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    一種空心杯電樞繞組成型技術(shù)

    2018-12-31 00:00:00鄭柳英
    大科技·C版 2018年10期

    摘 要:針對空心杯電樞繞組加工成型技術(shù),本文主要從繞組繞制、線圈成型、杯體成型加固等方面綜合考慮,采用半自動化專用設(shè)備加工,保證電樞繞組加工質(zhì)量一致性,同時提高生產(chǎn)效率、穩(wěn)定加工質(zhì)量,并為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)空心杯電樞繞組全自動智能加工提供技術(shù)支持。

    關(guān)鍵詞:空心杯電樞;繞組成型技術(shù)

    中圖分類號:TM303.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1004-7344(2018)29-0290-02

    1 引 言

    空心杯電機(jī)屬于直流、永磁、伺服、微特電機(jī),空心杯電機(jī)在結(jié)構(gòu)上突破傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式,采用無鐵芯轉(zhuǎn)子,這種新穎的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)徹底消除了由于鐵芯形成渦流造成的電能損耗,同時其重量和轉(zhuǎn)動慣量大幅度降低,減少了自身的損耗,因此空心杯電機(jī)具有十分突出的節(jié)能、控制和拖動特性,代表了電動機(jī)未來發(fā)展的方向之一。國內(nèi)生產(chǎn)空心杯電機(jī)的廠家非常少,基本都是手工作坊式的零星生產(chǎn),受工藝技術(shù)限制,沒有形成規(guī)模。目前在軍事武器領(lǐng)域,很大一部分空心杯電機(jī)依賴國外進(jìn)口,為響應(yīng)國家武器國產(chǎn)化政策,發(fā)揮我廠行業(yè)領(lǐng)先的企業(yè)精神,對空心杯電機(jī)開展工藝技術(shù)研究是非常必要的??招谋姍C(jī)中電樞的結(jié)構(gòu)一般如圖1所示,電樞制造技術(shù)是空心杯電機(jī)制造中的關(guān)鍵技術(shù),空心杯電樞質(zhì)量的好壞很大程度上決定了電機(jī)性能的好壞,電樞加工的自動化程度,決定了空心杯電機(jī)的加工效率。因此,空心杯電樞工藝技術(shù)水平代表了空心杯電機(jī)的制造水平,而空心杯電樞的繞制、成型、封裝是空心杯制造技術(shù)中關(guān)鍵的基礎(chǔ)技術(shù)。本文對空心杯的線圈繞制、線圈成型、杯體成型加固技術(shù)進(jìn)行深入探討,采用該技術(shù)能加工出尺寸一致、質(zhì)量穩(wěn)定的空心杯電樞,為逐步實(shí)現(xiàn)自動化設(shè)備加工提供技術(shù)基礎(chǔ)。

    2 空心杯電樞繞組成型技術(shù)

    2.1 概 述

    由于目前多數(shù)軍工生產(chǎn)空心杯電樞線圈繞制、線圈成型、杯體成型加固主要依靠手工操作,采用手工繞制單個線圈,采用工裝劃線分度、手工按劃線位置貼線,往往存在目測偏差,造成貼成的杯體分度不均勻,易散線,后期手工整形困難,尺寸不一致,穩(wěn)定性差,導(dǎo)致繞線工序的質(zhì)量可靠性低,生產(chǎn)效率低。因此需要從空心杯電樞繞組繞制、繞組成型、杯體成型加固三個方面解決目前的手工操作質(zhì)量穩(wěn)定性、一致性差,效率低等問題。

    2.2 空心杯電樞繞組自動繞制技術(shù)

    空心杯電樞繞組線圈排列的整齊程度,很大程度上決定了電樞杯體成型尺寸的一致性,排列的均勻性直接影響空心杯電樞動不平衡量。目前空心杯電機(jī)電樞繞線主要依靠手工將繞組繞成片狀(見圖2),再通過將片狀繞組一個一個貼在圓筒上形成圓,整個過程全靠手工目測操作,加工效率低,由于線圈為手工繞制,漆包線拉力控制不均勻,導(dǎo)致繞制的線圈繞制過程受力不均勻,電阻有差異,甚至造成漆包線受損易斷線,加工成型的空心杯電樞性能有差異,不能完全滿足高精度要求。前期通過市場調(diào)研,對空心杯繞組繞線設(shè)計(jì)技術(shù)已有初步研究,可根據(jù)要求定制繞線自動化設(shè)備進(jìn)行線圈繞組加工,基本能夠?qū)崿F(xiàn)繞組自動化設(shè)備生產(chǎn)(見圖3)。

    2.3 空心杯電樞卷繞成型技術(shù)

    空心杯電機(jī)電樞沒有硅鋼片鐵芯作為支撐,直接采用線圈卷制為圓筒狀,成為一個杯體,線圈成形的均勻性影響電機(jī)的磁場均布。傳統(tǒng)的電樞繞線工藝是手工布線,線圈在布線模中的定位是通過肉眼來判斷是否均勻,線圈的均勻定位誤差較大;而且由于手工繞制線圈,各個線圈之間存在誤差。這種誤差的存在,使得線圈重量、寬度均不一致,由此造成繞組成型后分布不均勻。采用該方法加工的空心杯電樞繞組貼成圓形后,后期還需要用刮板手工整形、對線圈進(jìn)行手工整理,繞組兩端手工整形,整理、固定浮線,操作工藝復(fù)雜,而且操作過程易損漆包線,過程沒有參數(shù)監(jiān)測,沒有形成參數(shù)化控制,導(dǎo)致缺陷繞組進(jìn)行后續(xù)環(huán)節(jié)生產(chǎn)。而新的電樞卷繞成型技術(shù)利用自動繞線機(jī)將電樞繞組繞制成四方體或六方體(參見圖4),再利用工裝整形成圓筒形(參見圖5),采用該方法線圈繞制比較簡單,后續(xù)整形比較容易,該類方法使用范圍較大,能實(shí)現(xiàn)不同種類空心杯生產(chǎn)可實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換,對于快速變化的市場、變化的制造要求有很強(qiáng)的適應(yīng)性。

    2.4 空心杯電樞生產(chǎn)非標(biāo)工裝設(shè)計(jì)技術(shù)

    從空心杯電樞結(jié)構(gòu)可以看出,空心杯電樞作為一個空心腔體,要實(shí)現(xiàn)半自動化成型技術(shù),工裝是必不可少的。工裝設(shè)計(jì)及優(yōu)化技術(shù)是解決空心杯電樞半自動成型的關(guān)鍵技術(shù)。其中以電樞繞組的線圈繞制、杯體成型、杯體加固加工的工裝設(shè)計(jì)技術(shù)研究為主??招谋姌欣@組工裝模具的尺寸設(shè)計(jì)、實(shí)用性設(shè)計(jì)都對空心杯電機(jī)的尺寸一致性、性能穩(wěn)定性和生產(chǎn)加工效率起到至關(guān)重要的作用。目前工廠空心杯電機(jī)電樞工裝,均是適用目前手工操作的工裝,工裝設(shè)計(jì)比較簡單,加工效率不高,已不能滿足電樞杯自動化精密加工的要求。后期研究擬與自動繞線設(shè)備、卷圓設(shè)備、成型設(shè)備等配套設(shè)計(jì)相對應(yīng)的工裝設(shè)備實(shí)現(xiàn)半自動化生產(chǎn)。例如,空心杯電樞繞線骨架(參見圖6),為適用于繞線設(shè)備,應(yīng)與自動繞線機(jī)接口對應(yīng),設(shè)計(jì)的工裝應(yīng)能實(shí)現(xiàn)繞組緊密拍繞,自動抽頭、線圈繞組應(yīng)能從骨架上輕松取下而不會散線,更換下一個繞組應(yīng)快捷、方便等;例如空心杯電樞成型芯棒,應(yīng)考慮尺寸滿足設(shè)計(jì)要求,同時要考慮后續(xù)的收縮余年,同時設(shè)計(jì)材料應(yīng)不能劃傷繞組等;如空心杯卷圓工裝應(yīng)綜合考慮不傷線,卷圓后尺寸滿足要求等。

    2.5 空心杯電樞封裝加固技術(shù)

    空心杯電樞環(huán)氧樹脂加固主要作用為封裝電磁線、固定電樞杯外形、包封焊點(diǎn)??招谋姍C(jī)電樞由電磁線直接繞制成型,無結(jié)構(gòu)支撐材料,在環(huán)氧樹脂澆注后由環(huán)氧樹脂包封住線圈形成其結(jié)構(gòu)外形,這就要求環(huán)氧樹脂澆注后具有一定的強(qiáng)度和剛度,同時焊接部位的焊點(diǎn)在環(huán)氧樹脂澆注后由環(huán)氧樹脂包裹,形成焊點(diǎn)的絕緣處理。對環(huán)氧樹脂的電絕緣性能及吸水率等提出了要求。現(xiàn)階段環(huán)氧樹脂封裝后的電樞存在氣孔、氣泡甚至部分產(chǎn)品開裂的現(xiàn)象;在振動、沖擊、及高低溫的軍品環(huán)境試驗(yàn)條件下,環(huán)氧樹脂易出現(xiàn)開裂、脫落及吸潮等質(zhì)量問題。影響產(chǎn)品的外觀、導(dǎo)致產(chǎn)品的性能降低甚至失效。氣泡產(chǎn)生的原因主要是在環(huán)氧樹脂倒入模具型腔中時,由于是液態(tài)倒入,空氣在倒入時卷入材料中,氣泡由此產(chǎn)生。

    開裂的原因是環(huán)氧樹脂的后收縮率較大,在高溫、低溫的反復(fù)作用下,環(huán)氧樹脂不斷進(jìn)行擴(kuò)張,緊縮,最后網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)斷裂,形成裂紋,由于銅線和環(huán)氧樹脂收縮率的不一致,導(dǎo)致銅線有被拉斷的情況發(fā)生。后期擬通過環(huán)氧樹脂澆注材料選型及配比調(diào)整,通過調(diào)整環(huán)氧樹脂、固化劑、增韌劑、填充劑等組成,對于該體系的黏度、反應(yīng)活性、使用期、放熱量等在配方、工藝、鑄件尺寸結(jié)構(gòu)等方面作全面的設(shè)計(jì),做到綜合平衡。實(shí)現(xiàn)澆注后電樞外觀飽滿,內(nèi)部組織密實(shí),絕緣性能優(yōu)異,結(jié)構(gòu)緊固,高強(qiáng)度,高硬度的使用要求。

    3 結(jié)束語

    采用以上方法加工的空心杯電樞能實(shí)現(xiàn)空心杯電樞的自動設(shè)備繞制成型,成型后的電樞尺寸一致性好,繞組性能穩(wěn)定,批次間性能波動小,能快速適應(yīng)市場變化。同時由于后期的加固技術(shù),使得該類空心杯環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),能滿足現(xiàn)有的軍工產(chǎn)品惡劣的環(huán)境要求。同時,由于采用設(shè)備自動化生產(chǎn),為空心杯生產(chǎn)線的建立,實(shí)現(xiàn)智能制造提供技術(shù)儲備。

    收稿日期:2018-9-8

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