Введение в конструирование электромеханических преобразователей энергии

Ф. Р. ИСМАГИЛОВ, Ю. В. АФАНАСЬЕВ, А. В. СТЫСКИН

ВВЕДЕНИЕ В КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ

Ф. Р. ИСМАГИЛОВ, Ю. В. АФАНАСЬЕВ, А. В. СТЫСКИН

ВВЕДЕНИЕ В КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ Допущено Учебно-методическим объединением по образованию в области энергетики и электротехники в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 140601 – «Электромеханика», направления подготовки дипломированных специалистов 140600 – «Электротехника, электромеханика и электротехнологии»

Москва Издательство МАИ 2006

УДК 629.3.001.63 (07) 1

ББК 31.2: 30.2 (я7) И85 Исмагилов, Ф.Р., Афанасьев, Ю.В., Стыскин, А.В. И85 Введение в конструирование электромеханических преобразователей энергии: учеб. пособие / Ф.Р. Исмагилов, Ю.В. Афанасьев, А.В. Стыскин.– М.: Изд-во МАИ, 2006. –130с.: ил. ISBN 5-7035-1585-8 Даются общие вопросы конструирования и сведения о конструировании основных элементов электромеханических преобразователей с примерами расчета. Приведены теоретические сведения, задания и примеры расчета размерных цепей. Предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов 140600 – Электромеханика, электроэнергетика и электротехнологии, специальности 140601–Электромеханика, 140609 – Электрооборудование летательных аппаратов, 140205– Электроэнергетические системы и сети. Табл. 17. Ил.62. Библиогр.:39 назв. Научный редактор д-р техн. наук, проф. Хайруллин И.Х. Рецензенты: технический директор УАПО Чигвинцев В.А.; директор-гл. конструктор НКТБ "Вихрь", д-р техн. наук, профессор Гусев Ю.М. УДК 629.3.001.63(07) ББК 31.2: 30.2 (я7)

ISBN 5-7035-1585-8

2

© Ф.Р. Исмагилов, Ю.В. Афанасьев, А.В. Стыскин, 2006 © Уфимский государственный авиационный технический университет, 2006

Оглавление Введение………………………………………………... 1. Общие вопросы конструирования электромеханических преобразователей энергии.(ЭМП)………………. 1.1. Технические требования и техническое задание . 1.2. Учет конструктивно-технологических факторов при расчетах электрических машин………………….. 1.3. Конструирование электромеханических преобразователей энергии на стадии эскизного проекта……. 1.4.Технологичность разработанной конструкции ЭМП……………………………………………………. 1.5. Патентные исследования….……………………... 1.6.Оформление внешнего вида……………………… Контрольные вопросы…………………………………….. 2. Конструирование элементов электромеханических преобразователей энергии ……………………………. 2.1. Конструкционные материалы, используемые в электромеханических преобразователях…………… 2.2. Конструирование станины……….…………….…. 2.3. Конструирование подшипникового щита…….… 2.4. Конструирование магнитной системы…………... Контрольные вопросы……………………………………... 3. Конструкция асинхронных двигателей серии АИ….. 3.1. Вопросы эстетической оценки асинхронных двигателей…………………………………………….… 3.2. Основные конструктивные решения…………..… 3.3. Конструкция оболочек……………………………. 3.4. Активная часть двигателей……………………….. 3.5. Конструкция подшипниковых узлов и валов……. 3.6. Конструкция вводных устройств………………… Контрольные вопросы…………………………………….... 4. Расчет размерных цепей……………………………….. 4.1. Классификация размерных цепей и звеньев…….. 4.2. Выявление размерных цепей и составление схем 4.3. Методы расчета размерных цепей………………..

5 6 6 6 8 9 11 13 16 17 17 20 26 31 67 68 68 71 75 79 80 85 87 88 88 91 93 3

4.4.Расчеты размерных цепей асинхронного двигателя при учебном проектировании …………….. 4.5. Методика и пример расчета размерных цепей асинхронного двигателя серии АИ…………………... Список литературы……………….…………….…………... Приложения…………………………………………………

4

98 107 116 119

ВВЕДЕНИЕ Электромеханические устройства, большинство из которых относят к электрическим машинам, применяются в качестве датчиков, преобразователей, генераторов, двигателей и других исполнительных устройств в бытовой технике, транспорте, промышленных установках. Поэтому надежность, массогабаритные и другие экономические показатели электрических машин во многом определяют затраты производства и качество продукции во всех отраслях промышленности, в том числе бытовой технике. Это положение обусловливает высокие требования к качеству проектирования электрических машин. При проектировании проводится электромагнитный расчет, выбираются типы обмоток, изоляция, обмоточные провода, а также материалы деталей и узлов машин. В электромагнитном расчете принимаются решения, составляющие основу конструкции машины [9]. Выполнение расчетов рекомендуется выполнять «вручную», так как при этом студент глубже усваивает особенности проектирования на всех этапах, а ЭВМ используется для решения оптимизационных задач с применением частных программ [1, 2, 3, 5]. Завершающим этапом в курсовом и дипломном проектах является разработка конструкции. Подробные теоретические и справочные данные по электромагнитным расчетам для широкого спектра типов, мощностей и исполнений электрических машин общего назначения изложены в [4, 26, 29]. Учебных пособий с широким охватом вопросов по конструированию – электрических машин [26, 28,35] в последние 35 лет не издавалось. За это время произошли существенные изменения в конструкциях машин, изменились изоляционные и конструкционные материалы, сортаменты материалов и технология изготовления. В опубликованных в последние годы учебных пособиях и монографиях [1, 9, 33, 34] содержатся, как правило, только отдельные вопросы конструирования. В предлагаемом учебном пособии приведены методы решения конструкторских задач, не системно изложенные в технической литературе, новые методы и конструктивные решения, разработанные авторами и опубликованные в узкоспециальных и малотиражных изданиях [8,9]. 5

1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ (ЭМП) 1.1. Технические требования и техническое задание Проектирование электрической машины начинается с изучения задания на проектирование. Задание, как правило, содержит технические характеристики и энергетические показатели машин, режим работы, указания о степени защиты от внешних воздействий, способе охлаждения, исполнении по способу монтажа и климатических условиях работы. В задании также делается ссылка на стандарт по общим техническим требованиям, где, в частности, регламентируются показатели надежности машины. Дается объем выпуска проектируемой машины или тип производства. При отсутствии конкретных указаний по объему выпуска следует ориентироваться на принятые исполнения и объемы выпуска для современных серий [1-5]. На начальном этапе изучается опыт проектирования подобных машин по технической литературе, описаниям изобретений и реферативным журналам. Выбирается прототип проектируемой машины, конструктивные усовершенствования, новые материалы и технологические решения, выявленные при анализе литературы. Реальный технический уровень отечественного прототипа может быть установлен по справочникам или синтезирован по требованиям действующих стандартов. По выбранному прототипу составляется расчетная схема, и проводятся электромагнитный, тепловой и вентиляционный расчеты. 1.2. Учет конструктивно-технологических факторов при расчетах электрических машин При выборе электромагнитных нагрузок активных материалов (индукции в отдельных частях машины, линейной нагрузки и плотностей тока в обмотках) учитывается не только условие получения минимальных стоимостных, весовых и 6

габаритных показателей при заданных технических характеристиках, но и требование получения высокой надежности машины. Эти требования находятся в определенном противоречии, которое на начальной стадии расчетов может быть разрешено соблюдением ограничений и рекомендаций методик [1-5]. Например, выбор магнитной индукции в наиболее узком месте зубца меньшего значения из рекомендованного диапазона [1] приведет к снижению потерь в магнитной системе, но может ухудшить условия укладки обмотки за счет уменьшения паза. Если при этом коэффициент заполнения паза находится ближе к нижнему значению из рекомендованного для него диапазона, то можно считать, что выбор B31max сделан в пользу повышения надежности. На этапе электромагнитных расчетов решается ряд вопросов технологичности будущей машины. Электрическая машина считается технологичной, если при условии соответствия заданным техническим и эксплуатационным характеристикам она может быть изготовлена с минимальными затратами материальных и трудовых ресурсов и ее производство может быть организовано в кратчайшие сроки на базе высокопроизводительного оборудования и современных технологий [12]. При выборе диаметра сердечника, набираемого из штампованных листов, пользуются таблицами (например, табл. 9–2 [1]), которые обеспечивают оптимальный раскрой стандартных листов электротехнической стали при достаточных припусках на штамповку. При выборе марки стали надо учитывать, например, что сталь 2013 в состоянии поставки относительно легко штампуется, но готовые листы должны подвергаться термообработке в специальных печах в защитной атмосфере, а затем оксидированию. На этом этапе определится другая технология изготовления, если будет выбран витой сердечник или металлокерамический. При выборе внутренних размеров листа учитывается 7

влияние на стойкость штампов высоты шлица паза hШ1 0,5 1,7 мм и радиуса закругления дна паза Если r2 1 1,5 мм . подразумевается использование твердосплавных штампов, то для r2 ограничений нет. Для сердечников статоров, скрепляемых на высокопроизводительных сварочных автоматах, целесообразно закладывать запас, компенсирующий потери электромагнитных свойств в зонах сварного шва. Для локализации этой зоны в контуры листа вводят специальную выштамповку. Схемное решение, конструкция, изоляция обмоток [1, 5] должны позволять применение комплексной механизации, а для крупных серий – автоматизацию намотки, изолировки и укладки. Аналогичные требования выполняются по отношению к изоляции паза. 1.3. Конструирование электромеханических преобразователей энергии на стадии эскизного проекта

На этапе конструирования машины результаты вышеперечисленных расчетов дополняются исходными данными по исполнению, по климатическим условиям и др. и расчетная схема дополняется необходимыми конструктивными элементами. При этом могут быть использованы «находки» из анализа технической литературы, в том числе патентной, которые не входили в расчетную схему и напрямую не учитывались в расчетах. Таким образом, определяются общие исходные данные и требования к конструкции. Для эскизов будущей машины могут быть использованы чертежи прототипа, а для курсовых проектов – рисунки с его продольными разрезами. На данном этапе проводят прочностные и размерные расчеты конструкции [10,11]. Направление и объемы расчетов конкретизируются заданием. Как правило, оно включает прочностные расчеты и расчеты на жесткость деталей, передающих усилия на активные элементы машины, а также анализ длиновых размерных цепей для проверки правильности выбранных размеров деталей и узлов, гарантии наличия «тепловых» зазоров. 8

1.4. Технологичность разработанной конструкции ЭМП В составе стандартов ЕСТПП (Единой системы технологической подготовки производства) действуют нормативные документы, определяющие правила отработки конструкции изделий на технологичность, выбор показателей технологичности, правила ее обеспечения, порядок количественной оценки технологичности конструкции изделий. При работе над конструкцией должны быть обеспечены эксплуатационные требования, высокий уровень технологичности для заданного типа производства и надежности при удовлетворительной цене на изделие. Для обеспечения технологичности необходимо [12]:  Конструкцию деталей и узлов упростить, обеспечив также простоту компоновки конструктивной схемы, сводящей к минимуму влияние технологических погрешностей (факторов).  Разделить машину на сборочные единицы, обеспечивающие возможность параллельной независимой сборки, контроля и испытаний, удобство эксплуатации и ремонта.  Сократить число используемых марок и сортаментов материалов.  Ограничить число видов обработки.  Использовать однотипные стандартные элементы, отработанные детали и узлы предшествующих конструкций и на этой базе обеспечить высокую унификацию и стандартизацию машины. На предприятиях-изготовителях выпускают стандарты предприятий (СТП), которые ограничивают сортаменты и марки применяемых материалов. Также выпускаются СТП, вносящие ограничения по использованию на заводе допускаемых ГОСТом крепежных изделий, резьб, отверстий, радиусов, диаметров, чистоты поверхности деталей, посадок, сварных швов и т.д. В условиях учебного проектирования выбор материалов не ограничивается, а в выборе стандартных деталей и конструктивных элементов рекомендуется исполнение нормальной точности, шаг резьбы крупный и т.д., посадки и поля допусков из рекомендованных выбираются предпочтительные, с учетом стоимости обработки (рис. 1.1). 9

Рис.1.1. Влияние точности обработки на стоимость детали

 Использовать изоляционные и проводниковые материалы, обеспечивающие требуемую электрическую и механическую прочность, а также нагревостойкость изоляции и стойкость ее к климатическим и другим воздействующим факторам. При оценке технологичности пластических изоляционных и конструкционных материалов выбираются наиболее текучие и пластичные при формовке и намотке, имеющие наименьшую усадку и содержащие минимум летучих веществ [19, 20].Выбрать базы и систему простановки размеров, обеспечивающие экономичную сборку, обработку и минимальный объем расчетов при переносе размеров в технологические документы (карты эскизов и др.). Влияние методов обработки на стоимость детали дано на рис. 1.2 [12].

Рис.1.2. Влияние отделочных методов обработки на стоимость детали: 1 – чистовое точение; 2 – черновое шлифование; 3 – чистовое шлифование

10

 Общетехнические сведения и рекомендации по технологичности конструкций содержатся в справочниках конструктора-машиностроителя, например, [25, гл. 6]. Полезным источником информации при проектировании является техническая литература по эксплуатации и ремонту, а также по конструированию машин, включая учебные пособия для вузов. 1.5. Патентные исследования Согласно заданию при наличии отработанного эскиза может начинаться работа по определению патентоспособности машины. Под нею обычно понимается совокупность всех признаков, которыми должно обладать устройство, чтобы на него был выдан охранный документ (патент). Признаком объекта патентования (изобретения) называют всякое внесенное в формулу патента указание: на особую форму любого упомянутого в формуле элемента конструкции; на взаимное расположение элементов, наличие или форму связей между элементами; на соотношение размеров элементов; на параметры, характеризующие температурные, временные, электрические и другие режимы и т.д. На основе уже известной информации из литературы и анализа предлагаемой конструкции необходимо попытаться выявить изобретение. Это значит: найти то общее, полезное и новое для данного типа устройств, что содержится в конкретной конструкции; это значит: техническому решению, избавленному от всех местных, случайных признаков, вызванных утилитарностью решения, найти место среди подобных, но уступающих ему по каким-то показателям широко известных объектов изобретений, и доказать наличие существенных отличий и решения. Наиболее распространен способ сопоставительного анализа для выявления существенных признаков. При этом эффективнее всего работать по следующим источникам информации: описания изобретений, официальный бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки», «Изобретения. Полезные модели», «Изобретения стран мира», «Внедренные изобретения». 11

В рассматриваемом виде проектирования характерно получение нового результата (конструкции). При этом выявляются общие и отличительные новые качества машины, которые обусловлены новыми признаками, дающими положительный эффект; признаки, вызывающие неожиданный эффект; неочевидные признаки и т.д. Всего таких показателей более десяти [14,15]. Независимо от того, выявлено или не выявлено изобретение, проведенные патентные исследования должны отражать изученную патентную документацию в виде библиографического списка, рефератов, извлечений из описаний авторских свидетельств и патентов в пояснительной записке к проекту, а также в виде справки, составляемой по определенной форме, выдаваемой отделом интеллектуальной собственности. Если будет выявлено изобретение, то составляется заявка на изобретение. Участие в этой работе, кроме студента, принимают руководитель проекта и эксперт отдела интеллектуальной собственности. Если в задании на проект указано, что нужно обеспечить или проверить изделие на патентную чистоту, работу начинают с изучения бюллетеней патентов и полезных моделей; если изделие предназначено для экспорта в определенную страну, то патентная чистота проверяется по этой стране, а также по России. Понятие патентной чистоты связано с объемом прав, вытекающих из охранных документов, действующих в стране: использование конкретных технических решений не должно нарушать чужих патентных прав. Патентную чистоту определяют как юридическое свойство объекта техники, заключающееся в том, что он может быть свободно использован в данной стране без опасности нарушения действующих на ее территории патентов исключительного права, принадлежащих третьим лицам. В США, например, это понятие обозначается термином «свобода от охраняемых патентных прав». Проверка или экспертиза на патентную чистоту – дело трудоемкое, поэтому глубина разработки этой части задания должна быть четко определена. 12

Экспертиза состоит в отыскании всех действующих в данной стране (странах) патентов исключительного права, имеющих отношение к объекту (машине), их анализу, а также в изучении обстоятельств, которые могли бы способствовать беспрепятственной реализации данного объекта в соответствующей стране. Экспертиза на патентную чистоту имеет три стороны: правовую, техническую и экономическую. По характеру и содержанию выполнение работ подразделяется на три стадии или 16 этапов, которые завершаются оформлением патентного формуляра в соответствии с ГОСТом 15.012. 1.6. Оформление внешнего вида Электрическая машина, наряду с высокими техническими характеристиками, должна быть удобна в эксплуатации, красива, современна и оригинальна по форме. Аналогами могут служить машины отечественного и зарубежного производства, например, фирм NEWTON DERBT LIMITED (Англия), PIELLER (ФРГ), UNELEC (Франция), DANTUM (Англия), ANSALDO (Италия), SIEMENS (IFC4) (ФРГ) и др. В форме машины должны найти отражение стилистические устремления времени: гармоничность пропорций, выразительность, рациональность. При этом необходимо добиться упрощения изготовления, монтажа и обслуживания. Работа начинается с компоновки. Ей предшествует анализ основных ограничивающих условий технико-экономического и эргономического характера. При учебном проектировании для проведения комплексного анализа основных ограничивающих условий компоновки конструкции отбираются 3-5 электрических машин, близких по технико-экономическим характеристикам, и разрабатываются возможные компоновочные варианты электрической машины. Как правило, анализ и отбор прототипов сопровождается обследованием возможно большего числа машин. Обращается особое внимание на недостатки, ухудшающие условия монтажа и обслуживания, выявленные персоналом на машинах данного типа, анализируются замечания, содержащиеся в рекламациях, полученных предприятиями13

изготовителями за последние 2-3 года или известных по технической и патентной литературе. При необходимости данные дополняются результатами поузлового функционального анализа машины. В практике отечественного электромашиностроения, например, при проектировании асинхронных двигателей (АД) серии АИ, при оценке внешнего вида рассматривались более ста образцов АД двадцати восьми передовых зарубежных фирм, проводился анализ механизмов, в которых использовались АД [2,4,9]. В основу анализа и оценки положены следующие принципы дизайна: – создание системы; – функциональность; – удовлетворение человеческих потребностей; – комплексное обнаружение и решение проблемы; – остроумие нововведения. По завершении анализа приступают к компоновке. На разных этапах компоновки машины рекомендуется критически пересматривать полученные ранее результаты анализа ожидаемых характеристик, дополняя и уточняя сделанные выводы [1,13]. При компоновке следует учитывать следующие группы требований: – технико-экономические; – требования безопасности; – антропометрические; – физиологические; – психологические; – художественные. При выполнении этих требований главными проблемами являются: оптимальная технология, максимально возможное охлаждение, удобство монтажа и подключения. Взаимосвязь дизайна и технологии можно показать на примере деталей асинхронного двигателя, определяющих его внешний вид: станины, щитов, кожуха вентилятора и вводного устройства. Они изготовляются литьем или прессованием из алюминиевого сплава. Кожух вентилятора машины со степенью защиты IP44 – 14

штамповкой или прессованием из пластмассы (см. п.3.2). При таком достаточно узком предопределении видов технологических процессов оптимизация сводится к выбору способа литья, штамповки или прессования. При этом независимо от общего контура, например, для прессованных станин, оребрение и другие конструктивные элементы должны быть продольными, а для литья под давлением рекомендуется продольно-поперечное оребрение, позволяющее использовать пресс-формы с четырехсторонним разъемом. На гармоничность формы машины влияют простота элементарных узлов, объемов (параллелепипед, цилиндр, конус), стилевое единство построения всех узлов – объемов электрической машины, систематизация элементов объемов и поверхностей (выбор определенных радиусов скруглений и сопряжений), корректировка расположения граничных поверхностей и линий углов (чтобы наблюдался четкий ритм вертикалей и горизонталей и взгляд «скользил» по ним), корректировка пропорций (на основе системы предпочтительных пропорций или на основе специальных геометрических построений) и др. При обработке серии АИ исследования визуальных впечатлений показали наиболее целесообразными «квадратный» контур оребрения (ребра продольно-поперечные) и круглый контур с продольно-поперечными и радиальными ребрами. Считается, что «квадратный» и «прямоугольный» контуры с малыми радиусами закруглений в сопряжении плоскостей создают впечатление стабильности и несколько больше других конфигураций соответствуют современным формам. При обработке формы можно воспользоваться следующими рекомендациями, сведенными в табл. 1.1. В проектной документации изображение машины дают окрашенными (акварель или аппликация) или контурными. При контурном изображении на поле чертежа наносятся (выкраски) или наклеиваются (вырезки) предполагаемого колера окраски машины, ее отдельных узлов, деталей. В пояснительной записке даются анализ и особенности компоновки с учетом перечисленных выше факторов. 15

Таблица 1.1 Элементы конструкции Выступающие мелкие элементы Маслоуказатели Вводное устройство Лапы Ребра Накладки, короба Крепеж, заглушки Рым-болты Выступы, впадины, приливы литейные Сочленения, щели, разъемы Скругления, переходы

Способ устранения Объединить, исключить, сделать заподлицо с основной поверхностью Сделать заподлицо с основной поверхностью Размещать сверху, форма (для АД) прямоугольная с размерами: высота 0,5 – 0,55 h, длина 2,4 h, отношение ширины к длине 1:1,3 L-образной формы с упрочняющими ребрами Выдержать высоту ребер 0,18 h Сделать заподлицо с основной поверхностью. Замаскировать окраской, исключить Сделать заподлицо с основной поверхностью. Замаскировать окраской, исключить Сделать съемными (отверстия закрывать специальными колпачками) Уменьшить, изменить форму, замаскировать окраской, исключить Уменьшить, сделать незаметными с основных точек наблюдения, исключить Систематизировать, выбрать оптимальными по величине Уменьшить, устранить с лицевой поверхности, замаскировать окраской; отверстия с торца кожуха вентилятора сделать квадратными Уменьшить, сделать с внутренней стороны крышек

Вентиляционные отверстия, решетки, сетки Защелки, шарниры, замки Ручки на крышках Систематизировать, уменьшить, изменить (специальные выступы или углубления в крышке) Надписи Систематизировать, заменить условными обозначениями

Контрольные вопросы 1. Какие вопросы отражены в технических требованиях и техническом задании на проектирование ЭМП? 2. Какие параметры и характеристики рассчитываются при электромагнитном, тепловом и вентиляционном расчете? 3. Перечислите конструкторские работы, выполняемые в ходе эскизного проектирования.

16

2. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ 2.1. Конструкционные материалы, используемые в электромеханических преобразователях Для изготовления частей машины, несущих механические нагрузки и обеспечивающих соединение машины в единое целое, используют конструкционные материалы. Их делят на три группы: черные и цветные металлы, пластмассы [1,4]. К черным металлам, используемым при изготовлении конструкционных элементов электрических машин, в том числе станины, относятся литая сталь, серый и ковкий чугун, различные сорта и профили прокатных сталей. Литую сталь в электрических машинах применяют для изготовления частей машины, выполняющих одновременно роль конструкционных частей и части магнитопровода, где замыкается магнитный поток. В машинах постоянного тока – это станина, основные и добавочные полюсы; в неявнополюсных синхронных машинах – бочка ротора, а в явнополюсных – полюсы индуктора и индуктор (обод ротора). Литая сталь применяется также для изготовления деталей с высокими механическими напряжениями – втулок коллектора, подшипниковых щитов тяговых и взрывозащищенных машин. Изготовление деталей из литья связано с большой трудоемкостью. Поэтому там, где это допустимо, литую сталь заменяют сварными деталями из листовой стали. К примеру, при изготовлении станин синхронных машин средней мощности, погружных асинхронных двигателей и т.д. В электромашиностроении применяют литую сталь марок 20Л, 35Л, 45Л, (ГОСТ 977). Серый чугун марок СЧ12-28, СЧ15-32, СЧ18-36, СЧ21-20, СЧ28-48 (ГОСТ 1412) применяют для изготовления станин асинхронных и синхронных машин, подшипниковых щитов. Из ковкого чугуна (ГОСТ 1215) путем отливки изготовляют станины, втулки, подшипниковые щиты, нажимные шайбы, маховики, шкивы и полумуфты. Преимущество ковкого чугуна по 17

сравнению с серым заключается в более высокой пластичности и высокой износостойкости. В электромашиностроении применяют круглую, листовую, шестигранную и квадратную прокатную сталь. Сталь круглую (ГОСТ 2590 и ГОСТ 7417) используют для изготовления валов, втулок, шестерен и других деталей. Сталь шестигранную (ГОСТ 8560) применяют для изготовления деталей, имеющих шестигранную часть: болтов, гаек и других деталей. Крупные болты изготовляют из круглой стали с высадкой шестигранной головки. Сталь квадратная (ГОСТ 2561 и ГОСТ 8559) идет на изготовление стержней, пальцев щеткодержателей и других деталей. Сталь листовую применяют для изготовления листов полюсов машин постоянного и переменного тока, фундаментных плит, стояков подшипников и многих других деталей (диффузоров, распорок и т.д.). Жесть белую холоднокатаную горячего лужения и ленточную толщиной 0,18…0,5 мм, покрытую с обеих сторон слоем олова, применяют при изготовлении бандажей, скрепок, табличек. Она хорошо штампуется и устойчива против коррозии. Углеродистую стальную холоднокатаную проволоку используют при изготовлении пружин щеткодержателей, запоров крышек и других деталей. Проволоку стальную, луженую, бандажную выпускают немагнитной и магнитной и применяют для изготовления бандажей обмоток асинхронных двигателей и двигателей постоянного тока. Диаметр проволоки 0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,5; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0 мм. Алюминиевые литые сплавы применяются для изготовления корпусов, подшипниковых щитов, вентиляторов и других деталей электрических машин. Ал2 – алюминиевокремнистый сплав используется для изготовления деталей сложной формы и требующих высокой герметичности; Ал11 – алюминиево-кремнисто-цинковый сплав применяется для изготовления крупных деталей сложной формы, несущих 18

большие статические нагрузки. Литые сплавы с содержанием меди – латуни – используются для отливки щеткодержателей и других токоведущих деталей. ЛС59-1 – латунь свинцовистая. ЛС80-ЗЛ – латунь кремнистая. Детали из этих сплавов отливаются центробежным способом и по выплавляемым моделям. В электромашиностроении находит большое применение сортовой прокат цветных металлов. Это латунь Л63 и латунь свинцовистая ЛС59-1. Поставляются они в виде проволоки, лент, листов и прутков круглого, квадратного и шестигранного сечения, используются для изготовления деталей ковкой, штамповкой и механической обработкой. Бронзу БрОЦС – оловянисто-цинково-свинцовую – применяют для деталей, работающих на трение (втулок, вкладышей, червячных колес). Баббиты БКА, БК2, Б-89, Б-83, Б16, Б-6, БН и БТ используются для заливки втулок, сегментов и вкладышей подшипников скольжения. В качестве конструкционных материалов в электрических машинах достаточно широко применяются пластмассы. При нагреве пластмассы под влиянием давления приобретают очертания пресс-формы. Пресс-порошки в определенных соотношениях составляют основные составляющие пластмассы. В большинстве случаев пластмассы состоят из двух компонентов: связующего и наполнителя. В качестве связующего используется органический полимер, обладающий способностью деформироваться, в качестве наполнителя – опилки, асбестовое и стеклянное волокно, бумага, ткани, кварцевый песок и другие наполнители существенно снижают стоимость пластмассы. Технология изготовления пластмасс определяется связующим веществом. Большинство пластмасс требует при изготовлении горячей прессовки. Эти пластмассы делятся на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты). К термопластам относятся пластмассы на основе поливиниловых и полиамидных смол, эфиров целлюлозы и др., к реактопластам – пластмассы на основе фенолформальдегидных, 19

карбомидных и других термореактивных смол. Из термореактивных пластмасс изготовляют колодки зажимов, изоляционные втулки и другие детали. Широко применяются спрессованные детали – щеточные пальцы, траверсы и другие детали. В двигателях серии АИ из пластмассы на малых высотах оси вращения изготовляются вентиляторы [4]. 2.2. Конструирование станины Станина (корпус) определяет точность относительного положения основных узлов и установочных размеров, степень защиты, условия охлаждения и внешний вид электрической машины [1,4,5]. Из назначения станины (корпуса) и щитов вытекают следующие задачи, стоящие перед проектировщиком: – Обеспечение наиболее благоприятных и стабильных условий работы подшипников во всем диапазоне рабочих температур и нагрузок. – Надежная фиксация и центровка всей машины на месте ее установки, а также взаимная фиксация и центровка корпусов и щитов. – Надежное закрепление и центровка пакета стали или полюсов. – Минимальная масса и габариты при достаточной механической прочности и жесткости. – Удобство размещения элементов, требующих периодического осмотра при эксплуатации (коробки выводов, электрические соединители и т.п.). – Возможность применения наиболее прогрессивных способов изготовления (литья в кокиль, под давлением и т.п.). В машине постоянного тока и обращенной синхронной машине станина одновременно служит элементом магнитной системы машины. Это накладывает дополнительное требование по обеспечению заданной магнитной проводимости. 2.2.1. Чертеж станины. На чертеже отражаются следующие требования. Посадочные места, представляющие собой охватывающие поверхности, выполняются по 7–10 20

квалитетам соответственно для машин малой и средней мощности, и представляющие собой охватываемые поверхности – 6–7 квалитету. Расточка под сердечник и проточки (расточки) под посадку щита должны быть соосны и их ось должна быть параллельна опорной поверхности лап. Сопрягающиеся торцы должны быть перпендикулярны отверстию (проточке) под щит. Предельные отклонения на установочные и присоединительные размеры регламентированы стандартами [1,4].

Адрес 1.8-48; 5.55-60; 21.228,232;22.86,215;39.267-270 3.155-161, 333, 335 21.242 1.50–70; 3.40, 41; 20Т1.181-188,221-229

Содержание информации Общие вопросы конструирования Примеры графического изображения Расчет Материалы активные и конструкционные 21.128, 132, 133, 180; 22.216-222, 224-228; Посадки, точность, форма, 20Т1.358,359,443,444,447,449, 451,460; 20Т3.787 взаимоположение поверхностей 21.294; 22.90, 91 Технологичность 22.98, 99 Ошибки конструирования 20Т1.337,340,341,344 Шероховатость поверхностей 20Т1.823,514,521,522,537 Конструктивные элементы

Рис. 2.1. Указатель для поиска методических и справочных материалов по конструированию станины

Указатель для поиска методических материалов по конструированию отдельных элементов станины приведен на рис. 2.1. Например, для элемента конструкции «ребро» – ссылка 1.240 означает: 1 – номер источника по списку литературы; 240 – страница в источнике. 21

Выбор исполнения отдельных конструктивных элементов: канавки, отверстия, буртики, и т.п., а также посадки в сопряжениях деталей, шероховатости и точность взаимного расположения поверхностей целесообразно выполнять по рекомендациям [20]. Начальным этапом является выбор посадки в сопряжениях деталей (табл.2с.358) [20 Т1]. В данной таблице достаточно использовать только предпочтительные посадки, это облегчает выбор и делает его экономически более выгодным. Выбранная посадка содержит поля допусков на сопрягаемые детали, по которым по (табл.23с.340) [20] выбираются параметры шероховатости, по таблицам 27-34 (с.443) назначаются допуски на форму и взаимное расположение поверхностей. 2.2.2. Расчет станины на жесткость. Методики расчета на жесткость и прочность деталей и узлов электрических машин в данном разделе пособия построены на рекомендациях и материалах [1,3, 4]. Расчет станины чаще ограничивается расчетом жесткости. Прогиб от воздействия окружного усилия F определяется по формуле 3 F RН 106 E IX

fc

t

5

a1 RН

' t

, мм,

(2.1)

3

F

9554 P2 10 , Н/рад 2 RН n

где – интенсивность окружного усилия на 1 рад окружности с радиусом RН ; I X – момент инерции поперечного сечения станины относительно еѐ оси, мм4 (без учета сердечника статора в машинах переменного тока); a1 – вылет лапы, мм (рис.2.2); t – коэффициент максимальной радиальной деформации от силы F в функции угла Л расположения лап. Для серийного неразъемного исполнения станины t 0,19 0,215 ; ' t – поправочный коэффициент, учитывающий уменьшающее действие вылета лап, который создает пару сил

22

'

обратного направления, t 0,125 0,144 ; RН – радиус нейтральной оси сечения станины, мм; P2 – мощность на валу, кВт; n – частота вращения, об/мин; E – модуль продольной упругости материала станины, Па. Прогиб от бокового магнитного притяжения определяется по формуле fq

где

q

Q RН3 106 E IX

q

5

a1 RН

' q

, мм,

(2.2) – коэффициент максимальной радиальной деформации от

величины Q, определяемой в функции угла расположения лап Л и в зависимости от индукции в зазоре B при горизонтальном эксцентриситете ротора, Q

3

D L 10 2 , Н/рад

; (λq= 0,18…0,21);

' q

– поправочный коэффициент, учитывающий (λ΄q= 0,0395 …0,0555) уменьшающее действие вылета лап на радиальную деформацию; D – наружный диаметр ротора, мм; L – длина сердечника статора без каналов, мм.

Рис.2.2. Расчетная схема станины

23

При индукции B Q

0,69 Тл :

3

B DL 0,69

2

, Н/рад,

;

Суммарный прогиб при номинальном вращающем моменте в процентах к воздушному зазору fc

f

f q 100

, %.

(2.3)

Суммарный прогиб при наибольшей перегрузке fk

k1 f c

f q 100

, %,

(2.4)

где – воздушный зазор, мм; k1 – коэффициент перегрузки: для машин переменного тока при нормальных условиях работы k1 2 , при тяжелых условиях – k1 2,5 ; для машин постоянного тока k1 3 . Допустимый суммарный прогиб при перегрузке не должен превышать 3…5% номинального значения воздушного зазора. Этим определяются требования к жесткости станины. Задаваясь допустимой радиальной деформацией из (2.1) и с учетом: для стальных станин синхронных машин и машин постоянного тока, Ix

G Rн2 , мм 4 225 ,

(2.5)

для станин асинхронных двигателей Ix

Rн L , мм 4 , 90

где G – вес магнитного ярма с полюсами и их обмоткой для машин постоянного тока или вес станины без сердечника статора для синхронных машин, кг; L – длина сердечника статора без радиальных каналов, мм; минимальный вес станины определяется Gmin

225F Rн E f c max

t

a 5 1 `t Rн

,кг,

для асинхронных машин длина станины Lmin

24

90F Rн E f c max

t

a 5 1 `t Rн

, мм.

(2.6)

Отверстия в лапах станины (диаметр d10 ) выбираются по диаметру фундаментного болта [20, табл. 29]. Допускаемые отклонения на b10 (рис. 2.2) и на расстояние между осями отверстий вдоль машины l10 составляют 0,3 z, где z – диаметральный зазор между отверстием и болтом. Диаметр фундаментного болта находится из расчета на динамическую нагрузку от ударного тока короткого замыкания. Для синхронных машин без успокоительной обмотки вращающий момент от ударного тока короткого замыкания определяется по формуле M К.З.

9,55 103

PНОМ ' xd , Нм, n

(2.7)

где PНОМ – номинальная мощность, кВА;

x'd –

переходное реактивное сопротивление по продольной оси, о.е. ' При наличии успокоительной обмотки в (2.7) xd заменяется '' значением сверхпереходного реактивного сопротивления xd . Усилие, приложенное к фундаментным болтам, расположенным с одной стороны, может быть определено FФ

k1 M БР 103 , Н, b10

(2.8)

где b10 – расстояние между осями болтов, мм (см. рис. 2.2); k1 – коэффициент перегрузки при ударном токе короткого замыкания принимается для машин: синхронных – k1 4 6 ; асинхронных – k1 5 ; постоянного тока – k1 10 . Напряжение растяжения в фундаментном болте (шпильке) 8 FФ 106 , Па, d2 m

(2.9)

где d – диаметр болта по нарезке, мм; m – полное количество фундаментных болтов. Допускаемое напряжение растяжения для фундаментных болтов из стали по ГОСТу 380-88: Ст. 3 ПС равно 500 МПа, из стали Ст. 5 ПС – 635 МПа [24]. 25

2.3. Конструирование подшипникового щита Щит служит для передачи механических усилий от вала к станине и соединения статора с ротором. По конструкции они делятся на два вида: щиты для машин на лапах и фланцевые щиты для машин без лап (или с лапами), которые служат не только соединительной деталью, но и для установки и крепления машины на исполнительном механизме. Щит должен иметь жесткую конструкцию, точные, качественно выполненные координирующие элементы, развитую, эстетичную внешнюю поверхность, так как от этого зависит долговечность подшипников, некоторые энергетические показатели электрической машины, ее внешний вид. 2.3.1. Выбор основных размеров подшипниковых щитов. Выбор основных размеров подшипникового щита проводится по размерам станины, подшипников и технологическим соображениям, определявшим минимальные толщины литья. Размеры щитов машин постоянного тока, синхронных, асинхронных машин с фазным ротором, а также электромашинных преобразователей определяются габаритами щеточных узлов и траверс. При этом длина щита выбирается минимальной для большей технологичности отливки и жесткости.

Щиты для двигателей исполнения IP23 имеют в дисках отверстия для входа охлаждающего воздуха. Расстояние от элементов щита до лопаток ротора выбирается не более 5…7 мм. По наружному диаметру щитов делаются ушки для крепления к станине. Форма ушек должна обеспечить тангенциальное закрепление щита при механической обработке или на щите со стороны, противоположной замкам, необходимо предусмотреть технологические приливы, расположенные под углом 120° относительно друг друга для радиального зажима в самоцентрирующем патроне. Замковое соединение предпочтительно наружное, когда на подшипниковом щите делается внутренняя заточка (расточка). В этом случае при механической обработке станины исключается возможность повреждения лобовых частей обмотки. Одним из решений подшипниковых щитов двигателей со 26

степенью защиты IP23 является ступица и обод, соединенные между собой ребрами Т-образного сечения и образующие окна для прохода воздуха. Подшипниковые щиты двигателей с высотой оси вращения h = 50 ÷ 63 мм могут быть выполненными из алюминиевого сплава с ребрами охлаждения на наружной поверхности, которые при сборке совпадают с ребрами станины. Гнездо подшипника в щитах из алюминиевых сплавов армируется стальной втулкой. В двигателях с h 160 мм гнезда делают сквозными, а подшипники крепятся крышками. Важным элементом щита с упором наружного кольца подшипника в уступ является уплотнение, защищающее подшипник от воздействия окружающей среды и удерживающее в нем смазку. Наибольшее применение получили уплотнения в виде щели или в виде кольцевых лабиринтных канавок. При необходимости более надежной защиты выполняются канавки под фетровое кольцо. Заготовки для подшипниковых щитов получают отливкой из алюминиевых сплавов (с h ≤ 50÷160 мм) и чугуна для двигателей специального исполнения (с h 63 мм ), для двигателей общепромышленного исполнения (с h > 160 мм). Толщина стенок и конфигурация подбирается из технологических соображений. 2.3.2. Расчет щита на жесткость и прочность в учебных проектах. Расчет носит характер поверочного. Определяется жесткость дисковой части по стреле прогиба или углу поворота опасного сечения, а также напряжения изгиба в этом сечении. Расчетные значения деформации и напряжения сравниваются с максимально допустимыми. Расчет щита может быть проведен как проектный. Тогда по максимально допустимым деформациям и напряжениям в опасных сечениях рассчитываются размеры этих сечений. Из практики известно, что максимальные нагрузки воздействуют на щит не в машине, а при механической обработке 27

на станках токарной или расточной группы. Поэтому расчетные схемы отражают распределение сил резания и усилий, действующих на щит со стороны зажимов станочных приспособлений. На рис. 2.3 представлена схема приложенных сил и деформации щита при обработке гнезда под подшипник. Угол поворота центральной жесткой части при расточке гнезда под подшипник определится из выражения C1 M Р109 , E t3

(2.10)

где C1 – коэффициент, зависящий от соотношения RЩ rП для машин единых серий C1 0,161; M Р – момент от сил резания, Нм, M Р FР rП ; FР – сила резания [24], Н; rП – радиус обрабатываемой поверхности (гнездо под подшипник), мм; E – модуль упругости материала при растяжении, Па; t – толщина деформируемой части щита (диска), мм.

Рис. 2.3

Максимальное напряжение изгиба при этом: на внутреннем контуре составит на наружном контуре – где C2 1,9 , C3 0,694 – соотношения RЩ rП . 28

r

C2 M Р , МПа; RЩ t 2

r

C3 M Р , МПа, RЩ t 2

коэффициенты,

(2.11) (2.12) зависящие от

При расточке замка и опоре на торец гнезда под подшипник деформацию щита будет определять изгибающий момент от сил резания (рис. 2.4). Прогиб диска f

где

a

5,46

1

2 ln a 1 2 2 a a 1,3 0 ,27 a

2 M О RЩ 106 , мм, E t3

RЩ rП

; M О – изгибающий момент от сил резания на единицу

длины поверхности обработки (базовой), Н, FР

(2.13)

MО

FР

,

(2.14)

– сила резания при обработке замковой поверхности, Н [24].

Рис. 2.4

Напряжение изгиба на внутреннем контуре r

12 1,3 0a,27

MО 106 , Па, 2 t

(2.15)

, Па,

(2.16) где – коэффициент Пуассона, для алюминиевых сплавов 0 ,26 0 ,33 , для чугунов 0 ,23 0 ,27 [25]. Напряжения изгиба на наружном контуре t

r

6 1,3 t

1,3

r

6 MО , Па, t2 0 ,7 a2 0 ,7 a2

MО 106 , Па, 2 t

(2.17) (2.18)

При расчете щита на жесткость от действия аксиальных сил, возникающих при асимметричном расположении ротора, от 29

сил со стороны привода (конические муфты, тормоза, зубчатые передачи и т.п.) нагрузка принимается равномерно распределенной по кругу с радиусом rП (рис. 2.5), при этом прогиб в центре определится из выражения f

где

rП RЩ

2

0,68 0,51

2 FН RЩ , E t3

2

0,68 ln

(2.19)

.

Напряжения в центре:

r

0,49

t

Напряжения на внешнем контуре: t

2

r

r

4 ln 0,75 2

r p П h 2

2

(2.20)

. r p П h

2

, (2.21)

.

Рис. 2.5

Допускаемые деформации определяются из условия получения заданной точности обработки и шероховатости посадочных поверхностей, а также получения равномерного воздушного зазора, минимальной вибрационной скорости и исключения вызываемых этими факторами следующих явлений: – нагрев машины гармониками тока статора; – повышенного износа подшипников и их посадочных мест, шума. 30

Для расчетов в учебных проектах максимально допустимая деформация принимается равной половине допуска на размер посадочной поверхности, в сечении которой определяется стрела прогиба или угол изгиба. 2.3.3. Чертеж щита. На мнемосхеме, представленной на рис. 2.6, приводятся рекомендации по исполнению элементов щита. Исходя из назначения в чертеже щита, отражаются следующие требования: Замок и отверстие под подшипник должны быть концентричными. У фланцевых щитов должна быть концентрична также присоединительная поверхность (заточка фланца). Точность исполнения замковой поверхности не ниже 7…9 квалитетов, отверстия под подшипники нормальной точности 6…7. Последнее требование более жесткое при повышенной точности подшипника. Торцевые поверхности замка и отверстия под подшипник должны быть перпендикулярны общей оси посадочных отверстий. 2.4. Конструирование магнитной системы В настоящее время улучшение показателей машин общего назначения достигается, в основном, за счет повышения качества материалов, применяемых при их изготовлении. Используемые в электромашиностроении материалы делят на магнитные, из которых изготовляются магнитопроводы, проводниковые, из которых выполняются обмотки, изоляционные и конструкционные (см. п. 2.1). Магнитные и проводниковые материалы принято относить к активным, как непосредственно участвующим в преобразовании энергии. Деление на активные и конструкционные материалы условно, так как часто функции материалов совмещаются.

31

Адрес

Содержание информации

1.8–48; 5.60-65; 21.228, 239; 22.87, 215222;20Т2.151,152;39.55,57,257-259 3.155-161, 333, 335; 21.242 21.217-224 1.50–70; 3.40, 41;20Т1.181-188,221-229 21.128, 180, 214, 215; 22.216-228; 20Т2.138150,164-168; 20Т1.358,359,443,444,447,449,451 22.90, 91 22.91, 98 20Т1.337,340,341,344; 20Т2.164

Обозначение:

Общие вопросы конструирования Примеры графического изображения Расчет Уплотнения Материалы Посадки, точность, форма, взаимоположение поверхностей Технологичность Ошибки конструирования Шероховатость

1. 55 – 60 номера страниц источника номер источника по списку литературы

Рис. 2.6. Указатель для поиска методических материалов по конструированию подшипниковых щитов

Магнитные материалы. Для изготовления магнитопроводов электрических машин применяются листовая электротехническая сталь, листовая конструкционная сталь, стальное литье, чугун литейных марок и магнитодиэлектрики [2]. Тонколистовая электротехническая сталь по ГОСТ 21427.0 разделяется на 38 марок. Она изготовляется в виде, рулонов, листов и резаной ленты. Обозначения марок стали состоят из четырех цифр. Первая обозначает класс по структурному состоянию и виду прокатки, вторая – примерное содержание кремния, третья – группу по основной нормируемой 32

характеристике. Вместе три первые цифры в обозначении марки означают тип стали, а четвертая – порядковый номер типа стали. По структурному состоянию и виду прокатки сталь подразделяют на следующие классы: 1 – горячекатаную изотропную, 2 – холоднокатаную изотропную, 3 – холоднокатаную анизотропную с ребровой текстурой, 5 – холоднокатаную изотропную с плоскостной кубической текстурой. По содержанию кремния сталь подразделяют на группы: 0 – с содержанием кремния, до 0,4% включительно (нелегированная); 1 – с содержанием кремния, равным 0,4…0,8%; 2 – с содержанием кремния, равным 0,8…1,8%; 3 – 1,8…2,8%; 4 – 2,8…3,8%; 5 – 3,4…4,8%. По ГОСТ 21427.0 химический состав стали не нормируют. По основной нормируемой характеристике стали делят на группы: 0 – удельные потери при магнитной индукции 1,7 Тл и частоте 50 Гц ( p1,7 / 50 ); 1 – удельные потери при магнитной индукции 1,5 и частоте 50 Гц ( p1,5 / 50 ); 2 – удельные потери при магнитной индукции 1,0 Тл и частоте 400 Гц ( p1,0 / 400 ); 4 – удельные потери при магнитной индукции 0,5 Тл и частоте 3000 Гц; 6 – магнитная индукция в слабых магнитных полях при напряженности поля 0,4 А/м ( B0 ,4 ); 7 – магнитная индукция в средних магнитных полях при напряженности поля 10 А/м ( B10 ). Свойства стали зависят от содержания кремния и условий ее изготовления. Сталь с низким содержанием кремния имеет меньшую относительную магнитную проницаемость и большие магнитные потери, а также большую индукцию насыщения. Стали с высоким содержанием кремния имеют меньшие потери на вихревые токи и гистерезис и высокую относительную магнитную проницаемость в слабых и средних полях. Содержание кремния снижает плотность и повышает удельное электрическое сопротивление стали. Для стали с содержанием кремния 0,8…1,8% плотность составляет 7800 кг/м3, удельное 33

сопротивление 0,25·10–6 Ом·м. Для стали с содержанием кремния 3,8…4,8% плотность составляет 7550 кг/м3, удельное –6 сопротивление 0,5·10 Ом·м. В электротехнической промышленности широко применяют анизотропные холоднокатаные стали, имеющие различные магнитные свойства вдоль прокатки и в направлении, перпендикулярном прокатке. В направлении проката эти стали имеют более высокую проницаемость и меньшие потери в слабых полях, чем изотропные стали. Электротехническая холоднокатаная анизотропная сталь следующих марок: 3311, 3412, 3413, 3414, 3415, 3416, 3404, 3405 и 3406 поставляется по ГОСТ 21427.1, соответствующему стандарту СТ СЭВ 102-85 толщиной 0,27; 0,30; 0,35; 0,50 и 0,80 мм в виде листов, рулонов и ленты. Сталь поставляют после термической обработки без покрытия, с термостойким покрытием, с электроизоляционным термостойким покрытием, с изоляционным покрытием, не ухудшающим штампуемость [19]. Холоднокатаная анизотропная лента из стали типов 341 и 342 поставляется по ГОСТ 21427.4 толщиной 0,05; 0,08; 0,15; и 0,20 мм. В новых разработках применяются новые марки электротехнических сталей 3408-3409 толщиной 0,23-0,27 мм с пониженными удельными потерями 8 % [37]. Созданы изотропные холоднокатаные стали с кубической текстурой, имеющие высокие магнитные качества, как в направлении проката, так и в перпендикулярном направлении. Тонколистовая холоднокатаная изотропная электротехническая сталь выпускается в виде рулонов, листов и резаной ленты следующих марок: 2011, 2012, 2013, 2111, 2112, 2211, 2212, 2311, 2312, 2411 и 2412 (ГОСТ 21427.2) толщиной 0,28; 0,35; 0,50 и 0,65 мм. В настоящее время номер марки стали может доходить до 8 [38]. Сталь типа 201 поставляется без термической обработки, типов 211, 221 – после термической обработки или без нее, типов 231, 241 и 242 после термической обработки [19]. Горячекатаная изотропная тонколистовая электротехническая сталь марок: 1211, 1212, 1213, 1311, 1312, 34

1313, 1411, 1412, 1413, 1511, 1512, 1513, 1514, 1521, 1561, 1562, 1571 и 1572 поставляется по ГОСТ 21427.3 в виде листов толщиной 0,1-1,0 мм. В термически обработанном состоянии с травленой поверхностью или без травления. По точности прокатки по толщине листа сталь подразделяют на сталь нормальной (Н) и повышенной (П) точности. На электротехнические заводы листы стали поставляются в термически обработанном состоянии. По состоянию поверхности сталь выпускается с травленой (Т) и с нетравленой (НТ) поверхностью. Поверхность листов должна быть гладкой, без ржавчины, отслаивающей окалины, налета порошкообразных веществ, препятствующих нанесению изоляции. Пример условного обозначения листа толщиной 0,5 мм, шириной 1000 мм, длиной 2000 мм, повышенной точности прокатки, класса неплоскостности 2, с травленой поверхностью, из стали марки 1512: лист 0,50 × 1000×2000-П-2-Т-1512. По точности прокатки и неплоскостности тонколистовая холоднокатаная изотропная сталь классифицируют так же, как и горячекатаная; по виду покрытия – с электроизоляционным термостойким покрытием (ЭТ), с покрытием, не ухудшающим штампуемость, (М), мягкое, без электроизоляционного покрытия (БП). По точности прокатки, неплоскостности, коэффициенту заполнения пакета сталью kС подразделения те же, что и у анизотропной стали, По типу покрытия эти стали выпускаются с термостойким электроизоляционным покрытием (ЭТ), с нетермостойким (Э) и без покрытия (БП). Магнитные свойства сталей характеризуют кривые намагничивания [1]. Потери в стали от вихревых токов и гистерезиса определяются удельными потерями в 1 кг стали при частоте 50 Гц и синусоидальном напряжении. Штамповка и другая механическая обработка искажают свойства электротехнических сталей. Поэтому магнитные характеристики сталей в магнитопроводах электрических машин при проектировании уточняются технологическим коэффициентом, который определяется обычно опытным путем и 35

учитывает конструкцию и технологию изготовления. Для уменьшения потерь от вихревых токов листы стали при шихтовке изолируют друг от друга лаком, оксидируют, фосфатируют, если нет термостойкого покрытия. Изоляционные прослойки уменьшают активное сечение пакета стали, что учитывается коэффициентом заполнения пакета сталью kС . Он характеризует отношение сечения стали (без изоляции) ко всему сечению пакета. При учебном проектировании можно воспользоваться усредненными значениями kС , в зависимости от изоляции и толщины листов, приведенными в табл. 2.1 [1]. Для магнитопроводов, работающих в постоянных магнитных полях, применяются: техническое железо с содержанием углерода менее 0,4%, а также углеродистые стали и чугуны. Для изготовления небольших магнитопроводов используются магнитодиэлектрики – материалы, имеющие высокие магнитные свойства и высокое электрическое сопротивление. Таблица 2.1 Толщина листа, мм 1 0,5 0,35 0,3 0,28

Коэффициент заполнения пакета сталью kС Изоляция листов оксидированных лакированных 0,98 0,97 0,95 0,93 0,93 0,91 0,92 0,89 0,91 0,88

Листовая сталь 1211 толщиной 0,5 или 1 мм применяется для изготовления главных полюсов машин постоянного тока. Для полюсов синхронных машин используются стали толщиной 1…2 мм и более. Это ведет к улучшению kС , который в этом случае составляет 0,95…0,98. Листовая сталь применяется для сварных станин машин постоянного тока и изготовления ободов роторов синхронных машин. Толщина листовой стали колеблется от 1,5 до 12 мм. Магнитные свойства такие же, как и у литой стали. 36

Стальное литье используется для изготовления станин и роторов синхронных машин. Кованые стали находят применение при изготовлении роторов синхронных машин и добавочных полюсов машин постоянного тока. Чугун в последнее время в электромашиностроении используется все реже из-за плохих магнитных средств. Магнитопроводы статора машин переменного тока, общего назначения выполняют шихтованными из электротехнической стали толщиной 0,35…0,65 мм. При внешнем диаметре магнитопровода до 990 мм он выполняется из целых листов (рис. 2.7), а при больших собирают из отдельных сегментов.

Рис. 2.7. Пример чертежа листа статора

По внутренней поверхности магнитопровода штампуют пазы требуемой формы для размещения в них обмотки статора. Так как в размерах отдельных зубцов имеется разброс, обусловленный допусками при изготовлении штампа, то при шихтовке магнитопровода листы укладываются в одно и то же положение относительно друг друга по шихтовочному знаку А, который вырубают на внешней поверхности. При большой длине магнитопровода его делят на пакеты, между которыми выполняют вентиляционные радиальные каналы шириной 10 мм путем приварки к крайним листам пакета распорок (рис. 2.8), имеющих чаще всего двутавровое сечение.

37

Рис. 2.8. Крайний лист магнитопровода статора с приваренными к нему распорками (а) и формы распорок (б)

При внешнем диаметре до 452…493 мм магнитопровод набирают из целых листов, насаживая их на цилиндрическую оправку диаметром, равным внутреннему диаметру статора. Для предотвращения деформации (распушения) относительно тонких зубцов торцевые листы магнитопровода штампуют из более толстых листов стали или их попарно сваривают точечной сваркой. Собранный таким образом магнитопровод прессуют и после этого скрепляют листы по внешнему диаметру сваркой или П-образными скобами (рис. 2.9). Скобы приваривают к торцам и к внешней поверхности магнитопровода или, как это сделано у машин серии АИ, укладывают в специальные канавки В (см. рис. 2.7). При креплении листов скобами канавки выполняются в форме ласточкина хвоста (вариант I ) на внешней поверхности магнитопровода, при креплении сваркой – канавки могут быть фигурными (место Б, вариант 2). После укладки обмотки, формовки, бандажирования лобовых частей и пропитки обмотки лаком магнитопровод запрессовывают в станину и закрепляют стопорными винтами.

38

Рис. 2.9. Магнитопровод статора, стянутый скобами: 1 – магнитопровод; 2 – скоба; 3 –нажимная шайба

Иногда в асинхронных машинах небольших габаритов (h < 63 мм) спрессованный магнитопровод покрывают тонкостенной оболочкой из алюминия или алюминиевого сплава (рис. 2.10). Эта оболочка охватывает внешнюю и частично торцевые поверхности магнитопровода. Она скрепляет пакет и заменяет собой станину. Оболочка выполняется в формах на специальных машинах для литья под давлением. Такое изготовление статора экономически более выгодно по сравнению с изготовлением его с чугунной станиной.

Рис. 2.10. Магнитопровод статора, залитый в оболочку: 1 – магнитопровод; 2 – оболочка (корпус)

При внешних диаметрах магнитопровода 520…990 мм он собирается из листов, которые укладываются в расточѐнный корпус или на обработанные ребра (рис. 2.11). Магнитопровод скреплен двумя нажимными шайбами (кольцами). Для создания осевого сжатия у одного края ребра имеется выступ, а у другого края – канавка, в которую вставляется запорная шпонка. Нажимная шайба передает усилие сжатия на магнитопровод через 39

нажимные пальцы – пластинки, приваренные к крайним листам. При внешних диаметрах магнитопровода более 990 мм он собирается из сегментов.

Рис. 2.11. Магнитопровод статора, запрессованный нажимными шайбами: 1 – нажимная шайба; 2 – ребро станины; 3 – нажимные пальцы; 4 – запорная шпонка

Различают слоевую шихтовку, при которой слой состоит из целого числа сегментов, и винтовую, при котором в каждом слое последний сегмент перекрывает предыдущий. Для шихтовки магнитопровода из сегментов существуют несколько способов крепления листов в корпусе. В машинах общего назначения наибольшее распространение находит способ крепления на сборочных шпильках 5, которые одновременно являются и стяжными (рис. 2.12). Базирование магнитопровода в радиальном направлении происходит на ребрах станины 1.

Рис. 2.12. Магнитопровод статора, стянутый шпильками: 1 – ребро станины; 2 – нажимное кольцо; 3 – нажимные пальцы; 4 – «глухая» стенка станины; 5 – сборочные шпильки

При механическом расчете магнитопровода проверяют прочность стягивающих его узлов. При запрессовке магнитопровода шайбами проверяют прочность этих шайб, нажимных пальцев и шпонки. При стяжке магнитопровода шпильками выбирают их размер и число. При расчете исходят из того, что давление в запрессованном магнитопроводе qС находится в пределах 7·105…106 Па. Принимают, что образование 40

веера в торцах зубцового слоя не снижает давления и реакции запрессовки. Такое допущение упрощает расчетные формулы. 2.4.1. Расчет нажимных шайб, пальцев и шпонок. На нажимные пальцы и шайбу действует изгибающий момент, созданный равномерным давлением спрессованного магнитопровода. Полное усилие запрессовки, Н, qС TС1Da2

QЗ

SП ,

(2.22) где TС1 – коэффициент, который определяется в зависимости 2

от KD = D / Da (см. рис. 2.11) [1]; Tc1 0,785(1 k D ); S П – площадь сечения всех пазов статора, м2; Da– внешний диаметр магнитопровода статора, м. Диаметр равнодействующей усилия запрессовки, м, T2 Da3 SП D hП , TС1Da2 SП

DР

где

T2

(2.23)

0,524(1 a 3 );

– коэффициент; hП – высота паза, м. Момент, изгибающий нажимную шайбу, Н·м, DР 2 .

(2.24)

6M1 , Da D2 2 H1 2

(2.25)

M 1 Q3 Da

Напряжение изгиба, Па, 1

где Da , D2 , H1 – в м (см. рис.2.11). Допустимое напряжение ограничено условием необходимой жесткости нажимной шайбы. Для стали марки Ст3 ДОП = 600 · 105 Па. Изгибающий момент, действующий на нажимные пальцы крайних листов сердечника в сечении А–А (см. рис. 2.11), Н·м, M2

qС Z1

D2 10

3

T3

SП D2 2

D hП

,

(2.26)

где T3 131 1 a1 2 1 2a1 ; a1 D D2 , Z1 – число пазов. 41

Напряжение изгиба пальцев, Па: при двутавровом сечении пальца (рис. 2.13) (2.27)

BH 3 b1h13 ,

6HM 2

2

где B, H, h1, b1 = B – t – размеры в метрах по рис. 2.13; при прямоугольном сечении пальца ' 2

(2.28)

BH 2 .

6M 2

Рис. 2.13. Размеры двутаврового сечения нажимного пальца

Допустимое напряжение для пальцев из стали марки Ст3 равно: 1600 · 105 Па. Напряжение смятия шпонки, Па, Q3 mb2 h2 , (2.29) СМ где m – число шпонок; b2, h2 – размеры контактной поверхности одной шпонки, м. Допустимое напряжение СМ = 1500 · 105 Па. Пример.

Исходные

данные:

синхронный

PНОМ 200 кВт, Da 74 10 2 м, D 54 10 2 м, hП 4,65 10 2 м, bП 1,23 10 2 м. Размеры

D2

65,4 10

пальца:

двигатель 2

м,

Z1

72,

H 1,054 10 2 м,

B 0,6 10 2 м. 2 2 2 Контактная поверхность шпонки b2 h2 4 10 0,5 10 м , для 2 шайбы H1 1,7 10 м, число шпонок m = 6.

0,785 1 0,732

TС1

=0,73, Площадь сечения kD = 54 / 74 SП

72 1,23 10

4,65 10

2

412 10

4

пазов

м2 .

Усилие запрессовки по (2.22) Q3

42

2

всех

0,37.

8 105 0,37 742 10

4

412 10

4

12,91 104 Н.

статора

Из (2.23) DР T2

0,32 743 10 6 412 10 4 54 4 ,65 10 0,37 742 10 4 412 10 4 0,524 1 0,732 0,32.

2

65,28 10

2

м;

Изгибающий момент по (2.24) M1

12,91 104 74 65,28 10 2

2

59,29 102 Н м.

Напряжение изгиба по (2.25) 6 56,29 102 534 105 Па, 1 2 2 4 74 65 ,4 10 1,7 10 2 где при a1 D D2 54 65,4 0,826 2 получаем T3 131 1 0,826 1 2 0,826 Из (2.26)

M2

8 105 72

65,4 10

3

10,51 10

412 10 2

6

10,51 .

2

65,4 54 4,65 10

2

17 ,22 Н м.

Напряжение изгиба пальцев по (2.27) ' 2

6 17 ,22 0,6 1,052 10

6

1562 105 Па.

Напряжение смятия по (2.28) СМ

12,91 104 6 4 10 2 0,5 10

2.4.2. Расчет числа проводится по усилию определяемому по (2.21). Число шпилек

и

2

1076 105 Па.

диаметра запрессовки

шпилек. Расчет магнитопровода,

(2.30) 2 2 4 – площадь сечения шпильки по нарезке, м ; d0Ш – где S0 d0Ш внутренний диаметр резьбы шпильки, м. Допустимое напряжение σ для шпилек из стали марки Ст3 равно 1600 · 105 Па, из стали марки Ст5 2100 · 105 Па. Нажимные пальцы рассчитываются так же, как и в предыдущем случае. Пример. Синхронный двигатель: Da 1,73 м , D 1,2 м , Z1 72 , mШ

Q3

S0 ,

43

bП 1,87 10 TС1

2

м,

0,785 1 0,692

hП

8,5 10 2 м ,

a 1,20 1,73 0,69 ,

0,41 .

Из (2.21) Q3

8 105 0,41 1,732 72 1,87 10 28,5 10

2

8,96 105 Н.

Выбираем шпильки М36 ( S0 7 ,4 10 4 м 2 ) из стали марки Ст3. По (2.29) mШ

896 105 1600 105 7 ,4 10

4

7 ,56.

Выбираем 8 шпилек.

2.4.3. Бандажные кольца обмотки статора. При протекании тока по обмотке статора на ее лобовые части действуют электродинамические силы, которые стремятся отогнуть их к магнитопроводу. Особенно велики эти силы при внезапных коротких замыканиях, когда токи возрастают в несколько раз по сравнению с их номинальным значением. Для предупреждения отгиба лобовых частей применяется крепление их с помощью бандажных колец (рис. 2.14). Необходимость применения бандажных колец определяется вылетом лобовых частей L и высотой паза hП. Если длина вылета при данной высоте паза лежит выше кривой (рис. 2.14), то установка бандажных колец необходима! Число колец mК определяется из следующего расчета: одно кольцо на каждые 100 мм вылета лобовой части сверх значения, ограниченного кривой на рис. 2.14. Сечение колец выбирают по растягивающему усилию, испытываемому кольцом при внезапном коротком замыкании, Н, QК

1,11 D mК 2 px*

2

104 ,

(2.31)

где D – внутренний диаметр магнитопровода, м; 2p – число полюсов; x* – относительное переходное реактивное сопротивление обмотки статора (находится из электромагнитного расчета); для предварительных расчетов можно принять у x* 0,2 0,3 , синхронных явнополюсных машин у 44

короткозамкнутых асинхронных двигателей x* 0,15 0,25 , асинхронных двигателей с фазным ротором x* 0,25 0,4 .

у

Рис 2.14. К определению числа бандажных колец

Напряжение растяжения в кольце, Па, QК SК ,

(2.32)

где SК d К2 4 ; dК – диаметр кольца, м. dК 4QК . Тогда (2.33) При доброкачественной сварке кольца из стали марки Ст3 допустимое напряжение растяжения σ = 1800 · 105 Па. Бандажные кольца изготовляют из прутков диаметрами 10, 12, 16, 20, 24 мм и прутков квадратного сечения 22×22 и 32×32 мм2. В машинах с внешним диаметром магнитопровода статора более 1 м к бандажным кольцам приваривают петли, которые крепят с помощью шпилек к нажимным шайбам статора (рис. 2.15). Число шпилек выбирают в зависимости от диаметра сердечника: принимают 4 шпильки при диаметрах от 1 до 2 м, 6 шпилек при диаметрах от 2 до 2,6 м и 8 шпилек при диаметрах свыше 2,6.

45

Рис. 2.15. Крепление бандажных колец с помощью шпилек

Пример. Дано: D 1,2 м , hП 8,5 10 2 м , x* 0,15 , вылет лобовой части обмотки 23,4 см. При высоте паза hП 75 мм вылет лобовой части равен 23,4 см, поэтому бандажные кольца необходимы (23,4 > 21,5 см). Принимаем mК 1, тогда: по (2.31) по (2.33)

QК dК

111 , 1,2 1 6 0,15 4 1,973 104 1800 105

2

104 1,973 104 Н; 0,0118 м.

Для изготовления кольца выбирается пруток диаметром 12 мм. 2.4.4. Полюсы. На полюсах электрических машин располагается обмотка возбуждения, которая создает магнитный поток. Необходимый характер распределения этого потока в воздушном зазоре обеспечивается соответствующей конфигурацией полюсного наконечника. Как правило, полюсы машин постоянного тока размещаются на статоре, а у синхронных машин – на роторе. В машинах постоянного тока кроме главных полюсов на статоре размещаются добавочные, предназначенные для улучшения коммутации. Главные полюсы машин постоянного тока (рис. 2.16) собирают из отдельных листов, которые штампуют из электротехнической стали толщиной 1 мм. Собранные в пакет, они спрессовываются при давлении (20…25) · 105 Па и скрепляются заклепками. Крайние листы пакета выполняются более толстыми.

46

Рис. 2.16. Главный полюс машины постоянного тока

В зависимости от размера полюса они штампуются из листовой стали толщиной 4…10 мм. Эти листы по размеру делаются несколько меньшими, чем остальные. Заклепки вставляются в предусмотренные в листах отверстия (рис. 2.16). Они равномерно распределяются по поверхности листов и занимают около 0,02 – 0,03 этой поверхности. Обычно их не менее четырех. Диаметры отверстий под заклепки принимаются на 0,15…0,2 мм больше диаметра самой заклепки. Для полюсов применяются заклепки диаметром 6, 8, 10 и 12 мм. Полюсы прикрепляются к станине болтами. Для этого в теле шихтованного полюса высверливаются отверстия и нарезается резьба (рис. 1.17, а). Резьба в шихтованном теле полюса механически ненадежна и не всегда обеспечивает плотное прилегание полюса к станине. Поэтому в более крупных машинах, а также у машин, работающих в условиях тряски, болты вворачиваются в стержни, вставляемые в тело полюса (рис. 2.17, б). В крупных машинах постоянного тока в полюсных наконечниках выштамповываются пазы (рис. 2.17,б) для размещения компенсационной обмотки. Добавочные полюсы выполняются цельными или собранными из штампованных стальных листов. 47

Рис. 2.17. Крепление главного полюса к станине

В машинах относительно небольшой мощности добавочные полюсы выполняются в виде стальных отливок или из полос проката. В настоящее время они часто собираются из листовой стали толщиной 1 мм. На рис. 2.18 даны различные исполнения добавочных полюсов. Сердечник полюса и его наконечник (рис. 2.18, а) выполняются из одной заготовки путем ее последующей механической обработки. Полочки (рис. 2.18, б и г), служащие для поддержания катушек, выполняются из немагнитных материалов и прикрепляются заклепками к телу полюса. В машинах относительно большой мощности полюсы выполняются Т-образной формы (рис 2.18, в), при таком их выполнении увеличивается поверхность прилегания полюса к станине. Полюсы, собранные из отдельных листов, имеют преимущество перед массивными, так как в них уменьшается действие вихревых токов при переходных процессах, что способствует улучшению коммутации.

Рис. 2.18. Добавочные полюсы машины постоянного тока

48

При механическом расчете полюсов проверяется их крепление к станине и проводится расчет заклепок. Расчет крепления главных полюсов в машинах постоянного тока проводится из условия, что на болты, которыми полюс соединяется со станиной, действует тангенциальная сила Q от вращающего момента, а на полюсы, расположенные по горизонтальному диаметру ярма, еще и сила тяжести полюса с обмоткой GП.О. (рис. 2.19). Магнитное притяжение полюса якорем в этих расчетах не учитывается, так как он одновременно притягивается и станиной, причем с большей силой вследствие более высокого значения индукции в сердечнике полюса.

Рис. 2.19. К расчету крепления главного полюса

Тангенциальная сила, действующая на полюс, Н, Q kM НОМ

pD2 ,

(2.34)

где k – коэффициент перегрузки (k = 2…3); p – число пар полюсов; D2 – диаметр якоря, м; MНОМ – номинальный момент, Н·м; M НОМ 9550 PНОМ nНОМ . Сила тяжести полюса с обмоткой, Н, GП.О.

9,81mП.О. ;

здесь mП.О. – масса полюса с обмоткой, кг. Принимая коэффициент трения между станиной и полюсом равным 0,2, определяют необходимую площадь сечения болтов полюса по внутреннему диаметру резьбы, м2: SБ Q GП.О. 0,2 , (2.35) где – допустимое напряжение растяжений в болтах; для 49

стали марки Ст3 с некоторым запасом 60 МПа . Размер болта по внутреннему диаметру резьбы, м, при числе болтов на полюс mБ (mБ > 2) d01 4SБ mБ . (2.36) Заклепки полюсов проверяются на растяжение: 4qSП d З2 mЗ

м2;

600 105 Па,

(2.37)

где q – давление спрессованных листов полюса: q = (20…25) · 105 Па; SП – площадь вырубки листа полюса,

mЗ и dЗ – число и диаметр, м, заклепок (m3 > 4). Расчет крепления добавочных полюсов проводится, исходя из того, что на болты, притягивающие их к станине, действует усилие магнитного притяжения к соседним разноименным главным полюсам. В передаче вращающего момента добавочные полюсы не участвуют. Учитывая, что основание добавочного полюса значительно уже, чем у главного, необходимо проверить полюс не только на сдвиг, но и на опрокидывание. Силу взаимодействия между добавочным полюсом и главными полюсами, расположенными по обе стороны от него, различны по значению и направлению. Результирующая сила взаимодействия между концами добавочного полюса и полюсным наконечником соседнего главного полюса равна, Н: Q1

hlД

FШ kFС kFД . 4,08 105 l12

(2.38)

Результирующая сила взаимодействия между сердечником добавочного полюса и сердечниками соседних главных полюсов, Н, Q2

H h lД

FШ kFС kFД . 18,3 105 l22

(2.39)

В приведенных формулах величины соответствуют обозначениям на рис. 2.20; lД – осевая длина добавочного полюса. Магнитодвижущие силы параллельной обмотки возбуждения FШ, последовательной обмотки FС и добавочных полюсов FД принимаются для номинального режима из электромагнитного расчета, k – коэффициент перегрузки. 50

Рис. 2.20. К расчету крепления добавочного полюса

Полюс, расположенный по горизонтальному диаметру ярма, находится в наихудших условиях, поскольку действующие силы тяжести и магнитного притяжения суммируются. Для этого полюса расчетное натяжение болтов, при котором сила трения между станиной и полюсом обеспечивает отсутствие сдвига полюса, равно, Н: (2.40) P' Q1 Q2 GД.П. 0,2, где GД.П. – сила тяжести добавочного полюса с обмоткой, Н; 0,2–коэффициент трения между станиной и полюсом. Расчетное натяжение болтов, которое обеспечивает отсутствие опрокидывания полюса, Н, P''

H 0,9Q1 0,7Q2 0,5GД.П. . 0,5a

(2.41)

Расчет болтов ведется по наибольшему натяжению P' или P'' . Внутренний диаметр резьбы болта, М, (2.42) d02 4 p mД , где mД – число болтов: mД ≥ 2. В цепях унификации болты для крепления главных и добавочных полюсов при небольшой разнице в их диаметрах принимают одинаковыми. Пример. Исходные данные: PНОМ 150 кВт , nНОМ 1450об/мин , D2 36,8 10 2 м , l lД 25,5 20 2 м , FД 6000 А , FC 2000 А , FШ 7400 А , mД.П. 22 кг , mП.О. 22 кг , l1 4,5 10 2 м , l2 7 ,5 10 2 м , H 13 10 2 м , h 2 10 2 м , a 4 10 2 м , SП 182 10 4 м , mЗ 6 , d З 1,2 10 2 м , k 2 ,

51

mБ

2 , mД

2.

Расчет болтов главного полюса: номинальный момент M НОМ

9550

150 1450

987 ,9 Н м;

тангенциальная сила по (2.34) Q 2 987 ,2 2 36,8 10

2684,5 Н;

2

сила тяжести полюса с обмоткой GП.О.

9,81 48 471 Н;

из (2.35) SБ 2684,5 471 0,2 600 105 внутренний диаметр болта 4 26,29 10 3,14 2

d01

26,29 10 5 м2 ;

5

1,3 10

2

13 мм.

выбираем болт М16 (d01 = 13,835 мм). Проверка заклепок главных полюсов из (2.36-2.37): 4 20 105 128 10 4 3,14 1,22 10 4 6

537 105

600 105 Па.

Расчет болтов добавочного полюса: из (2.39)

Q1

2 10

2

25,5 10

2

7400 2 2000 2 6000 5

4,08 10

4,5 10

2 2

844 Н;

из (2.40) Q2

13 2 10

2

25,5 10

2

7400 2 2000 2 6000 18,3 105 7 ,5 10

2 2

373 Н;

сила тяжести добавочного полюса с обмоткой GД.П.

9,81 22 216 Н;

из (2.41)

P'

из (2.42)

''

P

844 373 216 0 ,2 7165 Н;

13 10 2 0,9 850 0,7 373 0,5 216 0,54 10 2

7371 Н;

внутренний диаметр резьбы болта d 02

4 7371 3,14 2 600 105

0,89 10

2

8,9 мм;

можно выбрать болт М12 (d02 = 10,106 мм); для крепления 52

главных и добавочных одинаковые болты М16.

полюсов

целесообразно

выбирать

Полюсы синхронных машин чаще всего выполняются шихтованными. Листы для полюсов штампуются из электротехнической стали толщиной 0,5…1 мм – для машин небольшой мощности (до 100 кВт) и из стали марки Ст3 толщиной 1…2 мм – для более мощных машин. Листы собираются в пакет, по краям которого укладываются концевые щеки. В зависимости от ширины полюса щеки имеют различную форму (рис. 2.21). Пакет стягивается шпильками, пропущенными через отверстия, предусмотренные в листах сердечника. Гайки утапливаются в тело щек. Количество стяжных шпилек берется не менее четырех. Диаметр шпилек и их число определяются по (2.35) и выбираются таким образом, чтобы напряжение в них не превышало 60 МПа, а усилие, стягивающее сердечник, вызывало давление между листами около 2 МПа.

Рис. 2.21. Концевые щеки полюсов синхронных машин

В машинах небольшой мощности полюсы болтами прикрепляют к валу или к напрессованной в него втулке (рис. 2.22).

53

Рис. 2.22. Крепление полюсов синхронных машин небольшой мощности

Крепление полюсов в синхронных машинах мощностью свыше 100 кВт зависит от размеров ротора и частоты его вращения. В тихоходных машинах полюсы к ободу магнитного колеса прикрепляются с помощью болтов, которые вворачиваются в стержни, вставленные в тело полюса (рис. 2.23,а).

Рис. 2.23. Крепление полюсов синхронной машины большой мощности

В быстроходных – полюсы прикрепляются к остову ротора с помощью хвостов Т-образной формы (рис. 2.23,б), а в некоторых случаях в форме ласточкина хвоста (рис. 2.23,в). Т-образные хвосты более технологичны, поэтому они имеют преимущественное применение, за исключением машин с небольшим диаметром ротора. Размеры Т-образных хвостов и пазов для них нормализованы. В табл. 2.2, в соответствии с 54

рис. 2.24, приведены размеры хвостов и нагрузки в них в зависимости от толщины листов.

Рис. 2.24. Размеры паза и хвоста Т-образной формы

Хвосты в пазах расклиниваются клиньями из шпоночной стали с уклоном 1 : 100. При необходимости полюс выполняют с двумя хвостами, расстояние между которыми обозначено в табл. 2.2 буквой К.

Размеры выступа, мм № хвос та a b c e k

Размеры паза, мм r

g

m

h

n

1

14

26

25

12

1

12 24

24

12

–

2

20 40

38

20

–

1,5 22

42

40

20

3

26 52

50

25

80 1,5 29

55

52

25

4

32 65

58

32

98 1,5 35

69

60

32

5

38 70

58

32

11 1,5 42 0

74

60

32

Таблица 2.2 Допустимая Толнагрузка, Кн/м щина Хвост не Хвост листа, прова прова мм рен рен 0,5 440 590 1 590 980 1 790 1080 1,5 1470 1960 1 690 1080 1,5 2060 2750 1 610 1280 1,5 2160 2850 1 520 1170 1,5 2450 3340

При больших нагрузках тонкие листы шихтованного магнитопровода теряют устойчивость и коробятся. Для увеличения механической устойчивости его кромки 55

иногда провариваются по специально выштампованным лункам. Расчет крепления полюсов Т-образными хвостами в синхронных машинах производится путем сопоставления нагрузки на хвост с допустимой нагрузкой по табл. 2.2. Нагрузка на хвост обусловлена центробежной силой, которая определяется на единицу длины при максимальной частоте вращения. Центробежная сила полюса с обмоткой на 1 м длины полюса, Н/м, C

'

' m

11,0 m

' К.В.

m

n R MAX 1000

2

(2.43)

103 ,

где – средний радиус центра тяжести полюса (рис. 2.25), м, равный

R H

0,5hmp ;

(2.44) обмотки

– массы полюса и катушки возбуждения на 1 м длины, кг/м; максимальная частота вращения nmax – синхронных машин общего назначения nmax 1,2nНОМ ). m'm ,

m'К.В.

(для

Рис. 2.25. Полюс с Т-образным хвостом

Масса катушки обмотки возбуждения на 1 м длины, кг/м, m'К.В. 2a f b f w f 8900 1,05 1,87 104 a f b f w f , (2.45) где a f b f – поперечное сечение проводника обмотки возбуждения, м2; 56

– число витков в катушке; 1,05 – коэффициент учитывает изоляцию проводника. Масса полюса на 1 м длины, кг/м, m'm 7800Sm , (2.46) где Sm – площадь поперечного сечения полюса с полюсным наконечником и хвостами, м2; для предварительных расчетов площадь хвостов можно принимать равной 7% площади сердечника. По найденной из (2.42) силе C' и по табл. 2.2 выбирается тип хвоста. В том случае, если полученная из расчета нагрузка на хвост превышает допустимую, полюс можно выполнять с двумя или большим числом хвостов. При учете возможной неравномерности распределения усилий между хвостами нагрузка на каждый из них по сравнению с табличной снижается на 10% при двух хвостах и на 20% при трех. wf

Пример. Исходные данные: nНОМ 600 об/мин , H 41,9 10 2 м , hmp

21,5 10 2 м , Sm

484 10

4

0,28 10 2 м , b f

м2 , a f

3 10 2 м , w f

46 ,

толщина листа 1,5 мм. m'К.В. 1,87 104 0,28 10 2 3 10 2 46 72 ,3 кг/м; Из (2.45) ' 4 из (2.46) mm 7800 484 10 377 ,5 кг/м; из (2.44) R

41,9

1 2

21,5 10

2

м; 1,2 600 2

10 1354,6 Н/м. 1000 из (2.43) C 11,0 377 ,5 72,3 52,65 10 По табл. 2.2 для этой машины может быть выбран хвост № 2 без проварки основания. Расчет крепления полюсов с помощью ласточкиных хвостов. Закрепление полюсов в ободе ротора с помощью выступов в виде ласточкина хвоста (см. рис, 2.23,в) применяют в машинах средней мощности, когда радиальная высота обода ротора может оказаться недостаточной для размещения паза Тобразной формы. Заклинивание хвостов производят двумя затяжными клиньями с уклоном 1 : 200, расположенными с боковой стороны хвоста. В табл. 2.3 даны размеры '

2

3

57

нормализованных ласточкиных хвостов и пазов для них (обозначения см. на рис. 2.26). Выбор хвоста производится так же, как и в предыдущем случае, исходя из рассчитанной по (2.43) нагрузке. Расчет крепления полюса при помощи болтов. Число болтов для крепления полюса mБ выбирается не менее двух.

Рис. 2.26. Размеры паза и ласточкина хвоста

Для того чтобы не происходило удлинение болтов под действием центробежной силы при вращении ротора, болты ставят с предварительным натягом, который превышает центробежную силу на 20 %. Центробежная сила полюса при максимальной скорости, Н, C1

n 11,0 10 mП R MAX 1000 3

2

,

(2.47)

где mП – масса одного полюса, равная сумме масс сердечника, обмотки возбуждения и демпферной (пусковой) обмотки (берется из электромагнитного расчета); R – по (2.44). Внутренний диаметр резьбы болта, м, d0

1,2 4C1 . mБ ДОП

(2.48)

Допустимое напряжение σДОП для болтов из стали марок Ст5 и 30 составляет 120 МПа.

58

Таблица 2.3 Размеры ласточкина хвоста Размеры хвоста, мм

№ хвоста

Размеры паза, мм

b1

b2

h1

h2

h3

r1

b3

b4

h4

h5

R2

1

14

4,4

21

16,5

4,5

1,5

19,2

6,5

22

17,5

1,5

2

18

6,4

25

20,5

4,5

1,5

23,2

6,5

26,5

22

1,5

3

22

8,4

29

24,5

4,5

2

27,2

6,5

30,5

26

2

4 5 6

27 33 40

10,9 13,9 17,5

34 41 49

29,5 36,5 44,5

4,5 4,5 4,5

2,5 3 4

32,2 38,2 45,2

6,5 6,5 6,5

36 43,5 51,5

31,5 39 47

2,6 3 4

Толщи на листа, мм 1 1,5 1 1,5 1 1,5 1,5 1,5 1,5

Допустимая нагрузка, кН/м Хвост Хвост не проварен проварен 295 440 785 980 390 590 980 1280 490 735 1180 1570 1370 1870 1770 2350 2160 2850

59 59

Пример. Исходные данные: mП 106 кг , nНОМ 375 об/мин , H 48,6 10 2 м , hmp 18,8 10 2 м . Из (2.44) R

48,6 0 ,5 18,8 10

2

58 10

м;

2

по (2.47) 3

C1 11,0 10 106 58 10

2

2

1,2 375 1000

135256 Н.

Внутренний диаметр болта по (2.48) d0

1,2 4 135256 3,14 2 1200 105

2,94 10

29 ,4 мм.

2

По диаметру d0 29,4 мм выбирается ближайший по размеру болт М36 ( d0 31,67 мм ). Расчет межполюсных распорок. При вращении ротора на проводники обмотки возбуждения действует центробежная сила GП, направленная по радиусу ротора. Эту силу, приложенную к центру тяжести проводника, можно разложить на две составляющие, одна из которых направлена по продольной оси полюса, а другая – перпендикулярно этой оси (рис. 2.27). Продольная составляющая воспринимается полюсным наконечником, а поперечная составляющая стремится выгнуть проводник в межполюсное пространство. Поперечная составляющая одинакова для всех проводников катушки, т.е. не зависит от положения витка по высоте полюса. Напряжение на изгиб в медном проводнике катушки полюса, Па, определяют по формулам: а) для катушки с двумя радиусами закругления (рис. 2.27,а) 2r l 0,49 2r L 2b f

И

2

2

nMAX 1000

k 108 ;

(2.49) б) для катушки с одним радиусом закругления (рис. 2.27,б) И

r 0,98 2r 2b f

Индексы в формулах приведенным на рис. 2.27.

60

L

2

nMAX 1000

2

k 108.

соответствуют

(2.50) обозначениям,

Рис. 2.28. Зависимость k

Рис. 2.27. К расчету межполюсных распорок

f

Значения r, l, L и bf подставляются в метрах. Уменьшение r L учитывают напряжений при увеличении отношения коэффициентом k (рис. 2.28). Если напряжение на изгиб медного проводника, полученное по (2.49) или (2.50), меньше или равно 50 МПа, то межполюсные распорки можно не ставить. Если же σИ > 50 МПа, то для укрепления обмотки между катушками следует поставить распорки (рис. 2.29). Их количество по длине машины определяется по формуле И

mР

(2.51)

1,

500 105

mР принимается равным ближайшему целому числу. Напряжение в медном проводнике при наличии распорок, Па, ПР

И

mР 1

2

(2.52)

.

Боковое давление на распорку, Н, N

0,981 a f b f w f

2r l 2

2r L mР 1

nMAX 108. 1000

(2.53)

Пример. Исходные данные: nНОМ 750 об/мин , L 66 10 2 м , l 17 ,7 10 2 м , r 5,95 10 2 м , a f 0,21 10 2 м , bf 3,5 10 2 м , w f 65 , катушка – с двумя радиусами закругления 61

5,95 10 2 66 10 2

0,09.

По рис. 2,28 k 0,93.

Рис. 2.29. Межполюсные распорки

Из (2.49) получим И

2 5,95 17 ,7 10 2

0,49

2 3,510 2

2 5,95 66

2

10

1,2 750 1000

4

0,93 108

94,7 50 МПа.

Определяем число распорок: mР

947 105 500 105

1 0,37; 947 105

ПР

2

принимаем mР = 1, 234 105 Па.

1 1 тогда Боковое давление на распорку по (2.53)

N

0,981 0 ,21 10 21800 Н.

62

2

3,5 10

2

65

2 5,95 17 ,7 10 2 2

2 5,95 66 10 2 11

1,2 750 1000

108

Расчет кромки полюсного наконечника. Наиболее опасным сечением полюсного наконечника является сечение А – А (рис. 2.30).

Рис. 2.30. Силы, действующие на кромку полюса

Кромка полюса испытывает изгибающий момент от центробежных сил со стороны обмотки. При наличии демпферной обмотки толщина кромки полюсного наконечника уменьшается и напряжение изгиба в ее опасном сечении (А”–А’ рис. 2.30) возрастает. При наличии межполюсных распорок, опирающихся на кромку полюса, на нее будут также действовать моменты от сил бокового давления обмотки через распорку и от центробежной силы распорки. Поэтому при проектировании полюса, главным образом полюса быстроходных машин, необходимо проверить напряжение в кромке Центробежная сила 1 м обмотки, Н/м, CВ

n 10,3a f b f w f RВ MAX 1000

2

107.

(2.54)

Центробежная сила кромки полюса, Н/м, CКР 11,0mКР RК

nMAX 1000

2

103 ,

(2.55)

где mКР – масса кромки полюса, кг/м; RВ и RКР – расстояние от оси вращения до центра тяжести обмотки и кромки полюса, м; af и bf – размеры проводника обмотки возбуждения, м. Сила, действующая на 1м от бокового давления обмотки 63

через распорку, Н/м,

CР'

N

tg , B

(2.56)

где N – сила бокового давления на распорку по (2.53); 180 2 p – половина угла между соседними полюсами; B – опорная на кромку длина (аксиальная) распорки, м. Сила, действующая на 1 м кромки, от центробежной силы распорки, Н/м,

CР''

CР , 2 Bcos

(2.57)

где CР – полная центробежная сила распорки, Н: CР 11,0mР RР

nMAX 103 , 1000

mР – полная масса распорки, кг; RР – расстояние от оси вращения до центра тяжести распорки, м. Изгибающий момент в сечении А – А на единицу длины, Н·м/м, (2.58) M И CВlВ CКРlКР CР' CР'' lР , где lВ, lКР, lР – плечи сил до центра сечения А – А, м. Напряжение от изгиба в кромке полюсного наконечника, Па, КР

6

MИ , 2 hКР

(2.59)

где hКР – высота сечения А – А кромки полюса, м. Допустимое напряжение в кромке от изгиба для стали марки Ст3 составляет 70 МПа при толщине листок полюса 1 мм и 100 МПа при толщине листов полюса 1,5 мм. При наличии демпферной обмотки допускаемые напряжения соответственно будут 90 и 130 МПа. Если в сечение А – А попадает отверстие для стержня демпферной (пусковой) обмотки, то из высоты сечения следует вычесть высоту шлица и диаметр паза. При смещении паза плечи lВ, lКР и lР следует брать до центра тяжести сечения А'' А' , как показано на рис. 2.30, при этом высоту сечения принимают равной А'' А' . Расчет козырька щеки полюса. На козырек щеки действует центробежная сила лобовой части обмотки возбуждения, которая стремится его отогнуть. Наибольшее напряжение изгиба возникает в месте перехода 64

козырька к нажимной части щеки (сечение I – I на рис. 2.31, а).

Рис. 2.31. К расчету козырька щеки полюса

Момент центробежных сил лобовой части обмотки, имеющей один радиус закругления, Н·м, MЦ

n 10,3a f w f R r B MAX 1000 3 В 2

2

107 ;

(2.60)

для обмотки, имеющей двухрадиусное закругление (рис. 2.31, б), Н·м, M Ц 10,3a f w f RВ Br23 lk ' 2

nMAX 107 , 1000

(2.61)

где RВ – расстояние от оси вращения до центра тяжести сечения обмотки, м; l – длина прямолинейного участка лобовой части обмотки, м; B – по кривой рис. 2.31; 65

l, k’, r2, м, – по рис. 2.31. Момент сопротивления козырька щеки в сечении I – I, м3, cos

1 k ' r2 ;

W

bh2 . 6

(2.62)

Здесь b и h, м, – по рис. 2.31; φ – по рис. 2.31 в зависимости от отношения h1/h. Напряжение изгиба в сечении I – I козырька щеки, Па, И

1,15

MИ . W

(2.63)

Коэффициент 1,15 учитывает увеличение напряжения от собственной центробежной силы козырька щеки. Допустимое напряжение для стали марки Ст3 σИ = 120 МПа, для стали марки Ст5 σИ = 150 МПа. Расчет лобовой части катушки полюса. У машин относительно небольшой мощности или имеющих невысокую частоту вращения иногда центробежные силы, действующие на лобовые части обмотки возбуждения, получаются небольшими. В этом случае у щеки полюса можно не делать козырька, поддерживающего части обмотки. При решении вопроса о целесообразности установки щеки с козырьком или без него можно исходить из следующего расчета. Статический момент площади лобовой части, м3, (2.64) M B1r13 B2r23 b f l r2 x 0,5b f ; M B1r13 B2r23 , при l = 0 где bf – ширина проводника катушки, м; r1, r2, l, x, M, м – по рис.2.32; B1 и B2 – коэффициенты, значения которых принимаются по рис. 2.32 по cos 2 x r2 для B2 или cos 1 x r1 для B1. Напряжение изгиба в меди от собственной центробежной силы, Па, M nMAX 0,295 r b f a f 1000

2

109 ,

(2.65)

где r – расстояние от оси вращения до наиболее удаленного витка, м; af – толщина проводника обмотки возбуждения, м. 66

Если расчетное напряжение изгиба меди превышает 500 · 105 Па, то применяют щеку с козырьком.

Рис. 2.32. Лобовая часть катушки полюса

Контрольные вопросы 1. Какие конструкционные материалы используются при изготовлении корпусных деталей ЭМП и почему? 2. Какую сталь необходимо использовать в магнитопроводе асинхронного двигателя мощностью 1,5 кВт и почему? 3. Назовите основные расчеты, выполняемые при конструировании станины ЭМП. 4. Охарактеризуйте особенности изготовления магнитопроводов асинхронных двигателей при различных внешних диаметрах.

67

3. КОНСТРУКЦИЯ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ СЕРИИ АИ 3.1. Вопросы эстетической оценки асинхронных двигателей Впервые в практике электромашиностроения при проектировании серии АИ была проведена эстетическая оценка внешнего вида АД на основе принципов дизайна (рис. 3.1) [4, 19]. Электрические машины мало вступают в физические и психофизические контакты с человеком. Поэтому учет эргономических требований при проектировании АД сводится к удобству их монтажа и встраивания в различные механизмы.

Рис. 3.1. Основные принципы дизайна

Главные проблемы при выполнении требований эстетической внешней формы АД: оптимальная технология, максимально возможное охлаждение, удобство подключения. Видимыми частями АД со степенью защиты 1Р44 являются: станина, вводное устройство, щит со стороны свободного конца вала, кожух вентилятора. Проведены исследования визуальных впечатлений при оребрении корпуса с прилитым вводным устройством и оребрении щита со стороны свободного конца вала и от кожуха вентилятора. Рассматривались три общих вида: 1) контур оребрения "квадратный", ребра продольнопоперечные; 2) контур оребрения круглый, ребра у АД с высотами оси вращения от 50 до 180 мм продольно-поперечные, а у АД больших высот оси вращения (200-355 мм) - радиальные; 68

3) контур оребрения АД всей серии "квадратный", оребрение радиальное. Во всех случаях корпуса малых АД отливаются в кокиль, более крупных АД – в землю. Во втором случае круглый контур оребрения позволяет несколько снизить расход металла. Однако, по мнению специалистов, "квадратный" контур оребрения создает впечатление стабильности и несколько больше соответствует современным формам [4]. Для серии АИ были приняты первый и второй варианты. Применение кокилей с четырехсторонним разъемом для литья под давлением корпусов с продольно-поперечным оребрением из алюминиевых сплавов обеспечивает значительную экономию материалов. Однако по соображениям технологичности такое литье применяется для АД с высотами оси вращения 50 ÷ 132 мм. Для АД с высотой оси вращения h > 132 ÷ 160 мм корпуса отливают из чугуна в землю или облицованный кокиль, где используется радиальное оребрение. Новейшие методы изготовления высокопрочных заготовок корпусов из алюминия с высокой степенью оребрения, основанные на применении экструзионной технологии, позволили выпустить серию асинхронных машин RA (А) с большим диапазоном высот вращения (71 ÷ 355 мм) [34, 36]. С точки зрения эстетики наиболее гармоничные пропорции двигателю создают ребра высотой, меньшей высоты оси вращения электродвигателя примерно в 5,5 раза. Оба щита по форме одинаковы. Щиты круглые, гладкие или с ребрами. Для серии АИ в основном приняты гладкие щиты, имеющие вверху коническую наружную поверхность с конусностью 15%, ширина щита ориентировочно равна 1/8 его внешнего диаметра. Для крепления щитов к корпусу предусмотрены равномерно расположенные приливы (три, четыре или шесть). Конфигурация кожуха вентилятора повторяет геометрию контура ребер, и размеры его в основном определяются необходимостью оптимизации работы вентилятора. Пропорциональная глубина кожуха – 1/2 высоты оси вращения. Вентиляционные отверстия с торца кожуха - квадратные размером 8x8 мм. Для станин, отливаемых в кокиль, корпус 69

вводного устройства отливается вместе со станиной. С позиций удобства монтажа вводное устройство округлой или прямоугольной формы размещается обычно сверху. Размеры определяются напряжением питания, рабочими токами, элементами конструкции, обеспечивающими заданную степень защиты от воздействия окружающей среды, количеством и размерами штуцеров, а также необходимостью обеспечения удобства подключения концов обмоток и кабелей. Как правило, отдельно изготавливаемые вводные устройства унифицируются для нескольких габаритов. Размеры вводных устройств рекомендуется соотносить с высотой оси вращения: высота (0,2– 0,35)h; отношение ширины к длине 1:(1 1,5). Лапы - L-образной формы с упрочняющими ребрами. На рис. 3.2, 3.3 показаны примерные варианты оформления АД.

Рис. 3.2. Внешний вид АД с высотой оси вращения 80 мм

Рис. 3.3. Двигатель с высотой оси вращения 80 мм с продольно-поперечным (а) и радиальным оребрением (б)

70

3.2. Основные конструктивные решения

По конструктивной схеме двигатели серии АИ следует разделить на две основные разновидности, вытекающие из степени защиты и способа охлаждения: двигатели со степенью защиты IP44 (54) и наружным обдувом (рис. 3.2, рис. 3.5); двигатели со степенью защиты IP23 (рис. 3.6).

Согласно действующим стандартам степень защиты 1Р23 определяется недопустимостью попадания в АД капель воды, падающих под углом не более 60° к вертикали, и предметов диаметром более 12,5 мм [25]. Возможность прямого охлаждения активных частей АД окружающим воздухом создает ряд преимуществ защищенных АД по стоимости, массе, габаритам по сравнению с закрытыми. Эти преимущества особенно сказываются в машинах больших габаритов. При определении оптимальной нижней границы высот оси вращения для АД со степенью защиты 1Р23 доказано, что с уменьшением высоты оси вращения разница в показателях этих АД уменьшается и при "граничных" значениях защищенные и закрытые АД становятся близкими по стоимости, массе и габаритам [4]. На основе результатов исследования для серии АИ принято, что нижней границей целесообразного применения АД защищенного исполнения является высота оси вращения 200 мм для всех чисел пар полюсов. Кроме указанных выше преимуществ АД со степенью защиты 1Р23 имеют лучшие виброакустические характеристики, особенно при двухсторонней радиальной системе вентиляции. На рис. 3.4 показаны виброакустические характеристики защищенных четырехполюсных АД; уровни шума и вибрации выражены в процентах относительно тех же показателей закрытых АД.

Рис. 3.4 Уровень шума и вибрации АД защищенного исполнения (1Р23) : 1 – уровень вибрации; 2 – уровень шума

71

Ряды мощностей и установочных размеров защищенных АД соответствуют рекомендациям МЭК 72. Как двигатели со степенью защиты IP44 (рис. 3.5), так и двигатели со степенью защиты IP23 (рис. 3.6) на разных отрезках серии имеют некоторые различия в конструктивных решениях, обусловленные различием размеров машин, а также различием технологии их производства.

Рис. 3.5. Асинхронный двигатель с h=250 мм (исполнение по степени защиты 1Р44)

Однако, для серии характерны, прежде всего, единство главных конструктивных решений и общие конструктивные признаки, определяющие общее подобие двигателей. Например, для асинхронных двигателей серии АИ больше применяется степень защиты IP54.

Рис. 3. 6. Асинхронный двигатель с h=250мм (исполнение по степени защиты 1Р23)

Общим в конструктивных схемах двигателей со степенью защиты IP44 является: станина с продольными радиальными ребрами, увеличивающими поверхность теплоотдачи; наружный 72

обдув двигателя центробежным реверсивным дисковым вентилятором (рис. 3.7) с использованием кожухов (рис. 3.8) для направления потока воздуха и обеспечения необходимой степени защиты вентилятора.

Рис. 3.7. Вентилятор наружного обдува

Рис. 3.8. Кожух вентилятора

На отдельных участках серии двигатели имеют и некоторые конструктивные отличия. В двигателях со степенью защиты IP44 температура обмотки статора максимальна в лобовых частях. На участке серии с высотами 50 - 180 мм вентиляционные лопатки ротора выполняют роль мешалки и осуществляют турбулизацию воздуха в зоне лобовых частей. Для двигателей с высотами оси вращения 200 - 250 мм простое перемешивание воздуха оказывается недостаточно эффективным (см. рис. 3.5). В этих машинах для увеличения скорости обдува лобовых частей и подшипниковых щитов и улучшения таким образом отвода тепла к щитам движение воздуха упорядочено направляющими щитками, укрепленными на оребренных с внутренней стороны подшипниковых щитах. При такой системе внутренней циркуляции воздух под действием лопаток ротора, работающих как центробежный вентилятор, поступает в полость лобовых частей обмотки статора. Затем, проходя через полость, образованную направляющим щитком и подшипниковым щитом, отдает последнему часть теплоты и, охлажденный, вновь направляется лопатками ротора в зону лобовых частей. Конструктивная схема двигателей с высотами оси вращения 280 - 355 мм (рис. 3.9) несколько отличается от описанной выше. Известно, что в двигателях закрытого обдуваемого исполнения наиболее нагретой частью является ротор, 73

оказывающий существенное влияние на температуру обмотки статора. Так как теплопередача от ротора идет в основном через статор, то с увеличением радиальных размеров машины отвод теплоты от ротора становится все более затруднительным. С целью уменьшения влияния нагрева ротора на нагрев статора и интенсификации охлаждения подшипниковых узлов на этом участке серии принята система с форсированным охлаждением ротора. Охлаждение наружной поверхности оболочки осуществляется, как и в любом двигателе с наружным обдувом. Для форсированного охлаждения ротора потоком воздуха окружающей среды на диске вентилятора наружного обдува расположены дополнительные лопатки, с помощью которых охлаждающий воздух протягивается через торцевые окна в подшипниковом щите (со стороны выступающего конца вала), через аксиальные каналы ротора и торцевые окна в подшипниковом щите со стороны вентилятора. В камере, образованной подшипниковым щитом и кожухом, этот воздух смешивается с воздухом, засасываемым основными лопатками наружного обдува через решетку кожуха, и направляется вдоль станины. Для обеспечения степени защиты IP44 вентиляционный тракт ротора отделен от полости статора диффузорами с лабиринтными уплотнениями.

Рис. 3.9. Двигатель АИ-280 с форсированным охлаждением ротора (исполнение по степени защиты 1Р44)

74

Двигатели защищенного исполнения со степенью защиты IP23 охватывают диапазон высот оси вращения от 160 до 355 мм [8]. Общими конструктивными решениями, характерными для этих двигателей, являются двусторонняя симметричная радиальная система вентиляции, причем нагнетательными элементами служат лопатки, отлитые заодно с короткозамыкающими кольцами обмотки ротора, близкая к квадратной форма станины с отверстиями для выхода охлаждающего воздуха, щиты с отверстиями для входа охлаждающего воздуха. В двигателях с высотами оси вращения 160-250 мм (рис. 3.6) воздух засасывается через торцевые окна в щитах, омывает лобовые части и спинку статора и выбрасывается через окна в средней части станины. В двигателях с высотами оси вращения 280–355 мм (рис. 3.10) схема вентиляции аналогичная. Воздух через торцевые окна в щитах попадает в камеры, образованные сердечником статора и кожухом, и выбрасывается через отверстия в боковой поверхности кожуха. При рассмотрении конструкции целесообразно разбиение серии на отрезки по высотам оси вращения: 50–63; 71–100; 112– 132; 160–180; 200–250 и 280–355 мм. Внутри каждого из этих отрезков двигатели между собой полностью подобны, и конструктивные решения всех их деталей и сборочных единиц идентичны. 3.3. Конструкция оболочек Станины двигателей с высотами оси вращения 50–63 мм изготавливаются из алюминиевого сплава АЛ-2. Для обеспечения минимальной повреждаемости лобовых частей обмотки статора при окончательной обработке замков станины имеют наружные замковые поверхности. Лапы прилитые. В верхней части станины со стороны выступающего конца вала предусмотрены приливы для размещения и крепления вводного устройства.

75

Рис. 3.10. Двигатель АИ-Н315 (исполнение по степени защиты IP23)

Для двигателей с высотами оси вращения 71–100 мм станины могут выполняться как из алюминиевого сплава, так и из чугуна. В случае выполнения из алюминиевого сплава конструкции станины соответствуют описанным выше. Основные конструктивные решения станин из чугуна для двигателей всех высот серии следующие: 1) все они выполняются с прилитыми лапами; 2) внутренних карманов станины не имеют, что позволяет вести бесстержневую формовку (при литье в землю). Конструкция станины двигателей с высотами оси вращения 71 - 132 мм позволяет вести отливку в кокиль. На станинах расположены продольные приливы для крепления подшипниковых щитов. В двигателях с высотами оси вращения 160 и 180 мм сопряжение лап с корпусом усилено утолщениями и 76

поперечными ребрами, в двигателях с высотами оси вращения 200 - 250 мм – полыми ребрами, обеспечивающими проход охлаждающего воздуха вдоль станины. Параметры оребрения корпусов – высота ребра hР , шаг оребрения lР и коэффициент оребрения (отношение полной поверхности станины с учетом оребрения к поверхности гладкого цилиндра с размерами, равными диаметру и длине станины) – приведены в табл. 3.1. Конструкция станины двигателей со степенью защиты IP23 имеет две разновидности. У двигателей с высотами оси вращения 160 - 250 мм (см. рис. 3.5) станины выполнены литыми из чугуна, с внутренними ребрами, на которых крепится сердечник статора. Оболочка станины и внутренние ребра образуют продольные каналы для прохода охлаждающего воздуха. Как и в двигателях со степенью защиты IP44, замковые поверхности станины выполнены наружными. Таблица 3.1

h, мм hР , мм lР , мм

kОР

71

80

90

100 112 132 160 180 200 225 250 280 315 355

14

14 16,5 20

8,1

9.2

21

9,3 13,1 10

24

27

30

30 34,5 40 45 50

60

11 12,8 17,4 15,7 19,8 24,7 33 43

55

1,75 1,65 1,75 1,90 2,25 2,25 2,10 2,10 2,2

2,4

2,1 2,1 1,8 1,7

Двигатели с высотами оси вращения 280–355 мм (рис. 3.10) имеют сварной корпус, выполненный в виде полустанины цилиндрической формы. Полустанина крепится на четырех стойках, соединенных в основании продольными планками с отверстиями под фундаментные болты, а в верхней части – двумя ребрами из толстолистовой стали. Стойки корпуса имеют кольцевые заточки. На заточках наружных стоек центрируются подшипниковые щиты, на внутренних – сердечник статора с обмоткой. Полустанина закрывается кожухом из листовой стали. Двигатели с высотами оси вращения 50 - 250 мм до виду производства относятся к массовым и крупносерийным изделиям. 77

Из этого вытекают специфические требования к конструкции деталей оболочек. В каждой высоте оси вращения предусмотрено не более двух станин, отличающихся только по длине, с лапами и соответственно двух станин без лап (исполнение М300). Конструкция станины предусматривает возможность автоматического закрепления при механической обработке на автоматических линиях и агрегатных станках. Станины двигателей со степенью защиты IP44 и IP23 имеют одинаковые координаты обрабатываемых поверхностей, что обеспечивает возможность их обработки на одном оборудовании. Подшипниковые щиты двигателей с высотами оси вращения 50 – 63 мм выполнены, как и станины, из алюминиевого сплава и имеют ребра на наружной поверхности, совпадающие при сборке машины с ребрами станины. Отверстие под подшипник армировано стальной втулкой, благодаря чему обеспечивается стабильность размеров отверстия и возможность многократной переборки двигателя без нарушения посадки подшипника. Подшипниковые щиты двигателей с высотами оси вращения 71 - 250 мм и степенью защиты IP44 выполняются из чугуна, без наружного оребрения (рис. 3.11).

Рис. 3.11. Подшипниковый щит двигателя АИ

Щиты двигателей с высотами оси вращения 200 – 250 мм имеют внутреннее оребрение. Щиты выполнены с внутренними замковыми поверхностями, что позволяет повысить точность размеров их посадочных поверхностей за счет одновременной обработки спаренным инструментом замковой поверхности и 78

поверхности отверстия под подшипник. Подшипниковые щиты имеют небольшую глубину, что обеспечивает их жесткость при обработке и сборке. Подшипниковые щиты двигателей со степенью защиты IP23 с высотами оси вращения 160 – 250 мм выполнены в виде ступицы и обода, соединенных между собой шестью ребрамиспицами. Ребра имеют Т-образное сечение, что обеспечивает достаточную прочность и жесткость конструкции щита в целом. В двигателях с высотами оси вращения 280 – 355 мм обоих исполнений по степени защиты подшипниковые щиты выполнены с окнами на торцевой поверхности для входа (выхода) охлаждающего воздуха. Замковые поверхности на щитах наружные (на станинах соответственно внутренние). 3.4. Активная часть двигателей Сердечники статора двигателей с высотами оси вращения 45 –132 мм скрепляются сваркой, а с высотами оси вращения 160— 355 – с помощью скоб. Для снижения магнитного шума и уменьшения добавочных моментов АД ряда высот оси вращения имеют скос пазов ротора на одно зубцовое деление. Обмотка АД с высотами оси вращения 45—250 мм всыпная, из круглого провода, укладывается в полузакрытые пазы статора. В АД с высотами оси вращения 280—355 мм применяют жесткие секции из прямоугольного провода, укладываемые в полуоткрытые пазы статора. Обмотка АД с высотами оси вращения 45-132 мм однослойная, концентрическая либо "вразвалку" (для двухполюсных машин) . Двигатели с высотами оси вращения 160-250 мм имеют одно-двухслойную обмотку. Всыпные обмотки всех двигателей позволяют осуществить их механизированную укладку в статор. Обмотки короткозамкнутых роторов АД всех высот вращения выполняются заливкой сердечника ротора алюминием. Одновременно отливаются короткозамыкающие кольца с вентиляционными лопатками и для ряда высот оси вращения — со штырями для крепления балансировочных грузов. 79

3.5. Конструкция подшипниковых узлов и валов Двигатели серии АИ любой формы исполнения по способу монтажа имеют две подшипниковые опоры, одна из которых «плавающая» (обычно со стороны выступающего конца вала), а вторая «фиксирующая». Подшипник, устанавливаемый в «фиксирующей» опоре, воспринимает радиальную и осевую нагрузку. Установленный в «плавающей» опоре подшипник воспринимает только радиальную нагрузку и должен иметь возможность свободно перемещаться в аксиальном направлении с целью предотвращения заклинивания как при сборке двигателя, если детали имеют предельные отклонения размеров, которые сложились таким образом, что вызвали это заклинивание, так и вследствие теплового расширения. Возможность аксиального перемещения должна обеспечиваться либо самим подшипником (роликовый подшипник с гладким внутренним или наружным кольцом), либо конструкцией подшипникового узла, допускающей перемещение одного из колец подшипника относительно сопряженной с ним детали. Подшипниковый узел состоит из подшипников, подшипников и крышек, закрывающих подшипник с одной или двух сторон; элементов уплотнения; фиксирующих и крепительных деталей (шайб, стопорных колец, гаек и т.д.). В двигателях с высотами оси вращения до 132 мм применяются подшипники серии 180000 с двусторонним уплотнением и постоянно заложенной смазкой, рассчитанной на весь срок службы подшипника. Это позволяет существенно упростить конструкцию подшипникового узла за счет отказа от внутренней крышки, уплотняющих устройств, а в некоторых случаях и от наружной крышки, которая при этом выполняется заодно с подшипниковым щитом. В двигателях больших высот оси вращения подшипниковые узлы имеют два исполнения: обычное (см. рис. 3.5 и 3.6) в двигателях, предназначенных для работы в нормальных климатических условиях и нормальных условиях эксплуатации, и исполнение, обеспечивающее пополнение и частичную замену смазки без разборки двигателя и отсоединения его от 80

приводимого механизма (рис. 3.12). Эти подшипниковые узлы применяются для всех специализированных исполнений по условиям окружающей среды, а также когда при эксплуатации доступ к двигателю для его разборки и обслуживания затруднен. В двигателях серии АИ применяются подшипники качения средней серии; в двигателях с высотами оси вращения до 160 мм оба подшипника шариковые, с высотами оси вращения 160 мм и выше – шариковый со стороны, противоположной приводу, и роликовый со стороны привода (кроме двухполюсных двигателей, где оба подшипника шариковые).

Рис. 3.12. Конструкция подшипникового узла с устройством для пополнения смазки: 1 – масленка; 2 – пробка; 3 – кольцо уплотнения; 4 – стопорное кольцо; 5 – пробка канала; 6 – войлочное уплотнение внутренней крышки подшипника

В связи с повышенными требованиями по виброшумовым характеристикам применены подшипники класса точности 6. В двигателях фланцевого исполнения (М200 и М300) с высотами оси вращения 160 – 250 мм со стороны привода также 81

применен шариковый подшипник, имеющий меньший радиальный зазор и обеспечивающий меньшее радиальное биение фиксирующей заточки крепительного фланца подшипникового щита. Подшипниковые крышки предназначены для защиты подшипника от воздействия внешней среды, а также для удержания смазки в зоне подшипника (в подшипниках без уплотнений). Выполняются подшипниковые крышки из чугуна. Однако в малых машинах для «плавающей» опоры, где крышки несут чисто защитные функции и практически не воспринимают механических нагрузок в процессе работы, они могут выполняться либо из алюминиевых сплавов, либо из нагревостойкой пластмассы. Пружины осевого нажатия являются необходимым элементом подшипникового узла современного двигателя. Для уменьшения составляющих вибрации, вызванных наличием зазоров между телами качения и обоймами подшипника, применяется осевое нажатие на наружную обойму подшипника. При этом имеет место постоянное касание (с определенным усилием) тел качения и дорожек качения по обойме подшипника. Пружины осевого нажатия устанавливаются, как правило, в «фиксирующей» опоре. Однако, когда в «плавающей» опоре установлен шариковый подшипник, пружины должны устанавливаться в обеих опорах. В двигателях основного исполнения применена самая простая форма бесконтактного (щелевого) уплотнения. Уплотняющее действие щели между валом и подшипниковой крышкой усилено двумя концентрическими жировыми канавками. Смазка, заполняющая жировые канавки, препятствует загрязнению подшипника. Как правило, эффективность такого уплотнения является вполне достаточной для регламентированных условий работы двигателей со степенью защиты IP44. В двигателях специализированных исполнений по условиям окружающей среды применено комбинированное контактное уплотнение в виде войлочного кольца, усиленное лабиринтом в наружной крышке подшипника и щелевым уплотнением с жировыми канавками на внутренней. 82

Диаметр и длина выступающего конца вала двигателей серии АИ, как и остальные присоединительные размеры, заданы в зависимости от главного установочного размера – высоты оси вращения двигателя [4,1,5]. При этом в двигателях с высотой оси вращения до 132 мм размеры выступающего конца вала для всех частот вращения одинаковы, а с высотами оси вращения 160 мм и более двигатели на 3000 об/мин имеют меньшие размеры валов, чем двигатели на другие частоты вращения. Диаметр шейки вала d2 под посадку подшипника (рис. 3.13) предварительно выбирается путем увеличения диаметра выступающего конца вала d1 , на 1 , достаточную для упора ступицы муфты, шкива или шестерни. Обычно разность в диаметрах d2 и d1 не превышает 10мм. Диаметр d2 принимается равным ближайшему внутреннему диаметру подшипника.

Рис. 3.13. К выбору размеров вала

Размеры буртика 2 для упора подшипника определяются радиусом закругления и общей высотой внутреннего кольца подшипника. Чтобы обеспечивалась возможность демонтажа подшипника, высота буртика должна быть меньше высоты внутреннего кольца подшипника. Естественно, что все выбранные таким образом размеры подлежат последующей проверке при механическом и размерном расчетах (см. п.4). Упомянутые выше соотношения размеров вала для асинхронных двигателей приведены в табл. 3.2. Двигатели всех высот оси вращения имеют подшипники качения. В высотах оси вращения 45-112 мм предусмотрены шариковые подшипники типа 2КS легкой серии с двухсторонним уплотнением и постоянно заложенной смазкой, рассчитанной на весь срок службы подшипника. Такие подшипники легкой серии 83

применяют в АД 45-100-1 габаритов, а в АД с высотами оси вращения 112-180 мм - типа 21Г средней серии. Срок службы подшипников 20 000 ч. Таблица 3.2 h, мм 56 63 71 80 90 100 112 132 160 180 200 225 250 280 315 355

Номер подшипника 180501 180502 180604 180605 180605 180606 180607 180609 310 312 313 314 317 317 319 322

d1 , мм

d2 , мм

11 14 19 22 24 28 32 38 48 55 60 65 75 80 90 100

12 15 20 25 25 30 35 45 50 60 65 70 85 85 95 110

1

, мм

0,5 0,5 0,5 1,5 0,5 1,0 1,5 3,5 1,0 2,5 2,5 2,5 5,0 2,5 2,5 5,0

d 3 min , мм 17 20 17 32 32 37 44 54 60 72 77 82 99 99 109 124

, мм 2,5 2,5 3,5 3,5 3,5 3,5 4,5 4,5 5,0 6,0 6,0 6,0 7,0 7,0 7,0 7,0

2 min

Для снижения уровней шума и вибрации в подшипниковых узлах АД с высотами оси вращения 45–132 мм используют пружинные шайбы, поджимающие подшипники. Двигатели с подшипниками типа 2К8 с высотами оси вращения 45 -132 мм имеют только наружные крышки. АД с высотами оси вращения 160-180 мм имеют со стороны рабочего конца вала одну крышку, с противоположной стороны – две подшипниковые крышки, зажимающие и фиксирующие подшипник. Двигатели с высотами оси вращения 200 и 225 мм имеют на обеих опорах шариковые подшипники: средней серии со стороны рабочего конца вала и легкой – со стороны вентилятора. Это позволяет снизить массу и шум в подшипниковых узлах. В АД с высотами оси вращения 250–355 мм, кроме двухполюсных, со стороны свободного конца вала установлены роликовые подшипники, с противоположной стороны – шариковые. Все двухполюсные АД имеют два шариковых 84

подшипника. Подшипниковые узлы АД с высотами оси вращения 200–355 мм выполнены с лабиринтными уплотнениями (рис. 3.14) и имеют устройства для пополнения и замены смазки без разборки (рис. 3.15).

Рис. 3.14. Подшипниковый узел с лабиринтными уплотнениями

Рис. 3.15. Устройство для пополнения смазки подшипников

В ряде стран для обеспечения лучшей защиты используются резиновые самоподжимные уплотнения V-образной формы (рис. 3.16). В большинстве типоразмеров применены подшипники с индексом Ш2 (с пониженным уровнем шума).

Рис.3.16. Резиновые самоподжимные уплотнения V-образной формы

3.6. Конструкция вводных устройств Вводные устройства двигателей серии АИ имеют несколько исполнений в зависимости от способа ввода питающего кабеля, 85

его вида и соединения с выводами статорной обмотки [4]. Вводные устройства допускают присоединение гибкого металлического рукава и кабелей с медными или алюминиевыми жилами с оболочкой из резины или пластиков. Двигатели мощностью 30 кВт и выше при напряжении 220 В, а также двигатели с высотами оси вращения 50 – 63 мм допускают присоединение кабелей только с медными жилами. Ввод кабеля предусмотрен через один или два штуцера, а также через удлинитель под сухую разделку или заливку кабельной массой. Расположено вводное устройство на верху двигателей с высотами оси вращения 50 – 250 мм и сбоку – у двигателей больших высот оси вращения. Конструкция вводного устройства (рис. 3.17) допускает разворот с фиксацией на 90 о или 180°; при этом поворачивается только корпус.

Рис. 3. 17. Конструкция вводного устройства двигателей с высотами оси вращения 160–250мм: 1 – крышка; 2 – табличка-схема; 3 – гнездо; 4 – втулка; 5 – втулка уплотнительная; 6 – уплотнительное кольцо; 7 – корпус; 8 – патрубок; 9 – панель с контактными болтами

86

Панель вместе с закрепленными на ней выводными концами обмотки статора остается неподвижной. Это дает возможность легко осуществлять поворот вводного устройства непосредственно при установке двигателя на месте эксплуатации и гарантирует правильность подключения выводов обмотки. Контрольные вопросы 1. Какие эргономические требования должны быть учтены при проектировании двигателя? 2. Какие существуют две разновидности степени защиты асинхронных двигателей? 3. Какие преимущества имеет степень защиты 1Р23? 4. Чем обеспечивается минимальная повреждаемость лобовых частей обмотки статора при окончательной обработке замков станины? 5. Из какого материала выполняют подшипниковый щит двигателей с высотой вращения 71 - 250 мм и степенью защиты IP44?

87

4. РАСЧЕТ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ ЭМП При конструировании электрических машин и проектировании технологических процессов возникает необходимость расчетов размерных цепей, составляющих замкнутые контуры. Взаимозаменяемость сборочных единиц определяется не только точностью соединения смежных деталей, точностью взаимного положения осей и поверхностей деталей в узле, но и точностью геометрических размеров деталей всего контура. Расчет размерных цепей представляет собой геометрический расчет машины; в результате которого устанавливаются допустимые значения ошибок взаимного положения деталей, не нарушающие работоспособности электрической машины. С его помощью определяются правильные соотношения размеров и их эксплуатационные и сборочные интервалы (допуски) [10,17, 30]. При размерном анализе конструкции могут быть решены следующие основные задачи [31,32]: определение связей между размерами деталей, расчет номинальных значений, отклонений и допусков размеров; анализ правильности выбора размеров и отклонений на рабочих чертежах деталей; расчет межоперационных размеров, припусков и допусков, пересчет конструктивных размеров на технологические. При размерном анализе также необходимо учитывать характер технологических процессов и возможности применяемого оборудования. Предельные отклонения размеров стандартных изделий (подшипников и т.п.) принимаются согласно справочной литературе [32]. 4.1. Классификация размерных цепей и звеньев Размерной цепью называется совокупность взаимосвязанных размеров детали, узла или изделия в целом, образующих замкнутый контур. В зависимости от поставленной задачи размерная цепь может быть технологической, конструкторской или измерительной. Размерные цепи можно 88

разделить на: линейные, угловые, плоские и пространственные. Размеры, входящие в размерную цепь, называются звеньями. Звеньями могут быть линейные и угловые размеры, отклонения формы и расположения поверхностей, зазоры, натяги, межосевые расстояния и т.п. Зазор (натяг), входящий в размерную цепь, рассматривают, как самостоятельное звено размерной цепи, которое, в отличие от других звеньев, может иметь номинальное значение, равное нулю [31, 32]. Основным свойством размерной цепи является ее замкнутость. Каждая размерная цепь состоит из одного замыкающего (исходного) звена и нескольких составляющих звеньев. Замыкающим звеном называется звено являющееся исходным при постановке задачи или получающееся последним при ее решении. К составляющим звеньям относятся все звенья размерной цепи, изменение размеров которых влияет на изменение размеров замыкающего звена. Размер замыкающего звена является результатом геометрических соотношений размеров составляющих звеньев. Различают увеличивающие и уменьшающие звенья. При увеличении размера увеличивающих звеньев размер замыкающего звена увеличивается, при увеличении размера уменьшающих звеньев размер замыкающего звена уменьшается. Некоторые звенья данной размерной цепи могут входить в несколько размерных цепей, последовательно или параллельно связанных между собой. Расчет в этом случае начинается с той размерной цепи, в которой к связанным размерам предъявляются более высокие требования точности выполнения. Полем допуска называется разность между наибольшим и наименьшим предельными отклонениями размера, которая обозначается Тi - для составляющих звеньев и Т0 - для замыкающего звена [21,30]. Если ЕSi и ЕJ i - верхнее и нижнее предельные отклонения, взятые со своими знаками, а i порядковый номер звена, то поле допуска равно Тi = ESi EJ i . (4.1) Координата середины поля допуска каждого звена размерной цепи равна расстоянию от нулевой линии до середины 89

поля допуска и обозначается ЕСi для составляющих звеньев и ЕСо – для замыкающих звеньев: ЕСi = ЕSi - 0,5 Тi = ЕJi + 0,5 Тi (4.2) ECо

ECi ув

ECi ум

На рис. 4.1. приведены возможные случаи расположения полей допуска относительно номинального размера. Например, для размера 15

0,02 0,10

поле допуска Т = 0,02-(-0,10)=0,12 мм; координата середины

для поля допуска

ЕС = 0,5[+0,02+(-0,10)] = -0,04 мм.

. Рис. 4.1. Варианты расположения полей допусков

Единица допуска (i) отражает закономерность между допуском на изготовление и номинальным размером d: i =0,5 3 d ,мкм. (4.3) Единица допуска положена в основу построения стандартных допусков и посадок. Значения i для различных интервалов размеров приводятся в табл. 4.1. Интервалы размеров, мм До 3 Свыше 3-6 " 6-10 " 10-18 " 18-30 " 30-50

i, мкм 0,55 0,73 0,9 1,08 1,31 1,56

Интервалы размеров, мм " " " " Свыше " "

50-80 80-120 120-180 180-260 250 до 350 315 до 400 400 до 500

Таблица 4.1 i, мкм 1,86 2,17 2,52 2,90 3,23 3,54 3,89

Примечание. Стандартные единицы допуска для среднего размера d каждого интервала подсчитаны по формуле (4.3) - для размеров до 500 мм.

90

4.2. Выявление размерных цепей и составление схем Основные размерные цепи могут быть выявлены по анализу сборочных чертежей узлов, из продольного и поперечного разрезов машины путем проработки конструктивных и функциональных взаимосвязей деталей. В начале анализа выявляется исходное (замыкающее) звено в соответствии с требованиями к деталям, сборке и приемке машины. Процесс выявления замыкающего звена размерной цепи подразумевает выделение на чертеже поверхностей сопряжения деталей и узлов сборочных баз и способы их соединения. Критерием правильности составления размерной цепи служат два признака: замкнутость размерной цепи, а также наличие влияния каждого составляющего звена цепи на величину замыкающего звена. Допускается принимать несовпадение осей или плоскостей, а также номинальные размеры замыкающих звеньев – зазоров равными нулю, хотя на схеме размерной цепи такие звенья следует изображать конечным отрезком. Обычно исходным (замыкающим) звеном размерной цепи является расстояние или относительный поворот поверхностей деталей, взаимное положение которых требуется определить при проектировании электрической машины. Замыкающим звеном может быть зазор, межосевое расстояние или другой размер, от которого зависит успех сборки, а также электрические и механические параметры машины. В технологических размерных цепях в качестве замыкающего звена обычно назначают менее ответственное звено с наименьшей погрешностью так, чтобы упростить процесс обработки и сборки изделия. На рис. 4.2 показан принцип построения размерной цепи: все звенья изображаются прямыми линиями со стрелкой, направленной для увеличивающих звеньев в одну сторону, для уменьшающих - в другую; каждому звену присваивается обозначение в виде прописной буквы русского алфавита с порядковым индексом; индексы присваиваются составляющим звеньям последовательно по направлению вращения часовой стрелки; 91

замыкающее звено обозначается той же буквой, но с индексом 0, х или з; звеньям связанных размерных цепей, одновременно входящим в несколько контуров, присваивается комбинированное обозначение, состоящее из букв с индексами каждой размерной цепи (при этом символы, относящиеся к другим цепям, заключаются в скобки).

Рис. 4.2. Построение схемы размерной цепи

4.2.1. Размерные цепи асинхронного двигателя. При проектировании асинхронных двигателей размерные цепи рассматриваются, как в плоскости, проходящей через его продольную ось, так и в плоскости, перпендикулярной продольной оси [10,21]. Для двигателей общего назначения, предназначенных для крупносерийного и массового производства, проводится поверочный расчет размерных цепей для определения следующих замыкающих звеньев в плоскостях, проходящих через продольную ось двигателя: осевой зазор между щитом и торцом подшипника (тепловой зазор); расстояние от лобовой части обмотки до ближайшей точки станины (щита) двигателя; продольное смещение осей симметрии пакетов ротора и статора; расстояния от крыльчатки наружного обдува до ближайших точек подшипникового щита и кожуха вентилятора; расстояние от плоскости заплечика свободного конца вала; 92

до оси ближайшего отверстия в лапе (l31); расстояние от плоскости заплечика свободного конца вала до ближайшей плоскости подшипникового щита; расстояние от плоскости заплечика свободного конца вала до опорной плоскости фланца (фланцевое исполнение корпуса); воздушный зазор между ротором и статором; непараллельность оси вращения вала относительно опорной плоскости лап; воздушный зазор между валом и щитом. Перечисленные размерные цепи являются определяющими, а расчет их – достаточным для проверки или обоснования выбора точности геометрических размеров машины. 4.3. Методы расчета размерных цепей Выбор метода достижения заданной точности замыкающего звена осуществляется с учетом конструктивных и технологических особенностей изделия, его назначения и других факторов. Методы достижения заданной точности сопряжения: метод полной взаимозаменяемости (расчет размерной цепи методом максимума-минимума); метод неполной взаимозаменяемости (вероятностные расчеты размерной цепи); метод групповой взаимозаменяемости (селективная сборка); метод пригонки; метод регулирования. В электромашиностроении преимущественно используют методы полной взаимозаменяемости и вероятностный метод. В зависимости от поставленной задачи и этапа проектирования будет изменяться последовательность расчета. При проектном расчете решается прямая задача, которая сводится к нахождению номинальных размеров и предельных отклонений всех составляющих размерную цепь звеньев, исходя из установленных требований к исходному (замыкающему) звену. 93

При поверочном расчете размерной цепи решается обратная задача, когда по установленным (или заданным) размерам и допускам всех составляющих звеньев цепи определяются номинальный размер и допуск замыкающего звена. Прямая (проектный расчет) и обратная (поверочный расчет) задачи в зависимости от количества соответствующих звеньев могут быть решены следующими основными методами решения размерных цепей: методом расчета на максимум-минимум (метод полной взаимозаменяемости); методом вероятностного расчета. В методе максимума - минимума исходят из предположения, что размеры всех звеньев после изготовления имеют сочетания, соответствующие верхним или нижним границам допусков при наиболее невыгодном их сочетании по влиянию на замыкающее звено. Таким образом, метод максимума – минимума, обеспечивая полную взаимозаменяемость деталей, оказывается экономически рациональным для точных размерных цепей, например в авиационных технологиях. Метод, основанный на теории вероятностей, учитывает явление рассеивания отклонений размеров в производственных условиях, что дает возможность расширения полей допусков, составляющих звеньев размерной цепи. Этот метод обеспечивает высокую размерную технологичность конструкции, детали поступают на сборку без подбора, регулировки или пригонки, но у 0,27% деталей из 1000 размеры могут выйти за пределы установленных допусков. Данный метод широко применяется в производстве [32]. Применение того или иного метода определяется экономической или технологической целесообразностью для каждого конкретного изделия. Допуск замыкающего звена должен быть равен сумме допусков составляющих звеньев. При этом допуски составляющих звеньев ограничены точностью оборудования данного производства, что гарантирует их соблюдение.

94

4.3.1. Поверочный расчет размерных цепей по методу максимума-минимума (полной взаимозаменяемости) обратная задача. Перед началом расчета должны быть определены технические требования к замыкающему звену. Вычерчивается схема размерной цепи и устанавливается, какие размеры являются увеличивающими и какие – уменьшающими. Независимо от метода в расчете размерной цепи, прежде всего определяется номинальное значение размера замыкающего звена и одновременно проверяется правильность назначения размеров составляющих звеньев. Замыкающий размер равен алгебраической сумме составляющих размеров с учетом вида звена. А0 Аi ув Аi ум (4.4) Практика расчета размерных цепей показывает, что на этом этапе расчета обычно обнаруживаются ошибки в назначении номинальных размеров деталей. По заданным номинальным размерам, допускам, предельным отклонениям составляющих звеньев находится поле допуска и предельные отклонения замыкающего звена. TAo A0 max

Aiув max

TAi Aiум min ;

A0 min

Aiув min

Aiум max (4.5)

Предельные отклонения замыкающего размера определяется из уравнения ESA0 ESAiув EJAiум ; EJA0 EJAiув ESAiум , (4.6) где ES - верхнее отклонение размеров; EJ - нижнее отклонение размеров. Разность верхнего и нижнего предельных отклонений дает величину поля допуска. (4.7) Т Ао Ао max Ао min ES Ao EJ Ao . Аналогичный результат можно получить, вычисляя координаты середины поля допуска замыкающего звена ECо ECi ув ECi ум ; (4.8) ESо ECо 0.5TAо ; EJо ECо 0.5TAо . (4.9) Если номинальный размер и предельные отклонения замыкающего звена удовлетворяют техническим требованиям, то 95

полная взаимозаменяемость в данной размерной цепи обеспечивается. 4.3.2. Проектный расчет размерных цепей по методу максимума-минимума - решение прямой задачи. По заданному номинальному размеру и допуску замыкающего звена определяются допуски всех составляющих звеньев, номинальные размеры которых известны. Задача расчета допусков составляющих звеньев не имеет однозначного решения. Сумму допусков составляющих звеньев размерной цепи можно подсчитать точно, а целесообразное распределение этой суммы между составляющими звеньями производится приближенно различными приемами. Для этого применяют следующие способы: 1. Способ попыток, в котором подбором находят допуск каждого составляющего звена, исходя из конструктивных и технологических соображений, после чего проводят поверочный расчет допуска замыкающего звена. 2. Способ равных значений допусков для всех звеньев, который дает неплохие результаты, если абсолютные значения размеров находятся в одном интервале. 3. Способ равных квалитетов (равных классов точности) предполагает условие, согласно которому все составляющие цепь размеры могут быть выполнены по какому-либо одному квалитету точности. Так как электрические машины в зависимости от их назначения изготовляются в основном по седьмому и восьмому квалитету, поэтому вполне естественно считать, что все размеры рассматриваемой размерной цепи будут выполнены в одном квалитете точности. Сложность изготовления всех звеньев одной размерной цепи будет примерно одинаковой, если абсолютное значение допуска замыкающего звена распределить пропорционально единицам допуска (i) составляющих звеньев (см. п. 4.1, табл. 4.1). Среднее количество единиц допуска, содержащееся во всей размерной цепи, определяется по формуле a

96

TА0 , ii

(4.10)

где ТА0 – поле допуска замыкающего размера, мкм. Если размерная цепь, состоящая из m звеньев, содержит n стандартных звеньев (например, подшипников) с известными допусками то формула 4.10 принимает вид: n

TА0

ТAs

s 1 m n 1 ii i 1

a

(4.10, а)

.

Значение a дает возможность определить точности звеньев размерной цепи (табл. 4.2). Квалитет точности а - число единиц допуска

5 6

7

8

9

10 11 12

7 10 16 25 40 64 100 160

квалитет Таблица 4.2 16 17

13

14

15

250

400

640 1000 1500

Поле допуска каждого составляющего звена (кроме резервного) подсчитывается по формулам (4.10) или по таблицам допусков для данного класса точности (ГОСТ 25346). a ii 10 3 , мм,

(4.11) где ii – значение единицы допуска определяется по (4.3) или по табл. 4.1. Предельные отклонения увеличивающих звеньев рекомендуется назначать как для основных отверстий, т.е. Ej=0, а для уменьшающих- как для основных валов, т.е. Es=0 . В качестве резервного звена рекомендуется назначать наибольшее, по номинальному размеру, звено, а его предельные отклонения можно определить двумя способами: по формулам предельных отклонений замыкающего звена; пользуясь формулой координаты середины поля допуска замыкающего звена. Поле допуска резервного звена определяется либо через верхнее и нижнее отклонения резервного звена, либо через уравнение допуска замыкающего звена. Найденные допуски корректируют в соответствии с конструктивно-функциональными особенностями сопряжений и Ti

97

проверяют уравнениями: TA0 TAi ; ESA0 EC ( A0 )

ESAi ув

EJAi ум ;

EC ( Ai ) ув

EJA0

EJAi ув

ESAi ум

;

EC ( Ai ) ум .

В заключение сверяется соответствие допусков составляющих звеньев с возможностью применения соответствующего технологического процесса. 4.4. Расчеты размерных цепей асинхронного двигателя при учебном проектировании Условие расчета: размерные цепи А, Б и В асинхронного двигателя (рис. 4.3) для обеспечения 100% – й взаимозаменяемости, рассчитываются по методу максимума – минимума. Замыкающие звенья цепей Г и Д рассчитываются вероятностным методом. Порядок расчета: 1). Начертить эскиз сборочного чертежа асинхронного двигателя (рис. 4.4), эскиз сборочного чертежа для размерного анализа (рис. 4.5) согласно размерам, приведенным в табл. 4.3 – 4.5. № вар. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 98

Высота оси вращения, мм 132 132 160 160 180 180 180 180 200 200 200 200 250 250 250

Условная длина сердечника S M S M S M S M S M S M S M S

Таблица 4.3 Число полюсов 2 2 4 4 2 2 4 4 2 2 4 4 2 2 4

99

Рис. 4.3

99

100

Таблица 4.4

Установочные и габаритные размеры Номин. Усл. обозн. размер h, мм длины серд. 132 S M 160 S M 180 S M 200 S M S 225 M

l10, мм

l31, мм

l52, мм

Da, мм

140 178 178 210 203 241 228 267 286 311

89

130-160

108

113-203

121

114-174

133

134-189

149

184-204

225 233 272 285 313 322 349 259 392 406

D= KD Da KD (p=2) KD (p=4) 0,52 0,62 0,6 0,68 0,52 0,62 0,6 0,68 0,52 0,62 0,6 0,68 0,52 0,62 0,6 0,68 0,52 0,62 0,6 0,68

Примечание: На рис.4.3 размер l является конструктивным; Δ – толщина стенок корпуса выбирается также конструктивно из расчета (6-8) мм; размер D – внутренний диаметр статора (Dа – внешний диаметр статора) используется для выбора воздушного зазора δ из соотношений δ = (0,3 +1,5 D) 10-3,м при числе пар полюсов 2р = 2 -3 δ = (0,15 +D) 10 , м при числе пар полюсов 2р = 4

100

Таблица 4.5 Размеры вала

Размеры подшипников d2

Dп

bп

80

№ подка 180509

45

85

23

48

110

310

50

110

27

70

55

110

312

60

130

31

65

75

60

140

313

65

140

33

70 85

80 100

65

140

314

70

150

35

h

L1

a

d2

d3

d1

l1

132 132 160 160 180 180 200 200 225 225

252 302 354 397 385 425 458 498 505 571

38

45

54

38

44

50

60

45

60

53,5 57,5 59,5

101 101

102 Рис.4.4

102

2) Определить параметры размерных цепей А, Б, и В, согласно рис. 4,5 и заполнить табл. 4.6.

Рис.4.5 Обозначение звена 1

Передаточный коэффициент ki 2

A1

+1

A2

-1

A3

-1

А4 А5

-1 +1

А0

+1

Наименование звена размерной цепи

Таблица 4.6 Размер

3 Размерная цепь А Расстояние от внутреннего торца внутреннего кольца подшипника до наружного торца наружного кольца подшипника Размер упорного буртика наружной подшипниковой крышки Размер дистанционной прокладки подшипниковой крышки Размер ступицы подшипникового щита Размер упорного буртика внутренней подшипниковой крышки Расстояние от торца упорного буртика подшипниковой крышки до торца наружной обоймы подшипника

4

103

Продолжение табл. 4.6 Размерная цепь Б 1

3 4 Б1 Расстояние от оси ближайшего отверстия в лапе со стороны выступающего конца вала до упорного торца замка щита (станины) Б2 -1 Расстояние между упорными торцами замков станины Б3 -1 Расстояние от упорного торца замка щита (станины) со стороны вентилятора до внутреннего торца ступицы подшипникового щита Б4 -1 Размер упорного буртика внутренней подшипниковой крышки со стороны вентилятора Б5 +1 Расстояние между заплечиками подшипниковых шеек вала Б6 +1 Расстояние от заплечиков подшипниковой шейки вала до торца выступающего конца вала Б7 -1 Длина выступающего конца вала Б0 Расстояние от заплечика выступающего конца вала (l31) до оси ближайшего отверстия в лапе Примечание: Согласно нормативам l31 =121 мм; допустимое отклонение составляет ± 3,0 мм. Размерная цепь В

104

2 +1

1 В1

2 +1

В2

-1

В3

-1

В4

-1

В5

+1

В6

+1

3 Размер подшипникового щита от опорного торца фланца до торца замка Расстояние между упорными торцами замков станины Расстояние от упорного торца замка щита (станины) со стороны вентилятора до внутреннего торца ступицы подшипникового щита Размер упорного буртика внутренней подшипниковой крышки со стороны вентилятора Расстояние между заплечиками подшипниковых шеек вала Расстояние от заплечиков подшипниковой шейки вала до торца выступающего конца вала

4

Продолжение табл. 4.6 1 2 3 4 В7 -1 Длина выступающего конца вала В0 (l39) Расстояние от заплечика выступающего конца вала до опорного торца крепительного фланца Примечание: Согласно нормативам допустимое отклонение размера l39 составляет ± 2,5 мм. Размерная цепь Г 1 2 3 4 Г1 +0,5 Внешний диаметр сердечника ротора Г2 - 0,5 Внутренний диаметр сердечника статора Г3 +1 Отклонение формы наружной поверхности сердечника ротора Г4 -1 Отклонение формы внутренней поверхности сердечника статора Г0 Односторонний воздушный зазор Размерная цепь D 1 2 3 4 Д1 0,7 Размер замка щита Ø =325 Н8 Размер замка статора Ø =325js7 Д2 0,3 Размер замка щита Ø=325 Н8 Размер замка статора Ø=325js7 Размер отверстия под подшипник Ø=130Н7 Д3 0,7 Размер наружного кольца подшипника Ø=130 Размер отверстия под подшипник Ø=130Н7 Д4

0,3

Размер наружного кольца подшипника Ø=130

Д5

0,7

Радиальный зазор в подшипнике

Д6 Д7

0.3 0,7

Д8

0,3

Радиальный зазор в подшипнике Радиальное биение замка щита относительно оси отверстия под подшипник Радиальное биение замка щита относительно оси отверстия под подшипник Радиальное биение дорожки качения наружного кольца подшипника Радиальное биение дорожки качения наружного кольца подшипника Радиальное биение замков статора относительно оси сердечника статора Радиальное биение сердечника ротора относительно общей оси подшипниковых шеек

Д9

0,7

Д10

0,3

Д11

1

Д12

1

105

1 Д13

2 0,7

Д14

0,3

Д0

-

Д1-Д2 Д1-Д2 Д3-Д4

Д3-Д4 Д5-Д6

Д5-Д6 Д7Д8 Д7-Д8 Д9Д10 Д9Д10 Д11 Д12 Д13Д14 Д13Д14 Д0

106

Окончание табл. 4.6 3 4 Радиальное биение дорожки качения внутреннего кольца подшипника Радиальное биение дорожки качения внутреннего кольца подшипника Смещение осей замков щита и статора вследствие посадочного зазора со стороны выступающего конца вала 1 То же со стороны вентилятора Смещение осей наружного кольца подшипника и отверстия под подшипник вследствие посадочного зазора со стороны выступающего конца вала То же со стороны вентилятора Смещение осей дорожек качения наружного и внутреннего колец подшипника вследствие радиального зазора со стороны выступающего конца вала То же со стороны вентилятора Смещение оси замка щита относительно оси отверстия под подшипник со стороны выступающего конца вала То же со стороны вентилятора Смещение осей дорожек качения и посадочной поверхности наружного кольца подшипника со стороны выступающего конца вала То же со стороны вентилятора Смещение общей оси замков статора относительно оси сердечника статора Смещение оси сердечника ротора относительно общей оси подшипниковых шеек Смещение осей дорожек качения и посадочной поверхности внутреннего кольца подшипника со стороны рабочего конца вала То же со стороны вентилятора Смещение оси сердечника ротора относительно оси сердечника статора

4.5. Методика и пример расчета размерных цепей асинхронного двигателя серии АИ Рассмотрим пример расчета некоторых размерных цепей двигателя серии АИ с высотой оси вращения 180мм (рис. 4.5). Замыкающие звенья цепей А, Б и В имеют довольно свободные предельные отклонения, и вместе с тем составляющие звенья должны обеспечивать 100 %-ю взаимозаменяемость, поэтому расчет их ведется по методу максимума -минимума. В цепях А, Б и В имеются общие звенья – Б2В2, Б3В3 , А5Б4В4, Б5В5 и т.д., т.е. цепи А, Б и В являются параллельно связанными. Номинальный размер замыкающего звена А0 =

m -1

k i Аi ,

i 1

где ki – коэффициент, учитывающий знак звена: k=1 для увеличивающих звеньев; k = -1 для уменьшающих звеньев. 1) Поле допуска замыкающего звена, согласно формуле (1) Т0

m -1

k i Ti ,

i 1

где T0 – допуски составляющих звеньев. 2) Поле допуска составляющего звена Тi = ES i EJ i , где ESi – верхнее предельное отклонение составляющего звена; ECi – нижнее предельное отклонение составляющего звена. 3) Координаты середины поля допуска составляющего звена ЕСi = ( ESi EJ i ) / 2 . Верхнее предельное отклонение замыкающего звена ES0 =

m 1

m -1

ki ECi i 1

ki Ti / 2 .

i 1

4) Нижнее предельное отклонение замыкающего звена EJi =

m 1

m -1

ki ECi i 1

ki Ti / 2 .

i 1

107

4.5.1. Пример расчета сборочных размерных цепей А, Б

и В по методу максимума – минимума. Прямая задача размерной цепи А Дано: А1=31,0 мм; А2=4,5 мм; А3=1,5 мм; А4=43,0 мм, А5=4,5мм Размер замыкающего звена лежит в пределах (1,81-1,283) мм. 1) Проводим анализ размерной цепи и строим ее схему (рис.4.5). В данной размерной цепи одно звено А4 – увеличивающее и четыре звена А1, А2, А3 и А5– уменьшающие. Звено А1 – стандартное (размер ширины подшипника качения). 2) Определяем номинальный размер замыкающего звена n

А0

Р

Аiув

1

А0

А4

( А1

А2

А3

1

A5 ) 43 (31 4,5 1,5 4,5) 1,5мм .

3) Определяем предельные замыкающего звена: а) верхнее отклонение ESA0

Аiум ;

отклонения

A0max

A0ном 1,81 1,5 0,31, мм ;

EJA0

A0min

и

допуск

б) нижнее отклонение в) допуск Т А0

A0мах

A0мин

A0ном

ES A0

0.217, мм ;

1,283 1,5

EJ A0

1,81 1,283

0,31 (- 0,217)

0,527, мм .

Следовательно, А0 1,5

ТА

0,31 0,217 ;

0

527мкм

.

Решение обратной задачи по методу максимума минимума Условие задачи. Дано: номинальные размеры и предельные отклонения всех звеньев, составляющих размерную цепь А: A1

31 0,15 ; А2 4,5 0,08 ;

А3 1,5 0,2 ;

А5

4,5 0,08 ; А4

43 0,017 .

Требуется: определить номинальный размер и предельные отклонения замыкающего звена. 108

Решение 1) Определяем номинальный размер замыкающего звена р

n

А0

Aiув 1

Аiум

А4

( А1

А2

А3

A5 )

1

43 (- 31 4,5 1,5 4,5) 1,5мм.

2) Определяем предельные размеры замыкающего звена. Имеются 3 способа (варианта) их определения. Вариант 1 а) верхнее отклонение замыкающего звена р

n

ES A

ES Ai ув

0

1

EJ Ai ум

ES A

( EJ A

4

1

EJ A

1

2

EJ 5 )

0 ( 0,15 0,08 0,08) 0,31мм;

б) нижнее отклонение замыкающего звена n

EJ A

0

1

EJ Ai ув

р 1

ES Ai ум

EJ A

( ES A

4

0,017 0,2

ES A

1

2

ES A ) 3

0,217 .

0,31 0,217 .

Следовательно, А0 1,5

Вариант 2 а) поле допуска замыкающего звена m 1

Т A0

1

T Ai Т A4

Т A1

Т A2

Т A3

Т A5

0,15 0,08 0,2 0,017 0,08 0,527мм;

б) координата середины поля допуска замыкающего звена EС A

0

n 1

р

EС Ai ув

1

EС Ai ум

EС A

4

( EС A

1

EС A

2

EС A ) 3

0 ,017 / 2 (-0,15/2- 0,08/2 0,2/2 - 0,08/2) 0,047мм;

в) верхнее отклонение замыкающего звена ES A

0

EС A

0

TA

0

2

0,047

0,527 2

0,31мм;

г) нижнее отклонение замыкающего звена

109

EJ A

EС A

0

TA

0

0

2

0,047

Следовательно, A0 1,5

0,527 2

0,217мкм;

0,31 0,217 .

Вариант 3 а) максимальный размер замыкающего звена р

n

А0max

Ai ув max 1

Аi ум min

А4max

( А1min

А2min

А3min )

1

43,0 (31 - 0,15 4,5 - 0,08 1,5 4,5 0,08) 1,81мм ;

б) минимальный размер замыкающего звена р

n

А0min

Ai ув min 1

Аi ум max

А4min

( А1max

А2max

А3max )

1

43 0,017 (31 4,5 1,5 0,2 4,5) 1,283мм ;

в) верхнее отклонение замыкающего звена ES A

0

A0max

A0ном 1,81 1,5 0,31мм ;

г) нижнее отклонение замыкающего звена EJ A

0

A0min

A0ном 1,283 1,5

Следовательно, A0 1,5

0,217мм .

0,31 0,217 .

Результаты расчетов по методу максимума - минимума сборочных размерных цепей Б,В сведены в табл. 4.7,4.8. Обозначе- Передаточние звена ный коэффициент ki Б1 +1 Б2 -1 Б3 -1 Б4 -1 Б5 +1 Б6 +1 Б7 -1 Б0(l31) -

Таблица 4.7 Параметры звена размерной цепи, мм Бi 46 365 10 4,5 394 170,5 110 121

ES

EJ

Ti

ECi

+0,5 0 +0,1 0 0 +0,5 +0,5 +1,96

-0,5 -0,38 0 -0,08 -0,38 -0,5 -0,5 -1,98

1,0 0,38 0,1 0,08 0,38 1,0 1,0 3,94

0 -0,19 +0,05 -0,04 -0,19 0 0 0,01

Примечание: Согласно нормативам l31 =121 мм; допустимое отклонение составляет ± 3,0 мм.

110

Обозначе- Передаточние звена ный коэффициент ki В1 +1 В2 +1 В3 +1 В4 +1 В5 -1 В6 -1 В7 +1 Вз (l39) -

Таблица 4.8 Параметры звена размерной цепи, мм Бi 75 365 10 4,5 394 170,5 110 0

ES

EJ

Ti

ECi

+0,15 0 +0,1 0 0 +0,5 +0,5 +1,63

-0,35 -0,38 0 -0,08 -0,38 -0,5 -0,5 -1,81

0,5 0,38 0,1 0,08 0,38 1,0 1,0 3,44

-0,1 -0,19 +0,05 -0,04 -0,19 0 0 -0,09

Примечание: Согласно нормативам допустимое отклонение размера l39 составляет ± 2,5 мм.

4.5.2. Пример вероятностного расчета размерных цепей Г и Д. Замыкающие звенья цепей Г и Д (рис.4.4) рассчитаны по вероятностному методу. Обусловлено это тем, что предельные отклонения замыкающих звеньев этих цепей (величина и неравномерность воздушного зазора) не могут быть установлены достаточно свободными в силу жестких требований, предъявляемых к этим величинам, а также экономической нецелесообразности и технической невозможности изготовления деталей составляющих звеньев с существенно большей точностью, чем это предусмотрено действующей технической документацией. Расчет цепей Г и Д проводится для двигателей с наибольшим числом полюсов в данной высоте оси вращения (воздушный зазор таких машин имеет минимальное значение). При расчете этих цепей приняты следующие положения: 1) в двигателях установлены шарикоподшипники и роликоподшипники класса точности 6 с радиальными зазорами по основному ряду; 2) зазор в сопряжении щит - корпус полностью выбирается вниз под действием веса ротора и щитов. При расчете по вероятностному методу дополнительно определяют координату середины поля рассеяния замыкающего звена 111

ЕС0*

m -1

ki ЕСi* ,

i 1

а поле рассеяния замыкающего звена T0*

m -1

t

ki2 'iTi2* ,

i 1

где Ti* –поле рассеяния составляющего звена; ' – коэффициент относительного рассеяния, харакi теризующий закон распределения размеров (для изделий крупносерийного и массового производства предполагается, что кривая рассеяния будет иметь нормальный закон распределения (Гаусса), при котором с достаточной для практических расчетов степенью точности можно считать 'i 1/ 9 ); t – коэффициент, который в зависимости от принимаемого процента риска P при совпадении центра группирования с координатой центра отклонения (для нормального закона распределения и равновероятного выхода за обе границы поля допуска) выбирается из табл. 4.9. Р t

32 1,0

10 1,65

4,5 2,00

1,00 2,57

0,27 3,00

Таблица 4.9 0,1 0,01 3,29 3,89

Для расчета цепей Г и Д принимаем t =3 при проценте риска Р=0,27. Расчет замыкающих звеньев Г0 и Д0 ведется в плоскости 1-1 (см. рис. 4.5). Передаточные коэффициенты для цепи Г: kГ1 = 1; kГ2 = +1; kГ3 = kГ4 = -0,5. Передаточные коэффициенты для цепи Д: kД1 =kД3 = kД5 = kД7 = kД9 =kД13 =(L-l)/L1=(425-126)/425=0,7. kД2=kД4=kД6=kД8 = kД10 =kД14 = l /L1=126/425=0,3; kД11 =kД12 =1. Рассмотрим подробно пример расчета размерной цепи Г. Решение прямой задачи способом равных допусков При решении прямой задачи по заданному допуску замыкающего звена назначить более грубые, т.е. технологически легче выполнимые и экономически более целесообразные допуски составляющих звеньев. 112

Дано: размеры звеньев Г1=109,55; Г2=110; Г3=0; Г4= 0. Поле рассеяния допуска замыкающего звена Т*Г0 (+0,098;-0,088) = 0,186мм=186мкм. Примем за резервное звено внутренний радиус сердечника статора (определяется по справочнику согласно ,073 ; высоте оси вращения h) с номинальным размером Da/2=110 00,1 т.е. поле допуска которого Т*Г1=0,073мм=173мкм. 1) Определяем допуск составляющих звеньев. Допуск замыкающего звена m 1 2* Т Г K i2 i

Т *Г 0

1

(m 1) Т Г2* ki2 i

ki Т *Г m 1 186мкм , i

откуда Т *Г i

Т *Г

TГ2* TГ2* 0 1

0

ki m 1

1

5 1 1

186 2 1732 3

Следовательно, Г1=109,55 -0.039; Г2=110

0,073 0,1 ;

68,31 39,48мкм . 1.73

Г3=0-0,039; Г4=0-0,039.

Проверка TГ*

m 1 0

TГ*0

1

TГ2*

TГ2* TГ2* TГ2* TГ2* 1 2 3 4

i

m 1

400 1

TГ2* i

398,5 мкм.

1732

3 39 2

398,5мкм;

Задача решена верно.

Решение задачи способом равноточных допусков (при условии допусков одного квалитета точности) Условие задачи: размеры звеньев Г1=109,55; Г2=110

0,073 0,1 ;

Г3=0;

Г4=0. Поле рассеяния допуска замыкающего звена ТГ0* (+0,098;0,088)= 0,186мм =186мкм. Выберем стандартные значения единиц допусков для размеров звеньев (табл.4.1): i1=2,17; i3=0,55; i4=0,55. 1) Определяем среднее число единиц допуска 113

Т *Г

аср

m 1

0

(0,45 3 DU

Т Г2*

К0 0,001DU )

2

(i12

K i2

0 i32

Т Г2*

2

i42 ) 12

1

186 2 1732 2,17 2

68,31 28,1. 2,43

2 0,55 2

2) Устанавливаем квалитет точности (табл. 4.2): значение аср соответствует 8–му квалитету точности; Ti 25 i . Назначаем допуски на размеры Г1 и Г3 и по 9-му квалитету точности, оставляя размер Г4 в качестве резервного звена i: 25 0,55 10 3 0,014 мм, т.е. TГ1 25 2,17 10 3 0,054 мм; TГ 3

Г1 = 109,55-0.054 и

Г3=0-0,014; Г2 =110

0,073 0,1 .

3) Определяем допуск резервного звена А4 : Т Г* 4

Т Г2* (Т Г2* Т Г2* Т Г2*3 0

4

2

186 2 (54 2 14 2 173 2 39,43) мм.

Округляем величину допуска Т *А4 39,4мкм . Внимание!!! Если бы в п. 2 был взят 9-й квалитет точности, то п. 3 не имел бы решения. Определяем координату середины поля допуска звена Т *Г 4 : ЕС*Г 0

n 1

ЕС*Гi ув

ЕС*Г 4

р

1

ЕС*Гi ум ; ЕС*Г 0

ЕС*Г 0

93 120,5

( ЕС*Г1

ЕС*Г 2

ЕС*Г3

( ЕС*Г1

ЕС*Г 3

ЕС*Г 4 );

ЕС*Г 2 ) 93 ( 27 7 86,5)

27,5мкм.

4) Определяем предельные отклонения звена Г2: а) верхнее отклонение

ES *A 4

EС*A 4

б) нижнее отклонение EJ *A 4

EС*A 4

* TA

4

2

27,5

39,4 2

* TA

4

2

27,5

39,4 2

7 ,8мкм;

47,2мкм;

Следовательно, выбирая большее значение, получим A4 0 0,08 мм. 114

Решение обратной задачи При решении обратной задачи по известным допускам составляющих звеньев определить более узкий, но более вероятный диапазон рассеяния или допуск замыкающего звена. Условие задачи Дано: номинальные размеры и предельные отклонения всех составляющих звеньев: Г1 109,55 0,047 ; Г 2 110 00,,1073 ; Г3

0 0,047 .

Требуется: Определить номинальный размер и предельные отклонения замыкающего звена. Решение: 1) Определяем номинальный размер замыкающего звена, считая по рис. 4.5 увеличивающим второе звено, остальные уменьшающими: n

Г0

1

р

ES *Г i ув

1

EJ *Г i ув

110 (109,55 0 0) 0,45мм .

2) Определяем допуск замыкающего звена TГ* 0

n 1

T 2* K i2 Ai

T 2* Г1

T 2*

T 2*

Г2

T 2*

Г3

Г4

47 2 1732 47 2 47 2 270,4мкм. Принимаем Т Г 270мкм . 0

3) Определяем замыкающего звена:

координату

EС*Г

EС*Г

0

n 0

EС*Г

1

2

середины р

EС*Г i ув

( EС*Г

1

EС*Г i ум

EС*Г 3

1

86,5 ( 23,5 23,5 45 )

86,5 2

поля

допуска

;

EС*Г 4 ) 84,5мкм .

4) Определяем предельные отклонения замыкающего звена: а) верхнее отклонение ES *Г

0

EС*Г

* TГ 0 0

2

84,5

270 2

219,5мкм;

115

б) нижнее отклонение EJ *

Г0

EС*

Г0

Следовательно, Г 0 0,45

TГ* 0 2

84,5

270 2

35,5мкм.

0,219 0,035.

Результаты типового расчета размерной цепи D приведены в прил. 2. Список литературы 1. Проектирование электрических машин: учеб. для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. /И.П. Копылов, В.К. Клоков, В.П. Морозкин, Б.Ф.Токарев; под ред. И.П.Копылова.– М.: Высшая школа, 2002.– 757с. 2. Исмагилов, Ф. Р. Общие вопросы проектирования технических объектов в электротехнике.– М.: Изд-во МАИ, 2003.–125с. 3. Проектирование электрических машин: учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. и доп./И.П. Копылов, В.К. Клоков, В.П. Морозкин, Б.Ф.Токарев/ под ред. И.П. Копылова.– М.: Энергоатомиздат, 1993. Кн.2.– 384 с. 4. Унифицированная серия асинхронных двигателей. Интерэлектро /В.И. Радин, Й. Лондин, В.Д. Розенкоп и др./ под ред. В.И.Радина.– М.: Энергоатомиздат, 1990.– 416 с. 5. Гольдберг, О. Д. Проектирование электрических машин.–М.: Высшая школа, 2000.–380с. 6. Александров, К. К., Кузьмина, Е. Г. Электротехнические чертежи и схемы.– М.: Энергоатомиздат, 1990.– 288 с. 7. Усатенко, С. Т., Каченюк, Т. К., Терехова, М. В., Выполнение электрических схем по ЕСКД.–М.: Высшая школа, 1990.–316с. 8. Проектирование современных специальных асинхронных двигателей взрывозащищенного вида «е». Ю.А. Афанасьев, Ф.Р. Исмагилов., Р.Н. Султангалеев, И.Х. Хайруллин/ Электромеханические комплексы и системы управления ими: Межвуз. науч. сб.–Уфа: УГАТУ, 1998.С. 121-124. 9. Афанасьев, Ю.А., Исмагилов, Ф.Р. Конструирование электрических машин: учебное пособие - Уфа: УГАТУ, 1995.– 74с. 10. Шлыгин, В.В. Прочностные и размерные расчеты электрических машин.– М.; Л.: Госэнергоиздат, 1963.– 320 с.

116

11. Детинко, Ф.М., Загородная, Г.А., Фастовский, В.М. Прочность и колебания электрических машин.– Л.: Энергия, 1969.– 440 с. 12. Антонов, М.В. Технология производства электрических машин: учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. и доп.–М.: Энергоатомиздат, 1993.- 692 с. 13. Тъялве, Э. Краткий курс промышленного дизайна: Пер. с англ. П.А. Кунина.– М.: Машиностроение, 1984.– 192 с. 14. Шеверев, А.В. Технология творческого решения проблем. Ч.1 и Ч.11. Белгород: Крестьянское дело, 1996. Ч1–208с. Ч11–208с. 15. Техническое творчество: теория, методология, практика/ под ред. А.И. Половинкина, В.В. Попова. –М.: НПО «Информсистема», 1995.– 408с. 16. Прахов, Б.Г., Зенкин, Н.М. Справочное пособие по изобретательству, рационализации и патентному делу. 2-е изд., перераб. и доп.– Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1980.– 208 с. 17. Стандартизация и технические измерения/ Учебное пособие.–М.: Высш. шк., 2000.– 510с. 18. Филатов, В.И., Корсаков, В.Д. Технологическая подготовка процессов формирования изделий из пластмасс.– Л.: Политехника, 1991.– 352 с. 19. Справочник по электротехническим материалам/ под ред. В.Ю. Корицкого, В.В. Пасынкова, Б.М. Тареева. 3-е изд., перераб, и доп.– Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988. Т. 3.– 728 с. 20. Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: 8-е изд., перераб. и доп.– М.: Машиностроение, 2001. Т. 1.– 920 с. 21. Поспелов, Л.И. Конструкции авиационных электрических машин /Под ред. А.Ф.Федосеева.– М.: Энергоиздат. 1982.– 320 с. 22. Красовский, Б.Н. Основы конструирования транспортных электрических машин.– Л.: Энергия, 1970.– 304 с. 23. Котеленец, Н.Ф., Кузнецов, ,Н.Л. Испытания и надежность электрических машин: Учеб. пособие для вузов по спец. «Электромеханика».-М.: Высшая школа, 1988.- 232 с. 24. Справочник машиностроителя / под ред. С.В. Серенсена. 3е изд., исправл. и доп.– М.: Машгиз, 1962. Т. 3.– 651 с. 25. Справочник машиностроителя / под ред. Э.А. Сателя. 3-е изд., исправл. и доп.– М.: Машгиз, 1963. Т. 6.– 461 с.

117

26. Асинхронные двигатели общего назначения/ Е.П. Бойко, Ю.В. Гаинцев, Ю.М. Ковалев и др./ под ред. В.М. Петрова и А.Э. Кравчика.– М.: Энергия, 1980. – 488с. 27. Ганевский, Г.М. и др. Допуски, посадки и технические измерения в машиностроении.– М.:Высш.шк, 1993. –287с. 28. Кацман, М.М. Расчет и конструирование электрических машин: учеб. пособие для техникумов.– М.: Энергоатомиздат, 1984.– 360 с. 29. РД 50-635-87. Цепи размерные. Основные положения. Термины, обозначения и определения. 30. Дунин-Барковский, И.В. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения: учебник.– М.: Стандарты, 1987, 352с 31. Метрология, стандартизация и сертификация. Взаимозаменяемость: Учебное пособие/Р. М. Янбухтин и др.–Уфа.: УГАТУ, 2004.–120с. 32. Белкин, И. М. Справочник по допускам и посадкам для рабочего машиностроителя.– М.: Машиностроение, 1985.– 320с. 33. Справочник по электрическим машинам: В 2-х т./ под ред. И.П. Копылова, Б.К. Клокова .– М.: Энергоатомиздат, Т.1, 1988.– 456с.Т.2, 1989.–688 с. 34. Попов, В.И., Ахунов,. Т.А., Макаров,. Л.Н. Современные асинхронные электрические машины: новая российская серия RA.– М.: Знак, 1999.–256с. 35. Алексеев, А.Е. Конструкции электрических машин.– Л.: Госэнергоиздат, 1958.–426с. 36. Ахунов, Т. А., Макаров,. Л. Н., Попов, В.И. Новые технологии в производстве асинхронных машин серии RA нового поколения.Электротехнические комплексы и системы. Межвузовский научный сборник. – Уфа: УГАТУ, 2005.С. 127–131. 37. Энергетика и промышленность России.-№5 (45), 2004.

38. http//:www/stalintekst.ru 39. Дунаев, П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин: учеб. пособие для технических специальностей вузов.-М.: Высшая школа, 2001.

118

Приложение 1 Рекомендуемые поля допусков для элементов сопрягаемых деталей электрических машин Примеры, поясняющие конструкции и места сопряжений, приведены на чертежах машин в приложении 3 [26]. Номер в кружке на чертеже соответствует номеру посадочного места элемента детали или сборочной единицы в таблице данного приложения. Номер посадочного места

Деталь или сборочная единица

1

2

1 2

3

4

5

Вал

а 6 б

22 23 Ротор, якорь 24

Номер поса- Поля допусков для машин Элемент детали или дочного места мощности сборочной единицы сопрягаемой малой средней детали 3

4

Выступающий конец

13

Поверхность для посадки упорного кольца Поверхность для посадки крышки с жировыми канавками и фетровым уплотнением или лабиринтного кольца Поверхность для посадки подшипников качения Поверхность для посадки балансировочного кольца Поверхность для посадки втулки ротора, якоря или листов роторных, якорных после накатки Поверхность для посадки втулки ротора, якоря или листов роторных, якорных на шпонку Внутренний диаметр под подшипник Наружный диаметр пакета Внутренний диаметр пакета

5

6

По ГОСТ 8692

11

k6, r6

h6, k6, r6

14

f9, d11

f9, d11

–

k4, jS5, k5, jS6, k6

k4, jS6, k6, m6

29

r6, u8

k6, s7, u8

26, 24

r6, u8

r6, u8, k8

26, 24

h6, k6

h6, k6, h7

–

H6, IS6, h7, IS7

H7, IS7, K7

36

h6, jS6, h7

h6, h7, h9

6

H7, H8

H7, H8

119

1

2

3 Наружный диаметр для посадки роторных, якорных Втулка (остов) листов и фланцев ротора, якоря Расточка для посадки на вал Внутренний диаметр Фланцы, на- для посадки на вал или сердечник жимные кольца Наружный диаметр Расточка для поКольцо басадки на вал лансировочное Наружный диаметр

25

26 27 28 29 30

Расточка для направления пакета статора

31

а Станина (корпус)

Расточка для посадки щита или другой станины (при двухкорпусном исполнении)

4

5

6

–

–

k6, r6, u8

6

H7

H7, H8

10

H7

H7, H8

–

h12

b12, h12

5

H7, H8

H7, H8

–

h12

b12, h12

–

H9, H11

H9, H11, H12

б

19

3 32 а б б

Проточка для посадки щита или другой станины

б

Расточка под сердечник или листы статорные

33 34

Станина (корпус)

35 1

2

36 37 38

120

Вентилятор или втулка вентилятора Индуктор (полюс)

а

19

Высокая и повышенная точность H6, H7 Нормальная точность H8 Высокая точность h5, jS5 Повышенная точность h6, jS6 Нормальная точность h7, jS7

Повышенная точность H6, H7 Нормальная точность H8, H9 – Повышенная точность h6, jS6 Нормальная точность h7, jS7, h9

35

H7

H7, H8, H9

39

H7, H8

H8, H9

33

h6, n6, s7

h6, r6, s7, h9

4

5

6

Внутренний диаметр

23

H7, H8

H7, H8, H9

Расточка для посадки на вал

7

H7, H8

H7, H9

Расточка для посадки на вал

6

H7

H7, H9

Расточка под индуктор (полюс) Наружный диаметр для посадки в станину (корпус) 3

1

2

39

40

4

5

6

34

jS6, k6, jS7

jS7, h9

а

Втулка коллектора металлическая

Отверстие для посадки на вал

8

H7, H8

H7, H8

б

Коллектор с пластмассовым корпусом без втулки

Отверстие для посадки на вал

8

H7, H8

H7, H8

45

H7

H7

9

H7

H7

–

h9

h9, h11

–

H8

H8, H9

б

H9

H11

а

f9, h9

d11

в

f7

f7? е8

в

Втулка коллектора Втулка контактных колец

41 42

Кольцо контактное

43 а 44

Кожух в

б 45

3 Проточка для посадки в станину

Кожух

Проточка для посадки конуса нажимного Отверстие для посадки на вал Наружный диаметр под изоляцию Отверстие под изолировочную втулку Расточка для посадки на щит Проточка для посадки в щит

20

Расточка для посадки на втулку коллекторную

40

121

122

Приложение 2 Таблица П.2.1 Обозначение Передаточн. Звена коэффициент ki 1 2 Д1 0,7 Д2

0,3

Д3

0,7

Д4 Д5

0,3 0,7

Д6

0.3 0,7

Д7 Д8

0,3 0,7

Д9 Д10

0,3

Д11

1

Д12 Д13

122

1 0,7

Наименование звена размерной цепи 3 Размер замка щита Ø =325 Н8 Размер замка статора Ø =325js7 Размер замка щита Ø=325 Н8 Размер замка статора Ø=325js7 Размер отверстия под подшипник Ø=130Н7 Размер наружного кольца подшипника Ø=130 Размер отверстия под подшипник Ø=130Н7 Размер наружного кольца подшипника Ø=130 Радиальный зазор в подшипнике Радиальный зазор в подшипнике Радиальное биение замка щита относительно оси отверстия под подшипник Радиальное биение замка щита относительно оси отверстия под подшипник Радиальное биение дорожки качения наружного кольца подшипника Радиальное биение дорожки качения наружного кольца подшипника Радиальное биение замков статора относительно оси сердечника статора Радиальное биение сердечника ротора относительно общей оси подшипниковых шеек Радиальное биение дорожки качения внутреннего кольца подшипника

Параметры звена размерной цепи,мм ES EJ Ti ECi 4 +0,089 +0,028 +0,089 +0,028 +0,08 0 +0,04 0 +0,065

5 0 -0,028 0 -0,028 0 -0,015 0 -0,015 +0,025

6 0,089 0,056 0,089 0,056 0,004 0,015 0,04 0,015 0,04

7 +0,049 0 +0,049 0 +0,02 -0,0075 +0,02 -0,0075 +0,045

+0,033 +0,05

+0,013 0

0,02 0,05

+0,023 +0,025

+0,05

0

0,05

+0,025

+0,02

0

0,02

+0,01

+0,05

0

0,05

+0,025

+0,05

0

0,05

+0,025

0

0,04

+0,04 +0,01

0

0,01

+0,02 0,005

Окончание табл.П.2.1 1 Д14

2 0,3

Д0

-

3 Радиальное биение дорожки качения внутреннего кольца подшипника -

4 +0,01

5 0

6 0,01

-

-

-

7 0,005 -

Таблица П.2.2 Обозначе ние звена 1 Д1-Д2 - Д1-Д2 Д3-Д4 Д3-Д4 Д5-Д6 Д5-Д6 Д7-Д8 Д7-Д8 Д9-Д10 Д9-Д10

Наименование звена Параметры звена размерной цепи, мм размерной цепи 2 3 4 5 6 Смещение осей замков щита и статора, вследствие посадочного зазора +0,0585 0 0,0585 +0,0292 со стороны выступающего конца вала 5 - То же со стороны вентилятора

+0,0585

0

Смещение осей наружного кольца подшипника и отверстия под подшипник вследствие посадочного зазора со стороны выступающего конца вала То же со стороны вентилятора Смещение осей дорожек качения наружного и внутреннего колец подшипника вследствие радиального зазора со стороны выступающего конца вала То же со стороны вентилятора

+0,00275

0

+0,00275 +0,0325

0 +0,0125

0,00275 0,02

+0,0165

+0,0065

0,01

Смещение оси замка щита относительно оси отверстия под подшипник со стороны выступающего конца вала

+0,0125

0,0125

0,025

+0,0125 +0,005

0,0125 0,005

0,025 0,01

0 0

0,005

0,01

0

То же со стороны вентилятора Смещение осей дорожек качения и посадочной поверхности наружного кольца подшипника со стороны выступающего конца вала То же со стороны вентилятора

+0,005

0,0585

+0,0292 5 0,00275 +0,01375

+0,01375 +0,0225

0,0115 0

123

123

124

Окончание приложения 2 Окончание табл.П.2.2 Д12 Д13-Д14 Д13-Д14 Д0

124

Смещение оси сердечника ротора относительно общей оси подшипниковых шеек Смещение осей дорожек качения и посадочной поверхности внутреннего кольца подшипника со стороны рабочего конца вала То же со стороны вентилятора Смещение оси сердечника ротора относительно оси сердечника статора

+0,01

-0,01

0,02

0

+0,0025

-0,0025

0,005

0

+0,0025 +0,094

-0,0025 +0,03

0,005 0,064

0 0,062

Приложение 3

Рис. П.3.1 125 125

126 Рис. П.3.2

126

Рис.П.3.3 127 127

128 Рис. П.3.4

128

Рис.П.3.5 129 129

130 Рис.П.3.6

130

Учебное издание ИСМАГИЛОВ Флюр Рашитович АФАНАСЬЕВ Юрий Викторович СТЫСКИН Андрей Владиславович

ВВЕДЕНИЕ В КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ