皮筋绕线机的原理研究与结构设计

摘要

普通绕线机是一种把线状的物体缠绕到特定的开放式工件上的设备，广泛应用于铜线、铝线、纺织线、电热线等领域，遍及人类生活的方方面面，在国民经济中占重要的地位。现代生活中人们对美的追求剧增，愿意去通过各种发型的修饰来带来外形的美化，打理头发是一种经济且富于变化的方式，而使用简单、实用、便宜的毛线橡皮筋受到人们广泛的青睐。目前在我国甚至是国外基本上都是靠手工来绕制皮筋，缺少一种小型闭环形式的柔性缠绕设备。同时，市场上对小型绕线机的需求以及要求提高，也为小型绕线机制造业带来了新的发展机遇。传统的绕线机存在质量不均匀、效率低、费用高等问题，所以迫切需要制造出功能优良的小型闭环柔性线圈绕线设备。
　　本文采用模拟人手工动作过程的构思方法，深入分析了闭环皮筋绕线机工作的动作过程，并通过试验分析总结，对皮筋绕线机的总体结构进行设计、分析、计算，对皮筋绕线机的各个系统结构进行创新性设计，并对其关键机构分析研究及优化，最后通过仿真和软件分析来验证所设计机构的可行性和可靠性，为未来小型闭环柔性线圈的缠绕做出有实用价值的研究。
　　研究内容主要包括:分析手工绕线的工作流程，阐述皮筋绕线的基本原理和皮筋绕线机需要达到的设计要求，介绍研发皮筋绕线机的试验及设计思路，提出了皮筋绕线机的研究方向和需要实现的目标。通过确定摩擦搓轮系统的参数和皮筋截面影响的试验研究，保证运动的可行性和可靠性，得出机构可以完成相应的机械动作。介绍皮筋圈自动绕线的关键点，提出总体的设计方案和系统组成，对各机构的参数进行设计计算，提出皮筋绕线机的控制系统方案。
　　利用三维设计软件SolidWorks进行仿真运行分析，并对该三维软件的设计流程进行介绍。使用该软件建立装配设备的立体模型，并进行了干涉检查。用ANSYS软件根据实际情况对模型进行了有限元的静力学分析。结果表明，皮筋绕线机的平台支撑系统的强度和刚度均满足要求，同时验证了其稳定性满足要求。由此分析结果可知，该升降支撑系统的初始设计方案是可靠、合理的。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 国内外绕线机的研究现状

1．2．1 国外绕线机的J研究现状

1．2．2 国内绕线机的研究现状

1．3 本文主要研究内容

1．4 本文主要研究方法

2 皮筋绕线机的试验研究

2．1 绕线滚筒直径范围确定

2．1．1 试验装置

2．1．2 试验方法

2．1．3 试验结果

2．1．4 结果分析

2．2 摩擦搓轮直径的确定

2．2．1 试验装置

2．2．2 试验方法

2．2．3 试验结果和分析

2．3 皮筋圈截面形状的影响

2．3．1 试验装置

2．3．2 试验方法

2．3．3 试验结果和分析

2．4 毛线缠绕的影响

2．4．1 试验装置

2．4．2 试验方法

2．4．3 试验结果和分析

2．5 本章小结

3 皮筋绕线机的总体设计

3．1 皮筋绕线机的设计依据

3．1．1 皮筋圈绕线的基本原理

3．1．2 皮筋绕线机的功能要求

3．1．3 皮筋绕线机的技术指标要求

3．1．4 皮筋绕线机的工作流程

3．2 皮筋绕线机的总体设计

3．3 控制系统

3．3．1 可编程控制器(PLC)

3．3．2 电机的选择

3．3．3 光电传感器

3．4 本章小结

4 摩擦搓轮系统的设计

4．1 摩擦搓轮系统的组成

4．2 摩擦搓轮系统的工作原理及设计

4．2．1 工作原理及设计

4．2．2 材料的选择

4．3 摩擦搓轮传动的分析设计

4．3．1 摩擦传动的工作原理

4．3．2 滚动摩擦的研究

4．4 抬头器的设计

4．5 绕线机构中各部分零件的参数设计分析

4．5．1 摩擦搓轮的参数分析计算

4．5．2 齿轮的模数确定

4．5．3 钢丝软轴的设计

4．6 本章小结

5 皮筋绕线机其他系统的设计

5．1 皮筋供给系统的设计

5．2 橡皮筋拉伸就位系统

5．3 升降支撑系统

5．3．1 驱动功率计算

5．3．2 螺杆的耐磨性

5．4 预绕送线系统

5．4．1 预绕机构

5．4．2 送线及剪切机构

5．5 绕线滚筒系统和收集系统的设计

5．5．1 工作平台的设计

5．5．2 绕线滚筒及传动的设计

5．5．3 收集装置

5．6 本章小结

6 皮筋绕线机的三维建模及有限元分析

6．1 三维建模软件

6．2 SolidWorks软件的简介

6．3 利用SolidWorks软件进行设计的流程

6．4 建立装配设备的三维建模

6．5 干涉分析

6．6 运动仿‘真

6．7 升降支撑系统的有限元分析

6．7．1 有限元的基本思想

6．7．2 有限元分析软件ANSYS

6．7．3 升降支撑系统的静力学分析

6．8 本章小结

7 结论与展望

7．1 全文总结

7．2 未来工作展望

致谢

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文及获得的发明专利

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