32

Глава 5 технология сборки электрических машин

5.1 Проектирование технологических процессов сборки

Сборка является одним из важных этапов в производстве электрических машин. От правильно выбранного технологического процесса сборки и каче­ственного выполнения всех операций зависят надежность и долговечность электрической машины, а также ее энергетические показатели.

Технологический процесс сборки электрической машины состоит из двух этапов:

1) сборка из отдельных деталей сборочных единиц (узловая сборка);

2. сборка из предварительно собранных сборочных единиц, покупных де­талей и деталей, выпускаемых заводом (общая сборка).

Детали при соединении в сборочные единицы и сборочные единицы при соединении в готовое изделие должны сохранять определенное положение в пределах заданной точности. В одних случаях при сборке должен быть вы­держан зазор, обеспечивающий взаимное перемещение деталей, в других - необходимый натяг, обеспечивающий прочность соединения.

Технологический процесс сборки электрической машины должен разра­батываться раньше технологических процессов изготовления большинства ее деталей. Такая последовательность позволяет при выявлении невозможности осуществления процесса сборки или обеспечения необходимой точности своевременно вносить изменения в конструкцию электрической машины.

Последовательность разработки технологии сборки следующая:

1) изучение сборочных и рабочих чертежей;

2. проведение размерно-точностного анализа;

3. установка порядка комплектации узлов и машины в процессе сборки;

4. разработка схем соединения сборочных единиц и машины в целом;

5. отработка технологических процессов сборки.

Проведение размерно-точностного анализа позволяет решить следующие основные задачи:

1) изучить взаимосвязь структурных элементов;

2. разработать схемы размерных связей сборочных единиц и машины в целом;

3. определить сборочные размерные цепи и выбрать метод обеспечения точности замыкающих звеньев;

4. проверить возможность достижения необходимой точности соединения для принятой комплектации сборочных единиц.

Размерно-точностной анализ проводят на базе теории размерных цепей.

Размерной цепью называют совокупность взаимосвязанных размеров, образующих замкнутый контур и определяющих взаимное положение по­верхностей (или осей) одной или нескольких деталей. Замкнутость размерной цепи приводит к тому, что размеры, входящие в цепь, не могут назначаться независимо, т. е. значение и точность, по крайней мере одного из размеров, определяются остальными. Размерная цепь состоит из отдельных звеньев.

Звеном называется каждый из размеров, образующих размерную цепь. Ее звеньями могут быть любые линейные или угловые параметры. Любая раз­мерная цепь имеет одно замыкающее (исходное) звено и два или более со­ставляющих звеньев. Замыкающим является звено, исходное при постановке задачи или получающееся последним в результате решения этой задачи. Та­ким образом, замыкающее звено непосредственно не выполняется, а пред­ставляет собой результат выполнения (изготовления) всех остальных звеньев цепи. Из всех возможных схем размерных связей необходимо принимать ту, которая включает наименьшее количество размеров.

Размерно-точностной анализ сборочной единицы - задача конструктора. Но технолог также часто вынужден рассчитывать размерные цепи при отра­ботке конструкции изделия на технологичность. Таким образом, технологу приходится проводить дополнительный размерно-точностной анализ. В соот­ветствии с ГОСТом предусматриваются следующие методы достижения точ­ности замыкающего звена (ранее назывались методами сборки):

1. полной взаимозаменяемости;

2. неполной взаимозаменяемости;

3. групповой взаимозаменяемости;

4. пригонки;

5. регулирования.

Метод полной взаимозаменяемости предусматривает сборку без какой-либо дополнительной обработки деталей, их подборки или пригонки. Он экономичен там, где капитальные затраты на оснащение производства оку­паются экономией, получаемой при сборке большого количества изделий. При использовании этого метода ускоряется сборка, снижается ее трудоем­кость и увеличивается выпуск изделий. При эксплуатации и ремонте обеспе­чивается быстрая замена изношенных деталей и сборочных единиц без ка­кой-либо пригонки.

К недостаткам этого метода относят допуски на составляющих звеньях меньше, чем при всех остальных методах, что может привести к увеличению трудоемкости механической обработки и общей неэкономичности метода.

Метод неполной взаимозаменяемости предусматривает сборку, как пра­вило, без пригонки, регулировки, подбора, при этом у небольшого количест­ва изделий (обычно 3 изделия на 1000) значения замыкающего звена могут выйти за установленные пределы, вследствие чего возможны дополнитель­ные затраты на замену или подгонку некоторых деталей. Преимущества это­го метода те же, что и метода полной взаимозаменяемости, плюс экономия, получаемая при механической обработке за счет расширения полей допусков.

Метод групповой взаимозаменяемости (селективной сборки) преду­сматривает сборку без пригонки и регулировки. После изготовления соби­раемые детали рассортировывают по фактическим размерным группам. При сборке соединяют детали соответствующих (одинаковых) групп для получе­ния размера замыкающего звена в заданных пределах. Преимущества метода заключаются в возможности достижения высокой точности замыкающего звена при экономически целесообразных допусках размеров составляющих звеньев. К недостаткам этого метода относят увеличение незавершенного производства, дополнительные затраты на проверку и сортировку деталей, усложнение снабжения запасными частями.

Метод пригонки предусматривает сборку за счет пригонки заранее наме­ченной детали (компенсатора), на которую при механической обработке (под сборку) устанавливают определенный припуск. Величина необходимого съе­ма припуска компенсатора определяется после предварительной сборки де­талей и измерений. Преимущества заключаются в возможности установления экономически целесообразных допусков на изготовление детали. Недостат­ками являются значительное удорожание сборки и удлинение ее сроков.

Метод регулирования предусматривает сборку за счет изменений разме­ра компенсирующего звена без снятия стружки. Это изменение обеспечива­ется подбором сменных деталей типа прокладок, колец, втулок или специ­альными конструкциями компенсаторов с помощью непрерывных либо пе­риодических перемещений деталей по резьбе, клиньям, коническим поверх­ностям. Преимущество метода заключается в возможности установления экономически обоснованных допусков и регулирования размера замыкающе­го звена не только при сборке, но и в эксплуатации для компенсации износа. К недостаткам этого метода следует отнести усложнение конструкции, уве­личение количества деталей в размерной цепи, усложнение сборки.

В электромашиностроении при сборке машин применяют все перечис­ленные методы независимо от конструкции, назначения, массы и других па­раметров, а также от типа производства - от единичного до крупносерийного.

Метод полной взаимозаменяемости используют в основном при сборке машин в поточно-массовом производстве. Статор, ротор, подшипниковые щиты взаимозаменяемы. Однако некоторые узлы собирают методом пригон­ки. Так, например, при сборке сердечника статора и корпуса для достижения необходимой соосности внутреннего диаметра сердечника и замков корпуса механическую обработку замков производят, приняв за базу внутренний диаметр сердечника. Таким же методом получают соосность наружного диа­метра сердечника ротора и шеек вала под посадку подшипников.

Метод регулирования применяют при сборке обмотки и сердечника в крупных электрических машинах. Так, например, для плотного расположе­ния катушек в пазу перед забивкой клина устанавливают необходимое число прокладок под клин, чтобы заполнить все оставшееся пространство между клином и катушкой. При скреплении лобовых частей катушек между ними также ставят необходимое количество прокладок для заполнения всего про­межутка между катушками.

В зависимости от положения изделия основными организационными формами сборки являются стационарная и подвижная.

При стационарной сборке машина полностью собирается на одном рабо­чем месте одним рабочим или одной бригадой. Все необходимые детали и сборочные единицы поступают на рабочее место. Стационарную сборку электрических машин, в зависимости от их габаритов, выполняют на специ­ально отведенной площадке цеха, либо на верстаках, либо на оборудованных стендах. Стационарная сборка применяется в единичном и серийном произ­водстве и может производиться концентрированным или дифференцирован­ным методом.

При концентрированном методе сборочный процесс не расчленяется на операции и сборка электрической машины от начала до конца производится одним рабочим или одной бригадой. Такой метод сборки применяется в еди­ничном производстве и требует высокой квалификации рабочих, больших затрат времени и значительных площадей для сборки.

При дифференцированном методе сборочный процесс расчленяется на отдельные операции, которые выполняются последовательно одним рабочим или одной бригадой. Такой метод сборки применяют в мелкосе­рийном и серийном производстве. Этот метод, по сравнению с концен­трированным, более производителен, но требует больших площадей, так как в процессе сборки около каждого сборщика находится значительное количество машин.

При подвижной сборке весь процесс сборки разбивается на отдельные операции и каждую из них выполняет отдельный рабочий или бригада рабо­чих, а изделие в процессе сборки перемещается от одного рабочего места к другому. Рабочие места оснащены необходимым сборочным инструментом и приспособлениями для выполнения одной и той же операции. Подвижную сборку применяют в крупносерийном и массовом производстве и выполняют только дифференцированным методом. Такой метод сборки более прогрес­сивный, так как позволяет специализировать сборщиков на определенных операциях, в результате чего повышается производительность труда.

В зависимости от расположения сборочных мест относительно друг друга, сборка электрической машины может иметь форму поточной или непоточной.

Поточной называется такая форма сборки, при которой сборочные места располагаются в последовательности выполнения операций технологическо­го процесса сборки и специализации рабочих мест. Такой метод сборки рас­членяет сборочный процесс на отдельные операции, примерно равные или кратные по времени выполнения и выполняемые непрерывно, а собранные готовые изделия с поточной линии сходят через определенные промежутки времени, называемые тактом.

Такт выпуска - интервал времени, через который периодически произ­водится выпуск изделий определенного наименования, типоразмера и испол­нения (ГОСТ 3.1109).

Форму поточной сборки можно применять как при стационарном, так и при подвижном собираемом изделии.

Поточную сборку при стационарном собираемом изделии применяют при большом такте сборки или выпуске тяжелых машин, перемещение которых затруднительно. Изделия при этом собирают на последовательно располо­женных неподвижных стендах, а сборщики после выполнения операции сборки с каждого рабочего места снимают готовое изделие.

Поточная сборка при подвижном собираемом изделии (поточная под­вижная сборка) может производиться как при непрерывном, так и при пе­риодическом перемещениях собираемых изделий от одного рабочего мес­та к другому.

При непрерывном перемещении изделия сборочную операцию выполняют во время движения изделия на конвейере в зоне рабочего места. Скорость кон­вейера устанавливают в зависимости от величины такта и расстояния между двумя рабочими местами. Изделие с одного рабочего места на другое должно переместиться за время, необходимое для выполнения одной операции.

При периодическом перемещении собираемого изделия с одного рабочего места на другое пользуются одним из следующих способов:

1) передачей изделия вручную по рольгангу ми на тележках;

2. передачей изделия механическими транспортными устройствами (при­водным рольгангом, механизированной тележкой, транспортной лентой и др.);

3. шаговым конвейером;

4. периодически перемещающимся пластинчатым конвейером.

На конвейере изделия собирают во время их остановок, равных длитель­ности выполнения операции. Сумма времени движения конвейера с изделием от одного рабочего места к другому и остановки для выполнения операции равна такту. При определении такта исходят из количества выпускаемых из­делий (мин/шт):

где Ф_рм - годовой (суточный) фонд времени сборочного места при приня­той сменности работы, ч;

В_с6 - годовой (суточный) выпуск изделий, шт.

При определении скорости конвейера (м/мин) исходят из типа движения конвейера:

- при непрерывном движении конвейера

ν_к = l/m

- при периодическом движении конвейера

ν_к = l(/m-t_р)

где l - расстояние между осями двух рабочих мест;

t_р - время остановки конвейера, в течение которого выполняют сбороч­ную операцию на одном рабочем месте.

При непрерывном движении скорость сборочного конвейера составляет 0,25...4 м/мин. Расстояние между осями рабочих мест зависит от габаритов собираемых электрических машин. Для электрических машин средних габа­ритов оно равно 1,25... 1,5 м.

Рабочая длина сборочного конвейера

L_рк = (М_сб + М_рез)·l

где М_сб, М_рез - количество сборочных и резервных мест на конвейерной ленте, шт.

Общая длина конвейера равна рабочей длине плюс длина приводного и натяжного участков.

Количество сборочных мест принимается равным количеству сборочных операций при выполнении каждой операции одним рабочим. Оно также мо­жет быть рассчитано по формуле:

где Т_к - трудоемкость сборки одного изделия, чел-ч.

Резервные места на конвейерной ленте служат для установки на нее перед сборкой транспортной партии статоров и после сборки - готовых машин. При увеличении выпуска электрических машин эти места используют как рабочие.