【正文】 定可靠。為了提高所繞線圈的尺寸精度，控制立式繞線機徑向跳動，增加了繞線模軸頭固定裝置；為了控制軸向跳動，使用了高精度雙排輥式大型軸承。因此，使變壓器進一步降低損耗、減輕重量、降低成本有了可能。 臥式繞線機從變壓器的線圈繞組結構設計來看，并不是所有線圈都能使用立式繞線機生產。如層式結構、多螺旋結構式線圈。如果這種線圈使用普通臥式繞線機繞制好后，軸向不加任何壓力繞制，線段間隙就會很大，像一個壓簧。線圈經壓緊后直徑變大，線圈和紙筒間將會產生間隙，會造成線圈軸向失穩(wěn)，遇有軸向電動力，線圈可能造成損壞。因此，帶有軸向、徑向壓緊式臥式繞線機，在大型變壓器線圈生產中，得濟南大學畢業(yè)設計 2 到了廣泛使用。隨著變壓器性能要求越來越高，一般中小型變壓器的生產，也逐漸開始使用壓緊式臥式繞線機。原來的壓緊機構使用力矩電機或氣缸產生壓力，現已通過伺服電機取代。為了控制繞制線圈尺寸公差，繞線機增加了光柵尺，實時地檢測線圈尺寸。多軸式放線車上的各線盤放線張力可以實現獨立控制，根據繞制線圈的長度，放線車隨動跟蹤，避免導線的扭曲變形產生新的應力，從而降低繞組的蝸流損耗。 國內繞線機的現狀國產的繞線機總體來說較國際技術來講，無論是技術還是質量或是性能上還與發(fā)達國家有一定的差距的。國產的繞線機自動化水平低、控制手段落后是普遍存在的問題。只能應用于繞線要求相對不太高的場合，繞線機的高端設備都有日本、瑞士、德國等進口設備占領市場，而國產設備只能在很小的市場份額里以低價來爭得客戶，我國繞線機市場目前處于高速發(fā)展的時期。目前國內的繞線機也向多種類的適應多種線圈的繞線機方向發(fā)展，其中包括自動排線繞線機、箔式線圈繞制機、立式繞線機、臥式繞線機。近年來，國外開發(fā)研制了全自動繞線機，可以實現自動排線、自動張緊，提高了繞線線圈的質量。箔式繞線機以前主要用于繞制干式變壓器高壓線圈，今后會更多應用于繞制油浸式變壓器線圈。它具有效率高、繞制線圈的質量好，特別是它具有降低整臺變壓器的線圈消耗，提高線圈承受短路的應力特點。 臥式繞線機的設計內容臥式繞線機主要用于大容量干式變壓器線圈的生產制造，繞線模由主軸花盤與尾座花盤水平支撐，繞線模由主軸驅動旋轉，線圈在一定張力作用下有規(guī)律地在繞線模上繞線。繞線機采用三相交流異步電動機驅動，經帶傳動傳遞動力、無自鎖的蝸輪蝸桿減速器減速（因電機需要正反轉）后，采用鏈傳動的方式將動力傳遞給主軸，由主軸帶動繞線機構繞制線圈。由于在繞制過程中，隨著線圈半徑越來越大，主軸的轉速也應隨之變化，所以三相電機應配有變頻器，實現電動機的無級變速。在從動帶輪軸之后安裝有磁粉制動器，其原理是采用導磁的磁粉為媒介，制動部件與運動部件間隙中充填磁粉，借助于磁粉間的電磁吸引力形成的磁粉鏈同工作面間的摩擦力產生制動的功能。 臥式繞線機的基本結構臥式繞線機的組成包括主機、變頻調速系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、操作面板等。主機包括床頭箱、排線架、放線架、尾座和底座等四部分組成。床頭箱里包含三相電動機、蝸桿蝸輪傳動裝置、帶輪傳動、鏈傳動、磁粉制動裝置、變頻器、箱體等；外面包含花盤、轉速表、變速裝置、開關等。尾座有花盤、頂尖、頂尖調整裝置、濟南大學畢業(yè)設計 3 交流伺服電動機、尾座調節(jié)手柄、蝸桿蝸輪機構、齒輪齒條機構、箱體等。排線架包含滾筒、滾珠絲杠機構、線圈張緊裝置等。臥式繞線機結構簡圖如圖 11：圖 11 臥式繞線機結構簡圖1轉速表 2花盤 3托輪 4頂尖 5鎖桿 6頂尖調節(jié)手柄7尾座 8底座 9腳開關 10開關 11床頭箱 12變速手柄 臥式繞線機的設計方案在做設計準備的過程中，查閱了相關書籍、期刊、中外文獻等材料，主要通過在圖書館查閱相關書籍、期刊、中外文獻等，結合已有的關于繞線機的材料，對繞線機的結構進行設計。結合國內外關于臥式繞線機的材料，對臥式繞線機的結構進行設計，對控制系統(tǒng)進行優(yōu)化。設計初步采用三相交流電機帶動鏈輪傳動主軸旋轉，實現繞線功能；由交流伺服電機、滾珠絲杠帶動繞線機構，對繞線過程實現控制。繞線機的組成包括主機、變頻調速系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、操作面板等。主機包括床頭箱、尾座和底座三部分組成。床頭箱里包含電動機、齒輪傳動裝置；外面花盤、轉速表、變速裝置、開關等。尾座由頂尖、頂尖調整裝置等。床頭除與床尾共同支撐線圈外，主要用來提供扭矩及不同的轉速。臥式繞線機的結構應該能滿足的功能及要求為：①平穩(wěn)啟動和勻速轉動；②在不同的轉速下（必要的間歇轉動）能夠提供足夠的轉矩；③準確地計數；④可適應不同線槽的夾具安裝；⑤有效即使制動；⑥能夠排線、張緊；⑦裝卸方便，便于操作。在考慮結構設計的時候還應該注意到可靠性、人機關系、安全、檢修、美觀、經濟價值等問題。設計過程中主要參數的確定包括主電機功率、制動器的選擇、帶傳動的設計、濟南大學畢業(yè)設計 4 鏈傳動的設計、主電動機上蝸桿蝸輪減速機構設計、尾座用的蝸輪蝸桿減速機構、電動機軸的結構參數、主軸的結構參數、排線用的交流伺服電動機、尾座套筒的移動副、變頻器、鏈條的設計、齒輪齒條的選擇、滾動直線導軌、滾珠絲桿的設計、主軸上的軸承、主軸上的光電編碼器、PLC 編程等。（1）繞線系統(tǒng)采用三相異步電機驅動，經無自鎖的蝸桿蝸輪減速器減速（因電機需要正反轉）后，采用鏈傳動的方式等速傳遞給主軸，由主軸帶動繞線機構繞線。由于在繞制過程中，隨著線圈半徑越來越大，主軸的轉速也應隨之變化，所以三相電機應配有變頻器，實現電動機的無級變速。在從動帶輪之后安有磁粉制動器，其原理是采用導磁的磁粉為媒介，制動部件與運動部件間隙中充填磁粉，借助于磁粉間的電磁吸引力形成的磁粉鏈同工作面間的摩擦力產生制動功能。用磁粉制動器可對電機進行有效的制動。（2）尾箱由蝸輪、蝸桿減速機構帶動齒輪齒條沿軸向移動，手動實現其控制。后軸的軸向進給也是通過手動控制，通過螺紋傳動實現軸套的伸縮，對繞線架的距離進行微調，最大的微調距離可達 150 mm。（3）對主軸、軸承，蝸輪、蝸桿等進行必要的機構尺寸確定以及強度校合，使其滿足工作要求。（4）控制系統(tǒng)由 PLC 實現。PLC 主要用來控制主軸的正反轉、主軸的轉速、旋轉的圈數，還有交流伺服電機帶動的排線機構的進給速度。主軸的轉速由其末端的光電編碼器檢測，信號傳給 PLC，由 PLC 控制變頻器的電流大小，根據實際的繞線速度以及線圈的直徑來調節(jié)主軸的轉速，使他們的速度相匹配。因 PLC 含有計數功能，所以可由 PLC 控制主軸旋轉的圈數；PLC 控制的伺服電機及排線架要與交流電機的轉速相適應，以達到穩(wěn)速緊密繞線的目的。交流電機由磁粉制動器制動，也由 PLC 在繞線完成后控制運行來制動電動機。主機速度控制的 PLC 設計，應用 PLC 控制繞線機實現主軸的各種運動，可以簡化控制線路，節(jié)省成本，提高工作效率。具體的 PLC 設計過程：①確定 PLC 所需 I/O 點個數； ②用互程序存儲器容量的選擇；③PLC 型號的選擇；④PLC 的程序設計。 臥式繞線機的技術參數中心高：1600 mm；花盤直徑：φ1200 mm, 開四等分 T 形槽；床頭總盤與尾座頂尖距離： m；最大轉速：10 噸；主軸轉速：0～24 rpm . 滿圈時 10～12 rpm；電機功率 11 kw ( 由張力機的張緊力確定出 )；起動、制動時間：三分之一圈；濟南大學畢業(yè)設計 5 張緊力：1000 N。2 前箱體設計計算 確定主電機功率 空線圈啟動狀態(tài)下電動機在啟動到額定轉速的過程中，主軸所受的力矩 為，LM （2LaFM??1） （22adwJt）式中， ——加速度產生的力矩；aM——張緊力產生的力矩；F ——繞線模轉動慣量。J在 =24(rpm)時，啟動時間按照三分之一圈計算，角加速度 為，maxn ? （2max1240063dwradstt????????????????:3）繞線模的轉動慣量 為，LJ （????2()kgm?）濟南大學畢業(yè)設計 6 角加速度力矩 為，aM =1603=480 （2aJ?????Nm?5）張緊力矩 為，FM （26）3801402FLD???????Nm?式中， ——線圈的張緊力，為恒定力 1000N；LF D——空繞線模的直徑，為 800mm。主軸負載力矩 為，?LM 480aF?????Nm?負載功率為， （??:??kW）式中， ——負載功率，單位為 Kw；tP n——繞線模轉速，單位為 r/min。由于由電機到主軸之間蝸輪蝸桿減速器（非自鎖） ，則 =；鏈傳動1?=；帶傳動及其他機構 =。2?3?電動機軸負載功率為,? （????:??kW?18）濟南大學畢業(yè)設計 7 線圈在滿圈狀態(tài)下在繞線模滿圈時，若由于某種原因，繞線機停機，現在需要重新啟動，在此過程中重新啟動繞線。主軸所受的力矩為 （2939。39。39。LaFM??） （21039。39。39。adwJt）式中， ——加速度產生的力矩；39。aM——張緊力產生的力矩。39。F由于繞線過程中，隨著繞線模的線圈的繞制，轉速需要隨之降低，此時 n 取11rpm，啟動時間按照三分之一圈計算，角加速度為， （211）39。39。39。 max139。????????????????:(/)rads線圈及繞線模轉動慣量為， （212????39。39。????????2kgm:） （213）39。39。 .917aMJ?N?線圈對繞線模的張緊力矩為， （214）39。39。 312060FLD????:??Nm:式中， ——滿載時，線圈對主軸的力矩，單位 Nm；39。FM濟南大學畢業(yè)設計 8 ——滿載時，線圈的直徑，為 1200mm。39。D主軸負載力矩為? 39。39。39。1794602394LaFM?????Nm:主軸負載功率 為39。tP （215）39。39。39。 ????:??kW式中， ——滿圈時，線對繞線模的力矩；39。LM ——滿圈時，繞線模的轉速。39。n考慮到由電機到主軸之間蝸輪蝸桿減速器（非自鎖） ，則 =；鏈傳動1?=；帶傳動及其他機構 =。2?3?電機軸負載功率為，? 11 （216）39。39。????:??kW選擇電機 11kW 可以滿足要求。查手冊選用 電機，額定功率 11(kW)，轉速 1460(rpm)。64YM?電機啟動后，主軸轉速為 24(rpm)，穩(wěn)定運行后主軸為 12(rpm)。由帶傳動 =1，鏈傳動 =1，取蝸桿蝸輪傳動 =41?1i3i 2i則主軸 及蝸輪軸 的轉速， tn221()tnrpm?蝸桿軸轉速為 1480?()rpm 制動器的選擇在制動的過程中，存在張力力矩 、減速力矩 、制動力矩39。FM39。a39。zM （217）39。39。39。1794601zaF?????Nm?濟南大學畢業(yè)設計 9 式中， ——制動過程中，減速度產生的力矩39。aM折算到蝸桿軸上 （218）39。39。???????Nm?式中， ——主軸的制動力矩折合到蝸桿軸上的力矩；39。zmM ——蝸桿軸和主軸之間的總傳動比。i選用磁粉制動器，為自然冷卻式磁粉制動器空心軸型 ? 蝸桿渦輪減速器 蝸桿蝸輪減速器的設計方案由于隨著線圈的不斷繞制，線圈的質量不斷增大，電動機的轉速也應該不斷減小，故選用 4 級調速。線圈滿圈時，質量 m=10(噸) ，電機轉速為 480(rpm)，線圈為 12(rpm)。 蝸桿蝸輪兩軸交錯角 ，采用 ZI 漸近線蝸桿。?90??考慮到傳動功率不大，速度只是中等，蝸桿用 45 鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為 。蝸輪用鑄錫磷青銅45HRC:ZCuSn10P1,金屬模制造。僅齒圈用青銅制造，輪芯用灰鑄鐵 HT100 制造。 蝸桿蝸輪減速器的設計計算按齒面接觸疲勞強度，傳動中心距為 （219）??232EHZaKT?????????式中，a—— 蝸桿蝸輪中心距； K——載荷系數； ——接觸系數Z? ——彈性影響系數。E濟南大學畢業(yè)設計 10 ⑴計算蝸桿功率 1P確定齒輪齒數 =1， =40， =?由 = ，鏈傳動 =，則蝸輪軸功率為t??kW （