Материал: Конструкции электрических машин малой мощности. Орлов В.В., Анненков А.Н
56
Монтажные уплотнения или уплотнения резиновой манжетой со спиальной пружиной (рис. 2.40 б)) применялись в машинах старых разработок при окружных скоростях шейки вала не выше 10 м/с. Вследствие неизбежного износа резины при вращении вала обеспечить значительный ресурс работы при этих уплотнениях не удается. Тип резины определяется как рабочими температурами, так и видом уплотняемой среды.
Лабиринтные уплотнения являются бесконтактными и могут применяться для любых окружных скоростей. Уплотняющее действие лабиринта основано на создании между неподвижной и вращающейся деталями большого гидравлического сопротивления малыми зазорами сложной извилистой формы с промежуточными расширениями. Простые лабиринтные уплотнения с одним кольцевым зазором не нашли применения. Уплотнения гребенчатого типа с несколькими зазорами (рис. 2.40 в)) более надежны и широко применяются для подшипников с консистентными смазками. Радиальный зазор между гребнями выбираются от 0,05 до 0,2 мм в зависимости от диаметра, посадки подшипника и радиального зазора в нем. Для автоматической компенсации температурных расширений внешний и внутренний гребни уплотнения изготавливаются из одинакового материала или из материалов с близкими коэффициентами линейного расширения. Лабиринтные уплотнения обычно используются в комбинации с другими видами уплотнений, что повышает их надежность. Научно обоснованной методики расчета лабиринтных уплотнений нет, обычно используется опыт, полученный при изготовлении и эксплуатации. В [7] предложена методика сравнительных оценок уплотняющих свойств для уплотнений с различными геометрическими размерами.
Резьбовые маслоотгонные уплотнения или уплотнения с маслоотгонной резьбой (рис.2.41)) также относятся к бесконтактным уплотнениям. Их применение не ограничено окружными скоростями на цапфе вала. Более того, эффективность действия этого уплотнения увеличивается с ростом окружных скоростей. В уплотнении сочетаются лабиринтный эффект и действие винтового насоса. Применяются как для консистентных, так и для жидких смазок. Одним из недостатков этого уплотнения
является возможность захвата из внешней среды и затягивания в подшипниковый узел пыли и влаги из окружающей среды. При использовании такого уплотнения радиальный зазор между неподвижной и вращающейся частями должен быть весьма малым. Так как уменьшение этого зазора ограничено наличием допусков на изготовление деталей, радиальным зазором в подшипнике, допусками на посадку подшипников, температурными и другими факторами, то иногда прибегают к нанесению слоя мягкого металла
57
(олова, баббита и др.) на неподвижную втулку. В этом случае во время приработки уплотнения на собранной машине мягкий материал в местах касания удаляется и зазор восстанавливается по всему периметру.
Профиль резьбы может быть как прямоугольный, так и трапецеидальный. Могут быть использованы и профили метричных резьб. Направление нарезки резьбы (правая или левая) согласуется с направлением вращения вала машины, так чтобы винтовой насос уплотнения перемещал смазку в сторону подшипника.
Для реверсивных машин это уплотнение непригодно, оно не применяется
ипри наличии избыточного давления в полости подшипника.
2.4.5.Способы подведения смазки к подшипнику
От способа подведения смазки к подшипнику во многом зависят срок службы и надежность работы подшипника. Бесперебойный подвод новых, чистых порций смазки к поверхности трения тел качения обеспечивает устойчивую работу и отсутствие износа. Далее рассматриваются способы подвода смазок к подшипникам, которые нашли применение в машинах общепромышленного назначения.
Заполнение внутренней полости подшипника консистентной смазкой как способ подвода смазок используется в закрытых подшипниках с двухсторонним уплотнением.
Смазка вносится в них на заводе-изготовителе при сборке подшипника и при эксплуатации не заменяется. Количество смазки невелико из-за ограниченного внутреннего объема подшипника, поэтому обеспечить длительный срок службы невозможно. При ограниченном сроке службы применение закрытых подшипников позволяет наиболее просто выполнить подшипниковый узел при наименьших габаритах и массе.
Заполнение внутренней полости подшипникового узла консистентной смазкой является вторым широко распространенным способом ее внесения. Для увеличения количества смазки прибегают к искусственному увеличению того объема, который может быть заполнен смазкой. Такой способ пригоден для подшипников с односторонним уплотнением. Смазка вносится в узел при установке крышки в процессе сборки машины. Количество заполняемой смазки обычно 1/4 1/3 свободного объема. Это количество в несколько раз превышает то, которое закладывается в закрытый
подшипник.
Пополнение смазки при эксплуатации без разборки машины осуществляется для
Рис. 2.42
58
ресурсов работы до 10000 часов, применяются узлы с пополнением и частичной заменой смазки. Конструктивная схема такого узла показана на рис. 2.42. Канал 1 для подачи смазки выводится на корпус машины, где устанавливается шариковая пресс-масленка 2, через которую специальным шприцем производится пополнение смазки при регламентных работах. Пройдя по каналу, новая порция смазки попадает в кольцевую камеру 3 узла справа от подшипника 4. При работе машины смазка непрерывно подпитывает подшипник. Периодичность и доза пополнения смазки зависят от конструкции узла и условий эксплуатации.
Циркуляционная смазка подшипников жидкими маслами также имеет широкое распространение. Жидкая смазка в подшипниковом узле является не только смазывающей, но и охлаждающей средой,
|
она выносит из подшипника все его внутренние |
||||||
|
потери. На рис.2.43 показана конструктивная |
||||||
|
схема узла подшипника с подачей масла через |
||||||
|
жиклер. Струя масла направляется в зазор между |
||||||
|
внутренним |
|
кольцом |
и |
сепаратором. |
||
|
Отличительной особенностью узла подшипника в |
||||||
|
машинах интегральной конструкции является то, |
||||||
|
что подшипник открыт со стороны полости |
||||||
|
машины и в эту полость сбрасывается масло из |
||||||
Рис. 2.43 |
подшипника. |
|
Отпадает |
необходимость |
в |
||
уплотнениях, |
что |
является |
|
очень |
важным |
||
|
|
||||||
преимуществом.
В закрытых узлах (с уплотнениями) одной из важнейших задач при конструировании становится правильная организация отвода смазки. При вращении подшипника и вала в полости узла образуется масловоздушная пена, затрудняющая выход масла в сливное отверстие. Поэтому, кроме того, что сливное отверстие должно находиться в самой нижней точке узла, его диаметр необходимо принимать максимально возможным. Всегда желательно, чтобы в узле имелся хотя бы минимальный объем, где масловоздушная смесь могла частично оставаться перед тем как попасть в сливное отверстие.
2.5. Корпуса и щиты
2.5.1. Задачи проектирования корпусов и подшипниковых щитов
Корпуса и щиты являются неподвижными частями электрической машины. В коллекторных машинах постоянного тока и щеточных машинах переменного тока с индуктором на статоре, корпуса выполняют одновременно функцию магнитопровода и поэтому выполняются из стали. В остальных случаях корпуса служат для размещения в них пакетов электротехнической
59
стали статора с обмотками. В этом случае они изготавливаются из легких сплавов.
Щиты предназначены для размещения в них узлов подшипников, на которые опирается вал ротора. В щеточных машинах постоянного и переменного тока на щитах размещаются щеткодержатели. В бесконтактных машинах постоянного тока на щитах крепятся блоки статических выпрямителей и их радиаторы.
Рассмотрим наиболее распространенные схемы стыковки подшипниковых щитов и корпусов электрической машины, которые представлены на рис. 2.44 а) - г)):
Рис. 2.44
Двухщитовая конструкция (рис. 2.44 а)) используется для машин средней и большой мощности. Эта конструкция требует точной обработки посадочных мест в корпусе и на обоих щитах, так как она определяет соосность ротора и статора.
Однощитовая конструкция (рис. 2.44 б)). В ней щит со стороны стыковки объединен с корпусом, число обрабатываемых стыковочных мест становится вдвое меньше, что снижает стоимость и увеличивает точность. Эта схема наиболее широко используется для электрических машин специального назначения, в том числе машин, предназначенных для авиации.
Конструкция с неразъемным щитом (рис. 2.44 в)) используется для некоторых типов высокоскоростных электрических машин. Задний подшипниковый щит укрепляется на корпусе до начала окончательной обработки посадочных мест под подшипники и внутреннего диаметра статора. Обязательным условием такой конструкции является совпадение размеров посадочных гнезд под подшипники и внутреннего диаметра статора. Достоинством такой схемы является высокая точность соосности ротора, статора и обоих подшипников. Ни одна из рассмотренных ранее схем не обеспечивает такой точности.
Бесщитовая конструкция (рис.2. 44 г)) применяется для электрических машин (чаще генераторов) интегрального типа т.е. электрическая машина является частью конструкции рабочего механизма. Второй подшипник для вала ротора непосредственно встраивается в привод рабочего механизма.
Назначение корпусов и щитов, представляет общие задачи при их проектировании:
60
1). Обеспечение стабильной работы подшипников во всем диапазоне рабочих температур.
2). Надежная центровка и фиксация всей машины на месте ее установки, а также взаимная центровка корпусов и щитов.
3). Надежное закрепление и центровка пакетов стали и полюсов.
4). Минимальная масса и габариты при достаточной механической прочности и жесткости.
5). Удобство размещения элементов, требующих периодического осмотра и эксплуатации.
6). Возможность применения прогрессивных способов изготовления (штамповка, литье под давлением и т.д.).
Крепление подшипниковых щитов и корпусов на практике осуществляется одним из следующих способов: резьбовые соединения, клеевые соединения, пайка.
При резьбовом соединении, прочность стыковки достигается выбором достаточного количества крепящих шпилек или болтов. Применение шпилек для легких сплавов (алюминий, магний и т.д.) предпочтительней. Это объясняется тем, что использование стального болта приводит к выработке резьбы. При эксплуатации для сильных вибрационных или ударных нагрузок наблюдались случаи вырыва болта из ослабленных резьбовых отверстий.
При выборе конструкции фланцевого соединения следует руководствоваться следующими общими правилами:
1). Следует использовать большее число шпилек (болтов) меньшего сечения. Это обеспечивает высокую надежность крепления, делает затяжку более равномерной и уменьшает массу, т.к. требует меньшей жесткости фланца.
2). Для силовых креплений следует избегать применение резьб менее М5 (для средних и крупных машин), т.к. возможны срывы резьбы при эксплуатации.
3). Для легких сплавов следует применять шпильки.
4). Для ответственных стыков на сборочных чертежах следует указывать момент закручивания, что обеспечивает равномерную и гарантированную затяжку.
5). Контровку гаек и болтов следует производить стандартными шайбами с отгибными усами.
6). Не рекомендуется применять для контровки пружинные шайбы т.к. они подвержены разрушению при вибрационных и ударных нагрузках.
2.5.2. Конструкции корпусов
На рис.2.45 показан корпус машины постоянного тока относительно небольшой мощности с полюсами 2 и катушками 3.