2074

71

Щеткодержатель с цилиндрической пружиной показан на рис. 2.59. Эти щеткодержатели используются для более крупных машин. Нажатие на щетку осуществляется с помощью цилиндрической пружины через штампованный стальной рычаг. Щеткодержатель как и в предыдущей конструкции изолирован от подшипникового щита путем опрессовки опорной части пластмассой. В приведенных конструкциях щеткодержателей возможно развивать большие усилия на щетку.

3.ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ

3.1.Конструкции коллекторных машин постоянного тока

Существует большое число типов электрических машин постоянного тока, существенно отличающихся в конструктивном отношении. Рассмотрим двухполюсные машины постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов на примере двигателей типа ДПМ и ДПР.

Микродвигатели серии ДПМ включают четыре габарита. В качестве исходной величины для построения серии принят наружный диаметр корпусов электродвигателей. Электродвигатели разных габаритов геометрически подобны друг другу, т.е. все размеры относятся друг к другу как их наружные диаметры. Крепление двигателя производится за наружную поверхность магнита с помощью охватывающих его скоб.

Корпус электродвигателя ДПМ (рис.3.1) содержит литой постоянный магнит 1 цилиндрической формы, к торцевым частям которого прилиты выполненные из цинкового сплава концевые части 2 и 3. В концевом приливе 3 имеются окна для доступа к щеткодержателям, закрытые пружинной стальной

лен-

Рис. 3.1

72

той. К корпусу винтами крепятся выполненные из цинкового сплава подшипниковые щиты 4 и 5. В подшипниковые щиты залиты стальные втулки, предназначенные для установки подшипников. Подшипниковый щит 5, к которому жестко крепится суппорт 6 со щеткодержателями 7, имеет овальные пазы для регулировки положения щеток и установки их на нейтрали. Суппорт выполнен из пластмассы и дополнительно изолирован от подшипникового щита специальной прокладкой. Внешняя поверхность корпуса и подшипниковых щитов для защиты от коррозии имеет покрытие из хрома. Якорь содержит вал с накаткой, выполненный из нержавеющей стали, на который напрессован пакет 8 из листов электротехнической стали и коллектор 9. В пакете стали якоря семь круглых пазов, в которые уложена петлевая обмотка 10. На валу якоря установлены два радиальных подшипника. Регулировка осевого люфта производится специальными шайбами. Выходной конец вала имеет сегментную шпонку.

Микродвигатели серии ДПР являются двухполюсными электрическими машинами постоянного тока закрытого исполнения. Серия микродвигателей ДПР охватывает 6 габаритов и включает в себя интервал мощностей от 0,12 до 37 Вт. В качестве исходного параметра для построения серии принят наружный диаметр корпуса. Наружный диаметр меньшего габарита - 15 мм, наружный диаметр каждого последующего габарита на 5 мм больше.

В отличие от микродвигателей постоянного тока классической конструкции (с якорем, набранным из шихтованной электротехнической стали), микродвигатели серии ДПР содержат полый бескаркасный якорь, постоянный магнит, расположенный внутри якоря и наружный магнитопровод для замыкания магнитного потока. Якорь электродвигателя серии ДПР не содержит активной стали, т.е. в двигателе нет магнитных потерь. Благодаря отсутствию стали в якоре условия коммутации у микродвигателей серии ДПР более благоприятны по сравнению с условиями коммутации электродвигателей классической конструкции. Конструкция полого якоря позволяет значительно снизить момент инерции ротора. В ДПР она примерно в 2 раза меньше, чем в двигателях классической конструкции.

Корпус 1 (рис.3.2) ДПР, являющийся одновременно магнитопроводом,

73

представляет собой цилиндр, выполненный из магнитомягкой стали. В корпусе имеются закрываемые защитной лентой окна для доступа к щеткодержателю. К

Рис. 3.2.

корпусу при помощи винтов крепятся подшипниковый щит 2 и индуктор 3. Индуктор содержит постоянный магнит 4 цилиндрической формы с аксиальным отверстием и втулку 5 из нержавеющей стали, предназначенную для установки шарикоподшипника 6. Подшипниковый щит 2 содержит стальную втулку, предназначенную для установки шарикоподшипника 7, которая залита алюминиевым сплавом. Щит 2, к которому жестко крепится суппорт 8 со щеткодержателями 9, имеет овальные пазы для регулировки положения щеток и установки их на нейтрали. В качестве антикоррозийного покрытия корпуса индуктора и подшипникового щита применено химическое никилирование. Якорь 10 полый, бескаркасный. Он содержит вал, коллектор с обмоткодержателем и обмотку якоря. Вал выполнен из нержавеющей стали. Коллектор, представляющий с обмоткодержателем один узел, напрессован на вал, имеющий накатку. Обмотка якоря простая, петлевая, выполнена из мягких секций, намотанных проводом с эмалевой изоляцией и пропитана термореактивным компаундом. После формовки и полимеризации пропиточного компаунда якорь представляет собой жесткий монолитный узел. Подшипники радиальные. Регулировка величины осевого люфта производится специальными шайбами. На выходном конце вала имеются упорная втулка, сегментная шпонка и резьба, при помощи которых осуществляется соединение электродвигателя с приводным механизмом.

3.2. Конструкции машин переменного тока

Рассмотрим конструкцию двух типов электродвигателей: асинхронного и синхронного с возбуждением от постоянных магнитов (с радиальным и с аксиальным расположением блока постоянных магнитов и стального пакета ротора с короткозамкнутой обмоткой), являющихся наиболее характерными и распространенными для рассматриваемого класса машин.

Асинхронные машины относятся к бесщеточным машинам переменного тока. Рассмотрим конструкцию асинхронного двигателя на примере двигателей серии УАД, применяемых в трехфазной сети промышленной частоты напряжением 220 В при соединении первичных обмоток по схеме звезда, или в однофазной сети переменного тока при соответствующем соединении обмоток. Серия охватывает интервал мощностей от 1 до 70 Вт и имеет два исполнения по скорости вращения: двухполюсное (n = 3000 об/мин), а также четырехполюсное (n = 1500 об/мин). При использовании фазосдвигающего элемента в однофазном режиме можно получить до 70 % мощности трехфазного.

74

Электродвигатели серии УАД имеют классическую конструктивную схему: неподвижный наружный статор с распределенной обмоткой и внутренний ротор, вращающийся в подшипниках, расположенных в подшипниковых щитах. Конструкция двигателя представлена на рис.3.3. Статор представляет собой пакет 1, набранный из листов электротехнической стали толщиной 0,35 мм, залитый под давлением алюминиевым сплавом 2. Обмотка 3 статора - трехфазная, двухслойная, петлевая. Ротор содержит пакет 4, набранный из листов электротехнической стали, который напрессовывается на вал 5, выполненный из коррозийно стойкой стали. Короткозамкнутая клетка 6 получена заливкой пакета под давлением чистым алюминием.

Подшипниковые щиты 7 также от-

Рис. 3.3.

ливаются под давлением из алюминиевого сплава. Посадочные места подшипников армированы втулкой 8 из нержавеющей стали. Крепление подшипниковых щитов к статору производится путем склеивания клеем на эпоксидной основе. В двигателе используются шарикоподшипники легкой серии 9, которые

напрессовываются на вал. Доступ к подшипникам обеспечивается съемным фланцем 10.

Синхронные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов также относится к бесщеточным машинам переменного тока. Отличительной

75

особенностью этих двигателей является наличие на роторе кроме блока постоянных магнитов собранного из листовой стали пакета, в пазах которого размещена пусковая короткозамкнутая обмотка, служащая не только для обеспечения возможности асинхронного пуска, но и демпфером, препятствующим качаниям ротора. Наибольшее распространение получили синхронные двигатели двух конструктивных исполнений: двигатели с радиальным и с аксиальным расположением магнитов и пакета с короткозамкнутой обмоткой. Статоры принципиально не отличаются от статоров асинхронных двигателей общего назначения: пакеты набираются из изолированных листов электротехнической стали, в пазах располагаются обычные одно-, двух-, или трехфазные обмотки. Роторы сочетают в себе элементы синхронного двигателя - постоянные магниты и асинхронного двигателя - короткозамкнутую обмотку, выполненную в виде беличьей клетки.

Рассмотрим конструкцию ротора синхронного двигателя с радиальным расположением магнитов (рис. 3.4).

Ротор 1 содержит пакет 2, выполненный в виде кольца, напрессованного на постоянный магнит 3. В кольцевом пакете ротора имеются межполюсные прорези, размеры которых выбираются из условий оптимального использования энергии магнита. Постоянный магнит имеет немагнитную втулку 4, изготовленную заодно с магнитом. Пакет ротора напрессован на вал 5, на котором выполнена накатка. В пазах пакета ротора размещена стержневая короткозамкнутая обмотка, полученная литьем под давлением. Пакет статора 6 с первичной обмоткой 7 установлен в корпусе 8.

Конструкция ротора с аксиальным расположением постоянных магнитов приведена на рис. 3.5.

Здесь 1 - пакет ротора, набранный из листов электротехнической стали, установленный на вал 3 по прессовой посадке; 2 - короткозамкнутая обмотка,

76

служащая для пуска и в качестве демпфера, препятствующего качаниям ротора в установившемся режиме работы; 4-постоянный магнит; 5 - втулка постоянного магнита; 6 - пакет статора; 7 - первичная обмотка.

4.ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ

4.1.Задачи и направления отработки конструкции на технологичность

Вопросы, связанные с повышением эксплуатационных качеств электрических машин и снижением трудоемкости их изготовления, всегда являются актуальным и имеют первостепенное значение. Решение вопросов рационального проектирования электрических машин невозможно без тщательной увязки их с проблемами технологии. Главным здесь является применение типовых технологических процессов с максимальным уровнем автоматизации для основных видов электрических машин. Конструкцию электрической машины необходимо определять при условии обеспечения широкой унификации и нормализации узлов и деталей. В этом случае освоение производства нового конструктивного исполнения потребует меньше времени и ресурсов, чем подготовка производства индивидуального исполнения.

Общая задача, которую решает проектировщик электрической машины - обеспечение эксплуатационных требований в сочетании с возможностью промышленного производства конструкции. При такой постановке вопроса могут быть созданы различные варианты конструкций в равной степени удовлетворяющие поставленным условиям. Наиболее предпочтительным из всех является вариант, удовлетворяющий техническому заданию и обеспечивающий минимум затрат средств труда, материалов, энергии, обусловленных ее проектированием, изготовлением и эксплуатацией.

Таким образом, технологичность конструкции электрической машины это комплексная характеристика, отражающая эффективность ее производства. Под технологичностью конструкции понимают придание изделию таких форм, применение таких материалов и технологических приемов, которые обеспечивают при высоких эксплуатационных качествах изделия наиболее простое и экономичное его изготовление.

Различают два вида технологичности конструкций: производственную и эксплуатационную. Производственная технологичность конструкции проявляется в сокращении времени и средств на конструкторскую и технологическую подготовку производства новой машины, на процесс ее изготовления, на организацию и управление процессом производства, т. е. технологичная конструкция изготавливается с применением наиболее экономичных технологических процессов. Эксплуатационная технологичность конструкции выражается в сокращении затрат (средств, времени) на транспортировку, хранение, подготовку изделия к функционированию, на техническое обслуживание и ремонт. В дальнейшем речь пойдет именно о

77

производственной технологичности конструкции электрических машин, уровень которой зависит от условий изготовления.

Кусловиям изготовления относятся: вид изделия, тип производства, объем выпуска. Вид изделия определяет главные конструктивнотехнологические признаки, которые определяют требования к технологичности изделия. Объем выпуска и тип производства определяют степень технологического оснащения, механизации и автоматизации производства.

Применяются два вида оценки технологичности конструкции: качественная и количественная. Для качественной оценки технологичности требуется достаточно высокий опыт специалиста. Для нее характерен некоторый субъективизм, поэтому этот вид оценки технологичности может быть допустим только на стадиях проектирования, когда производится сравнение вариантов конструкции. Качественная оценка предшествует количественной. Количественная оценка технологичности конструкции выражается значениями соответствующих показателей. При этом возникает необходимость сравнения уровней технологичности с учетом освоенных конструкций. Данные об уровне технологичности конструкций выпускаемых машин принимаются за базовые. Базовые значения показателей могут приниматься в целях планирования повышения уровня технологичности вновь создаваемых конструкций. Базовые показатели производственной технологичности могут указываться в техническом задании на разработку вместе с другими требованиями. Важным условием повышения технологичности машины является максимально возможное применение при ее производстве стандартного оборудования, приспособлений, инструмента. Ответственность за выполнение заданного уровня технологичности несет конструктор-разработчик электрической машины.

Кзадачам, направленным на отработку конструкции на технологичность, относятся следующие:

1). Снижение трудоемкости изготовления.

2). Унификация и стандартизация составных частей машины.

3). Унификация элементов конструкции деталей (допусков, посадок, резьб, шлицов, шпонок и т. д.).

4). Возможность применения унифицированных технологических процессов, имеющегося в производстве оборудования, средств и методов испытаний и т. д.

5). Заимствование отдельных деталей и узлов от других машин, уже освоенных в производстве.

6). Повышение коэффициента использования материала.

7). Снижение материалоемкости изделия.

8). Использование доступных материалов и т. д.

Перечисленные мероприятия в большей или меньшей степени способствуют снижению себестоимости, повышению производительности, сокращению сроков освоения.

78

Уровень технологичности изделия закладывается уже на стадии электромагнитного расчета электрической машины. Разрабатываемая конструкция электрической машины должна соответствовать определенным технологическим требованиям:

1). Конструкционная компоновка схемы должна способствовать уменьшению протяженности кинематических и размерных цепей.

2). Сложность отдельных деталей должна соответствовать сложности узлов, в которые они входят.

3). Должны широко применяться стандартные изделия, узлы и другие элементы конструкции.

4). Должна быть обеспечена возможность широкого использования прогрессивных технологий.

5). Уменьшение материалоемкости.

6). Ограничение номенклатуры применяемых материалов.

Таким образом, технологичность конструкции определяется множеством факторов, что затрудняет определение единого показателя технологичности.

Уровень технологичности конструкции принято определять системой показателей, являющихся объективными критериями количественной оценки качества конструкции. Система характеристик конструкции изделия, определяющих состав используемых показателей, может быть разделена на четыре главные группы:

1). Структурные характеристики, которые устанавливают, насколько удачной является компоновка машины, насколько удалось избежать введения дорогостоящих деталей и т. д.

2). Технологические характеристики, которые показывают, в какой мере удалось подобрать наиболее экономичный техпроцесс с наименьшими затратами на оборудование, инструменты и т. д.

3). Сборочные характеристики, которые определяют экономичность и удобство сборки, а также то, как избежать доработку и подгонку деталей, повторных разборок, регулировок и т. д.

4). Экономические характеристики, которые служат для окончательной оценки экономичности конструкции и технологии, связанной с затратами материальных средств, рабочей силы, энергии, производственных площадей и др.

В электромашиностроении целесообразно определить еще одну группу характеристик - обмоточные. Они являются специфическими для этой отрасли и показывают, в какой степени в рассматриваемой конструкции машины удалось снизить трудоемкость обмоточно-изолировочных работ, автоматизировать или роботизировать трудоемкие операции, обеспечить изменение физических свойств применяемых материалов в заданном направлении.

Технологичность конструкции количественно оценивают следующими видами показателей:

80

сравнительно мало. Таким образом, полезную мощность машины можно использовать в качестве основного параметра только с учетом приведения по частоте вращения.

С другой стороны, активные размеры электрической машины и ее конструктивно-технологические показатели определяются отношением полезной мощности к частоте вращения, что дает величину, пропорциональную вращающему моменту. Таким образом, в качестве основного параметра часто используют вращающий момент M2 :

где Cм - стоимость материалов, затраченных на изготовление машины;

СЗ - основная зарплата рабочих, занятых в производстве;

Са - расходы на содержание и эксплуатацию оборудования.

Для полной оценки уровня технологичности конструкций применяют дополнительные показатели технологичности, к которым относят коэффициент унификации Ky , коэффициент использования материала KИ , коэффициент

эффективности взаимозаменяемости KВ, коэффициент применения стандартной оснастки KСО , относительная трудоемкость по видам работ T0.

Ниже приведены выражения для расчета дополнительных показателей технологичности.

Коэффициент унификации определяется как отношение количества унифицированных сборочных единиц и отдельных деталей, не вошедших в состав сборочных единиц , к общему числу составных частей изделия (без

EЗ DЗ - количество заимствованных сборочных единиц (деталей); EП DП - количество покупных сборочных единиц (деталей);

EСТ DСТ - количество стандартных сборочных единиц (деталей); E D - число сборочных единиц (деталей).

технологичности конструкции электрической машины.

Коэффициент материалоемкости определяется как отношение массы изделия m к номинальному значению его основного параметра: