Подшипниковые щиты для чего нужны

Mse-Online.Ru

Подшипниковые щиты

Подавляющее большинство электрических двигателей имеют подшипниковые щиты, изготовленные из чугуна в виде отливок. Прочность чугуна как конструкционного материала оказы­вается вполне достаточной, а технологическая простота произ­водства и дешевизна сырых материалов способствовали широ­кому применению чугунных щитов.

Конструктивное назначение щитов заключается в том, что они удерживают подшипники, в которых вращается ротор, будучи сами прикреплены к станине. Обычно щиты различа­ются на передние и задние (со стороны привода). Щиты служат, кроме того, для предохранения от попадания в электри­ческий двигатель посторонних предметов или для полной изо­ляции внутренней части электрического двигателя от окру­жающей среды.

В коллекторных электрических машинах конструкции перед­них щитов несколько усложняются из-за крепления к ним щеткодержателей. Встречаются, хотя и редко, конструкции электрических двигателей, у которых станина не имеет лап, и в этом случае последние отливаются заодно целее со щитами.

У малых асинхронных электрических двигателей с коротко-замкнутым ротором щиты могут быть одинаковыми. У наиболее мелких машин в последнее время начали при­меняться щиты, изготовленные путем литья под давлением из алюминиевого сплава. Такие щиты по конструктивной форме аналогичны обычному литью, но преимуществом их является более легкий вес и значительное уменьшение трудоемкости обработки.

Недостатками их являются меньшая механическая прочность, необходимость расходовать цветные металлы и сла­бая стойкость в отношении щелочной воды (эмульсии). У мелких электрических двигателей (до 1 квт) щиты иногда изготовляются штампованными из листового мате­риала. Такие щиты требуют для своего изготовления довольно сложных штампов и наличия мощных прессов. По этим при­чинам подобные щиты могут применяться лишь в условиях массового производства.

Наряду с применением стальных станин, получаемых штамповкой и сваркой из листового материала, в последнее время начали получать распространение аналогичные типы стальных щитов. Основная часть таких щитов получается штамповкой из листового материала, средняя же часть, служащая для креп­ления шарикоподшипника, получается путем вытачивания из прутка на автомате.

Обе детали соединяются вместе на авто­матическом дуговом сварочном станке, осуществляющем сварку под слоем флюса. В щите подвергаются обработке следующие поверхности: передняя сторона фланца, служащая замком для посадки в станину, отверстие и торцы ступицы для посадки подшипника и двух крышек, служащих для крепления подшипника. Кроме того, необходимо засверлить ряд отверстий для крепления самого щита к станине, крышек к щиту, щеткодержателей (в коллекторных машинах) и т. д.

Источник

Подшипниковые щиты и подшипники

Подшипниковые щиты изготовляют либо чугунными литыми, либо сварными из стального проката. Для малых машин применяют щиты, изготовляет литьем под давлениём из алюминиевых сплавов. Для обеспечения минимальной деформации при закреплении щитов в приспособлениях металлообрабатывающих станков, а также уменьшения перекоса подшипников при сборке машин аксиальные размеры проектируемых щитов целесообразно сокращать, стремясь приблизить их форму к диску.

В защищенных машинах с исполнением по защите IР23 подшипниковые щиты при радиальной системе вентиляции одинаковые с обеих сторон машины; при аксиальной системе вентиляции щиты обычно не унифицируют из-за наличия с одной стороны машины внутреннего вентилятора (рис. 3-8). При радиальной вентиляции в торцовой части подшипниковых щитов располагают отверстия для входа охлаждающего воздуха; при аксиальной — отверстия для входа и выхода воздуха устраивают в нижней части щитов. Вентиляционные отверстия закрывают жалюзи.

При радиальной: вентиляции для повышения ее эффективности на внутренней части подшипниковых щитов крепят направляющие воздух щитки, выполняемые из листовой стали в виде воронок. Щитки располагают на расстоянии 5—7 мм от торцов лопаток ротора в аксиальном направлении.

Подшипниковые щиты закрытых машин с исполнением по защите IР44 и со способами охлаждения IС0141 и IС0041 — глухие. При выполнении таких щитов из алюминиевых сплавов у них предусматривают оребренные торцы, увеличивающие поверхность охлаждения машины. Щиты имеют цилиндрическую круговую заточку (замок) для посадки на заточку станины при сборке машины, для крепления к станине в щитах имеются ушки с отверстиями для болтов.

В центральной части щитов предусматривается втулка со сквозной проточкой для посадки подшипников качения, которые практически полностью вытеснили в машинах мощностью до 1000 кВт подшипники скольжения. Основными преимуществами подшипников качения являются упрощение обслуживания в эксплуатации, компактность и уменьшенные размеры подшипникового узла, малые потери на трение, незначительный износ, обеспечивающий постоянство воздушного зазора.

Рис. 3-8. Общий вид синхронного генератора с высотой оси вращения h =250 мм; степень защиты IР23; способ охлаждения IС01; 30 кВт; 230 В, 1500 об/мин:

а— продольный разрез; б — поперечный разрез; 1 — вал;2 — крышка подшипниковая наружная; 3— щит подшипниковый передний; 4 — вентилятор; 5 — корпус статора; 6— блок регулирования напряжения: 7 — сердечник статора; 8 — обмотка статора; 9 — щит подшипниковый задний; 10 — обмотка возбуждения полюсов; 11 — колпак 12— крышка подшипниковая внутренняя; 13— узел контактных колец; 14 — жалюзи; 15 — рым-болт

Рис. 3-9. Общий вид синхронного двигателя с высотой оси вращения h = 450мм; степень защиты IP23; способ охлаждения IС01; 250 кВт, 380 В, 500 об/мин:

Наружные кольца подшипников крепят по торцам подшипниковыми крышками, фиксирующими расположение подшипников в аксиальном направлении. Внутреннее кольцо подшипника насаживается на вал с плотной посадкой, а наружное входит во втулку подшипникового щита подвижно, так что при разборке машины подшипники остаются на валу. Этим самым облегчается как сборка, так и разборка машины.

В малых машинах с h

Радиальные подшипники могут воспринимать как радиальную, также и осевую нагрузку, не превышающую 70% неиспользованной радиальной нагрузки. При соблюдении этого условия машины с шарикоподшипниками могут работать как с горизонтальным, так и вертикальным расположением вала.

В машинах, предназначенных для тяжелых режимов работы,например в используемых во вспомогательных устройствах металлургической промышленности двигателях постоянного тока с h > 355 мм, применяют сдвоенные радиально-упорные шариковыеподшипники по ГОСТ 832, которые воспринимают на себя нагрузку от силы тяжести якоря и осевую составляющую нагрузки от передачи момента.

Для подшипников качения используют консистентную мазеобразную смазку, которой заполняют около 2/3 смазочной камеры; заполнение смазкой всего объема камеры ведет к повышению нагрева подшипников. Для консистентной смазки достаточны несложные уплотнения в виде прямоугольных кольцевых канавок, протачиваемых в подшипниковых крышках; канавки при сборке машины также заполняют консистентной смазкой.

В подшипниковых щитах может быть предусмотрено устройство для пополнения и частичной замены консистентной смазки. При этом свежая смазка подается специальным приспособлением под давлением в пространство за внутренней подшипниковой крышкой, вытесняя отработанную смазку через наружную крышку подшипникового узла.

Смена и пополнение смазки не требуются, когда в машинах применяют шариковые радиальные однорядные подшипники закрытого типа с двусторонним уплотнением, не выходящим за габариты подшипников, и с заложенной на весь срок службы консистентной смазки по ГОСТ 8882. При установке таких подшипников отверстие под их посадку во втулке подшипникового щита делают не сквозным, а глухим, т. е. совмещают подшипниковую крышку со щитом.

У машин, крепление которых осуществляется фланцем (с лапами и без лап), подшипниковый щит отливается совместно с фланцем. Размеры фланцев должны соответствовать ГОСТ 18709 и 20839.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Подшипниковый щит

Подшипниковые щиты плоские, литые из чугуна, с ребрами жесткости. Для двигателей малых габаритов ( с высотой оси вращения до 100 мм), они изготавливаются н из алюминиевого сплава. [1]

Подшипниковые щиты изготовляют либо чугунными литыми, либо сварными из стального проката. Для малых машин применяют щиты, изготовляемые литьем под давлением из алюминиевых сплавов. Для обеспечения минимальной деформации при закреплении щитов в приспособлениях металлообрабатывающих станков, а также уменьшения перекоса подшипников при сборке машин аксиальные размеры проектируемых щитов целесообразно сокращать, стремясь приблизить их форму к диску. [2]

Подшипниковый щит со стороны привода имеет такую же форму, как и передний и, кроме того, снабжается приливами для крепления кожуха зубчатой передачи. [4]

Подшипниковые щиты служат для конструктивного сочленения вала ротора со станиной. Подшипниковые щиты обязательно центрируются по отношению к станине, такое центрирование выполняется или с внутренним замком, когда буртик подшипникового щита входит в расточку станины, или с наружным замком, когда подшипниковый щит надвинут на кольцевой поясок станины. Внутренний замок, как правило, применяют в машинах мощностью до 100 кет. Применение наружного замка у машин большей мощности объясняется тем, что на их станинах легче произвести наружную обточку, чем внутреннюю расточку. [5]

Подшипниковый щит должен иметь такую форму, при которой возможны закрепление его в патроне и механическая обработка. Для этой цели на поверхности литого щита делаются приливы. Количество и расположение приливов конструктору необходимо согласовать с технологом, проектирующим технологический процесс обработки щита. [6]

Подшипниковые щиты служат для укрепления в них подшипников, в которых вращается, вал ротора, а также для защиты от механических повреждений обмоток ротора и других частей, находящихся внутри статора электродвигателя. [8]

Подшипниковые щиты и стояки собирают отдельно и в виде готовых узлов передают на общую оборку машины. [11]

Подшипниковый щит 6 со стороны генераторе имеет три торцовых окна, в которых установлены селеновые выпрямители 3, служащие для питания обмотки возбуждения постоянным током. [12]

Подшипниковый щит закрывается защитным колпаком 1, имеющим окна 2 для прохода охлаждающего воздуха. Окна 2 совпадают с окнами в щите. Вентиляция преобразователя смешанная: аксиальная для генератора и радиальная для двигателя. [13]

Подшипниковые щиты и стояки собирают отдельно и в виде готовых узлов передают на общую сборку машины. [14]

Подшипниковые щиты запрессовывают в станину пневматическим прессом 10, имеющим два рабочих цилиндра со сменными наконечниками и пневмоцилиндр с поворотным столом для установки оси собираемого двигателя по линии центров рабочих цилиндров. [15]

Источник

ПОДШИПНИКИ. ПОДШИПНИКОВЫЕ ЩИТЫ

Глава восьмая. Элементы конструкции

И механические расчеты

Наряду с электромагнитными и тепловыми расчетами, механи­ческие расчеты во многом определяют энергетические, массогабаритные и виброакустические показатели, а также надежность и срок службы электрических машин. Поэтому расчеты узлов и отдельных деталей при проектировании электрических машин имеют важное значение.

МАГНИТОПРОВОД СТАТОРА

Магнитопроводы статора машин переменного тока общего назначения выполняют шихтованными из электротехнической стали толщиной 0,35. 0,55 мм. При внешнем диаметре магнитопровода до 990 мм он выполняется из целых листов (рис. 8.1), а при больших диаметрах собирают из отдельных сегментов (см. рис. 10.14). 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. Для изоляции листов друг от друга их после снятия заусенцев ла­кируют. Если листы изготовляют из стали 2013, то их подвергают термо­обработке, в результате которой уменьшаются потери в стали и на поверхности создается оксидный и изоляционный слой.

Рис. 8.1. Периметр чертежа листа статора

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. 8.2), имеющие чаще всего двутавровое сечение.

Рис. 8.2. Крайний лист магнитопровода статора

с приваренными к нему распорками (а) и формы распорок (б)

При внешнем диаметре до 452…493 мм магнитопровода 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 или их попарно сваривают точечной сваркой. Собран­ный таким образом магнитопровод прессуют и после этого скреп­ляют по внешнему диаметру П-образными скобами (рис. 8.3). Скобы приваривают к торцам и к внешней поверхности магнитопровода или, как это сделано у машин серии 4А, укладывают вспециальные канавки В (см. рис. 8.1) в форме ласточкина хвоста на внешней поверхности магнитопровода. После укладки обмотки и пропитки еелаком магнитопровод запрессовывают в станину и закрепляют стопорными винтами.

Рис. 8.3. Магнитопровод статора, стянутый скобами:

1 — магнитопровод; 2 — скоба; 3 — нажимная шайба

Иногда в асинхронных машинах небольших габаритов (

Рис. 8.4. Магнитопровод статора, залитый в оболочку:

1 — магнитопровод; 2 — оболочка (корпус)

Рис. 8.5. Магнитопровод статора,

запрессованный нажимными шайбами:

1 — нажимная шайба; 2 — ребро станины;

3 — нажимные пальцы; 4 — запорная шпонка

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 нажимные пальцы — стальные пластинки, приваренные к крайним листам.

При внешних диаметрах магнитопровода более 990 мм он собирается из сегментов. Различают слоевую шихтовку, при которой каждый слой состоит из целого числа сегментов, и винтовую, при которой 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. 8.6). Базирование магнитопровода в радиальном направлении происходит на ребрах станины 1.

Рис. 8.6. 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.

Рис. 8.7. размеры двутаврового сечения нажимного пальца

Расчет нажимных шайб, пальцев и шпонок.На нажимные пальцы и шайбу действует изгибающий момент, созданный равномерным давлением спрессованного магнитопровода.

Полное усилие запрессовки, H,

, (8.1)

где — коэффициент, который определяется в зависимости от (см. рис. 8.5): ; — площадь сечения всех пазов статора, м 2 ; — внешний диаметр магнитопровода статора, м.

Диаметр равнодействующей усилия запрессовки, м,

, (8.2)

где — коэффициент; — высота паза, м.

Момент, изгибающий нажимную шайбу, Н·м,

. (8.3)

Напряжение изгиба, Па,

, (8.4)

где — в м (см. рис. 8.5).

Допустимое напряжение ограничено условием необходимой жесткости нажимной шайбы. Для стали марки Ст3 Па.

Изгибающий момент, действующий на нажимные пальцы крайних листов сердечника в сечении А—А (см. рис. 8.5), Н·м,

, (8.5)

где — число пазов.

Напряжение изгиба пальцев, Па:

При двутавровом сечении пальца (рис. 8.7)

, (8.6)

где — размеры в метрах по рис. 8.7;

при прямоугольном сечении пальца

. (8.7)

Допустимое напряжение для пальцев из стали марки Ст3 равно 1600 10 5 Па.

Напряжение смятия шпонки, Па,

(8.8)

где — число шпонок; — размеры контактной поверхности одной шпонки, м.

Допустимое напряжение Па.

Усилие запрессовки по (8.1)

Н.

м;

Изгибающий момент по (8.3)

Н·м.

Напряжение изгиба по (8.4)

Па,

где при получаем .

Н·м

Напряжение изгиба пальцев по (8.7)

Па.

Напряжение смятия по (8.8)

Па.

Расчет числа и диаметра шпилек.Расчет проводится по усилию запрессовки магнитопровода, определяемому по (8.1).

, (8.9)

где — площадь сечения шпильки по нарезке, м 2 ; — внутренний диаметр резьбы шпильки, м.

Допустимое напряжение для шпилек из стали марки Ст3 равно 1600·10 5 Па, из стали марки Ст5 2100·10 5 Па.

Нажимные пальцы рассчитываются так же, как и в предыдущем случае.

Пример.Синхронный двигатель: м, м, м, м, .

Н.

Выбираем шпильки М36 ( м 2 ) из стали марки Ст3.

.

Бандажные кольца обмотки статора.При протекании ток 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. 8.8). Необходимость применения бандажных колец определяется вылетом лобовых частей и высотой паза . Если длина вылета при данной высоте паза лежит выше кривой (см. рис. 8.8), то установка бандажных колец необходима. Число колец определяется из следующего расчета: одно кольцо на каждые 100 мм вылета лобовой части сверх значения, ограниченного кривой на рис. 8.8.

Рис. 8.8. к определению числа бандажных колец

Сечение колец выбирают по растягивающему усилию, испытываемому кольцом при внезапном коротком замыкании, Н,

, (8.10)

где — внутренний диаметр магнитопровода, м; — число полюсов; — относительное переходное реактивное сопротивление обмотки статора (нахо­дится из электромагнитного расчета); для предварительных расчетов можно принять у синхронных явнополюсных машин , у короткозамкнутых асинхронных двигателей , у асинхронных двигателей с фазным ротором .

Напряжение растяжки в кольце, Па,

, (8.11)

где — диаметр кольца, м.

. (8.12)

Рис. 8.9. Крепление бандажных

колец с помощью шпилек

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 м.

Пример.Дано: м, м, , вылет лобовой части обмотки 23,4 см.

При высоте паза мм вылет лобовой части равен 23,4 см, поэтому бандажные кольца необходимы (23,4>21,5 см). Принимаем , тогда:

Н;

м.

Для изготовления кольца выбирается пруток диаметром 12 мм.

СТАНИНЫ

Станины статоров электрических машин выполняют литыми, сварными или из труб. В машинах переменного тока станина является каркасом, в котором располагается магнитопровод статора с обмоткой. Конструкция станины зависит от степени защиты маши­ны. Для асинхронных двигателей закрытого исполнения (степень за­щиты IР44) (см. рис. 9.7) применяют литые чугунные станины цилиндрической формы. Для улучшения охлаждения машины внешней поверхности станины отливают продольные ребра (при 355 мм) или приваривают распределенный воздухоохладитель, состоящий из двух-трех рядов стальных трубок диаметром 32. 40 мм (при 400 мм). Между ребрами или через трубки воздухоохладителя наружным вентилятором, расположенным на валу машины, прогоняется охлаждающий воздух. Высоту ребер выбирают равной (0,15—0,2) . Число ребер, приходящихся на четверть поверхности станины, выбирают от 8 до 12.

Внутренняя поверхность станины у машин небольшой мощности гладкая, обработана для посадки магнитопровода статора, более крупных машин (при > 400 мм) для закрепления магнитопровода на ней предусматривают продольные ребра.

У двигателей защищенного исполнения (степень защиты IР23) (см. рис. 9.4) станины выполняют литыми с гладкой внешней поверхностью, а на внутренней поверхности имеются 4—6 ребер для посадки магнитопровода. В боковых частях станины предусматривают отверстия для выхода охлаждающего воздуха. Отверстия закрывают жалюзи, которые штампуют из стали или выполняют из алюминиевых сплавов.

В синхронных машинах относительной небольшой мощности станины также выполняют литыми (рис. 8.10).

Рис. 8.10. литая станина с впрессованным магнитопроводом

Для машин переменного тока большой мощности (больше сотен киловатт) чаще всего применяют сварные станины. Сварные станины выполняют в виде кольцевой коробки П-образного сечения и состоят они из ряда продольных балок, приваренных к боковым кольцам (рис. 8.11). В машинах общего назначения чаще всего применяют станины с «глухой» наружной стенкой (см. рис. 8.6). Одна из торцевых наружных стенок 4 такой станины имеет отвер­стие, диаметр которого меньше внешнего диаметра магнитопровода

(глухая стенка). К этой стенке приваривают нажимные пальцы 3. Вторая торцевая стенка открытая, и через нее ведут шихтовку маг­нитопровода. К этой стенке после прессовки магнитопровода приваривают нажимное кольцо 2 с пальцами 3.

Рис. 8.11. Сварная станина

В машинах постоянного тока станина, кроме того, что к ней прикрепляют главные и добавочные полюсы, является частью маг­нитопровода. В целях уменьшения размеров подшипниковых щитов и повышения их жесткости иногда увеличивают длину станины. Развитая в сторону подшипниковых щитов часть станины может иметь меньшую толщину. Толщину станины определяют из электромагнитного расчета. Полученные размеры станины обеспечивают ее достаточную прочность и жесткость. В машинах постоянного тока станины как при защищенном (степень защиты IP22), так и при закрытом исполнении (степень защиты IP44) (см. рис. 11.3) имеют гладкую внешнюю поверхность. При высотах оси вращения до 200 мм станины выполняют из цельнотянутых стальных труб, а при больших высотах оси вращения сваривают из толстолистовой стали, свернутой в трубу. Сварной шов целесообразно располагать по линии главных полюсов, чтобы исключить влияние этого шва на распределение магнитного потока. В удлиненных станинах предусматривают люки для обслуживания коллектора и подачи охлажда­ющего воздуха.

Для улучшения работы двигателей постоянного тока при пита­нии их от тиристорных преобразователей целесообразно магнитопровод статора выполнять шихтованным из листов электротехнической стали толщиной 0,5. 1 мм, а затем запрессовывать его в литой корпус.

При проектировании станины электрической машины в ниж­ней ее части должны быть предусмотрены лапы, с помощью которых она крепится к фундаменту. Расположение лап на станине должно быть таким, чтобы можно было свободно вставлять в их отверстия крепящие машину болты, а в машинах постоянного тока — еще и не затруднять установку и выем болтов, крепящих полюсы. Опорные лапы либо отливают вместе со станиной, либо изготовляют отдельно. Кроме того, на станине должны быть окна и приваренные или отлитые основания для размещения коробки вводных проводов.

В верхней части станины делают приливы или приваривают бобышки, в которых высверливают отверстия и нарезают резьбу для рым-болтов. В малых машинах делают один рым-болт, а у более крупных — два. При массе машины менее 30 кг рым-болт отсутствует. Станины должны иметь зажим для заземления.

При внешнем диаметре станины менее 1. 1,5 м к ее торцам болтами привертывают подшипниковые щиты, для чего на торцах должны быть выполнены кольцевые заточки для посадки и предусмотрены приливы или ушки с нарезными отверстиями для крепления щитов. При больших диаметрах станины применяют стояковые подшипники.

В последнее время получили распространение станины прямоугольной формы. Машина такой формы лучше вписывается в интерьер производственных помещений, гармонируя с прямыми линиями колонн, окон, станков и т. п. Кроме того, при прямоугольной форме станины удается лучше использовать ее внутренний объем и за счет этого уменьшить размеры машины.

В новой серии RA для машин с высотой оси вращения 71. 132 мм используют алюминиевые станины, получаемые экструзией. Станины имеют горизонтально-вертикальное оребрение улучшенную эстетичность формы [13].

ВАЛЫ

Электрические машины общего назначения выполняют преимущественно с горизонтальным расположением вала. В этом случае вал несет на себе всю массу вращающихся частей, через него передается вращающий момент машины. При сочленении машины с исполнительным механизмом (для двигателя) или с приводным двигателем (для генератора) через ременную или зубчатую передачу, а также и через муфту на вал действуют дополнительные изгибающие силы. Кроме того, на вал могут действовать силы одностороннего магнитного притяжения, вызванные магнитной несимметрией, усилия, появляющиеся из-за наличия небаланса вращающихся частей, а также усилия, возникающие при появлении крутильных колебаний. Правильно сконструированный вал должен быть достаточно прочным, чтобы выдержать все действующие на него нагрузки без появления остаточных деформаций. Вал должен так же иметь достаточную жесткость, чтобы при работе машины ротор не задевал о статор. Критическая частота вращения вала должна быть значительно больше рабочих частот вращения машины. При критической частоте вращения вынуждающая сила небаланса имеет частоту, равную частоте собственных поперечных колебаний вала (т. е. наступает явление ре­зонанса), при которой резко увеличиваются прогиб вала и вибрация машины.

Валы изготовляют из углеродистых сталей, преимущественно из стали марки 45. Для повышения механических свойств сталей их подвергают термической обработке.

Размеры вала определяют при разработке конструкции. Валы имеют ступенчатую форму с большим диаметром в месте посадки магнитопровода ротора. Число ступеней вала зависит от количества узлов машины, размещаемых на нем (магнитопровод, коллектор, подшипники вентилятор, контактные кольца и т. д.). При переходе с одного диаметра вала на другой для предупреждения недопустимой концентрации напряжений в местах переходов должны быть предусмотрены закругления (галтели) максимально возможного радиуса. Отношение радиуса галтели к диаметру вала должно быть больше 0,05. По этой же причине не следует применять отношение диаметров соседних ступеней вала более 1,3. Иногда для фиксации положения пакета магнитопровода ротора на валу предусматривается упорный буртик. Диаметр вала, см, в той его части, где размещается магнитопровод, предварительно можно выбрать по формуле

, (8.13)

где — номинальные значения соответственно мощности, кВт, частоты вращения, об/мин; — коэффициент, значение которого следует принять равным 24—29 для машины средней мощности и 18—20 для крупных машин (от 400 кВт и выше).

Окончательные размеры вала устанавливаются после его расчетов на жесткость и прочность. Свободный конец вала имеет цилинд­рическую или коническую форму. Широкое применение имеют валы с цилиндрическим концом. На этот конец насаживают полумуфту, или шкив, или шестерню, которые закрепляют с помощью шпонки. На валу имеется еще ряд шпонок для закрепления различ­ных узлов, размещаемых на валу. В цепях упрощения обработки вала ширину всех шпонок желательно брать такой же, как и у свободного конца.

Размеры свободного конца вала (рис. 8.12) должны быть выбраны в соответ­ствии с ГОСТ (табл. 8.1). Концы валов предусматриваются двух исполнений — длинные и короткие.

Рис. 8.12. Свободный конец вала

Шпонки для свободного конца вала выбирают по стандартам.

При конструировании вала следует также согласовать размеры шеек вала, на которых размещают подшипники, с раз­мерами выбранных подшипников.

Расчет вала на жесткость. При расчете прогиба вала прини­мают, что вся масса активной стали ротора с обмоткой и коллек­тором (в машинах постоянного тока) и участка вала под ними приложена в виде сосредоточенной силы посредине длины магнитопровода. Массу указанных частей определяют по данным электромагнитного расчета. Массой остальных частей вала мож­но пренебречь.

Таблица 8.1. Цилиндрические концы валов

, мм

, мм

Источник