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微電機論文:盤式電機沖孔卷繞機
 
 
盤式電機沖孔卷繞機
戴衛國  戴慶秋  張勇(蕪湖電工機械廠241000)
l概述
    盤式電機定、轉子鐵心是用一定寬度的硅鋼片帶料,經沖孔后卷繞而成,其鐵心在端面上形成下線槽。定子片鐵心通常為徑向直槽,槽中嵌有線圈;轉子鐵心通常為與半徑成一定角度的斜槽,槽中鑄鋁。定、轉子在軸向形成氣隙,如圖1所示。
    盤式電機是一種結構簡單、特別省料、容易實現制動的電機。幾何特征是軸向尺寸小,徑向尺寸大。在不少場合盤式電機的轉子又可作為工作機的一部分,工作機和電機定子可僅有電磁聯系。這一切都說明盤式電機是一種很有前途的產品。機械部曾提出軸向氣隙盤式制動異步電機系列的開發及自動沖卷機攻關指南。
    經過幾年的努力,蕪湖電工機械廠研制成功了一種高效的J98—2.5型沖孔卷繞機床。為了便于廣大電機制造者能了解此項技術,推動我國盤式電機和以盤式電機為依托的相應產品的發展,本文介紹盤式電機定、轉子鐵心成形方法及J98—2.5型沖孔卷繞初。
2鐵心的成形原理
2.1鐵心的成形原理
    若將盤式電機鐵心的帶料展開,可以見到在帶料上的槽孔間距遞次減小。盤式電機轉子和定子的自動成形一文中曾作過詳盡的分析。為了便于敘述本文,將其結論摘抄如下,參見圖2。
式中  R——轉子或定子的內半徑
      L——卷繞半徑為R內時,實現卷繞角φ需有的帶料長度,由設計確定,J98—2.5型機設定φ=
R——鐵心的即時卷繞半徑
L——卷繞半徑為R時,實現卷繞角
    φ1所需的帶料長度
  γ——下線槽的傾斜角
當y=0時,即鐵心下線槽為徑向直槽時
    此為L—R坐標系中過坐標原點的直線方程,其含意是要想獲得徑向直槽的鐵心,鐵心中心應該時刻處在過坐標原點的直線上,沖槽模位于坐標原點處。
    當γ>0,下線槽按順時針方向偏轉。當取R=O,得Lo=Rγ,即鐵心中心之軌跡應和L坐標有一正截距Rγ。
    同理,當γ<0時,下線槽按逆時針方向偏轉,鐵心中心移動軌跡和L坐標相交,有
一個負截距R內γ。
2.2帶料的誤差及修正
    在具體設計中必須考慮帶料厚度誤差對卷繞所產生的影響。盤式電機定、轉子零件成形方法的可行性分析一文中又指出,定轉角收料、卷軸斜移補償法是****的形成方法,帶料誤差的影響最小。該文中所述的斜移補償是一種隨機補償,即當料厚誤差使得即時收卷半徑大于或小于理論即時收卷半徑時,鐵心的即時收卷半徑始終和L坐標相切。理論上這是一種理想的設計方法。
    根據我廠多年所積累的設計經驗,認為上述方法理論上是正確的,但在隨機補償時導向板對鐵心的推力可能會使鐵心槽形變形,且變形無法事前估計。所以在J98—2.5型機的設計中采用了定轉角收卷,收卷軸按理論補償量強制補償,即每沖完一槽,收卷軸在斜面導軌上自動強迫移動:
式中  δ——帶料厚度
    z——鐵心槽數
    β——導軌傾斜角,
我們認為帶料厚度誤差不可能是隨機的,它取決于軋制、開卷過程的工藝手段。例如,開卷成的帶料可能比公稱厚度薄或厚,或兩邊厚度有一定的差異,或開卷后兩邊毛刺不等。這一切都反映到即時收卷半徑上,在卷繞n層后,即時收卷半徑不再等于R內+nδ,而為R內+nδ±n△δ,此處±n△δ即為各種誤差造成的即時收卷半徑的變動量。
    如果設△δ>0,鐵心每繞一周,槽孔將偏移2π△δ,對第n圈槽孔偏移量為2π△δn。由圖3可知,實際上即發生了下線槽形的偏轉。為了使槽形變成徑向直槽,則必須事先給一個負截距,即令
    2π△δn=γ(R—R)
式中△δ——帶料誤差
    n——即時卷繞圈數
    γ補——假設的補償角
    R內——轉子或定子的內半徑
    R——鐵心的即時卷繞半徑
    將R=R+δn+△δn代人得:
補償負截距為:
    同理,當△δ
樣機經過實際使用,證明此設想是完全正確的,得到了良好的效果。
3沖卷機的傳動系統
    圖4是沖卷機的傳動原理圖。無級變速電機經離合器一飛輪系統將動力傳給曲軸1,曲軸將動力分為兩支,一支為經曲拐和連桿2使拉桿3上下往復運動,兩拉桿上部用橫梁4連結成一整體,上模安裝在此橫梁上,下模安裝在工作臺的墊板上。上下模間用導柱導套相連,模具的槽形中心應正好通過L—R坐標系的原點。另一支是經曲軸上的鏈輪5將動力傳至錐齒輪進軸6。錐齒輪輸出軸7和機床導軌平行,收卷箱體8在機床導軌上移動時,箱內的滑移齒輪9可以在此軸上滑動。收卷箱內有一間歇運動的凸輪分度箱10,此分度箱輸入軸轉丌弧度,輸出軸轉π/3弧度;輸入軸再轉π弧度,輸出軸靜止,此時帶料不動,進行沖槽。凸輪分度箱輸入軸和收卷軸之間的運動關系為:
    式中1/ψ就是鐵心上的每周槽數,所以得:
    交換齒輪z1、z2可以改變鐵心的每周沖槽數。
    收卷軸運動時,一方面收卷帶料,同時另一方面驅動收卷箱體作強制性補償運動。其關系為:
式中  za,zb,zc,zd——補償運動掛輪齒輪
    δ——帶料厚度
    t——絲桿螺距
β——導軌傾角,
    該機床絲桿工作時應可靠鎖緊,不得轉動。當一盤鐵心沖卷完成,此時收卷箱相應停在床身導軌的右端。松開絲桿鎖緊手柄11,轉動手輪12,使絲桿轉動,即可將收卷箱送回到起始位置。
    該機床上所用的凸輪分度箱分度精度很高,輸出軸分度誤差僅±30。分度齒輪皆經過淬火磨削,且定心精度極高,所以該機床保證在高速運行時,仍能保證較高的分度精度,沖卷出的鐵心下線槽十分整齊。
4機床的使用
    正確使用該機床,是獲得整齊的鐵心制品的前提。
4.1模具
    模具安裝時,其槽形中心應處于L—R坐標系的原點,實際上這是很困難的,但為了保證每次刃磨模具后,具有相同的安裝精度,故在工作臺上的模具墊板上開有鍵槽,下模座上也開有鍵槽。安裝時以鍵槽定位。
    下模高度隨模具的刃磨應相應墊高,使下模刃口平面正好和L坐標軸相切。需要指出的是,沖制徑向直槽和斜槽理論上的L坐標位置將發生變化,所以下模高度需要作相應的調整。
    例如生產γ>O的斜槽鐵心時,為了在L坐標軸上獲得正截距,必須將卷繞箱向右移動一段距離,見圖5。此時L坐標由L處移到L1,相應下移△H。
    這正是生產順時針傾斜槽形鐵心的下模刃口平面應比生產徑向直槽鐵心的下模刃口平面的降低量。其關系為:
    △H/L0=tgβ
    同理,要想得到γ
    此外,在下模上面應設計有一退料板,使套在凸模上的帶料能迅速卸脫,確保收卷時帶料順利運動。模具上的這塊退料板,除起退料作用外,同時還兼作導向板,所以要求此退料板的下平面磨出和帶料一樣寬的凹槽,槽深比料厚多O.2mm。導向板長度受收卷心軸的直徑和起始位置的限制,設計時應盡可能的長。導向板下還應固定托板,使它們組成一個和帶料斷面尺寸相吻合的長方形口,充分對帶料進行導向。
4.2進料導向器
    帶料從放料架放出,首先進入進料導向器。使用時應調整好進料導向器的上下及左右的位置,同時調整導向器的夾料寬度,使導向器和模具導向板相吻合,保證帶料正確的被引入模具中,見圖6。
導向器的前端有一個帶料壓緊裝置。帶料必須適當的壓緊,才能保證卷繞時的緊實度。本機床保證卷繞的鐵心緊實度(R/R) =O.97~0.98。沖完一盤鐵心后,機床停車,
壓緊裝置會自動抬起。
4.3卷繞工裝
    本機床推薦如圖7所示的卷繞工裝。在主軸孔中先安裝好帶有錐柄的定心頭1,通過拉桿2將它和主軸緊緊相連,確保定心精度。為了防止定心頭在主軸中打滑,在其端部開有端面鍵槽和主軸上的端鍵3相聯,它類似于銑刀盤的安裝。定心頭的前部有一粗牙螺紋,外錐面上開有鍵槽,按鐵心內徑做的定心套4套在定心頭上,螺釘5將它固定在定心頭上。
    由于定心套前部有細牙螺紋,徑向開有槽,當螺釘5旋入時,使定心套壓向定心頭,籍助于錐面 定心套略有漲大。此時即可將帶料卡在此套上準備沖孔卷繞。為了帶料安裝時軸向有明確的基準,在定心套后裝有一調整墊6,該墊厚度按模具導向部分的幾何尺寸確定。當一盤鐵心沖卷完畢,將螺釘5旋松,籍助于螺紋的差動原理,定心套自動被拉出,同時外徑略有回縮,使鐵心的拆卸變得容易。
4.4定位靠板
    定位靠板是該機床的一個部件,見圖6。它和機床導軌之間夾角為β。定位靠板可水平移動。當需沖制徑向直槽的鐵心時t定位靠板定位面的延長線正好和L—R坐標原點相交。這樣不論R內多大,只要定心套和定位靠板相切,自然確定了收卷頭的起始位置。沖制斜槽鐵心時,只需改變定位靠板的位置,即可確定沖制斜槽鐵心時收卷箱的起始位置。
    需要指出的是,在機床出廠時,定位靠板上還附有一墊板,定位靠板和墊板組合在一起的上定位面才是理論上定位靠板的基準平面。當定好收卷箱起始位置后,在開始沖卷時應將該墊板取走,否則鐵心會和導板漸漸擠緊,使鐵心變形,槽形不齊。
4.5正確設計盤式電機鐵心
    正確設計盤式電機的鐵心,也是用好本機床條件之一。設計盤式電機時,R內和槽數之比應有一個限度,它和槽寬、槽長等都有關系,即留在帶料E的“齒”必須要有足夠的強度和剛度,否則在卷繞過程中會發生槽形不齊,倒向一邊。待卷繞半徑達到一定大小后,齒部剛度得到改善,槽形才會整齊。
4.6放料裝置
    為了防止進入機床的帶料時緊時松而影響鐵心槽形的整齊度,本機床設計有放料裝置,使進入進料導向器的初始態盡量一致,見圖6。
4.7自動焊接裝置
    沖卷鐵心時,一般是將帶料剪成一個斜口,將帶料插入進料導向器,穿過模具導向板一直拉到定心套上,并做出直角彎頭,卡在定心套上,此時開動機床,待帶料在定心套上繞一圈多后.機床自動停車,點焊頭自動將帶料點焊成一整圈。這是一個很重要的工藝環節,首先它把預制的彎頭緊緊地壓在定心套上,其次在以后的卷繞過程中不會因一層層的卷繞而使內圈漸漸收緊,以至于將來不好拆卸鐵心,或引起槽形滑移,導致槽形不齊。一盤鐵心沖卷完成,自動停機,點焊頭再次將鐵心焊牢,見圖6。
    點焊機的電流強度,通電時間皆可調整以適應不同的帶料。
4.8電氣裝置及潤滑
    本機床有一套PC機控制的電氣系統沖槽數或沖卷數可以事先設定。該機床全部實行強制潤滑。
5機床參數
    型號    J98—2.5
    公稱力    25kN
    滑塊行程    20mm
    滑塊行程次數  420min-1
    沖片厚度    O.3.5mm,O.5mm
    沖槽數    6~72
    鐵心最小內徑φ85mm    .
    鐵心****外徑  φ310mm
    帶料寬度(max)  70mm
    斜槽寬度    0o~±20o
    主電機    YCTl60~4A 2.2kw
    焊接變壓器容量50kVA
    參  考  文  獻
1  機械工業部,國務院生產辦公室,國家計劃委員會.******電工機械新產品開發指南.1991.
2戴衛國,戴慶秋,張勇.盤式電機鐵心高速沖槽卷繞機床.國家專利,1997.
3  于集風,金駟.盤式電機轉子和定子的自動成形.微電機,1 989(3)
4金駟,李新.盤式電機定轉子零件成形方法的可行性分析.微特電機,1994(4)
 
 
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