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电机轴的设计要素和技术要求

2019-11-12 17:07:51     来源:电机技术日参        

【哔哥哔特导读】电机中转轴的强度和刚度的保证,电机运行时,转轴所受的机械力和力矩的形式随电机种类和传动机构的不同而异。作用力主要包括转子组件自身的重力,转子偏心引起的单向磁拉力和不平衡重量导致的离心力。

轴是电机产品特别关键的机加工零部件,轴的设计、加工因素,以及其后期使用效果,都会直接影响电机产品的性能和使用寿命。从加工工艺上分析,轴的台阶应尽量减小,以节省材料和加工工时,光轴结构简单,切削少,工艺性好。

为了满足轴的强度和刚度的要求,轴的机械计算的主要内容是确定轴的各段直径,确定轴的直径和其他几何尺寸时,可以参考已生产的电机转轴的尺寸或参考电磁计算的有关尺寸。绝大部分微电机,特别是控制用微电机,轴上受力和力矩小、转速不高时,一般不进行强度、刚度、临界转速的验算。对于功率大、转速高的特殊用电机,如较大功率航空用电机、高速感应电机等,需要在初选轴的几何尺寸后,进行强度、刚度、临界转速的验算,并有必要的加工工艺来保证。

电机的转轴技术要求

●电机的轴首先应有足够的强度。以保证电机在工作状态和加工中轴不产生残余变形或损坏;同时,转轴要有足够的刚度,即转轴工作时,轴的挠度必须在允许范围以内;还应考虑转轴的临界转速的高低,应使转轴的工作转速和临界转速之间有足够差值,以防止产生共振,特别是对转速较高的电机,必要时应进行临界转速的验算。

●电机中转轴的强度和刚度的保证,电机运行时,转轴所受的机械力和力矩的形式随电机种类和传动机构的不同而异。作用力主要包括转子组件自身的重力,转子偏心引起的单向磁拉力和不平衡重量导致的离心力。电机轴伸端由传动机械作用在轴上的负载扭力矩等。

●轴的尺寸公差要求。轴上的尺寸有径向尺寸和轴向尺寸两类。主要的、关键的径向尺寸包括轴承位、铁心位、换向器或集电环位和轴伸位等,这些尺寸精度要求较高,采用精车甚至是磨削的方式达到。轴向尺寸中,特别是两个轴承轴肩尺寸、铁芯位与轴承位之间的距离尺寸等。

●轴的形位公差要求。轴的形位公差主要包括轴承位、轴伸位与铁芯位外圆之间的同轴度或圆跳动。轴的轴承位是支承电机旋转的定位。其他形位公差有轴的直线度、两轴肩平面相对轴中心线的垂直度,轴伸位键槽对称度等。

●轴伸位会直接影响与负载装置的连接,如果加工不适宜,很容易引起振动和噪声问题;铁心位会造成定子、转子之间的气隙变化,严重时导致电机气隙不匀或扫膛故障。对于少极低转速电机,由于定转子间的气隙相对较小,两者的同轴度保证就更关键和必要。

轴的设计内容和特点简述

轴的设计区别于其他零件设计过程的显著特点是必须先进行结构设计,然后才能进行工作能力的核算。

●轴的结构设计。即根据轴上零件的安装、定位及轴的制造工艺等方面的要求,合理确定轴的结构形状和尺寸。

●轴的工作能力设计。即从强度、刚度和振动稳定性等方面来保证轴具有足够的工作能力和可靠性。对于不同机械的轴的工作能力的要求是不同的,必须针对不同的要求进行。但是强度要求是任何轴都必须满足的基本要求。

设计轴时主要应该满足轴的强度要求和结构要求:对于刚度要求较高的轴,主要应该满足刚度要求;对于一些高速旋转的轴,要考虑满足振动稳定性的要求,另外要根据装配、加工、受力等具体要求,合理确定轴的形状和各部分的尺寸,即进行轴的结构设计。

同时应当注意:在转轴设计中,因为转轴工作时受到弯矩和转矩的联合作用,而弯矩是与轴上载荷的大小及轴上零件相互位置有关的,所以在轴的结构尺寸未确定之前,轴上载荷的大小及分布情况以及支反力的作用点还不能确定,无法求出轴所承受的弯矩,因此不能对轴进行强度计算。

鉴于以上原因,轴设计时,应先根据扭转强度条件,初步确定轴的最小直径;然后,根据轴上零件的相互关系和定位要求,以及轴的加工、装配工艺性等,合理地拟定轴的结构形状和尺寸;在此基础上,再对较为重要的轴进行强度校核,必要时,进行轴的刚度或振动动稳定性校核。

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