8.7.2. Расчет бандажей и клиньев

В пазах роторов и якорей располагаются обмотки, на которые при вращении действуют центробежные силы. Для предотвращения перемещения в радиальном направлении обмотки должны быть надежно закреплены.

Лобовые части обмоток закрепляют бандажами, намотанными из проволоки или стекловолокна. Закрепление пазовой части обмотки посредством бандажей можно применять для машин постоянного тока относительно небольшой мощности (при диаметрах якоря до 300...350 мм), имеющих открытые пазы. Бандажи располагают в специальных канавках магнитопровода, которые образуются в результате применения листов меньшего диаметра, чем основные (рис. 8.50).

Рис. 8.50. Якорь машины постоянного

тока с креплением обмотки бандажами

Применение бандажей имеет определенные преимущества, так как при этом уменьшается высота зубца, что приводит к уменьшению магнитного напряжения зубцов и потерь при их перемагничивании. Однако при больших скоростях (при > 35 м/с) применение бандажей становится нерациональным, так как бандажи перекрывают чрезмерно большую поверхность якоря, что ухудшает его отдачу. При наличии проволочных бандажей из-за потерь в них понижается КПД машины, а при бандажах из магнитной проволоки ухудшается коммутация. При наличии кольцевых канавок увеличи­вается воздушный зазор, а, следовательно, и магнитное напряже­ние зазора. Поэтому у более мощных машин постоянного тока, имеющих на роторе (якоре) полузакрытые пазы, крепление обмоток в активной части производят клиньями.

Расчет бандажей. Для бандажей применяют магнитную или стальную немагнитную проволоку или стеклоленту. При частотах перемагничивания более 50 Гц и в напряженных по коммутации машинах на активной части преимущественно применяют немагнитную проволоку. Диаметр проволоки для бандажей предварительно выбирают в пределах 0,8…2,0 мм (меньшие диаметры проволоки берут для машины с меньшим диаметром якоря).

Для уменьшения потерь бандаж делят на части, для чего по длине магнитопровода делают несколько канавок. Длину каждой канавки следует принимать не более 15.. .20 мм, а общая длина всех канавок не должна превышать 35% длины магнитопровода. На лобовых частях обмотки ширина бандажей может достигать 40 мм. Более широкие бандажи также следует делить на части или применять укладку в несколько слоев по высоте.

Под проволочными бандажами на пазовой и лобовой частях обмотки якоря подкладывают миканит толщиной 0,3. ..0,4 мм. Внешний диаметр установленных бандажей не должен превышать внешнего диаметра якоря. Для укрепления бандажей по ширине применяют скрепки из белой жести шириной 8. ..15 мм, припаиваемые оловянным припоем (рис. 8.51).

Рис. 8.51. Крепление концов проволоки бандажей якоря:

а — на магнитопроводе; б — на лобовых частях обмотки

По сравнению с проволочными бандажи из стеклоленты, пропитанной синтетическими смолами, имеют преимущества. У них нет собственных потерь, они не требуют наложения изоляции между бандажом и обмоткой, менее трудоемки в изготовлении. Недостатком таких бандажей является их большая толщина, так как стеклолента имеет меньшую механическую прочность.

При расчете бандажа исходят из того, что он испытывает напряжение от центробежных сил обмотки и самого бандажа. Число витков проволочного бандажа

, (8.103)

где — диаметр проволоки бандажа, м;— допустимое напряжение растяжения, принимаемое для стальной бандажной проволоки равным 450·10⁶ Па; — максимальная частота вращения, об/мин; — напряжение от центробежных сил бандажа, Па.

Для бандажей из стали

, (8.104)

При определении числа витков бандажа, располагаемого на магнитопроводе, в (8.103) подставляют массу проводников и изоляции пазовой части обмотки, кг:

, (8.105) где — число пазов якоря; — полная длина магнитопровода якоря, м;— по (8.101).

Для нахождения винтов бандажа с одной стороны лобовой части в (8.103) подставляют массу , кг:

, (8.106)

где — длина лобовой части проводника, м; — площадь поперечного сечения проводника, м²; коэффициент 1,2 приближенно учитывает массу изоляции.

Число витков бандажа из стеклоленты определяют по формула

, (8.107)

где — площадь поперечного сечения ленты, м²; — допустимое напряжение растяжения, равное 150·10⁶ Па для стеклоленты класса нагревостойкости и 130·10⁶ Па для класса.

Для бандажей из стеклоленты, Па,

. (8.108)

Для бандажей используется лента ЛСБ (ТУ 6.11.22) толщиной 0,18. ..0,2 мм и шириной 10, 15, 20, 25, 30 мм. Высоту бандажных канавок на магнитопроводе якоря выбирают равной от 2 до 3,5 мм.

Пример. Двигатель постоянного тока имеет данные: кВт, максимальная эксплуатационная частота вращения (при ослаблении поля) 2200 об/мин,м,м,,м,м;м², м².

Из (8.101)

кг.

Масса пазовой части обмотки с изоляцией по (8.105)

кг.

Напряжение от центробежных сил по (8.108)

Па.

По (8.107)

.

Расчет клиньев. Клинья изготовляют из гетинакса, текстолита, стеклотекстолита и дерева (бука, клена, ясеня). Клин рассчитывают на изгиб как балку с сосредоточенной нагрузкой посредине. Эта нагрузка равна центробежной силе пазовой части обмотки. Расчет производится на 1 м. Исходя из этого определяется предварительная высота клина , (рис. 8.51), м:

. (8.109)

Центробежная сила пазовой части обмотки на 1 м, Н/м,

,

где — по (8.101); — средняя ширина клина, м (рис. 8.52),

.

Допустимое напряжение на изгиб для гетинакса равно 20 МПа, для текстолита — 35 МПа, для дерева при расположении волокон поперек паза — 8 и вдоль паза — 4 МПа.

По найденной высоте из табл. 8.9 подбирают нормализованные размеры клина. Приведенные в таблице размеры даны в соответствии с рис. 8.52. По производственным соображениям высота клина должна составлять не менее 0,256.

После выбора клина проводят поверочный расчет. Напряжение на изгиб, Па,

. (8.110)

Напряжение на срез, Па,

, (8.111)

где — в метрах по рис. 8.52 и табл. 8.9.

Рис. 8.52. К расчету пазового клина

Таблица 8.9. Размеры клина

, мм	3	4	5	6	7	8
, мм	+1	+1,2	+1,8	+2,3	+2,9	+3,2
, мм	2,5	3,5	4,5	5,5	6,5	7

Допустимое напряжение на срез для гетинакса равно 10 МПа, для текстолита — 15 МПа, для дерева при расположении волокон поперек паза — 4 и вдоль паза — 2 МПа.

Пример. Тот же двигатель, что и в предыдущем примере (кВт). Размеры пазам. Остальные данные те же.

Из (8.101)

кг.

Центробежная сила пазовой части обмотки

Н/м.

Материал клина — текстолит с МПа. Выбираем=14·10^-3м.

Из (8.109)

м.

По табл. 8.9 выбираем клин с = 4·10^-3м;= 12 + 1,2 = 13,2 мм;= 3,5 мм.

Проводим проверку:

По (8.110)

Па;

по (8.111)

Па.

Выбранный клин имеет достаточную механическую прочность.