Устройство для намотки многослойных катушек Советский патент 1980 года по МПК H01F41/04 

I

Изобретение относится к технологгмескому оборудованию для изготовления проволочных .многЪслойных: катушек, преимуидест- венно транецеидальной формы и может быть использовано в электро- и рацио- технической промышленности.

Известен станок для намоткм катушек транецеидальной формы, в котором формирование трапецеидальной обмотки нроиз- водится путем вращения каркаса с одновременным покачиванием его относитель но продольной оси. Для осуществления покачивания станок содержит валик, сос тоящий из двух частей и призмы. Валик и призмы размещены в оправке, на которую надет каркас. Между валиком и внут ренней поверхностью оправки обязателен зазор, тем больший, чем больше угол ка чания СО

Однако такое техническое решение не обеспечивает намотку малогабаритных катушек, в каркаса которых невозможно разместить оправку, валик и призмы.

Известен так/ка многокатушечный станок намотки электрических, па каркасы, содержащий приводной шпипцель для закрепления каркасов, раск лацочньп механизл: для рядовой укладки провода с iiepeMeHHtiNi чис/шм в.птков в ряду и оошпй привод. Фop fIipoвaниe трапецеидальной обмотки осуществляется за счет изменения алнн проходов проводоук™ ладчика. Это достигается тем, что рабочий орган раскладочного механизма выполнен в вице зубчатого кулачка с разным профилем зубнов. Каждый зубец кулачка обеспечивает двойной ход проводо- укладчика. Катушка наматывается за один оборот кулачка 2.

Такой станок ггвляется наиболее близким по тех1Н1ческой сущности к предложенному устройству.

Недостатком его является ограниченность применения для кногослойных катушек с обмоткой из 1кропровода. Диаметр таких катушек равен 0,,ОЗ мм, а количество слоев измеряется несколькими десятками и паже сотнями. Так как коли чество зубцов кулачка должно равняться количеству слоев, деленному на два, изготовление его затруднено. Целью изобретения является упрощени конструкции устройства, Это достигается тем, что в предложе ном устройстве профиль рабочего органа раскладочного механизма, выполненного в виде кулачка, выбран, исходя из следую щего соотношения: -Ъ2 -о 0 где дЯ - приращение радиуса - вектора профиля кулачка} 2 - ширина обмотки катушки; а - высота обмотки по меньшей стороне трапеции; Ъ - высота обмотки по большей стороне трапеции; сх. - угол поворота кулачка. На.фиг. 1 показала кинематическая схема предложенного устройства; на фиг. 2 - Трафик зависимости изменения профиля кулачка от угла поворота для цилиндрической обмотки; на фиг. 3 - ,то же для трапецеидальной обмотки; на фиг. 4 - профиль трапецеидальной .обмотки; на фиг. 5 - график зависимости Изменения профиля кулачка от угла поворота при изготовлении этой обмотки Устройство для намотки проволочных многослойных катушек содержит цвигатель 1, клиноременную передачу 2, шпиндель 3, совмещенный с червяком 4 На валу шпинделя установлена цанга 5, служащая для закрепления каркаса катуш ки 6. С противопапожной стороны вала шпинделя установлен счетчик 7 количест ва витков, предназначенный для выключе ния двигателя 1 по достижении заданного числа витков. Червяк 4 находится в зацеплении с червячным колесом 8, неподвижно закрепленным на валу 9. На выходном конце вала 9 установлена сме ная шестерня 10, которая вместе со сменными шестернями 11 и 12 образует гитару, предназначен нук) для изменения количества витков, наматываемых .за -ОДИН проход проводоукладчика. Настройка гитары производится один раз в соответ ствии с расчетным кулачком. На выходном валу гитары размещен кулачок 13, с которым контактирует толкатель 14 с роликом 15, Постоянное прижатие ро- лика к кулачку осуществляется пружиной 16, Толкатель 14 посредством разноплечего рычага 17 соединен с рейкой 18 проводоукладчика 19. Ось рычага 17 имеет возможность перемещения в вертикальном направлении при помощи винта с рукояткой 20. В результате изменяется соотношение плеч рычага 17 и обеспечивается регулировка длины хода проводоукладчика 19 при переходе на другой габарит катушки. При необходимости устройство может быть допоЛ- нено .механизмом подготовки провода, включающим катушку 21 с тормозным устройством 22, губки 23 для смачивания провода лаком, направляющие ролики 24 и граммометр 25 для контроля силы натяжения. Профиль кулачка 13 характеризуется изменением радиуса - вектора в зависимости от угла поворота кулачка. В основе рядовой намотки цшишдри ческих катушек лежит принцип равномер ного перемешен ия проводоукладчика с шагом, равным диаметру провода за один оборот шпинделя (каркаса катушки). Для движения проводоукладчика толкатель, соприкасающийся с рабочим профилем ку лачка, тоже должен перемешаться равно мерно с шагом, равным диаметру провода за один оборот каркаса, для чего приращение радиуса вектора ( .д R ) кулачка за единицу поворота последнего, соответствующее одному обороту каркаса, должно быть строго постоянным и равным диаметру провода. Отсюда следует, что за один оборот кулачка (360 )лЯ изменяется от О до 2 (принято, что намотка осуществляется за один проход), где dnpдиаметр провода, п - капичество витков, наматываемых за один проход прово доукладчика, - ширина обмотки, промежуточное значение , i т. е. приращение радиуса - вектора зависитот угла поворота, ширины обмотки и изменяется по линейному закону. Изменение А R за одрш оборот кулачка при рядовой намотке цилиндрических катушек показано на фиг. 2. При рядовой трапецеидальной намотке количество витков в каждом слое неодинаково, поэтому AR для первого слоя иэменяется от О до А R , второй слой на какую -то величину AR const, меньще первого, третий слой на такую же величину, меньше второго и т. д. График изменения , для семислойной катушки показан на фиг. 572 3. Из графика вадно, что закон изменения радиуса - вектора кулачка для каждо го зубца, как и в предыдущем случае, линейный. В основу разработки профиля кулачка предложенного устройства положен способ по которому проводоукладчик за один про . ход укладывает несколько слоев провода. Для формирования трапецеидальной обмотк проводоукладчик перемещается неравномер но (с переменной скоростью). При укладк провода от меньшегхэ основания трапе ции к большему проводоукладчик ся с замедлением, т, е, шаг проводоук™ ладчика меньше диаметра провода, а . Определить uR можно рассматривая сечение обмотки катушки. На фиг. 4 показано сечение обмотки трапецеидальной катушки ОАВХр, где АО(а) - высота обмотки по меньшей стороне трапеции, BX(1ii) - высота обмотки по большей стороне трапеции;ОХ5 вьгсота трапеции (ширина обмотки), оС; - текущее значение, АВ- боковая сторона трапеции, ограничивающая обмотку. Поскольку приращение дК определяет количество витков, намотанных от нача- па укладки до рассматриваемого момента, а количество витков можно определить как частное от деления площади сечения обмотки на площадь сечения одного витка составив уравнение, в которое входят искомые велич1ШЫ, можно определить дЯ. Для составления указанного уравнения определяем площадь сечения обмотки ( OABXg) из двух условий: из условия заданной формы сечения; из условия количества витков, размещенных в этом сечении. Для определения площади сечения из первого условия рассмотрим уравнение линии, образующей данное сечение. Так как прямая АВ с углом наклона с , уравнение ее следующее: , - угловой коэфф1щиент прямой ABj. сУ - угол между осью и прямой АВ} Q высота обмотки по меньщей стороне трапеции.

K--tgc5-

(2}

где ъ - высота обмотки по большей стороне трапещш;

,:o--F Hp

ЧД

2

а - ширшш обмотки. На фиг, 4 ввднО| что X это персме- шение проводоукладчика, равное пр1фаше нию радиуса вектора кулачка AR , Проинтегр1фовав уравнение (1) прякюй АВ, получим площадь сечения обмотки OABXg. J(Kxi-a)dx. jK,xdx.-v Cad кГх.{5у;1-а к|аА(3) С другой стороны, эту же площадь можно Выразить через витки, связав их с углом поворота кулачка. Обозначим количество намотанных витков при прохождении проводоукладчика до значения а пол- ное число витков, намотанных за один проход до значенущ Х , через п . Принимая что при совершении пол ного хода проводоукладчика кулачок де лает один полный оборот (360° ), для определения промеж -точного значения числа витков п- составляем пропорцию: 360° ° где с - угол поворота кулачка в градусах, отсюда .П; .„(5) Умножив количество витков на пло щадь сечения одного витка (без учета коэффициента заполнения, так как он не влияет на вывод формулы), получаем площадь обмотки .-ilP (в) где S площадь сечения одного витка, Приравниваем выражения (6) и (З) -зР- - (V) В полученном выражении производим алгебраические преобразования и peшae { относительно х K|tai 7 . Знак мтшус перед корнем оазачает, что приращение радиуса -вектора кулачка )необходимо откладывать в противоположную сторону (в сторону уменьшения В ), При этом получается кулачок умен meifflbix размеров, но имеющий тот же з кон изменения профиля. Разметка купач ка и его изготовление осложняются. По этому в дальнейшем будем рассматриват только положительное решение корня I K-n-5-OC В полу генной формуле выражение п5 не что иное, как площадь фигуры OABX которая как шюшадь трапеции равна так же Заменяем ns в формуле (8) на выр жение (9), а коэффициент К заменяем его значением (2). .( :±1±(1о) Задаваясь различными углами ос , получаем ряд значений AR, достаточных для построения профиля кулачка. Завис мость изменения профиля кулачка от уг ла поворота последнего показана на фиг 5 Из графика следует, что изменение носит нелинейный характер. Намотку катушки осуществляют за несколько проходов проводоукладчика. Для.етогчэ перед началом процесса задаются числом проходов последнего. Числа проходов , выбирают из условия, при котором количество слоев по боль шей стороне трапеции, образующейся . за один проход, равняется 3-4. Это ко ;лвчество является опт11мальным (уменьшение количества слоев ведет к снижению производительности, а увеличение « к спаданию витков и ухудшению качества намотки).. Задавшись количеством проходов, оп ределяют число витков, наматываемых за один проход: для чего общее число витков катущки делят на число проходов. Затем в соответствии с выбранным количеством проходов и количеством витков, наматываемых за один проход, с помощью сменных шестерен 1О, 11, 12 гитары настраивают устройства. 9 Устройство работает след тощим образом. Вращение от двигателя 1 через jai№ ноременную передачу 2 передается на., шпиндель 3, каркас катушки 6 и счетчик оборотов 7. Через червячную пару 4, 8, вал 9, сменныэ шестерни 10, 11, 12 вращение передается кулачку 13, с по мощью которого вращательное движение преобразуется в возвратно-поступателЕ кое перемещение толкателя 14. Это движение далее через рычаг 17 и рейку 18 передается проводоугшадчшсу 19. Про вод с катущки 21, проходя через губки 23, смачивается лаком, затем через направляющие ролики 24 проводоукладч№ ка 19 наматывается на каркас катушки 6. Профиль кулащса 13 построен из усло° ВИЯ, при котором проводоукладчик 19 проходит расстояние, равное ширине об мотки за полный оборот кулачка (т. е. приращение радиуса « вектора R иаме- няется от О до 360°), после чего ролик толкателя 15 скачком возвра. щается в нулевое (начальное) положение. За время этого скачка шпиндель успева-ет сделать один-два оборота. Обратный ход провода осуществляется по винтовой линии и на.качество всей катушки не влияет, кулачка, может быть выполнен и таким образом, чтобы проводоукладчик осуществлял проход за 1/2 окружности, т, е. 18О . В этом случае приращение радиуса - вектора кулачка от О до происходит на участке кулачка О «- 180 , затем уменьшение радиуса вектора от малс. ДО О на участке кулачка 180 360°. Впроцессе работы с таким кулач ком проводоукладчик осушесгвляет трапе, цеидальную укладку провода как в прямом (от меньшей к большей высоте обмотки), так и в обратном (от большей к меньшей высоте обмотки) направлениях Однако при движении от большей высоты обмотки к меньшей иногда наблюдаются случаи сползания витков (при намотке без лака), что приводит к браку. Поэтому более оптимальным вариантом является ступенчатый кулачок. Особенностью профиля кулачка является неравномерное при ращение радиуса -вектора, зависящее от соотношения высот обмотки, от ширины обмотки и угла поворота кулачка. В результате при равномерном вращении щпинделя и равномерном повороте кулачка пе ремещения проводоукладчика будут нерав номерньши, т. е. по мере приближения его{проводоукладчика) к большей высоте обмотки с каждым оборотом шпинделя перемещения проводоукладчика уменьшается. Если, например, за первый виток пе«ремещения проводоукладчика All , равно d провода, оа второй виток перемещени его равно . за третий виток перемещение проводоукладчнка будет еще меньшим, т. е. получим . дС.., Однако, если перемещение проводоуклад чина меньше и далее все более умен шается, в какой-то момент очередной виток будет уложен поверх нижнего, образуется многослойная обмотка. Причем, чем меньше перемещение дЕ-, , тем больше вит ков будет уложено один на другой. Поскольку перемещения проводоукладчика замедляются, количество витков, укладываемых один на другой постоянно увеличивает ся по мере приближения к большей высоте обмотки, образуется наклонная поверхность Применение предлагаемого устройства для намотки трапецеидальных катушек (и друг.их подобной формы, например конических) позволит повысить производительность по сравнению с рядовой намоткой трапецеидальных катушек - за счет уменьшения количества проходов. Кроме того, уменьшение количества проходов улучшает качество намотки, так как ведет к уменьшению числа реверсирования проводоукладчика для -наматывания нового слоя. В процессе реверсирования скорость движения проводоукладчнка снижается до нуля, а затем, изменив направление, снова возрастает до установившегося значения, при этом скорость вращения каркаса остается постоянной, т. е. на краях обмотки создаются зоны, в ко- 7 9 торых отсутствует принудительная раскладка провода и обмотка наматывается внавал со случайным расположением провода. Для частишого устранения этого явления при намотке многослойных катушек приходится уменьшать скорость памотки, чтобы за .время реверсирования 0,02 - 0,08 сек уменьшить количество витков, наматываемых без раскладки, что снижает производительность или качество намотки. Формула изобретения Устройство для намотки многослойных катушек, .содержащее шпиндель для установки обматьгоаемых каркасов, раскладочный, механизм с рабочим opraiioM, выполненнымв виде кулачка, привод, о т личающееся тем, что, с целью упрощения конструкции при изготовлении катушек трапецеидальной формы, линия профиля кулач1са описана следующим уравнением;где д R приращение радиуса - вектора профиля кулачка 2 « ширина обмотки катушки; Q высота обмотки по меньшей стороне трапеции; Ь высота обмотки по большей стороне трапеции; о угол поворота кулачка. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №112845, кл. Н 21 Q 1/О1, 1957. 2.Авторсксге свидетельство СССР Na 157432, кл. Н 21 G 1/О1, 1962.

л

Фиг. 2

Jft ct