ПОДШИПНИКИ. ПОДШИПНИКОВЫЕ ЩИТЫ

В электрических машинах с горизонтальным валом подшипники выполняют роль поддерживающих опор. Они воспринимают дейст­вия силы тяжести ротора, силы одностороннего притяжения, сил, возникающих от несбалансированности ротора и дополнительных продольных нагрузок от приводных механизмов. В машинах относительно небольшой мощности подшипники размещают в подшип­никовых щитах, которые располагаются по торцам машины и пред­назначаются для прикрытия лобовых частей обмоток.

Подшипниковые щиты выполняют сварными и литыми (рис. 8.16), в средней части щитов выполняют сквозное цилиндриче­ское отверстие для подшипников. Щиты приболчивают к корпусу.

Рис. 8.16. Подшипниковый щит асинхронного двигателя

Рис. 8.17. Общий вид машины со стояковыми подшипниками

Для центровки относительно станины в верхней торцевой части щита делают кольцевой буртик. Если буртик подшипникового щита входит в расточку корпуса, то такое сочленение образует внутрен­ний замок. При расположении буртика на наружной поверхности станины замок называется наружным.

В машинах защищенного исполнения в щитах выполняют окна дня прохождения охлаждающего воздуха. Если подшипниковый щит охватывает коллектор или контактные кольца, то для доступа к щеткам в верхней его части делают проемы, закрываемые крышка­ми. Для закрепления щита в станке при его обработке на нем делают специальные технологические приливы.

В машинах большой мощности при внешних диаметрах более 1 м подшипники выносят за корпус и устанавливают на специаль­ных стояках (рис. 8.17). Стояковые подшипники крепят болтами к той же фундаментной плите, на которой установлен корпус. Во избежание появления подшипниковых токов один из стояков изолируют от фундаментной плиты изоляционной прокладкой, при этом с помощью изоляционных трубок и шайб изолируют также крепящие болты и штифты.

Подшипниковые токи, которые замыкаются по контуру вал — стояк подшипника — фундаментная плита — стояк подшипника — вал, приводят к коррозии поверхности подшипников, шеек вала и вызывают старение масла. Причиной появления этих токов является ЭДС, наводимая в вале от сцепленного с ним изменяющего во времени потока, вызванного магнитной несимметрией из-за нали­чия стыков между частями статора и сегментами, наличием шпоночных канавок, эксцентричным положением ротора и т. д. Появление подшипниковых токов наблюдается главным образом у машин от­носительно больших мощностей.

По конструктивным признакам подшипники подразделяют на подшипники качения (роликовые и шариковые подшипники) и подшипники скольжения. По роду воспринимаемой нагрузки раз­личают опорные подшипники с радиальной нагрузкой и упорные подшипники с аксиальной нагрузкой, а по функциональным при­знакам — несущие и направляющие подшипники.

Подшипники качения.В машинах с горизонтальным распо­ложением вала, в основном, применяют радиальные однорядные шарико- и роликоподшипники. Радиальные шарикоподшипники (рис. 8.18) могут кроме радиальной нагрузки воспринимать неко­торую осевую нагрузку. При повышенном радиальном зазоре между шариками и дорожками качения колец подшипник приоб­ретает свойства радиально-упорного подшипника и хорошо рабо­тает на восприятие больших осевых нагрузок. Поэтому в некоторых случаях (особенно в малых машинах) такие подшипники могут быть установлены в машинах с вертикальным расположе­нием вала.

Роликоподшипники (рис. 8.19) применяют для больших нагру­зок, чем это допустимо для шарикоподшипников. Подшипники, по­казанные на рис. 8.19, и , могут воспринимать только радиаль­ную нагрузку, а подшипник на рис. 8.19, кроме радиальной нагрузки может воспринимать небольшую осевую нагрузку в одном направлении. В машинах небольшой мощности при мм чаще всего оба подшипника выбираются шариковыми. У машин средней и большой мощности подшипник со стороны привода, воспринима­ющий большую нагрузку, выбирается роликовым, а с противопо­ложной стороны — шариковым.

От осевого перемещения на посадочных местах под действием осевой нагрузки кольца подшипников удерживаются при помощи выступа и гайки или специальной упорной пластинки, закрепля­ющейся на болтах в торце вала, — или насаживаемым на вал кольцом. В машинах небольшой мощности обычно не делают фиксации внутреннего кольца шарикоподшипника на валу, а закрепляют

Рис. 8.18. Шарикоподшипник

Рис. 8.19. Роликоподшипник

Рис. 8.20. Подшипниковые узлы с шарикоподшипниками

лишь наружное его кольцо подшипниковой крышкой, являющейся одновременно деталью, удерживающей смазку под­шипника. Если в машине применяются оба шариковых подшип­ника, то для возможности перемещения подшипника в осевом направлении при расширении вала у одного из них, а иногда и у обоих, следует предусмотреть зазоры между крышками и наруж­ным кольцом (рис. 8.20).

Подшипники катящегося трения смазываются преимущественно консистентными смазками. Смазка служит для обеспечения коррозийной стойкости подшипников, распределения и отвода тепла, снижения потерь энергии за счет предотвращения сухого трения, уменьшения шума, защиты от попадания грязи. Рабочее пространство подшипникового узла заполняется смазкой не более чем на 2/3 объема. Выбор консистентной смазки проводится на основании данных об условиях работы подшипников.

Дня нормальной работы подшипников необходимо предусмотреть уплотнения подшипниковых узлов, защищающих их от пыли, грязи, а также препятствующих вытеканию смазки в полость маши­ны. Применяются различные конструкции уплотнений: фетровые, кольцевые зазоры, манжетные, лабиринтные и др. На рис. 8.21 показаны некоторые из таких конструкций.

При больших частотах вращения (когда > 300, где — частота вращения, об/мин, — диаметр вала, м) для смазки подшипников применяют минеральные масла.

При проектировании машины перед конструктором ставится задача выбора по каталогу типа подшипника, соответствующего нагрузке и условиям их работы.

Для подбора конструкции, типа и размера подшипника необходимо знать: 1) значение и направление действующих на под­шипник нагрузок; 2) характер нагрузки (спокойная, ударная, переменная); 3) диаметр цапфы, на которую

Рис. 8.21. Подшипниковые узлы асинхронных двигателей серии 4А:

— двигателя 4А112 с герметизированными подшипниками

(1 — подшипниковый щит; 2 — пружинное кольцо; 3 — герметизированный подшипник);

— двигателя 4АН180, смазка которого пополняется при разработке

(1 — наружная крышка подшипника; 2 — подшипник; 3 — внутренняя крышка подшипника);

— двигателя 4А200 с устройством для пополнения смазки

(1 — масленка; 2 — пробка; 3 — войлочное уплотнение наружной крышки подшипника; 4 — кольцо уплотнения; 5 — стопорное кольцо; 6 — пробка спускного канала; 7 — войлочное уплотнение внутренней крышки подшипника)

сажается подшипник; 4) частоту вращения машины; 5) желательный срок службы подшипника.

В общем случае на подшипник действуют радиальная и осевая нагрузки. Выбор подшипника проводится по приведенной динамической нагрузке . Для однорядных радиальных шарикоподшипников эта нагрузка, Н, определяется по формулам

при , (8.35 а)

при , (8.35 б)

где — осевая и радиальная нагрузки на подшипник, Н; — коэффициент, учитывающий характер нагрузки двигателя: при постоянной спокойной нагрузке , при нагрузке с умеренными толчками , при нагрузке со значительными толчками , при нагрузке с ударами и частыми сильными толчками , для машин общего назначения в большинстве случаев можно принять ; — коэффициент приведения осевой нагрузки к радиальной. Значение и для однорядных радиальных шарикоподшипников в зависимости от отношения ( — статическая грузоподъемность, Н, см. табл. П5.5) определяют по табл. 8.4.

Таблица 8.4. Значение и для однорядных подшипников

0,014	0,19	2,3
0,028	0,22	1,99
0,056	0,26	1,71
0,084	0,28	1,55
0,11	0,3	1,45
0,17	0,34	1,31
0,28	0,38	1,15
0,42	0,42	1,04
0,56	0,44

Для промежуточных значений применяют линейную интерполяцию. Для электрических машин с горизонтальным расположением вала в большинстве случаев можно не учитывать осевую нагрузку . При вертикальном расположении вала осевая нагрузка равна, Н:

,

где — силы тяжести ротора (или якоря с коллектором) и шкива (или полумуфты); — осевое магнитное притяжение.

При определении радиальной нагрузки на подшипники и исходят из наихудшего случая. Для нахождения при односторонней передаче предполагается, что сила направлена вниз, а для — вверх, тогда (рис. 8.22)

; (8.36)

, (8.37)

где определяется для работы машины в номинальном режиме, Н; — сила тяжести ротора, Н; — сила одностороннего магнитного притяжения, Н (см. § 8.3).

Определяя приведенную нагрузку , а также учитывая частоту вращения подшипника и требуемый срок службы , находят динамическую грузоподъемность (Н), которая является основной характеристикой подшипника: для шарикоподшипников (8.38) для роликоподшипников . (8.38 а) Срок службы (или долговечность) подшипника может быть задан или его выбирают равным ч.

Рис. 8.22. К определению радиальных реакций подшипников

По найденной динамической грузоподъемности по таблицам ГОСТ (см. табл. П5.1 и П5.2) выбирают конкретный подшипник и находят его габаритные размеры. Диаметр внутреннего кольца выбранного подшипника должен быть равен диаметру цапфы (цапфа — часть вала, на которую горячей посадкой насаживается подшипник). Наряду с динамической грузоподъемностью в таблицах приведены данные о предельной частоте вращения. Расчетное значение должно быть меньшим или равным табличному значению. Если расчетное значение получается больше табличного, а долговечность нельзя уменьшить, то следует выбрать подшипник из другой, соответствующей заданным параметрам серии. В некоторых случаях можно пойти на установку сдвоенных подшипников. При применении сдвоенных подшипников, учитывая неравномерность распределения между ними нагрузки, каждый подшипник следует рассчитывать на нагрузку, равную 70 % всей нагрузки опоры. Подбор подшипников рекомендуется производить, начиная с легкой серии.

Подшипники скольжения.В настоящее время подшипники скольжения применяют главным образом для крупных электрических машин и выполняют в виде стояковых подшипников (рис. 8.23). Корпус подшипника изготовляется из чугуна. В корпус входят стояк 1 и верхняя крышка 2. Основным элементом подшипника являете вкладыш 3 — втулка, разрезанная по образующей на две половины. В его верхней половине выполняют одно или два отверстия для смазочных колец 4. Вкладыши изготовляются из стали, чугуна, бронзы и других материалов. Толщина вкладышей принимаете равной мм ... мм , где — диаметр цапфы. Внутренняя поверхность вкладыша, охватывающая цапфу вала, заливается антифрикционным белым сплавом — баббитом. Для улучшения связи между баббитом и вкладышем последний имеет кольцевые канавки в виде ласточкина хвоста. Толщина слоя заливки в зависимости от диаметра вкладыша равна 2...8 мм. Посадка вкладышей и корпус подшипников выполняется жесткой или самоустанавливающейся (рис. 8.24). При жесткой посадке вкладыш фиксируется в гнезде, при самоустанавливающейся он опирается на шаровые опоры и может занимать положение в своих гнездах соответственно прогибу или перекосу вала.

Рис. 8.23. Стояковый подшипник с кольцевой смазкой

Рис. 8.24. Посадки вкладышей в корпусе подшипника:

а — жесткая; б — сферическая; в — узкоцилиндрическая

Для смазки трущихся поверхностей применяют масло. Способ подачи смазки выбирают в зависимости от условий работы машины. Наиболее распространенным способом смазки является кольцевая. Для этого на цапфу надевают металлическое кольцо большего диаметра. Кольцо свободно висит на цапфе, погружаясь в масляный резервуар подшипника. При вращении цапфы кольцо также начинает вращаться и, проходя через масляный резервуар, подает масло на верхнюю часть цапфы, где оно растекается по всей поверхности. Для контроля уровня масла в ванной подшипника имеется маслоуказатель, который снабжают смотровым стеклом. Кольцевая смазка применяется при окружных скоростях цапф м/с. При ско­ростях м/с применяют принудительную смазку. В этом случае в пространство между трущимися поверхностями подается извне под давлением масло, которое затем стекает в масляную ванну и по спускной трубе идет в холодильник, а затем снова к насосу. При такой смазке в подшипник поступает такое количество масла, которое необходимо для смазки и охлаждения подшипника. Масло подают под давлением (0,25...1)·10⁵ Па. Находит применение также комби­нированная система смазки, когда при принудительной смазке при­меняются маслоподающие кольца.

Для предотвращения попадания масла в машину и вытекания его из подшипника в месте выхода из стояка помещают лабиринтные уплотнения и маслоулавливающие кольца.

Отдельные элементы подшипников скольжения стандартизированы.

Выбор подшипника скольжения проводят по табл. 8.5, исходя из нагрузки на подшипник, которую определяют по (8.36) или (8.37).

Таблица 8.5. Допускаемые нагрузки на подшипники с кольцевой смазкой, кН

Размеры, мм	Частота вращения, об/мин
100 130	—	—	—	—	—	—	—	—
110 130	—	—	—	—	—	—	—
120 140	—	—	—	—	—	—	—	12,5	13,5	14,5	15,5			24
130 140	—	—	—	—	—	—					17,5		22,5
140 150	—	—	—	—	—	—	14,5	16,5	17,5	18,5	20,5	22,5
150 150	—	—	—	—	—	—				20,5	22,5			32,5
160 160	—	—	—	—	—	—	18,5	20,5		23,5	25,5			—
180 180	—	—	—	—	—		24,5				33,5		42	—
200 200	—	—	—	—	26,5		31,5	34,5	36,5					—
220 220	—	—	—	31,5	33,5	36,5	39,5			48,5				—
250 250	—	—	32,5		46,5	49,5	53,5					79	—	—
280 280	—	53,5	55,5				71,5	77,5		87,5			—	—
300 300	—						84,5				111	122,5	—	—
350 350			95,5							150		—	—	—
400 400												—	—	—
450 450									256		—	—	—	—
500 500										—	—	—	—	—

Указанные в таблице размеры вкладыша подшипника означают его внутренний диаметр и длину. В таблице приведена ступенчатая линия, которая разграничивает подшипники с кольцевой смазкой (выше линии) и подшипники, требующие принудительной смазки.

Пример. Выбрать подшипники качения для асинхронного двигателя, имеющего следующие данные: об/мин (см. пример расчета в § 8.3), Н, Н, Н, м, м, м, м. Диаметр цапфы 11·10^{-2 м.}

Из (8.37)

Н;

из (8.35 а)

Н;

из (8.38)

Н.

При диаметре цапфы 110 мм выбираем шарикоподшипник средней серии 322 ( Н).

Аналогично

Н;

Н;

Н.

При диаметре цапфы 110 мм выбираем радиальный роликоподшипник легкой узкой серии 32222 ( Н).

ПОЛЮСЫ

На полюсах электрических машин располагается обмотка воз­буждения, которая создает магнитный поток. Необходимый харак­тер распределения этого потока в воздушном зазоре обеспечивается соответствующей конфигурацией полюсного наконечника. Как правило, полюсы машин постоянного тока размещаются на статоре, а у синхронных машин — на роторе. В машинах постоянного тока кро­ме главных полюсов на статоре размещаются добавочные, предназ­наченные для улучшения коммутации.

Главные полюсы машин постоянного тока (рис. 8.25) собирают из отдельных листов, которые штампуют из электротехнической стали толщиной 1 мм. Собранные в пакет, они спрессовываются при давлении (20...25)·10⁵ Па и скрепляются заклепками. Крайние листы пакета выполняются более толстыми. В зависимости от размера полюса они штампуются из листовой стали толщиной 4...10 мм. Эти листы по размеру делаются несколько меньшими, чем остальные.

Заклепки вставляются в предусмотренные в листах отверстия, а затем развальцовываются в конических углублениях листов (см. рис. 8.25).

Рис. 8.25. Главный полюс машины постоянного тока

Рис. 8.26. Крепление главного полюса к станине   Они равномерно распределяются по поверхности листов и занимают около 0,02—0,03 этой поверхности. Обычно их не менее четырех. Диаметры отверстий под клепки принимаются на 0,15...0,2 мм больше диаметра самой заклепки. Для полюсов применяются заклепки диаметром 6, 8, 10 и 12 мм. Полюсы прикрепляются к станине не болтами. Для этого в теле шихтованного

полюса высверливаются отверстия, и нарезается резьба (рис. 8.26, а). Резьба в шихтованном теле полюса механически ненадежна и не всегда обеспечивает плотное прилегание полюса станине. Поэтому в более крупных машинах, а также у маши, работающих в условиях тряски, болты вворачиваются в стержни, вставляемые в тело полюса (рис. 8.26, б).

В крупных машинах постоянного тока в полюсных наконечниках выштамповываются пазы для размещения компенсационной обмотки (рис. 8.26, б).

Добавочные полюсы выполняются цельными или собранными из штампованных стальных листов. В машинах относительно небольшой мощности добавочные полюсы выполняются в виде стальных отливок или из полос проката. В настоящее время они часто собираются из листовой стали толщиной 1 мм. На рис. 8.27 даны различные исполнения добавочных полюсов. Сердечник полюса и его наконеч­ник (рис. 8.27, а)выполняются из одной заготовки путем ее после­дующей обработки. Полочки (рис. 8.27, б и г),служащие для под­держания катушек, выполняются из немагнитных материалов и прикрепляются заклепками к телу полюса. В машинах относительно большой мощности полюсы выполняются Т-образной формы (рис. 8.27, в), при таком их выполнении увеличивается поверхность приле­гания полюса к станине и уменьшается индукция в стыке. Полюсы, собранные из отдельных листов, имеют преиму-

Рис. 8.27. Добавочные полюсы машин постоянного тока

щество перед массивными, так как в них уменьшается действие вихревых токов при переходных процессах, что способствует улучшению коммутации.

При механическом расчете полюсов проверяется их крепление к станине и проводится расчет заклепок.

Расчет крепления главных полюсов в машинах постоянного тока проводится из условия, что на болты, которыми полюс соединяется со станиной, действует тангенциальная сила от вращающего момента, а на полюсы, расположенные по горизонтальному диаметру ярма, еще и сила тяжести полюса с обмоткой (рис. 8.28). Магнитное притяжение полюса якорем в этих расчетах не учитывается, так как он одновременно притягивается и станиной, причем с боль­шой силой вследствие более высокого значения индукции в сердеч­нике полюса.

Тангенциальная сила, действующая на полюс, Н,

, (8.39)

где - коэффициент перегрузки ; - число пар полюсов; — диаметр якоря, м; — номинальный момент, Н·м; .

Сила тяжести полюса с обмоткой, Н,

;

здесь — масса полюса с обмоткой, кг.

Рис. 8.28 К расчету крепления главного полюса

Рис. 8.29 К расчету крепления добавочного полюса

Принимая коэффициент трения между станиной и полюсом равным 0,2, определяют необходимую площадь сечения болтов полюса по внутреннему диаметру резьбы, м²:

, (8.40)

где — допустимое напряжение растяжения в болтах; для стали марки
Ст3 с некоторым запасом МПа.

Размер болта по внутреннему диаметру резьбы, м, при числе болтов на полюс

(8.41)

Заклепки полюсов проверяются на растяжение:

Па, (8.42)

где — давление спрессованных листов полюса: Па; — площадь вырубки листа полюса, м²; и — число и диаметр, м, заклепок .

Расчет крепления добавочных полюсов проводится, исходя из того, что на болты, притягивающие их к станине, действует усилие магнитного притяжения к соседним разноименным главным полюсам. В передаче вращающего момента добавочные полюсы не участвуют. Учитывая, что основание добавочного полюса значительно уже, чем у главного, необходимо проверить полюс не только на сдвиг, но и на опрокидывание.

Силу взаимодействия между добавочным полюсом и главными полюсами, расположенными по обе стороны от него, различны по значению и направлению. Результирующая сила взаимодействия между концами добавочного полюса и полюсным наконечником соседнего главного полюса равна, Н:

, (8.43)

Результирующая сила взаимодействия между сердечником добавочного полюса и сердечниками соседних главных полюсов, Н,

. (8.44)

В приведенных формулах обозначения величин соответствуют обозначениям на рис. 8.29, — осевая дайна добавочного полюса. Магнитодвижущие силы параллельной обмотки возбуждения , последовательной обмотки и добавочных полюсов принима­ются для номинального режима из электромагнитного расчета; — коэффициент перегрузки.

Полюс, расположенный по горизонтальному диаметру ярма, находится в наихудших условиях, поскольку действующие силы тяжести и магнитного притяжения суммируются. Для этого полюса расчетное натяжение болтов, при котором сила трения между станиной и полюсом обеспечивает отсутствие сдвига полюса, равно, Н:

, (8.45) где — сила тяжести добавочного полюса с обмоткой, Н; 0,2 — коэффициент трения между станиной и полюсом.

Расчетное натяжение болтов, которое обеспечивает отсутствие опрокидывания полюса, Н,

(8.46)

Расчет болтов ведется по наибольшему натяжении или .

Внутренний диаметр резьбы болта, м,

(8.47)

где — число болтов: .

В целях унификации болтов для крепления главных и добавочных полюсов при небольшой разнице в их диаметрах принимают одинаковыми.

Пример.Исходные данные: кВт, об/мин, м, м, А, А, А, кг, кг, м, м; м, м, м, м², м, , .

Расчет болтов главного полюса:

номинальный момент

Н·м;

тангенциальная сила по (8.39)

Н;

сила тяжести полюса с обмоткой

Н;

из (8.40)

м²;

внутренний диаметр болта

мм = 13 мм

Выбираем болт М16 мм .

Проверка заклепок главных полюсов из (8.42)

Па.

Расчет болтов добавочного полюса

из (8.43)

Н;

из (8.44)

Н;

сила тяжести добавочного полюса с обмоткой

Н;

из (8.45)

Н;

из (8.46)

Н;

внутренний диаметр резьбы болта

м = 8,9 мм;

можно выбрать болт М12 мм ; для крепления главных и добавочных полюсов целесообразно выбирать одинаковые болты М16.

Полюсы синхронных машинчаще всего выполняются шихтованными. Листы для полюсов штампуются из электротехнической стали толщиной 0,5…1 мм — для машин небольшой мощности (до 100 кВт) и из марки Ст3 толщиной 1...2 мм — для более мощных машин.

Рис. 8.30. Концевые щеки полюсов синхронных машин	Листы собираются в пакет, по краям которого укладываются щеки. В зависимости от ширины полюса щеки имеют различную форму (рис. 8.30). Пакет стягивается шпильками, пропущенными через отверстия, предусмотренные в листах сердечника. Гайки утапливаются в тело щек. Коли­чество стяжных шпилек берется не ме­нее четырех. Диаметр шпилек и их чис­ло определяются по (8.42) и выбирают­ся таким образом, чтобы напряжение в них не превышало 60 МПа, а усилие, стягивающее сердечник, вызывало дав­ление между листами около 2 МПа. В машинах небольшой мощности полюсы болтами прикрепляют к валу или к напрессованной в него втулке (рис. 8.31).
Крепление полюсов в синхронных ма­шинах мощностью свыше 100 кВт зависит от размеров ротора и частоты его вращения. В тихоходных машинах полюсы к ободу магнитного колеса прикрепляются с помощью болтов, которые вворачиваются в стержни, вставленные в тело полюса (рис. 8.32, а). В быстроходных машинах полюсы прикрепляются к остову ротора с помощью хвостов Т-образной формы (рис. 8.32, б), а в некоторых случаях в форме ласточкина хвоста (8.32, в). Т-образные хвосты более технологичны, поэтому они имеют преимущественное применение, за исключением	Рис. 8.31. Крепление полюсов синхронных машин небольшой мощности

машин с небольшим диаметром ротора. Размеры Т-образных хвостов и пазов для них нормализованы. В табл. 8.6, в соответствии с рис. 8.33, приведены размеры хвостов и нагрузки в них в зависимости от толщины листов. Хвосты в пазы расклиниваются клиньями из шпоночной стали с уклоном 1 : 100. При необходимости полюс выполняют с двумя хвостами, расстояние между которыми обозначено в таблице буквой . При больших нагрузках тонкие листы шихтованного магнитопровода теряют устой­чивость и коробятся. Для увеличения механической устойчивости хвоста его кромки иногда провариваются по специально выштампованным лункам.

Расчет крепления полюсов Т-образными хвостами в синхронных машинах производится путем сопоставления нагрузки на хвост с до­пустимой нагрузкой по табл. 8.6. Нагрузка на хвост обусловлена центробежной силой, которая определяется на единицу максимальной частоте вращения.

Рис. 8.32. Крепление полюсов синхронной машины большой мощности

Таблица 8.6. Размеры паза

№ хвоста	Размеры выступа, мм	Размеры паза, мм	Толщина листа, мм	Допустимая нагрузка, кН/м
										Хвост не проварен	Хвост проварен
					—						0,5
					—	1,5					1,5
						1,5					1,5
						1,5					1,5
						1,5					1,5

Центробежная сила полюса с обмоткой на 1 м длины полюса, Н/м,

, (8.48)

где — средний радиус центра тяжести полюса (рис. 8.34), м, равный

, (8.49)

где — массы полюса и катушки обмотки возбуждения на 1 м длины, кг/м; — максимальная частота вращения (для синхронных машин общего назначения ).

Рис. 8.33. Размеры паза и хвосты Т-образной формы   Рис. 8.34. Полюс с Т-образным хвостом

Масса катушки обмотки возбуждения на 1 м длины, кг/м,

, (8.50)
где — поперечное сечение проводника обмотки возбуждения, м²;
— число витков в катушке; коэффициент 1,05 учитывает изоляцию проводника.

Масса полюса на 1 м длины, кг/м,

, (8.51)

где — площадь поперечного сечения полюса с полюсным наконечником и хвостами, м²; для предварительных расчетов площадь хвостов можно принимать равной 7% площади сердечника.

По найденной из (8.48) силе С' по табл. 8.6 выбирается тип хвоста. В том случае если полученная из расчета нагрузка на хвост превышает допустимую, полюс можно выполнять с двумя или большим числом хвостов. При учете возможной неравномерности распреде­ления усилий между хвостами нагрузка на каждый из них по сравне­нию с табличной снижаются на 10% при двух хвостах и на 20% при трех.

Пример.Исходные данные: об/мин, м, м, м²; м, м, , толщина листа 1,5 мм.

Из (8.50)

кг/м;

из (8.51)

кг/м;

из (8.49)

м;

из (8.48)

Н/м

По табл. 8.6. для этой машины может быть выбран хвост № 2 без проварки основания.

Расчет крепления полюсов с помощью ласточкиныххвостов. Закрепление полюсов в ободе ротора с помощью выступов в виде ласточкина хвоста (см. рис. 8.32, в) применяют в машинах средней мощности, когда радиальная высота обода ротора может оказаться недостаточной для размещения паза Т-образной формы. Закли­нивание хвостов производят двумя затяжными клиньями с укло­ним 1 : 200, расположенными с боковой стороны хвоста.

В табл. 8.7 даны размеры нормализованных ласточкиных хвостов и пазов для них (обозначения см. на рис. 8.35).

Таблица 8.7. Размеры ласточкина хвоста

№ хвоста	Размеры хвоста, мм	Размеры паза, мм	Толщина листа, мм	Допустимая нагрузка, кН/м
											Хвост не проварен	Хвост проварен
		4,4		16,5	4,5	1,5	19,2	6,5		17,5	1,5	1,5
		6,4		20,5	4,5	1,5	23,2	6,5	26,5		1,5	1,5
		8,4		24,5	4,5		27,2	6,5	30,5			1,5
		10,9		29,5	4,5	2,5	32,2	6,5		31,5	2,5	1,5
		13,9		36,5	4,5		38,2	6,5	43,5			1,5
		17,4		44,5	4,5		45,2	6,5	51,5			1,5

Выбор хвоста производится так же, как и в предыдущем случае, исходя из рассчитанной по (8.48) нагрузки.

Расчет крепления полюса при помощи болтов. Число болтов для крепления полюса выбирается не менее двух. Для того чтобы не происходило удлинение болтов под действием центробежной силы при вращении ротора, болты ставят с предварительным натяг, который превышает центробежную силу на 20%.

Центробежная сила полюса при максимальной скорости, Н,

, (8.52)

где — масса одного полюса, равная сумме масс сердечника, обмотки возбуждения и демпферной (пусковой) обмотки (берется из электромагнитного расчета); — по (8.49).

Внутренний диаметр резьбы болта, м,

. (8.53)

Рис. 8.35. Размеры паза и ласточкина хвоста

Допустимое напряжение для болтов из стали марок Ст5 и 30 составляет 120 МПа. Пример.Исходные данные: кг, об/мин, м, м. Из (8.49) м; по (8.52) Н.

Внутренний диаметр болта по (8.53)

м = 29,4 мм.

По диаметру мм выбирается ближайший по размеру болт М36 мм .

Расчет межполюсных распорок. При вращении ротора на проводники обмотки возбуждения действует центробежная сила направленная по радиусу ротора. Эту силу, приложенную к центру тяжести проводника, можно разложить на две составляющие, одна из которых направлена по продольной оси полюса, а другая — перпендикулярно этой оси (рис. 8.36). Продольная составляющая воспринимается полюсным наконечником, а поперечная составляющая стремится выгнуть проводник в межполюсное пространство. Поперечная составляющая одинакова для всех проводников катушки, т. е. не зависит от положения витка по высоте полюса. Напряжение на изгиб в медном проводнике катушки полюса, Па, определяют по формулам:

а) для катушки с двумя радиусами закругления (рис. 8.36)

; (8.54)

б) для катушки с одним радиусом закругления

. (8.55)

Индексы в формулах соответствуют обозначениям на рис. 8.36. Значения и подставляются в метрах.

Уменьшение напряжений при увеличении отношения , учитывают коэффициентом (рис. 8.37).

Рис. 8.36. К расчету межполюсных распорок   Рис. 8.38. Межполюсные распорки

Рис. 8.37. Зависимость   Если напряжение на изгиб медного проводника, полученное по (8.54) или (8.55), меньше или равно 50 МПа, то межполюсные распорки можно не ставить. Если же МПа, то для укрепления обмотки между катушками следует поставить распорки (рис. 8.38). Их количество по длине машины определяют по формуле , (8.56) принимается равным ближайшему целому числу. Напряжение в медном проводнике при наличии распорок, Па . (8.57)

Боковое давление на распорку, Н,

. (8.58)

Пример.Исходные данные: об/мин, м, м, м, м, м, , катушка — с двумя радиусами закругления.

.

По рис. 8.37 .

Из (8.54)

МПа.

Определяем число распорок:

;

принимаем , тогда

Па.

Боковое давление на распорку по (8.58)

Расчет кромки полюсного наконечника. Наиболее опасным сечением полюсного наконечника является сечение А–А (по рис. 8.39). Кромка полюса испытывает изгибающий момент от центробежных сил обмотки и самой кромки. При наличии межполюсных распорок, опирающихся на кромку полюса, на нее будут также действовать моменты от сил бокового давления обмотки через распорку и от центробежной силы распорки. Поэтому при проектировании полюса, главным образом полюса быстроходных машин, необходимо проверить напряжение в кромке.

Центробежная сила 1 м обмотки, Н/м,

. (8.59)

Центробежная сила кромки полюса, Н/м,

, (8.60)

где — масса кромки полюса, кг/м; и — расстояние от оси вращения до

центра тяжести обмотки и кромки полюса, м; и — размеры проводника обмотки возбуждения, м. Сила, действующая на 1 м от бокового давления обмотки через распорку, Н/м, , (8.61) где — сила бокового давления на распорку по (8.58); — половина угла между полюсами;

Рис. 8.39. Силы, действующие на кромку полюса

— опорная на кромку длина (аксиальная) распорки, м.

Силы, действующие на 1 м кромки, от центробежной силы распорки, Н/м,