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1、机械原理课程设计说明书电机转子槽绝缘纸插入机(东华大学)电机转子绝缘纸插入机说明书 目录1. 摘要-22. 设计题目-33. 传动机构-33.1 齿轮机构-43.2 带轮机构-44. 传动机构拟定-45执行机构选型-55.1送纸机构选型-55.2 裁纸和插纸机构选型-65.3分度转位执行机构选型-75.4 机械运动方案的选择-86 执行机构设计- -96.1 送纸机构设计-96.2裁纸和插纸机构设计- 96.3分度转位机构设计- 117. 机构示意图-128. 运动循环图-139. 运动曲线图- -1410. 设计小结-1811. 参考资料-18一、 摘 要 在机械加工高度发达的这个时代，绝大
2、多数手工生产已经被机械生产所代替，使得生产效率极大的提高，这样解放了生产力，提高了时间利用率，在这样的背景下，我们基于机械原理，设计了一种自动绝缘纸插入机，代替了手工的重复劳动，运用合理的机械方案配置，达到高效生产的要求。二、设 计 题 目电机转子槽绝缘纸插入机是为电机生产厂家提高效益而设计的专用机。操作者把如图所示的带插转子放入导轨上，由插入机自动完成以下工艺动作:（1）卷成一卷的绝缘纸送出一定长度。（2）安需要裁下一段绝缘纸。（3）用插刀对折切下的绝缘纸，插入空槽并推进到位。（4）间歇转动电机转子，把整个转子绝缘槽的绝缘纸完。 原始数据如下：（1）生产率：80个/min。（2）转子外径为3
3、0-60mm，轴芯长度为90-200mm，转子槽数6槽，槽深约为外径的一半。（3）电动机转速为1440r/min。三、传 动 机 构在实际生产中，受机器外型、尺寸的限制，或者为了安全和操作方便，执行机构通常不和原动机之间相连，而是通过一系列的机构将他们连在一起，并完成对原动机速度的提高、降低、周期或非周期性的变速、将力转化为力矩或将力矩转化为力等工作。我们将这样的把原动机的动力和运动传送到执行机构的传递装置称为传动机构。 传动机构有很多种，最常用的为齿轮系传动、带传动和链传动。链传动的平稳性较差，运转时有一定的冲击和噪声，显然与我们的要求不符。在本机构中，我们选用的了带传动和齿轮系传动。在表3
4、-1中我们将对这两种机构进行分析。在后面的章节里我们在对他们在机构中的作用进行详细阐述。表3-1名称运动方案评价齿轮机构齿轮机构的优点是：结构紧凑、工作可靠、传动平稳、效率高、寿命长、能保证恒定的传动比，而且其传递的功率和适用的速度范围大。故齿轮机构广泛用于机械传动中。但是齿轮机构的制造安装费用高、低精度齿轮传动的噪声大。带轮机构齿轮机构的优点是：结构紧凑、工作可靠、传动平稳、效率高、寿命长、能保证恒定的传动比，而且其传递的功率和适用的速度范围大。故齿轮机构广泛用于机械传动中。但是齿轮机构的制造安装费用高、低精度齿轮传动的噪声大。四、传动方案拟定由以上两机构的优缺点比较，本机器中要求各个机构间
5、的传动精确、稳定，所以选取齿轮为传送机构。其尺寸设计如下：我们拟定所有齿轮的模数m=1，方案要求生产率达到每分钟80个转子，由于电机转子是连接在槽轮机构上的，所以槽轮机构中槽轮的转速和电机的转速相同为80r/min，因此只需计算从原动件到槽轮的传动比，设计要求原动机的转速为1440转每分钟，由此计算从主动件到槽轮的传动比为：=1440/80=18/1，即槽轮的转速4/3转每秒。所以我们选用的槽轮机构为2圆销，6槽（其选用原则见间歇机构拟定），槽轮的运动系数k为1/3，由此计算的原动齿轮到与拨盘同轴的齿轮传动比为=6/1，由于标准齿轮最小齿数为17个齿，我们选用原动件上的齿轮为=18齿，如果只用
6、两个齿轮进行传动，则第二个齿轮的齿数为：= *=18*6=108第二个齿轮的齿数达到108个齿，两个齿轮的相差太大，不利于齿轮间传动，所以选用两对齿轮进行减速，即一个=36齿的齿轮和一个=54齿的齿轮。其传动方案如图4-1所示：图4-1对于从原动件上的齿轮传递到曲柄上，首先要计算曲柄的转速，而曲柄的转速则与电机的动停时间有关，因为插刀要在电机转子停止的那段时间内把绝缘纸插入并且离开转子槽，而转子的运动规律为停、动，其动停时间比为1/3，因此转子每完成一个槽，曲柄机构要转一圈，转子一圈要完成6个槽，因为转子80r/min，所以计算得曲柄的转速为：=480r/min从原动件到曲柄的传动比为：=/=
7、3/1即最大的齿轮齿数为54，但是考虑到连接曲柄的齿轮如图4-2所示连接的话：图4-2受力情况不好，容易损坏齿轮.所以，多加一个变速齿轮，其齿数为=36，最终示意图如4-3所示：图4-3五、执行机构选型执行机构，是利用机械能来改变材料或工件的性质、状态、形状或位置，实现工艺动作过程以完成机器预订的功能。该机构拥有三个执行机构，分别完成送纸、裁纸和插纸、电机转子的分度转位动作工艺。下面按这三个执行机构的动作动作工艺进行执行机构选型。5.1 送纸机构选型该机构所要完成的具体动作工艺为：将卷成一卷的绝缘纸送出一定的长度。在送纸过程中，尽可能高的保证送出的纸的工整性，以防止给后面的裁纸和插纸工艺造成不
8、必要的麻烦，降低工作效率和工作质量。对于送纸机构的选型，如表5-1所示。 表5-1 送纸机构选型名称运动方案评价传送带带传动是一种摩擦传动，具有缓冲吸震、过载打滑保护的特点，但传动比不够精确，传动效率较低，无法保证传递纸时的平稳性。续表5-1传送链链传动为啮合传动，无弹性滑动和打滑现象，可保持准确的平均传动比，但传动平稳性较差且无法保证传递纸的工整性。滚轮通过一对滚轮的配合，可以很好的压住绝缘纸，别于后面机构的裁纸动作。橡胶材质外壳极好的保证了绝缘纸的工整性，但传递动力较小综合以上机构的优缺点，结合机构的运动要求和特性，我们选择了滚轮作为送纸机构。尽管传送力较小，但依旧可以满足对绝缘纸的传送。
9、而且滚轮的使用寿命较长，更换简单。5.2 裁纸和插纸机构选型该机构所要完成的具体动作工艺为:将送过来的绝缘纸按需要裁下一定长度，用插刀对折切下的绝缘纸，插入电机转子绝缘槽内。综合以上所述，对于裁纸和插纸机构的选型，如表5-2所示。 表5-2 裁纸和插纸机构选型名称运动方案评价凸轮机构只要适当的设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，响应快速，机构简单紧凑，。但凸轮接触为高副接触，易磨损，制造工艺复杂，损坏后更换困难。续表5-2曲柄滑块机构各运动副为低副，各构件的几何形状简单，可以得到较高的制造精度。偏置后得到急回特性，提高了工作效率。传递精确度较低，惯性力较大，不宜做高速运动
10、。在裁纸和插纸工艺过程中，对执行机构的运动精准度要求较低，且不需要很大的工作力。所以我们选用了曲柄滑块机构作为裁纸和插纸执行机构。5.3 分度转位执行机构选型该机构所要完成的工作工艺为：在绝缘纸的插入过程中，控制电机转子不动，插入动作完成后再控制转子转过适当的角度，并由插纸机构进行下一次插纸动作循环。对于分度转位执行机构的选型，如表5-3所示。 表5-3 分度转位执行机构选型名称运动方案评价槽轮机构工作可靠、机械效率高、运动较平稳、能够准确控制转过的角度。传动是存在柔性冲击，不适用于高速场合棘轮机构结构简单、制造方便、运动可靠，每次转过的角度大小可以在较大的范围内调节。工作时冲击和噪声大，运动
11、精度较差不完全齿轮机构结构简单，制造容易，工作可靠，设计时从动轮的运动时间和静止时间的比例可在较大范围内变化。工作冲击较大，只适用于低速、轻载场合凸轮间歇机构通过合理的选择从动拨盘的运动规律来减小载荷从而避免刚性和柔性冲击，同时具有定位准确可靠、结构紧凑等优点。但凸轮加工较为复杂，装配调整也较困难尽管凸轮间歇机构的优势明显，但装配调整较槽轮而言过于困难，槽轮机构尽管存在柔性冲击，但处于机构运动的许可范围之内。我们选用槽轮机构作为分度转位的执行机构。5.4 机械运动方案的选择根据上述各机构的选型，根据设计给的条件、各机构的相容性及机构尽可能简单的原则，组成电机转子绝缘纸插入机运动方案，如表5-4
12、所示。 表5-4 电机转子槽绝缘纸插入机运动方案送纸机构裁纸和插纸机构分度转位机构六、 执行机构设计6.1 送纸机构设计在前一章里，我们提到了送纸机构的选型，即采用滚轮机构作为送纸机构。由设计题目可知，在一个运动周期内，滚轮送出的纸的长度应和电机转子槽周长相吻合。我们通过带传动将滚轮轴与外槽轮相配合，这样滚轮就拥有了和外槽轮相同的运动规律，即外槽轮运动时滚轮运动送纸，外槽轮静止时滚轮不动不送纸。这样也使裁纸刀和插刀有足够的时间进行空回行程。根据以上送纸机构的工作原理，可对滚轮半径即周长进行精确设计。才槽轮的一个周期内，转动了，这样与槽轮相连的带传动机构的主动轮也转过了60。在第四章了我们提到，
13、该机构所选用的带传动传动比i=1/2.这样在运动的一个周期内，滚轮就转过了120。在原始数据里面我们知道，电机转子槽的周长L30mm。所以，由 2R（L计算取整之后选用的滚轮半径为15mm。比周长略大是考虑到滚轮之间存在的些微间隙，以及裁纸刀裁纸后对纸的损耗。图6-1为滚轮的正视图。图6-16.2 裁纸和插纸机构设计裁纸和插纸机构的选型，我们选用了曲柄滑块机构。为了更好的保证构件运动的精准性，我们采用同步转动的两个曲柄滑块机构来带动裁纸刀和插刀的往复运动。这样又会导致整体构件的分散性。为了增加构件的刚度，保证构件运动时顺利通过某些比较难通过的位置，可以在构件里添加虚约束来改善这一状况。如图6-
14、2所示。裁纸刀的运动需要急回特性，根据需要，我们给曲柄滑块机构设置了偏置距离d=10mm。曲柄长=30mm，连杆长=50mm。这样的 尺寸，使得裁纸刀和插刀的空回行程为60mm。足够长的空回行程保证了送纸机构送出的纸的长度，从而保证了插入转子槽的工作质量。下面对曲柄滑块机构进行运动分析。如图6-3所示。根据图示关系得到，极位夹角=22.82。那么机构的急回特性2K=（+）/(180-)=1.2图6-2 图6-3根据上述分析，最终设计的裁纸和插纸机构如图6-4所示。图6-46.3 分度转位机构设计槽轮机构用于平行轴间的间歇传动，有外槽轮和内槽轮之分。如图6-5所示。图6-5主动拨盘回转一周时，槽
15、轮的运动时间与主动拨盘转一周的总时间t之比，称为槽轮机构的运动系数，并以k表示，即K=/t 式6.3.1根据图5-3所示的几何关系，得到运动系数的计算公式为K=n(Z-2)/2Z 式6.3.2槽轮机构槽数与圆销数的关系如表6-1。表6-1槽数z345、67圆销数n16141312图6-5所示为外槽轮机构的任一位置。设拨盘和槽轮的位置分别用和来表示，并规定和在圆销进入区为负，在圆销离开区为正。设圆销至槽轮回转轴心的距离为，在图示位置时，有R= R+=L从上两式中消去，并令R/L=，可 =/(1-) 式6.3.3将式5.3.3对时间t求导，则得/=(-)/(1-2+) 式6.3.4/=(-1)/(
16、1-2+式6.3.5由以上两式可知，当拨盘的角速度一定时，槽轮的角速度及角加速度的变化取决于槽轮的槽数z。在设计计算时，首先应根据工作要求确定槽轮的槽数z和主动拨盘的圆销数n；再按受力情况和实际机械所允许的安装空间尺寸，来确定中心距C和圆销半径r；最后再按图6-3所示的几何关系求出其他尺寸：=L=L式6.3.6s=L=L/z) 式6.3.7hs-（L-R-r） 式6.3.8根据以上所罗列的计算公式，结合机构运动需要，我们确定的槽轮槽数z=6，主动拨盘圆销数n=2。这样槽轮槽数刚好与转子槽数相同，保证了运动的一致性。选用2个圆销，提高了槽轮机构的运动效率。结合实际安装需要，槽轮机构的中心距C=8
17、0mm。再由以上各公式可得槽轮机构的具体尺寸为：槽轮外径R=69.54mm，槽深h=40.54mm，锁止弧半径S=32mm，圆销运动半径40mm。图6-6为分度转位机构，即槽轮机构的设计图。图 6-6七 、机构示意图根据以上关于送纸、裁纸和插纸、分度转位机构的选型和尺寸设计，最终设计出了电机转子槽绝缘纸插入机。图71和图7-2分别为机器整体的后视图和正视图。 图7-2 后视图 图7-2 正视图八、运动循环图 九、运动曲线图 以下是我们生成的零件运动曲线图： 图9-1 拨盘角速度 图9-2 拨盘角位移图9-3 槽轮角加速度 图9-4 槽轮角速度图9-5 槽轮角位移图9-6 滚子角位移图9-7 切
18、刀线加速度 图9-8 切刀线速度图9-9 切刀线位移十、设计小结 最初接到设计题目的时候觉得毫无头绪，大有四面楚歌之感。认真学习了机械设计步骤之后，开始从拟定工作原理、提出方案原理图和运动简图、技术尺寸设计、三维建模与仿真、机构完善一步步走来。终于才有了今天这样的收获。在设计过程中，小组成员对机构的选型分歧很大，在参照了大量的书面资料和网上资料之后，意见也一点点得到了统一。整个设计过程中，分工明确。正是因为这样的小组成员间的配合，我们才能坚持到最后，做出令我们比较满意的设计。设计过程中，学到了很多东西。首先，在考试当中，解析法设计机构是不做要求的。复习的时候也理所当然的一概跳过。但到了实际设计
19、当中，光是靠图解法显然不能满足精确设计的要求。重拾课本，学习解析法也算是对设计知识的很大的完善。在机械原理一书的课程学习当中，间歇机构没有接触过。然而要完成机构的周期性运转，合理的动作与静止时间又是必不可少的。这样以来就必须用到间歇机构了。学习间歇机构的优缺点、尺寸设计也是在整个过程当中大收获之一。说到收获，最大的莫过于心的收获了。当了十几年学生，第一次真正的学以致用，也第一次真正感受到了学以致用的乐趣。这培养了我浓厚的学习兴趣并乐于去感受它。这对我日后的学习过程都是一个很大的推进。最后，面对自己设计完成的机构，仍觉得有些许缺陷和不满意的地方。但局限于只是的匮乏、时间的紧迫没有一一得到解惑。这也为我后面关于机械设计的学习定下了目标。 十一、参考资料机械原理 孙恒 陈作模 主编 高等教育出版社机械原理课程设计指导书 孙志宏 主编 兵器工业出版社机械运动方案设计手册 邹慧君 主编 上海交通大学出版社
