【完整版】电机线圈模压机设计毕业论文.doc
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摘要
电机作为基础动力设备,近年保持稳定快速增长,近年来的多项政策和产业规划,使得电机向节能方向加快发展。
随着工业经济的发展,电机得到广泛应用。
电机制造中,使用非标准设备的数量相当多,所需的非标准工艺装备也比较多。
电机线圈模压机是为了生产大中型高压电机船型线圈所设计的电机线圈热压成型装备。
目前模压机设备生产厂家的模压机已基本成型,为了改善模压机的结构性能以及其适用范围,本文对电机线圈模压机结构进行设计,使其适用范围更广,结构更加合理。
设计主要结合现有的设计理念,在符合设计要求的前提下,设计时模压机支架采用角钢焊接框架、钢板焊接的两门箱式结构。
模压机通过蜗轮蜗杆调节线圈角度,通过丝杠调节线圈宽度,能满足大部分线圈的生产需求。
设计中使用了AutoCADSolidWorks等工程制图软件。
关键词:
电机线圈模压机蜗轮蜗杆丝杠传动轴受力分析
1
Abstract
Motorasthepowerequipmentfoundation,inrecentyearstomaintainsteadyandrapidgrowthinrecentyears,anumberofpolicyandindustrialplanning,acceleratethedevelopmentofthemotortothedirectionofenergysaving.Withthedevelopmentofindustrialeconomy,themotorhasbeenwidelyused.Manufacturingofmotor,usingthenumberofnon-standardequipmentisquitemuch,non-standardequipmentrequiredformore.Themotorwindingmoldingmachinemoldingequipmentisthemotorcoilforhighvoltagemotorcoilproductionoflargeandmedium-sizedshipdesign.Themoldingmachinemoldingmachineequipmentmanufacturershasbeenbasicallyformed,inordertoimprovetheperformanceofthestructureofmoldingmachineanditsscopeofapplication,thispapercarriesonthedesigntothemotorcoilmoldingmachinestructure,whichisapplicabletoawiderrange,morereasonablestructure.Designofthemaindesignconceptofthecombinationoftheexistingpremise,inlinewiththedesignrequirements,designofmoldingmachinebracketanglesteelweldedstructure,twodoortypesteelwelding.Moldingmachineadjustingcoilanglethroughworm,coilwidthbyadjustingscrew,canmeetmostoftheneedsofproductioncoil.TheAutoCADSolidWorkssoftwareisusedinthedesignofEngineeringdrawing.
Keywords:
MotorcoilMoldingmachinewormandgearleadscrewdriveShaftForceanalysis.
1
目录
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
绪论 1
第一节大中型高压电机 1
第一章电机线圈模压机的基本结构 3
第一节电机线圈模压机的基本结构 3
第二章基本设计计算校核 5
第一节蜗轮蜗杆的设计计算及其校核 5
第二节丝杠的选型及其计算 10
第三节轴的设计计算 12
第三章其他非标准工件的结构设计和材料选取 16
第一节下模设计和材料选取 16
第二节支撑装置 17
第四章solidworks建模及装配 18
第一节下模主体的建模 18
第二节下模压板的建模 19
第三节压铁卡的建模 19
第四节压铁的建模 20
第五节电热管卡的设计建模 21
第六节运用solidworks的toolbox 22
第七节下模的装配 24
第八节箱体的设计建模 24
第九节箱体的可移动下模支撑建模 27
结论 29
致谢 30
参考文献 31
绪论
第一节大中型高压电机
一、电机的发展历史
1880年伏特发明电池,是电气出现的开端。
在之后出现了各种电机应用于各个行业各个领域。
电机俨然成为机电行业的核心技术,并且电机的通用性逐渐向专用性方向发展,打破了过去同一类电机适用于不同性质、场合的局面。
电机正在向专用性、特殊性、个性化方向发展。
目前随着现代化工业生产规模的逐渐增大、与之相配套的生产设备也在向着大型化、高运转速率方向发展,因而拖动大型设备的电动机功率也越来越大,高电压等级、高功率、大容量、高性能电机已经成为最重要的方向之一,这促使电机生产行业纷纷向高压电机行业靠拢,以提高其竞争力。
由于电机工艺装备的非标准设备种类较多,对非标准工艺装备的通用性考虑,本设计主要针对30*50的线圈的各种节距、各种角度进行设计。
当然通过更换压铁可以适用于少数其他尺寸的线圈,本设计不做研究。
二、大中型高压电机主要采用的线圈主要是船型线圈,船型线圈在安装过程中需要形状比较规范;而且需要良好的绝缘性;所以船型线圈用云母带包覆好然后通过电机线圈模压机热压成型,热压成型的线圈形状规范,绝缘性能优秀。
所以本设计需要设计一台通用性较好电机线圈模压设备——电机线圈模压机。
三、电机线圈模压的工艺装备
目前针对线圈的热压成型这方面工艺装备较少,根据本人通过参考文献、网络等途径的了解。
截至目前只有河南全新机电设备有限公司生产热压型压(成)型机是电机线圈模压的工艺装备,除此之外,没有该类工艺装备。
所以在指导老师的要求下本人就电机线圈模压机进行设计,用于电机线圈的热压成型。
本次设计只针对机械部分设计,在设计过程中我们对电热管模型只做模型设计,具体参数不做设计考虑。
电机线圈模压机的具体要求如下:
1.线圈模压段尺寸:
截面30mm*50mm长度500—2000mm
2.下模可转动且角度可调
3.线圈开间400mm—800mm
4.线圈直边长2000mm
5.下模需加热
6.总高1100mm.
第一章电机线圈模压机的基本结构
第一节电机线圈模压机的基本结构
(一)箱体:
箱体采用角钢焊接成支架,其余部分用钢板焊接成两门箱状结构,箱子里可以安装电热装置的开关之类的装置。
本设计由于不考虑电气部分,所以不做考虑。
箱子上面需安装模压机下模的支撑装置,支撑装置采用螺旋定位。
(二)下模:
下模是用直径200mm,厚度为10mm的空心钢管截出一个50mm*70mm的截面,两端为直径200mm的圆形钢板焊接在钢管两端,中心开一个直径40mm的轴孔。
在距离轴两端200mm出焊接一对间距为三十的支撑用来固定压铁卡。
压铁卡为宽度为20mm厚度为29mm的半圆条型结构,两端开M6螺栓孔用来固定具体形状如图1-1:
图(a)图(b)
图1-1压铁卡
压铁卡与下模用六角头螺杆带孔铰制孔用螺栓固定。
(三)压铁:
压铁初步设计为小面为30*2300、50*2300厚度为5mm,压铁的定位是采用螺栓连接压铁卡压紧压铁定位的。
(四)蜗轮蜗杆:
蜗轮蜗杆是为了调节下模的角度而设计的,其目的在于满足不同角度的线圈。
具体尺寸在下章里会有具体计算。
(五)丝杠:
丝杠是为了调节线圈的间距而设计的,通过移动下模支座使下模随之移动达到调节的效果。
具体数据下章会有计算校核。
(六)轴:
由于下模较长整体设计轴的强度不好设计,本设计中轴的设计采用两段设计。
具体结构如图1-2:
图1-2下模支撑轴(两段)
具体尺寸在轴的具体结构设计里会有精确的尺寸设定。
初步结构设计如图1-3所示:
俯视图
侧视图
图1-3初步构思结构图
上图只是一个初步模型设计,具体尺寸计算设计数据和装配图为准。
34
兰州交通大学博文学院毕业设计(论文)
第二章基本设计计算校核
第一节蜗轮蜗杆的设计计算及其校核
(一)、蜗轮蜗杆的已知条件
根据设计要求选取双头ZA蜗杆传动,输入功率P=0.1KW,蜗杆转速n1=120r/min,传动比i12=40,模压机为小批量生产,传动反向,工作载荷稳定、无冲击,要求寿命58400h。
(二)、选择蜗轮蜗杆类型、材料、精度
根据GB/T10085-1988的推荐,采用阿基米德(ZA)蜗杆材料选用45钢,因希望效率高些,耐磨性高些,故蜗杆需要整体调质,表面淬火,齿面硬度45~50HRC。
为了节约贵重有色金属,蜗轮齿圈材料选用ZCuSn10Pb1,金属模铸造,轮芯采用灰铸铁HT100滚铣后加载跑合,9级精度,标准保证侧隙c。
(三)、计算步骤
1.按接触疲劳强度设计
设计公式≥mm
(1)选z1,z2:
查表7.2取z1=2,
z2=z1×n12=80
初估=0.8
(2)蜗轮转矩T2:
T2=9.55×106P2/n2=9.55×106×Pηi12/n1=9.55×106×0.1×0.8×40/120=254666.667Nmm
(3)载荷系数K:
因载荷平稳,转速不高,无冲击,所使用系数为1,不均匀系数为1,动载系数为1,所以K=1
(4)材料系数ZE
查表7.9,ZE=156√MPa
(5)许用接触应力[H],
查表7.10,[H],=268MPa
N=60×jn2×Lh=60×3×58400=1.0512×107
ZN===0.9938
[H]=ZN[0H]=0.81135338×220=266.3884MPa
(6)md1:
md1≥=1×254666.67×=129.20mm
(7)初选m,d1的值:
查表7.1取m=2.5 ,d1=28
(8)导程角
tan==0.18
=arctan0.18=10.1247°
(9)滑动速度Vs
Vs==0.23m/s
2.确定传动的主要尺寸
m=2.5mm,=28mm,z1=2,z2=80
(1)中心距a
a==114mm
(2)蜗杆尺寸
分度圆直径d1d1=28mm
齿顶圆直径da1da1=d1+2ha1=33mm
齿根圆直径df1df1=d1﹣2hf=22mm
导程角=10.1247°右旋
轴向齿距Px1=πm=3.14×2.5=7.85mm
齿轮部分长度b1b1≥m(11+0.06×z2)=2.5×(11+0.06×80)=51.25mm
取b1=55mm
(2)蜗轮尺寸
分度圆直径d2d2=m×z2=2.5×80=200mm
齿顶高ha2=ha*×m=2.5×1=2.5mm
齿根高hf2=(ha*+c*)×m=(1+0.2)×2.5=3mm
齿顶圆直径da2da2=d2+2ha2=204.922mm
齿根圆直径df2df2=d2﹣2m(ha*+c*)=208.672mm
导程角=10.1247°右旋
轴向齿距Px2=Px1=πm=3.14×2.5=7.85mm
蜗轮齿宽b2b2=0.75da1=23.1mm
(3)润滑方式
根据Vs=0.23m/s,使用频率也比较少,采用滴油润滑。
几何尺寸计算结果列于下表:
表2-1蜗杆参数表
名称
代号
计算公式
结果
蜗杆
中心距
=
a=114
传动比
i=40
蜗杆分度圆
柱的导程角
蜗杆轴向压力角
标准值
齿数
z1=2
分度圆直径
齿顶圆直径
齿根圆直径
=22
蜗杆螺纹部分长度
表2-2蜗轮参数表
名称
代号
计算公式
结果
蜗轮
中心距
=
a=114
传动比
i=40
蜗轮端面
压力角
标准值
蜗轮分度圆柱螺旋角
º
齿数
=
=80
分度圆直径
齿顶圆直径
=204.922
齿根圆直径
3.蜗轮的校核计算
(1)校核齿根圆弯曲疲劳强度
当量齿数
根据,从《机械设计》图11-17可查得齿形系数=2.23;
螺旋系数=0.9277
许用弯曲应力
由表11-8查得铸锡磷青铜[],=56MPa
寿命系数=0.7700
符合要求,所以不用重算;
(2)效率验算
已知与相对滑动速度有关
0.23m/s从表11-18用插值法查得代入式中得
大于原估计值,不用重算。
4.精度等级公差和表面粗糙度的确定
根据GB/T10089-1998查得蜗轮蜗杆选用9级精度,侧系种类f,标注为9f。
5.主要设计结论
模数m=2.5,蜗杆直径,蜗杆头数,,蜗杆选用45钢,齿面淬火。
蜗轮齿圈采用铸锡磷青铜,轮芯采用HT100灰铸铁,金属模铸造。
第二节丝杠的选型及其计算
由于本设计为纯手工作业,暂估取最大力量为F=4000N。
(一)、丝杠的材料
螺杆选用45钢,螺母为整体螺母,材料用铸锡青铜,ZQSn10-1。
(二)、螺纹类型的选取
螺纹采用多线头梯形螺纹。
(三)、根据耐磨性确定滑动螺旋基本尺寸
1.螺纹工作面上的耐磨性条件为:
令,则H=,带入上公式得
对于梯形螺纹,h=0.5p,则
2.[p]材料的许用压力
根据机械设计表5-12得MPa,初步选取
3.由于是整体螺母,,初步选取
则=10.8866mm
(四)、选取相应的公称直径d及螺距P
由设计手册表3-1GB/T196-2003摘录:
选取公称直径d=16mm,螺距P=4
由《机械设计手册》表3-8可得
(五)、螺母为Tr16
由于本设计中丝杠传动受力不大,速度也比较低,但是丝杠长径比较大,所以根据丝杠设计要求只需要校核其稳定性就可以了。
(六)丝杠的结构设计
图2-1丝杠结构示意图
1.根据轴向定位的要求,从左往右直径依次为:
第一段截面为正方形外接圆直径17mm,第二段直径为17mm,第三段直径为20mm,第四段(最长的一段)为丝杠主体,第五段直径为20mm最后一段直径为17mm。
2.第二段右端为了满足轴向定位的要求安装一端盖,端盖厚度为5mm,端盖中心为17mm的中心孔,端盖直径为40mm。
断面开4个M3螺栓孔来固定端盖。
3.因为丝杠需要转动所以周向不需要定位。
4.参考机械设计表15-21取倒角为C1,圆角为R0.8
(七)丝杠的稳定性校核
螺杆的稳定性条件:
1.由于本设计中丝杠为传力螺旋,
2.
E=I
满足条件,所以选用Tr16梯形丝杠,丝杠两端选用角接触球轴承如上图,左端选用7004C角接触球轴承,右端选用7003C角接触球轴承,由于篇幅原因,轴承强度本设计不做校核,按标准选取轴承即可。
(八)润滑方式:
丝杠传动采用脂润滑,选取1号钙基润滑脂。
第三节轴的设计计算
本设计由于考虑到模压机下模较长(2300mm),通轴的话考虑到轴的强度问题,所以采用两段式,具体图样如下图2-2:
图2-2支撑轴尺寸图
轴的材料初步选取为45调质钢,轴两端装深沟球轴承,轴与下模采用过渡配合固定,轴上的键等的结构初步设计如上,实心轴。
(一)轴的长度与直径的确定
1.初步估算最小直径
查机械设计表15-3取根据转速比可知n=3r/min
=0.09339
则:
所以轴的最小段直径应大于此计算值,又因为轴上有键槽,所以轴增大3%,则最小直径取40mm。
计算转矩:
2.由机械设计手册表4-1查得普通平键GB/T1096-2003型键14×9,蜗轮轴的键槽深度t= 宽度b=
3.轴上圆角倒角尺寸的确定
参考机械设计表15-2,轴端倒角取C1.6其余圆角尺寸见零件图。
(二)轴的校核计算
图2-3轴-下模受力示意图
1.作用在齿轮上的力
==2.973N
N
计算支反力
水平方向的ΣM=0,所以
,=1.5165N
0,=1.4565N
垂直方向的ΣM=0,有
0,=0.5391N
0,=0.5613N
计算弯矩
水平面的弯矩
=1843.4574
垂直面弯矩
629.3993
682.3163
合成弯矩
==1947.9422
==1965.6872
根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图,可看出C为危险截面,现将计算出的截面C处的及M的值列于下表2-3:
表2-3弯扭数据表
载荷
水平面H
垂直面V
支反力
1.4565N
1.5165N
0.5391N
0.5613N
弯矩
=1843.4574
总弯矩
=1947.942
=1965.6782
扭矩
T=297.2915
以上计算是假设轴和下模一体计算所得结果,所以由上图可得危险截面我下模中心,所以此处对轴不再继续校核,在下模材料选取的过程中需要特别注意考虑选取下模的硬度和疲劳强度。
第三章其他非标准工件的结构设计和材料选取
第一节下模设计和材料选取
(一)电机线圈模压机下模是一个构件,由下模主体、下模压板、压铁、压铁卡、紧定螺栓、电热管、电热管卡组成。
具体结构如下图3-1所示:
(a)俯视图
(b)右视图
图3-1下模结构图
下模主体、下模压板、压铁采用中碳钢45Cr,价格适中、综合力学性能最佳,压铁卡选用灰铸铁HT150。
压铁卡为两段式,连接方式采用六角头带孔螺栓连接。
电热管为直径为8mm的U型电热管,下模主体为空心45Cr钢管,两端采用中间带轴孔的圆形钢板焊接,总长度2300mm,壁厚统一为10mm。
压板同样为45Cr,长2300mm,厚度为10mm,宽度分别为60mm、50mm。
压铁形状如上图所示,厚度30mm,具体结构在总体构思中图中有,此处不做具体描述,电热管卡采用不锈钢薄片加工而成,两端开螺栓孔,宽度为20mm,厚度2mm,具体形状在装配图中有,此处不做描述。
(二)装配方式:
下模的装配全部采用螺栓连接,下模主体与压板连接用开槽沉头螺钉M3*10mm,数量为8个;下模主体与压铁卡用六角头带孔螺栓M10*60mm,数量为3个;压铁与下模采用M16*70mm全螺纹螺栓紧定。
第二节支撑装置
(一)下模的支撑,蜗轮的支撑统一采用HT100灰铸铁,具体形状设计参看装配图。
(二)箱体设计采用25*3的角钢焊接成两门箱式结构,长宽高2495mm*1170mm*750mm,其他部位用薄钢板密封,前面制造成双开门。
箱体内安装电路控制装置,具体尺寸按安装需要,本设计不涉及电路,所以具体尺寸无法具体确定。
(三)安装方式:
由于电机线圈模压机的负载不大,无冲击,所以很少造成机械意外损坏,所以支撑和箱体采用焊接方式连接。
第四章solidworks建模及装配
由于本设计中非标准件较多,在设计过程中可能比较抽象难以具体描述非标准件的具体形状及其特征,所以本章对部分非标准件进行solidworks建模说明,以便直观的描述设计中的非标准件。
第一节下模主体的建模
(一)首先在以右视面为基准面绘制草图,以坐标原点为圆心绘制一个直径为200mm的圆,然后拉伸凸台/基体,拉伸长度2290mm,初步拉伸出一个长为2290mm直径为200mm的圆柱;
(二)抽壳:
点击工具栏里抽壳选项,输入参数厚度为10mm,任选一端面确定。
(三)以抽壳所选面另一断面为基准面绘制草图,点击圆柱最外断面圆选择转换实体引用,然后拉伸凸台/基体,拉伸长度10mm。
(四)以圆柱任一端面为基准面绘制草图,以端面圆的圆心为为圆心绘制一直径为40mm的轴孔,在特征选项里选择拉伸切除-完全贯穿,生成轴孔。
(五)同样以圆柱任一端面为基准面绘制草图,草图为50*70两条线段相互垂直,然后转换实体引用圆柱外端圆,使两条线段与外端圆闭合并且完全定义,然后选择剪裁实体,然后形成一个闭合面,选择拉伸切除,到此下模压板基本成型;
(六)生成压铁卡固定装置:
以上视面为基准,在距离下模主体圆柱两边端面200mm处分别绘制10mm*40mm的矩形一边两个,同一端两个之间靠近边间距30mm,绘制草图完成后,在特征工具栏选择拉伸凸台/基体,选择两端对称15mm,然后在特征里选择圆角,生成圆角R15,使固定装置一端呈半圆形,一边固定装置完成,然后在特征里选择线性阵列-镜像,以右视面为镜像面生成另一边固定装置。
(七)在特征里面选择异型孔向导,生成各部分螺栓孔,在装配图中都有详细说明,此处不做具体描述生成最终模型如下图4-1所示:
图4-1下模主体
第二节下模压板的建模
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