恒張力繞線機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)【說明書+CAD】

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In the material selection aspect, this design basis principle is the need which suits designs very much, the material by the price inexpensive primarily, in installment design aspect by structure simple primarily. The machine part installment is composed by three parts, namely puts the line part, delivers the line part, and winds thread the part. As soon as puts the line partial structures for to step-by-step the electric motor through the shaft coupling, joins the drive shaft, the drive shaft design is stepped, the both sides adds gradually to among thickly, the drive shaft another end puts the line rollarounds fixedly, delivers the line part to use V belt transmission, the electrically operated engine shaft straight union in on V belt transmission driving pulley, winds thread the partial work table structure to be similar in puts the line part, sends out the line part to be possible in addition to carry on the crosswise adjustment through the guide rail, winds thread the part the work table to be possible to carry on the longitudinal adjustment through the guide screw nut place impetus on the guide rail. The principle of work for first adjusts delivers the line part, causes it with to put the line part and to wind thread the part crosswise even uneven, then the adjustment winds thread the partial work tables, achieved the request carries on fixedly, like this guaranteed winds thread the process to maintain the translation throughout, winds thread the part the rollarounds is the elliptic type, winds thread the strength for the guarantee is the constant force, then the request threading speed is the change, then puts, delivers the link speed constantly for. The installment is the numerical control installment, includes reports to the police and so on the functions, after the worker only must break disassembles the stator winding. Keywords Winding machine Installment Shaft coupling Nut place I 目 錄 目 錄 摘 要 I Abstract II 第 1 章 緒 論 2 1.1 本課題的研究意義 2 1.2 本課題的基本內(nèi)容簡(jiǎn)介 2 第 2 章 電機(jī)的選擇 4 2.1 電機(jī)的概述及特點(diǎn) 4 2.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的估算 5 2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)常用計(jì)算公式 6 2.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇程序 7 2.5 確定本設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī) 10 第 3 章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 15 3.1 放線部分設(shè)計(jì) 15 3.2 送線部分設(shè)計(jì) 19 3.2.1 帶的選取與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 3.3 繞線部分設(shè)計(jì) 22 第 4 章 繞線機(jī)電路設(shè)計(jì)部分 24 4.1 電路部分的選擇 24 第 5 章 繞線機(jī)模擬仿真部分 25 5.1 系統(tǒng)仿真技術(shù)概述 25 5.2 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)現(xiàn)狀與未來 25 5.3 仿真建模的方法 26 參考文獻(xiàn) 28 致 謝 29 附錄1 30 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 第 29 頁 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）用 紙 第 1 章 緒 論 1.1 本課題的研究意義 本課題研究的繞線機(jī)是往電機(jī)中的定子鐵心上繞制繞組的一種機(jī)器，本課題所研究的繞線機(jī)為恒張力繞線機(jī)，之所以為恒張力，是與以往勻速繞制繞組的繞線機(jī)有所不同，其速度是變化的，可控的，依靠線組處的速度變化，使漆包線所受拉力恒定，以確保加工產(chǎn)品的良好絕緣性，這樣繞制出的線組性能更安全，從而能夠延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命。 目前我國(guó)還未曾研制出恒張力繞線機(jī)，希望本課題的研究能為我國(guó)恒張力繞線機(jī)的誕生貢獻(xiàn)微薄之力。本課題的研究對(duì)社會(huì)具有較大的學(xué)術(shù)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在課題設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生通過調(diào)查研究，收集資料，擬訂設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行繞線機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想，嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)，獨(dú)立工作的能力和勇于創(chuàng)新的進(jìn)取精神，通過撰寫畢業(yè)論文，使學(xué)生掌握科技論文的撰寫規(guī)范，通過外文翻譯，提高學(xué)生綜合運(yùn)用外語的能力，通過此設(shè)計(jì)學(xué)生還會(huì)掌握先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和先進(jìn)的繪圖方法，熟練應(yīng)用計(jì)算機(jī)。 1.2 本課題的基本內(nèi)容簡(jiǎn)介 恒張力繞線機(jī)主要由機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，可編程控制部分，模擬仿真三部分主成。本課題主要研究其機(jī)械結(jié)構(gòu)部分。 恒張力繞線機(jī)與其它繞線機(jī)區(qū)別在于其速度是非勻速的，這樣選其主電機(jī)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來控制，使其排線的位移與輸入脈沖信號(hào)數(shù)相對(duì)應(yīng)，步距誤差不能長(zhǎng)期積累，易于起動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)及變速，響應(yīng)性也好，停止時(shí)可取消自鎖能力，可以組成結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單而又具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可在要求更高精度時(shí)組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 在速度方面使其排線速度為非勻速這是本課題所研究的關(guān)鍵之處，因此在設(shè)計(jì)其繞組時(shí)設(shè)計(jì)為類似橢圓型機(jī)構(gòu)，通過步進(jìn)電機(jī)輸入的脈沖信號(hào)數(shù)使其線組由水平位置到弧度位置時(shí)的速度是逐漸增加的，這樣是漆包線在通過機(jī)構(gòu)弧度時(shí)所受拉力減小，接近其機(jī)構(gòu)水平邊時(shí)的拉力，這樣使漆包線在形成繞組前是以接近恒拉力進(jìn)行纏繞的 。 此繞線機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面由三部分組成，放線、緩沖，送線，繞線部分。其送線部分結(jié)構(gòu)在橫向、繞線部分在縱向兩方面都能夠進(jìn)行位置的調(diào)整，使其繞組中線的疏密程度更為適當(dāng)，準(zhǔn)確。 第 2 章 電機(jī)的選擇 2.1 電機(jī)的概述及特點(diǎn) 本設(shè)計(jì)對(duì)電機(jī)的選擇方面需要易起動(dòng)、停止、速度變化快并且可調(diào)節(jié)，而且價(jià)格要簡(jiǎn)單廉價(jià)，所以選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)較適合。就傳統(tǒng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來說，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以簡(jiǎn)單地定義為，步進(jìn)電機(jī)是一種將電的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的機(jī)電元件，通俗的講，就是外加一個(gè)脈沖信號(hào)在步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)就走一步。步進(jìn)電機(jī)的種類很多，一般分為反應(yīng)式、混合式、永磁式、直線式，其中反應(yīng)式和混合式比較常用。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是純數(shù)字控制電動(dòng)機(jī)，它的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即電源發(fā)一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)固定角度，稱步距角0b。電動(dòng)機(jī)的角位移正比于輸入脈沖數(shù)。當(dāng)連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速正比于脈沖頻率，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能直接接受數(shù)字量的控制，所以非常適合用單片機(jī)進(jìn)行控制。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)： （1） 可以用數(shù)字信號(hào)直接進(jìn)行開環(huán)控制，整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)單廉價(jià)。 （2） 位移與輸入脈沖信號(hào)數(shù)相對(duì)應(yīng)，步距誤差不長(zhǎng)期積累。 （3） 無刷，電動(dòng)機(jī)本體部件少，可靠性高。 （4） 易于起動(dòng)，停止，正反轉(zhuǎn)及變速，響應(yīng)性也好。 （5） 停止時(shí)，可有自鎖能力。 （6） 步距角選擇范圍大，可在幾十角分至180度大范圍內(nèi)選擇。在小步距情況下，通?？梢栽诔退傧赂咿D(zhuǎn)距穩(wěn)定運(yùn)行，通常可以不經(jīng)減速器直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。 （7） 速度可在相當(dāng)寬范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，同時(shí)用一臺(tái)控制器控制幾臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可使它們完全同步運(yùn)行。 （8） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶慣性負(fù)載的能力較差。 （9） 由于存在失步和共振，因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的加減速方法，根據(jù)利用狀態(tài)的不同而復(fù)雜化。 （10） 不能直接使用普通的交直流電源驅(qū)動(dòng)。 2.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的估算 (一). 負(fù)載轉(zhuǎn)距的估算 精確計(jì)算驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)距是比較復(fù)雜的，習(xí)慣的作法是根據(jù)實(shí)際裝置實(shí)測(cè)求取，本設(shè)計(jì)就是選用此方法，在選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，常常使用近似公式，先估算出負(fù)載的轉(zhuǎn)距，從而為選定電動(dòng)機(jī)提供依據(jù)。 本設(shè)計(jì)放線部分的負(fù)載運(yùn)動(dòng)可看成直線運(yùn)動(dòng)。直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)換算到電動(dòng)機(jī)軸的負(fù)載轉(zhuǎn)距Tl，一般由下式估算，即。 式中：Tl——電動(dòng)機(jī)軸的摩擦轉(zhuǎn)距。 L0——每轉(zhuǎn)機(jī)械移動(dòng)量。 η——驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率。 F——直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械的軸向力。 (二). 負(fù)載慣量的計(jì)算 根據(jù)慣量的定義，物體對(duì)某軸的慣量定義為該物體微小體積的質(zhì)量dm與該微分體積到軸的距離r的平方的乘積之總和，即 J= 放線部分的放線體類似為圓柱型則： 式中 Jx ——以X軸為中心的慣量。 Jy ——以Y軸為中心的慣量。 M ——重量 D1 ——外徑 D2 ——內(nèi)徑 ρ——材料密度 L ——長(zhǎng)度 (放線部分的η取0.90 ；ρ取2.8×10-3 kg/cm3 ； L取35mm) 2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)常用計(jì)算公式 (一).分辨率和步距角 若設(shè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)最末級(jí)的移動(dòng)量L0，電動(dòng)機(jī)的步距角為Θb，減速比為i，則每個(gè)脈沖的最小輸送量，即分辨率為 l=l0· 最末一級(jí)的單位移動(dòng)量由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)決定。例如，使用滑輪時(shí)若最末一級(jí)輪徑為D，則為L(zhǎng)0= 而使用螺栓時(shí)，若螺距為P，則為L(zhǎng)0= (二).移動(dòng)速度和輸入脈沖頻率 若已知最小輸送量L和脈沖頻率f，則其移動(dòng)速度分別為: V滑= V螺= 也就是說，根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)要求的速度，可求出驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所需要的輸入脈沖頻率。 f滑= f螺= 在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)上式的計(jì)算值來判斷可否在自起動(dòng)動(dòng)區(qū)域驅(qū)動(dòng)，或者需要進(jìn)行加減速而在運(yùn)行區(qū)域驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。 最末一級(jí)的轉(zhuǎn)速 n=。 (三).移動(dòng)量和輸入脈沖數(shù) 若設(shè)輸入脈沖數(shù)為N，則移動(dòng)量lt為 lt=N l 當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按一定頻率f驅(qū)動(dòng)運(yùn)行時(shí)，在某個(gè)時(shí)間段t內(nèi)的脈沖數(shù)為 N=f t 而在包括加速、減速運(yùn)行的場(chǎng)合，脈沖頻率是變化的，則可用頻率對(duì)時(shí)間的積分來計(jì)算，即 N= 由式子可以看出其驅(qū)動(dòng)運(yùn)行方式下脈沖數(shù)可用其面積表示。 (四) 加速度和轉(zhuǎn)距慣量比 驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)往往需要計(jì)算加速度： a= 而用電動(dòng)機(jī)的加速轉(zhuǎn)距T和慣量表示時(shí)為： a=l0 而換算到軸的慣量為 J= 式中JM ——電動(dòng)機(jī)本身的慣量。 于是，使加速度為最大的減速比應(yīng)該為 i= 2.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇程序 本設(shè)計(jì)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)遵循下述程序： (一).選擇要素 選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，首先要知道機(jī)械和時(shí)間兩個(gè)方面要素，機(jī)械要素是指負(fù)載轉(zhuǎn)距TL和負(fù)載慣量JL。時(shí)間要素是指加速時(shí)間t1和t2（即從t1開始加速到t2），運(yùn)行時(shí)間t。 (二).確定目標(biāo) 確認(rèn)脈沖速率。其依據(jù)是將物體移動(dòng)到目標(biāo)位置的時(shí)間 脈沖速率= 計(jì)算需要的運(yùn)行轉(zhuǎn)距 電動(dòng)機(jī)帶載運(yùn)行所需要的轉(zhuǎn)距為 T=Tl+Ta 式中 T——需要的運(yùn)行轉(zhuǎn)矩。 Tl——負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 Ta——慣性體的加速轉(zhuǎn)矩。 負(fù)載轉(zhuǎn)矩由實(shí)測(cè)得到或用前述計(jì)算式估算。 慣性體的加速轉(zhuǎn)矩可按下式計(jì)算 Ta= (四).決定電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 根據(jù)已得到的脈沖速率和運(yùn)行要求的轉(zhuǎn)矩，從電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本的矩頻特性曲線上選取2～3種可用的電動(dòng)機(jī)。 (五).驗(yàn)證 根據(jù)選中的電動(dòng)機(jī)，結(jié)合轉(zhuǎn)子慣量再次用需要的運(yùn)行轉(zhuǎn)矩= (六). 選擇電動(dòng)機(jī)的順序框圖見下圖: 預(yù)想電動(dòng)機(jī) 相數(shù) m 步距角 Θb 輪徑 D 螺距 P 減速比 i 載重 M 外力 Fa 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Tl 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JL 設(shè)定驅(qū)動(dòng)器 選定電動(dòng)機(jī) 是否需要重新判定 需要轉(zhuǎn)矩 設(shè)定 fL 決定電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器 需要轉(zhuǎn)矩 決定電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器 確認(rèn)計(jì)算 2.5 確定本設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī) (一). 放線部分的電動(dòng)機(jī) （1）已知要求條件 放線體直徑 D=300mm 放線體長(zhǎng)度 D=70mm 放線體密度 ρ= 摩擦力 F=1.0kg 分辨率 l=0.1mm 加速度 ac=1g以上 （2）初選電動(dòng)機(jī) 根據(jù)上式條件，擬選用四相0.75/1.5步距角，勵(lì)磁最大靜轉(zhuǎn)矩0.8的BYG型電動(dòng)機(jī)。 （3）計(jì)算： ① 求取滿足分辨率要求的減速比 i= 取減速比i=2.0，可以確定實(shí)際用的放線體為300.83mm ② 負(fù)載轉(zhuǎn)矩及慣量 Tl==84kg·cm 放線體的慣量 Jf= 考慮減速比換算到電機(jī)軸的慣量 ③ 電源及驅(qū)動(dòng)頻率 由于是在高速區(qū)域運(yùn)行，故使用定電流驅(qū)動(dòng)器。電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)頻率由速度可計(jì)算為f=4000HZ，擬選電動(dòng)機(jī)的空載起動(dòng)頻率2000HZ，可以看出需采用加速和減速驅(qū)動(dòng)。 ④ 對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)要求的轉(zhuǎn)矩為 T==187.85kg.cm ⑤ 使用下式計(jì)算 轉(zhuǎn)矩 T= 步數(shù) N= 從上述計(jì)算可知所選電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)器滿足要求。 安全系數(shù)==1.37 加速度 a= (二). 繞線部分的電動(dòng)機(jī) （1）已知要求條件 放線體直徑 D=200mm 放線體長(zhǎng)度 D=40mm 放線體密度 ρ= 摩擦力 F=1.0kg 分辨率 l=0.1mm 加速度 ac=1g以上 （2）初選電動(dòng)機(jī) 根據(jù)上式條件，擬選用三相0.9/1.8步距角，勵(lì)磁最大靜轉(zhuǎn)矩0.3的BYG型電動(dòng)機(jī)。 （3）計(jì)算 ① 求取滿足分辨率要求的減速比 i= 取減速比i=1.5，可以確定實(shí)際用的放線體為200mm ② 負(fù)載轉(zhuǎn)矩及慣量 T==73 放線體的慣量 J==175.84kg.cm2 考慮減速比換算到電機(jī)軸的慣量 ③ 電源及驅(qū)動(dòng)頻率 由于是在高速區(qū)域運(yùn)行，故使用定電流驅(qū)動(dòng)器。電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)頻率由速度可計(jì)算為f=4000HZ，擬選電動(dòng)機(jī)的空載起動(dòng)頻率2000HZ，可以看出需采用加速和減速驅(qū)動(dòng)。 ④ 對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)要求的轉(zhuǎn)矩為 T==99.37kg.cm ⑤ 使用下式計(jì)算 轉(zhuǎn)矩 T= 步數(shù) N= 從上述計(jì)算可知所選電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)器滿足要求。 安全系數(shù)==2.43 加速度 a= (二). 繞線部分的電動(dòng)機(jī) （1）已知要求條件 移動(dòng)部分總重100kg 外力 F=10kg 摩擦系數(shù) μ=0.08 螺栓機(jī)構(gòu)的效率 η=0.9 螺栓軸徑32mm 螺栓長(zhǎng) L=100mm 螺距 P=5mm 分辯率 l=0.01mm 速度 v= 200mm/s以上 （2）計(jì)算 設(shè)擬選用三相、0.3/0.6步距角的BYG型電動(dòng)機(jī)。 速比 i=0.5 軸向力 F=F+μM=10+0.08×100=18kg 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL= 螺栓慣量JB= 移動(dòng)體慣量 Jt= 負(fù)載慣量為 JL= 根據(jù)以上計(jì)算可初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其慣量為J=0.1kg.cm，空載起動(dòng)頻率f=3000HZ。由要求速度可求出運(yùn)行頻率 f= 需要的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩為 T= 可求出不同頻率時(shí)的轉(zhuǎn)矩值。根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的頻率特性，對(duì)照上式計(jì)算值，可選定合適的電動(dòng)機(jī)和所使用的驅(qū)動(dòng)器。 同樣，仍需對(duì)選定電動(dòng)機(jī)進(jìn)行演算，其安全系數(shù)=1.75，而加速時(shí)間為0.23，滿足要求條件。 加速時(shí)間的計(jì)算為： ta= (三). 送線部分的電動(dòng)機(jī) 送線部分采用V帶傳動(dòng)，在第三章詳細(xì)介紹，在這里略。 第 3 章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 3.1 放線部分設(shè)計(jì) 放線部分的結(jié)構(gòu)主要由電動(dòng)機(jī)、軸及軸上零件、滾動(dòng)軸承、軸承裝置、箱體等部分組成，電動(dòng)機(jī)在上一章節(jié)已經(jīng)介紹，下面我們把其他部分介紹一下，主要介紹各部件材料的選取及其作用。 軸：放線部分的軸為傳動(dòng)軸，軸的材料使用普通碳素鋼Q235，軸徑d是根據(jù)其相聯(lián)的電動(dòng)機(jī)軸的直徑D來估算的，d=（0.8～1.2）D.為了便于軸上零件的裝拆，將軸作成階梯形，它的直徑從兩端逐漸向中間增大。 軸上零件的軸向固定 軸上零件的軸向固定方法有很多種，本課題在放線部分設(shè)計(jì)上主要采用以下幾種： .軸肩：軸肩固定是一種簡(jiǎn)單可靠的軸向固定方法，應(yīng)優(yōu)先選擇。它可承受較大的軸向載荷。因?yàn)橹芗缰荒苁馆S上零件沿軸向固定，因此，需要和其他軸向固定方法配合使用，才能使軸上零件實(shí)現(xiàn)軸向雙向固定。 軸端擋圈：位于軸端，用于固定軸上零件。 雙螺母：在軸端為了固定放線體，一端用軸肩，另一端則采用雙螺母，也就是軸端上放個(gè)可換擋圈，然后連續(xù)擰上兩個(gè)螺母，螺母擰緊后，兩個(gè)螺母接觸面上產(chǎn)生對(duì)頂力N使螺紋旋合部分的螺栓桿受拉、螺母受壓，使兩個(gè)螺母和螺栓之間形成一個(gè)封閉力，它不受外載荷變化的影響，始終保持螺紋表面間存在壓力，因而摩擦力不會(huì)消失，起到防松作用，而且雙螺母防松結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便。 疲勞強(qiáng)度是軸的主要失效形式，所以本設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)方面采取減小受力、應(yīng)力，以提高軸的疲勞強(qiáng)度。軸上零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為合理、軸套與箱體相固定，軸承兩端分別為電機(jī)和放線輪，這樣可以減小軸的彎矩。在應(yīng)力集中方面也應(yīng)盡量減少，其階梯軸在階梯變化處采用圓角過渡，軸槽也設(shè)計(jì)為一個(gè)，其加工應(yīng)采用盤銑刀加工。 箱體：由于箱體內(nèi)壁間距A的鑄造誤差，為保證軸承外圈能全部坐落在軸承座孔中，并使軸承支點(diǎn)間跨距盡可能小，通常在軸承端面與箱體內(nèi)壁之間有一定距離Δ。因?yàn)棣ぶ档拇笮∨c軸承的潤(rùn)滑方式有關(guān)，又因?yàn)檩S圓周速度V<2m/s，所以Δ取10mm～15mm。在軸的外伸長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)上，為便于拆卸軸承端蓋聯(lián)結(jié)螺栓，在軸承蓋與聯(lián)軸器輪轂端面之間留有足夠的間距。 滾動(dòng)軸承的選擇 放線部分的軸承主要承受徑向載荷，也承受少量軸向載荷，因此選用角接觸球軸承，它的特點(diǎn)為轉(zhuǎn)速很高而軸向載荷不太小時(shí)，可代替推力球軸承受純軸向載荷，這很符合放線部分特點(diǎn)。 滾動(dòng)軸承的使用壽命是選擇所必需的，因?yàn)闈L動(dòng)軸承在安裝、潤(rùn)滑、維護(hù)良好的條件下，由于大量重復(fù)地承受變化的接觸應(yīng)力導(dǎo)致滾道的破壞，所以驗(yàn)算軸承是否可達(dá)到預(yù)期計(jì)算壽命的要求是必需的。軸承的壽命與所受載荷的大小有關(guān)，工作載荷越大，引起的接觸應(yīng)力也就越大，流動(dòng)軸承壽命的計(jì)算公式為 其中C為軸承的基本額定動(dòng)載荷C。Σ為指數(shù)，P為載荷，n為轉(zhuǎn)速，當(dāng)量動(dòng)載荷是在一定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下確定的，本設(shè)計(jì)采用軸承為角接觸球軸承，既承受徑向載荷Fr，又承受純軸向載荷Fa，因?yàn)榉啪€部分主要以轉(zhuǎn)動(dòng)為主，所以其承受徑向載荷為主，為Pr表示，當(dāng)量動(dòng)載荷P的一般計(jì)算公式為P=XFr+YFa X，Y分別為徑向動(dòng)載荷系數(shù)和軸向動(dòng)載荷系數(shù)，其值分別為0.44和1.40，以上為當(dāng)量動(dòng)載荷的理論計(jì)算方法，而在實(shí)際當(dāng)中，在許多支承中還會(huì)出現(xiàn)一些附和載荷，如沖擊力、不平衡力作用力、慣性力以及軸撓曲或軸承變形產(chǎn)生的附加力等等，這些因素很難從理論上精確計(jì)算。為了計(jì)及這些影響，可對(duì)當(dāng)量動(dòng)載荷乘上一個(gè)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)而定的載荷系數(shù)fp，因?yàn)槠漭d荷屬于輕沖擊，令fp的值為1.0，故實(shí)際計(jì)算時(shí)，軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷應(yīng)為：P=fp（XFr+YFa） 本設(shè)計(jì)采用軸承為角接觸球軸承，因受徑向和軸向兩方面的力，所以其徑向載荷F與軸向載荷F的計(jì)算方面應(yīng)滿足軸向的平衡，即被壓緊一方的軸承所受的軸向力加上與放松一方的軸承只受其本身派生的軸向力，值為Fd2 。 其公式為： Fa1=Fae+Fd2 Fa2=Fd2 軸承裝置的設(shè)計(jì) 繞線部分軸承裝置設(shè)計(jì)主要考慮其安裝，配置緊固、調(diào)節(jié)、滑潤(rùn)、密封等幾方面，下面我們依次來介紹一下。 因?yàn)檩S承裝置的零件在受力情況下會(huì)產(chǎn)生變形，這樣要阻滯軸承滾動(dòng)體的滾動(dòng)，從而會(huì)使軸承損壞，因此，本設(shè)計(jì)在選擇軸和安裝軸承的外殼或軸承座，以及軸承裝置中的其他受力零件都選擇有足夠的剛性。它的外殼及軸承座孔壁設(shè)計(jì)有足夠的厚度。另外本設(shè)計(jì)軸上兩個(gè)支承的座孔保持同心，目的是必免軸承內(nèi)外圈產(chǎn)生過大的偏斜，這樣外殼采用的是整體結(jié)構(gòu)，并把安裝軸承的兩個(gè)孔一次鏜出了。 本設(shè)計(jì)軸承在配置方面采用的是雙支點(diǎn)固定，采用兩個(gè)反向安裝的角接觸球軸承，兩個(gè)軸承各限制一個(gè)方向的軸向移動(dòng)，安裝時(shí)，通過調(diào)整軸承外圈或內(nèi)圈的軸向位置，可使軸承達(dá)到理想的游隙或所要求的預(yù)緊程度。在緊固方面，本設(shè)計(jì)為滾動(dòng)軸承內(nèi)圈采用軸用彈性檔圈嵌在軸的溝槽內(nèi)，而另一端用軸肩作為定位面，為了便于軸承拆卸，軸肩的高度低于了軸承內(nèi)圈的厚度，外圈采用軸承蓋緊固，其好處為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊固安全。 滾動(dòng)軸承的配合方面主要指內(nèi)圈與軸頸及外圈與外殼孔的配合，因?yàn)闈L動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，為使軸承便于互換和大量生產(chǎn)，軸承內(nèi)孔與軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，為使軸承便于互換和大量生產(chǎn)，軸承內(nèi)孔與軸的配合采用基孔制，即以軸承內(nèi)孔的尺寸為基準(zhǔn)；軸承外徑與外殼孔的配合采用基軸制，即以軸承的外徑尺寸為基準(zhǔn)。與內(nèi)圈相配合的軸的公差帶以及與外圈相配合的外殼孔的公差帶，均按圓柱公差與配合的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選取。由于d（軸承內(nèi)徑公差帶）在零線之下，而圓柱公差標(biāo)準(zhǔn)中基準(zhǔn)孔的公差帶在零線之上，所以軸承內(nèi)圈與軸的配合比圓柱公差標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的基孔制同類配合要緊的多。軸承外圈與外殼孔的配合與圓柱公差標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的基軸制同類配合相比較，配合性質(zhì)的類別基本一致，但由于軸承外徑的公差值較小，因而配合也較緊。 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)為考慮軸承內(nèi)外圈的偏斜，采用的是整體裝置，這樣當(dāng)軸承安裝于薄壁外殼或空心軸上時(shí)，則采用較緊的配合，但是考慮到過緊的配合又是不利的，因?yàn)榭赡芤騼?nèi)圈的彈性膨脹和外圈的收縮而使軸承內(nèi)部的游隙減少甚至完全消失，也可能由于相配合的軸和座孔表面的不規(guī)則形狀或不均勻的剛性而導(dǎo)致軸承內(nèi)外圈不規(guī)則的變形，這些都將破壞軸承的正常工作，而且過緊的配合還會(huì)使裝拆變的困難，綜上采用較緊的配合為亦。 為了提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度，增加軸承裝置的剛性，本設(shè)計(jì)采用預(yù)緊的滾動(dòng)軸承，其預(yù)緊裝置為夾緊一對(duì)角接觸球軸承的外圈而預(yù)緊，則可以得到穩(wěn)定的預(yù)緊力，從而在安裝時(shí)保持一軸向力，以消除軸承中的軸向游隙并在滾動(dòng)體和內(nèi)、外圈接觸處產(chǎn)生初變形，預(yù)緊后的軸承受到工作載荷時(shí)，其內(nèi)、外圈的徑向及軸向相對(duì)移動(dòng)量要比未預(yù)緊的軸承大大地減小。本設(shè)計(jì)選用的成對(duì)安裝角接觸球軸承為特制的，可由生產(chǎn)廠選配組合成套提供，在滾動(dòng)軸承樣本中可以查到不同型號(hào)的成對(duì)安裝角接觸球軸承的預(yù)緊載荷值及相應(yīng)的內(nèi)圈或外圈的磨量。 潤(rùn)滑對(duì)于滾動(dòng)軸承具有重要意義，軸承中的潤(rùn)滑劑不僅可以降低摩擦阻力，還可以起到散熱、減小接觸應(yīng)力、吸收振動(dòng)，防止銹腐等作用，本設(shè)計(jì)為軸承選用16×10mmr/min的脂潤(rùn)滑，其好處是潤(rùn)滑強(qiáng)度高，能承受較大的載荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以維持很長(zhǎng)的一段時(shí)間。因?yàn)檩S徑及轉(zhuǎn)速都不是很大，所以潤(rùn)滑脂選用錐入度較小的潤(rùn)滑脂。 為了阻止灰塵、水、酸氣和其它雜物進(jìn)入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┑牧魇?，本設(shè)計(jì)采用接觸式密封裝置——?dú)秩τ头猓瑐鹘y(tǒng)上氈圈油封有兩種方法，在軸承端蓋上開出梯形槽，將毛氈按標(biāo)準(zhǔn)制成環(huán)形或帶形，放置在梯形槽中以與軸密合接觸；或者在軸承蓋上開口放置氈圈油封，然后用另外一個(gè)零件壓在氈圈油封上，以調(diào)整毛氈與軸的密合程度，從而提高密封效果。這種密封主要用于脂潤(rùn)滑場(chǎng)合，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但摩擦較大。本設(shè)計(jì)則選用第一種氈圈油封。 聯(lián)軸器的選擇 放線部分電動(dòng)機(jī)軸與傳動(dòng)軸的聯(lián)接部件為聯(lián)軸器，聯(lián)軸器是用來把兩軸聯(lián)接一起，機(jī) 器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩軸不分離，其主要傳遞電機(jī)軸的轉(zhuǎn)矩給傳動(dòng)軸，很符合設(shè)計(jì)的需要，本設(shè)計(jì)選用的聯(lián)軸器是撓性聯(lián)軸節(jié)，它的優(yōu)點(diǎn)是不用制鍵槽，無反向間隙，軸與輪轂之間的位置可任意調(diào)節(jié)。 3.2 送線部分設(shè)計(jì) 3.2.1 帶的選取與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （一）帶的選取 在傳動(dòng)帶的類型中，常用的有平帶傳動(dòng)、V帶傳動(dòng)、多楔帶傳動(dòng)和同步帶等，平帶結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，帶輪也容易制造，在傳動(dòng)中心距較大的情況下應(yīng)用較多。多楔帶柔性好，摩擦力大，能傳遞的功率大，多楔帶主要用于傳遞功率較大而結(jié)構(gòu)較緊湊的場(chǎng)合，傳動(dòng)比可 達(dá)10，帶速可達(dá)40m/s，本設(shè)計(jì)要求帶速并不是很高。在一般機(jī)械傳動(dòng)中，應(yīng)用最廣泛的是V帶傳動(dòng)，V帶的橫截面積呈等腰梯形，帶輪上也做出相應(yīng)的輪槽，傳動(dòng)時(shí)，V帶只和輪槽的兩個(gè)側(cè)面接觸，即以兩側(cè)面為工作面，根據(jù)槽面摩擦原理，在同樣的張緊力下，V帶傳動(dòng)較平帶傳動(dòng)能產(chǎn)生更大的摩擦力，這是V帶傳動(dòng)性能上的最主要優(yōu)點(diǎn)，在加上V帶傳動(dòng)允許的傳動(dòng)比較大，結(jié)構(gòu)叫緊湊，以及V帶多已標(biāo)準(zhǔn)化并大量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，故本設(shè)計(jì)送線部分選用V帶傳動(dòng)。 （二）V帶的類型與結(jié)構(gòu) V帶有普通V帶、窄V帶、聯(lián)組V帶、齒形V帶、大楔角V帶、寬V帶等多種類型，其中普通V帶應(yīng)用最廣。 標(biāo)準(zhǔn)普通V帶都是制成無接頭的環(huán)形，由頂膠、抗拉體、底膠和包布等部分組成。抗拉體的結(jié)構(gòu)分為簾布芯V帶和繩芯V帶，本設(shè)計(jì)選用繩芯V帶，繩芯V帶柔性好，抗彎曲強(qiáng)度高，適用于轉(zhuǎn)速較高，載荷不大和帶輪較小的場(chǎng)合。 普通V帶的截型分為Y、Z、A、B、C、D、E七種，本設(shè)計(jì)V帶采用基準(zhǔn)寬度制，即用基準(zhǔn)線的位置和基準(zhǔn)寬度來定帶輪的槽型、基準(zhǔn)直徑和帶在輪槽中的位置。 （三） V帶傳動(dòng)中的力分析 安裝帶傳動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)帶即以一定的預(yù)緊力F緊套在三個(gè)帶輪上。由于F的作用，帶和帶輪的接觸面上就產(chǎn)生了正壓力，帶傳動(dòng)不工作時(shí)傳動(dòng)帶三 的拉力相等，都等于F。帶工作時(shí)，設(shè)主動(dòng)輪以轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)動(dòng)，帶與帶輪的接觸面間便產(chǎn)生摩擦力，主動(dòng)輪作用在帶上的摩擦力F的方向和主動(dòng)輪的圓周速度方向相同，主動(dòng)輪即靠此摩擦力驅(qū)使帶運(yùn)動(dòng)；帶作用在從動(dòng)輪上的摩擦力的方向，顯然與帶的運(yùn)動(dòng)方向相同，帶同樣靠摩擦力F而驅(qū)使從動(dòng)輪以轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)動(dòng)，其帶上的松緊邊拉力關(guān)系為：F 其中兩從動(dòng)輪拉力可看成一合拉力，當(dāng)取主動(dòng)輪一端的帶為分離體時(shí)，則總摩擦力F和兩邊拉力對(duì)軸心的力矩的代數(shù)和ΣT=0，即 由上式可得： （四）V帶的有效拉力關(guān)系 預(yù)緊力F： 最大有效拉力與F0成正比。這是因?yàn)镕0越大，帶與帶輪間的正壓力越大，則傳動(dòng)時(shí)的摩擦力就越大，最大有效拉力也就越大。但F0過大時(shí)，將使帶的磨損加劇，以致過快松弛，縮短帶的工作壽命，如果F0過小，則帶傳動(dòng)工作能力得不到充分發(fā)揮，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易發(fā)生打滑。 包角α： 最大有效拉力隨包角的增大而增大，這是因?yàn)棣猎酱?，帶和帶輪的接觸面上所產(chǎn)生的總摩擦力也就越大，傳動(dòng)能力也就越高。 摩擦系數(shù)f：最大有效拉力隨摩擦系數(shù)的增大而增大，這是因?yàn)槟Σ料禂?shù)越大，則摩擦力就越大，傳動(dòng)能力也就越高。 綜上本設(shè)計(jì)時(shí)遵循的條件時(shí)F要適中，α大一些，f大一些。 （五）V帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）確定計(jì)算功率P K=1.2 （工作系數(shù)） P=PKA=1.2×4=4.8kw （2）選取普通V帶帶型 根據(jù)P、n確定選用Y型 （3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑=50mm 從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑=60mm V=m/s 帶的速度合適 （4）確定普通V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和傳動(dòng)中心距 初步確定中心距 a=100mm 帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 2d= （5）驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角α α1= 主動(dòng)輪上的包角合適。 （6）計(jì)算普通V帶的根數(shù)z n=1440r/min i=1.2 d1=50mm p=1.6kw Δp=0.23kw k=0.96 k2=0.89 z= 取z=4 （7）計(jì)算預(yù)緊力 q=0.07kg/m （8）計(jì)算作用在軸上的壓軸力 （9）帶輪結(jié)構(gòu)尺寸看零件圖，帶輪材料為鑄鐵 牌號(hào)HT200. （10）導(dǎo)軌的選取 本設(shè)計(jì)選用直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)支承，直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)支承就是滾動(dòng)導(dǎo)軌，它的優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)小和動(dòng)、靜摩擦系數(shù)很接近。因此，運(yùn)動(dòng)輕便，摩擦力小，摩擦發(fā)熱少，磨損小，可避免出現(xiàn)爬行，可得到較高的定位精度，此外，滾動(dòng)導(dǎo)軌可用油脂潤(rùn)滑。但是滾動(dòng)導(dǎo)軌的抗震性較差，對(duì)贓物比較敏感，必須有良好的防護(hù)裝置。 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副包括導(dǎo)軌條和滑塊兩部分。導(dǎo)軌條通常為兩根，裝在支撐件上，每根導(dǎo)軌條上有兩個(gè)滑塊，固定移動(dòng)件上。這種導(dǎo)軌副的配置與固定，兩條導(dǎo)軌條中，一條為基準(zhǔn)導(dǎo)軌，上有基準(zhǔn)面，另一條為從動(dòng)導(dǎo)軌，裝配時(shí)，將基準(zhǔn)導(dǎo)軌的基準(zhǔn)面靠在支撐件的定位面上，用螺釘靠后固定，滑塊則頂靠在移動(dòng)件的定位面上。 3.3 繞線部分設(shè)計(jì) 繞線部分的結(jié)構(gòu)為一絲杠通過絲杠螺母帶動(dòng)工作臺(tái)在軌道上滑行，工作臺(tái)由一步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一橢圓型輥?zhàn)舆M(jìn)行繞線，輥?zhàn)訉?shí)軸長(zhǎng)300mm。虛軸長(zhǎng)100mm，由塑料制成，之所以為橢圓型，是減小漆包線纏繞過程中的拉力，也為了同電機(jī)中的定子鐵圈相類似，工作臺(tái)機(jī)械機(jī)構(gòu)為一電機(jī)通過聯(lián)軸器與一傳動(dòng)軸相連，從而帶動(dòng)輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)與放線部分類似，這里就不在說了，另外工作臺(tái)滑行的導(dǎo)軌在上一節(jié)也已經(jīng)介紹過了，這節(jié)只對(duì)絲杠螺母的機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。 絲杠螺母機(jī)構(gòu)又稱螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它主要用來將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。絲杠螺母機(jī)構(gòu)有滑動(dòng)摩擦和滾動(dòng)摩擦之分，本設(shè)計(jì)選用滾動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)，雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，但其最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦阻力小、傳動(dòng)精度高。根據(jù)絲杠和螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)組合情況，其基本傳動(dòng)形式有四種：（1）螺母固定 （2）絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)、螺母移動(dòng) （3）螺母轉(zhuǎn)動(dòng)、絲杠移動(dòng) （4）絲杠固定、螺母轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)。 本設(shè)計(jì)選擇第二種傳動(dòng)形式，該傳動(dòng)形式需要限制螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)，故需導(dǎo)向裝置，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、絲杠剛性好。 在設(shè)計(jì)導(dǎo)向裝置時(shí)，采用的是浮動(dòng)式反向內(nèi)循環(huán)，內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠表面保持接觸，在螺母的側(cè)面孔內(nèi)裝有接通相鄰滾道的反向器，利用反向器引導(dǎo)滾珠越過絲杠的螺紋頂部進(jìn)入相臨滾道，形成一個(gè)循環(huán)回路，一般在同一個(gè)螺母上裝有2～4個(gè)滾珠用反向器，并沿螺母圓周均勻分布。內(nèi)循環(huán)方式的優(yōu)點(diǎn)是滾珠的回路短、流暢性好、效率高、螺母的徑向尺寸也比較小。 浮動(dòng)式反向器的內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是反向器上安裝孔有0.01～0.015mm的配合間隙，反向器弧面上加工有圓弧槽，槽內(nèi)安裝滾珠代替了定位鍵而對(duì)反向器起到自定位作用。這種反向器的優(yōu)點(diǎn)是：通道流暢、摩擦特性較好，更適用于高速、高靈敏度、高剛性的精密進(jìn)給系統(tǒng)。 因?yàn)闈L珠絲杠副在負(fù)載時(shí)，其滾珠與滾道面接觸點(diǎn)處將產(chǎn)生彈性變形，換向時(shí)，其軸向間隙會(huì)引起空回，這種空回是非連續(xù)的，既影響傳動(dòng)精度，又影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，所以本設(shè)計(jì)在滾珠絲杠副間隙調(diào)整方面采用的是雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式，調(diào)整墊片的厚度，可使兩螺母產(chǎn)生相對(duì)位移，以達(dá)到消除間隙、產(chǎn)生預(yù)緊拉力之目的，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單剛度高、預(yù)緊可靠。 本設(shè)計(jì)滾珠絲杠副支承方式為單推——單推式，止推軸承分別裝在滾珠絲杠的兩端并施加預(yù)緊力，其特點(diǎn)是軸向剛度較高，預(yù)拉伸安裝時(shí)，預(yù)緊力較大。 在絲杠密封方面，滾珠絲杠副可用防塵密封圈或防護(hù)套密封，防止灰塵及雜質(zhì)進(jìn)入滾珠絲杠副，使用潤(rùn)滑劑來提高耐磨性及傳動(dòng)效率，從而維持傳動(dòng)精度、延長(zhǎng)使用壽命，密封圈采用接觸式，將其裝在滾珠螺母的兩端。 第 4 章 繞線機(jī)電路設(shè)計(jì)部分 4.1 電路部分的選擇 （一）電路部分采用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)恒張力繞線. 使繞線質(zhì)量有大幅度提高,使之自動(dòng)化程度也有明顯提高.不僅減少成本,而且生產(chǎn)率也大幅度提高. （二）單片機(jī)的定義及其優(yōu)點(diǎn): 單片機(jī)是再一塊硅片上集成了中央處理器(CPU),存儲(chǔ)器(RAM,ROM)和各種輸入輸出接口(定時(shí)器,記數(shù)器并行I/O口,A/D轉(zhuǎn)換器以及脈沖調(diào)制器PWM等),這樣一塊芯片具有一臺(tái)計(jì)算機(jī)功能,稱之為單片微型計(jì)算機(jī)即單片機(jī). 單片機(jī)控制恒張力繞線機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn): （1）小巧靈活、成本低、反應(yīng)快。 （2）可靠性高,能實(shí)現(xiàn)較高精度的繞線,抗干擾能力強(qiáng)。 （3）易擴(kuò)展,很容易構(gòu)成控制步進(jìn)電機(jī)的電路,控制能力強(qiáng)。 （4）可以很方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制。 （三）確定設(shè)計(jì)方案 確定設(shè)計(jì)一套“恒張力繞線機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)”. 確定系統(tǒng)輸入輸出: （1）輸入量點(diǎn)數(shù)確定 系統(tǒng)輸入量包括:放線機(jī)電機(jī)測(cè)速信號(hào)、繞線機(jī)測(cè)速信號(hào)和鍵盤輸入信號(hào),還有線張力測(cè)量信號(hào). （2）輸出量點(diǎn)數(shù)的確定:驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)、驅(qū)動(dòng)放線機(jī)電機(jī)的信號(hào)、驅(qū)動(dòng)工作狀態(tài)燈. （四）選擇單片機(jī): 根據(jù)控制系統(tǒng)所要求的精度、響應(yīng)速度、開發(fā)環(huán)境、I/O點(diǎn)數(shù)、輸入/輸出通道數(shù)等情況,選責(zé)了MCS-51系列的8位單片機(jī)89C51. 第 5 章 繞線機(jī)模擬仿真部分 5.1 系統(tǒng)仿真技術(shù)概述 系統(tǒng)仿真是一門以系統(tǒng)科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，結(jié)合各應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)科學(xué)而形成的邊緣學(xué)科，同時(shí)它又是一門綜合性的試驗(yàn)學(xué)科。對(duì)于一些正在規(guī)劃中的系統(tǒng)或正在設(shè)計(jì)中的項(xiàng)目（工廠、產(chǎn)品、研究項(xiàng)目等），都可以建立相應(yīng)的仿真模型，通過計(jì)算機(jī)仿真對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行多種方案和參數(shù)的實(shí)驗(yàn)，預(yù)測(cè)未來系統(tǒng)或項(xiàng)目的運(yùn)行參數(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于現(xiàn)有系統(tǒng)作改進(jìn)時(shí)，也可以通過系統(tǒng)仿真，模擬經(jīng)過改進(jìn)以后的系統(tǒng)運(yùn)行情況，以尋求滿意的改進(jìn)方案。 系統(tǒng)仿真,通俗的說,就是進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn),它是指通過系統(tǒng)模型實(shí)驗(yàn)去研究一個(gè)已經(jīng)存在的或正在設(shè)計(jì)的過程.系統(tǒng)仿真,它不是對(duì)原形的簡(jiǎn)單再現(xiàn),而是按照研究的側(cè)重點(diǎn)對(duì)系統(tǒng) 進(jìn)行提煉,以利于研究者抓住問題的本質(zhì),這種建立在模型系統(tǒng)上的實(shí)驗(yàn)技術(shù),稱為仿真技術(shù)或模擬技術(shù). 系統(tǒng)仿真的研究重點(diǎn)在于仿真環(huán)節(jié),即在模型建立后,設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)乃惴?并編制成計(jì)算機(jī)程序.由此便產(chǎn)生了很多仿真算法和仿真軟件,其中以MATLA動(dòng)態(tài)仿真工具simulink最為耀眼,它不僅具有強(qiáng)大的功能,并且具有很好的用性. 5.2 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)現(xiàn)狀與未來 人類社會(huì)已逐步進(jìn)入信息社會(huì)，正面臨著一場(chǎng)以微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用為主要內(nèi)容的新技術(shù)革命，計(jì)算機(jī)仿真是其重要的方面。 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)經(jīng)歷了三次變革浪潮已發(fā)展為集成技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)、自動(dòng)控制、圖形圖象技術(shù)、多媒體技術(shù)、軟件工程、信息處理和人工智能等多個(gè)學(xué)科的高新技術(shù)。它的應(yīng)用輻射各個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域，是當(dāng)今世界的前言科學(xué)之一。國(guó)防建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)應(yīng)用是推動(dòng)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力。不斷增長(zhǎng)的新要求，尤其是軍事需求是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)持續(xù)進(jìn)步的生命線。 總之，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)目前已發(fā)展到了相當(dāng)高的水平，其主要標(biāo)志是：（1）仿真應(yīng)用普及改變著人們的傳統(tǒng)觀念和方法；（2）全數(shù)字仿真突破實(shí)時(shí)大關(guān)已占主流地位；（3）DIS技術(shù)迅速發(fā)展并不斷升級(jí)；（4）VR和VP技術(shù)日趨成熟已獲得實(shí)用；（5）軍用仿真進(jìn)一步促進(jìn)仿真技術(shù)持續(xù)發(fā)展。 5.3 仿真建模的方法 計(jì)算機(jī)仿真一般分為實(shí)物仿真 數(shù)學(xué)仿真和數(shù)學(xué)物理混合仿真三大類. 研究恒張力繞線機(jī)的仿真模擬采用的是數(shù)學(xué)仿真,首先建立數(shù)學(xué)模型:將描述系統(tǒng)內(nèi)部變量之間的關(guān)系采用抽象的數(shù)學(xué)方程來表述,這種表述形式就是該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型.通過對(duì)恒張力繞線機(jī)放線部分的分析，畫出幾何圖形，利用數(shù)學(xué)定理建立出恒張力繞線機(jī)的數(shù)學(xué)模型。通過對(duì)數(shù)學(xué)模型的研究,可以揭示系統(tǒng)的內(nèi)在運(yùn)動(dòng)和系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能.本課題主要建立出漆包線的拐點(diǎn)到線與繞線機(jī)構(gòu)的切點(diǎn)之間的距離L與繞線部分橢圓形的長(zhǎng)軸的轉(zhuǎn)角的關(guān)系，從數(shù)學(xué)模型中還可看出L與和所設(shè)計(jì)的橢圓各個(gè)主要參數(shù)之間的關(guān)系。 使用計(jì)算機(jī)對(duì)一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究時(shí),首先應(yīng)該了解系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu),本科題的數(shù)學(xué)模型屬于動(dòng)態(tài)模型(動(dòng)態(tài)模型描述的系統(tǒng)屬性是隨時(shí)間的變化而變化的)，即L隨著轉(zhuǎn)角的變化而變化。 建模的方法很多.應(yīng)用最廣泛的有:演繹法、歸納法、混合模型法等三種方法。本課題采用的方法是演繹法:通過定理、定義、公理等已經(jīng)驗(yàn)證了的理論來推導(dǎo)出數(shù)學(xué)模型.這種方法適合內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性比較明確的系統(tǒng),可以利用已知的定律來確定系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)關(guān)系.本課題通過對(duì)恒張力繞線機(jī)繞線部分的受力分析,運(yùn)動(dòng)分析,利用數(shù)學(xué)和物理定理來建立數(shù)學(xué)模型,來描述L與和設(shè)計(jì)的各個(gè)參數(shù)的相互關(guān)系. 參考文獻(xiàn) [1]張德泉， 陳思夫 林彬.機(jī)械制造裝備及其設(shè)計(jì).天津：天津大學(xué)出版 ，2003.1 [2]劉寶廷 ，程樹康 .步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng). 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 ， 1997.5 [3]濮良貴 ，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2001.6 [4]張建民 .機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì). 北京：北京理工大學(xué)出版社，1995. 10 [5]郝桐生 .理論力學(xué)（第二版）.北京： 高等教育出版社，1982.9 [6]劉曙光.測(cè)控技術(shù)與儀器.北京：電子工業(yè)出版社， 2004.1 [7]戴曙.金屬切削機(jī)床.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.5 [8]大連理工大學(xué)工程畫教研室.機(jī)械制圖（第四版）.北京：高等教育出版社，2002 [9]王啟平，王振龍，狄士春.機(jī)械制造工藝學(xué).哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004.6` 致 謝 本次設(shè)計(jì)從題目的選取到最終完成設(shè)計(jì)，都是在龍澤明老師悉心指導(dǎo)下完成的。在此，我首先向龍老師和所有參與答辯的老師們表示衷心的感謝和崇高的敬意。 龍老師一絲不茍的治學(xué)態(tài)度和兢兢業(yè)業(yè)的敬業(yè)精神給我留下了深刻的印象，讓我受益匪淺。在以后的進(jìn)一步深造和學(xué)習(xí)中，老師的這種精神會(huì)時(shí)時(shí)激勵(lì)我不斷前進(jìn)。 最后，我還要感謝實(shí)驗(yàn)室的老師們，是他們?yōu)槲覀儺厴I(yè)設(shè)計(jì)提供了良好的上機(jī)環(huán)境，這才使得我們的計(jì)算機(jī)繪圖方面得以完成。衷心的感謝各位老師。 附錄1 總裝配圖