機械原理課程設(shè)計說明書——電機轉(zhuǎn)子槽絕緣紙插入機東華大學(xué)

1、電機轉(zhuǎn)子絕緣紙插入機說明書 目錄1. 摘要-22. 設(shè)計題目-33. 傳動機構(gòu)-33.1 齒輪機構(gòu)-43.2 帶輪機構(gòu)-44. 傳動機構(gòu)擬定-45執(zhí)行機構(gòu)選型-55.1送紙機構(gòu)選型-55.2 裁紙和插紙機構(gòu)選型-65.3分度轉(zhuǎn)位執(zhí)行機構(gòu)選型-75.4 機械運動方案的選擇-86 執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計- -96.1 送紙機構(gòu)設(shè)計-96.2裁紙和插紙機構(gòu)設(shè)計- 96.3分度轉(zhuǎn)位機構(gòu)設(shè)計- 117. 機構(gòu)示意圖-128. 運動循環(huán)圖-139. 運動曲線圖- -1410. 設(shè)計小結(jié)-1811. 參考資料-18一、 摘 要 在機械加工高度發(fā)達的這個時代，絕大多數(shù)手工生產(chǎn)已經(jīng)被機械生產(chǎn)所代替，使得生產(chǎn)效率極大的提高

2、，這樣解放了生產(chǎn)力，提高了時間利用率，在這樣的背景下，我們基于機械原理，設(shè)計了一種自動絕緣紙插入機，代替了手工的重復(fù)勞動，運用合理的機械方案配置，達到高效生產(chǎn)的要求。二、設(shè) 計 題 目電機轉(zhuǎn)子槽絕緣紙插入機是為電機生產(chǎn)廠家提高效益而設(shè)計的專用機。操作者把如圖所示的帶插轉(zhuǎn)子放入導(dǎo)軌上，由插入機自動完成以下工藝動作:（1）卷成一卷的絕緣紙送出一定長度。（2）安需要裁下一段絕緣紙。（3）用插刀對折切下的絕緣紙，插入空槽并推進到位。（4）間歇轉(zhuǎn)動電機轉(zhuǎn)子，把整個轉(zhuǎn)子絕緣槽的絕緣紙完。 原始數(shù)據(jù)如下：（1）生產(chǎn)率：80個/min。（2）轉(zhuǎn)子外徑為30-60mm，軸芯長度為90-200mm，轉(zhuǎn)子槽數(shù)6槽，

3、槽深約為外徑的一半。（3）電動機轉(zhuǎn)速為1440r/min。三、傳 動 機 構(gòu)在實際生產(chǎn)中，受機器外型、尺寸的限制，或者為了安全和操作方便，執(zhí)行機構(gòu)通常不和原動機之間相連，而是通過一系列的機構(gòu)將他們連在一起，并完成對原動機速度的提高、降低、周期或非周期性的變速、將力轉(zhuǎn)化為力矩或?qū)⒘剞D(zhuǎn)化為力等工作。我們將這樣的把原動機的動力和運動傳送到執(zhí)行機構(gòu)的傳遞裝置稱為傳動機構(gòu)。 傳動機構(gòu)有很多種，最常用的為齒輪系傳動、帶傳動和鏈傳動。鏈傳動的平穩(wěn)性較差，運轉(zhuǎn)時有一定的沖擊和噪聲，顯然與我們的要求不符。在本機構(gòu)中，我們選用的了帶傳動和齒輪系傳動。在表3-1中我們將對這兩種機構(gòu)進行分析。在后面的章節(jié)里我們在對

4、他們在機構(gòu)中的作用進行詳細闡述。表3-1名稱運動方案評價齒輪機構(gòu)齒輪機構(gòu)的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、傳動平穩(wěn)、效率高、壽命長、能保證恒定的傳動比，而且其傳遞的功率和適用的速度范圍大。故齒輪機構(gòu)廣泛用于機械傳動中。但是齒輪機構(gòu)的制造安裝費用高、低精度齒輪傳動的噪聲大。帶輪機構(gòu)齒輪機構(gòu)的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、傳動平穩(wěn)、效率高、壽命長、能保證恒定的傳動比，而且其傳遞的功率和適用的速度范圍大。故齒輪機構(gòu)廣泛用于機械傳動中。但是齒輪機構(gòu)的制造安裝費用高、低精度齒輪傳動的噪聲大。四、傳動方案擬定由以上兩機構(gòu)的優(yōu)缺點比較，本機器中要求各個機構(gòu)間的傳動精確、穩(wěn)定，所以選取齒輪為傳送機構(gòu)。其尺寸設(shè)計如下

5、：我們擬定所有齒輪的模數(shù)m=1，方案要求生產(chǎn)率達到每分鐘80個轉(zhuǎn)子，由于電機轉(zhuǎn)子是連接在槽輪機構(gòu)上的，所以槽輪機構(gòu)中槽輪的轉(zhuǎn)速和電機的轉(zhuǎn)速相同為80r/min，因此只需計算從原動件到槽輪的傳動比，設(shè)計要求原動機的轉(zhuǎn)速為1440轉(zhuǎn)每分鐘，由此計算從主動件到槽輪的傳動比為：i1=1440/80=18/1，即槽輪的轉(zhuǎn)速4/3轉(zhuǎn)每秒。所以我們選用的槽輪機構(gòu)為2圓銷，6槽（其選用原則見間歇機構(gòu)擬定），槽輪的運動系數(shù)k為1/3，由此計算的原動齒輪到與撥盤同軸的齒輪傳動比為i2=6/1，由于標準齒輪最小齒數(shù)為17個齒，我們選用原動件上的齒輪為z1=18齒，如果只用兩個齒輪進行傳動，則第二個齒輪的齒數(shù)為：z2

6、= z1*i2=18*6=108第二個齒輪的齒數(shù)達到108個齒，兩個齒輪的相差太大，不利于齒輪間傳動，所以選用兩對齒輪進行減速，即一個z2=36齒的齒輪和一個z4=54齒的齒輪。其傳動方案如圖4-1所示：圖4-1對于從原動件上的齒輪傳遞到曲柄上，首先要計算曲柄的轉(zhuǎn)速，而曲柄的轉(zhuǎn)速則與電機的動停時間有關(guān)，因為插刀要在電機轉(zhuǎn)子停止的那段時間內(nèi)把絕緣紙插入并且離開轉(zhuǎn)子槽，而轉(zhuǎn)子的運動規(guī)律為停、動，其動停時間比為1/3，因此轉(zhuǎn)子每完成一個槽，曲柄機構(gòu)要轉(zhuǎn)一圈，轉(zhuǎn)子一圈要完成6個槽，因為轉(zhuǎn)子80r/min，所以計算得曲柄的轉(zhuǎn)速為：2=480r/min從原動件到曲柄的傳動比為：i3=1/2=3/1即最大的

7、齒輪齒數(shù)為z5=54，但是考慮到連接曲柄的齒輪如圖4-2所示連接的話：圖4-2受力情況不好，容易損壞齒輪.所以，多加一個變速齒輪，其齒數(shù)為z6=36，最終示意圖如4-3所示：圖4-3五、執(zhí)行機構(gòu)選型執(zhí)行機構(gòu)，是利用機械能來改變材料或工件的性質(zhì)、狀態(tài)、形狀或位置，實現(xiàn)工藝動作過程以完成機器預(yù)訂的功能。該機構(gòu)擁有三個執(zhí)行機構(gòu)，分別完成送紙、裁紙和插紙、電機轉(zhuǎn)子的分度轉(zhuǎn)位動作工藝。下面按這三個執(zhí)行機構(gòu)的動作動作工藝進行執(zhí)行機構(gòu)選型。5.1 送紙機構(gòu)選型該機構(gòu)所要完成的具體動作工藝為：將卷成一卷的絕緣紙送出一定的長度。在送紙過程中，盡可能高的保證送出的紙的工整性，以防止給后面的裁紙和插紙工藝造成不必要

8、的麻煩，降低工作效率和工作質(zhì)量。對于送紙機構(gòu)的選型，如表5-1所示。 表5-1 送紙機構(gòu)選型名稱運動方案評價傳送帶帶傳動是一種摩擦傳動，具有緩沖吸震、過載打滑保護的特點，但傳動比不夠精確，傳動效率較低，無法保證傳遞紙時的平穩(wěn)性。續(xù)表5-1傳送鏈鏈傳動為嚙合傳動，無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，可保持準確的平均傳動比，但傳動平穩(wěn)性較差且無法保證傳遞紙的工整性。滾輪通過一對滾輪的配合，可以很好的壓住絕緣紙，別于后面機構(gòu)的裁紙動作。橡膠材質(zhì)外殼極好的保證了絕緣紙的工整性，但傳遞動力較小綜合以上機構(gòu)的優(yōu)缺點，結(jié)合機構(gòu)的運動要求和特性，我們選擇了滾輪作為送紙機構(gòu)。盡管傳送力較小，但依舊可以滿足對絕緣紙的傳送。而且

9、滾輪的使用壽命較長，更換簡單。5.2 裁紙和插紙機構(gòu)選型該機構(gòu)所要完成的具體動作工藝為:將送過來的絕緣紙按需要裁下一定長度，用插刀對折切下的絕緣紙，插入電機轉(zhuǎn)子絕緣槽內(nèi)。綜合以上所述，對于裁紙和插紙機構(gòu)的選型，如表5-2所示。 表5-2 裁紙和插紙機構(gòu)選型名稱運動方案評價凸輪機構(gòu)只要適當?shù)脑O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運動規(guī)律，響應(yīng)快速，機構(gòu)簡單緊湊，。但凸輪接觸為高副接觸，易磨損，制造工藝復(fù)雜，損壞后更換困難。續(xù)表5-2曲柄滑塊機構(gòu)各運動副為低副，各構(gòu)件的幾何形狀簡單，可以得到較高的制造精度。偏置后得到急回特性，提高了工作效率。傳遞精確度較低，慣性力較大，不宜做高速運動。在

10、裁紙和插紙工藝過程中，對執(zhí)行機構(gòu)的運動精準度要求較低，且不需要很大的工作力。所以我們選用了曲柄滑塊機構(gòu)作為裁紙和插紙執(zhí)行機構(gòu)。5.3 分度轉(zhuǎn)位執(zhí)行機構(gòu)選型該機構(gòu)所要完成的工作工藝為：在絕緣紙的插入過程中，控制電機轉(zhuǎn)子不動，插入動作完成后再控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過適當?shù)慕嵌?，并由插紙機構(gòu)進行下一次插紙動作循環(huán)。對于分度轉(zhuǎn)位執(zhí)行機構(gòu)的選型，如表5-3所示。 表5-3 分度轉(zhuǎn)位執(zhí)行機構(gòu)選型名稱運動方案評價槽輪機構(gòu)工作可靠、機械效率高、運動較平穩(wěn)、能夠準確控制轉(zhuǎn)過的角度。傳動是存在柔性沖擊，不適用于高速場合棘輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、運動可靠，每次轉(zhuǎn)過的角度大小可以在較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。工作時沖擊和噪聲大，運動精度

11、較差不完全齒輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，工作可靠，設(shè)計時從動輪的運動時間和靜止時間的比例可在較大范圍內(nèi)變化。工作沖擊較大，只適用于低速、輕載場合凸輪間歇機構(gòu)通過合理的選擇從動撥盤的運動規(guī)律來減小載荷從而避免剛性和柔性沖擊，同時具有定位準確可靠、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。但凸輪加工較為復(fù)雜，裝配調(diào)整也較困難盡管凸輪間歇機構(gòu)的優(yōu)勢明顯，但裝配調(diào)整較槽輪而言過于困難，槽輪機構(gòu)盡管存在柔性沖擊，但處于機構(gòu)運動的許可范圍之內(nèi)。我們選用槽輪機構(gòu)作為分度轉(zhuǎn)位的執(zhí)行機構(gòu)。5.4 機械運動方案的選擇根據(jù)上述各機構(gòu)的選型，根據(jù)設(shè)計給的條件、各機構(gòu)的相容性及機構(gòu)盡可能簡單的原則，組成電機轉(zhuǎn)子絕緣紙插入機運動方案，如表5-4所示

12、。 表5-4 電機轉(zhuǎn)子槽絕緣紙插入機運動方案送紙機構(gòu)裁紙和插紙機構(gòu)分度轉(zhuǎn)位機構(gòu)六、 執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計6.1 送紙機構(gòu)設(shè)計在前一章里，我們提到了送紙機構(gòu)的選型，即采用滾輪機構(gòu)作為送紙機構(gòu)。由設(shè)計題目可知，在一個運動周期內(nèi)，滾輪送出的紙的長度應(yīng)和電機轉(zhuǎn)子槽周長相吻合。我們通過帶傳動將滾輪軸與外槽輪相配合，這樣滾輪就擁有了和外槽輪相同的運動規(guī)律，即外槽輪運動時滾輪運動送紙，外槽輪靜止時滾輪不動不送紙。這樣也使裁紙刀和插刀有足夠的時間進行空回行程。根據(jù)以上送紙機構(gòu)的工作原理，可對滾輪半徑即周長進行精確設(shè)計。才槽輪的一個周期內(nèi)，轉(zhuǎn)動了60°，這樣與槽輪相連的帶傳動機構(gòu)的主動輪也轉(zhuǎn)過了60°

13、;。在第四章了我們提到，該機構(gòu)所選用的帶傳動傳動比i=1/2.這樣在運動的一個周期內(nèi)，滾輪就轉(zhuǎn)過了120°。在原始數(shù)據(jù)里面我們知道，電機轉(zhuǎn)子槽的周長L>30mm。所以，由 2R（120°360°）>L計算取整之后選用的滾輪半徑為15mm。比周長略大是考慮到滾輪之間存在的些微間隙，以及裁紙刀裁紙后對紙的損耗。圖6-1為滾輪的正視圖。圖6-16.2 裁紙和插紙機構(gòu)設(shè)計裁紙和插紙機構(gòu)的選型，我們選用了曲柄滑塊機構(gòu)。為了更好的保證構(gòu)件運動的精準性，我們采用同步轉(zhuǎn)動的兩個曲柄滑塊機構(gòu)來帶動裁紙刀和插刀的往復(fù)運動。這樣又會導(dǎo)致整體構(gòu)件的分散性。為了增加構(gòu)件的剛度，

14、保證構(gòu)件運動時順利通過某些比較難通過的位置，可以在構(gòu)件里添加虛約束來改善這一狀況。如圖6-2所示。裁紙刀的運動需要急回特性，根據(jù)需要，我們給曲柄滑塊機構(gòu)設(shè)置了偏置距離d=10mm。曲柄長d1=30mm，連桿長d2=50mm。這樣的 尺寸，使得裁紙刀和插刀的空回行程為60mm。足夠長的空回行程保證了送紙機構(gòu)送出的紙的長度，從而保證了插入轉(zhuǎn)子槽的工作質(zhì)量。下面對曲柄滑塊機構(gòu)進行運動分析。如圖6-3所示。根據(jù)圖示關(guān)系得到，極位夾角=22.82°。那么機構(gòu)的急回特性2K=（180°+）/(180°-)=1.2圖6-2 圖6-3根據(jù)上述分析，最終設(shè)計的裁紙和插紙機構(gòu)如圖6-

15、4所示。圖6-46.3 分度轉(zhuǎn)位機構(gòu)設(shè)計槽輪機構(gòu)用于平行軸間的間歇傳動，有外槽輪和內(nèi)槽輪之分。如圖6-5所示。圖6-5主動撥盤回轉(zhuǎn)一周時，槽輪的運動時間td與主動撥盤轉(zhuǎn)一周的總時間t之比，稱為槽輪機構(gòu)的運動系數(shù)，并以k表示，即K=td/t 式6.3.1根據(jù)圖5-3所示的幾何關(guān)系，得到運動系數(shù)的計算公式為K=n(Z-2)/2Z 式6.3.2槽輪機構(gòu)槽數(shù)與圓銷數(shù)的關(guān)系如表6-1。表6-1槽數(shù)z345、67圓銷數(shù)n16141312圖6-5所示為外槽輪機構(gòu)的任一位置。設(shè)撥盤和槽輪的位置分別用和來表示，并規(guī)定和在圓銷進入?yún)^(qū)為負，在圓銷離開區(qū)為正。設(shè)圓銷至槽輪回轉(zhuǎn)軸心的距離為rx，在圖示位置時，有Rsin

16、=rxsin Rcos+rxcos=L從上兩式中消去rx，并令R/L=，可 tan=sin/(1-cos) 式6.3.3將式5.3.3對時間t求導(dǎo)，則得2/1=(cos-)/(1-2cos+2) 式6.3.42/12=(2-1)sin/(1-2cos+2)2式6.3.5由以上兩式可知，當撥盤的角速度1一定時，槽輪的角速度及角加速度的變化取決于槽輪的槽數(shù)z。在設(shè)計計算時，首先應(yīng)根據(jù)工作要求確定槽輪的槽數(shù)z和主動撥盤的圓銷數(shù)n；再按受力情況和實際機械所允許的安裝空間尺寸，來確定中心距C和圓銷半徑r；最后再按圖6-3所示的幾何關(guān)系求出其他尺寸：R=Lsin2=Lsin(z)式6.3.6s=Lcos2

17、=Lcos(/z) 式6.3.7hs-（L-R-r） 式6.3.8根據(jù)以上所羅列的計算公式，結(jié)合機構(gòu)運動需要，我們確定的槽輪槽數(shù)z=6，主動撥盤圓銷數(shù)n=2。這樣槽輪槽數(shù)剛好與轉(zhuǎn)子槽數(shù)相同，保證了運動的一致性。選用2個圓銷，提高了槽輪機構(gòu)的運動效率。結(jié)合實際安裝需要，槽輪機構(gòu)的中心距C=80mm。再由以上各公式可得槽輪機構(gòu)的具體尺寸為：槽輪外徑R=69.54mm，槽深h=40.54mm，鎖止弧半徑S=32mm，圓銷運動半徑R1=40mm。圖6-6為分度轉(zhuǎn)位機構(gòu)，即槽輪機構(gòu)的設(shè)計圖。圖 6-6七 、機構(gòu)示意圖根據(jù)以上關(guān)于送紙、裁紙和插紙、分度轉(zhuǎn)位機構(gòu)的選型和尺寸設(shè)計，最終設(shè)計出了電機轉(zhuǎn)子槽絕緣紙

18、插入機。圖71和圖7-2分別為機器整體的后視圖和正視圖。 圖7-2 后視圖 圖7-2 正視圖八、運動循環(huán)圖 九、運動曲線圖 以下是我們生成的零件運動曲線圖： 圖9-1 撥盤角速度 圖9-2 撥盤角位移圖9-3 槽輪角加速度圖9-4 槽輪角速度圖9-5 槽輪角位移圖9-6 滾子角位移圖9-7 切刀線加速度圖9-8 切刀線速度圖9-9 切刀線位移十、設(shè)計小結(jié) 最初接到設(shè)計題目的時候覺得毫無頭緒，大有四面楚歌之感。認真學(xué)習(xí)了機械設(shè)計步驟之后，開始從擬定工作原理、提出方案原理圖和運動簡圖、技術(shù)尺寸設(shè)計、三維建模與仿真、機構(gòu)完善一步步走來。終于才有了今天這樣的收獲。在設(shè)計過程中，小組成員對機構(gòu)的選型分歧很大，在參照了大量的書面資料和網(wǎng)上資料之后，意見也一點點得到了統(tǒng)一。整個設(shè)計過程中，分工明確。正是因為這樣的小組成員間的配合，我們才能堅持到最后，做出令我們比較滿意的設(shè)計。設(shè)計過程中，學(xué)到了很多東西。首先，在考試當中，解析法設(shè)計機構(gòu)是不做要求的。復(fù)習(xí)的時候也理所當然的一概跳過。但到了實際設(shè)計當中，光是靠圖解法顯然不能滿足精確設(shè)計的要求。重拾課本，學(xué)習(xí)解析法也算是對設(shè)計知識的很大的完善。在機械原理一書的課程學(xué)習(xí)當中，間歇機構(gòu)沒有接觸過。然而要完成機構(gòu)的周期性運轉(zhuǎn)，合理的動作與靜止時間又是必不可少的。