автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Разработка методов обеспечения точности основных геометрических параметров взрывозащищенных асинхронных двигателей

" '"ЙЛ -19 3

Челябинский государственный технический университет

На правах рукописи

СОРОКИН АЛЕКСЕЙ ВИКТОРОВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТОЧНОСШ ОСНОВНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЗгаВОЗАИЩЕННЫХ АОШХРОННЫХ ДВИГАх'ЕЛЕЙ

Специальность CS.02.08 - "Технология.машиностроения"!

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Челябинск.- 1993

I ч

Работа выполнена в Научно-исследовательском, проектно-конструкторскоы и технологическом институте взрывозащиценных электрических машин и аппаратов научно-производственного объединения "Кузбассэлектромотор".

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцент Полетаев В.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор КаЧа£в'B.fr.•

кандидат технических наук, доцент Свиридов В, Н.

Ведущее предприятие: производственное объединение

"Юафлектромаи", г. Новая Каховка

Защита диссертации состоится. 2$янВаря 1993 года в Н часов на заседании специализированного совета ДО 53.13.05 в Челябинском государственном техническом университете по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 76.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Челябинского государственного технического университета.

Автореферат разослан 16 декабря тг г.

Ученый секретарь специализированного совета,

доктор «кономических наук, • —г-^'у

профессор ¿O e^-i——у^ _ И.А.Баев

Г-...и., 0Б1Щ ХАРАКТЕРИСШКА РАБОТЫ ■

Актуальность работы. Асинхронные двигатели САД) являются одним из наиболее массовых видов продукции электротехнической промышленности. Их ежегодный выпуск в СНГ(по установленной мощности) составляет 50 млн. кВт. АД мощностью до 100 кВт потребляет более 40 % вырабатываемой в странах СНГ электроэнергии. В этих условиях проблема повышения энергетических характеристик АД, в частности, КПД имеет особенно важное значение, поскольку ее решение обеспечивает значительную экономию энергетических и материальных ресурсов и повышение эксплуатационных характеристик приводного оборудования. Поэтому, в конечном счете, качественные характеристики 1Д являются одним из значимых факторов, определяющих технический уровень производства.

Точность выходных энергетических показателей АД определяется находящимися с ними в зависимости функциональными параметрами, среди которых, как показывают результаты исследований ряда авторов (Полетаева В.А., Розенко Н.Г., Воскресенского.А.П. и.др.), наибольший долевой вклад (более 60 %) имеют параметры точности радиального воздушного зазора между статором и ротором, причем, как равномерной, так и неравномерной его составляющих.- Следовательно, достижение требуемой точности важнейших геометрических параметров АД является одним из наиболее действенных путей- обеспечения заданных показателей, качества АД. ..

• Взрывозвдищенные АД используются в качестве приводов в химической, нефте-, ;газо- и горнодобывающей промышленности.СЬецифика эксплуатации данных АД (в условиях взрывоопасной среды) предопределяет такие особенности их конструкции, и- технологии изготовле -ния, которые создают значительные трудности в обеспечении в них необходимой точности воздушного зазора» Поэтому проблема точности воздушного зазора даее% для взрывоэащищенных АД особую остроту. г

В связи с вышеизложенным, задача разработки методов обеспечения точности основных геометрических параметров взрывоэащищенных АД является весьма«актуальной. . ,

Диссертационная работа связана с научно-исследовательскими работами, выполненными по заказ-нарядам ДР286629-ЗД72, Д72.СЙ-Ш.26, Д72.69-90.23, ДО287689-ЗД72, ДО287676-ЗД72 в соответствии с план&чи.НИР НИИ ВЭМ НПО "Кузбассэлектромотор" на период 1382-1990 годов.

Целью работ, н является разработка системы расче-

-тных, технологических и конструкторских методов обеспечения необходимой точности параметров воздушного зазора взрывозащищенных АД.

Методы исследования. При выполнении работы использовались методы математической статистики, теории вероятностей, математического анализа, теории точности, расчетные методы сопротивления материалов, методы планирования экспериментов,методы расчета размерных цепей. Расчеты выполнены с использованием Ъ БМ.

Научная новизна. В работе "получены следующие основные новые научные результаты:

1. Определены основные закономерности формирования точностных параметров, в том числе параметров'размерной нестабильности, а также параметров напряженно-деформированного состояния деталей и сборочных единиц взрывозащищенных АД в процессе изготовления.

2. Разработаны методику размерного анализа сопряжения "статор-ротор" и йетодика поверочного расчета размерной цепи пространственного воздушного зазора (ПВЗ) АД, основанные на определении параметров точности воздушного зазора.для всего объема пространства между поверхностями статора и ротора.

3. Построена математическая модель динамического ПВЗ АД, учитывающая все основные конструктивные, точностные и эксплуатацион -ные параметры АД, определяющие величину воздушного зазора и его погрешности.

4. Разработана методика расчета допусков на погрешности формы продольных сечений статора и ротора исходя из условия получения величины ПВЗ в пределах заданного допуска.

5. -Созданы математические модели и определены основные физические закономерности формирования точностных параметров отверс тия статора АД, отражающие совместное влияние на точность отверстия всех значимых конструктивных и точностных параметров станины и сердечника статора, а также технологических параметров в процессе сборки сердечника со станиной.

€>. Разработана методика расчета размеров и допусков геометрических параметров сборочных единиц статоров из условия получения точностных параметров отверстия статора в пределах допусков.

7. Разработаны теоретические основы гидровибрационного метода размерной стабилизации корпусных деталей взрывозащищенных АД. Теоретически обоснован разработанный метод гидроиспытания сварных станин взрывозащищенных АД на взрывоустойчивость, основанный на совмещении операции гидроиспытакия с гидровиброобработкой.Построены математические модели процесса гидровиброобработки станин,хэ-

растеризующие влияние режимов гидрозиброобрабогки ка снияение остаточных напряжений, изменение геометрических параметров и параметров размерной нестабильности, станин.

8. Разработан экономичный метод оперативного контроля в условиях действующего производства параметров размерной нестабильности станин взрыЕозащищенных АД по-величинам растягивающих и сдалатацих остаточных напряжений.

Практическая ценность работы заключается- в следующем:

1. Выявленные закономерности формирования точностных параметров и параметров напрятанно-деформированного состояния деталей и сборочных единиц двигателей позволяв? обоснованно определять направления совершенствования технологии изготовления для обеспечения точности параметров воздушного зазора взрывоззщищен-ншс АД.

2. Разработанная методика размерно га анализа сопряжения "статор-ротор" обеспечивает повышение точности результатов рас- ■ четов точностных параметров воздушного зазора. "Это,, в'.своп очередь, обеспечивает повышение эффективносги мероприятий, разраба-' тываемых на- основе этих результатов и напразлезшых на погнпэние точности воздупного зазора. <• ■ :. _ •

3. Разработанная методика поверочного расчета размерной цепи ПЕЙ АД позволяет получать значения величина воздушного зазора в заданных допуском пределах во всем объеме пространства гнезду поверхностями статора 1Рротора.

'4. Созданная модель динамического ПВЗ позволяет выявлять превалирующие факторы* опредэлящиз .-точность воздуазного зазора, и обосновшшо определять пути управлений ею как на статута проектирования, так и ка стадии изготовления АД.

5. Предложенная методика расчета допусков на погрешности фор-га продольных сечений статора и ротора обеспечивает получение поля рассеяния величита воздушного зазора в пределах поля допуска.

6. Полученные математические модели формирования точно ст-кых пара'.этроз отверстия статора АД позволяют выявлять доминирующие конструктивные, точностные и. технологические параметры, определяйте значения точностных параметров отверстия статора, и производить обоснованный выбор путей управления его точность® на стадиях проектирования и изготоаления АД. -

I. Разработанная методика расчета размеров я. допусков геомя-тртаэсккх параметров с-тзняя к сердечников статоров обеспечивав? полусадмэ тсчнсггнцх параметров аязеосгяя статора з пределах до-

6 I

.пусков на стадиях проектирования и изготовления АД.

8. Разработанный гидровибрационный метод снижения остаточных напряжений позволяет практически без повышения себестоимости изготовления достичь высокой стабильности во времени геометрических параметров корпусных деталей и за счет этого снизить неравномерность воздушного зазора СНВЗ) АД.

9. Предложенный метод контроля параметров размерной нестабильности станин вэрыБОзащищенных АД позволяет производить оперативную корректировку режимо в гидровиброобработки станин в действующем производстве, что обеспечивает повышение показателей стабильности их размеров.

10. Разработанная система технологических и конструкторских методов обеспечения точности геометрических параметров взрывоза-щищенных АД позволяет без существенного увеличения затрат повысить точность обработки деталей и сборки АД, а также усовершенствовать конструкцию двигателей и за счет отого обеспечить показатели точности воздушного зазора АД в заданных допусками пределах.

Реализация результатов работы. По результатам работы разработаны и внедрены в НПО "Кузбассэлек-тромотор" "Методика.расчета размеров и допусков геометрических параметров сборочных единиц статоров. ШЙН.520033.007" и Технологическая инструкция № 25000.00136 "Статистический контроль и расчеу точности объемного воздушного зазора электродвигателей", ; используемые при проектировании технологии изготовления и конструкций новых моделей и корректировке геометрических параметров-и технологии изготовления выпускаемых взрывозащищенных АД.Успешно 'прошел испытания в НИИ ЕШ НПО "Кузбассэлектромотор" и рекомендован к внедрению в 1994 году на' головном заводе объединения гидровибрационный метод стабилизации корпусных деталей АД. Суммарный годовой экономический эффект от внедрения разработок в 1992 году составил 490,59 тыс.руб.

Апробация, удержание работы и ее результаты до -кладавались и обсуждалась на У1 и УП научно-технических конференциях "Повышение надежности, экономичности и конкурентоспособности асинхронных электродвигателей и алектроприведов"(г. Кемерово, 1989, 1992 гг.), на Республиканской научно-технической конференции "Электромеханические преобразователи и калиннов5нтилъ -ные систем" (г. Томск, 1991 г.), на Всесоюзно® научно-техниче -тес Я конференции "Интеллектуальные электродвигатели к экономия сле>>граакерган" <г. Суздаль, 1991 гЛ, на научно-технических за-

седаниях секции "Технологии изготовления электрических машин и низковольтной аппаратуры" (НИИ ВЭМ НПО "Кузбассэлектромотор", г. Кемерово, 1967-1991 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 33 печатных работы, в том числе получело 9 авторских свидетельств на изобретения, а также составлено 3 отчета о НИР, зарегистрированных во ВНТЩентре.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и содержит 211 страниц машинописного текста, 25 рисунков, 19 таблиц, список использованной литературы из 172 наименований и 7 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ. Обоснована актуальность и определена цель работы.

I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМН И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

Производственные данные по видам брака взрывоэащищенных АД, выпускаемых НПО "Куэбассэлектромотор", свидетельствуют, что из всех видов брака "затиры" ротора о статор составляют 23,4-28,3.? и занимают по количеству первое место.В значительной степени такое положение обусловлено неизученностью закономерностей фэрмиро-вания точностных параметров воздушного зазора во взрывоэащищенных АД в процессе их изготовления.С целью выявления таких закономерностей было проведено статистическое исследование технологического процесса изготовления статор-комплекта взрывоэащищенных АД,на долю погрешностей которого приходится наибольшая часть(7?50 формирующейся НВЗ. В результате исследования установлено следующее. Окончательная точность отверстия станин имеет слабую горрзляцион-ную связь с его точностными • параметрами на промежуточных операциях изготовления °и формируется практически по'лностьо на операции второго дорнования,. где она тем выше, чем больше натяг дорнова-ния. После доркозания погрешности раз!.?ера и формы отверстия станин в торцовых сечениях значительно превышают погрешности в средних сечениях,что обусловлено явлением"краевого эффекта" при дор-новании.После изготовления средний диаметр отверстия у 33,а не-труглость у 24,6 % станин превышает допускаемые значения.Окончательная картина напряженного состояния станин характеризуется большими полями и величинами растягивающих остаточных напряжений,

. хгто обусловливает значительную нестабильность размеров станин во времени. Из-за нестабильности размеров станин и подшипниковых щитов эксцентриситет оси ротора к моменту поступления. АД на испытательную станцию возрастает у АД В, ВРП180$4 на 36,8 %, у АД В, ВРД1ЁШ6, 8 - на 39,4 %. Это-приводит к увеличению относительной НВЗ, соответственно, на 10,2 и 17,9 После сборки сердечника статора со станиной более 1/3 статоров не соответствуют требо -ваниям чертежа по точности диаметра отверстия статора, от 1/4 до 1/3 количества статоров имеют некруглость отверстия, превышающую допускаемую. Следующая после сборки обработка отверстия статора методом раскатывания не обеспечивает существенного повышения его точности.'

Корреляционным анализом технологического процесса изготовления статоров установлено, что значимыми параметрами,, определяющими формирование точностных параметров отверстия статора, являются величины радиуса К п и%екругйости отверстия сердечника статора перед запрессовкой в станину, величины некруглостей^п-н наружной поверхности сердечника и рст отверстия станины,а такте средняя величина натяга Дц в сопряжении сердечника со станиной. Кроме того, установлено, что на формирование точностных параметров отверстия статора значительное влияние оказывает также пластическое деформирование сердечника при его взаимодействии с искаженными из-за явления "краевого эффекта" торцами станинн- Рассчитаны значения вероятностей возникновения пластических деформаций сердечников, которые увеличиваются с ростом полгасности АД и составляют 8 % для АД В., ВИН8054.и 16 % для В, ВЕПШМб,. 8.

Проведенный анализ патентной и технической литературы "показал, что как традиционные, так и новые техно^гические и конструкторские методы обеспечения точности воздушного зазора либо не -экономичны, либо неэффективны при производстве варывозащищенных АД. Фактор нестабильности во времени размеров корпусных деталей взрывозащищенных АД не учитывается, вследствие чего операции по снижению остаточных напряжений в этих деталях не применяются.

В результате анализа существующих расчетных -методов обеспечения точности воздушного зазора установлено, что к настоящему времени отсутствует'обоснованная методика корректировки размеров и допусков деталей, образующих воздушный зазор, поскольку задача поверочного расчета размерной цепи величины -воздушного зазора рассматривается как задача плоская. То есть расчет размерной цепи производится для одного произвольно выбранного поперечного сечения АД. В результате поверочйый расчет размеров и допусков со-

ставляющих звеньев цепи дает неоправданно увеличенные поля допусков и неверные координаты середин полей допусков.

Кроме этого, установлено, что к настоящему времени не разработана теория формирования размерных параметров■отверстия статора при взаимодействии сердечника статора со станиной.

Анализ современного состояния проблемы показал, что получэ-ние необходимой точности воздушного зазора во взрывозащищенных АД возможно только при комплексном подходе, предусматривающем одновременное совершенствование расчетных, технологических и конструкторских методов обеспечения точности деталей двигателей. Определены задачи исследование.

2. РАЗРАБОТКА РАСЧЕТНЫХ .¿ЕТОДСВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА ЗЗШВОЗАЩВДЕННЫХ АСИНХРОННЫХ ДШГАТЕЛЕЯ

Точность корректировки размеров и допусков составляющих звеньев размерной цепи воздушного зазора определяется точностью поверочного расчета его размерной цепи, которая при • использовании существующей методики расчета является весьма-низкой'(глава I). .Расположение■поперечных сечений АД, в которых действительная величина воздушного зазора "имеет минимальное и максимальное значения, для раздах типоразмеров АД различно'и определяется, большим числом-постоянно действующих конструктивных и технологических факторов. Это требует подхода к задаче определения' действитель-' ных значений воздушного зазора как к задаче пространственйой.

• Под пространственным воздушным зазором (ПВЗ) понимается величина , определяемая выражением (рис.У:'

2 =

Ц г, ос) =|ге(г,оО - 2Р(2,с£-)]

С4=£0°;350°3 ' (А)

ГДе Эа, » Эр ~ текущие радиусы поверхности отверстия статора и наружной поверхности сердечника ротора;2 - координата поперечного сучения АД по его о^и вращения;ОС - угол между текущим радиусом статора или ротора и горизонталью; Л - длина сердечников статора и ротора.

Статистическими исследованиями установлено, что реальные профили поперечных сечений отверстия статора и наружной поверхности ротора иыеэт форму овалов с глазными полуосямии , расположенными, соответственно, на горизонтальной X и вертикачь-кой У осях АД, т.е. (рис.). Поскольку,при расчете раз-.мерной цели воялусного зазора определяет линь его среднее и экст-

ремальные значения,то для углаС£ принимаем два значения:С6=0;30? При этом значения, текущих радиусов статора и ротора принимают также по два значения:ЗеС2рО=асЙ),8с1ЙУ«2р(2.°0=ар(2),6р(£) (рис.).

-F£

In- ••'•И1Щ111

э

НИ'»".......мТТТТТТТ

L

Рис. К определению ПВЗ АД: -I - рал; 2 - сердечник ротора; 3,- сердечник статора; 4 - шпонка; ф^)- угол между главной полуосью У1 профиля' поперечного сечения отверстия'статора (сердечника ротора) и вертикальной осью Ч АД.

Тогда из-выражения (I) для распределений по оси 2 средних ¿¡v(2), минимальных и максимальных значений ПВЗ в гори-

зонтальном и вертикальном продольных сечениях АД имеем:

Ь&)ъ-5р(г); Jv ф« « &с(г) -lf Ф I' (2)

О

Svmin C?-)t «nCZ) ~ 6pmav:CS);

^vmln(E)j ;lcm!n(i) "Qpnia* CZ.);

&vfninCH.Xs c ^cminCZ-) " ßpmc»*(z.) -

ßv ««*(£)< = flemo* (.5) - apm;n CZ); XvraeivCS)j. = CUmovCE.) - gpmin (£.); Jvme*C2.Js = бе max (.2) ~ <3pmin | <fv may

(2)4 = ß

с man CS) " Öpmin (£.) )

(3)

•где ас(2), ВсСй) и <3р(2), 6р(2) - функции распределения по оси Н АД средних статистических значений полуосе?.'статора и ротора; аст!п(г) , 5етп;п(г) иаРт!пСг),8рм!п(2)- ТО же д*я мини -мальных статистических значений полуосей; Оста,(2) , Вста*С2) и артах&)> бргпахС^)- то же для максимальных статистических значений полуосей.

Исходя из изложенных положений на основе методов математического анализа разработана методика размерного.анализа"сопряжения "статор-ротор" АД.

¡•Минимальное $т!п

и максимальное @ та^ значения ПВЗ определяются исследованием, соответственно, функций (3) и (4) на экстремум. Минимальным значением ПВЗ является наименызее из найденных минимальных значенийт!п^т1п(2),,.,., т1п^т!п(5)4 функций системы (3):

Соответственно, максимальным значением ПВЗ является наибольз-ге из найденных максимальных значений тазс^,п;ах(£)1,,..,глах^уп«х(2:.)4 функций системы (4):

- "ах {гпа>:^тох(а),.....тох (6)

Пол,учены выражения для расчета экстремальных значений радиусов и погрешностей формы в поперечных и продольных сечениях отверстия статора и сердечника ротора, а также выражения для расчета средней величины ПВЗ, средних значений радиусов йс^р) » некруглостей рс<р) и погрешностей формы в продольных сечениях ¿с(р)пр повеРхностей статора и ротора:

^ \ . (7)

*

у и

о А

ссР) (/ Зсср)С2}ав V/беСрэсн)аа); • (8)

О 2

?ссР) - £/|ас(Р)Сг) -Всср)Сг)|с1^ ^ (9)

о

(Ю)

Разработана методика поверочного расчета размерной Зепи ПВЗ и корректировки геометрических параметров ее состазляюпдах 'звень-

ев. Сравнение точности расчетов по существующей и разработанной методикам показало, что существующая методика дает завышенные на 34-38 %, по сравнению с действительными, значения минимальной величины воздушного зазора. Применение разработанной методики позволило за счет обоснованной-корректировки чертежных-и настроечных размеров снизить действительные значения относительной НВЗ выпускаемых АД В, ВН118054 на 7,7 АД В, ВРП160,;6, 8 - на 19,8 %.

Для рациональной разработки мероприятий п£> повышению точности воздушного зазора и правильного назначения конструктивных параметров АД построена математическая модель динамического ПВЗ,отражающая влияние на величину воздушного зазора точностных, конструктивных и эксплуатационных факторов: ,

где |JvBmh - величина динамического мм; tp , ge - обобщенные координаты, соответственно, угол поворота ротора, град., к динамический эксцентриситет оси вращения ротора относительно оси статора, мм; Oi - угол между осью Хр ротора и текущим радиусом точки на поверхности ротора, град.; Qсг~ величина статического эксцентриситета ротора относительно статора, мм; Е - модуль упругости I рода материала вала ротора, кг/мм4;I - момент инерции ротора, км^; £ - расстояние между опорами ротора, мм;тР - масса ротора, кг; Où ~ частота вращения ротора, 1/с.

С помощью полученной математической модеЛй было проведено исследование динамического ПВЗ АД В, ВРЛ18054 и В, ВРИ160-16 и определены долевые вклада в суммарную погрешность велйчины воздушного зазора вышеназванных факторов. Установлено, что наибольший долевой вклад (56 %) имеет статический эксцентриситет ротора, далее следуют долевые вклады погрешностей' отверстия статора и бочки ротора (35 %) и конструктивно-эксплуатационных факторов (9 %).

Разработана методика расчета допусков на погрешности формы продольных-сечений статора и ротора, обеспечивающая совмещение координаты центра группирования средних значений ШЗЗ с координа -той середины поля допуска- и получение поля рассеяния погрешнос тей зазора в пределах поля допуска. Допуски <§"р.в на бочкообразно сть лахета^ротора и <§"ссй на седлообразно сть отверстия статора

gç CZ) ЬсСе)

н V8|Cî)si^ip-Qt) + al CZ) cos* Сф-а )

« о

ap(s)BpO) л •

(Л)

-рассчитывают по формулам:

_ Од

' . мртг ! иг>

где - допуск на величину воздушного зазора; к3 - коэффициент относительного рассеяния бочкообразности; ук - коэффициент, устанавливаемый,с целью обеспечения экономичности обработки.равным отношению допуска на диаметр отверстия статора к допуску на диаметр пакета ротора.

3. лАТ&лШЧЕОШ: ¿ОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ ТОЧНОСТНЫХ ПАРАЖГРОЗ ОТВЕРСТИЯ СТАТОРА ПРИ СБОРКЕ СЕРДЕЧНИКА СТАТОРА СО СТАНИНОЙ

Низкая точность параметров воздушного зазора взрывозащищен-ных АД в значительной степени обусловлена отсутствием научно обоснованного подхода к назначении номинальных размеров и допусков геометрических параметров сборочных единиц статоров,что приводит к фактически произвольному их назначению, "исходя из' опыта существующего производства". 3 результате после сборки сердечника статора со станиной отверстие сердечника имеет погрешности, значительно превышающие допуски. После обработки отверстия статора эти погрешности практически не уменьшаются (глава I).Острота проблемы усиливается тем,что обработка отверстия статора взрывозащищенных АД с высотой оси вращения 200 мм и более существующей технологией не предусматривается.

' Обоснованное назначение величин рассматриваемых геометрических параметров и их допусков возможно только исходя из математических моделей, отражающих совместное влияние входных геометрических параметров (см. главу I) на погрешности отверстия статора. >. " . ■ _

Для конечных значений некруглости рс и среднего радиуса отверстая пакета после запрессовки в йтанину получены следующие математические модели:

^-Кп-Ц^!]^"4!.^4^^^^ • П5)

где Дна - натяг в сопряжении пакета со станиной.по оси с наименьшей величиной давления станины на пакет; С - коэффициент,

характеризующий -влияние конструктивных факторов.

' Ron С^ст.н ~ R«h) с = -,

^пм CRct.H "" ^Stn )

где Rnn , RnM , Кст.н ~ номинальные радиусы, соответственно .поверхности дна пазов пакета под обмотку, наружной поверхности пакета и отверстия станины.

Анаткзом полученных математических моделей опрёделены основные закономерности формирования точностных параметров отверстия статора в зависимости от величин натяга и точностных ■ параметров станины и сердечника статора.

С помощью разработанных математических моделей и с использованием статистических данных были рассчитаны долевые вклады входных параметров в величины изменения погрешностей формы Дрп ив "усадку"ДR.п отверстия пакета статора при его запрессовке в станину (табл. I). -

I Таблица I

Долевые вклады d-t входных параметров в.изменение погрешностей форш л в "усадку" отверстия пакета статора, %

Типоразмер двигателя Долевые вклады входных параметров в д р п Долевые вклады входных параметров в ARn

^Рян ^Рет рян

Б, BPni80S4 -5,44 ' 66,62 - 18,82 ' '-5,40 85,92 19,48

В, ВИИ60М6,6 -г, 1ь 82,10 20,06 -2,16 . 82,09 1 20,07

Из полученных результатов (табл. I) следует, что для повышения точности отверстия статора необходимо прежде всего совершенствование конструкции' статоров, направленное на уменьшение или полное исключение воздействия станины на сердечник.

На основе построенных математических моделей разработана методика расчета размеров и допусков геометрических параметров сборочных единиц статоров. Допуски на некруглости поверхностей станины и пакета рассчитываются по формуле:

Щ

г

'Дрл

п-4

)\

о>1

где ¿¡р„

(Id)

1Ш1 кр

допуск на изменение некруглости отверстия пакета ; ц -число "входных параметров ; ^ . кр _ коэффициенты относительного рассеяния, соответственно, I -га входного параметра и некруглости;

поле рассеяния I -го параметра, - коэффициенты влияния

где и сЬ - допуски на некруглость отверстия пакета статора,

¡с. уп

соответственно, после и до запрессовки пакета в станину.

Допуски на диаметральные размеры сборочных единиц статоров рассчитываются по аналогичным формулам. Требуемая величина диаметра.Дп отверстия пакета до запрессовки в станину с учетом "усадки" рассчитывается по формуле:

Бп = V с[14][дн4(рвн ♦ рет)* А м ] - 2 .

где 2 - требуемый диаметр отверстия пакета после запрессовки в станину; 2. ~ припуск на обработку отверстия статора.

4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОВИБРАЦИОКНОГО МЕТОД* РАЗМЕРНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ ВЗРЫВОЗАЩЩЕН-НЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ' . . ' •

Основными задачами при разработке метода являлись: I) снижение себестоимости операции по снижению остаточных напряжений; 2) -выбор.режимов обработки,^обеспечивающих наименьшее. изменение размеров деталей во времени, а также улучшение механических характеристик материала деталей с целью повышения надежности взрыво-защиты АД. ,

Первая задача репена°еозмещением операции по снижению остаточных напряжений.с последней операцией при изготовлении корпусных. деталей - операцией гидроиспытания на взрывоустойчивость.Раз-' работалный метод заключается в кагр'ужении изделия во Бремя гидроиспытания циклически переменны:-.! внутренним давлением жидкости, что приводит к возникновению в его материале циклически переменных напряжений, действие которых-обусловливает снижение остаточных напряжений. С целью наибольшего снижения общей трудоемкости операции разработан зализенннй авторским свидетельством способ гипрсиспытакия станин взрывозащищекннх АД, обеспечивавший выполнение гидроиспытания и снижения остаточных напряжений за один технологический переход.

Для.решения второй из вышеуказанных задач в результате теоретических иослеаований.был предложен защищенный авторским свидетельством режим гилрозиброойработкя, обеспечивавший наиболее интенсивное и эффективное снижение компоненты растяпгвостато-чькх напряжений, что обусловливает наибольшее порлсзенич усталоет-

' ной прочности и стабильности во времени размеров сварных оболочек

из малоуглеродистых сталей.

Проведено экспериментальное исследование гидровибрационного метода. Первый этап экспериментальных исследований проводился на образцах'типа "сварная тонкостенная оболочка" из малоуглеродистой стали. Получены зависимости влияния величин минимального и максимального давлений жидкости на степень снижения остаточных напряжений, изменение геометрических параметров и параметров нестабильности сварных оболочек. Исследовано также влияние величины и знака остаточных напряжений на стабильность размеров сварных оболочек. Разработаны метод оперативного контроля в условиях действующего производства параметров размерной нестабильности станин взрывозащищенных АД по.величинам растягивающих и снимающих остаточных напряжений .в их материале, а также методика выбора . режи -мов гидровиброобработки станин по диаграммам зависимостей параметров размерной нестабильности от режимов гидровиброобработки.

Второй этап экспериментальных исследований проводился на станинах'АД ВРП180$4 и имел .целью построение математических моделей процесса гидровиброобработки Станин. Основные из полученных математических моделей имеют следующий вид:

2, = 57,756 -4,965Х<-25,638Ха-7,<И5Х,Хг; +6.576Х,- 3,098Ха +5,937Хг,Хг;

0,577М/>ЗО>С, - 0,761 Хг ~ 0П305Х,Хг)М0

где Е ■ и - соответственно, степени снижения растя'гивающих и .сжимающих окружных остаточных напряжений, изменение не-

круглости отверстия станин к моменту времени Т после гидровиброобработки, и - средние скорости изменения, соответственно, диаметра и некруглоети отверстия станин после гидровибро-' обработки; Х< , X« - кодированные значения минимального и максимального давлений цикла; Х3 - кодированное значение времени Т после гидровиброобработки.

С помощью полученных математических моделей были рассчитаны оптимальные .для повышения качественных характеристик станин ре-' ■ жимы гидровиброобработки, а также разработаны в£пи:шти техколо-' гической операции гкдроиспытания и гидровиброобработки станин.

Результаты испытания гидровибрационного метода з действую-

> > (19)

[цем производстве показали, что за счет повышения стабильности размеров станин метод обеспечивает снижение относительной НВЗ выпускаемых АД В, ВРШ8054 на 16,4 Я, В, ВРП1Б0.-16, 8 - на 28,о %.

. 5. РАЗРАБОТКА И СОБЕРиЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И КОНСТРУКТОРСКИХ .;^ЕТ0Д0В ОБЕ ЛЕЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ И РАВНОМЕРНОСТИ ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА В АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЯ. ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ВНЕДРЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫХ .МЕРОПРИЯТИЙ : '

Исходя из результатов проведенных статистических и теоретических исследований разработана система технологических и конструкторских методоз обеспечения точности параметров воздушного зазора -взрывозащищенных АД. Разработанная система защищена семью авторскими свидетельствами и включает в себя следующие методы и устройства.

I. .»¡етод и устройство для устранения явления "краевого эффекта" при дорновании станин, обеспечивающие без увеличения трудоемкости изготовления станин снижение погрешностей отверстия станин на торцах практически до нуля. 2. Технологический процесс изготовления фланцевых станин, позволяющий без дополнительных затрр.т уменьшить изменение размеров внутренней поверхности станин при проведении сварочных операций в 2-3 раза,при этом снизить его на терцах до нуля. 3. .¿етод обработки отверстия статора дорнованием через технологическую втулку с одновременным калиброванием пазов сердечника статора, исключающий возможность "разбивки" и возникновения погрешностей формы отверстия статора и обеспечивающий получение требуемой точности (8-9 квалитеты) и шероховатости

= 0,52) его поверхности. 4. Летод сборки сердечника статора со станиной осевым обжатием кольцевой выгибки листов сердечника, исключающий возникновение погрешностей отверстия сердечника статора из-за его взаимодействия с торцевыми участками станины. Ь. Метоп запрессовки сердечника статора в.станину с опережающим дорно-вание'.: ее отверстия, позволяющий снизить на 32-36 % погрешности отверстия сердечника- за счет уменьшения воздействия иг. сердечник деформаций станины, обусловленных релаксацией остаточных напряжений. 6. Конструкцию бескорпусного _взрквозащищенного АД, имеигчую величину относительной НВЗ на 54,1 % ниже, чем-у аналогов, и позволяющую снизить трудоемкость сварочных операций при изготовлении АД на 26,7 %. 7. Конструкция взркзозащищенного ДД.с позизен--ной точностью взрквезащитных зазоров и величиной • относительной НВЗ, на 27,4 % более низкой по сравнению с баэовдая двигателями;

Оценка результатов внедрения в производство в НПО "Кузбасст-электромотор" разработанных мероприятий показала, что они позволили существенно повысить точность величины воздушного зазора й обеспечили получение значений относительной НВЗ, значительно, более низких, чем значения НВЗ при базовой технологии изготовления, и не превышающих допустимые £Эопзначения для аналогичных типоразмеров АД общепромышленных серий (табл. 2).

Таблица 2

Изменение минимальной величины воздушного зазора Д5 т'ш , относительной НВЗ Дб и достигнутые значения ^'относительной НВЗ АД после внедрения разработанных мероприятий, %

Типоразмер двигателя

Д^П

д£

'доп

В, врп1Ь054 В, ВИШШс, 6

16,68 48,04 28,54 -19,50 28,84 33,^7 ¿7,12 39,87 -37,25 40,54

Результаты расчетов по полученным величинам относительной НВЗ значений, выходных энергетических характеристик АД свидетельствуют об улучшении всех выходных энергетических параметров двигателей.

3АК12ЧЕНЙЕ

1. В результате статистико-корреляционных- исследований определены основные закономерности формирования точностных параметров и параметров наяряженно-дефор/иро ваяно го состояния деталей и сборочных единиц взрывозащищенных АД в ходе производства.Бьшвленные закономерности позволяют обоснованно определять направления . совершенствования технологии изготовления АД для обеспечения необходимой точности их параметров воздушного забора.

2. Разработана методика размерного анализа сопряжения "статор-ротор" АД. Разработанная на ее основе методика поверочного расчета.размерной цепи ПВЗ обеспечивает повышение точности определения величины воздушного зазора у выпускаемых АД на 34-38 Это позволяет за счет обоснованной корректировки чертежных и настроечных размеров снизить НВЗ АД на 7,7-19,8 %.

3. Создана математическая модель динамического ПВЗ АД, учитывающая все основные конструктивные, точностные и эксплуатационные показатели АД, определяющие величину ПВЗ. Модель обеспечивает обоснованное управление точностью ПВЗ на стадиях проектирования и изготовления АД.

4. Разработана методика расчета допусков на погрешности

формы продольных сечений статора и ротора, обеспечивающая получение поля рассеяния погрешностей воздушного зазора в пределах поля допуска.

5. Построены математические модели и выявлены основные физические закономерности формирования точностных параметров отверстия статора. Разработана методика расчета размеров и допусков геометрических параметров сборочных единиц статоров, обеспечивающая получение точностных параметров отверстия в пределах заданных допусков.

6. Разработан, теоретически обоснован и экспериментально исследован гидровибрационный метод размерной стабилизации корпусных деталей взрызозащищенных ХД. Построены математические модели процесса гидровиброобработки станин, позволившие рассчитать ошималь-ные параметры процесса и разработать технологические варианты промышленного использования метода при серийном производстве станин взрывозащищенных АД. Снижение относительной.НЮ взрывозащи-щенных АД, достигнутое благодаря повышению, точности и стабильнос-

• ти размеров станин в результате гидровиброобра'ботки, составляет •16,4-28,6*.-. '

■ • ' .. 7. Экспериментальным исследованием определены основные закономерности влияния величины л знака остаточных напряжений - на показатели размерной нестабильности сварных оболочек из- малоуглеродистых сталей. Предложен экономичный метод контроля параметров размерной нестабильности станин взрывозащищенных АД но величинам

. остаточных напряжений, позволяющий оперативно производить выбор и корректировку режимов гидровиброобработки станин в условиях действующего производства.

8. На основании выявленных закономерностей формирования точностных показателей воздушного зазора разработана система технологических и конструкторских методов обеспечения необходимой точности важнейших геометрических параметров взрывозащищенных АД. а ¥ В I И К А Д И И

1. Всяких j.A. , .¿анохин Ю.Й., Сорокин A.B. Статистическое исследование технологического процесса изготовления статоров взрывозещищенных электродвигателей/ШИ ПО "Кузбассэлектромотор".-Кемерозо, 19Ь7._Г5 с.-Дзп. в Кнформэлектро 15.12.87, J? 982~ЗГо7.

2. Манохин ii.il., Сорокин A.B., Всяких ¿*»А'. Сценка влияния циклического нагруяенкя внутренним- давлением на точность формы

■ сварных полых цилиндров//Сзарочное производство.-Z3ö7.-J?]ZrcJ4.

3« Манохин ö.ii. „ Сороки A.B. Влияние гидрозкбрациокной ой-

работки тонкостенных оболочек на напряженно-деформированное состо-яние//Проблемы прочности.-1990.-Jf 6.-с. 9d-I0I. '

4. Сорокин A.B., ¿¡анохин Ю.И. Исследование елияния технологических операций изготовления на напряжекно-дефор:я1рованное состояние сварных станин взрыво защищенных. электродвигателей/НИЙ НП0"Куз-бассэлектромотор".-Кемерово, I9Ü9.-2Ü с.-Деп. в Информэлектро I4.G3.c9. tf 86-ЭТШ.

5. Сорокин А.В'., Манохин Ю.И. Определение объемного воздушного зазора асинхронных двигателей с помощью методов математического анализа//Электротехника.-1990.-№ У.-с. 37-41.

6. Сорокин A.B. Влияние погрешностей формы в продольном сечении статора и ротора на зоздушы" зазор асинхронных двигателей// Электротехника.-1991.-}? 5.-е. 33-36.

7. Сорокин A.B. Исследование процесса сборки сердечника статора со станиной электродвигателя/Др. ШИ HTiü "Кузбассэлектромо-тор".-Кемерово, 1991.-Вып. 14.-е. I35-I4I.

Ь. СЬрокин A.B., ¡.¡анохин &.И.Разработка теории объемного воздушного зазора асинхронных двигателей и методики расчета его размерной цепи//»'нтеллек?уальные электродвигатели и экономия электро-энергии:Тез. докл. Бсесоюз. науч.-техн. конф.-Владимир, 1991.-с. 0.2-83. . .

9. Сорокин A.B., Манохин Ю.И. Разработка теории упругого взаимодействия и методики, расчета точностных параметров" сердечника статора и станины асинхронного двигателя, при наличии погрешностей

. формы их повэрхнсстей//Электромеханич5скке преобразователи и ма~ шикно-зентильные системы:Тез. докл. Респ. науч.-техн. конф.-Томск, 1991.-с. 72.

10. Сорокин A.B., Ланохин Ю.И. Статистическая оценка влияния нестабильности размеров корпусных деталей' взрывоза'пищэнкых электродвигателей на неравномерность воздушного "зазора/Др. ШИ НПО "Куэбассэлектромотор".-Кемерово, 1991.-Вал. 14.-е. 127-135.

11. Сорокин A.B. ¡математические модели технологического процесса сборки сердечника статора со станиной электродвигателя// Электротехника.-1991.-№ 4.-е. 9-13.

12. A.c. I35II84 СССР. Способ снижения остаточных иелрягкетаГ' з сварных оболочках/Всяких Ы.А., Лгяохик В.И., Сорокин А.В.к др// Открытия. Изобретения.-I9Ö7.-JF 47. "

; 13. A.c. 1429230 СССР.БзрыБОзащиченная электрическая машина/ Сорокин А.¿.//Открытия. Изобретения.-I9S8.-S 27'г"

14. A.c.. 1524643 СССР.Способ изготовления статора алгктрич«-

ркой машины/Сорокин A.B.//Открытия. Изобретения. -IS90,-}' I.

15. A.c. I60349I СССР.Способ изготовления статора электрической машины и устройство для его осуществления/Сорокин A.B.,Манохин ¡O.K., Всяких Л.А.//Открытия, Изобретения.-1990.-I!- 40.

16. A.c. I72362B СССР.Статор электродвигателя/Сорэкин A.B.// Открытия. Изобретения.-1992.-№ 12.