Лабораторная работа №3 исследование схемы сборки микроэлектродвигателя постоянного тока

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Анализ конструкции микроэлектродвигателя постоянного тока, изучение последовательности и режимов сборочных операций, их влияния на характеристики машины.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Проанализировать конструкцию микроэлектродвигателя постоянного тока и разработать схему сборочного состава; выявить сопрягаемые пары сборки и проанализировать характер сопряжений; найти и рассчитать замыкающие сборочные размеры; составить схему сборки двигателя и маршрутную технологическую карту сборки; собрать электродвигатель.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Рациональное построение технологического процесса сборки основывается на глубоком анализе конструкции всей машины. Электродвигатель состоит из отдельных деталей, определённым образом сориентированных друг относительно друга. В конструкции электродвигателя легко можно выделить отдельные функциональные узлы (ротор, статор, щёточный аппарат и др.), объединяющие в себя группы деталей. Функциональный узел двигателя обладает технологической завершённостью, он может быть проверен на соответствие заданным параметрам. Согласно действующим стандартам отдельные узлы изделий именуются сборочными единицами.

Сборочные единицы электродвигателя различаются по числу входящих в них деталей. В состав отдельных сборочных единиц могут входить другие сборочные единицы, более простые по своему составу. Таким образом, при конструировании электрической машины используется принцип агрегатирования, то есть разбиения её на отдельные сборочные единицы и детали. Каждая деталь и сборочная единица с технологической точки зрения обладает свойствами самостоятельного изделия. Изготовление деталей может быть организовано по отдельным, не зависящим друг от друга технологическим потокам. Каждая сборочная единица также может образовать самостоятельный технологический поток, ограниченный с двух сторон сборочными операциями.

Разбиение машины на отдельные сборочные единицы и детали заложено в комплекте конструкторских чертежей. Поэтому для анализа сборочного состава изделия необходимо ознакомиться с чертежами общего вида, каждой сборочной единицы, детали. С учётом спецификации к чертежам общего вида машины и каждой сборочной единицы можно составить схему сборочного состава.

Н а рис. 5 для примера показана схема сборочного состава асинхронного короткозамкнутого электродвигателя, конструктивная схема которого приведена на рис. 6.

Составляющие части двигателя представлены на схеме (рис.5) в прямоугольниках в порядке (слева направо) их перечисления в спецификации к чертежу общего вида. В каждом прямоугольнике внизу указывается количество составных частей данного наименования.

Схемы сборочного состава двигателя, всех его сборочных единиц могут быть объединены в полную схему сборочного состава.

Схемы сборочного состава, с одной стороны, дают наглядное представление о комплектации электродвигателя и его сборочных единиц, а с другой, служат основной для проектирования технологических процессов сборки каждого узла в отдельности и двигателя в целом.

Сопряжение деталей электродвигателя

Каждая деталь и сборочная единица имеют конкретное служебное назначение. Все они могут быть разделены на две основные группы: активные части машины (непосредственно участвующие в преобразовании энергии); механические части электрической машины (обеспечивающие взаимное ориентирование активных и других частей, передачу усилий, придающие изделию жёсткость и механическую прочность). Взаимное ориентирование деталей и узлов машины обеспечивается системой сопрягаемых поверхностей, называемых конструкторскими базами. Сопряжения по конструкторским базам бывают подвижные и неподвижные. Подвижное соединение деталей предусматривает наличие гарантированного зазора между спрягаемыми поверхностями с учётом допусков на их размеры. Наименьший зазор определяется как разница между наименьшим предельным размером охватывающей поверхности и наибольшим предельным размером охватываемой поверхности. С увеличением гарантированного зазора между сопрягаемыми поверхностями возрастает подвижность соединения. Сборка деталей с подвижными соединениями не требует применения специальных технологических усилий. Следует обратить внимание на то, что при подвижных соединениях деталей погрешность их взаимного ориентирования сравнима с фактическим зазором между сопрягаемыми поверхностями. Эта погрешность может быть увеличена за счёт деформации сопрягаемых поверхностей в местах контакта.

Неподвижное соединение деталей предусматривает наличие гарантированного натяга между сопрягаемыми поверхностями. Наибольший натяг определяется как разница между наименьшим предельным размером охватывающей поверхности и наибольшим предельным размером охватываемой поверхности. Такое сопряжение обусловливает напряжённое соединение деталей, способное передавать усилие или крутящий момент от одной детали к другой. Поэтому практическое выполнение соединений предусматривает применение технологических усилий (усилие прессовки). На рис.8 показан пример сопряжения цилиндрических деталей.

Удельное давление в сопряжении определяется по формуле

, (12)

где ; d₁ – номинальный диаметр охватываемой детали, м;

d₂ – номинальный диаметр охватывающей детали; – относительный натяг; N₁ – абсолютный натяг по таблице допусков, м.

Зная удельное давление в сопряжении и коэффициент трения, можно определить усилие прессовки

, (13)

где f – коэффициент трения, равный 0,15; S – поверхность сопряжения, равная , м²; – длина охватываемой детали, м².

Поскольку усилие прессовки определяет выбор технологического оборудования, используемого в сборочной операции, оно должно быть определено с учётом максимального натяга.

На основе анализа конструкций деталей, собираемых по неподвижным посадкам, следует отметить места приложения к ним прессующих усилий, обеспечивающие стабильность формы и размеров при выполнении сборочной операции.

Кроме подвижных и неподвижных соединений в электрических машинах используются так называемые переходные соединения деталей, когда в пределах указанных в чертежах допусков возможны случаи появления как зазоров, так и натягов. В таком сопряжении нельзя гарантировать ни подвижность соединения, ни надёжную передачу усилия. Применение переходных соединений позволяет уменьшить погрешность взаимного ориентирования деталей при небольших технологических усилиях сборки. Возможность натяга в таком сопряжении приводит к необходимости применения технологических усилий, которые можно рассчитать по формуле (13).

Анализ конструкции электрической машины предусматривает определение характера сопряжения деталей по конструкторским базам, расчёт технологических прессующих усилий, определение поверхностей деталей, к которым эти усилия могут быть приложены. Качественное соединение деталей по конструкторским базам обеспечивается применением так называемых “заходных” поверхностей, обеспечивающих первоначальное взаимное ориентирование деталей до выполнения сопряжения по конструкторским базам. Заходные поверхности бывают: конические – (фаски), цилиндрические, скошенные, скругленные и др. В случае отсутствия заходных поверхностей на деталях необходимо применить специальные технологические приспособления, обеспечивающие первоначальное взаимное ориентирование деталей.

К одной из главных задач, решаемых при сборке электрической машины, можно отнести оптимальное ориентирование ее активных частей, обеспечивающее максимальный электромагнитный момент, его равномерность, высокую электрическую прочность изоляции; плавный ход ротора с минимальными потерями в опорах. Как правило, решение этой задачи основывается на обеспечении оптимальных значений некоторых замыкающих размеров, получаемых после сборки. Такие размеры называются замыкающими сборочными размерами. В результате анализа конструкции важно выявить замыкающие сборочные размеры, определяющие качество сборки.

В любой конструкции электрической машины можно выявить большой перечень замыкающих сборочных размеров, определяющих качество сборки. Для примера в асинхронном электродвигателе можно назвать: воздушный зазор между ротором и статором, осевой люфт ротора, радиальный люфт ротора, взаимные осевые смещения активных частей машины, промежутки между лобовыми частями статорной обмотки и поверхностями корпусных деталей и др. Сборочные размеры обусловливаются размерами отдельных деталей или сборочных единиц (если они подвергаются обработке после сборки). Поэтому отклонения размеров деталей или сборочных единиц непосредственно определяют погрешность сборочного размера.

Чтобы определить, какие размеры деталей определяют замыкающий сборочный размер, необходимо составить размерную цепь. Конфигурация и число звеньев размерной цепи зависят от того, какой размер рассматривается в качестве сборочного размера, а также определяется конструкцией машины и принципами простановки размеров на деталях. При конструировании машины и каждой детали обычно стремятся к тому, чтобы число звеньев в размерных цепях было минимальным. На рис. 9 показан пример размерной цепи для расчёта осевого люфта одного из простейших исполнений асинхронного электродвигателя. Здесь приняты обозначения размеров:

А - расстояние между упорными буртиками замков корпуса двигателя;

В - расстояние между упорными буртиками замка и опорной поверхностью крышки подшипника подшипникового щита;

С - высота буртика крыши подшипника;

D - осевая длина шарикоподшипника;

E - расстояние между упорными буртиками цапф вала;

X - осевой люфт вала, показанный на схеме в предположении, что ротор сдвинут влево до упора.

Перечисленные размеры показаны на конструктивной схеме двигателя, представленном на рис.10. Номинальное значение замыкающего размера можно рассчитать по выражению, которое составляется при обходе размерной цепи (рис. 9):

(14)

Это уравнение может быть использовано и для расчёта отклонений от номинального размера, для чего в него подставляются соответствующие отклонения звеньев размерной цепи.

Следует помнить, что в уравнение (14) входят так называемые увеличивающие (со знаком “плюс” ) и уменьшающие (со знаком “минус”) размеры. При подсчёте верхнего отклонения замыкающего размера в уравнение (14) подставляются верхние отклонения увеличивающих размеров и нижние – уменьшающих. При подсчёте нижнего отклонения – наоборот.

Для уменьшения погрешностей сборки в конструкции иногда предусматриваются регулировки замыкающих размеров. Осевой люфт обеспечивают подбором регулировочных шайб под крышки подшипников, а осевое смещение ротора – изменением числа регулировочных шайб под левой и правой крышками. В данных примерах регулировочные шайбы играют роль компенсаторов погрешностей сборочного размера.

Технологические схемы сборки

Практическое применение находят две разновидности технологических схем сборки: с базовой деталью и веерного типа.

В схемах с базовой деталью линия сборки соединяет базовую деталь с готовым изделием. Вдоль сборки показана последовательность установки на базовой детали всех других деталей и узлов изделия. Схему сборки снабжают надписями – сносками, поясняющими характер сборочных соединений и выполняемый при сборке контроль (запрессовка, клепка, пайка, регулировка, выверка, проверка зазоров и пр.).

На рис.11 показана схема сборки асинхронного электродвигателя с базовой деталью. Схема построена с учетом схемы сборочного состава, представленной на рис.5. В качестве базовой детали взята сборочная единица – статор, полученный на заготовительной сборке. По каждой сборочной единице, входящей в схему, может быть построена отдельная схема сборки с базовой деталью.

Технологические схемы сборки с базовой деталью обычно применяют в условиях крупносерийного и массового производства при проектировании конвейерной сборки.

В схеме сборки веерного типа (рис.12) применяемой в условиях серийного производства, сборка ведётся по узловому принципу, от отдельных деталей к готовому изделию. На первом уровне

располагаются детали и материалы, из которых ведётся сборка сборочных единиц первого порядка (узлов, состоящих из деталей). На втором уровне расположены сборочные единицы первого порядка и покупные изделия, из них и из отдельных деталей собираются сборочные единицы второго порядка. Третий уровень может собираться из сборочных единиц второго и первого порядка и отдельных деталей и т.д. Сборочной единицей самого высокого порядка является готовое изделие, его сборочный порядок зависит от сложности изделия. На приведённой схеме сборки веерного типа (рис.12) готовое изделие является сборочной единицей третьего порядка и расположено на четвёртом уровне.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

1. По комплекту конструкторских чертежей и техническим условиям изучить конструкцию микроэлектродвигателя постоянного тока, его эксплуатационные параметры. По спецификации общего вида и отдельных сборочных единиц составить схему сборочного состава электродвигателя.

2. Выявить пары сопрягаемых деталей и сопрягаемые поверхности. Установить размеры охватывающих и охватываемых поверхностей с учетом допусков. Рассчитать предельные значения зазоров и натягов в каждом сопряжении. Для случаев с максимальными натягами определить технологические усилия прессовки. Результаты занести в табл.8.

Таблица 8

Наименование охватывающей детали	Охватывающий размер	Наименование охватываемой детали	Охватываемый размер	Мин. зазор	Макс. зазор	Мин. натяг	Макс. натяг	Режим сборки

В последней графе указать возможность ориентирования деталей перед прессовкой во избежание перекоса. Дать указания о местах приложения и величине прессующих усилий к собираемым деталям.

3. Выявить замыкающие сборочные размеры, определяющие качество сборки электродвигателя. С учётом конструкторских чертежей составить размерные цепи и рассчитать номинальные и предельные значения замыкающих сборочных размеров. Результаты расчётов занести в табл.9.

Таблица 9

Наименование сборочного размера	Номинальные значения	Наименьшие значения	Наибольшие значения	Измеренные значения

С учётом указаний конструкторских документов сделать выводы о возможности регулировки отдельных размеров.

4. Составить полную технологическую схему сборки веерного типа, хорошо продумав последовательность сборочных и необходимых контрольных операций. Составить маршрутную технологическую карту выпускающей сборки. В карту включить измерение замыкающих сборочных размеров. Составить перечень необходимого технологического оснащения и материального инструмента.

5. В соответствии с технологической схемой сборки и маршрутной технологической картой выполнить сборку двигателя. Измеренные значения замыкающих сборочных размеров занести в табл.9.

Контрольные вопросы

1. Какие задачи решает сборка, чем обеспечивается качественное решение этих задач?

2. 2. Какие функциональные узлы входят в состав электрической машины?

3. Какие соединения деталей относятся к подвижным, неподвижным, переходным?

4. Как рассчитать технологическое усилие, необходимое при сборке?

5. Что называется замыкающим сборочным размером?

6. Какие сборочные размеры проверяются при сборке электрической машины?

7. Как рассчитать замыкающие сборочные размеры?

8. Какие сборочные размеры электрической машины могут регулироваться?

9. Что такое “технологические схемы сборки”, их разновидности?

10. Какова структура технологической схемы сборки веерного типа?

11. Какова структура технологической схемы сборки с базовой деталью?

12. Какие контрольные операции включаются в технологический процесс сборки?

13. Какие виды разъемных и неразъемных соединений деталей применяются в электрических машинах?

14. Как измерить воздушный зазор в электрической машине?

15. Как измерить осевой и радиальный люфт вала электрической машины?