Учебное пособие 1422

81

Коэффициент материалоемкости может определяться по видам материалов, используемых в изделии. Чем меньше величина этого показателя, тем выше уровень технологичности машины.

Коэффициент использования материала определяется как отношение массы электрической машины к массе всех материалов ( mМ ), затраченных на ее изготовление (без учета покупных деталей).

Коэффициент использования материала целесообразно определять по отдельным видам материалов, это позволяет оценить технологичность отдельных деталей. На основании (4.7) KИ 1 и чем выше этот коэффициент, тем технологичнее конструкция машины.

Коэффициент эффективности взаимозаменяемости определяется как отношение количества сборочных единиц в изделии, собираемых без специального подбора деталей и без применения подгонки ( EБП ) , к общему числу сборочных единиц в изделии:

отношение числа единиц стандартной оснастки ОС к общему числу единиц оснастки О , необходимому для изготовления электрической машины.

конструкция. При расчете этого коэффициента целесообразно относить в (4.9) и весь инструмент, применяемый при изготовлении электрической машины.

Коэффициент относительной трудоемкости определяется как отношение трудоемкости на отдельных этапах изготовления машины Тi (механообработка, обмоточные работы, сборка и т. п.) к общей трудоемкости изготовления Т.

На основании (4.10) ТО 1 и чем выше этот коэффициент, тем технологичнее конструкция машины. Коэффициент относительной трудоемкости позволяет оценивать разделение затрат труда на отдельных стадиях изготовления и выявлять узкие места.

82

Состав рассмотренных показателей для отдельных изделий может быть сокращен или расширен. Для каждой группы однотипных изделий устанавливается не только перечень показателей, но и их базовые величины, а также основной номинальный параметр по данной группе электрических машин.

Показатели технологичности конструкций для вновь разрабатываемых электрических машин определяются:

1). До начала проектирования - для аналогичных изделий, основанных в производстве.

2). В процессе определения базовых показателей с учетом планируемого роста производительности труда, снижения себестоимости, материалоемкости и др.

3). При расчете уровня технологичности проектируемой электрической машины.

Опыт применения перечисленных показателей для оценки уровня технологичности электрических машин малой мощности показывает, что для однотипных машин они достаточно стабильны.

4.3. Комплексная оценка технологичности конструкции

Оценка технологичности конструкции электрической машины, ее отдельных узлов и деталей дифференциальным методом часто приводит к случаям, когда одни частные показатели выше базовых, другие равны базовым, а некоторые оказываются ниже. В связи с этим возникает сложность при формулировке выводов о степени отработки конструкции на технологичность. Это усугубляется тем, что степень важности каждого частного показателя бывает неизвестна заранее.

Окончательная оценка степени отработки конструкции на технологичность может быть выполнена на основе одного комплексного показателя технологичности. Этот комплексный показатель может сравниваться с комплексным показателем технологичности базового варианта конструкции. С этой целью частные показатели, используемые при дифференциальном методе оценки технологичности конструкции, объединяются в один комплексный показатель с учетом важности каждого показателя в отдельности.

Количество частных показателей и их состав определяются с учетом особенностей конструкции рассматриваемого изделия. Для точности анализа и оценки рекомендуется выбирать возможно большее число показателей. Тем не менее определение этих показателей оказывается достаточно трудоемким, поэтому на практике стремятся уменьшить число частных показателей. Это противоречие решается на основе удовлетворения каждого частного показателя требованиям необходимости и отражения каждым показателем независимых

83

факторов, связанных с затратами средств на технологическую подготовку, производство и эксплуатацию изделия.

В основе комплексного метода оценки технологичности конструкции лежат следующие допущения:

1). Все показатели взаимонезависимы, одномасштабны и выражены в относительных единицах.

2). Повышение уровня технологичности конструкции сопровождается численным увеличением каждого показателя.

Данные условия выполняются, если каждый частный показатель определяется в относительной форме по аналогичным показателям базового варианта:

Относительный показатель определяется по (4.11) или (4.12) с тем, чтобы в конечном итоге его численное увеличение сопровождалось увеличением уровня технологичности конструкции.

Относительные частные показатели технологичности объединяются в один комплексный показатель на основании выражения:

где mi - коэффициент весомости i -того частного показателя;

n- число частных относительных показателей, выбранных для оценки технологичности.

Коэффициенты весомости mi определяются методом экспертных оценок при соблюдении условия:

i 1

Для повышения точности экспертных оценок к участию в этой работе целесообразно привлекать представителей, занятых в конструкторской и в технологической подготовке производства, в изготовлении изделий, экономистов, потребителей изделий и др.

Оценка технологичности конструкций по комплексному показателю производится для каждой детали, сборочной единицы и электрической машины в целом. В качестве базового варианта конструкции целесообразно принимать близкий аналог с наиболее высоким уровнем технологичности.

84

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработка электрических машин в современных условиях представляет собой сложную научно-техническую проблему, поскольку она связана с необходимостью учета ряда факторов, в той или иной степени определяющих качество разрабатываемых изделий. К таким факторам относятся состояние технической основы для создания электрических машин (материалов и комплектующих изделий), уровень технологии и организации производства на заводах-изготовителях, совершенство моделей, используемых в расчетах, а также общий уровень автоматизации на этапах проектирования, в том числе на этапе конструкторских работ. Для рациональной организации данного процесса на каждом этапе необходим системный подход, предусматривающий исследование проблемы как единого целого с учетом всех связей ее элементов.

Общая стратегия системного конструирования должна учитывать интересы как потребителей электрических машин, так и их изготовителей. В результате основы ее методологии базируются на следующих положениях:

1). Конструирование электрических машин должно осуществляться в составе единых серий или систем серий, что в наибольшей степени позволяет использовать конструктивно-технологическую общность различных видов и типов машин, создать условия для внедрения в производство поточных линий, проектируемых на основе подетальной специализации и групповой технологии.

2). Технико-эксплуатационные требования к разрабатываемым конструкциям электрических машин должны формироваться по результатам анализа перспективных тенденций в их развитии с учетом совершенствования самих конструктивных схем, изменения условий эксплуатации и комплекса потребительских свойств изделий. Здесь необходим учет конъюнктуры мирового рынка, дающий объективную оценку качества выполняемых разработок. В результате должны быть определены характеристики конструкций перспективных машин, представляющие собой комплекс требований, записанных в функционально-параметрической форме, а также (если поставлена такая задача) структура проектируемой серии.

3). При разработке конструкций электрических машин должен быть использован метод базового проектирования. Выбор базовой конструкции предполагает расчленение ее на основные сборочные единицы, для каждой из

85

которых определяются возможные конструктивные схемы. Их комбинации составляют набор альтернативных вариантов конструктивного исполнения электрической машины. Одновременно на основе анализа вариантов технологии изготовления сборочных единиц оцениваются возможные пути построения технологического процесса изготовления изделия в целом.

4). Для оценки комплекса вариантов конструктивно-технологических решений должен использоваться функционально-стоимостной анализ, который может быть распространен на весь жизненный цикл проектируемых изделий и является выражением системного подхода при решении техникоэкономических задач. Проведение функционально-стоимостного анализа позволяет минимизировать затраты на изготовление и эксплуатацию электрической машины при одновременном обеспечении заданного уровня ее выходных параметров и характеристик.

Метод базового проектирования в сочетании с разработкой директивной технологии обеспечивает поэтапное внедрение проектируемой электрической машины (или серии электрических машин) на основе календарно-целевого планирования, предусматривающего освоение перспективных технологических процессов и, одновременно, создание специального технологического оборудования.

Принципы системного подхода используются при построении САПР электрических машин, включающих в качестве составных частей конструкторские расчеты и графические работы. При этом методики конструкторских расчетов различных видов и исполнений машин должны базироваться на учете межсистемных связей, определяющих их параметры при полностью или частично сохраняемой геометрии основных узлов, а также учитывающих изменения окружающей среды и нагрузки.

Решение задачи автоматизации конструирования осложняется тем, что сегодня геометрические задачи решают на вычислительных машинах. Представление геометрической задачи в виде вычислительной сопряжено с рядом неоправданных неудобств (известно, что описание геометрической информации при помощи операторов алгоритмических языков программирования отличается громоздкостью).

Ускорение процесса геометрической обработки, повышение удобства работы пользователя в САПР и повышение эффективности самой САПР связаны прежде всего с использованием специализированных геометрических процессоров. Такие процессоры могут быть созданы на основе параллельного выполнения алгоритмов геометрического моделирования, аппаратного обеспечения распределенного хранения данных и др. В геометрическом процессоре аппаратным способом можно было бы реализовать программы параллельного геометрического моделирования, определения кривых пересечения, расположения точек, разбиения поверхностей, построения аксонометрии деталей по их проекциям и др. Таким образом, геометрический процессор позволил бы наряду с параллельной геометрической обработкой

86

заменить чисто программные функции аппаратными или смешанными программно-аппаратными решениями. Геометрические процессоры могут быть созданы в рамках концепции специализированных процессоров, таких как существующие сегодня матричные, баз данных, ввода-вывода и др.

При выборе САПР наиболее важным для разработчика является ее специализация. Различают узконаправленные (специализированные) и универсальные САПР. Соответствующим образом в этих САПР определены уровни обобщенности математических моделей и межсистемных связей в используемых методиках расчета. Изложенный выше подход используется и при выборе путей совершенствования функционально-структурной организации САПР.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Бокман Г.А., Пузевский И.С. Конструкция и технология производства электрических машин и аппаратов.- М.: Высш. школа, 1977.

2.Видеман Е., Келленбергер В. Конструкции электрических машин.- Л.: Энергия, 1977.

3.Михельсон - Ткач В.Л. Повышение технологичности конструкций.- М.: Машиностроение, 1988.

4.Осин Г.Л., Антонов М.В. Устройство и производство электрических машин малой мощности.- М.: Высш. школа, 1988.

5.Ермолин Н.П. Электрические машины малой мощности. - М.: Высш.

шк., 1962. - 492 с.

6.Поспелов Л.И. Конструкции авиационных электрических машин.- М.: Энергоиздат, 1982.

7.Скришевский А.И. Подшипники качения.- М.: Машиностроение. 1969.

87

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………….4

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ КОНСТРУИРОВАНИЯ………………..6

1.1.Классификация……………………………………………………….6

1.1.1.Общие положения……………………………………………………6

1.1.2.Подразделение по роду тока.………………………………………..6

1.1.3.Подразделение по ступеням мощности.……………………………6

1.1.4.Подразделение по быстроходности...………………………………7

1.2.Применяемые материалы..…………………………………………..7

1.2.1.Выбор материала.…………………………………………………….7

1.2.2.Магнитные материалы.………………………………………………9

1.2.3.Проводниковые материалы...………………………………………..10

1.2.4.Изоляционные материалы..………………………………………….11

1.2.5.Конструкционные материалы……………………………………….13

1.3.Виды нагрузок на материалы.………………………………………14

1.4.Конструктивные исполнения электрических машин………………..15

1.5.Способы защиты……………………………………………………. 18

1.6.Системы охлаждения……..…………………………………………19 2. КОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ…..…………………………… 23

2.1. Роторы и якоря……………………………………………………… 23

2.1.1.Общие задачи проектирования…………………………………….. 23

2.1.2.Основные конструкции..…………………………………………… 23

2.1.2.1.Якоря коллекторных машин постоянного тока………………… 23

2.1.2.2.Роторы явнополюсных синхронных щеточных машин.……….. 24

2.1.2.3.Роторы асинхронных машин с короткозамкнутой обмоткой.… 25

2.1.2.4.Роторы синхронных машин с возбуждением от постоянных

88

магнитов.…………………………………………………………………….……. 26 2.1.2.5. Роторы высокоскоростных машин………………………………. 26

2.1.3.Типы обмоток..……………………………………………………… 28 2.1.3.1. Короткозамкнутые обмотки..…………………………………….. 28

2.1.3.2.Двухслойные якорные обмотки..………………………………… 28

2.1.4.Бандажи обмоток……………………………………………………. 30

2.1.5.Обмотки явно выраженных полюсов машин

переменного тока…………………………………………………………………. 31 2.1.6. Температурная компенсация………………………………………..32

2.2.Коллекторы и контактные кольца…………………………………. 35

2.2.1.Общие требования к коллекторам и контактным кольцам………..35

2.2.2.Конструкции коллекторов………………………………………….. 36

2.2.3.Конструкции контактных колец……………………………………. 37

2.3.Валы………………………………………………………………….. 39

2.3.1.Общие требования и классификация………………………………. 39

2.3.2.Виды нагрузок на валы.…………………………………………… 41

2.3.2.1.Скручивающий момент от привода или нагрузки.……………. 41

2.3.2.2.Нагрузка от веса деталей ротора...………………………………42

2.3.2.3.Нагрузка от остаточной неуравновешенности ротора………… 43

2.3.2.4.Нагрузка от одностороннего магнитного притяжения……….. 44

2.3.2.5.Общая нагрузка на вал.………………………………………….. 44

2.3.3.Критические частоты вращения.…………………………………. 45

2.4.Узлы подшипников.………………………………………………. 46

2.4.1.Общие требования и классификация..…………………………… 46

2.4.2.Подшипники качения……………………………………………… 49

2.4.3.Схемы установки подшипников качения………………………… 53

2.4.4.Уплотнительные устройства узлов подшипников.……………… 54

2.4.4.1.Неподвижные уплотнения………………………………………. 54

2.4.4.2.Уплотнения вращающихся валов..……………………………… 54

2.4.5.Способы подведения смазки к подшипнику..…………………… 56

2.5.Корпуса и щиты……………………………………………………. 58

2.5.1.Задачи проектирования корпусов и подшипниковых щитов…… 58

2.5.2.Конструкции корпусов.……………………………………………. 60

2.5.3.Конструкции подшипниковых щитов…………………………….. 62

2.6.Щетки и щеткодержатели…………………………………………..63

2.6.1.Основные сведения о щетках и щеточном контакте..…………… 63

2.6.2.Установка щеток…………………………………………………….65

2.6.3.Щеткодержатели…………………………………………………….67

3. ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ….………………..……71

3.1.Конструкции коллекторных машин постоянного тока……………..71

3.2.Конструкции машин переменного тока…………………………….. 73 4. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ……………………………. 76

4.1.Задачи и направления отработки конструкции на

89

технологичность……………………………………………………………76

4.2.Показатели технологичности…………………………………………79

4.3.Комплексная оценка технологичности конструкции…..……………82 ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………..84

Список

литературы………………………………………………..…86

Орлов Владислав Викторович, Анненков Андрей Николаевич

КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН МАЛОЙ МОЩНОСТИ

Редактор В. Д. Урина

Л. Р. № 020419 от 12.02.92. Подписано к изданию .06.98. Усл. печ. л. 5. Уч.- изд. л. 4,8.

Издательство Воронежского государственного технического университета

394026 Воронеж, Московский просп., 14