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微电机论文:盘式电机冲孔卷绕机
 
 
盘式电机冲孔卷绕机
戴卫国  戴庆秋  张勇(芜湖电工机械厂241000)
l概述
    盘式电机定、转子铁心是用一定宽度的硅钢片带料,经冲孔后卷绕而成,其铁心在端面上形成下线槽。定子片铁心通常为径向直槽,槽中嵌有线圈;转子铁心通常为与半径成一定角度的斜槽,槽中铸铝。定、转子在轴向形成气隙,如图1所示。
    盘式电机是一种结构简单、特别省料、容易实现制动的电机。几何特征是轴向尺寸小,径向尺寸大。在不少场合盘式电机的转子又可作为工作机的一部分,工作机和电机定子可仅有电磁联系。这一切都说明盘式电机是一种很有前途的产品。机械部曾提出轴向气隙盘式制动异步电机系列的开发及自动冲卷机攻关指南。
    经过几年的努力,芜湖电工机械厂研制成功了一种高效的J98—2.5型冲孔卷绕机床。为了便于广大电机制造者能了解此项技术,推动我国盘式电机和以盘式电机为依托的相应产品的发展,本文介绍盘式电机定、转子铁心成形方法及J98—2.5型冲孔卷绕初。
2铁心的成形原理
2.1铁心的成形原理
    若将盘式电机铁心的带料展开,可以见到在带料上的槽孔间距递次减小。盘式电机转子和定子的自动成形一文中曾作过详尽的分析。为了便于叙述本文,将其结论摘抄如下,参见图2。
式中  R——转子或定子的内半径
      L——卷绕半径为R内时,实现卷绕角φ需有的带料长度,由设计确定,J98—2.5型机设定φ=
R——铁心的即时卷绕半径
L——卷绕半径为R时,实现卷绕角
    φ1所需的带料长度
  γ——下线槽的倾斜角
当y=0时,即铁心下线槽为径向直槽时
    此为L—R坐标系中过坐标原点的直线方程,其含意是要想获得径向直槽的铁心,铁心中心应该时刻处在过坐标原点的直线上,冲槽模位于坐标原点处。
    当γ>0,下线槽按顺时针方向偏转。当取R=O,得Lo=Rγ,即铁心中心之轨迹应和L坐标有一正截距Rγ。
    同理,当γ<0时,下线槽按逆时针方向偏转,铁心中心移动轨迹和L坐标相交,有
一个负截距R内γ。
2.2带料的误差及修正
    在具体设计中必须考虑带料厚度误差对卷绕所产生的影响。盘式电机定、转子零件成形方法的可行性分析一文中又指出,定转角收料、卷轴斜移补偿法是****的形成方法,带料误差的影响最小。该文中所述的斜移补偿是一种随机补偿,即当料厚误差使得即时收卷半径大于或小于理论即时收卷半径时,铁心的即时收卷半径始终和L坐标相切。理论上这是一种理想的设计方法。
    根据我厂多年所积累的设计经验,认为上述方法理论上是正确的,但在随机补偿时导向板对铁心的推力可能会使铁心槽形变形,且变形无法事前估计。所以在J98—2.5型机的设计中采用了定转角收卷,收卷轴按理论补偿量强制补偿,即每冲完一槽,收卷轴在斜面导轨上自动强迫移动:
式中  δ——带料厚度
    z——铁心槽数
    β——导轨倾斜角,
我们认为带料厚度误差不可能是随机的,它取决于轧制、开卷过程的工艺手段。例如,开卷成的带料可能比公称厚度薄或厚,或两边厚度有一定的差异,或开卷后两边毛刺不等。这一切都反映到即时收卷半径上,在卷绕n层后,即时收卷半径不再等于R内+nδ,而为R内+nδ±n△δ,此处±n△δ即为各种误差造成的即时收卷半径的变动量。
    如果设△δ>0,铁心每绕一周,槽孔将偏移2π△δ,对第n圈槽孔偏移量为2π△δn。由图3可知,实际上即发生了下线槽形的偏转。为了使槽形变成径向直槽,则必须事先给一个负截距,即令
    2π△δn=γ(R—R)
式中△δ——带料误差
    n——即时卷绕圈数
    γ补——假设的补偿角
    R内——转子或定子的内半径
    R——铁心的即时卷绕半径
    将R=R+δn+△δn代人得:
补偿负截距为:
    同理,当△δ
样机经过实际使用,证明此设想是完全正确的,得到了良好的效果。
3冲卷机的传动系统
    图4是冲卷机的传动原理图。无级变速电机经离合器一飞轮系统将动力传给曲轴1,曲轴将动力分为两支,一支为经曲拐和连杆2使拉杆3上下往复运动,两拉杆上部用横梁4连结成一整体,上模安装在此横梁上,下模安装在工作台的垫板上。上下模间用导柱导套相连,模具的槽形中心应正好通过L—R坐标系的原点。另一支是经曲轴上的链轮5将动力传至锥齿轮进轴6。锥齿轮输出轴7和机床导轨平行,收卷箱体8在机床导轨上移动时,箱内的滑移齿轮9可以在此轴上滑动。收卷箱内有一间歇运动的凸轮分度箱10,此分度箱输入轴转丌弧度,输出轴转π/3弧度;输入轴再转π弧度,输出轴静止,此时带料不动,进行冲槽。凸轮分度箱输入轴和收卷轴之间的运动关系为:
    式中1/ψ就是铁心上的每周槽数,所以得:
    交换齿轮z1、z2可以改变铁心的每周冲槽数。
    收卷轴运动时,一方面收卷带料,同时另一方面驱动收卷箱体作强制性补偿运动。其关系为:
式中  za,zb,zc,zd——补偿运动挂轮齿轮
    δ——带料厚度
    t——丝杆螺距
β——导轨倾角,
    该机床丝杆工作时应可靠锁紧,不得转动。当一盘铁心冲卷完成,此时收卷箱相应停在床身导轨的右端。松开丝杆锁紧手柄11,转动手轮12,使丝杆转动,即可将收卷箱送回到起始位置。
    该机床上所用的凸轮分度箱分度精度很高,输出轴分度误差仅±30。分度齿轮皆经过淬火磨削,且定心精度极高,所以该机床保证在高速运行时,仍能保证较高的分度精度,冲卷出的铁心下线槽十分整齐。
4机床的使用
    正确使用该机床,是获得整齐的铁心制品的前提。
4.1模具
    模具安装时,其槽形中心应处于L—R坐标系的原点,实际上这是很困难的,但为了保证每次刃磨模具后,具有相同的安装精度,故在工作台上的模具垫板上开有键槽,下模座上也开有键槽。安装时以键槽定位。
    下模高度随模具的刃磨应相应垫高,使下模刃口平面正好和L坐标轴相切。需要指出的是,冲制径向直槽和斜槽理论上的L坐标位置将发生变化,所以下模高度需要作相应的调整。
    例如生产γ>O的斜槽铁心时,为了在L坐标轴上获得正截距,必须将卷绕箱向右移动一段距离,见图5。此时L坐标由L处移到L1,相应下移△H。
    这正是生产顺时针倾斜槽形铁心的下模刃口平面应比生产径向直槽铁心的下模刃口平面的降低量。其关系为:
    △H/L0=tgβ
    同理,要想得到γ
    此外,在下模上面应设计有一退料板,使套在凸模上的带料能迅速卸脱,确保收卷时带料顺利运动。模具上的这块退料板,除起退料作用外,同时还兼作导向板,所以要求此退料板的下平面磨出和带料一样宽的凹槽,槽深比料厚多O.2mm。导向板长度受收卷心轴的直径和起始位置的限制,设计时应尽可能的长。导向板下还应固定托板,使它们组成一个和带料断面尺寸相吻合的长方形口,充分对带料进行导向。
4.2进料导向器
    带料从放料架放出,首先进入进料导向器。使用时应调整好进料导向器的上下及左右的位置,同时调整导向器的夹料宽度,使导向器和模具导向板相吻合,保证带料正确的被引入模具中,见图6。
导向器的前端有一个带料压紧装置。带料必须适当的压紧,才能保证卷绕时的紧实度。本机床保证卷绕的铁心紧实度(R/R) =O.97~0.98。冲完一盘铁心后,机床停车,
压紧装置会自动抬起。
4.3卷绕工装
    本机床推荐如图7所示的卷绕工装。在主轴孔中先安装好带有锥柄的定心头1,通过拉杆2将它和主轴紧紧相连,确保定心精度。为了防止定心头在主轴中打滑,在其端部开有端面键槽和主轴上的端键3相联,它类似于铣刀盘的安装。定心头的前部有一粗牙螺纹,外锥面上开有键槽,按铁心内径做的定心套4套在定心头上,螺钉5将它固定在定心头上。
    由于定心套前部有细牙螺纹,径向开有槽,当螺钉5旋入时,使定心套压向定心头,籍助于锥面 定心套略有涨大。此时即可将带料卡在此套上准备冲孔卷绕。为了带料安装时轴向有明确的基准,在定心套后装有一调整垫6,该垫厚度按模具导向部分的几何尺寸确定。当一盘铁心冲卷完毕,将螺钉5旋松,籍助于螺纹的差动原理,定心套自动被拉出,同时外径略有回缩,使铁心的拆卸变得容易。
4.4定位靠板
    定位靠板是该机床的一个部件,见图6。它和机床导轨之间夹角为β。定位靠板可水平移动。当需冲制径向直槽的铁心时t定位靠板定位面的延长线正好和L—R坐标原点相交。这样不论R内多大,只要定心套和定位靠板相切,自然确定了收卷头的起始位置。冲制斜槽铁心时,只需改变定位靠板的位置,即可确定冲制斜槽铁心时收卷箱的起始位置。
    需要指出的是,在机床出厂时,定位靠板上还附有一垫板,定位靠板和垫板组合在一起的上定位面才是理论上定位靠板的基准平面。当定好收卷箱起始位置后,在开始冲卷时应将该垫板取走,否则铁心会和导板渐渐挤紧,使铁心变形,槽形不齐。
4.5正确设计盘式电机铁心
    正确设计盘式电机的铁心,也是用好本机床条件之一。设计盘式电机时,R内和槽数之比应有一个限度,它和槽宽、槽长等都有关系,即留在带料E的“齿”必须要有足够的强度和刚度,否则在卷绕过程中会发生槽形不齐,倒向一边。待卷绕半径达到一定大小后,齿部刚度得到改善,槽形才会整齐。
4.6放料装置
    为了防止进入机床的带料时紧时松而影响铁心槽形的整齐度,本机床设计有放料装置,使进入进料导向器的初始态尽量一致,见图6。
4.7自动焊接装置
    冲卷铁心时,一般是将带料剪成一个斜口,将带料插入进料导向器,穿过模具导向板一直拉到定心套上,并做出直角弯头,卡在定心套上,此时开动机床,待带料在定心套上绕一圈多后.机床自动停车,点焊头自动将带料点焊成一整圈。这是一个很重要的工艺环节,首先它把预制的弯头紧紧地压在定心套上,其次在以后的卷绕过程中不会因一层层的卷绕而使内圈渐渐收紧,以至于将来不好拆卸铁心,或引起槽形滑移,导致槽形不齐。一盘铁心冲卷完成,自动停机,点焊头再次将铁心焊牢,见图6。
    点焊机的电流强度,通电时间皆可调整以适应不同的带料。
4.8电气装置及润滑
    本机床有一套PC机控制的电气系统冲槽数或冲卷数可以事先设定。该机床全部实行强制润滑。
5机床参数
    型号    J98—2.5
    公称力    25kN
    滑块行程    20mm
    滑块行程次数  420min-1
    冲片厚度    O.3.5mm,O.5mm
    冲槽数    6~72
    铁心最小内径φ85mm    .
    铁心****外径  φ310mm
    带料宽度(max)  70mm
    斜槽宽度    0o~±20o
    主电机    YCTl60~4A 2.2kw
    焊接变压器容量50kVA
    参  考  文  献
1  机械工业部,国务院生产办公室,国家计划委员会.******电工机械新产品开发指南.1991.
2戴卫国,戴庆秋,张勇.盘式电机铁心高速冲槽卷绕机床.国家专利,1997.
3  于集风,金驷.盘式电机转子和定子的自动成形.微电机,1 989(3)
4金驷,李新.盘式电机定转子零件成形方法的可行性分析.微特电机,1994(4)
 
 
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