電樞無緯帶綁扎系統的設計與制造

譚結清 周春華

0 引言

1 鋼絲綁扎系統的分析與設計計算

鋼絲綁扎原理如圖1所示,鋼絲從滑輪進入然后依次穿過兩個摩擦輪,并固定在電機端部的無緯帶面上。綁扎鋼絲時在兩個摩擦輪槽中切向移動,依靠鋼絲與摩擦輪產生的切向摩擦力拖動摩擦輪逆向旋轉,鋼絲產生張力并纏繞在電機絕緣帶上。

根據生產要求鋼絲最大張力按F=4 000 N考慮,則測力機構承受的軸向力最大值為Fmax=2F=8 000 N。鋼絲在每個摩擦輪上纏繞三圈半,包角相同均為:α≈6π。圖中F0為鋼絲預緊張力;F1為經摩擦輪1后鋼絲張力;F2為經摩擦輪2后鋼絲張力;F3為鋼絲綁扎力。忽略滑輪 3的摩擦阻力,有F3=F2。

根據摩擦輪傳動理論,有:

其中,μ為鋼絲與摩擦輪摩擦系數,μ=0.1;α為鋼絲在摩擦輪上的包角,α=6π。

又最大綁扎力F3=4 000 N,則測力機構承受的最大軸向力為:

因此,可求得鋼絲預緊力:

2 無緯帶綁扎系統受力分析與計算

無緯帶綁扎原理如圖2所示,無緯帶通過滑輪3分別進入摩擦輪2、滑輪4、摩擦輪 1,滑輪5出去后在電機轉子上進行纏繞,摩擦輪1,2的摩擦力由橡膠皮帶進行調節。

對無緯帶而言,摩擦輪對其產生的摩擦力分別為:

利用電化學工作站CHI660E測二極管1N4007和2AP10伏安特性曲線如圖3所示。二極管1N4007的正向降壓約為0.5 V，與DH6101伏安特性儀測測量數值接近，但略小于實驗平臺中給出值（硅二極管0.7 V左右），二極管導通后，電流隨著電壓增大急劇增加。二極管2AP10的正向降壓約為0.35 V，與DH6101伏安特性儀測測量數值接近，略大于實驗平臺中給出值（鍺二極管0.2 V左右），二極管導通后，電流隨著電壓增大也急劇增加。圖3中同樣對這兩條曲線做了高斯擬合，發現它們的擬合度很高（見表1）。

其中,μ1為無緯帶與鋼制輪的摩擦系數;α為無緯帶在摩擦輪上的包角。滑輪3,4,5的摩擦阻力也可以通過調節螺母獲得,但相對摩擦力輪產生的摩擦力而言較小。但滑輪3的摩擦力是無緯帶產生初張力的基礎。暫不計算滑輪3,4,5產生的摩擦力。

根據廠方要求:

取 μ1=0.28,α=π,則易求得 :

則無緯帶作用在摩擦輪上的摩擦力矩為:

其中,D為纏繞無緯帶的摩擦輪直徑,其測量值為D=100 mm。

同時,通過橡膠制動帶產生的制動力為:

取兩個制動輪結構參數、調節參數完全相同,則:

其中,μ2為橡膠皮帶與制動鋼輪的摩擦系數;α為橡膠皮帶對制動鋼輪的包角,則:

制動輪所產生的制動力矩總和為:

其中,D′為制動鋼輪直徑,取D′=120 mm。根據系統力學分析M′≥M,取M′=M,則可求得螺釘調緊后橡膠帶張力:

以上分析計算的結果可為系統技術改造設計提供理論依據。

3 測力機構設計

測力機構原理如圖2所示。設測力機構所承受的壓力為Fm,鋼絲繞在滑輪3上的包角為β,則可求得Fm與鋼絲綁扎力之間的換算式:

當β=π時,Fmax=2F2=2F3=800 kg。

測力機構力求利用原筒體,重新設計彈簧、選擇傳感器并確保兩者安裝在筒體中。

4 結語

本文根據撓性體摩擦理論對無緯帶(鋼絲)綁扎系統進行動力學分析,提出了測力轉換公式。在此基礎上,重新設計了測力機構與顯示儀表。經使用表明:該改造方案具有較好的工程應用價值,減少了無緯帶(鋼絲)的浪費,改善了綁扎的效果和電機的制造質量。

[1]孟語靈,李燕豪.直流牽引電動機電樞后端鋼絲綁扎可靠性分析[J].內燃機車,2008(8):13-17.

[2]杜文芝.F級聚酯無緯帶在重型車輛起動電機制造中的應用[J].中小型電機,1999,26(4):48.

[3]高光輝,彭佑多.無緯帶綁扎機帶式制動器摩擦熱效應分析[J].機械設計與研究,2007,23(6):105-108.