Материал: Конструкции электрических машин малой мощности. Орлов В.В., Анненков А.Н

Основные свойства изоляционных материалов, которые интересуют конструктора и необходимы ему для оценки возможности использования этого материала в проектируемой машине, следующие:

1). Электрические: электрическая проводимость, удельное объемное и поверхностное сопротивление, дугостойкость, электрическая прочность (пробивное напряжение);

2). Механические: пределы прочности на растяжение, сжатие, изгиб, ударная вязкость, стойкость на истирание;

3). Физико-химические: водопоглащение, адгезионные способности, смачиваемость (для лаков и компаундов);

4). Тепловые: нагревостойкость, коэффициент теплопроводности, теплоемкость.

На сегодня применяются следующие виды изоляционных материалов:

1). Пластические массы (представляют собой смеси термореактивных смол и наполнителей). Широкое распространение получил пресс - материал АГ- 4. Он представляет собой смесь модифицированной фенольно - формальде-гидной смолы и стекловолокна. Из пресс-материала АГ- 4 изготавливаются щиты; корпуса контактных зажимов и изоляционные детали всех видов. Он используется для опрессовки коллекторов, щеткодержателей и контактных колец. Усадка при прессовании составляет около 0,15 %.

2). Стеклотекстолиты (представляют собой слоистые пластики, состоящие из нескольких слоев стеклоткани, пропитанные эпоксидным клеем). Они используются для изготавления крайних изоляционных листов пакетов статора, пазовых клиньев и изоляционных прокладок.

3). Стеклоленты - применяются для изоляции обмоток и выводов.

4). Стеклоткани (ЛСК) - используются в качестве пазовой изоляции, для изоляции катушек, выводов. Выпускаются в виде полотна толщиной от 0,05 до 0,2 мм. Должны подвергаться обязательной пропитке.

5). Пленки из фторопласта 4 (тетрафторэтилена) - используется для изоляции неподвижных катушек и выводов. Пленки выпускаются толщиной от 5 до 100 мкм; интервал рабочих температур ( 60 +250) оС.

6). Пленка полиамидная (ПМ) - является хорошим изоляционным материалом. Она используется как пазовая изоляция для изоляции катушек,

12

выводов и изготовления различных изоляционных прокладок, при температурах до +300 оС. Изготавливается толщиной от 30 до 130 мкм и поставляется в рулонах различной толщины.

7). Слюда - минерал слоистой структуры с очень хорошими изоляционными свойствами. В чистом виде слюда применяется в коллекторах машин большой мощности.

8). Миканит - состоит из щипаной слюды, склеенной связующим веществом. Применяется для изготовления изоляционных прокладок.

9). Стекломиканиты - состоят из слоя щипаной слюды, склеенного стеклотканью толщиной 0,04 мм с одной или двух сторон. Используется для изолировки коллекторных втулок, бандажей, полюсных катушек и токоведущих элементов машины. Изготавливается в виде листов, толщиной

(0,2 0,5) мм.

10). Стеклослюдениты (гибкий и формовочный) - состоят из слюдинитовой бумаги и стеклоткани, склеенных кремнийорганическими лаками. формовочный используется для пазовой изоляции: внешней (к железу)

игибкий - для изоляции на выпуск.

1.2.5.Конструкционные материалы

Конструкционные материалы используются для изготовления частей электрической машины, воспринимающих и передающих механические нагрузки. В электрических машинах в качестве конструкционных используются следующие виды сталей:

1). Легированные стали - применяются для высоконагруженных деталей и там, где необходима термическая обработка.

2). Пружинные стали - наилучшие свойства получают при термообработке до твердости (42 48) НРС; при более высокой твердости проявляют хрупкость и чувствительность к концентрациям напряжения.

3). Нержавеющие стали - упрощают защиту от коррозии, позволяют вести обработку посадочных мест после сборки узла. Диамагнитность некоторых марок нержавеющих сталей используется в конструкциях роторов машин с осевым потоком. Недостатки сталей с высоким содержанием никеля - низкая твердость и износоустойчивость.

4). Литейные стали - применяются для отливок корпусов и полюсов машин постоянного тока, а также для щитов, втулок коллекторов и других нагруженных деталей.

5). Алюминиевые сплавы - широко применяются в конструкциях электрических машин. Прочность этих сплавов повышается термообработкой. Большинство сплавов сваривается всеми видами сварки. Отливки из конструкционных сплавов марки АЛ5; АЛ9 и АЛ19 (корпуса, щиты, ступицы) могут использоваться до рабочих температур +200 оС.

13

6). Магниевые сплавы - при всех их положительных качествах не находят широкого применения из-за повышенной пожароопасности. Отличаются низкой коррозийной стойкостью.

7). Титановые сплавы - находят все более широкое применение для таких высоконагруженных деталей как бандажи, клинья роторов, валы, ступицы, корпуса и щиты. Очень высоко коррозийная стойкость. Сплавы хорошо свариваются электронно-лучевой аргонно-дуговой и контактной сваркой. Могут применяться до рабочих температур +400 оС. В то же время имеют низкий модуль упругости, малые электрическую проводимость и теплопроводность и плохие антифрикционные характеристики, что должно учитываться конструктором.

1.3. Виды нагрузок на материалы

При работе электрической машины в различных деталях конструкции возникают механические напряжения. В зависимости от величины напряжений, они могут быть признаны допустимыми или недопустимыми.

Механические напряжения, допускаемые в материале детали, зависят от рода напряжения и характера нагрузки, испытываемых данной деталью как при нормальной работе машины, так и в аварийных условиях работы.

Детали электрических машин чаще всего подвергаются сложным деформациям, т.е. действующие силы вызывают совокупность двух или нескольких простых деформаций: растяжения, сжатия, изгиба и кручения. Нагрузки по характеру действия разделяют на нагрузки статические и нагрузки динамические.

Динамические нагрузки подразделяют на нагрузки мгновенные и периодически изменяющиеся. При статических нагрузках действующая на деталь сила постоянна по величине или же изменяется относительно медленно. Мгновенными нагрузками называются такие, при которых напряжения в деталях, воспринимающих эту нагрузку, нарастают почти мгновенно до максимальной величины. При этом максимальное напряжение может получиться почти в два раза более высокими, чем при постепенном нарастании нагрузки. Следовательно, при мгновенной нагрузке силой Р явление происходит так, как будто действует сила удвоенной величины. Это значение 2Р и следует применять в расчете.

Для деталей, испытывающих мгновенную нагрузку, не должен применяться хрупкий материал (например чугун).

К периодическим нагрузкам относятся такие, при которых напряжения в материале деталей получаются периодически изменяющимися по величине, причем скорость их изменения такова, что их нельзя отнести к постепенно изменяющимся нагрузкам.

В качестве критерия используется неравенство

T n

где T - срок службы детали в годах;

14

n - число возможных колебаний нагрузки за год.

Одной из разновидностей периодических нагрузок являются знакопеременные нагрузки симметричного цикла. Для этих нагрузок величина допустимых напряжений определяется в долях от предельно-допустимого.

Величиной предельно-допустимого напряжения для данного материала называют знакопеременное напряжение данного рода (изгиб, кручение, растяжение), которое образец может выдержать без остаточной деформации.

где з - коэффициент нагрузки материала; ид - предельно допустимое напряжение для данного материала.

Общий случай периодически изменяющегося напряжения показан на рис.1.2.

Этот вид колебаний рассматривается как комбинация статического напряжения и периодического знакопеременного.

Упрощенный метод определения пре- дельно-допустимого и допустимого напряжения на практике состоит в следующем. По оси ординат откладывают значение предельно допустимого напряжения для данного рода нагрузки, а по оси абсцисс откладывают значение предела те-

15

мости от статического и наоборот.

1.4. Конструктивные исполнения электрических машин

На конструкцию машины влияют род тока, скорость, и т.д. Одним из факторов, определяющих конструкцию электрической машины, является способ ее крепления на месте установки. Для упрощения монтажа и обеспечения взаимозаменяемости в электромашиностроении выработан ряд унифицированных форм исполнения по способу крепления.

Наиболее распространенная форма исполнения - горизонтальная машина с двумя щитовыми подшипниковыми щитами и станиной на лапах для крепления на месте установки.

Условное обозначение этих машин - М1 (рис.1.4 а)). Машины исполнения М1 выпускаются без фундаментальной плиты и их можно

устанавливать на горизонтальном основании, стене или потолке.

Рис.1.4. Формы исполнения электрических машин

Модификацией этого исполнения является машина на лапах с фланцем для крепления на подшипниковом щите (условное обозначение М2, рис.1.4 б)). Машины с фланцевым креплением могут быть выполнены без лап. В этом случае фланец располагается на подшипниковом щите (условное обозначение М3 рис.1.4 в)), или на станине, (условное обозначение М4, рис.1.4 г)).

Машины указанных исполнений могут работать в вертикальном положении (свободный конец вала располагается вверху или внизу машины). При этом подшипники для вертикальной установки рассчитаны только на массу ротора и соединительной муфты и не допускают добавочной осевой нагрузки.

Двигатели, встроенные непосредственно в механизмы и не имеющие специальных крепежных элементов имеют условное обозначение М5.