空心杯电机塑料尾盖装配装置设计[设计+开题+综述]

开题报告机械设计制造及其自动化空心杯电机塑料尾盖装配装置设计1 选题的背景与意义空心杯电机是综合了多种特点的永磁伺服电机，他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，也叫空心杯转子[1]。

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。

其具体性能表现为：（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20-50%）。

（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]。

（3）拖动特性：运行稳定性十分可靠，转速的波动很小，作为微型电其转速波动能够容易的控制在2%以内[4]。

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。

比如医疗器械、义肢、机器人、摄像机、照相机﹑纺织机器﹑激光测量仪器，但是这些大都存在于那些工业比较发达的国家，我国对空心杯研制也有二三十年的历史，但是于最近几年发展较快，渐渐生产出能与国外空心杯品具有竞争力的产品[5]。

空心杯电机的关键零件之一----电机端盖，他的质量加工精度对电机的整体性能有着很大的影响，端盖的加工工艺以及装配的好坏容易影响到电机的噪声，震动等问题[6]。

由于一般的电机端盖是金属材料制作而成，所以一般采用拉伸，压铸，冲裁等工艺，由于端盖的主要配合精度远远高于拉伸件的精密级，形位公差要求也比较高。

冲压是一种先进的材料加工方法，是建立在塑性变形的基础上，利用模具和冲压设备对板料进行加工，获得一定的零件形状和尺寸精度[7]。

像对尾盖的加工工艺一般都是经过下料，落料拉伸，反拉伸，冲孔，切边，整形，压印，去毛刺及表面处理，检验等步骤[8]。

另外，端盖和机壳装配的几种方式的决定在电机设计的时候也要着重考虑。

现在国内主要有几大类的机壳与端盖装配的紧固方式。

(1) 弹性圈涨卡固定：使用于薄壁机壳的结构，多用于微型交流、直流电动机，不占用轴向位置空间，结构紧凑，拆装容。

(2) 机壳与端盖的紧定螺钉固定：端盖有环形槽，拆装容易(3) 机壳附加专用紧固螺母板：轴向因使用项2，占用了位置，用于轴向有余度的电机，多用于永磁电动机机，拆装容易。

(4) 端盖与机壳止口过盈配合；装配难度大，为了克服装配难度大，有的用滚压边方式，这二者都不可做第二次装配，用于使用寿命较或不需拆装维修的电机。

(5) 端盖与机壳止口轻压粘接封固：密封性好，拆修困难。

(6) 弹簧卡钩固定：机壳与端盖靠弹性卡簧的弹性拉力轴向拉紧，但机壳与端盖的止口必须保证两轴承室的同轴度。

(7) 穿通螺杆拉紧固定：使用于机壳薄壁的结构，多用于微型永磁直流电机，或定子冲片开有穿孔槽的交流电机，拆装容易。

(8) 螺钉紧固：应用最普遍的结构，用于壁厚允许加工固定螺孔的机壳[9][10]。

本课题对端盖与机壳的紧固方式采用端盖与机壳口轻粘压紧固封的方式，因此，还要对空心杯电机的塑料尾盖装配装置进行结构的设计和相关工具的夹具的设计。

对于尾盖的装配装置的设计要实现半自动化，实现装置的压盖刀具或者是夹具的下降或者是上升，这些半自动控制本人准备采用PLC进行实现，另外，普通的压盖装置上的刀具的下降压盖是属于刚性的压盖，容易造成不可挽回的损失，增加产品的报废率，本文也根据文献，采用了一种弹性装置在夹具上，是刀具的下降压盖有一定的缓冲，增加压盖的成功率，避免损坏空心杯体及其线圈。

通过该课题，可以强化我以前所学基础课和专业课的基本理论，基本知识和基本技能，并且与实际情况相结合，避免了学而无所用的尴尬。

通过该课题，还能培养我分析和解决实际机械产品中存在的问题和科学问题的独立工作能力，使我得到科学研究和工程师工作能力的综合训练。

2 研究的基本内容与拟解决的主要问题：研究的基本内容：1.熟悉和了解空心杯装置的发展，使用情况以及研究现状2.了解空心杯外壳和端盖、尾盖的制作工艺3.了解空心杯电机的机壳与端盖、尾盖的配合方式4.熟悉一般电机的压盖装置结构及其原理5.完成半自动控制的设计6.熟悉Solidworks软件，并且设计测试装置的三维实体模型，完成装配图和主要部件工程图拟解决的主要问题：1.选取合适的后盖压制方法。

2.设计压盖刀具的夹具，提高压盖成功率3.合理安排缓冲装置的选用4. 考虑半自动控制部分的设计3 研究的方法与技术路线：研究方法：根据现有的参考文献以及收集各种压盖装置的设计方法，结合自己的专业知识对空心杯电机了解深入后，设计出一种能够提高空心杯电机尾盖压盖的成功率和效率的一种配合装置，并对不足之处进行逐渐的改进和完善。

技术路线：根据现有的参考文献对空心杯尾盖和外壳的加工工艺了解以后，改进空心杯的夹具，提高其使用的成功率和效率。

根据尾盖和机壳的几种装配方式，选择合适的装配方式，决定压盖的刀具和夹具。

完成装置半自动化的设计。

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．分析空心杯电机尾盖压制装配的工艺特点，制定专用装配装置的系统方案（2周）；3．完成工夹具和设计三维实体结构。

（3周）；4．设计电气控制系统，并完成压制装置的装配图和主要零件的工程图（3周）；5．整理、撰写毕业论文（2周）；参考文献[1] 刘国全，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．1994，16(1)：71-75．[2]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(6)[J]．沈阳工业大学学报．1994，16(1)：71-75．[3]付朝阳.稀土永磁空心杯电动机CAD系统研究[J], 微特电机, 2007(11)[4] 孙建忠，白凤仙．特种电机及其控制[M]．北京：中国水利水电出版社，2005[5]姚智慧.机械制造技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2002.[6]上海赦电机研究所赦特电机设计程序．上海：上海科学出版社， 1983．366[7] 薛启翔. 冲压模具设计制造难点与窍门[M]. 北京：机械工业出版社，2003.[8] 陈锡栋. 周小玉实用模具技术手册北京机械工业出版社[9] 殷嘉楷,王辉玲, 期刊电机技术ELECTRICAL MACHINERY TECHNOLOGY 2002年第04期.[10]成大先．机械设计手册(第三卷)[M]．北京：化学工业出版社，l994．[11] Janusz Nurkowski,etc. A referential method of strain measurements in a high-pressure cell using an inductive coreless sensor [J], Rock Mechanics & Mining Sciences, 45(2008), p103–110 [12] R.Carta,etc. A 3D Ferrite Coil Receiver for Wireless Power Supply of Endoscopic Capsules [J], Procedia Chemistry, 1 (2009), p477–480 [13] R.Carta,etc.毕业论文文献综述机械设计制造及其自动化空心杯电机塑料尾盖装配装置设计摘要：空心杯电机属于直流电机，常见于永磁伺服微特电机，空心杯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，作为高效的能量转换装置，代表了电动机发展方向之一[1]。

本文根据相关的文献资料，综述了空心杯电机的发展历程和应用领域，比较了空心杯电机和其它直流电机的不同特点。

同时，分析了电机外壳与端盖的装配方式、外壳拉伸工艺和尾盖装配对电机性能的影响。

关键字：空心杯；电机外壳；装配；拉伸；空心杯电机是综合了多种特点的永磁伺服电机，他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，也叫空心杯转子。

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。

其具体性能表现为：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20-50%）。

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[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。

比如医疗器械、义肢、机器人、摄像机、照相机﹑纺织机器﹑激光测量仪器，但是这些大都存在于那些工业比较发达的国家，我国对空心杯研制也有二三十年的历史，但是于最近几年发展较快，渐渐生产出能与国外空心杯常品具有竞争力的产品[4]。

目前国内对于空心杯理论研究方面主要在于空心杯的永磁控制系统的研究[5]，稀土永磁的研究[6]，三角形连接的无位置传感控制方案的研究[7][8]以及空心杯电枢制造中的模具制造，大功率绕式空心杯电枢伺服系统[9]的和SPWM AND SVPWM 的空心杯研究[10]。

空心杯永磁控制系统的研究主要有：一、对电机的矢量转子位置的控制策略的定位二、对空心杯电机的绕组电感量低和电器常数小造成的组内电流波动大造成较大误差的问题进行改进三、绕线工艺的改进，当然也要考虑磁体的磁场对电机性能的影响。

三角形连接的无位置传感控制方案的研究主要涉及的是相较于星型连接的的电机的优势，以及在三角形连接基础上空心杯电机进行更大优势的研究，比如说再加一个变频器来提高设备利用率。

空心杯电枢制造中的模具制造主要是针对教主一体后的电枢除满足尺寸精度的要求外，表面质量要好，内部无气孔，设计一个好的电枢整形模生产一个好的空心杯电机的有着至关重要的作用。