电枢无纬带绑扎系统的设计与制造

谭结清 周春华

0 引言

1 钢丝绑扎系统的分析与设计计算

钢丝绑扎原理如图1所示,钢丝从滑轮进入然后依次穿过两个摩擦轮,并固定在电机端部的无纬带面上。绑扎钢丝时在两个摩擦轮槽中切向移动,依靠钢丝与摩擦轮产生的切向摩擦力拖动摩擦轮逆向旋转,钢丝产生张力并缠绕在电机绝缘带上。

根据生产要求钢丝最大张力按F=4 000 N考虑,则测力机构承受的轴向力最大值为Fmax=2F=8 000 N。钢丝在每个摩擦轮上缠绕三圈半,包角相同均为:α≈6π。图中F0为钢丝预紧张力;F1为经摩擦轮1后钢丝张力;F2为经摩擦轮2后钢丝张力;F3为钢丝绑扎力。忽略滑轮 3的摩擦阻力,有F3=F2。

根据摩擦轮传动理论,有:

其中,μ为钢丝与摩擦轮摩擦系数,μ=0.1;α为钢丝在摩擦轮上的包角,α=6π。

又最大绑扎力F3=4 000 N,则测力机构承受的最大轴向力为:

因此,可求得钢丝预紧力:

2 无纬带绑扎系统受力分析与计算

无纬带绑扎原理如图2所示,无纬带通过滑轮3分别进入摩擦轮2、滑轮4、摩擦轮 1,滑轮5出去后在电机转子上进行缠绕,摩擦轮1,2的摩擦力由橡胶皮带进行调节。

对无纬带而言,摩擦轮对其产生的摩擦力分别为:

利用电化学工作站CHI660E测二极管1N4007和2AP10伏安特性曲线如图3所示。二极管1N4007的正向降压约为0.5 V，与DH6101伏安特性仪测测量数值接近，但略小于实验平台中给出值（硅二极管0.7 V左右），二极管导通后，电流随着电压增大急剧增加。二极管2AP10的正向降压约为0.35 V，与DH6101伏安特性仪测测量数值接近，略大于实验平台中给出值（锗二极管0.2 V左右），二极管导通后，电流随着电压增大也急剧增加。图3中同样对这两条曲线做了高斯拟合，发现它们的拟合度很高（见表1）。

其中,μ1为无纬带与钢制轮的摩擦系数;α为无纬带在摩擦轮上的包角。滑轮3,4,5的摩擦阻力也可以通过调节螺母获得,但相对摩擦力轮产生的摩擦力而言较小。但滑轮3的摩擦力是无纬带产生初张力的基础。暂不计算滑轮3,4,5产生的摩擦力。

根据厂方要求:

取 μ1=0.28,α=π,则易求得 :

则无纬带作用在摩擦轮上的摩擦力矩为:

其中,D为缠绕无纬带的摩擦轮直径,其测量值为D=100 mm。

同时,通过橡胶制动带产生的制动力为:

取两个制动轮结构参数、调节参数完全相同,则:

其中,μ2为橡胶皮带与制动钢轮的摩擦系数;α为橡胶皮带对制动钢轮的包角,则:

制动轮所产生的制动力矩总和为:

其中,D′为制动钢轮直径,取D′=120 mm。根据系统力学分析M′≥M,取M′=M,则可求得螺钉调紧后橡胶带张力:

以上分析计算的结果可为系统技术改造设计提供理论依据。

3 测力机构设计

测力机构原理如图2所示。设测力机构所承受的压力为Fm,钢丝绕在滑轮3上的包角为β,则可求得Fm与钢丝绑扎力之间的换算式:

当β=π时,Fmax=2F2=2F3=800 kg。

测力机构力求利用原筒体,重新设计弹簧、选择传感器并确保两者安装在筒体中。

4 结语

本文根据挠性体摩擦理论对无纬带(钢丝)绑扎系统进行动力学分析,提出了测力转换公式。在此基础上,重新设计了测力机构与显示仪表。经使用表明:该改造方案具有较好的工程应用价值,减少了无纬带(钢丝)的浪费,改善了绑扎的效果和电机的制造质量。

[1]孟语灵,李燕豪.直流牵引电动机电枢后端钢丝绑扎可靠性分析[J].内燃机车,2008(8):13-17.

[2]杜文芝.F级聚酯无纬带在重型车辆起动电机制造中的应用[J].中小型电机,1999,26(4):48.

[3]高光辉,彭佑多.无纬带绑扎机带式制动器摩擦热效应分析[J].机械设计与研究,2007,23(6):105-108.