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1、济南大学毕业设计毕业设计题 目 换向器槽口倒角装置的设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机自0706 学 生 令狐凤永 学 号 20070403103 指导教师 樊宁 二一 年 月 日(宋体三号，居中)- 1 -济南大学毕业设计摘 要电枢是直流有刷电机的关键组件，由换向器、轴及电枢绕组构成，直流电枢绕组中的电流由旋转着的换向器通过静止的电刷流向外电路。换向器的作用是在发电机状态下将电枢绕组中产生的交变电势整流成电刷阕的直流电势；在电动机状态下将输入的直流电流逆变成电枢绕组中的交变电流，以产生单方向的电磁转矩。换向器作为电机中的动接触元件，常受磨损，故障较多，成为电机中
2、的薄弱环节文献1。在直流电机的构成部件中，换向器与电刷的接触是电机电路的关键环节，其结构最为复杂、最为薄弱，接触质量对电机性能影响极大。一旦电刷与换向器之间无法保持稳定的滑动接触，那将产生火花。为了提高电刷与换向器有良好的接触并防止两者压得过紧而引起磨损，一方面可以在刷顶上装可调节的弹簧压板，另一方面必须通过提高换向器的表面质量来实现，因此对换向器表面质量要求较高。简言之，换向器是电机的关键部件，由于其结构复杂性，所以一般安排在电枢的所有工序结束后对换向器表面进行精加工以达到提高表面质量的目的，其中一项就是对其的下刻槽口进行倒角。本设计为解决现行手工倒角方法造成的槽口圆弧大小不均匀，倒角面直线
3、度较差，易划伤已精加工表面，加工效率低的问题，本项目设计一种具有较高加工精度和效率的换向器下刻槽口倒角装置，使加工后的换向器不仅有较高精度的倒角形状，而且通过后续的合理加工能保证在下刻槽口形成大小均匀、直线度好的近似光滑圆弧，这对电机运行时电刷会以一个较平稳的状态滑过槽口，从而满足输出电压纹波平稳和启动电压较低的要求本设计从换向器的装夹、刀具的对中性、切屑深度及长度的可调性等方面进行整个装置的结构设计和布局。装置设计为机械式，装置上的对中杆能保证对刀可靠，移位准确，加工时两侧切削均匀，倒角对称度好，断屑可靠，加工后对换向器和电枢结构强度无不良影响。装置所倒角的最终质量是下刻槽口两侧过渡面经后续
4、加工后为光滑过渡，无毛刺、表面无划伤及多余物。直接受换向器表面精加工质量影响的电机性能参数合格率提高到98%以上。关键词：换向器；倒角；下刻槽；ABSTRACTCommutator is a key component of the DC motor. It represents in fact most of the failures because of its mechanical complexity.（Times New Roman小四，1.25倍行距）Key words：（Times New Roman五号，加粗）Commutator；（Times New Roman五号）（外文摘
5、要要求用英文书写，内容应与中文摘要对应。阅后删除。）目 录摘要. .IABSTRACT.II目录.1 前言.11.1背景及课题来源.11.1.1课题设计的背景.11.1.2课题来源及目的.11.2课题设计的意义.11.3主要设计内容、技术指标.11.3.1课题主要设计内容.11.3.2技术指标.22关于直流电机.32.1直流电机工作原理和分类32.2直流电动机结构.43课题技术方案和技术途径.83.1换向器在有刷直流电机中的作用及影响.83.2换向器精加工工艺方法分析与实践.83.2.1常规工艺方法简介.83.2.2换向器精加工常规工艺方法的不足与缺陷.83.2.3换向器表面不良情况对测速机输
6、出电压波形的影响.83.2.4改进后的电枢换向器的工艺方法.103.2.5新工艺在提高换向器表面质量中的作用114 换向器倒角装置设计.134.1 换向器倒角的意义及必要性.134.2模型的建立及工作原理的实现134.3刀具设计164.3.1设计要求.164.3.2基本过程.164.4换向器倒角装置设计分析与研究184.4.1换向器的安装固定及拆取.184.4.2 换向器片间绝缘槽槽口倒角的加工方法.184.4.3 相关结构的设计与调节在换向器倒角功能实现过程中的作用.194.4.4 实验验证及结果分析.205突破的关键技术、技术创新点和推广前景235.1突破的关键技术235.2主要的技术创新
7、点235.3推广前景236 结论.20参考文献.25致谢.26附录 刀具结构图. . . . .27- 31 -1 前言1.1背景及课题来源1.1.1课题设计的背景现行的有刷直流力矩电动机和有刷直流测速发电机出于后期的输出电压纹波精度及启动电压要求，一都要求在电枢换向器精车后对换向器下刻槽口进行倒角处理，要求倒角处呈圆弧状，结合后期手段将残留细微毛刺清理干净，电机在运行时当电刷通过换向器下刻槽口时，由于槽口过渡处呈光滑圆弧状，因此电刷会以一个较平稳的状态滑过槽口，从而满足输出电压纹波平稳和启动电压较低的要求。原有的电枢换向器精车后的下刻槽口倒角均采用手工分两次进行，因两次倒角的角度及位置不同从
8、而在槽口处形成由两根不同角度直线组成的钝角，再用抛光砂清除残留毛刺后得到一个近似圆弧，其缺点在于因是手工操作，每次倒角的角度及位置不一致，造成最终在下刻槽口形成的圆弧大小不一，甚至同一槽口左右相差较大，且倒角面的直线度差，当电机在运行过程中电刷通过换向器下刻槽口时产生一定量级的振动，致使电机运行不平稳从而影响输出电压纹波平稳性和或使启动电压增大，或因换向宽度的不均匀影响电机的其它性能；且因为是手工操作，使用的倒角工具常会划伤已精加工完成的换向器表面，影响电机运行平稳；另外手工操作的效率也较低。1.1.2课题来源及目的本课题来源于贵州航天林泉电机有限公司所生产的军品有刷直流电机。设计目标为：从换
9、向器的装夹、刀具的对中性、切屑深度及长度的可调性等方面进行整个装置的结构设计和布局。1.2课题设计的意义为解决现行手工倒角方法造成的槽口圆弧大小不均匀，倒角面直线度较差，易划伤已精加工表面，加工效率低的问题，本项目设计一种具有较高加工精度和效率的换向器下刻槽口倒角装置，使加工后的换向器不仅有较高精度的倒角形状，而且通过后续的合理加工能保证在下刻槽口形成大小均匀、直线度好的近似光滑圆弧，这对电机运行时电刷会以一个较平稳的状态滑过槽口，从而满足输出电压纹波平稳和启动电压较低的要求具有非常重要的意义。1.3主要设计内容、技术指标1.3.1课题主要设计内容从获得圆滑的下刻槽口过渡面出发，研究制造精确而
10、高效的换向器下刻槽倒角装置（含移位装置和倒角刀具），研究制定合理完善的倒角后续工序（抛光下刻槽口和外圆）。1.3.2技术指标（1）下刻槽口倒角后两侧过渡面大小均匀、直线度好，且轴向长度接近下刻槽长度根部（2）下刻槽口两侧过渡面经倒角后的后续加工后为光滑过渡，无毛刺、表面无划伤及多余物。（3）采用的下刻槽口倒角装置为机械式，装置上的对中杆能保证对刀可靠，移位准确，加工时两侧切削均匀，倒角对称度好，断屑可靠，加工后对换向器和电枢结构强度无不良影响。（4）下刻槽口两侧过渡面最终质量为过渡面经倒角后的后续加工后为光滑过渡，无毛刺、表面无划伤及多余物。（5）直接受换向器表面精加工质量影响的输出电压纹波参
11、数合格率提高到98%以上。2关于直流电机2.1直流电机工作原理和分类(1)直流电机的特点直流电机的优点是：1)调速范围广、平滑，调速方便；2)电机的过载能力较大；3)能快速的起制动和逆转；4)在运行特性上完全能配合生产工艺上的要求，达到提高生产自动化的目的。 所以直流传动系统应用比较广泛，在电力拖动系统和自动控制系统中，直流电机仍居于相当重要的地位。与交流电机相比较，直流电机也存在一些缺点：消耗有色金属较多，制造工艺比较复杂，因此制造成本相对地高一些，其运行维修难度比交流电机要大的多也复杂的多，所以其应用也受到一些限制。(2)直流电机的主要用途冶金工业中作为各种轧钢机的驱动电机，主要优点是能在不同转速下运行，并能承受频繁的冲击过载，频繁起、制动和逆转。在采矿工业中，作为矿山卷扬机
