1、1毕业论文开题报告机械设计制造及其自动化空心杯线圈平整热固化装置设计1选题的背景与意义随着科学技术不断发展，工业生产自动化程序的不断提高,对电动机的性能也提出越来越高的要求。不仅要求电动机具有更低的转动惯量,更宽的调速范围、更长的使用寿命。还要求电动机体积小，重量轻。而这是铁心电动机无法达到的，因此开发无铁心电动机是技术发展的必然趋势。111空心杯电机原理及结构特点空心杯电动机在结构上突破了传统电机的转子结构形式，采用的是无铁芯转子，也叫空心杯型转子。这种新颖的转子结构彻底消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗，同时其重量和转动惯量大幅降低，从而减少了转子自身的机械能损耗。2由于转子的结构变化
2、而使电动机的运转特性得到了极大改善，不但具有突出的节能特点，更为重要的是具备了铁芯电动机所无法达到的控制和拖动特性。12空心杯电机的发展趋势及应用由于空心杯电动机克服了铁芯电动机不可逾越的技术障碍，而且其突出的特点集中在电动机的主要性能方面，使其具备了广阔的应用领域。尤其是随着工业技术的飞速发展，对电动机的伺服特性不断提出更高的期望和要求，使空心杯电动机在很多应用场合拥有不可替代的地位。空心杯电动机的应用，从军事、高科技领域进入大工业和民用领域后，十多年来得到迅速的发展，尤其是在工业发达国家，已经涉及到大部分行业和许多产品。3随着工业技术进步，各种机电设备严格的技术条件对伺服电动机提出越来越高
3、的技术要求，同时，目前空心杯电动机的应用范围已经完全脱离了高端产品的局限性，正在迅速地扩大在一般民用等低端产品上的应用范围，以广泛提升产品品质。据有关资料统计，在工业发达国家已经有100多种民用产品上成熟应用了空心杯电动机。213自粘漆包线自粘漆主要分为醇溶自粘漆和热熔自粘漆，是漆包线漆的一个大类，作为复合涂层漆包线的外涂层已广泛应用。自粘性漆包线能在溶剂的作用或是在热风、通电、烘烤加热下实现线与线之间的粘合成型，主要应用于无骨架线圈的制造，目前大量应用在电机、电视机、显示器的偏转线圈领域。414我国自粘漆包线发展历史二十世纪八十年代中后期,我国相继有家电磁线企业从欧美、日本、台湾等国家和地区
4、引进155条电磁线生产线和检测仪器,基本上满足了当时冰箱、冷柜压缩机等制冷行业的需求。5生产企业超过千家,各企业产能从几百吨到万吨级不等,技术水平也参差不齐。“九五”期间我国漆包线品种没有新的增加,在产品结构、材料、工艺装备上均有所发展,从B级向F级转换已进人实质性启动,高耐温等级的特种漆包线使用量加大,漆包机制造水平有所提高。二十世纪末,国家制定了一系列方针、政策鼓励技术研究与开发,家用电器行业率先响应,绿色冰箱、变频节能空调、大屏幕高清晰度彩电等高技术产品纷纷涌现,为特种电磁线生产带来了新的发展机遇,同时也提出了新的挑战。主要表现在技术上朝“环保、节能、变频”方向发展规模上朝万吨突破。由于
5、各企业市场机遇的把握能力、产品开发的速度与节奏不一样,行业发展极不均衡,上规模的企业大约有七八家左右,一般生产量在20003000吨、5000吨、10000吨不等。目前,生产级以上的电磁线且年产超过万吨的企业仅有两家,他们是铜陵精达公司和福州大通公司。我国在加人WTO后,漆包线企业将带来新的发展机遇,也将面临国外漆包线企业的严峻挑战。6815选题意义国内工业界对空心杯电动机的卓越性能尚没有充分认识，阻碍了许多领域机电产品的技术进步，严重影响了我们与国外同类产品的技术竞争力。国内开发的许多新产品，因电机性能不符合要求，其产品的整体水平始终与国外同类产品存在较大差距，限制了很多产品的开发与发展，比
6、如医疗器械、义肢、机器人、摄像机、照相机和一些特殊领域，甚至在纺织机械、激光测量仪器等方面都存在这3种现象。国内空心杯电动机的研究,应注重开发和培育国内市场,加强宣传，扩大影响，促进相关行业对空心杯电动机的认识和应用。2研究的基本内容与拟解决的主要问题21研究的基本内容1、了解自粘漆包线成形工艺及相关背景知识。2、收集了解空心杯电机以及自粘漆包线成形工艺的最新进展。3、完成针对空心杯电机线圈平整热固化装置的结构设计，及相关的工夹具设计。4、设计电气控制系统，实现半自动工作。5、采用PRO/E等软件设计装配装置的三维实体模型，完成二维装配图和主要部件工程图。22拟解决的主要问题1根据国内外现存空
7、心杯电机结构原理相关知识进行分类整理。2根据国内外对热熔自粘漆包线成形工艺技术进行分类整理。3根据所收集的空心杯电机以及自粘漆包线的各种研究成果进行理论分析研究。4针对空心杯电机线圈平整热固化装置进行结构设计，及相关的工夹具设计。5针对空心杯电机线圈平整热固化装置设计电气控制系统，实现半自动工作。3研究的方法与技术路线31研究方法1文献研究法根据空心杯电机线圈平整热固化技术这一课题，通过调查大量文献，全面、准确地了解国内外关于此技术的研究内容。2分析归纳法通过综合掌握的全面信息对空心杯电机线圈平整热固化技术的相关内容进行分类归纳总结，做到对此技术各个方面有层次有条理地整理。32技术路线41搜集
8、空心杯电机线圈平整热固化技术国内外相关文献资料，学习自粘漆包线成形工艺的机理和过程，对其基本原理和发展现状有整体把握。2对国内外对空心杯电机线圈平整热固化装置某一方面的研究进行个案研究，掌握装置的设计原理和方法，做到细节掌握。3在对空心杯电机以及自粘漆包线成形工艺进行整体把握和细节学习后，设计空心杯电机线圈平整热固化装置，以及针对此装置的电气控制系统，实现半自动工作。4研究的总体安排与进度1收集有关文献资料、完成开题报告等（4周）；2分析空心杯电机线圈平整热固化的工艺特点，制定独特的系统方案（2周）；3完成工夹具、加热单元和设计三维实体结构。（3周）；4设计电气控制系统，并完成热平整装置的装配
9、图和主要零件的工程图（3周）；5整理、撰写毕业论文（2周）；5主要参考文献1李车冬，管伟康空心杯永磁伺服电动机的设计分析及磁场计算J河北机电学院学报，1995，122丁宁新性能卓越的驱动元件空心杯电动机J中国科技信息,2001,213付朝阳,刘景林,常威威稀土永磁空心杯电动机CAD系统研究J微特电机,2007,114杨志青国外复合涂层漆包线发展概况J电线电缆，1997，414205张志昌漆包线的现状及其发展动向J电线电缆,1999,46马超自粘性漆包线现状及展望电线电缆198947RCARTA,JTHON,RPUERS,AWIRELESSPOWERSUPPLYSYSTEMFORROBOTICC
10、APSULARENDOSCOPESJSENSORSANDACTUATORSA16220101771838HJLEEA,SUCHUNGA,SMHWANGA,GYHWANGB,TWKUC,BSKANGC,DEVELOPMENTANDMANUFACTURINGOFHEXAHEDRALTYPEVIBRATIONMOTORUSEDFORMOBILEPHONEJOURNALOFMATERIALSPROCESSINGTECHNOLOGY13013120026856905毕业论文文献综述机械设计制造及其自动化空心杯电机线圈平整热固化装置设计摘要空心杯电动机属于直流、永磁、伺服微特电机,具有突出的节能特性、灵敏
11、方便的控制特性和稳定的运行特性，代表了电动机的发展方向之一。本文综述了空心杯电机的发展状况以及卓越性能，自粘漆包线成形工艺及相关背景知识，空心杯电机线圈平整热固化装置的结构设计，及相关的工夹具设计。关键词空心杯电机自粘漆包线平整热固化装置1空心杯电机发展背景随着科学技术不断发展，工业生产自动化程序的不断提高,对电动机的性能也提出越来越高的要求。不仅要求电动机具有更低的转动惯量,更宽的调速范围、更长的使用寿命还要求电动机体积小,重量轻。而这是铁心电动机无法达到的，因此开发无铁心电动机是技术发展的必然趋势。111空心杯电机原理及结构特点空心杯电动机在结构上突破了传统电机的转子结构形式，采用的是无铁
12、芯转子，也叫空心杯型转子。这种新颖的转子结构彻底消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗，同时其重量和转动惯量大幅降低，从而减少了转子自身的机械能损耗。由于转子的结构变化而使电动机的运转特性得到了极大改善，不但具有突出的节能特点，更为重要的是具备了铁芯电动机所无法达到的控制和拖动特性。主要特点1、节能特性能量转换效率很高，其最大效率一般在70以上，部分产品可达到90以上（铁芯电动机一般在2050）。2、控制特性起动、制动迅速，响应极快，机械时间常数小于28毫秒，部分产品可以达到10毫秒以内（铁芯电动机一般在100毫秒以上）；在推荐运行区域内的高速运转状态下，可以方便地对转速进行灵敏的调节。3、拖
13、动特性运行稳定性十分可靠，转速的波动很小，作为微型电动机其转速波动能够容易的控制在2以内。另外，空心杯电动机的能量密度大幅度提高，与同等功率的铁芯电动机相比，6其重量、体积减轻1/31/2。212空心杯电机的发展趋势及应用由于空心杯电动机克服了铁芯电动机不可逾越的技术障碍，而且其突出的特点集中在电动机的主要性能方面，使其具备了广阔的应用领域。尤其是随着工业技术的飞速发展，对电动机的伺服特性不断提出更高的期望和要求，使空心杯电动机在很多应用场合拥有不可替代的地位。空心杯电动机的应用，从军事、高科技领域进入大工业和民用领域后，十多年来得到迅速的发展，尤其是在工业发达国家，已经涉及到大部分行业和许多
14、产品。1、需要快速响应的随动系统。如导弹的飞行方向快速调节，高倍率光驱的随动控制，快速自动调焦，高灵敏的记录和检测设备，工业机器人，仿生义肢等，空心杯电动机能很好地满足其技术要求。2、对驱动元件要求平稳持久拖动的产品。如各类便携式的仪器仪表，个人随身装备，野外作业的仪器设备，电动车等，同样一组电源，供电时间可以延长一倍以上。3、各种飞行器，包括航空、航天、航模等。利用空心杯电动机重量轻，体积小，能耗低的优点，可以最大限度地减轻飞行器的重量。4、各种各样的民用电器、工业产品。采用空心杯电动机作为执行元件，可以使产品档次提高，性能优越。5、利用其能量转换效率高的优势，也作为发电机使用；利用其线性运
15、行特性，也作为测速发电机使用；配上减速器，也可以作为力矩电动机使用。随着工业技术进步，各种机电设备严格的技术条件对伺服电动机提出越来越高的技术要求，同时，目前空心杯电动机的应用范围已经完全脱离了高端产品的局限性，正在迅速地扩大在一般民用等低端产品上的应用范围，以广泛提升产品品质。据有关资料统计，在工业发达国家已经有100多种民用产品上成熟应用了空心杯电动机。313我国空心杯电机的发展状况国内工业界对空心杯电动机的卓越性能尚没有充分认识，阻碍了许多领域机电产品的技术进步，严重影响了我们与国外同类产品的技术竞争力。国内开发的许多新产品，因电机性能不符合要求，其产品的整体水平始终与国外同类产品存7在
16、较大差距，限制了很多产品的开发与发展，比如医疗器械、义肢、机器人、摄像机、照相机和一些特殊领域，甚至在纺织机械、激光测量仪器等方面都存在这种现象。49但是，空心杯电动机的生产，由于其工艺复杂，生产自动化程度远不如铁芯电动机，导致其生产成本高，劳动力成本高，而且对操作者的技能水平要求高。给大规模生产带来很多困难和限制。我国对空心杯电动机的开发研制工作已有二三十年的历史，但直到近年才得到了较快发展，不但在国内市场替代进口产品，而且已有企业开始参与国际市场的竞争。10162自粘漆包线自粘漆主要分为醇溶自粘漆和热熔自粘漆，是漆包线漆的一个大类，作为复合涂层漆包线的外涂层已广泛应用。自粘性漆包线能在溶剂
17、的作用或是在热风、通电、烘烤加热下实现线与线之间的粘合成型，主要应用于无骨架线圈的制造，目前大量应用在电机、电视机、显示器的偏转线圈领域。21我国自粘漆包线发展历史二十世纪八十年代中后期,我国相继有家电磁线企业从欧美、日本、台湾等国家和地区引进155条电磁线生产线和检测仪器,基本上满足了当时冰箱、冷柜压缩机等制冷行业的需求。生产企业超过千家,各企业产能从几百吨到万吨级不等,技术水平也参差不齐。“九五”期间我国漆包线品种没有新的增加,在产品结构、材料、工艺装备上均有所发展,从B级向F级转换已进人实质性启动,高耐温等级的特种漆包线使用量加大,漆包机制造水平有所提高。17二十世纪末,国家制定了一系列
18、方针、政策鼓励技术研究与开发,家用电器行业率先响应,绿色冰箱、变频节能空调、大屏幕高清晰度彩电等高技术产品纷纷涌现,为特种电磁线生产带来了新的发展机遇,同时也提出了新的挑战。主要表现在技术上朝“环保、节能、变频”方向发展规模上朝万吨突破。由于各企业市场机遇的把握能力、产品开发的速度与节奏不一样,行业发展极不均衡,上规模的企业大约有七八家左右,一般生产量在20003000吨、5000吨、10000吨不等。目前,生产级以上的电磁线且年产超过万吨的企业仅有两家,他们是铜陵精达公司和福州大通公司。我国在加人WTO后,漆包线企业将带来新的发展机遇,也将面临国外漆包线企业的严峻挑战。822与国外漆包线行业
19、的差距我国漆包线企业在国家宏观经济政策的引导、市场的扩大和通过自身的发展,整体水平有所提高,但在企业规模、技术装备、质量水平、开发能力及运行机制上与国外同类企业相比仍存在较大差距,主要表现在（1）企业规模偏小。我国漆包线企业年生产量较小,只有少数企业的年生产量达到万吨,欧美、日本等国家一些大型漆包线工厂生产量在一万吨,有的特大型企业年产量可达到万吨以上。（2）技术装备落后。近几年来,虽然国内拉丝机、漆包机制造商推出了一些新款机型,但总体水平仍落后于进口设备,主要表现在拉丝精度和铜线表面光洁度,漆包机的涂漆漆膜均匀度,烘炉的温度误差和气流稳定性,漆包机导轮精度等等。（3）产品档次不高。我国漆包线
20、产量中聚醋漆包线仍占,、级及以上耐热漆包线和自粘、复合漆包线产量虽有上升但在总产量中仍占少数。欧美各国及日本漆包线主要品种为改性聚酷、聚醋酞亚胺、聚酞胺酞亚胺及复合漆包线。（4）开发能力较低。我国漆包线企业,企业的技术开发能力只能解决日常生产中的工艺和质量问题。称不上真正意义上的研制开发。国外大型漆包线企业不仅可以从事新产品的研究,还可以从事新型漆包线工艺和基础理论的研究。1823可固化自粘漆包线我们知道，热塑性自粘漆包线，在粘结加工中伴随的是熔融或溶解过程热粘合伴随的是熔融过程溶剂粘合伴随的是溶解过程或溶胀过程粘结后在一定温度或溶剂条件下还可熔融或溶解。粘结过程无固化反应发生其再软化温度基本
21、上与粘结温度无关而热固性自粘漆包线，在粘结加工中各反应基团问进一步固化。粘结后，在高温下可以软化，但不能熔融或溶解可固化自粘漆包线，在粘结加工中漆膜问发生部分交联反应，牯结后在非常高的温度下可以熔融，在一定的溶剂中可以溶胀其再软化温度随枯结温度升高而增高。19热塑性自粘漆包线的应用目前已经普及，怛这类漆包线在温度高时150以上就软化变形，制成的线圈在过载电流的场合或高温下粘结强度显著下降，其应用受到限制。热固性自粘漆包线，目前品种较少，工艺幅度窄，涂线温度稍高，则无进一步反应的基团，体系完全固化、失去进一步粘结加工性。可固化自牯漆9包线工艺幅度较宽，叉具有较高的耐热性和良好的综合性能，是一类很
22、有前途的自粘漆包线。随着高耐热等级漆包线的应用与普及尤其是人们考虑到将自粘漆包线用于电机上，可固化自牯漆包线越来越受到重视。20233结束语高性能的技术优势使空心杯电动机在许多领域发挥着重要作用。航天飞行器上应用空心杯电机可阻减轻飞行器的重量。在快速响应的随动系统中如自动调焦镜头、高倍率光驱的随动控制、工业机器人及进入人体内的微型医用机器人上只有空心柘电机才能满足其技术要求。目前成熟的空心杯电动机的功率可以达到250瓦，应用范围不断扩大，从纺织机、激光扫平仪、环保测尘仅发展到汽车用电机。可以预见，一场电机领域内的革命已经悄然来临。参考文献1李车冬，管伟康空心杯永磁伺服电动机的设计分析及磁场计算
23、J河北机电学院学报，1995，122丁宁新性能卓越的驱动元件空心杯电动机J中国科技信息,2001,213空心杯直流电动机J中国科技月报,1999,054付朝阳,刘景林,常威威稀土永磁空心杯电动机CAD系统研究J微特电机,2007,115刘国平，肖慧荃，姜建民稀土永磁空心杯转子直流伺服机特点及工艺分析J沈阳工业大学学报,1994,016空心杯永磁直流伺服电动机系列研究J机电新产品导报,1995,077姚永庆水平井牵引机器人空心杯直流伺服电动机的研究D哈尔滨工业大学,20068方向稀土永磁同步电动机优化设计D广东工业大学,20089罗玲,刘景林空心杯电枢永磁直流电动机CAD系统J微电机,2002,
24、0110李季冬,管伟康空心杯永磁伺服电动机的设计分析及磁场计算11王海玉,王磊,孙增圻ROBOCUP小型组控制系统设计和实现J微特电机,2004,0612陈志方微电机铁心的热处理J微电机,1995,0213费冬带接线柱骨架的空心杯电枢制造中的模具设计J微特电机,2003,0614王腾小机电冲入世界通信大市场记深圳市全新机电有限公司J中国科技信10息,2000,0915沈宝棣大功率线绕式空心杯电枢伺服电机的研制J凯山科技，19901485016李车冬，管伟康空心杯永磁伺服电动机的设计分析及磁场计算J河北机电学院学报，1995，1217杨志青国外复合涂层漆包线发展概况J电线电缆，1997，4142
25、018张志昌漆包线的现状及其发展动向J电线电缆,1999,419马超自粘性漆包线现状及展望电线电缆1989420RCARTA,JTHON,RPUERS,AWIRELESSPOWERSUPPLYSYSTEMFORROBOTICCAPSULARENDOSCOPESJSENSORSANDACTUATORSA162201017718321HJLEEA,SUCHUNGA,SMHWANGA,GYHWANGB,TWKUC,BSKANGC,DEVELOPMENTANDMANUFACTURINGOFHEXAHEDRALTYPEVIBRATIONMOTORUSEDFORMOBILEPHONEJOURNALOFMA
26、TERIALSPROCESSINGTECHNOLOGY130131200268569022WANGXIAOYUAN,LIDYAN,YANJIE,DINGYAMING,SONGPENGOTHEDESIGNOFTHEDISKTYPECORELESSPERMANENTMAGNETSYNCHRONOUSMOTORJMICROMOTORS,2004,3743523GIERAS,JACEKE,ANDGIERAS,IZABELLAAPERFORMANCEANALYSISOFACORELESSPERMANENTMAGNETBRUSHLESSMOTOR,CONFERENCERECORDLASANNUALMEET
27、INGIEEEINDUSTRYAPPLICATIONSOCIETY,V4,2002,PP2477248211本科毕业论文（20届）空心杯电机线圈平整热固化装置设计12摘要摘要空心杯电动机属于直流、永磁、伺服微特电机,具有突出的节能特性、灵敏方便的控制特性和稳定的运行特性，代表了电动机的发展方向之一。空心杯电动机的转子中并没有无铁芯，这在结构上不同于传统电机的转子结构形式，也叫空心杯型转子。这种结构彻底消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗，同时其重量和转动惯量大幅降低，从而减少了转子自身的机械能损耗。本文首先综述了空心杯电机的发展状况以及卓越性能，自粘漆包线成形工艺及相关背景知识，然后根据空心
28、杯电机线圈平整热固化装置的动作要求进行结构设计以及控制电路设计。在空心杯电机线圈平整热固化装置中，设计的内容有动力部分，包括动力传动选择以及动力传动控制；传动部分，包括导柱的安装固定方式和直线轴承的应用；压板的缓冲装置结构设计；自粘漆包线热固化装置结构设计。另外，针对缓冲装置结构中的推杆通过ANSYS软件进行有限元分析，分析在工作状态下的推杆应力和应变。最后，通过CAD以及SOLIDWORKS对装置进行二维绘制和三维模拟设计，实现装置的半自动化工作。关键词空心杯电机；自粘漆包线；平整；热固化；结构设计13ABSTRACTCORELESSMOTORBELONGSTODC,PERMANENTMAG
29、NET,SERVOMICROMOTOR,WITHPROMINENTENERGYSAVINGCHARACTERISTICS,SENSITIVECONVENIENTCONTROLCHARACTERISTICANDSTABLEOPERATIONCHARACTERISTIC,ITREPRESENTSTHEDEVELOPMENTDIRECTIONOFTHEELECTRICMOTORCORELESSMOTORTHROUGHTHETRADITIONALMOTORONTHEROTORSTRUCTURE,THEREISNOCOREINTHEROTORCOREFORMVORTEXANDTHISWILLCAUSEP
30、OWERLOSS,THISNOVELROTORSTRUCTURECANELIMINATEDTHEPOWERLOSSWHILEITSWEIGHTANDROTATIONALINERTIAGREATLYREDUCED,SOITCANREDUCETHEMECHANICALENERGYLOSSOFROTORITSELFTHISPAPERINTRODUCEDTHECORELESSMOTORDEVELOPMENTSTATUSANDOUTSTANDINGPERFORMANCE,ENAMELEDWIREFORMINGTECHNOLOGYANDRELATEDBACKGROUND,ANDTHENACCORDINGT
31、OTHEDEVICEACTIONREQUIRESFORSTRUCTUREDESIGNANDCONTROLCIRCUITDESIGNTHEDESIGNCONTENTINCLUDINGPOWERSECTION,TRANSMISSIONPART,STRUCTUREDESIGNOFBUFFERINGDEVICES,ANDSTRUCTUREDESIGNOFTHERMALCURINGDEVICEINADDITION,IHAVEUSEFINITEELEMENTANALYSISSOFTWARETOANALYZETHEPUTTER,LOOKITSSTRAINANDSTRESSUNDERTHESTRESSSTAT
32、EFINALLY,IUSECADPAINTINGTWODIMENSIONALDIAGRAMANDUSESOLIDWORKSTOCOMPLETETHETHREEDIMENSIONALDESIGN,ITREALIZEDTHESEMIAUTOMATICREQUIREKEYWORDSCORELESSMOTORENAMELEDWIREFLATTHERMALCURINGSTRUCTUREDESIGN14目录摘要12目录141绪论1511空心杯电机15111空心杯电机原理及结构特点15112空心杯电机发展趋势及应用1512本课题选题意义1613本课题研究的基本内容162空心杯电机线圈平整设计1821平整装置
33、动力控制18211动力传动选择18212动力传动控制2122平整装置传动平稳设计22221导柱的安装固定23222直线轴承2523压板缓冲装置设计以及推杆的有限元分析273平整装置半自动化设计3331装置的半自动化设计334空心杯电机线圈热固化3641自粘性漆包线3642我国自粘漆包线发展历史3643与国外漆包线行业的差距3744加热装置设计385结束语40参考文献41致谢错误未定义书签。附录错误未定义书签。151绪论11空心杯电机随着科学技术不断发展，工业生产自动化程序的不断提高,对电动机的性能也提出越来越高的要求。不仅要求电动机具有更低的转动惯量,更宽的调速范围、更长的使用寿命还要求电动机
34、体积小,重量轻。而这是铁心电动机无法达到的，因此开发无铁心电动机是技术发展的必然趋势。1111空心杯电机原理及结构特点空心杯电动机的转子中并没有无铁芯，这在结构上不同于传统电机的转子结构形式。这种结构彻底消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗，同时其重量和转动惯量大幅降低，从而减少了转子自身的机械能损耗。由于转子的结构变化而使电动机的运转特性得到了极大改善，不但具有突出的节能特点，更为重要的是具备了铁芯电动机所无法达到的控制和拖动特性。主要特点1、节能特性能量转换效率很高，其最大效率一般在70以上，部分产品可达到90以上（铁芯电动机一般在2050）。2、控制特性起动、制动迅速，响应极快，机械时
35、间常数小于28毫秒，部分产品可以达到10毫秒以内（铁芯电动机一般在100毫秒以上）；在推荐运行区域内的高速运转状态下，可以方便地对转速进行灵敏的调节。3、拖动特性运行稳定性十分可靠，转速的波动很小，作为微型电动机其转速波动能够容易的控制在2以内。另外，空心杯电动机的能量密度大幅度提高，与同等功率的铁芯电动机相比，其重量、体积减轻1/31/2。2112空心杯电机发展趋势及应用由于空心杯电动机克服了铁芯电动机不可逾越的技术障碍，而且其突出的特点集中在电动机的主要性能方面，使其具备了广阔的应用领域。尤其是随着工业技术的飞速发展，对电动机的伺服特性不断提出更高的期望和要求，使空心杯电动机在很多应用场合
36、拥有不可替代的地位。空心杯电动机的应用，从军事、高科技领域进入大工业和民用领域后，十多年来得到迅速的发展，尤其是在工业发达国家，已经涉及到大部分行业和许多产品。1、需要快速响应的随动系统。如导弹的飞行方向快速调节，高倍率光驱的随动16控制，快速自动调焦，高灵敏的记录和检测设备，工业机器人，仿生义肢等，空心杯电动机能很好地满足其技术要求。2、对驱动元件要求平稳持久拖动的产品。如各类便携式的仪器仪表，个人随身装备，野外作业的仪器设备，电动车等，同样一组电源，供电时间可以延长一倍以上。3、各种飞行器，包括航空、航天、航模等。利用空心杯电动机重量轻，体积小，能耗低的优点，可以最大限度地减轻飞行器的重量
37、。4、各种各样的民用电器、工业产品。采用空心杯电动机作为执行元件，可以使产品档次提高，性能优越。5、利用其能量转换效率高的优势，也作为发电机使用；利用其线性运行特性，也作为测速发电机使用；配上减速器，也可以作为力矩电动机使用。随着工业技术进步，各种机电设备严格的技术条件对伺服电动机提出越来越高的技术要求，同时，目前空心杯电动机的应用范围已经完全脱离了高端产品的局限性，正在迅速地扩大在一般民用等低端产品上的应用范围，以广泛提升产品品质。据有关资料统计，在工业发达国家已经有100多种民用产品上成熟应用了空心杯电动机。312本课题选题意义国内工业界对空心杯电动机的卓越性能尚没有充分认识，阻碍了许多领
38、域机电产品的技术进步，严重影响了我们与国外同类产品的技术竞争力。高性能的技术优势使空心杯电动机在许多领域发挥着重要作用。航天飞行器上应用空心杯电机可阻减轻飞行器的重量。在快速响应的随动系统中如自动调焦镜头、高倍率光驱的随动控制、工业机器人进入人体内的微型医用机器人上只有空心杯电机才能满足其技术要求。目前成熟的空心杯电动机的功率可以达到250瓦，应用范围不断扩大，从纺织机、激光扫平仪、环保测尘仪发展到汽车用电机。可以预见，一场电机领域内的革命已经悄然来临。413本课题研究的基本内容1、了解自粘漆包线成形工艺及相关背景知识。2、收集了解空心杯电机以及自粘漆包线成形工艺的最新进展。173、完成针对空
39、心杯电机线圈平整热固化装置的结构设计，及相关的工夹具设计。4、设计电气控制系统，实现半自动工作。5、采用PRO/E等软件设计装配装置的三维实体模型，完成二维装配图和主要部件工程图。182空心杯电机线圈平整设计21平整装置动力控制图21三维结构图如图21所示，装置动力为气缸传动，整体由上中下三块金属板以及4根导柱组成，同时配有导轨，滑块以及连杆。中间金属板在推杆作用下上下移动，从而完成平整动作。211动力传动选择在动力源选择中,有气压传动,液压传动,电机带动蜗杆传动等可供选择气压传动技术有以下特点1气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。2工作介质是取之不尽的空气。排气处理简单，不污染环境，成本低
40、。3输出力以及工作速度的调节非常容易。气缸导柱直线轴承推杆冷却孔加热孔194可靠性高，使用寿命长。5利用空气的压缩性，可贮存能量，实现集中供气。可短时间释放能量，以获得间歇运动中的高速响应。可实现缓冲。对冲击负载和过负载有较强的适应能力。6与液压方式相比，气动方式可在高温场合使用。液压传动特点1体积小、重量轻，例如同功率液压马达的重量只有电动机的1020。因此惯性力较小；2能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无级调速，且调速范围最大可达12000；3由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长；4使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁；5对液压元
41、件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高；6液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平；7液压传动对油温变化较敏感，这会影响它的工作稳定性。较合适于工作温度在1560范围内。8液压传动在能量转化的过程中，特别是在节流调速系统中，其压力大，流量损失大，故系统效率较低。蜗杆传动特点9传动比大，结构紧凑。蜗杆头数用Z1表示（一般Z114），蜗轮齿数用Z2表示。从传动比公式IZ2/Z1可以看出，当Z11，即蜗杆为单头，蜗杆须转Z2转蜗轮才转一转，因而可得到很大传动比，一般在动力传动中，取传动比I1080；在分度机构中，I可达1000。这样大的传动比如用齿轮传动，则需要采取多级传动才行，所以蜗杆传动结构紧凑，
42、体积小、重量轻。10传动平稳，无噪音。因为蜗杆齿是连续不间断的螺旋齿，它与蜗轮齿啮合时是连续不断的，蜗杆齿没有进入和退出啮合的过程，因此工作平稳，冲击、震动、噪音小。11具有自锁性。蜗杆的螺旋升角很小时，蜗杆只能带动蜗轮传动，而蜗轮不能带动蜗杆转动。12蜗杆传动效率低，一般认为蜗杆传动效率比齿轮传动低。尤其是具有自锁性20的蜗杆传动，其效率在05以下，一般效率只有0709。13发热量大，齿面容易磨损，成本高。以上是三种传动方式各自的特点。在线圈平整过程中，压板需要持续给压12分钟，而步进电机不能持续堵转这么长时间，就是专门的堵转电机也不能满足要求，所以不能采用由电机带动的传动方式。气压传动以及
43、液压传动都能满足要求，但是液压传动液压元件制造精度要求高，工艺复杂，对维护的要求高，工作油要始终保持清洁，成本较高，另外，液压传动不宜在很高或很低的温度下工作，而平整过程中需要对上下压板加热。5综上所诉，所以动力传动方式选择采用气压传动方式。所选气缸缸径为50MM的QGA/B系列中型气缸，MF1型前法兰式,气缸活塞行程150MM。安装外形尺寸图见图22图22安装外形尺寸图气缸外形三维示意图见图23，气缸前端有法兰，通过螺栓使它与上金属板固定21图23气缸外形三维示意图212动力传动控制平整装置设计需要满足半自动化要求,压板在气缸作用下能实现往复运动,并在底端保持衡压停留90S时间,以达到对线圈
44、的平整热固化效果因此,气缸活塞在控制阀作用下要实现往复运动，并在底端衡压保持给定时间，以下是利用双延时时间继电器控制的连续自动往复回路图24控制回路图12322图25信号输入图双延时时间继电器是一种混合式电子电器，它能依次发出两个延时信号，在连续两个延时的程序控制中使用可以起到两台单延时继电器的作用。如上图所示，1为气缸，2位电磁阀，3为延时时间继电器。电磁阀控制气缸运动，延时时间继电器通过控制电磁阀换向，从而控制气缸运动。图25为延时时间继电器信号输出图，气缸行程为150MM，速度003M/S,气缸运动到低端需要5S，并在低端保持90S时间,然后回复，同样需要5S，如此往复，从而满足动作要求
45、并达到半自动化。622平整装置传动平稳设计空心杯电机线圈平整热固化装置在平整过程中，对于压板的传动平稳性要求极高，不然很容易引起受力不均衡而破坏零件，所以对于导柱安装的垂直度，传动的平稳性要求较高。T/S19510095T/S23图26三维结构图221导柱的安装固定线圈平整装置对压板的平整性能要求很高，因此采用了4根导柱来增加压板在上下移动过程中的平稳性。导柱见下图24图27导柱导柱的固定方式如下图图28为导柱下端固定，图29为导柱上端固定方式。导柱上下两端均采用内六角螺钉固定，其中，导柱的上下端都设有螺纹，能够更好的与下地板配合固定。导柱全长450MM，两端带有40MM的螺纹与上下板通过螺母
46、配合固定。图28导柱下端固定25图29导柱上端固定222直线轴承是一种以低成本生产的直线运动系统，用于无限行程与圆柱轴配合使用。由于承载球与轴呈点接触，故使用载荷小。钢球以极小的摩擦阻力旋转，从而能获得高精度的平稳运动。直线运动球轴承其结构是在外圈之内装有保持器，保持器装有多个钢球，并作无限循环运动。直线运动轴承，目前被越来越广泛的运用到电子、机械、仪器、机器人、工具机械、食品机械、包装机械、医疗机械、印刷机械、纺织机械、数控机床、汽车等一般或特殊机械行业之中。此部分是使受载荷的钢球与轴作滚动接触。保持器的两端以内弹簧挡圈固定，在各钢球受力工作的直线轨道方设有缺口窗。用非常低的磨擦系数相对移动
47、，因此直线运动球轴承为机械设备、自动化设备、节能设备等最合适选用的轴承。使用直线运动球轴承的优点1由于流动接触可使起动磨擦阻力及动磨擦阻力为极小，因此可以节省能源，容易得到较高运动速度。2对负荷增大，但磨擦系数无敏感变化，因此重负荷下，磨擦系数极小，并且长期保持精度不变，可得机械使用寿命长期保持。3直线运动轴承互换性好，安装使用方便省时，并使机械结构新颖，小型，量轻之特点。264节省给油手续，达到简化润滑保养的目的。7为了最大限度的增加压板上下移动过程中的平稳性，所以在压板与导柱之间增加了直线轴承，根据导柱尺寸，所选直线轴承型号为LMH30UU，轴承轴径为30MM，轴承外形图以及尺寸见下图图2
48、10轴承外形图图211尺寸安装图为直线轴承的安装方式。直线轴承与导柱的配合为过盈配合,与外部的中间板配合为间隙配合,配合尺寸如图212所示。另外，轴承上端有法兰，通过内六角螺钉与中间板固定。27图212配合尺寸图23压板缓冲装置设计以及推杆的有限元分析在压板向下压的过程中，由于空心杯电机线圈很小，如果力太大很容易使线圈在平整过程中变形过大而失效，因此需要设计一个缓冲装置使加载在线圈上的力缓慢变大，提高空心杯电机线圈在平整过程中的成功率，设计图如下28图213缓冲装置三维图在压板到达底端时，推杆（图214）在弹簧的原故缓慢往下作用，弹簧被缓慢压缩，通过弹簧作用在压板的上的力，使压板作用在线圈上的
49、力缓慢的增加，这样可以很好的保护线圈不在平整过程中失效。图215为缓冲装置的CAD设计图。图214推杆三维图29图215缓冲装置CAD图ANSYS有限元软件包,这是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来解决流体、结构、电磁场、电力及碰撞等一系列相关的问题。以下工业领域均可以得到应用汽车工业、航空航天、生物医学、微电机系统、电子产品、桥梁、建筑、重型机械、运动器械等。软件主要包括前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、声场分析、流体动力学分析、电磁场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有优化分析能力及灵敏度分析；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、立体切片显示、粒子流迹显示、矢量显示、梯度显示、透明及半透明显示等图形方式显示出来，也可将计算结果以曲线形式显示、图表或输出。以下是对所设计推杆的受力分析所选推杆的材料为刚制铝合金，杨氏模量为21LE5，泊松比为03，密度为78X103，受力为100N,有限元分析结果如下30图216网格图图217有限元分析结果图31图218有限元分析结果图图219有
