3.5. Сборка сердечника якоря (ротора) на вал

Сердечники роторов, имеющих фазную обмотку или сварную клетку, а также сердечники якорей машин постоянного тока набирают из листов непо­средственно на вал. Для передачи вращающего момента на валу и предохра­нения от тангенциальных перемещений предусматривают призматическую шпонку, а в листах сердечника - паз под шпонку. Для предохранения от ак­сиальных перемещений на валу предусматривают буртик и нажимную шайбу (стопорную втулку) или буртик и кольцевую шпонку.

В этих машинах технология сборки сердечника на оправку более трудо­емкая, чем сборка на вал.

Сборку листов сердечника на вал применяют и для машин малой мощно­сти. Листы сердечника диаметром до 50 мм напрессовывают на рифленый вал. Листы удерживаются от радиальных и аксиальных перемещений силой трения. При необходимости листы дополнительно крепят втулками, распо­ложенными с торцов сердечника и надетыми по посадке с натягом. При изго­товлении листов из хрупкого материала, например из виккалоя, сборку лис­тов сердечника производят на втулку толщиной до 1 мм. Скрепление листов осуществляют развальцовкой концов втулки. При сборке листов сердечников на вал машин средней мощности используют гидравлические или пневмати­ческие прессы.

Сборка сердечника фазного ротора асинхронного двигателя на специаль­ном пневматическом прессе показана на рис. 3.11. По основанию пневмати­ческого пресса передвигается тележка (11). На рабочей части тележки имеются два отверстия, в которые вставляются сменные оправки (12). Ход те­лежки ограничивается фиксатором (13) и двусторонним упором (10) в поло­жениях, при которых ось оправки правой или левой части тележки совпадает с осью пневматического цилиндра (14) и полого штока (15). Расстояние меж­ду оправкой (12) и торцом сменного наконечника штока (15), ход поршня и усилие пресса зависят от размеров сердечников, собираемых на прессе.

Сборку сердечника на вал выполняют в следующем порядке. Вал (1) вставляют в оправку (12) до упора в ее буртик и надевают нижнюю нажим­ную шайбу (2). При посадке шайбы на вал с натягом, ее напрессовывают на гидравлическом прессе, поскольку усилия пневматического пресса недоста­точно. Затем в шпоночный паз вала устанавливают призматическую шпонку (9) и передвигают тележку (11) с валом в рабочее положение — под пневмати­ческий пресс. На вал надевают крайний лист (3), который отштампован из более толстой стали. Из предварительно взвешенных и подобранных по шпонке и шихтовочному знаку листов берут пачку (4) из 50...60 шт. и наде­вают на вал. Затем включают пресс и осаживают пакет листов до нажимной шайбы. Таким образом надевают остальные листы сердечника. При достиже­нии высоты сердечника на валу равной 30...40 мм в три - четыре паза сер­дечника устанавливают пазовые клинья (6).

Рисунок 6 11 - Схема сборки сердечника ротора на вал на пневматическом прессе

а - сборка сердечника на вал, б — вид пресса спереди, в - вид пресса сбоку

1 - вал, 2 — ниж­няя нажимная шайба, 3, 5 — крайние листы,

4 — листы сердечника, 6 — пазовый клин, 7 — верхняя нажимная шайба,

8 — полукруглые шпонки, 9 — призматическая шпонка,

10 - двусторонний упор, 11 - тележка, 12 - оправка, 13 - фиксатор,

14 - пневматический цилиндр, 15 - полый шток

При дальнейшей сборке листы базируют не только по внутреннему диа­метру, но и по пазам.

При конструктивной длине сердечника больше 350 мм для улучшения ох­лаждения предусматривают радиальные вентиляционные каналы. В этом случае сердечники делят на пакеты и между ними ставят листы с дистанци­онными распорками. Вентиляционные каналы в сердечниках статора и рото­ра должны совпадать по осевому направлению. Для этого необходимо вы­держать длину каждого пакета, а проверку размеров вести координатным методом от одной стороны машины как для статора, так и для ротора (рис. 3.12). За начало координат принимают упорный буртик на валу для внутреннего кольца подшипника.

После сборки всех листов сердечника наде­вают крайний лист (5) (рис. 3.11), верхнюю нажимную шайбу (7) и сердечник прессуют. Во избежание перемещения сердечника в осевом направлении его необ­ходимо закрепить шпонками или втулками.

При креплении шпонками сердечник прессуют и, когда нажимная шайба опустится ниже кольцевой выточки на валу, в выточку устанавливают две полукруглые шпонки (8). По­сле снятия давления пресса шпонки приваривают к валу.

Рисунок 3.12 - Координирование радиальных каналов статора и ротора.

При креплении сердечника стопорной втулкой (кольцом), которая уста­навливается на валу посадкой с натягом, сердечник прессуют, затем надева­ют на вал предварительно нагретую втулку и после ее остывания снимают давление пресса.

Затем сердечник транспортируют на участок обработки пазов. Для устра­нения в пазах всех неровностей, которые могли появиться при механической обработке, сборке и прессовании, их опиливают или протягивают протяжка­ми. Опиловка представляет собой ручную операцию, которую проводят спе­циальными напильниками, имеющими форму паза и несколько меньшие раз­меры, чем размеры паза. Напильники должны быть либо на 150...200 мм длиннее сердечника и иметь с обеих сторон ручки, если опиловку выполняют двое рабочих, либо иметь длину, равную примерно 0,7 длины сердечника, если опиловку производит один рабочий. Напильник вводят последовательно в каждый паз сердечника и опиливают неровности. Другим специальным на­пильником опиливают неровности шлица паза. Опиливают также острые края пазов на торцах сердечника. Качество опиливания определяют, заводя проходной калибр в каждый паз и визуально осматривая его.

Для обработки пазов протягиванием протяжкой ротор устанавливают у про­тяжного станка на две стойки, каждая из них имеет два ролика, в которых легко может вращаться вал. Сердечник торцом упирают в приспособление, которое вос­принимает усилия резания и позволяет поворачивать сердечник для обработки каждого паза, совмещая при этом оси паза и ползуна протяжного станка.

Протяжка своими режущими и калибрующими зубьями позволяет обра­ботать пазы согласно данным чертежа.

Следующей операцией является установка балансировочных колец на три прилива, имеющихся на нажимных шайбах. На каждом кольце проточен кольцевой паз типа «ласточкин хвост», куда устанавливают грузики при ба­лансировке собранного ротора.

После сборки, опиливания и контроля ротор в вытяжной камере продува­ют сжатым воздухом от стружки и пыли и отправляют на укладку обмотки.

Сердечник якоря собирают из отдельных листов, покрытых электроизо­ляционным лаком. Для сердечников якорей обычно применяют следующие марки холоднокатаной изотропной электротехнической стали:

Высота оси вращения, мм 80. ..200 225. ..315 355. ..500

Марка стали 2013 2312 2411

Коэффициент заполнения сердечника якоря сталью к_с = 0.95. Так как при сборке сердечника якоря размеры пазов в штампе и в свету не совпадают из-за смещения листов друг относительно друга, то на сборку сер­дечника даются припуски. При изготовлении не­больших партий машин штамповку листов выполняют обычно пазными штампами, а при массовом изготовлении используют компаундные штампы.

Сердечник якоря собирают в той же последовательности, что и сердечник ро­тора на аналогичном оборудовании. Вал (1) (рис. 3.13) в вертикальном положе­нии вставляют в оправку до упора в нее буртиком (2), надевают нижнюю на­жимную шайбу (3), обмоткодержатель (4) и устанавливают шпонку (5). Затем надевают крайние листы (6), серединные листы (7), крайние листы (8), обмотко­держатель (9) и верхнюю нажимную шайбу (10). После этого сердечник прессу­ют и одевают на вал предварительно нагретую стопорную втулку (11).

Рисунок 3.13 - Собранный сердеч­ник якоря перед укладкой обмотки

(якорь необмотанный)

1 - вал, 2, 12 - буртики ступеней ва­ла, 3 - нижняя нажимная шайба,

4, 9- обмоткодержатели, 5, 14 - шпонки призматические, 6, 8 - крайние листы,

7- серединные листы, 10 - верхняя нажимная шайба,

11 - стопорная втулка, 13 - коллектор

После остывания втулки снимают давление пресса, якорь транспортируют на участок обработки пазов, где пазы подвергают опиловке или протягиванию протяжкой. Затем сердечник продувают сжатым воздухом и на вал напрессовы­вают коллектор (13) по шпонке (14). Кол­лектор напрессовывают до упора в бур­тик (12) ступени вала.

После этого якорь необмотанный от­правляют на участок укладки обмотки.

Стопорная втулка, запирающая сер­дечник ротора (якоря) на валу, восприни­мает усилие, вызываемое упругостью спрессованного пакета и сдвигающее на­жимную шайбу вдоль оси. Это усилие, Н, находится по формуле:

где D_П = D₂ — h_П - диаметр окружности, проведенной через середины пазов, м;

D₂ — диаметр ротора (якоря), м;

h_П - высота паза, м;

d_B - диаметр вала, м;

q - упругость спрессованного пакета, берется как 1/3 усилия прессовки:

q = (0,5...1)·10⁶ Па. Большие значения q выбирают для машин меньшей мощности.

Для предотвращения сдвига втулки на валу под действием этой силы не­обходимо, чтобы сила сцепления Р втулки с валом превышала силу Q не ме­нее чем в 1.2 раза. Сила Р зависит от натяга, то есть разницы внутреннего диаметра втулки и наружного диаметра вала. Необходимый натяг рассчиты­вается исходя из геометрических размеров вала, втулки и силы Q, а затем по «Единой системе допусков и посадок» выбирается стандартная посадка. В соответствии с выбранной посадкой устанавливаются допуски на изготовле­ние вала и втулки. После этого уточняется усилие сдвига втулки и проверяет­ся максимальное напряжение на втулке, которое не должно превышать до­пустимого значения для материала, из которого изготовлена втулка.

Порядок расчета натяга и выбора посадки следующий.

Определяем давление на посадочную поверхность, Па, по формуле:

где S - площадь посадочной поверхности, м²:

S = π· d_B· l_B (d_B и l_B внут­ренний диаметр и длина втулки, м);

f - коэффициент трения между сопрягающимися поверхностями (для ста­лей и чугунов в среднем f = 0.1...0.15).

Определяем необходимый минимальный натяг, м:

где В - посадочный коэффициент.

Если вал и втулка изготовлены из стали, а вал не имеет отверстия, то:

где Е - модуль упругости. Для сталей Е = 2.1·10¹¹ Па;

D_в и d_в — наружный и внутренний диаметры втулки, м.

По полученному значению натяга ∆_min выбираем стандартную посадку, имеющей натяг, близкий к расчетному.

Максимальное напряжение на втулке определяем по формуле:

Значение р' определяем при максимальном натяге ∆_max. Макси­мальное напряжение на втулке сопоставляют с допустимым для данного материала. Допустимое значение напряжения не должно превышать 0.7 пре­дела текучести. Для стали марки 45 предел текучести равен 360·10⁶ Па.

С увеличением мощности и числа полюсов машины разность между внут­ренним диаметром сердечника якоря (ротора), определяемым при электро­магнитном расчете, и диаметром вала, определяемым при расчете вала на жесткость, становится значительной, поэтому нецелесообразно насаживать листы сердечника непосредственно на вал. В этом случае листы сердечника собирают на промежуточной втулке, которая напрессовывается на вал. Ее называют роторной звездой, или крестовиной. Как правило, ее изготовляют сварной, что позволяет получить большую экономию металла и уменьшить трудоемкость ее изготовления.

Конструкция сварной роторной втулки машины средней мощности пока­зана на рис. 3.14. Она состоит из двух колец (1 и 4), к которым приварены ребра (2). Между ребрами вварены распорки (5), которые служат для более равномерного распределения нагрузки между ребрами. Кольца (1 и 4) на­прессованы на разные диаметры вала, что позволяет производить насадку втулки одновременно на обе ступени вала.

Рисунок 3.14 - Крепление сердечника ротора на сварной втулке

1,4 — кольца, 2 — ребро, 3 — поперечная шпонка,

5 — распорка, 6 — призматические шпонки

Для фиксации сердечника в тангенциальном направлении между сердеч­ником и ребрами устанавливают призматические шпонки (6), а для фиксации в осевом направлении устанавливают поперечные шпонки (3).

Применение роторных втулок дает следующие технологические преиму­щества:

1) сборка и прессовка сердечников ротора могут производиться без вала;

2. при обмотке ротора без вала уменьшаются габариты пропиточных ванн и сушильных печей;

3. достигается независимость технологических процессов изготовления ротора и вала, которые могут производиться параллельно;

4. упрощаются транспортировка и хранение деталей в процессе производ­ства;

5. улучшается охлаждение сердечника ротора и отпадает необходимость вырубать вентиляционные отверстия в листах ротора.

Рисунок 3.15 - Сварная крестовина ротора

На рис. 3.15 показана конструкция сварной кре­стовины ротора. Ребра при­варены непосредственно к валу и обработаны снаружи под посадку листов. Это самая простая и дешевая конструкция с минимальной механической обработ­кой. Средняя часть вала может быть необработанной. Однако вследствие влияния сварных швов на структуру стали вала и появления больших кон­центраций напряжений в сечениях вала у торцов ребер необходима термиче­ская обработка после сварки.

Крепление сердечника на ребрах осуществляется продольными и попе­речными шпонками.

1. – корпус, 2,7 – шпонки, 3,6 – нажимные кольца, 4,5 - распорки

Рисунок 3.16 – Сборка сердечника статора в корпус