一種簡易繞線機設計

徐琳格　李書環　王太達　陳穎　張鳳

摘? 要：繞線機的繞線運動是移動與轉動的合成。現有繞線機中，移動的實現采用了各種各樣的方式，但都比較復雜。設計一種繞線機，采用雙齒條式不完全齒輪機構實現導線板的往復移動，采用蝸桿傳動滿足速度比要求。所設計的繞線機與現有裝置相比，整體結構簡單，且無需增加導板換向裝置，造價小，安裝和維護比較方便。

關鍵詞：繞線機;導線板;雙齒條式不完全齒輪機構

中圖分類號：TM41 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）18-0033-03

Abstract： The winding motion of the winding machine is a combination of movement and rotation. In the existing winding machines， the realization of movement adopts a variety of ways， but all of them are more complex. A kind of winding machine is designed， which adopts double-rack incomplete gear mechanism to realize the reciprocating movement of wire plate， and uses worm drive to meet the requirement of speed ratio. Compared with the existing device， the overall structure of the designed winding machine is simple， and there is no need to increase the guide plate reversing device， the cost is low， and the installation and maintenance are more convenient.

Keywords： winding machine; wire plate; double rack incomplete gear mechanism

繞線機是把線狀的物體纏繞到特定工件上的設備。比如電器產品生產中，需要用漆包銅線（簡稱漆包線）繞制成電感線圈，紡織行業中需要用棉紗線、人造纖維線等繞制各種適合紡織機用的紗團、綻等，這些都需要用到繞線機。

1 繞線機種類及其特點

繞線機的種類繁多，按其用途分類，可分為通用型和專用型。通用型適用于多種產品的生產，使用時只需更換相應的模具和指令，專用型則針對某一特定產品的生產。

繞線機工作，通常是主軸旋轉，配合線材導板往復軸向移動，使線材在繞線軸外層以螺旋線排列。導板移動的實現有以下幾種方式：一是圓柱凸輪機構，圓柱凸輪轉動，帶動導板往復軸向移動[1];二是盤狀凸輪機構，盤狀凸輪轉動，帶動擺桿往復擺動[1-2];三是螺旋傳動機構，螺桿轉動，帶動導板軸向移動[1]。

由于線材導板需要的是往復軸向勻速移動，而且主軸與繞線板之間的速度比一般較大，所以上述三種方式存在以下不足：第一種圓柱凸輪機構，為實現比較大的傳動比，傳動系統結構復雜;第二種凸輪機構，為實現導板勻速移動，凸輪輪廓設計比較復雜，且慣性的影響限制這個機構用于低速運動;第三種螺旋傳動機構，為實現導板往復移動，需增加導板換向裝置。

針對上述存在的技術不足，設計一種傳動比較大且結構簡單的繞線機構。

2 繞線機運動方案設計

2.1 導線板移動功能的實現

除了上述三種方式，曲柄滑塊機構、齒輪齒條機構等也可將轉動轉化為直動，實現導線板移動功能[3]。考慮到移動的勻速性，選擇齒輪齒條機構。同時，為實現齒條移動的往復性，選擇如圖1所示雙齒條式不完全齒輪機構。當不完全齒輪做順時針轉動時，不完全齒輪的輪齒與齒條上部的齒條A相嚙合，從而使齒條向右移動;當不完全齒輪上的輪齒與輪條A部分脫開時，隨即又與齒條下部齒條B相嚙合，帶動齒條向左移動。不完全齒輪交替地與齒條A、B部相嚙合，使齒條做往復不停歇運動。導線板與齒條固連，從而實現導線板往復移動。

1.不完全齒輪;2.齒條

2.2 繞線軸轉動與導線板移動速度比的確定與實現

速度比是指繞線軸轉動圈數與導線板往復移動次數的比值。以普通家用線軸舉例，繞線軸轉動6圈，導線板往復移動1次。因此，速度比為i=6。

一般情況下，繞線機速度比比較大，因此可選用蝸桿傳動。蝸桿傳動傳動比大，結構簡單，傳動平穩且噪音小。在同樣大的傳動比中，若選擇齒輪傳動，則需要采取多級傳動，傳動系統比較復雜[4]。

3 繞線機結構設計

3.1 繞線機結構組成

繞線機由固定機座、主軸旋轉系統、傳動系統和導板移動系統四部分組成。其結構示意圖如圖2所示。

固定機座是用于支撐主軸旋轉系統、傳動系統和導板移動系統的。

主軸旋轉系統主要由主軸和繞線軸組成。主軸由電動機帶動旋轉，繞線軸通過平鍵周向固定安裝在主軸的另一端，且線圈軸由擋圈軸向固定。如此，實現了繞線軸的轉動。

傳動系統由蝸桿、渦輪組成。蝸桿加工在主軸的中部;渦輪設置在蝸桿下方。

導板移動系統由不完全齒輪、雙齒條式往復移動構件和導線板組成。不完全齒輪與渦輪同軸間隔安裝在支承軸上;雙齒條式往復移動構件包括上下平行的兩根齒條，不完全齒輪的齒部與兩根齒條交替嚙合，帶動雙齒條式往復移動構件不停地往復移動;導線板與雙齒條式往復移動構件固聯，從而實現導線板的往復移動。

渦輪蝸桿傳動比由繞線軸轉動圈數與導線板往復移動次數的比值及速度比確定。

3.2 繞線機工作過程

如圖3（a）所示。當不完全齒輪轉至圖示位置時，雙齒條式往復移動構件、導線板移動到了最右端位置，這時繞線軸完成了一次左螺旋線式的繞線過程。接著不完全齒輪的齒與雙齒條式往復移動構件的下齒條脫離嚙合，與上齒條進入嚙合，導致雙齒條式往復移動構件開始沿C向向左移動，線材即將以右螺旋線式纏繞在線軸上。

如圖3（b）所示。繞線軸隨同主軸繼續沿A向旋轉，導線板隨同雙齒條式往復移動構件沿C向向左移動，線材以右螺旋線式繞在線軸上。

如圖3（c）所示。當不完全齒輪轉至圖示位置時，雙齒條式往復移動構件、導線板移動到了最左端位置，這時繞線軸完成一次右螺旋線式的繞線過程。接著不完全齒輪的齒與雙齒條式往復移動構件的上齒條脫離嚙合，與下齒條進入嚙合，雙齒條式往復移動構件開始沿D向向右移動，線材又即將以左螺旋線式纏繞在線軸上。

如圖3（d）所示。繞線軸隨同主軸繼續沿A向旋轉，線材導板隨同雙齒條式往復移動構件沿D向向右移動，線材以左螺旋線式繞在線軸上。

如此反復運動，線材就能以螺旋線的方式均勻的纏繞在繞線軸上。

4 結束語

繞線機由蝸桿機構和雙齒條式不完全齒輪機構組成。與現有裝置相比，傳動系統結構簡單，導線板移動功能的實現相對比較容易，而且繞線軸安置在機座外，方便繞線軸的拆裝;總之，就整體結構而言，裝置具有簡單、使用方便、造價低的特點。

參考文獻：

[1][美]Neil Sclater.機械設計實用機構與裝置圖冊[M].鄒平，譯.機械工業出版社，2018.

[2]孫開元，張麗杰.常見機構設計及應用圖例[M].化學工業出版社，2017.

[3]孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理（第8版）[M].高等教育出版社，2013.

[4]濮良貴，紀名剛.機械設計（第8版）[M].高等教育出版社，2013.