.機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2001.</p><p>　　[2]唐軍

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85、2002(6).</p><p>　　[10]繼洪波.自動繞線機(jī)控制系統(tǒng)的研究[J].煙臺大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)與工程版）,1995(1).</p><p>　　[11]于克龍.繞線機(jī)排線機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析與控制[J].機(jī)械制造與自動化,2005(3).</p><p>　　[12]夏田，陳嬋娟，劉志良.偏轉(zhuǎn)線圈繞線機(jī)閉環(huán)張力信號檢測系統(tǒng)的研究[J].現(xiàn)代制造工程,2004

86、(10).</p><p>　　[13]錢吳全.一種負(fù)反饋式繞線機(jī)恒力張緊機(jī)構(gòu)原理淺探[J].中小型電機(jī),1995，22(4).</p><p>　　[14]松井 一三，正 梅森 肅，細(xì)越 壽則，砂子田滕昭，搬送裝置の磁石ブレ-キ式定位置停止機(jī)構(gòu)の開発（4）[J]， 日本機(jī)械學(xué)會論文集.1998（3）378-379.</p><p>　　[15]正羅 旭，正 小久保

87、邦雄，北鄉(xiāng) 董，夏榮海，円筒卷きロープのクロスオーバーの変解析[J]，日本機(jī)械學(xué)會論文集.1998（3）607-608</p><p>　　[16]正 專德 博文，學(xué)林 征嗣，かさ齒車の荷重分布および齒元応カに及ぼす齒車軸，軸受のたわみの影響[J]，日本機(jī)械學(xué)會論文集.1998（3）617-618</p><p>　　[17]小林 光男，丹羽 直毅，田中 道彥，北鄉(xiāng) 董，壓力円筒ねじ端の荷

88、重分布[J]，日本機(jī)械學(xué)會論文集.1998（3）526-527</p><p>　　[18]正 野呂 瀨進(jìn)，摩耗現(xiàn)象と摩耗試驗(yàn)法[J]，日本機(jī)械學(xué)會論文集.1998（3）156-157</p><p><b>　　附錄：外文翻譯</b></p><p>　　基于齒面形狀誤差和接觸點(diǎn)位置的考慮，負(fù)重相互咬合傳動時(shí)的誤差分析</p>

89、<p><b>　　緒論</b></p><p>　　近幾年，對于動力傳遞用的齒車裝置來說，降低震動噪音的要求越來越高，相對于搞精度的咬合齒車是必要的，對于一對的齒車的回轉(zhuǎn)傳動誤差中，與咬合傳動誤差，齒形誤差，還有特殊一類誤差也就是包括了齒輪單體的精度，構(gòu)造誤差，齒輪的彎曲變形等這些方面相關(guān)，這樣對于齒輪的咬合和精度的綜合性把握是很有幫助的。</p><p>

90、;　　本次研究的內(nèi)容，對圓柱齒輪的承載嚙合誤差，齒面形狀誤差和齒輪的彎曲關(guān)系進(jìn)行了研究。</p><p>　　為了傳動用的齒輪的承載懸掛狀態(tài)的使用，載荷，彎曲變形和齒面形狀誤差的關(guān)系如果能清楚的知道的話，根據(jù)齒面測定等得到的數(shù)據(jù)，齒輪對的承載時(shí)嚙合傳動誤差的預(yù)測就能夠?qū)崿F(xiàn)。這樣，不論是齒輪的嚙合狀態(tài)的把握，還是對高水平的嚙合度保持下的齒輪制造都是非常有用的。</p><p>　　對于齒輪負(fù)

91、荷懸掛的時(shí)候，齒面形狀誤差和齒的彎曲影響，利用2次元解析法是很容易判斷出彎曲接觸點(diǎn)出現(xiàn)在再接觸面上的情況是很有可能的。但是。對于斜齒輪，因?yàn)榻佑|線的回轉(zhuǎn)軸是相對傾斜的，2次元解析法在這兄情況下是無法判定的。對于彎曲作用面上的限定解析方法有很廣泛的使用。從作用面的華東來考慮，加上齒面形狀誤差，扭轉(zhuǎn)角和齒前頭的齒面接觸位置的滑動誤差的影響所反映的來進(jìn)行解析是有必要的。對于接觸位置的變化結(jié)果，基礎(chǔ)園半徑的變化的回歸，修整齒面的維持對于斜齒輪的

92、負(fù)荷影響是很明顯的。</p><p>　　這里，不管是作用面上以外的彎曲進(jìn)行的假定，還是作用面上以外的齒面全體的考慮對于接觸點(diǎn)和負(fù)重分布的探求都得根據(jù)載荷時(shí)的彎曲傳動誤差分析進(jìn)行。根據(jù)本分析結(jié)果，根據(jù)2次元解析得到的結(jié)果和對彎曲作用面上的限定3次元解析法得到的結(jié)果相比較同時(shí)進(jìn)行，根據(jù)彎曲測試的可以得到的測試結(jié)果進(jìn)行提案的解析法的檢查。</p><p>　　2.測定裝置和測定方法</p

93、><p>　　彎曲傳動誤差的測定是采用動力循環(huán)式齒輪運(yùn)動試驗(yàn)機(jī)（中心距156.2cm）。試驗(yàn)齒輪對的軸按照準(zhǔn)靜態(tài)嚙合，兩軸端按照轉(zhuǎn)臺式編碼器檢測出的會回轉(zhuǎn)角度求出嚙合傳動誤差，</p><p>　　平齒輪的測定為129600pules/rev，斜齒輪的測定為18000000pulse/rev的分解能用光學(xué)式轉(zhuǎn)臺式編碼器測定。</p><p>　　3.考慮接觸點(diǎn)位置的解析

94、方法</p><p>　　3.1 嚙合傳動誤差的求法</p><p>　　準(zhǔn)備解析前，先把某個(gè)嚙合角度根據(jù)驅(qū)動齒輪和從動齒輪的基本位置的差算出來，用各看的微小角度的回轉(zhuǎn)，根據(jù)全部回轉(zhuǎn)角度的差求出嚙合傳動誤差。</p><p>　　首先，把齒輪基本面做齒面的格子狀分割。通過齒面測定得到的齒面形狀誤差再加上這個(gè)基準(zhǔn)齒面的各各自的點(diǎn)誤差持有齒面就做出來了，通過后述的方法求

95、接觸點(diǎn)，這個(gè)接觸點(diǎn)的位置用于各個(gè)格子點(diǎn)上的彎曲計(jì)算。 彎曲也是一種看不見的齒面誤差，通過格子的附加可以包含其中構(gòu)成齒面。</p><p>　　通過各個(gè)嚙合角度的接觸點(diǎn)逐個(gè)的進(jìn)行計(jì)算。齒面形狀誤差，與包含彎曲的從動側(cè)齒面相鄰的3個(gè)格子點(diǎn)看成三角形的多面體，最初裝填作為驅(qū)動側(cè)齒面對于微小角度準(zhǔn)備先行。如圖Fig.1所示的驅(qū)動側(cè)齒面的格子點(diǎn)參考。繞著點(diǎn)回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)的時(shí)候?qū)佑|的從動齒側(cè)面的交點(diǎn)Q，和段與OP段的夾角進(jìn)行

96、計(jì)算。對驅(qū)動側(cè)的全部的格子點(diǎn)的角度進(jìn)行計(jì)算，其中最小的為，是從動齒輪的回轉(zhuǎn)角對于驅(qū)動齒輪的回轉(zhuǎn)角，是保持再齒面上的接觸點(diǎn)。 </p><p>　　用上面的順序求接下來的接觸點(diǎn)，因?yàn)槌跗诘呢?fù)荷作用點(diǎn)是變化的，對于新的接觸點(diǎn)群要再進(jìn)行彎曲計(jì)算。新求出的彎曲要加上基準(zhǔn)齒面，進(jìn)行同樣的操作計(jì)算，接觸范圍一定限制再階段之內(nèi)。</p><p>　　接下來，驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動角度，從動齒輪再轉(zhuǎn)過微小的回轉(zhuǎn)角度

97、，計(jì)算所有同樣的的接觸點(diǎn)。按照以上的順序一直計(jì)算到嚙合結(jié)束。求出各個(gè)驅(qū)動，從動齒輪的回轉(zhuǎn)角度，嚙合傳動誤差就能夠計(jì)算出來了。</p><p>　　再者，復(fù)數(shù)枚嚙合的情況，必須要決定于各齒輪的負(fù)重分擔(dān)率。由此對負(fù)重分擔(dān)率的計(jì)算的同時(shí)，采用能使各個(gè)齒輪的在一定的容許范圍內(nèi)全部相等的情況的負(fù)重分擔(dān)率。這里各個(gè)齒輪對的的差在3.0rad=0.6sec.以下。齒輪的彎曲的關(guān)系，通過接觸齒面的接近量和齒的彎曲變形的量去考慮。

98、</p><p>　　3.2 接觸齒面的近似接觸領(lǐng)域</p><p>　　接觸近似用3次元的考慮方法，下面為判定方法。</p><p>　　齒面近似量是利用Lundberg解析形式求出的，接觸點(diǎn)位置對齒面的等價(jià)曲率半徑接觸的比較長而求的。</p><p>　　接觸領(lǐng)域的擠壓近似量只是近似結(jié)果，在兩齒面的接觸領(lǐng)域是平面的時(shí)候。</p>

99、;<p>　　把接觸領(lǐng)域當(dāng)作是平面，如圖Fig.2所示驅(qū)動齒輪齒面上的接觸點(diǎn)的法線矢量垂直于平面，的近似量對應(yīng)的回轉(zhuǎn)角倒回轉(zhuǎn)平面，兩個(gè)齒面是通過這兩個(gè)平面切開分割開來的的平面。分割位置，兩齒面，分割開面積相等的位置。成為平面后的接觸領(lǐng)域內(nèi)的格子點(diǎn)通過再各個(gè)品面上的移動，接觸近似的結(jié)果是變形的齒輪產(chǎn)生的。那么，這個(gè)時(shí)候各個(gè)平面通過分割部分的格子點(diǎn)被看做負(fù)荷作用點(diǎn)群。這對于負(fù)重作用點(diǎn)群來說3.1所述的操作計(jì)算方法是可行的。&l

100、t;/p><p>　　3.3齒輪的彎曲，臨界彎曲的計(jì)算</p><p>　　齒輪的彎曲，臨界彎曲的計(jì)算是根據(jù)梅澤提出的影響系數(shù)彎曲計(jì)算式計(jì)算的。根據(jù)梅澤所說的，如果要用這個(gè)公式的話對齒面上的任意的點(diǎn)集中載荷作用的時(shí)候的任意的點(diǎn)的齒的彎曲量都可以計(jì)算。對于從看做接觸點(diǎn)群的全部的格子點(diǎn)的載荷分配，和對于各個(gè)格子點(diǎn)的全部的彎曲量的總和，一個(gè)齒的彎曲，臨界彎曲量就出來了。</p><

101、;p>　　4.平齒輪的嚙合傳動誤差</p><p>　　前文中提到，‘負(fù)重是沿著齒方向平均分擔(dān)的’是說是基于2次元性的判定平齒輪的傳動誤差進(jìn)行解析，考慮嚙合作用線滑動的情況測定結(jié)果大體上相等。平齒輪的解析用2次元判定是足夠的可以說，相比于復(fù)雜的嚙合行為的假象比如對于斜齒輪的本解析法適用的前提下，平齒輪對本解析法也是適用的。下面是適用平齒輪的參數(shù)，模數(shù)6.0，壓力角，驅(qū)動齒輪的齒數(shù)21，從動齒輪的齒數(shù)31，齒

102、厚15mm.</p><p><b>　　4.1無修正平齒輪</b></p><p>　　如Fig.3所示無修正平齒輪的嚙合傳動誤差的測定結(jié)果。為了測定結(jié)果的容易比較，各個(gè)載荷的測定結(jié)果按縱方向等間距相近形狀移動表示。負(fù)荷是圓柱上單位齒厚接線負(fù)重，半無負(fù)荷負(fù)重22N/mm包含，65N/mm或者65.3N/mm到392N/mm階段增加。同時(shí)。從Fig.3來看2是幾何學(xué)的

103、計(jì)算2齒的嚙合領(lǐng)域，1是1齒的嚙合領(lǐng)域。</p><p>　　根據(jù)Fig.3嚙合傳動誤差曲線是無修整平齒輪特有的梯形的變化表示，根據(jù)負(fù)重的增加變量也變打是很清楚的。同時(shí)，負(fù)重的增加通過齒前頭嚙合的兩齒嚙合領(lǐng)域越來越大也是能夠很清晰的觀察倒的。</p><p>　　下面是，和Fig.3同一齒輪對的的對比，通過數(shù)值解析的嚙合傳動誤差曲線得出的結(jié)果在Fig.4上表示出來了。Fig.4（a）是本解

104、析法用于3次元解析的結(jié)果，一齒面的齒面分割數(shù)齒形方向60點(diǎn)，齒根方向15點(diǎn)。Fig.4（b）前文說到的開發(fā)去2次解析法的結(jié)果，齒面分割數(shù)是齒形方向200點(diǎn)。確實(shí)，F(xiàn)ig.4（b）的2元解析來說，根據(jù)齒的彎曲，臨界彎曲計(jì)算的實(shí)際情況。齒的梯形的片保持梁的判定是石川式的齒形方向的任意的點(diǎn)的彎曲梁都可以推廣應(yīng)用。</p><p>　　Fig.4（a）為了求取使用的3次元解析法，根據(jù)齒面全體接觸判定計(jì)算是有必要的。為了節(jié)

105、約計(jì)算時(shí)間齒面分割數(shù)比Fig.4（b）要粗略些這是因?yàn)镕ig.4（a）的嚙合傳動誤差曲線對于Fig.4（b）來說不是那么圓滑。然而，隨著嚙合的進(jìn)行伴隨著傳動誤差的變化的測定結(jié)果這樣的傾向也表現(xiàn)出來了，即使這樣3次解析法對這種情況的推廣運(yùn)算也是可以求解的。Fig.4的兩種解析法的結(jié)果，傳動誤差的變動量的測定結(jié)果是不同的，這個(gè)是彎曲式的實(shí)際的齒輪對的全部彎曲的計(jì)算是不準(zhǔn)確是有影響的。相對于精度高的彎曲式所得到的結(jié)果，可能會更接近。</

106、p><p>　　4.2齒形修整平齒輪</p><p>　　Fig.5對齒形修整平齒輪的嚙合傳動誤差的測試結(jié)果進(jìn)行了表示齒形修整量是驅(qū)動，從動輪同是大約20，修整開始點(diǎn)是距離齒頂作用線上有約10.4mm的位置處。為了測定結(jié)果的比較更容易，表示方法用和Fig.3相同的方法。負(fù)荷是圓柱上單位齒厚接線負(fù)重，半無負(fù)荷負(fù)重22N/mm包含，65N/mm或者65.3N/mm到654N/mm階段增加。<

107、/p><p>　　Fig.5可以看出.齒形修整的形象對與低負(fù)荷并且兩齒嚙合領(lǐng)域很大是變化才出現(xiàn)，相反于高負(fù)荷的無修整齒輪相同，梯形的變動是隨著負(fù)重的增加而變大。同時(shí)，負(fù)重的增加通過齒前頭嚙合的兩齒嚙合領(lǐng)域越來越大也是能夠很清晰的觀察倒的。Fig.3也舉出了同樣的例子。</p><p>　　下面是，和Fig.5同一齒輪對的的對比，通過數(shù)值解析的嚙合傳動誤差曲線得出的結(jié)果在Fig.6上表示出來了。

108、Fig.6（a）是本解析法用于3次元解析的結(jié)果，考慮到接觸點(diǎn)位置的作用線的滑動。Fig.6（b）的嚙合作用面上的行動判定是3次元解析的結(jié)果。Fig.6（c）是2次元解析的結(jié)果。</p><p>　　嚙合的作用面上進(jìn)行當(dāng)作3次元解析的的結(jié)果Fig.6（b）。從兩齒嚙合領(lǐng)域倒1齒嚙合領(lǐng)域的轉(zhuǎn)移，嚙合傳動誤差的劇烈的變化顯示出來，可是從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看我們看不到這個(gè)變化。兩齒嚙合領(lǐng)域的變動幅度也可以由試驗(yàn)結(jié)果相比較的算出。

109、令一方面，本解析方法計(jì)算出的Fig.6（a），兩齒嚙合領(lǐng)域到1齒嚙合領(lǐng)域的領(lǐng)域于，是滑動移動造成的，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得到更近似的結(jié)果。但是無修整齒輪的情況也相同，齒前頭嚙合的兩齒嚙合領(lǐng)域越來越大也是能夠很清晰的觀察倒的。</p><p>　　從接觸點(diǎn)的作用面的滑動來考慮，相對正確的嚙合傳動誤差解析的計(jì)算是可以辦到的</p><p>　　5.斜齒輪的嚙合傳動誤差</p><

110、;p>　　Fig.7是對無修整斜齒輪的嚙合傳動誤差的測定結(jié)果的圖示。使用的斜齒輪的參數(shù)為，齒直角模數(shù)5.5，齒直角壓力角，驅(qū)動齒輪齒數(shù)21，從動輪齒數(shù)31，齒厚40與平齒輪的情況相同，各個(gè)載荷的測定結(jié)果按縱方向等間距相近形狀移動表示。負(fù)荷是圓柱上單位齒厚接線負(fù)重，半無負(fù)荷負(fù)重8N/mm包含，25N/mm-100N/mm，100N/mm或者50N/mm到650N/mm階段增加。同時(shí)。從Fig.3來看2是幾何學(xué)的計(jì)算2齒的嚙合領(lǐng)域，1

111、是1齒的嚙合領(lǐng)域。</p><p>　　Fig.3 Fig.5 Fig.7三者相比較，斜齒輪的嚙合傳動誤差的變動幅度與平齒輪相比是非常小的。為了能看見傳動誤差的細(xì)小變化，根據(jù)25N/mm ,250N/mm 500N/mm的3個(gè)種負(fù)重情況表示從倍率從大到小Fig.8所示. Fig.8所示的3是幾何學(xué)計(jì)算出的3齒嚙合領(lǐng)域，2是兩齒結(jié)合領(lǐng)域。</p><p>　　根據(jù)Fig.8，斜齒輪的嚙合傳動

112、誤差曲線，是與平齒輪的曲線不同的呈鋸齒形狀變動的曲線。這時(shí)，嚙合傳動誤差的緩慢，兩齒嚙合領(lǐng)域相比于3齒嚙合領(lǐng)域也要大一些。本解析法使用的斜齒輪對的重復(fù)嚙合率是不到1的。但是隨著負(fù)重的增大嚙合傳動誤差的變動量也變大，從3齒嚙合領(lǐng)域到2齒嚙合領(lǐng)域的領(lǐng)域移動很緩慢這個(gè)也是能越來越清晰的看出來。變動量在500N/mm是12秒的程度，與無修整的平齒輪相比是非常小的。</p><p>　　斜齒輪的嚙合傳動誤差分析，得不不到一

113、直的測試結(jié)果。對平齒輪的解析是妥當(dāng)?shù)慕Y(jié)果，斜齒輪的嚙合傳動誤差的變動量卻非常小，肯能是因?yàn)橛?jì)算精度的不足的原因。</p><p>　　Fig.8的相同的齒輪對，本解析方法使用的嚙合傳動誤差的秋季的實(shí)際的各個(gè)齒輪對的載荷分擔(dān)率的推移由Fig.9所示。Fig.9可以看出，載荷分擔(dān)的推移是一條圓滑的沒有特別變化的曲線。</p><p>　　下面是，為了由于齒面是多面的誤差的積，齒面形狀誤差不存在