用于环形变压器的绕线机设计(机架部分)毕业论文.doc
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1、编号: 本科毕业论文(设计)用于环形变压器的绕线机设计(机架部分)专 业 机械设计及其自动化(辅修国贸) 学 号 姓 名 指导教师 完成日期 宁波大学机械工程与力学学院宁波大学机械工程与力学学院本科毕业论文(设计)诚 信 承 诺我谨在此承诺:本人所写的毕业论文用于环形变压器的绕线机设计(机架部分)均系本人独立完成,没有抄袭行为,凡涉及其他作者的观点和材料,均作了注释,若有不实,后果由本人承担。 承诺人(签名): 年 月 日摘要摘要:为了改进绕线机的结构性能和降低生产成本,本文研究绕线机的工作原理及生产过程,将绕线机分为绕线部分和机架部分。笔者主要设计机架部分,其主要作用是支撑绕线部分,夹紧固定
2、和低速转动环形变压器的铁芯,以及保护内部结构。结合原有的设计理念,将其划分为三个部分:驱动部分、传动部分及固定部分,驱动部分主要是电机先经过皮带再通过蜗轮蜗杆减速器传递转速,传动部分主要是由一系列的齿轮传动来实现,固定部分则通过相同转向及转速的两个主动橡胶滚轮和一个从动滚轮来对环形铁芯进行夹紧并带动其转动。在设计结构和传动方式的过程中,同时对结构的强度及转矩进行计算校核。选材方面为降低成本主要使用45钢、灰口铸铁和HT150等材料。机身骨架则采用焊接。设计中主要使用了CAD工程制图软件。关键词:绕线机;机架部分;结构设计;夹紧及传动Design a winding machine for th
3、e production of toroidal transformer (stander part)Abstract:In order to improve the structural performance of the winding machine and reduce production costs, this study working principle and the production process of this winding machine, and winding machine is divided into the winding portion and
4、the stander part. This design the stander parts:the main role is to support the winding part of the clamp fixed and low-speed rotating toroidal transformer core, and protect the internal structure. Combined with the original design concept, this structure can be divided into three parts: the drive p
5、art, transmission part and fixed part.The drive part go through a belt and give the speed to worm gear reducer, transmission parts is made up of a series of gears to make achieve the work.The fixed part is made up of two same steering and speed active rubber roller and a follower wheel clamping ring
6、 core to achieve the work. In the process of designing structure and transmission mode, check the structural strength and torque calculation. In order to reduce the costs, choose the material of 45 steel and gray cast iron and other cheap materials. Weld is used in the standers of machine. The CAD e
7、ngineering drawing software is mainly used in the design process.Key words:winding machine;stander pats;structural design;clamping and drive目录摘要II目录IV1 引言12 总体方案设计3 2.1 方案一32.1.1 驱动部分32.1.2 传动部分32.1.3 固定部分4 2.2 方案二62.2.1 驱动部分62.2.2 传动部分62.2.3 固定部分7 2.3 方案对比及选择图73 各传动部分设计9 3.1 基本参数的设计9 3.2 电机选择9 3.3
8、驱动部分设计10 3.4 齿轮传动设计11 3.5 夹紧部分设计114 零件设计及校核13 4.1 驱动部分的零件设计及校核134.1.1 皮带传动设计134.1.2 蜗杆减速器设计144.1.3 轴的设计计算184.1.4 减速器滚动轴承的选择及校核224.1.5 键连接的选择及校核254.1.6 减速器的密封与润滑26 4.2 传动部分的零件设计及校核274.2.1 大齿轮传动的设计计算274.2.2 小齿轮传动的设计计算314.2.3 轴4、轴6和轴9的设计计算33 4.3 固定部分的零件设计及校核364.3.1 蜗杆传动的设计计算364.3.2 蜗杆轴的设计394.3.3 螺杆的设计及
9、校核404.3.4 大滚轮箱体设计415 设计总结425.1 方案评价与成本估算425.2 产品的创新和存在的问题42参考文献44致谢45471 引言环形变压器属于电子变压器的一种类型,作为电源变压器和隔离变压器主要用途是在空调、VCD、DVD、音响、微波炉、功率放大器、程控交换机、UPS等各类家电以及各种机械电子、医疗化工、邮电通讯、轻纺、科教等用各种电源仪器、仪表设备装置的领域中广泛应用。自加入WTO以来,环形变压器市场的发展基本处于平稳状态,没有很大的变化。因为环形变压器产品属于以用户要求定制生产为主和劳动密集型的产品,因此生产量大,品种规格繁多,自动化、规模化大的生产模式不适合这个行业
10、。同时要认识到国内的环形变压器技术与国外先进国家相比,还存在一定的差距。更轻、更高效、密度更高是环形变压器技术发展的最终目标。随着国际市场竞争的日趋激烈,国内环形变压器产业必须进一步加强对科技研发的力度1。但是近年来随着家用电器以及电子设备的不断发展,对低压电子变压器的需求量越来越大,而环形变压器凭借其高频、低损耗、小尺寸、低价位的特点将占有大量市场。目前生产环形变压器的主要设备是环形绕线机,也称磁环绕线机,就是用来生产绕制环型电感的绕线机2。目前在绕制方式的不同,大致可分为三类1、 半自动式环型绕线机2、 简易牵引式环型绕线机3、 全自动微型磁环绕线机限于所学知识和成本的考虑,本文主要针对半
11、自动式环形绕线机进行设计,而生产的环形变压器主要用于电动叉车的充电器中。电动叉车凭借其操作控制简便,灵活外,相较于内燃叉车,低噪音,无尾气排放的优势也已得到越来越多用户的认可。另外,电子控制技术的快速发展使得电动叉车适用范围越广,解决物流的方案越来越多。所以电动叉车的市场需求肯定会增长速度会越来越快,电动叉车市场份额也会越来越大的。根据中国工业协会工业车辆分会的数据分析显示,我国2010年已经达到52,874辆,与2008年相比较增长了近38%3。设计一台半自动绕线机的机架,主要有三部分的任务:1.支撑轮,也叫导轮,不同的机头支撑轮的个数也不一样2.夹具滚轮, 此部件的寿命与所绕制产品的线径、
12、大小以及材质有关。3.皮带、边滑器等等其它消耗性部件。机架部分主要指夹具滚轮和其他次要部件,目标是在不妨碍并配合机头的绕线部分工作的前提下,将环形铁芯固定在夹具上,并匀速的转动铁芯,机头牵引铜线高速穿过铁芯内圆从而达到在铁芯上绕制的目的。如果有对变压比的要求,那么就可以简单的通过调整夹具滚轮的转动速度和正反装来实现铁芯上铜线匝数的变化。本次设计的任务主要是解决怎么驱动夹具滚轮的转动,怎么传递转速,怎么夹紧铁芯,所以可以将机架的设计分为驱动部分,传动部分和夹紧部分。初步构思,驱动部分可以用电机来提供动力然后通过v型皮带来传递至减速器,电机则根据滚轮最终要求的转速和功率来进行选择,皮带的长度则由减
13、速器和电机的中心距来决定,同时还要设计减速器的类型来改变转矩的方向和保证速度的精度。传动部分可以用主轴带动齿轮,然后多个齿轮相互啮合来实现转矩的传递,轴承是由受到的力和轴径来选择的,齿轮的数量和大小则由中心距和传动比来决定。另外应考虑到制作的可行性,应尽量使结构紧凑,零件简单。传动部分还需保证较高的稳定性、准确性以及合理性。夹紧部分则手动旋转转轮通过螺母的移动来实现夹紧。夹紧的方式可以用转动臂来贴紧,也可以用螺杆螺母的移动来实现。主要的夹具为橡胶滚轮,滚轮通过传动部分由内部齿轮来转动,紧靠铁芯外圆,当滚轮转动的时候就可以保证铁芯以同线速度转动了,从而配合绕线部分。滚轮的数量夹紧的方式是由夹具和
14、材料的可靠性来决定的。滚轮的高度是由绕线部分机头的高度来决定。另外,在设计夹紧方式时应考虑到绕线机的铁芯是由人工来安装和卸载,方便工人操作,节省时间。以上三个部分设计基本能够满足绕线机机架生产工作的要求。此外除了对于绕线机外廓机身主要还是依照成本和操作方便的要求来设计。2 总体方案设计2.1 方案一2.1.1 驱动部分图1.1驱动部分如上图,驱动部分分为5块,1为电机来输出转矩和功率,电机输出轴键连接2小皮带轮,2通过3皮带传动于4大皮带轮进行一级减速,大皮带轮通过键连接与5涡轮蜗杆减速器蜗杆轴相连,进行传动比较大的二级减速,并且改变其转矩方向,这里的蜗轮轴与传动部分相连,是驱动部分的最终输出
15、端,是传动部分的输入端。皮带选择v带,主要作用为传动,传动比接近于1,电机和减速器可以用螺栓被固定在在绕线机工作台底部,根据输出功率和转速的要求的要求选择合适的电机,采用蜗轮蜗杆减速传动比大,冲击载荷小,传动平稳,噪声低,并具有自锁性4。采用此种设计结构,使得制造简单,电机和蜗轮蜗杆减速器及皮带都可以外购,并且传动比大,冲击载荷小,传动平稳,满足了工作的要求。缺点是:效率低,功率过大时磨损严重,并且当载荷过大时,皮带可能会打滑,可靠性低。2.1.2 传动部分图1.2传动部分 如图所示:传动部分由多个齿轮组成,1齿轮轴连接驱动部分,齿轮1获得转矩和功率,然后通过2、9齿轮传动给10、3齿轮,10
16、、3齿轮的直径和1齿轮相同,所以2、9齿轮只起到传动作用。接着10、3齿轮轴传递转矩给4、11齿轮,再通过3个小齿轮的传动使16、8夹具滚轮转动。大齿轮可以被安装在工作台底部扁平箱体中,箱体用螺栓与工作台相连。11、4轴由于两个滚轮的重力受到较大的弯矩,因此设计有圆柱形箱体,来支撑固定装载小齿轮的上臂箱体,圆柱箱体内安装轴承来承受加大的弯矩。小齿轮和大齿轮的直径和中心距均由装载工件所需大小而确定,小齿轮直径为4060mm,大齿轮直径为100150mm,橡胶滚轮直径为100150mm,工作台尺寸大约为600mm。传动部分的关键是工作时必须保证两滚轮在低速的情况下一致且稳定,采用齿轮传动,传动稳定
17、且精确,效率高,并且结构紧凑。缺点是零件多,制作复杂,安装繁琐5。2.1.3 固定部分固定部分主要的工作是利用三个滚轮夹紧工件,当左右滚轮低速转动的时候就可以利用摩擦带动铁芯从而配合绕线机头完成工作。如图所示,1为螺母螺杆机构,螺母与大滚轮台面相连,此滚轮为从动轮,不自转,随着螺杆的手动旋转,滚轮会随着台面前后移动,从而调整对4工件的夹紧,且具有自锁性。至于滚轮的大小,主要是对接触面积的考虑。另一方面,手动操作2蜗杆蜗轮结构,旋转蜗杆,因为蜗轮与安放小齿轮的短臂相连,因此短臂末端的滚轮以蜗轮圆心旋转,从而调整对工件的夹紧,且具有自锁性。2蜗轮蜗杆结构中心穿过传动部分的轴,因此滚轮的自转并不会影
18、响。装载和卸载相同工件,都只需依靠大滚轮的前后的移动来完成,左右两滚轮的位置不需要改变,节省时间。三个滚轮按照上图安装,不仅能够达到夹紧并转动工件的要求,而且不会影响绕线部分的工作,初定两个小滚轮直径为100mm,大滚轮直径为150mm,可装载的工件外径范围:130mm650mm。图1.3固定部分图1.4固定部分此设计应用了蜗轮蜗杆传动和螺杆螺母传动,优点有:结构简单,转动平稳,可靠性高,装卸简易,螺杆螺母成本低廉,加工容易。缺点有:蜗轮蜗杆无法外购,加工难度大,安装复杂6。2.2 方案二2.2.1 驱动部分 图2.1驱动部分如上图,驱动部分分为5块,1为电动机来输出转矩和功率,电机输出轴用联
19、轴器与二级蜗轮蜗杆减速器的蜗杆2相连,蜗杆与蜗轮3进行一级减速,传动比为,蜗轮3的轴连接蜗杆4,蜗杆4最后与蜗轮5进行二级减速,蜗轮5的轴输出转矩和功率。第一次减速的传动比选择为4,第二次减速的传动比选择为10。总传动比为40。电机和减速器可以用螺栓被固定在在绕线机工作台底部,根据输出功率和转速的要求的要求选择合适的电机,采用蜗轮蜗杆减速传动比大,冲击载荷小,传动平稳,噪声低,并具有自锁性7。采用此种设计结构,相比于皮带轮传动,精度更高,效率也更高电机和蜗轮蜗杆减速器都可以外购,并且传动比大,冲击载荷小,传动平稳,满足了工作的要求。缺点是:功率过大时磨损严重,价格昂贵。2.2.2 传动部分图2
20、.2传动部分 如图所示:传动部分选择大滚轮自转,小滚轮来从动。设计较为简单,齿轮1轴是驱动部分的输出轴。经过一级减速,传动比为2。轴3最后连接大滚轮。传动部分的关键是工作时必须保证滚轮在低速的情况下稳定,采用齿轮传动,传动稳定且精确,效率高,并且结构紧凑。缺点是无法移动大滚轮的位置。2.2.3 固定部分 图2.3固定部分如上图所示:固定部分主要的工作是利用三个滚轮夹紧工件,当大滚轮低速转动的时候就可以利用橡胶外皮的摩擦带动铁芯从而配合绕线机头完成绕线。1为小滚轮,左右各设一个,此滚轮为从动轮,不自转,2为装载螺母螺杆机构的箱体,3为螺母螺杆机构,随着螺杆的手动选择可以是小滚轮前后移动,从而配合
21、大滚轮对工件的夹紧。4为大滚轮,自转,不移动。三个滚轮按照上图安装,不仅能够达到夹紧并转动工件的要求,而且不会影响绕线部分的工作,初定两个小滚轮直径为100mm,大滚轮直径为150mm,可装载的工件外径范围:130mm650mm。此设计应用了螺杆螺母传动,优点有:结构简单,转动平稳,装卸简易,螺杆螺母成本低廉,加工容易。缺点有:大滚轮不移动,夹紧效果不理想。2.3 方案对比及选择图表2.1方案一和方案二部分名称采用结构实现情况加工工艺及成本方案一驱动部分蜗轮蜗杆,皮带传动结构简单,传动平稳效率低加工易,成本高传动部分齿轮传动结构简单,传动平稳,效率高加工易,成本低固定部分蜗轮蜗杆,螺杆螺母夹紧
22、可靠,范围大加工难,成本高方案二驱动部分蜗轮传动结构复杂,传动平稳,效率低加工难,成本高传动部分齿轮传动结构简单,传动平稳,效率高加工易,成本低固定部分螺杆螺母夹紧范围小,不可靠加工易,成本高夹紧的可靠性对于绕线质量至关重要,尽管方案二更加简单,但是只有一个大滚轮来带动工件的旋转,可靠性没有方案一高,所以综合考虑各个部件的实现情况及加工难度和成本,最终选择采用方案一。3 各传动部分设计3.1 基本参数的设计根据已投入生产的落地式环形绕线机确定机身基本尺寸为:长910mm,宽715mm,高720mm,安装尺寸:小滚轮直径100mm,最小中心距为200mm,旋转角度90,大滚轮行程110mm,最大
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