前言随着生产力的提高，工业的飞速发展，人们生活水平的提高，因而对电的需求也越来越大，既而推进了输变电工业的发展，变压器作为输变电行业中的一项重要产品，随着输变电事业的发展，要求变压器生产工艺的不断改进和变压器产品质量的进一步提高，变压器行业对变压器线圈质量提出了更高的要求。

在新中国成立以来，变压器行业经过50多年的建设，特别是改革开放20多年的技术引进、改造和发展与创新，现已经成为品种齐全，规模不断扩大的基础制造业。

目前，生产变压器及其附属制造企业有1200多家，年产值80多亿元，年产达14000万KVA，生产能力达2亿KVA的一个大产业。

当前变压器行业正处于迅速发展的阶段，并正朝两个方向发展，一是向特大型超高压方面发展；二是中小型产品向节能化，小型化，低噪音，高阻抗和防爆型方面发展。

特别是近十年来，变压器厂如雨后春笋，1985年统计为300多家，2000年统计1200多家，这些企业要生存和发展就必须进行技术改造，来适应市场的要求。

目前，我国变压主要专用设备的产品技术水平已接近或达到国际先进水平。

如立式绕线机，它是110KVA以上大型变压器线圈绕制的关键设备，经专家们对13项指标评审，已达到或超过国外先进水平。

又如纵剪线，它是变压器铁心制造的关键设备，经专家们对32项指标评审，剪切角度精度，刀具寿命，剪切速度，刀刃磨一次剪切长度等5项指标接近国外先进水平，其余27项指标全部达到国外先进水平。

换位导线设备，箔式线圈绕制机，环氧树脂真空浇注设备等，现在国内均有专业生产厂在制造，基本上挡住了进口。

立式绕线机已成批出口。

随着对绕线机质量要求的进一步提高，大型立式绕线机将会得到普通采用。

大型卧式绕线机的改进方向是采用变频技术使其启动制动平稳，并增加径向，轴向压紧装置及拉紧装置，提高自动化水平，解决目前的“人拉锤打”状况。

国外开发研制了全自动绕线机，自动排线，自动张紧，提高了绕线质量。

国内ZR型全自动亦已研制成功，目前带有纵剪向压紧机构的WR型卧式绕线机亦已研制成功并在行业中推广。

众观国际市场，我国变压器专用设备产品品种多，技术水平适中，价格便1左右，适于发展中国家选用，变压器专用设备出口前宜，只有进口设备价的5景广阔。

变压器专用设备将随着产品的更新和工艺的改进而越来越先进，随着电力工业的发展，国家继续设施城乡电网改造，“十五”期间是变压器行业发展的良好时机，给变压器专用设备制造业的继续发展带来了良好机遇。

本次设计是经过对长春市部分变压器厂的调研和走访后进行方案选定的。

在调研的过程中参观了西门子公司的数控绕线机和一些国产的机械式绕线机，相比之下国外进口设备尽管有较高的自动化水平和生产质量，但是价格也非常的高，虽然国产传统机械式设备的价格较低，但是其自动化水平也很低，而且在使用维护方面也存在很多问题，比如生产质量不稳定，需要要依靠工人的熟练程度来确定生产质量等。

为了对各种设备做进一步的深入了解，我们先后查阅了设备说明书和变压器产品说明书，而且我们还走访了一些工厂的工程技术人员，通过这些我们了解到工厂生产对设备的要求，使我们的设计定位更加符合生产和市场的要求，因此在满足使用要求的前提下提高性价比是我们设计的关键。

本次任务主要是对变压器绕线机的改进，以增加其对自动化的适应性和自动控制性能，我的设计题目为：变压器绕线机的机械系统设计。

设计内容包括：设计变压器绕线机及其相应机械系统一套。

该系统主要应能适合机械自动化的自动控制，数据采集，显示和通讯功能，可实现自动化线圈绕制过程。

总体结构设计方案包括：绕线机总体结构设计、传动系统结构设计、各零部件的设计。

由于时间仓促和作者的知识水平有限，论文中的错误和不足在所难免，请各位老师给予批评指正。

第1章总体方案的概述本次设计的课题是：变压器绕线机的机械系统设计。

其设计的要点是要保证：能适应自动控制的要求，以达到线圈绕制均匀，线圈松紧适度的要求。

这样可以保证变压器的性能，如：磁通均匀分布而漏磁小、损耗低、体积功率比大、噪音小等。

1.1 工作原理简介鉴于上述特点，线圈的绕制由主机、包纱机和排线机共同完成。

它们完全独立,仅通过电气上的连接实现同步。

主机由一台三相异步电机驱动，其用于实现主运动，即把线圈骨架安装在主机的主轴上，实现线圈骨架绕主轴的旋转运动，这样就可以把实现漆包线绕在线圈骨架上，在此同时要线圈骨架，沿主轴方向的严格的进给运动，只有这样才能保证线圈绕制的均匀性，此进给运动即为排线运动，由排线机来完成。

为了保证线圈的均匀性，需要主运动和排线运动的相互协调，因此排线机由一台步进电机来驱动。

在主轴上安装一台红外光电反射型计数器，记录绕制线圈匝数;同时该计数脉冲作为步进电机控制信号,经软件环分和功率放大驱动排线装置排线,直到设置圈数绕完为止。

在设计中，包纱机的运用是为了保证绕线的松紧适度，以及可以起到绝缘的作用，其同样由一台步进电机驱动，用以完成包纱运动。

生产过程中，也是作进给运动，纱层和线层是间隔进行的,即缠完一层纱后再缠线。

1.2 磁粉制动器简介此过程除了在电气上给以保证外，在机械机构上同样予以的保证，那就是在主机上安装了磁粉制动器。

在传统的绕线机中，用作导线拉力的制动器（刹车），几乎均采用摩擦式制动器作为作为绕线时的导线拉力，由于摩擦式制动器本身存在着明显的冷热态制动力矩不一和在常态运行中的不稳定性，造成线圈绕制不均，每匝线圈松紧程度不一等问题的出现。

而在本设计中运用的磁粉制动器具有如下的优点：⑴无接触获得制动力矩；⑵制动力矩恒定；⑶制动力矩任意可调、可控，不受环境条件及冷热状态的影响。

几乎能达到恒拉力的效果。

图1.1 磁粉制动器结构示意图1、定子2、定子线圈3、空气间隙4、从动转子5、隔磁环6、支架7、磁粉8、轴承9、轴套 10、支撑端盖1.3 电气部分简介经过多方比较本系统采用STD总线微机控制，STD总线是由PRO-LOG公司于1978年提出，正式标准为IEEE96，其目的在于推广一个面向工业控制的8位总线标准，它几乎支持所有的8位微处理器，采用周期窃取技术和总线复用技术可支持16位微处理器。

STD总线有56根信号线，采用同步方式进行数据传输，它有两条中断控制线与PC/AT总线兼容，增强了中断能力。

优点：（1）小板结构，高度模块化。

STD总线采用功能模块概念，即按功能分块。

一台工业控制机按功能划分为CPU板，存储板，A/D板，D/A板，开关量I/O板和通讯板等功能模块，这种结构提高了可靠性，降低了成本；（2）严格的标准化，广泛的兼容性，给用户带来了方便；（3）面向I/O的设计，非常适合工业控制应用，许多高性能的总线如Multibus,VMEbus等的设计是面向系统性能的提高，而STD总线却面向I/O口设计，使I/O设计成为一件简单易行的事情：（4）高可靠性，STD总线已经成为世界流行的工业控制机标准总线；第2章主机的设计主机由一台三相异步电机驱动，其用于实现主运动，即把线圈骨架安装在主机的主轴上，实现线圈骨架绕主轴的旋转运动，这样就可以把漆包线绕在线圈骨架上。

2.1电机功率和转速的选择(1）选择电动机的类型及结构形式电动机主要是用来传递动力，提供转速，没有别的特殊要求，所以可选用Y 系列三相异步电动机，这样具有较好的启动性能，选用短机座，可减少总体布置尺寸。

电动机的种类电动机有多种类型。

1．按工作电源分类根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。

其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。

2．按结构及工作原理分类电动机按结构及工作原理可分为异步电动机和同步电动机。

同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同电动机。

异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。

感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机。

交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。

直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。

有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。

电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。

永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。

3．按起动与运行方式分类电动机按起动与运行方式可分为电容起动式电动机、电容盍式电动机、电容起动运转式电动机和分相式电动机。

4．按用途分类电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。

驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。

控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。

5．按转子的结构分类电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。

6．按运转速度分类电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。

低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。

调速电动机除可分为有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机和无极变速电动机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM变频调速电动机和开关磁阻调速电动机。

本次设计选择的是三相异步电机。

Y系列全程为全封闭自扇冷式三相鼠笼型异步电动机。

使用非常普遍。

(2）选择电动机的容量电动机容量在技术参数和要求中已经给出，功率为3KW(3）确定电动机的转速电动机的容量是3KW，由于减速器选择为NGW42，传动比为31.2，要求得到10-30r/min的速度。

电动机转速变化范围应大于945r/min，而Y系列3KW电动机的同步转速有750r/min，1000r/min。

考虑质量和价格也应选择1000r/min 的电动机。

(4）检验绕铜线时力为70Kg，而模具直径为1000mm，所以模具绕铜丝时所需功率Pw可以计算：Pw =kwVFWW1000(2.1)式中：F=70⨯9.8N;V W =W⨯r=305.0602m/s;wη取0.95代入上式得：PW =KwKwVFWW13.1 1000电动机输出功率Pd由下式计算：Pd =kwPWη（2.2）式中η为电动机至绕铜丝模具的传动装置总效率。

由于变速箱的内部结构现在未知，可以为保险起见，将值取的小一点，这里取6.0=η而绕纱时模具受力更小，这里可不用计算就可知电动机额定功率取3Kw符合要求。

根据以上分析，查标准手册可以选的电动机型号为Y213S-6，其型号，性能参数和主要尺寸：Y132S-6型三相异步电机安装及外形尺寸如图1.1所示：图2.1 Y132S-6三相异步电机2.2变速箱传动比的确定（1） 传动方案的确定根据设计要求，及前面所选电动机，减速器。