一种简易绕线机设计
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摘 要：绕线机的绕线运动是移动与转动的合成。现有绕线机中，移动的实现采用了各种各样的方式，但都比较复杂。设计一种绕线机，采用双齿条式不完全齿轮机构实现导线板的往复移动，采用蜗杆传动满足速度比要求。所设计的绕线机与现有装置相比，整体结构简单，且无需增加导板换向装置，造价小，安装和维护比较方便。
关键词：绕线机;导线板;双齿条式不完全齿轮机构
中图分类号：TM41 文献标志码：A 文章编号：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
绕线机是把线状的物体缠绕到特定工件上的设备。比如电器产品生产中，需要用漆包铜线（简称漆包线）绕制成电感线圈，纺织行业中需要用棉纱线、人造纤维线等绕制各种适合纺织机用的纱团、绽等，这些都需要用到绕线机。
1 绕线机种类及其特点
绕线机的种类繁多，按其用途分类，可分为通用型和专用型。通用型适用于多种产品的生产，使用时只需更换相应的模具和指令，专用型则针对某一特定产品的生产。
绕线机工作，通常是主轴旋转，配合线材导板往复轴向移动，使线材在绕线轴外层以螺旋线排列。导板移动的实现有以下几种方式：一是圆柱凸轮机构，圆柱凸轮转动，带动导板往复轴向移动[1];二是盘状凸轮机构，盘状凸轮转动，带动摆杆往复摆动[1-2];三是螺旋传动机构，螺杆转动，带动导板轴向移动[1]。
由于线材导板需要的是往复轴向匀速移动，而且主轴与绕线板之间的速度比一般较大，所以上述三种方式存在以下不足：第一种圆柱凸轮机构，为实现比较大的传动比，传动系统结构复杂;第二种凸轮机构，为实现导板匀速移动，凸轮轮廓设计比较复杂，且惯性的影响限制这个机构用于低速运动;第三种螺旋传动机构，为实现导板往复移动，需增加导板换向装置。
针对上述存在的技术不足，设计一种传动比较大且结构简单的绕线机构。
2 绕线机运动方案设计
2.1 导线板移动功能的实现
除了上述三种方式，曲柄滑块机构、齿轮齿条机构等也可将转动转化为直动，实现导线板移动功能[3]。考虑到移动的匀速性，选择齿轮齿条机构。同时，为实现齿条移动的往复性，选择如图1所示双齿条式不完全齿轮机构。当不完全齿轮做顺时针转动时，不完全齿轮的轮齿与齿条上部的齿条A相啮合，从而使齿条向右移动;当不完全齿轮上的轮齿与轮条A部分脱开时，随即又与齿条下部齿条B相啮合，带动齿条向左移动。不完全齿轮交替地与齿条A、B部相啮合，使齿条做往复不停歇运动。导线板与齿条固连，从而实现导线板往復移动。
1.不完全齿轮;2.齿条
2.2 绕线轴转动与导线板移动速度比的确定与实现
速度比是指绕线轴转动圈数与导线板往复移动次数的比值。以普通家用线轴举例，绕线轴转动6圈，导线板往复移动1次。因此，速度比为i=6。
一般情况下，绕线机速度比比较大，因此可选用蜗杆传动。蜗杆传动传动比大，结构简单，传动平稳且噪音小。在同样大的传动比中，若选择齿轮传动，则需要采取多级传动，传动系统比较复杂[4]。
3 绕线机结构设计
3.1 绕线机结构组成
绕线机由固定机座、主轴旋转系统、传动系统和导板移动系统四部分组成。其结构示意图如图2所示。
固定机座是用于支撑主轴旋转系统、传动系统和导板移动系统的。
主轴旋转系统主要由主轴和绕线轴组成。主轴由电动机带动旋转，绕线轴通过平键周向固定安装在主轴的另一端，且线圈轴由挡圈轴向固定。如此，实现了绕线轴的转动。
传动系统由蜗杆、涡轮组成。蜗杆加工在主轴的中部;涡轮设置在蜗杆下方。
导板移动系统由不完全齿轮、双齿条式往复移动构件和导线板组成。不完全齿轮与涡轮同轴间隔安装在支承轴上;双齿条式往复移动构件包括上下平行的两根齿条，不完全齿轮的齿部与两根齿条交替啮合，带动双齿条式往复移动构件不停地往复移动;导线板与双齿条式往复移动构件固联，从而实现导线板的往复移动。
涡轮蜗杆传动比由绕线轴转动圈数与导线板往复移动次数的比值及速度比确定。
3.2 绕线机工作过程
如图3（a）所示。当不完全齿轮转至图示位置时，双齿条式往复移动构件、导线板移动到了最右端位置，这时绕线轴完成了一次左螺旋线式的绕线过程。接着不完全齿轮的齿与双齿条式往复移动构件的下齿条脱离啮合，与上齿条进入啮合，导致双齿条式往复移动构件开始沿C向向左移动，线材即将以右螺旋线式缠绕在线轴上。
如图3（b）所示。绕线轴随同主轴继续沿A向旋转，导线板随同双齿条式往复移动构件沿C向向左移动，线材以右螺旋线式绕在线轴上。
如图3（c）所示。当不完全齿轮转至图示位置时，双齿条式往复移动构件、导线板移动到了最左端位置，这时绕线轴完成一次右螺旋线式的绕线过程。接着不完全齿轮的齿与双齿条式往复移动构件的上齿条脱离啮合，与下齿条进入啮合，双齿条式往复移动构件开始沿D向向右移动，线材又即将以左螺旋线式缠绕在线轴上。
如图3（d）所示。绕线轴随同主轴继续沿A向旋转，线材导板随同双齿条式往复移动构件沿D向向右移动，线材以左螺旋线式绕在线轴上。
如此反复运动，线材就能以螺旋线的方式均匀的缠绕在绕线轴上。
4 结束语
绕线机由蜗杆机构和双齿条式不完全齿轮机构组成。与现有装置相比，传动系统结构简单，导线板移动功能的实现相对比较容易，而且绕线轴安置在机座外，方便绕线轴的拆装;总之，就整体结构而言，装置具有简单、使用方便、造价低的特点。
参考文献：
[1][美]Neil Sclater.机械设计实用机构与装置图册[M].邹平，译.机械工业出版社，2018.
[2]孙开元，张丽杰.常见机构设计及应用图例[M].化学工业出版社，2017.
[3]孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理（第8版）[M].高等教育出版社，2013.
[4]濮良贵，纪名刚.机械设计（第8版）[M].高等教育出版社，2013.
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