【正文】 2912 35 32 23 5 3631 4 ( )L BL L L L L Lmm? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ?39。 3 12 4 5 62277 2712 35 3222=104L BL L L Lmm? ? ? ? ?? ? ? ? ? 3 1 239。 39。 39。 270L L L? ? ?? ?mm 24939。 7 2 .52BL L a? ? ? ?? ?mm ? 由力矩平衡公式得 1 1 3 4139。 39。 39。2P N VF L F L G L? ? ? ? ? （ 256） 式中， G—— 繞線模滿圈時(shí)所受的重力，單位為 N，滿圈質(zhì)量 m=10 噸。 ? 1NVF ? 2 3 4 6 7 3 7 4 5 0 0 0 0 7 2 .5270? ? ?=(N) 又由2112NV P NVF F G F? ? ? ? 2NVF =23467+=(N) ⑷垂直方向的彎矩 垂直方向的彎矩圖如圖 24： 圖 24 垂直方向的彎矩圖 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 最大彎矩值為 312 39。 2 3 4 6 7 1 0 4 1 0 2 4 4 0 .6 ( )VPM F L N m? ? ? ? ? ? ? ⑸最大總彎矩 1VM =(Nm)=2440600(Nmm) 扭 矩 ? ? ? ?2 5 9 4 2 5 9 4 0 0 0tT N m N m m? ? ? ? ⑹ 軸上零件的定位 左軸承的右邊采用軸肩定位，左邊采用套筒及雙圓螺母定位；右軸承的左邊采用箱體定位，右邊采用軸肩定位固定。 鏈輪的左邊采用雙圓螺母固定定位，右邊采用軸肩定位，與軸采用鍵連接，查手冊(cè)中表 41，選擇鍵 221463 ⑺按照彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面，軸單項(xiàng)旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取 ? =，軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為 ? ?2213caMTW ?? ?? ? ? ?1?? （ 257） 式中， ca? —— 軸的計(jì)算應(yīng)力，單位為 MPa； 1M —— 軸所受的彎矩，單位為 Nmm； T3—— 軸所受的扭矩，單位為 Nmm； W—— 軸的抗彎截面系數(shù)，單位為 mm3； ? ca? = ? ? 22 32 4 4 0 6 0 0 0 . 6 2 5 9 4 0 0 00 . 1 1 1 0???= 前面已經(jīng)選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，見表 151，查得 ? ?1?? =60MPa； ? ca? ? ?1?? ，故主軸安全，滿足工作要求 鏈輪主動(dòng)軸 鏈輪主動(dòng)軸的 安裝 結(jié)構(gòu) 該鏈輪主動(dòng)軸的動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)經(jīng)過帶傳動(dòng)、蝸桿蝸輪減速，傳遞動(dòng)力到蝸輪，蝸輪安裝在鏈輪主動(dòng)軸上。 鏈輪主動(dòng)軸的結(jié)構(gòu) 簡 圖如圖 25 所示： 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 圖 25 鏈輪主動(dòng)軸簡圖 鏈輪主動(dòng)軸的尺寸設(shè)計(jì) 由于蝸輪軸的轉(zhuǎn)速比較小，所以只進(jìn)行尺寸的確定。 ⑴由前面主軸的設(shè)計(jì)知， 1d =77(mm)，查手冊(cè)知，選鍵為 221463， L1取 82(mm)，選緊定螺釘為 M5。 ⑵由于軸肩起定位作用，所以 h==77=(mm) ? 212d d h?? =77+2=(mm) 選擇軸承為圓錐滾子軸承 30218，取 2d 為 90(mm)， 取 2L =88(mm) ⑶選擇 d3=95(mm) 由 B? =96=72(mm)，取 B=70(mm) ? L3=65(mm)，選擇平鍵 251450 ⑷軸環(huán)左側(cè)起定位的作用，選擇 d4=d3+=(mm)，選 d4=112(mm) 由 L4? ==12(mm)，所以選 L4=16(mm) ⑸選 d5=109(mm)， L5=88(mm) ⑹選擇圓錐滾子軸承 30218，取 d6=90(mm)， L6=65(mm) 蝸桿軸 蝸桿軸的安裝結(jié)構(gòu) 該軸由電機(jī)經(jīng)電機(jī)軸傳遞動(dòng)力到蝸桿軸，蝸桿軸上安裝 有從動(dòng)帶輪、磁粉制動(dòng)器。 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)簡圖如圖 26 所示 ： 圖 26 蝸桿軸結(jié)構(gòu)簡圖 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 蝸桿軸的尺寸設(shè)計(jì) 由于蝸桿的尺寸較小，所以將蝸桿在軸上直接加工，做成蝸桿軸。 ⑴ 1d 由電動(dòng)機(jī)軸的直徑?jīng)Q定，取 1d =42(mm)， 1L 取 115(mm)，選鍵為 12895 ⑵由蝸桿分度圓的直徑為 4d =80(mm)，選擇 3d = 5d =55(mm)； 4L? (8+)m，取 4L =84(mm)。 ⑶由第 2 段右側(cè)，第 6 段左側(cè)起定位軸肩作用，選 2d = 6d =45(mm)，選單列圓錐滾子軸承 30209， L2=20(mm)， L6=70(mm)。 ⑷由軸的總體尺寸，確定第 3 段和第 5 段軸部的長度為， 3L = 5L =55(mm)。 主動(dòng) 帶輪軸 —— 電機(jī)軸 主動(dòng)帶輪 軸的結(jié)構(gòu) 三相異步電動(dòng)機(jī)由電機(jī)軸傳遞動(dòng)力到主動(dòng)帶輪，由主動(dòng)帶輪帶動(dòng)從動(dòng)帶輪，從而傳遞動(dòng)力到主軸。軸上零件的安裝 簡 圖如下： 圖 27 帶輪主軸結(jié)構(gòu)簡圖 主動(dòng)帶輪 軸 的尺寸設(shè)計(jì) ⑴由電機(jī)主軸的功率為 1P =(kW)，主軸轉(zhuǎn)矩為 1T =91(Nm) ⑵初步確定軸的最小直徑 mind 03min 00PdAn? （ 257） 選軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理； 查教材表 153，取 A0=112 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 ? 3m i n 6 .3112 7d ??=()mm 由于最小直徑在帶輪處，取 3d =42(mm)， 3L 取 125(mm) 選平鍵為 12890 選 2d 為 52(mm)，取 2L 為 52(mm) ⑶選 1d 為 65(mm)，選深溝球軸承為 66013， 1L 取 130(mm) ⑷由電機(jī)輸出軸的尺寸，取 0d =42 (mm)， 0L =105 (mm)，選擇平鍵為 12880 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 3 后 箱 體 、排線架的設(shè)計(jì) 后 箱 體 主軸的設(shè)計(jì) 后箱體主軸的結(jié)構(gòu) 后箱體主軸上安裝有兩個(gè)單列圓錐滾子軸承、尾座微調(diào)軸，前端安裝有花盤。 結(jié)構(gòu)簡圖如下： 圖 31 后尾箱主軸結(jié)構(gòu)簡圖 后箱體主軸的尺寸設(shè)計(jì) 后箱體主軸只受負(fù)載繞線模的重力作用，主要起支撐作用，不傳遞轉(zhuǎn)矩，而且轉(zhuǎn)速一般很低，最多達(dá)到 24 rpm，所以只進(jìn)行尺寸的確定，不進(jìn)行校核。 ⑴前箱體主軸的尺寸知，后箱體主軸前端尺寸結(jié)構(gòu)， 選 1d =140(mm)， L1=42(mm)， d0=220(mm) ⑵選擇軸承為單列圓錐滾子軸承為 32924， d2為 120(mm)， L2取 36(mm) ⑶ 第 2 段不起軸肩的作用，所以 d3取 117(mm)， L3取 420(mm)。 ⑷ L4在左側(cè)起軸肩定位作用， 4d = =100(mm)；選單列圓錐滾子軸承 30220，由軸承的寬度，選 4L =62(mm)。 ⑸根據(jù)第 5 段軸肩部位，查手冊(cè)中的圓螺母尺寸，選用 5d =95(mm)，選用雙圓螺母公稱直徑為 95(mm)，選圓螺母為 M952，則取 5 70L? (mm)。 后箱體微調(diào)軸 后箱體微調(diào)軸的結(jié)構(gòu) 由于微調(diào)軸只起微小調(diào)節(jié)后箱體主軸的的位置，不傳遞動(dòng)力的，故只確定微調(diào)軸濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 的尺寸。軸上的結(jié)構(gòu)簡圖如下： 圖 32 微調(diào)軸結(jié)構(gòu)簡圖 后箱體微調(diào)軸的尺寸設(shè)計(jì) 后尾座微調(diào)軸上安裝有外購件手柄，不傳遞動(dòng)力。 ⑴選螺紋公稱直徑為 1d =42(mm)， 1L 取 110(mm) ⑵第 2 段軸肩， 2L 取 30(mm)， 2d =30(mm) ⑶ 3d 取 40(mm)， 3L =20(mm) ⑷選用雙單列圓錐滾子軸承 30207， 4L =50(mm)， 4d =35(mm) ⑸第 5 段軸肩， 5d 取 32(mm)， 5L =30(mm) ⑹第 6 段軸肩， 6d 取 27(mm)， 6L =40(mm)，選鍵為 8720。 后箱體 粗調(diào) 蝸桿 蝸輪傳動(dòng) 通過粗調(diào)手柄轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿，傳遞運(yùn)動(dòng)到蝸輪，由蝸輪運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒輪齒條傳動(dòng)帶動(dòng)后箱體做水平運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)繞線機(jī)的跨距，將繞線模支撐起來。 由于蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)只傳遞運(yùn)動(dòng)，不傳遞動(dòng)力，只在安裝繞線模的時(shí)候粗調(diào)前箱體與后箱體之間的跨距才手動(dòng)運(yùn)動(dòng)的。所以只確定蝸桿 蝸輪的尺寸，不進(jìn)行強(qiáng)度校核。 蝸桿的材料選用 45 鋼，蝸輪選用灰鑄鐵 HT150。 查教材表 112，選用蝸桿 蝸輪中心距為 80 (mm)，蝸桿齒數(shù)為 1z =2，分度圓直徑為 1d =40，直徑系數(shù)為 q=10，模數(shù)為 m=4；導(dǎo)程角為 11? 1839。 3639。39。 。 蝸輪齒數(shù)為 2z =31，分度圓直徑為 2d =m 2z =431=124 (mm)，變?yōu)橄禂?shù)為濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 2x =(mm) 蝸桿軸的設(shè)計(jì) 由于蝸桿的尺寸較小，所以將蝸桿和軸制作成一體，即為蝸桿軸；蝸桿軸只傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)，不傳遞轉(zhuǎn)矩，故只進(jìn)行尺寸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，不進(jìn)行載荷的校核分析。 軸的材料選用 45 鋼。 軸的結(jié)構(gòu)簡圖如下： 圖 33 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)簡圖 由以上結(jié)構(gòu)簡圖可知， 蝸桿分度圓直徑 1d =40(mm)， 1L? (8+31)5=(mm)，所以 1L 取 51(mm)； 齒根圓直徑為 d m?? =4= (mm)，取 56dd? =29 (mm)； 查手冊(cè)取軸承為深溝球軸承 66005，所以 47dd? =25， 3d =24； 由教材知，選 1L =50,。 ? 47LL? =30 (mm)； 56LL? =48 (mm)。 排線架 滾珠絲杠 ⑴ 由于在排線的過程中，排線架需要隨著線圈的纏繞位置變化而不 斷地來回運(yùn)動(dòng)，需要使用機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)才驅(qū)動(dòng)排線架水平 地 來回運(yùn)動(dòng)，所以選用滾珠絲杠 來帶動(dòng)排線架左右直線運(yùn)動(dòng) 。通過滾珠絲杠的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)排線架的往返運(yùn)動(dòng)。 由于隨著繞線模的線圈的不斷繞制，線圈的質(zhì)量不斷增加， 需要不斷地改變排線架來回運(yùn)動(dòng)的速度 ， 所以需要電機(jī)能在 PLC 的控制下與繞線機(jī)的主軸的轉(zhuǎn)速同步變化。所以選用交流伺服電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠的運(yùn)動(dòng)。又繞線模的轉(zhuǎn)速非常慢，排線架的運(yùn)動(dòng)速度也相當(dāng)慢了，需要的功率很小，選用交流伺服電動(dòng)機(jī)也就可以符合要求。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 選用滾珠絲杠公稱直徑為 0d =20 (mm)，公稱導(dǎo)程為 P=5 (mm) ⑵選用交流伺服電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為 SM13010015LFB，輸出功率為 150W，同步轉(zhuǎn)速為 1500 rpm，輸出軸直徑為 22 mm，長度為 48 mm，查手冊(cè)，選擇平鍵為 6636。 由于電機(jī)需要頻繁地正反轉(zhuǎn)，載荷比較平穩(wěn)，所以查手冊(cè)，選用彈性套柱銷 聯(lián)軸器，型號(hào)為 LT 4， J 型孔。電機(jī)為固定在后箱體上，絲杠選用兩端固定的形式，在滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，相當(dāng)于螺栓螺母副的機(jī)構(gòu)，在絲杠的位置不變的情況下，排線架在作為螺母地來回左右運(yùn)動(dòng)。 排線機(jī)構(gòu) ⑴ 排線結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖如下： 圖 34 排線架滾輪結(jié)構(gòu)簡圖 ⑵ 排線制動(dòng)機(jī)構(gòu) 為解決在主軸停機(jī)運(yùn)動(dòng)的情況下，放線機(jī)還在不斷放線的情況下，導(dǎo)致繞組上的線圈張緊度受到影響，在放線盤上面采用制動(dòng)機(jī)構(gòu)。在主軸停機(jī)時(shí)，通過 PLC 給排線架制動(dòng)器傳遞信號(hào)，提供電流給制動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)放線機(jī)的制動(dòng)。 選用磁粉制動(dòng)器制動(dòng)放線盤，查詢手冊(cè)上的資料，選用 ，為空心軸型，孔直徑為 d=20 (mm)，查手冊(cè)上，選擇普通平鍵為 6628。 ⑶恒張力控制機(jī)構(gòu) 取消傳統(tǒng)繞線機(jī)上的張力計(jì)，由放線機(jī)控制線圈的張力，通過調(diào)節(jié)放 線機(jī)的磁粉制動(dòng)器的電流，可以改變制動(dòng)器的阻力矩來間接調(diào)節(jié)線的張力，以此來達(dá)到線上橫張力的目的。 通過調(diào)節(jié)放線機(jī)上磁粉制動(dòng)器上的電流大小來控制 阻力矩： mdM C I?? （ 31） 式中， dI —— 磁粉制動(dòng)器的電流； D—— 放線機(jī)的卷徑； 線圈張力為， 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 2MF D? = 2 mdCID? （ 32） 卷徑為， D=60vn? （ 33） 式中， v —— 放線機(jī)的線速度； n—— 放線機(jī)的轉(zhuǎn)速。 ? 在橫磁通 mC? 的情況下，通過傳感器測(cè)量 D、 n，由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，控制外接電路的開閉，從而調(diào)節(jié)控制電流 dI ，就可以實(shí)現(xiàn)間接控制張力；選用單片機(jī)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)的位置，從