Материал: Технология электромашиностроения. Обмоточные работы. Пархоменко Г.А

31

где: fc - натяжение в точке схода провода с тарной катушки; fб - натяжение в баллонирующей части провода в

устройстве смотки;

fну - натяжение, обусловленное направляющими

дополнительное натяжение, создаваемое устройством регулирования натяжения;

fш - натяжение, вызванное ускоренным движением провода из-за отличия формы шаблона от цилиндрической.

Сила fc вызвана, с одной стороны, шероховатостью кромки щечек тарной катушки, а с другой - провалами (западанием) витков провода верхнего ряда между витками нижних рядов (провод на тарных катушках наматывается внавал), перепутыванием витков и др. Кроме того по мере сматывания провода с тарной катушки диаметр остающихся на ней витков уменьшается, что порой приводит к резкому возрастанию fc , а порой - даже к обрыву провода ( характерно для проводов диаметром менее 0,1 мм).

Сила fб возникает в результате вращения петли провода вокруг тарной катушки при осевой смотке. Вращающийся провод испытывает действие центробежных сил, что и обуславливает его дополнительное натяжение.

Сила fну обусловлена трением, которое испытывает провод при движении по элементам направляющих устройств. Одновременно здесь же следует учитывать дополнительные усилия, возникающие в результате изгиба провода при изменении направления движения.

Сила fн создается натяжным устройством системы КПК, предназначенным для регулирования и приближения натяжения провода к оптимальному.

Сила fш практически отсутствует, если шаблон (каркас) имеет цилиндрическую форму. Любые отклонения формы шаблона от цилиндрической при его вращении вызывают изменение скорости движения провода, что сопровождается соответствующими изменениями натяжения провода.

32

Природа всех этих составляющих суммарного натяжения станет более понятной, если подробнее разобраться со строением и функциями устройств системы КПК.

Способ сматывания провода с тарной катушки, который определяется конструкцией устройства смотки, определяющим образом влияет на величину и характер действия усилия fc . В намоточных станках применяют два принципиально различных способа смотки провода с тарной

Одновременно придется увеличивать усилие, требуемое для смотки провода. И второе: на повышенных скоростях смотки все сильнее будет сказываться инерционность тарной катушки, что при v = var приведет к значительным колебаниям натяжения провода, к его периодическому провисанию и далее - обрыву при резком нарастании натяжения. Эти недостатки тангенциальной смотки проявляются особенно сильно, если шаблон имеет сложную конфигурацию и при стремлении повысить скорость намотки. В связи с этим тангенциальный способ смотки может быть рекомендован для намотки катушек с малым числом витков и сравнительно толстым проводом, в

34

тарной катушки 1 (Рис. 19). Вращающаяся петля образует пространственную фигуру, именуемую “баллоном”. Вершина баллона уходит в кольцо 3, являющееся первым элементом направляющего устройства системы КПК. Такое движение провода называют баллонированием, оно оказывает ощутимое влияние на суммарное натяжение провода. Действительно, вращающаяся петля провода испытывает действие центробежного усилия, которое отбрасывает еѐ дальше от катушки. В результате этого петля натягивается с усилием fб - натяжением баллонирования.

Таким образом, баллонирующий провод совершает в пространстве сложное движение: вращение вокруг оси катушки со скоростью “ “ и поступательное движение вдоль собственной оси со скоростью “v”. С увеличением скорости намотки будут соответственно возрастать и угловая и линейная составляющие скорости провода. Рост частоты вращения баллона приведет к увеличению действующей на петлю центробежной силы, что, в свою очередь, вызовет увеличение силы “fб” и диаметра баллона. Отсюда следует, что режим намотки и параметры баллона тесно между собой связаны. Поэтому явление баллонирования провода при осевой смотке требует более глубокого анализа.

Угловая скорость вращения баллонирующего участка провода при осевом сматывании с неподвижной цилиндрической катушки можно вычислить /7/, как:

где: Rк - радиус смоточной катушки.

Образование баллона вызвано действием инерционных сил относительного и переносного движений

35

. В итоге создается определенное натяжение вращающейся части провода. Максимального значения это

натяжение достигает в верхней точке баллона. При увеличении скорости наматывания соответственно возрастают

скорости (относительная и переносная) движения провода в баллоне, увеличивается натяжения провода. Однако, опыт показывает, что при достаточной высоте баллона с

увеличением скорости начинает снижаться его устойчивость. При достижении критического значения скорости изображенный на рис.19 полуволновой баллон скачкообразно меняет свою форму. Новый вид баллона показан на рис.20, где hб - высота баллона. Это - полноволновой баллон, так как его образующая по форме близка к полной волне синусоиды. Полноволновой баллон имеет при той же скорости намотки меньший радиус и, следовательно, меньшее натяжение провода.

Формой, размерами баллона можно в определенной

Рис. 21. Разновидности баллоноограничителей

степени управлять, используя специальные приспособления - баллоноограничители. На рис. 21 для примера показаны

37

Простота конструкции и наладки такого устройства очевидны. Однако, оно не позволяет сглаживать рывки натяжения f провода, обусловленные другими элементами

действием пружины 5 поворачивается по часовой стрелке, что приводит к увеличению угла охвата“ “ и, следовательно, к увеличению натяжения провода. В свою очередь, при нарастании натяжения провода рычаг 3 с роликом 4 , преодолевая усилие пружины 5, поворачивается против часовой стрелки. При этом угол “ “ уменьшается, что и приводит к снижению натяжения провода. Таким образом, достигается стабилизация силы натяжения “f”. Следует признать, что такая конструкция позволяет только частично стабилизировать натяжение провода, так как инерционность рычага 4 с роликом 5 вызывает запаздывание их корректирующего действия. Серьезным недостатком приведенного варианта устройства натяжения является также наличие сухого трения между движущимся проводом 1 и неподвижным диском 2, что может привести к повреждению изоляции провода, особенно – при высоких скоростях намотки.

Указанный недостаток отсутствует в конструкции, схематично представленной на рис. 24. Здесь провод 1 охватывает натяжной ролик 2 полным витком и, двигаясь со скоростью “v”, вращает его без проскальзывания. На общей

39

вправо - с другим. Переключение направления движения каретки осуществляется специальными упорами (на рисунке не показаны), ограничивающими размах движения каретки строго в пределах ширины шаблона 5. Провод 4, проходя через один из проводоводителей каретки 3, укладывается на заданное место шаблона виток за витком, как показано на рисунке. С помощью вариатора подбирается такое передаточное отношение механизма, чтобы на один оборот шаблона 5 перемещение каретки 3 было равно диаметру обмоточного провода. При нарушении этого требования устройство раскладки обеспечит равномерное распределение витков по ширине шаблона, не выдерживая рядности витков.

шаблон цилиндрической формы (рис. 26а ) при его равномерном вращении ( = const.) колебания натяжения провода не возникают. Другое дело, если форма шаблона отличается от круглой.

На рис.26 показаны часто встречающиеся формы: квадрат (а ) и вытянутый прямоугольник (б ). Даже при постоянстве угловой скорости вращения такого шаблона провод будет испытывать ускорения, вызывающие

Обмоточные работы, как отмечалось выше, отличаются высокой трудоемкостью. Поэтому проблема их механизации всегда была и является актуальной. При этом необходимо знать, что создание машинных обмоточно-изоляционных процессов - задача комплексная. Для эффективного ее решения необходимо приспособить конструкцию обмоточного узла (ротора, статора, полюса или др.) к условиям