технология эма-12 у весна(1) / технология эма-12 у весна-1 / изготовление коллектора / контактные кольца

Технология изготовления контактных колец.

Особенности конструкции контактных колец

Контактные кольца применяются в синхронных машинах, в асинхронных двигателях с фазным ротором и в преобразователях. Они предназначены для передачи электрического тока от неподвижных щеток к обмотке вращающе­гося ротора. В синхронных машинах устанавливают два контактных кольца для питания обмотки возбуждения ротора. В асинхронных двигателях уста­навливают три контактных кольца для соединения трехфазной обмотки рото­ра с пусковым или регулировочным реостатом.

В преобразователях число контактных колец может быть и большим.

Основными эксплуатационными требованиями к контактным кольцам яв­ляются:

• высокая механическая прочность;

• высокая электрическая прочность;

• высокая износоустойчивость;

• минимальное биение.

Контактные кольца конструктивно располагают или между магнитопро-водом ротора и подшипниковым щитом, или выносят за подшипниковый щит. Последняя конструкция применяется чаще, т. к. позволяет выполнять оба подшипниковых щита одинаковыми, и, кроме того, устраняется опас­ность попадания щеточной пыли на обмотку.

Материалом для изготовления контактных колец служат медь, бронза или латунь для машин мощностью до 100 кВт и сталь или чугун для машин большей мощности. Перспективными с точки зрения технологии изготовле­ния являются кольца, прессованные из медного порошка.

Наружный диаметр контактных колец, как правило, принимают меньше наружного диаметра подшипника качения для того, чтобы подшипниковый щит при разборке машины мог быть снят без предварительного съема кон­тактных колец с вала. Соединение контактных колец с обмоткой ротора осу­ществляется токопроводами, проходящими через осевое и радиальные свер­ления вала. Технологический процесс изготовления узла контактных колец определяется в основном его конструкцией.

По конструкции и технологии изготовления узла контактные кольца раз­личают:

2. с горячей прессовкой на втулку;

3. с болтовым креплением;

4. с пластмассовым корпусом.

Контактные кольца с холодной прессовкой на втулку применяют в асин­хронных двигателях мощностью до 100 кВт. Кольца сидят на стальной или чугунной изолированной втулке за счет натяга посадки. Они работают на­дежно, если применены тщательно просушенные и пропитанные изоляцион­ные материалы и обеспечен надежный контроль за натягом прессовки при помощи манометра гидравлического пресса. Контактные кольца с холодной прессовкой просты в изготовлении и дешевы в производстве.

Контактные кольца с горячей прессовкой на втулку (рис. 1 а) более на­дежны, поэтому их применяют в машинах большей мощности и при тяжельгх условиях работы. Для изолировки колец от втулки на нее накладывают полос­ки формовочного миканита, прессуют и запекают в печи. Затем поверхность миканита обрабатывают резцом на токарном станке и насаживают контактные кольца, нагретые до 350...400°С. По мере остывания внутренний диаметр ко­лец уменьшается, и они плотно охватывают изолированную втулку.

а 6 б

Рисунок 1 - Конструкции узлов контактных колец:

а - с горячей посадкой на втулку, б - с болтовым креплением, в - с пластмассовым корпу­сом; 1 - контактные кольца, 2 - контактная шпилька, 3 - втулка. 4 - фланец. 5 - пластмассовая втулка, 6 - стяжная шпилька, 7 - болт токоподвода, 8 - пластмассовый корпус, 9 - выводная шинка, 10 - стальная втулка

Контактные кольца с болтовым креплением конструктивно отличаются от крепления контактных колец на втулке тем, что втулка заменена фланцем (4) (рис. 1, б), который надевают на конец вала и привертывают к его торцу. Три контактных кольца (1) стянуты тремя шпильками (6), изолированными

от колец пластмассовыми втулками (5). Токоподвод осуществляется с помо­щью болтов (7). Контактные кольца с болтовым креплением хорошо охлаж­даются, т. к. почти по всей поверхности обтекаются воздухом.

Контактные кольца с пластмассовым корпусом (1, в) применяют в машинах малой и средней мощности. По сравнению с пластмассовым корпу­сом коллектора в этой конструкции пластмассовый корпус (8) не подвержен действию центробежной силы и его условия работы гораздо легче. Для под­вода тока к кольцам (1) служат медные выводные шинки (9), привариваемые к внутренним поверхностям колец и распределяемые равномерно по окруж­ности. Во избежание замыкания с другими кольцами на выводные шинки надевают изоляционные трубки. Для большей надежности посадки пластмас­сового корпуса на вал машины его снабжают стальной втулкой (10).

Соединение контактных колец с обмоткой ротора осуществляется токо-подводами, проходящими через осевое и радиальные сверления вала. Токо-подводы соединяются с кольцами при помощи шпилек, вворачиваемых в кольца, или шин, привариваемых к кольцам. Резьба является плохим контак­том в токовой цепи. Плотность тока неравномерно распределяется между витками резьбы, что приводит к местному нагреву и искрению. С течением времени нагретые поверхности окисляются, что еще больше ухудшает кон­такт. В результате этого образуется дуга, и соединение разрушается. Поэтому в современных машинах шпильки сваривают с кольцами или скрепляют пай­кой твердым припоем.

Технология изготовления контактных колец способом холодной прессовки на втулку

Рассмотрим способ холодной прессовки контактных колец на втулку для асинхронного двигателя с фазным ротором мощностью до 100 кВт (рис. 2).

Технологический процесс изготовления контактных колец включает следующие стадии: изготовление деталей, сборку и отделку.

Изготовление деталей включает:

1. изготовление комплекта контактных колец;

2. изготовление и изолировку контактных шпилек;

3. изготовление стальной втулки;

4. изготовление разрезной стальной гильзы;

5. заготовку изоляции гильзы.

Рисунок 2 - Посадка контактных колец на втулку холодной прессовкой:

1 - контактная шпилька, 2 - изоляция кон­тактной шпильки, 3 - разрезная стальная гильза, 4 - контактные кольца, 5 - изоляция стальной гильзы, 6 - стальная втулка, 7 - верхний стол пресса, 8 - верхний диск, 9 - дистанционные стальные прокладки (клинья), 10 - электроизо­ляционные прокладки под клинья, 11 - нижний диск, 12 - нижний стол пресса

Комплект контактных колец (4) для электрических машин общепро­мышленного назначения изготовля­ют из чугуна, стали или латуни Л68. Каждое из трех контактных ко­лец имеет боковое отверстие с резьбой для соединения с контакт­ной шпилькой, и, кроме этого, среднее кольцо имеет еще одно проходное отверстие для шпильки верхнего кольца, а нижнее кольцо -два проходных отверстия для шпи­лек верхнего и среднего кольца.

Стальную втулку (6) отливают из стали или вытачивают из сталь­ного проката.

Контактные шпильки изготов­ляют из латунных или бронзовых круглых стержней и нарезают на них с двух сторон резьбы. Затем на шпильки надевают изоляционные трубки. Каждая из трех шпилек имеет свою длину, зависящую от расположения контактного кольца.

Разрезную гильзу изготовляют из стали толщиной 1 1,5 мм. Гильза пре­ дохраняет изоляцию от повреждения при прессовке.

В качестве изоляции гильзы используют полоски пропитанного электро­картона толщиной 0,4 и 0,1 мм, миканита или лакоткани.

Технологическая последовательность основных операций сборки и прес­совки колец следующая:

I-операция - сборка комплекта колец. Контактные шпильки (1) надежно соединяют с соответствующими контактными кольцами (4) и собирают вме­ сте, продев контактные шпильки в проходные отверстия колец;

II-операция - установка стальных дистанционных прокладок. В проме­ жутки между кольцами равномерно по окружности вставляют по три сталь­ ных дистанционных прокладки между каждой парой колец. Прокладки обес­ печивают постоянство расстояния между кольцами и предохраняют кольца от смещения при прессовке;

III-операция - укладка изоляции. Комплект колец устанавливают на ниж­ ний (подставной) диск (11) и по внутреннему диаметру колец выкладывают

полосы пропитанного электрокартона толщиной 0,4 и 0,1 мм, лакоткани или миканита (5). Полосы распределяют равномерно по окружности. Электрокар­тон толщиной 0,1 мм используют для регулировки и подгонки требуемой толщины изоляции;

IV–операция - установка разрезной гильзы. По внутреннему диаметру уложенной изоляции устанавливают разрезную стальную гильзу (3). Сверху в гильзу устанавливают центрично, без перекосов, стальную втулку(6 и на­крывают ее верхним (нажимным) диском (8);

V–операция - запрессовка стальной втулки. Весь собранный комплект колец устанавливают на нижний стол (12) пресса и запрессовывают втулку (6) в гильзу (3). Давление верхнего стола (7) пресса на "диск (8) контролируют по манометру. Если оно меньше указанного в инструкции, то вынимают разрез­ную гильзу и вкладывают еще одну электрокартонную прокладку, иповто­ряют запрессовку стальной втулки. После этого выбивают дистанционные прокладки из межкольцевых промежутков;

VI операция - сушка комплекта колец. Комплект запрессованных колец сушат в термопечи при температуре 110... 115 °С в течение 6...8 ч. Затем накладывают на изоляцию по ее краям и между кольцами бандажи из шпагата или стеклоленты, окрашивают электроэмалью и вновь сушат в термопечи при120 °С в течение 10... 12 ч;

VII–операция испытание на электрическую прочность. Электрическую прочность изоляции проверяют повышенным напряжением как между коль­цами, так и между втулкой и кольцами;

VIII операция - охлаждение и установка узла контактных колец на вал ро­тора. Узел контактных колец охлаждают до 80...90 °С и, установив втулку наконец вала ротора» давлением пресса насаживают на вал. При установке втулки на конец вала следят, чтобы контактные шпильки 1 пришлись против выводных концов обмотки;

IX операция - проточка контактных колец. Протачивают поверхности контактных колец на токарном станке, устраняя неровности и биения. Затем их шлифуют и полируют;

X операция - контроль биения колец. Индикатором проверяют биение ко­лец, которое не должно быть больше 0,04 мм.

Технология изготовления контактных колец способом горячей прессовки на втулку

Рисунок 3- Узел контактных колец с горячей прессовкой на втулку:

1 - чугунная втулка, 2, 3, 4 — контакт­ные кольца, 5 - выводная шинка, 6 - изоли­рующие шайбы, 7 - провододержатель, 8 -болт крепления провододержателя

Рассмотрим способ горячей прессовки контактных колец на втулку для асинхронного двигателя с фазным ро­тором мощностью 200 кВт (рис. 3).

Втулку (1) отливают из чугуна и об­рабатывают на станках. Комплект кон­тактных колец (2, 3, 4) изготовляют из чугуна, стали или бронзы. Изолирующие шайбы (6) и провододержатель (7) прес­суются из пластмассы. Выводные шинки (5) изготовляют из полосок латуни.

В качестве изоляции для втулки ис­пользуют формовочные миканит, слю­динит или слюдопласт толщиной 0,5...0,7 мм. Ширину заготовок изоля­ции выбирают на 15...20 мм больше высоты втулки.

Технологическая последовательность основных операций изолировки втулки следующая:

I операция - покрытие лаком втулки и изоляционных заготовок. Наруж­ную поверхность втулки и одну сторону каждой заготовки промазывают клеящим лаком и сушат на воздухе не менее 20 мин;

II операция - укладка изоляции на втулку. Заготовки изоляции подогре­вают до ее размягчения и укладывают лакированной стороной на холодную втулку и прижимают по всей поверхности лоскутом бязи. Так же укладывают следующие заготовки, смещая их на величину шага наложения. Дойдя до первой заготовки, приподнимают ее лопаткой над поверхностью втулки и продолжают накладывать полоски изоляции Последнюю заготовку смазы­вают лаком, вынимают лопатку и прижимают заготовки друг к другу в месте стыка лоскутом бязи. Поверх изоляции втулку обертывают двумя слоями телефонной бумаги;

III операция опрессовка изолированной втулки. Прессовку изоляции выполняют в конических кольцах с разрезными плашками (рис.4 )аналогично прессовке коллекторного кольца

.

Рисунок 4 - Опрессовка изолированной втулки в пресс-форме:

1 - основание, 2 - плашка, 3 - опрессовочное кольцо, 4 -изоляция втулки, 5 - втулка, 6 -транспортный крюк

Изолированную втулку устанавливаю! на основание (1) пресс-формы. Снаружи втулки устанавливают конические плашки (2) с углом конуса 4°. В местах их стыков укладывают по­лоски белой жести шириной 50...70 мм по всей высоте втулки. На плашки надевают опрессо­вочное кольцо (3). Собранную пресс-форму с помощью транспортного крюка (6) ставят в термопечь и нагревают до 140... 150°С. Затем пресс-форму переносят на стол гидравлическо­го пресса и прессуют с усилием, равным 0,65...0,75 полного давления. Величину полно­го давления пресса Р, Н рассчитывают по фор­муле:

Р= 1,26Л Л/?,

(7.8)

где О - диаметр втулки контактных колец, м;

И - высота втулки, м;

р - удельное давление, равное 50 • 10⁴ Па.

После этого пресс-форму снова помещают в термопечь и запекают изоля­цию при 170... 180 °С в течение 4 ч. После запечки пресс-форму подвергают второй прессовке при полном давлении и охлаждают, не снимая давления, до температуры окружающего воздуха. Затем снимают давление пресса, разби­рают пресс-форму и вынимают из нее втулку контактных колец. После запе­кания изоляция должна быть плотной и при постукивании издавать металли­ческий звук;

IV операция - обработка изолированной втулки. Поверхность изоляции втулки обрабатывают резцом на токарном станке до размеров, указанных в чертеже. Направление вращения планшайбы станка должно быть противопо­ложно направлению наложения заготовок изоляции. Скорость резания -40.. .70 м/мин, подача резца - не более 0,3 мм/об, глубина резания - 0,5 мм.

Технологическая последовательность основных операций сборки узла контактных колец следующая:

I операция - напрессовка колец на втулку. Контактные кольца насаживают на изолированную втулку с натягом. Для этого изолированную втулку устанавли- вают на ровной плите и равномерно по окружности втулки устанавливают четы­ре подставки для фиксации положения первого кольца относительно торца втул­ки. Затем кольца (2, 3, 4) (рис. 3) нагревают в термопёчи до температуры 300.. .450 °С и поочередно насаживают их горячими на втулку, чередуя с изоли­рующими пластмассовыми шайбами (6) (рис. 3). На гидравлическом прессе кольца прессуют и, не снимая давления, охлаждают;

II операция - установка изоляционных гильз и провододержателя. После охлаждения втулки с кольцами на выводные шинки (5) (рис. 3) надевают (7) (рис. 3) и прикручивают его к втулке тремя болтами (8) (рис. 3);

3. операция - испытание на электрическую прочность. Проверяют элек­трическую прочность изоляции как между кольцами, так и между втулкой и кольцами;

4. операция - проточка контактных колец. Поверхности контактных ко­лец протачивают на токарном станке, устраняя неровности и биения, остав­ляя припуск на окончательную обработку на роторе;

5. операция - укладка бандажа. Свободные поверхности изоляции бандажи-руют лентами и шнурами, покрывают электроэмалью и запекают в термопечи.

Технология изготовления контактных колец на пластмассе

Рисунок 7.49 - Контактные кольца на пласт­массовом корпуое:

1 - контактные кольца, 2 - пластмассовый корпус, 3 - выводная шинка, 4 - стальная втулка

Для изготовления контактных колец на пластмассовом корпусе (рис. 5) используют разъемную пресс-форму, в которую устанав­ливают контактные кольца. Для обеспечения заданного чертежом положения колец в стенках пресс-формы выполнены радиальные па­зы, в которые устанавливают коль­ца. Глубина пазов соответствует радиальному размеру выступания

колец над пластмассовым корпусом. Кольца изготовляют из меди, латуни или прессуют из медного порошка. К каждому кольцу припаивают твердым припоем или приваривают медные или латунные выводные шинки (3), на которые надевают изоляционные гильзы.

При установке колец в пресс-форме распределяют выводные шинки рав­номерно по окружности. Для более надежного соединения контактных колец

на пластмассовом корпусе с валом машины в корпус часто устанавливают стальную втулку (4), Она помещается сверху в собранную пресс-форму на центрирующий на дне выступ.

Прессовку контактных колец в пресс-форме производят так же, как и кол­лекторов, и с применением аналогичных пресс-материалов.

Для снятия внутренних напряжений после прессования узел контактных колец подвергают термообработке.

Затем производят механическую обработку, подвергают контролю элек­трической прочности и отделке.

7