R型变压器铁芯裁剪曲线算法研究

1、R 型变压器铁芯裁剪曲线算法研究28 机械设计与制造MachineryDesign&Manufacture第8期2010年8月文章编号 :10013997(2010)08002802R 型变压器铁芯裁剪曲线算法研究 欧阳玉平郭帅戴乐寅(上海大学机自学院 ,上海 200072)Thestudyofr-typetransformerironcorecuttingcurvedesignalgorithmOUYANGYu-ping,GUOShuai,DAILe yin (SchoolofMechanical&ElectronicEngineeringandAutomation,Shan

2、g haiUniversity,Shanghai200072,China);【摘要】 R 型变压器制造关键技术之一就是对矽钢带 R 型铁芯轮廓 的开料加工 .针对铁芯制造中 i;矽钢片高速切割工艺和工装设备 ,详细研究了 R 型铁芯裁剪理论轮廓 曲线的形成 ,并对加工过程中各种 ;参数变化对轮廓曲线影响做了进一步的分析 . ;i关键词:R型铁芯;裁剪曲线;开料机;变压器IAbstractOneofthekeytechnologiesforRtypetransformermanufactureisthecuttingp rocessingl forR-typesiliconsteelCore.B

3、e 忉 8datthespeedcuttingtechniquesandtoolingequipmentforthe 8siliconsteelcore,itmakesdetailedresearchonthecuttingcurveformationofth eoreticalprofileofRtypel;ironcore,andmakes 口 rtheranalysisontheeffectwhichprocess1)arioUSparameterchangesinproces s;lmade li .1l舭ec删巴liKeywords:R-typetransformerironcore

4、;Cuttingcurve;Cuttingmachine;Tra nsformerl中图分类号 :TH16 文献标识码 :AlI 商R 型变压器是在 20 世纪 80 年代日本北村机电株式会社设 计并研制出来的新型变压器 ,其外形,如图 1所示.与传统的变压 器相比,R型变压器具有漏磁小，磁导率高，激磁电流小，损耗低， 温升低，结构紧凑，无噪音,绝缘性能优良等优点，冈此R型变压 器在电子技术中得到了广泛的应用 .图 1R 型变压器外形图2R型铁芯展开带轮廓及套裁加工 R 型铁芯是从一条等宽的矽钢带上裁剪出由窄变宽再有宽 变窄连续变化能绕出正圆截面的钢带 .理想的铁芯展开带轮廓形 状,如图 2

5、所示.图 2R 型铁芯展开带轮廓曲线为了加工出图 2 所示的上下对称的两条曲线 ,需要用两把刀 同时加工 ,且材料利用率较低 :r/%=2rr2/(2r)ax100%=78.5% 在实际的曲线设计中是采用中轴线的方法,如图 3 所示.首先找到料带的中心轴 ,其次以中心轴为基准边 ,把其中的一条曲 边的宽度叠加到另一边上 ,就形成了图 3 所示的一边为直边 ,一 来稿日期 :2009一 l0 一 l1 边为曲边的轮廓图形 .在铁芯卷绕时 ,利用卷绕机的自动对中机 构会使铁芯的卷绕中心与材料的宽度中心始终保持一致 . 图 3 利用中轴法构造曲线 但是 ,这种从原始料带中只裁剪一根曲料没有提高材料的

6、利 用率,材料的利用率仍然为 :%=2盯 r2/(2r)2)(10o%=78.5% 为了提高材料的利用率 ,采用了套裁的方式 ,即在原始材料 中按一定规律排列同一型号的铁芯曲料 ,使组合成上下两条能同 时加工的曲料 ,如图 4 所示.只要知道曲料的宽度随长度变化的 函数,求出相应曲料 1 的宽度与曲料 2的宽度和的最大值的位置 (既图中的接触点 A 点),就可以得出裁剪这两条曲料所需原始 料带的宽度w,如图4所示.LJ曲料 2曲料 1图 4R 型铁芯套裁设计 首先找到曲料的接触点位置 . 曲料是由一个个对应于圈数的梯形组成的,宽度对应于圈数，设圈数为n,目前处于第i圈,铁芯的直径为D,材料厚度

7、为t.第 8 期欧阳玉平等 :R 型变压器铁芯裁剪曲线算法研究 29曲料1第i圈的宽度为:W.()=,/ f x曲料 2第 i 圈的宽度为 :()=总宽度:W=W1齐2(D2(it 一,2(1)(2)通过求解 (1)(2)两式可得 :当 ixt=D/2 时,总宽度 W,/D,取得最小值此时的利用率为：畅=r2/(2rx,/r)xlO0%-90.7%采用套裁的办法使材料的利用率得到了很大的提高 .3R型铁芯展开带曲线公式推导用数控机床加工的R型铁芯开料曲线是一条由窄变宽，再由宽变窄 ,在一定的芯块模具上能绕出近似圆形截面形状的三次 样条曲线 .要完成三次样条曲线插补 ,先要计算出可以由数控系 统

8、转换成插补的数据决定R型铁芯曲线形状的参数主要是：材 料厚度t,叠片系数a,铁芯直径,铁芯芯块窗长和窗宽.叠片系数 :a=t./t式中:tl 一材料的实际厚度，在加工过程中通过测厚传感器对一个 周期的料带厚度的测量并取平均值而成 .R 型铁芯是由剪裁后的料带绕在具有一定形状的芯块上 ,并 具有一定圈数而成的 .所以决定 R 型铁芯外形形状的参数有芯 块的长，宽和R型铁芯的圈数An.A=int(R/t1)每圈的料带长度的计算方法如下 :首先芯块的周长 C:C=2() 把芯块的周长等效成是一个圆的周长 ,并求出其直径 ,即得 到输入内径R=C/r.这样就可以把铁芯看成在这个等效圆上卷绕 而成,每增

9、加一圈 ,半径增加一个材料厚度 .第一圈的长度为 1(1)=2(,J+)+2t1:=R(1T+21)可以推出铁芯第i圈的长度公式：Z()=2(,J+)1w+2ixt1=R(7r+2it1)在第 i 圈时用料长度 ll(i)为:ll(i)=l(1)+2(2)+A+2() 铁芯的总用料长度Al为:AI=l(1)+2(2)+A+2(An) 截面形状的尺寸参数主要有截面直径 ,重叠厚度,和最 小宽度 5.截面宽度的计算公式如下 : T=Anxt,Sh=,/_j1I2,W(i)=Sh从而可以求出第 i 圈的宽度:形()=,/二 i从而得到了 R 型铁曲线的数学模型 :c:f(u,W,i)R 型铁芯在卷绕

10、时的起始端是收料的末尾端 , 在通过高级计 算机语言对 R 型铁芯的参数进行上述公式的进行计算时需要把 材料每圈的长度和宽度首尾对调 ,得到一组离散的长度和宽度的 数组.这些数组在数控加工系统中转换成刀具的进给的三次样条 的插补曲线 .不同的型号铁芯加工过程中使用不同宽度的矽钢片料 带,矽钢片料带宽度及材料宽度的选择应该根据型号的输入内径来 选择.理论上说，材料宽度Wm=，/实际加工过程中应考虑废边 宽度,矽钢片料带选择宽度大于珀勺型号 ,即 Win>, 厂 此外,通过七述方法还可以计算出 R 型铁芯其他重要的参数 , 废边宽度Wh,外形长.，外形宽.，截面面积S和铁芯重量G:Wh=Wi

11、n二x/3T,L0:,J+2AnXt1,W0W+2An X1S=W(1)xi+(2) M+A+(A 凡)XI(W(1)+W(2)+A+(A n) G=(W(1) X lxl(1)+(2) lxl(2)+A+W(An) 1XZ(AFt)Xm(1)(1)+(2)(2)+A+) z) xXm 其中 m 为材料的比重 (g/ram) 以材料厚度为0.27ram型号为R 一 260的铁芯为例，生成的 截面形状图和料带曲线图 ,如图 5所示.40 3O20l00O2040608010012O铁芯型号 :M=260,t=027 及个料带套装设计曲线 U.U5.0J0.0l5.02U.025030.U35.U

12、 图 5R 一 260 型铁芯截面形状图和料带曲线 4R型铁芯轮廓曲线的修正R 型铁芯最重要的参数是磁通量 ,为保证磁通量 ?t5t- 的范围 内,需保证铁芯重量在设计范围内 .在加工的过程中 ,如果加工出 来的铁芯重量不在标准的范围之内时 ,需要对铁芯形状进行修正 修正的办法如下 :修正值 (%)=(G./G)xl00100 式中:G 开料的实际重量；G标准重量. 把修正值参数与每一圈的长度相乘 ,通过改变每圈的长度使 得重量达到标准值下图以材料为0.27,铁芯型号为R一 35的材 料为例 ,在通过调整修正值后对铁芯截面积的影响 .5R型铁芯曲线算法编程实现5.1 铁芯参数设计 在这个模块上

13、根据铁芯的型号来对各个参数进行设定 ,并对 设定的参数进行计算 ,生成并显示加工所需要的数据 .5.2 设计结果评估对各种型号的输入数据的计算结果进行图形模拟仿真,形象的表示出参数的变化对料带曲线形状及截面形状产生的影响,以检验是参数设计的合理 .6 结论R 型铁芯曲线的设计 ,是加工出合格的铁芯的前提和提高材 料利用率 ,节省资源的保证 .介绍了提高材料利用率的方法 ,详细 的推导了铁芯开料曲线的设计过程 ,分析了设计参数对铁芯结构 和性能的影响 ,并介绍了曲线加工设计的软件 .论文所研究的 R 型铁卷的曲线裁剪设计已在上海埃斯凯变 压器股份有限公司曲线开料机控制系统上投入应用,大大提高 R型铁芯钢带的利用率 ,达到了预期设计目的 .参考文献1郄胜强，王先逵只型铁芯数控多刀曲