电机制造工艺学配套教学课件胡志强 第5章 换向器与集电环的制造工艺

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1、第5章换向器与集电环的制造工艺 5 1换向器的结构形式5 2换向器的技术要求5 3拱形换向器的制造工艺5 4塑料换向器的制造工艺5 5紧圈式换向器的制造工艺特点5 6集电环的制造 5 1换向器的结构形式 5 1 1拱形换向器5 1 2塑料换向器5 1 3紧圈式换向器5 1 4分段式换向器 5 1 1拱形换向器 图5 1拱形换向器的结构a 螺母紧固1 钢质V形压圈2 换向片3 V形绝缘环4 绝缘套筒5 钢质套筒6 螺母b 螺钉紧固1 压圈2 绝缘套筒3 换向片4 V形绝缘环5 钢质套筒6 螺栓c 螺杆紧固1 垫圈2 螺杆3 V形绝缘环4 换向片5 绝缘套筒6 升高片7 钢质V形压圈8 钢质套筒

2、5 1 2塑料换向器 图5 4塑料换向器结构1 换向器2 塑料3 加强环4 钢质套筒 5 1 3紧圈式换向器 图5 5紧圈式换向器结构 5 1 4分段式换向器 当换向器直径较大 长度大于500mm时 为防止换向器工作表面呈腰鼓形变形 而将换向器做成多段式结构 各段换向器 片 之间用连接片4连接 最外面两个钢质V形压圈2仍用一套螺杆8拉紧 双段式换向器结构如图5 6所示 图5 6双段式换向器结构 5 2换向器的技术要求 1 换向器表面应呈规则的圆柱形 直径 长度应符合规定的尺寸公差 直径 325mm以下的小型换向器工作表面径向圆跳动不超过0 01 0 02mm 大中型换向器工作表面径向圆跳动不超

3、过0 03 0 05mm 工作表面粗糙度应在Ra0 8 m以下 不允许有凸片和凹坑 2 换向器端面和轴线保持垂直 端面圆跳动不超过0 1 0 5mm 3 整个换向器各刷距下的换向片数要分布均匀 图5 7中 n1 n2 n8 允许差一片云母片或差1 3 1 4铜片 4 换向片对轴线应平行 5 2换向器的技术要求 5 换向器的绝缘性能要可靠 片间绝缘和对地绝缘应能承受规定的耐压试验 在长期运行中绝缘性能应保持稳定良好 6 换向片和升高片及电枢绕组的焊接应牢固可靠 运行中不应发生松动和开焊等缺陷 7 换向器各零件应牢固可靠 在运行中不应有松动 脱落等现象 图5 7各刷距下换向片的均匀分布 图5 8换

4、向片对轴线偏斜差 5 3拱形换向器的制造工艺 5 3 1换向片制造5 3 2升高片及其固定5 3 3换向器云母板和V形绝缘环的制造5 3 4换向器装配 表5 1换向器片的偏斜公差 5 3拱形换向器的制造工艺 图5 9拱形换向器制造的主要工艺过程 5 3 1换向片制造 换向片在电机运行中与电刷接触而导电 同时它又承受旋转产生的离心力 因此要求换向片的材料应具有良好的导电性 导热性 耐磨性 耐电弧性和具有一定的机械强度 电解纯铜 纯度在99 9 以上 能满足上述各项要求 采用的较多 近年来也有的采用银铜 镉铜 铬铜 稀土铜合金等材料 换向片材料主要性能见表5 2 表5 2换向片材料主要性能 5 3

5、 2升高片及其固定 图5 13升高片结构形式 图5 16升高片和换向片磷铜焊接示意图1 熔断器2 刀开关3 大电流变压器4 升高片5 炭精夹6 换向片7 水8 水箱 5 3 3换向器云母板和V形绝缘环的制造 1 换向器云母板2 V形绝缘环 图5 16V形绝缘环的坯料 图5 17V形绝缘环的截面图 1 换向器云母板 在换向器中云母板与铜片应组成形状稳定的圆柱体 对于片间绝缘材料的要求是厚度均匀 具有一定的弹性 在高温高压作用下具有较小的收缩率 老化较慢 其耐热等级应与电机的耐热等级相适应 换向器装配时不应有较多的胶粘剂流出和个别云母片滑出的现象 它的硬度应合适 加工时不脆裂 最好与铜具有相近似的

6、磨损率 表5 4经验附加值K 表5 5坯料上切口数 2 V形绝缘环 1 坯料加工 图5 18扇形坯料尺寸a 扇形坯料b V形绝缘环 图5 19V形绝缘环与扇形坯料的关系1 V形绝缘环2 扇形坯料 图5 20V形绝缘环初步成型模1 压铁2 玻璃纸3 云母板4 成型模5 带子 2 初步成形 图5 21V形绝缘环的成型模1 模套2 上模板3 V形绝缘环4 下模5 圆环6 圆锥7 凸模8 脱模垫圈9 脱模压板 3 烘压 5 3 4换向器装配 换向器装配包括的工序很多 如把换向片和云母片排成圆形 进行片间云母的烘压处理 车V形槽 装V形绝缘环及压圈 进行V形绝缘环的烘压处理以及半精车 动平衡 超速等工序

7、 通常把换向片的装配和烘压称为一次装配 片装 把车过V形槽的铜片组 总装配以前还夹紧在工具压圈内 与V形绝缘环及压圈装在一起 并进行烘压称为二次装配 器装 下面分别加以介绍 1 排圆2 冷热压 1 排圆 首先逐片测量换向片和云母片的厚度 并分类存放 排圆时按一个换向片和一个云母片相加其厚度相等的条件 把云母片和换向片间隔排列 要求片数准确 外圆尺寸应在规定的范围内 换向片与换向器轴线平行 升高片要排列整齐 换向器内圆处及升高片端云母片凸出于换向片的高度应一致 表5 6耐压试验要求 2 冷热压 图5 23圆锥形压紧圈1 锥形环2 锥状扇形块 表5 7换向器片烘压规范 式中P 油压机作用在工具上的

8、轴向压力 N s 换向片侧面积 m2 p 换向片间单位面积所需压力 Pa 拱形换向器取35 106Pa 绑环式换向器取60 106Pa 工具锥度角 一般为4 5 摩擦角 一般取15 1 11 修正系数 表5 8换向器直径公差 3 车V形槽 换向片和云母片排圆并经烘压处理以后 拆除夹紧工具之前在车床上车出V形槽 车V形槽加工质量要求如下 1 两端V形槽应保持同轴 同轴度应不大于0 03mm 图5 24V形槽检查样板 2 V形槽形状要精确 用图5 24所示的样板检查 30 锥面不允许有间隙 3 锥面容许有0 05 0 1mm间隙 图5 25V形槽加工的装夹方法1 螺杆2 锥形环3 扇形块4 换向片

9、组5 夹具体6 四爪卡盘 3 V形槽表面粗糙度应达到Ra1 6 m 图5 26片间短路试验电路示意图1 熔断器2 灯泡3 开关4 试棒 4 换向片间不允许有短路现象 4 二次装配 二次装配即换向器总装配 或称为器装 二次装配的任务是把换向器所有零件组装起来 再进行烘压 使换向器成为坚固稳定的整体 装配时应有清洁的工作环境 防止粉尘和杂物进入换向器内部 拧紧螺钉或螺母时 要对称均匀地进行 以保证换向片端面与压圈端面的平行 表5 9换向器二次装配烘压规范 5 换向器的回转加热 动压及超速试验 1 工作表面线速度大于13m s的换向器 2 可逆转电动机的换向器 3 双段结构的换向器 4 特殊重要的换

10、向器 图5 27换向器回转加热设备1 温度计2 换向器3 软木板4 直流电动机5 保温箱 5 3 5换向器的电气性能试验 1 片间短路试验 片间短路试验在车完V形槽以后进行 试验电路示意图如图5 26所示 用两支试棒 加220V交流电压于相邻的换向片上逐次试验 用灯泡 或电铃 指示有无短路存在 2 耐压试验 表5 10换向器对地耐压试验 5 4塑料换向器的制造工艺 5 4 1塑料换向器的用料5 4 2塑料换向器的制造工艺5 4 3塑料换向器的加强环5 4 4塑料换向器的质量检查 5 4 1塑料换向器的用料 1 酚醛树脂玻璃纤维压塑料 2 聚酰亚胺玻璃纤维压塑料 5 4 2塑料换向器的制造工艺

11、1 称塑料重量 2 塑料预热 3 压模和换向片组预热 4 装料 5 热压 6 烘焙处理 图5 30塑料换向器压模1 上压板2 上模3 加料模腔4 换向器带压圈5 顶板6 下模座7 下压板8 模心9 螺栓10 定位柱 5 4 3塑料换向器的加强环 1 将绕制用模具放到恒温箱内加热到 145 5 时间不少于1h 2 从恒温箱内取出模具 在模具表面涂上脱模剂 浸硅橡胶的甲苯饱和溶液 3 将模具夹在车床或专用机床的主轴上 从模具端头开始绕制 绕到与挡圈外圆平齐为止 图5 31绕制加强环的模具结构1 轴2 模心3 挡圈4 螺母 4 热固化处理 5 从恒温箱中取出加强环和模具 冷却到室温后脱模 加强环即制

12、成 5 4 4塑料换向器的质量检查 1 外观检查 2 超速试验 3 测绝缘电阻 4 破坏性试验 低温试验 从室温突然冷却到 40 检查塑料换向器的表面有无裂纹 在120 130 温度下 换向器破坏时的转速应大于2倍额定转速 5 5紧圈式换向器的制造工艺特点 1 内紧圈式换向器的制造 图5 32内紧圈式换向器结构1 换向片2 钢紧圈3 钢紧圈绝缘层4 套筒绝缘5 套筒 2 外紧圈式换向器的制造 图5 33两套夹具夹紧换向片1 2 锥状扇形块3 临时紧圈4 锥形环5 7 垫圈6 换向片组 5 6集电环的制造 5 6 1集电环的分类5 6 2集电环制造的工艺要点 5 6 1集电环的分类 集电环是集电

13、装置中最重要的部分 例如 旋转磁极式同步发电机的转子 集电环中环的数目为两个 异步电动机的绕线转子中 环的数目一般为三个 集电环有各种不同的形式 其主要差别在于它的固定方法 把环和套筒固定在一起的整体称为集电环 集电环的形式有以下几种 1 整体式塑料集电环2 装配式集电环3 支架装配式集电环4 热套在轴上的集电环 1 整体式塑料集电环 整体式塑料集电环常用酚醛玻璃丝纤维 4330 压塑料连同三个金属环压制成一个整体 如图5 36所示 这种集电环结构简单 制造方便 主要用于一般用途电动机 图5 36整体式塑料集电环 2 装配式集电环 主要由金属环 衬套 薄钢板弯成的开口套 衬垫绝缘和套筒组成 如

14、图5 37所示 衬垫绝缘可采用玻璃布板或塑性云母板 衬垫绝缘一般为0 2mm环氧酚醛玻璃布板 3240 加若干层0 05mm厚聚酯薄膜组成 薄膜至少两层 可作为调整厚度用 其总厚度应比装配压缩后的尺寸增加0 15 0 20mm 以保证装压后有一定紧度 图5 37装配式集电环 这种结构形式的集电环广泛用于中型电机 3 支架装配式集电环 主要由金属环 衬套 薄钢板弯成的开口套 衬垫绝缘和套筒组成 如图5 37所示 衬垫绝缘可采用玻璃布板或塑性云母板 衬垫绝缘一般为0 2mm环氧酚醛玻璃布板 3240 加若干层0 05mm厚聚酯薄膜组成 薄膜至少两层 可作为调整厚度用 其总厚度应比装配压缩后的尺寸增

15、加0 15 0 20mm 以保证装压后有一定紧度 这种结构形式的集电环广泛用于中型电机 图5 38支架装配式集电环 4 热套在轴上的集电环 这种集电环的金属环直接热套在包有绝缘层的转轴 或套筒 上 以满足高电压 大电流和离心力作用下运行可靠的要求 这种集电环主要用于高速大型电机 汽轮发电机中 集电环就直接热套在转子轴上 如图5 39所示 图5 39汽轮发电机集电环 5 6 2集电环制造的工艺要点 在集电环中 金属环 套筒和引出线头是最基本的构件 不同形式的集电环中 这三个基本构件的制造基本上是相同的 在电机运行中 依靠电刷和金属环的良好接触 而把转子和外电路连接起来 作为导电用的金属环 必须有良好的导电性能 同时必须有良好的耐磨性和硬度