технология эма-12 у весна(1) / технология эма-12 у весна-1 / изготовление коллектора / лекция коллектор на пластмассе

Технология изготовления коллекторов на пластмассе

. Классификация коллекторов на пластмассе

Деформация рабочей поверхности коллектора со стальным корпусом в процессе эксплуатации является одной из основных причин снижения экс­плуатационной надежности и долговечности коллект рных электрических машин. Поиск новых более совершенных конструкций коллекторов и техно­логий их изготовления на протяжении десятилетий проводился в различных направлениях как для машин малой и средней мощности, так и для крупных коллекторных электрических машин. К таким конструкциям относятся кол­лекторы на пластмассе, которые получили широкое распространение в элек­трических машинах малой и средней мощности.

В настоящее время созданы и успешно эксплуатируются электрические машины с коллектором на пластмассе с диаметром рабочей поверхности до 500 мм.

По технологии изготовления рабочей поверхности коллекторы на пласт­массе можно классифицировать следующим образом (рис.1.

Основные конструкции коллекторов на пластмассе представлены на рис.2.

Коллекторы могут надеваться на вал непосредственно пластмассовым корпусом (рис.2, а, д), или для большей надежности посадки их снабжают стальной втулкой (4) (рис.2, б, в, г, ё).

Коллекторы с пакетом из отдельных пластин имеют различную форму и количество крепежных выступов типа ласточкина хвоста. Для более прочно­го и надежного удержания пластин этих выступов в зависимости от длины пластин стремятся изготовить больше.

Для повышения механической прочности в пластмассе размещают арми­рующие стальные кольца (рис.2, б) или кольца из бандажной стеклоленты типа ЛСБ. Армирующие стальные кольца могут быть отрезанными от трубы или образованные несколькими витками проволоки, сваренными встык. Для предохранения от замыкания армирующего кольца с медью и правильного фиксированного положения его относительно крепежных выступов арми­рующие кольца предварительно изолируют и опрессовывают стеклопластиком. Для повышения механических свойств стальных колец их изготовляют из хромистой стали (например, 40Х) с последующей термообработкой.

Коллекторы на пластмассе с несущим металлическим корпусом (рис. 2, г) имеют составной стальной корпус (втулку) и кольцо коллекторных пластин с изоляционными прокладками. Между втулкой и кольцом пре­дусмотрена щель для заполнения однородной пластмассой, поэтому такой коллектор называют коллектором щелевой конструкции. Прессование пластмассой происходит через узкую щель (1...5 мм) при высоком давлении (около 100 МПа). У коллекторов щелевой конструкции основное усилие воспринимают стальные втулки, а пластмасса является связующим и изолирующим веществом. Такая конструкция, являясь более дорогой, чем конструкция коллектора на пластмассе, выгодно сочетает в себе лучшие свойства пластмассовых (простота изготовления, надежность) и сборных коллекторов (хорошая теплопроводность, жесткость несущих элементов).

В последнее время для машин малой мощности коллекторы диаметром до 50 мм набирают не из отдельных пластин, а пластины получают разделением цельной заготовки после опрессовки ее пластмассой (рис.3).Коллекторы, пластины которых образованы разделением цельной заготовки, имеют меньшую трудоемкость по сравнению с коллекторами на пластмассе с пакетом из отдельных пластин. При изготовлении таких коллекторов

Рисунок3–Коллекторы на пластмассе, пластины которых образованы разделением цельной заготовки

а - с пакетом пластин, изготовленных из кольца, б -с пакетом пластин, изготовленных из полосы

а –с пакетом пластин, изготовленным из кольца, б–с пакетом пластин, изготовленным из полосы.

Уменьшается расход меди, отсутствует миканитовая изоляция между коллекторными пластинами, отсутствуют операции сборки, опрессовки и выпечки пакета колекторных пластин. Кроме того, конструкция таких коллекторов позволяет автоматизировать процесс их изготовления.

Коллекторы с пакетом пластин, изготовленным из кольца (рис. 3, а), получают гибкой медной полосы в кольцо, затем фрезеруют канавки на внутренней поверхности этого кольца для крепления с пластмассой, опрессовывают пластмассой и разделяют кольцо по наружному диаметру на отдельные пластины.

Коллекторы с пакетом пластин, изготовленным из полосы, (рис. 3, б), при изготовлении включают операции штамповки медной полосы, гибки по­лосы в кольцо по диаметру коллектора, выгибки выступов внутрь кольца и наружу, опрессовки пластмассой, разделения кольца по наружному диаметру на отдельные пластины.

Для изготовления корпусов коллекторов на пластмассе применяют в основном следующие прессовочные материалы: пластмассы К-6, АГ-4, У 5-301-41 и пресс-порошки К-21-22. Пластмасса К-6 представляет собой термо­реактивный материал на основе фенолоформальдегидных смол с минераль­ным волокнистым наполнителем - асбестом. Фенолоформальдегидные смолы относятся к группе синтетических смол, переходящих при нагревании в не­плавкое и нерастворимое состояние. Пластмасса К-6 является основным ма­териалом для изготовления малых и средних коллекторов. Основным недос­татком этой пластмассы является наличие включений железа, что может стать предпосылкой замыкания соседних коллекторных пластин. В машинах высокого напряжения пластмассу К-6 не применяют, так же, как и стальные армирующие кольца.

Прессовочный материал АГ-4 представляет собой термореактивный волок­нистый стеклопластик на основе фенолоформальдегидной смолы Р-2 со стекло-волокнистым наполнителем. Пресс-материал изготовляется двух марок АГ-4В и АГ-4С. В пресс-материале АГ-4В наполнителем является предварительно наре­занное на отрезки 20... 100 мм стекловолокно, расположенное в неориентиро­ванном направлении. Стекловолокно в массе составляет 70 %, остальное - смола. В пресс-материале АГ-4С наполнителем являются длинные, ориентированные в одном направлении стекловолокнистые нити диаметром 7., .9 мкм.

Стеклопластик АГ-4 обладает высокими механической и электрической прочностью и теплостойкостью, малой усадкой, более стабильными электри­ческими свойствами при хранении и в эксплуатации

Прессовочный материал фенопласт У5-301-41 представляет собой ударо­прочную резольную волокнистую массу с высокими показателями тепло­стойкости (до 200 °С), ударной вязкости (до 20 кДж/м²) и высокими диэлек­трическими свойствами. Физико-механические свойства этого фенопласта почти не изменяются при многолетней эксплуатации.

Карболитовые пресс-порошки типа К21-22 с органическим наполнителем (древесная мука) применяются только для коллекторов диаметром до 25 мм.

Общим недостатком пластмасс является их низкая теплопроводность. Это вызывает при пайке коллектора появление внутренних температурных на­пряжений.

Большое влияние на качество пластмасс оказывают условия их хранения. Они должны храниться в герметизированной таре. Наличие влаги в массе вызывает вздутия, трещины, повышенную усадку.

Для более экономичного использования прессовочных материалов их пе­ред прессованием таблетируют, придавая им форму и размеры, удобные для закладывания в пресс-форму. Это позволяет сэкономить значительное коли­чество времени при загрузке пресс-формы и организовать предварительный подогрев таблеток в специальных

Технология изготовления коллекторов для машин малой мощности

Для машин малой мощности практически все коллекторы изготавливают на пластмассе. Разработано множество технологических схем изготовления таких коллекторов.Из них наиболее механизированные технологические роцессы:

1–изготовление коллектора с кольцом, собранным из отдельных коллекторных и изоляционных пластин,

2–изготовление коллектора с кольцом, собранным из отдельных коллекторных пластин и пластмассовой межламельной изоляции,

3–изготовлении коллектора разделением цельной заготовки.

Технология изготовления коллекторов разделением цельной заготов­ки применяется для изготовления коллекторов диаметром до 50 мм.

Суть такой технологии заключается в следующем. Берут круглую медную заготовку (из трубы или согнутой полосы), выполняют на ней выступы для крепления с пластмассой (в некоторых конструкциях и с обмоткой), опрессо-вывают пластмассой и разделяют ее на пластины.

Из многих технологических процессов рассмотрим два:

1. гибка полосы в кольцо с последующей прошивкой и отгибкой выступов;

2. штамповка в медной полосе выступов с последующей гибкой в кольцо и отгибкой выступов.

Технологическая последовательность операций при изготовлении коллектора гибкой полосы в кольцо с последующей прошивкой и отгиб­кой выступов показана на рис.4

Технологический процесс состоит из шести основных операций:

I операция - отрезка медной полосы и гибка ее в кольцо (1). После гибки производят калибровку для получения точного размера кольца;

II операция - прошивка. Кольцо устанавливают в приспособление и прошивкой за один ход пресса прошивают внутри кольца пазы (3). Место стыка кольца (2) должно находиться на середине одного из пазов;

III операция - подсечка и отгибка опорных выступов для крепления пластмассой. Заготовку загружают в штамп и пуансоном подрезают, а затем отгибают выступы. При первом ходе пресса получают выступы (5), которые располагаются ближе к центру кольца, а при втором ходе - выступы (4);

IV операция - опрессовка пластмассой (6). Перед опрессовкой заготовку обезжиривают в растворе (едкий натр технический, тринатрийфосфат технический и вещество ОП-7) при температуре 60...70°С в течение 5... 10 мин, помещают в пресс-форму, устанавливают таблетку пресс-материала и производят опрессование. После этого выполняют термообработку;

V операция - обработка внутреннего отверстия и разделение пластин. Отверстие обрабатывают твердосплавной разверткой. Для разделения пластин заготовку помещают в приспособление, ориентируют и прошивают наружной прошивкой пазы (8) по внутреннему диаметру. В приспособлении заготовка ориентируется так, чтобы внутренние и наружные пазы перекрывали друг друга и произошло разделение заготовки на отдельные коллекторные пластины;

VI операция - фрезерование шлицев (7) в коллекторных пластинах для установки в них выводов обмотки.

В последние годы все большее распространение получают крючковые коллекторы, которые имеют более высокие технико-экономические показа­тели по сравнению с коллекторами со шлицевым соединением (рис. 2, д, е). Самое широкое распространение такие коллекторы получили в электриче­ских машинах для автомобилей и тракторов, а также в бытовой технике. Кон­структивные и технологические решения крючковых коллекторов позволяют:

1. механизировать изготовление коллекторов;

2. уменьшить расход коллекторной меди. Коэффициент использования коллекторной меди увеличивается с 0,6 до 0,75;

3. автоматизировать процесс присоединения выводных концов обмотки якоря к коллекторным пластинам в процессе намотки якоря;

4. автоматизировать приварку выводных концов обмотки якоря к коллек­торным пластинам;

5. исключить зачеканку выводных концов обмотки якоря в шлицах пла­стин и их обрезку;

6. исключить отходы обмоточного провода;

7. упростить конструкцию якоренамоточных станков и систему управле­ния ими;

уменьшить себестоимость оборудования и увеличить его эксплуатаци­онную надежность. Технологическая схема изготовления крючкового коллектора из цельной заготовки приведена на рис. , а технологическая схема изготовления крючкового коллектора, пакет пластин которого изготовлен из отдельных пластин, приведена на рис. Коллекторы с пакетом пластин из цельной заготовки имеют рабочую ок­ружную скорость до 20 м/с, а с пакетом из отдельных пластин - свыше 20 м/с. Коллекторная медь, как в первом, так и во втором случаях, предвари­тельно прокатывается в прокатном стане для получения необходимого про­филя для данной конструкции коллектора. Медь перед прокаткой имеет твердость 48.. .52 НВ, после прокатки - 90.. .95 НВ.

Исходными материалами служат проволока прямоугольного сечения, лен­ты или шины. Для изготовления коллектора из цельной заготовки бухту мед­ной ленты для получения необходимого профиля прокатывают на прокатном стане (рис. 5) производства фирмы «Rognoni» (Италия).

Исходный материал (проволока, лента или шина) в бухте устанавливается на разматыватель (1) прокатного стана, далее по направляющей (2) пропуска­ется через прокатную головку (3) и укрепляется в барабане гидравлического вариатора (4) с двигателем мощностью 15 кВт. В процессе прокатки материал

. наматывается на намоточное устройство. Для получения заданного сечения и конфигурации исходный материал прокатывается дважды. Точность прока­та- 0,01 мм, производительность стана - 10... 15 м/мин. На установке можно прокатывать профиль сечением от 10 до 150 мм, при этом сечение материала можно уменьшить на 20 %. Габаритные размеры стана - 9150x2500x1600 мм.

После получения необходимого профиля (поз. I рис. 6) бухта медной ленты подается на пресс, где многопозиционным штампом выштамповуются выступы под крючки, вырубаются заготовки по длине (поз. II) и свертывается в кольцо (поз. III).

Затем на специальном протяжном станке по внутренней поверхности медного кольца прорезают пазы по числу коллекторных пластин (поз. IV) и отсекаются крепежные выступы (поз. V) (образуется пакет пластин).

Протяжной станок (рис. 7) производства фирмы”Varinelli” (Италия) имеет магазин (6), куда загружают мед­ные кольца заготовок, которые протяги­ваются инструментом (5), а затем в реб­рах заготовки отсекаются крепежные выступы. Готовые детали поступают через лоток (7) в тару. Медная стружка собирается в тару через лоток (1). Уси­лие протягивания - 100 кН, скорость протягивания - 2…10м/мин, скорость возврата инструмента - 35 м/мин, про­изводительность станка - 200 деталей/ч, габаритные размеры -3800x3000x3525 мм. После протяжного станка пакет пластин опрессовывается пластмассой и термо-обрабатывается (поз. VI рис. 7.37). За­тем обрабатывается посадочное отверс­тие (поз. VII), дисковой фрезой выпол­няют деление заготовки на отдельные пластины (поз. VIII). На специальном станке в готовом коллекторе формуются и отгибаются крючки (поз. IX). Перед напрессовкой на вал готовый коллектор проходит испытание на электрическую и механическую прочность.

Для изготовления коллектора, пакет пластин которого изготовлен из гото­вых пластин), бухту коллекторной медной полосы для получения необходимого профиля (поз. I) прокатывают на прокатном стане. Затем на специальном прессе выполняют штамповку штучных заготовок пла­стин), Из этих заготовок на специальном станке коллектор­ные пластины собирают в пакет и запрессовывают в технологическое кольцо (поз. III). Автоматический станок для сборки коллекторных пластин в техно­логическое кольцо фирмы «Ikomatic» (Италия) показан на рис. 8. Коллекторные пластины из вибропитателей (1) пода­ются в узел сборки, где соби­раются в сборочную оправку (11). Собранный в сборочном гнезде пакет на четырехпози-ционном поворотном столе (3) перемещается в зону по­дачи технологических колец (9), а затем с технологиче­ским кольцом - в зону за­прессовки (7), где пакет за­прессовывается в кольцо и далее поворотным столом подается в устройство выдачи готового изделия (4).

Производительность стан­ка - 60 пакетов/ч при числе коллекторных пластин 32. Габаритные размеры станка - 2145x1830x1800 мм.

После запрессовки пластин в технологическое кольцо пакет опрессовы-вают пластмассой и термообрабатывают. Затем обрабаты­вают посадочное отверстие коллектора (поз. V), производя предварительно фрезерование крючков, а затем зазоров между пластинами (поз. VI) (продо-рожка коллектора), которые в собранном виде замкнуты между собой.

На специальном станке выполняют отгиб и формовку крючков (поз. VII). Готовый коллектор испытывают на электрическую и механическую проч­ность.

Лабораторная установка для контроля формы рабочей поверхности кол­лектора диаметром до 50 мм в динамике при температуре от 15 до 150 °С фирмы «Koragliotto» (Италия) (рис.9) оборудована двумя электрошпинде­лями (3): на одном можно проверять коллекторы диаметром до 50 мм при частоте вращения шпинделя 3000...36000 об/мин, а на втором - коллекторы диаметром до 30 мм при частоте вращения 3000...51000об/мин. Двигатели шпинделей питаются от статического преобразователя (5). На установке име­ется бесконтактный датчик, устанавливаемый над коллектором. Форма кол­лектора изображается на экране осциллографа.

Фирма «Ко11ек1га» (Германия) изготовляет коллекторы и контактные кольца диаметром 12...75 мм более чем 200 типоразмеров. Выпускаемые коллекторы имеют различное конструктивное исполнение в зависимости от их назначения: коллекторы с армировочными кольцами и без них, с крючко­выми петушками, металлической втулкой и без нее, со слюдосодержащей изоляцией и воздушным зазором между пластинами.

Все фирмы выпускают коллекторы с армировочными кольцами с коллек­торными пластинами из двухступенчатой профильной меди с целью ее эко­номии. На рис. 10 показан профиль коллекторной пластины и изоляцион­ной прокладки. Как видно из рисунка, рабочая высота пластины имеет трапе­цеидальную форму, а зона крепежного выступа выполнена тоньше, что по­зволяет снизить расход меди на 15...20 %. При такой форме пластин снижа­ется также расход дорогостоящих слюдяных материалов для изоляционных прокладок. «Высечки» в изоляционных прокладках служат для фиксации колец в пакете пластин. Такая форма пластин используется в кол­лекторах диаметром до 350 мм.

Фирма «МАМ» (Италия) изготовляет коллекторы более 730 типоразмеров диа­метром 4,4...280 мм с числом пластин 3...216, а также 54 типоразмера контакт­ных колец диаметром 24...530 мм. В чис­ле выпускаемых типоразмеров коллекто­ров более 40 типоразмеров крючковых коллекторов диаметром 4,4...34 мм с чис­лом пластин от 5 до 34.

В нашей отечественной промышленности основная масса коллекторов выполняется в цилиндрическом исполнении с фрезерованными шлицами в пластинах для присоединения выводных концов обмотки якоря. Трудоем­кость изготовления таких коллекторов остается довольно высокой.

В двигателях бытового назначения целесообразно более широко приме­нять крючковые коллекторы, так как конструктивные и технологические ре­шения таких коллекторов позволяют механизировать изготовление самих коллекторов и снизить расход коллекторной меди. Возможна также механи­зация намотки якорей, при этом конструкция станков для намотки якорей и система управления ими упрощаются.

Конструкторы и технологи электромашиностроительной отрасли большое внимание уделяют разработке технологии получения углеграфитовых кол­лекторов с целью механизации и автоматизации их изготовления. Примене­ние углеграфитовых материалов в узлах токосъема позволило улучшить коммутационную способность и повысить износостойкость коллекторов в сравнении с медными аналогами.

Анализ конструкций и технологии изготовления коллекторов электрических машин малой мощности в отечественном электромашиностроении и за рубежом показал, что для обеспечения высоких качественных характеристик, производи­тельности труда, а также уровня механизации и автоматизации их изготовления необходима организация централизованного производства коллекторов.

7