CC BY
27
2. Пунин Е. И. Маркетинг менеджмент и ценообразование на предприятиях в условиях рыночной экономики. М.: Международные отношения, 1993. 109 с.
O. Yamnikova, E. Yakimovich
Value analysis of punch design
A value analysis for a cold sheet metal forming punch based on a morphological design analysis has been performed. The value analysis has considered the actual manufacturing costs of the punch's components
Пол учено 12.11.2009
УДК 621.7
Т. А. Дуюн, канд. техн. наук, доц., tanduun@mail.ru (Россия, Белгород, БГТУ им. В. Г. Шухова)
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИБРОУСТОЙЧИВОСТИ ПРИ ТОЧЕНИИ КОНТАКТНОЙ ПОВЕРХНОСТИ КОЛЛЕКТОРА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Рассмотрен вопрос обеспечения виброустойчивости процесса точения контактной поверхности коллектора электродвигателя постоянного тока. Контактная поверхность коллектора имеет неоднородную структуру, состоящую из чередующихся пластин меди и изоляции, вследствие чего сила резания при точении периодически изменяет свое значение. Представлена методика прогнозирования параметров вибрации при точении и предотвращения возможности возникновения резонансных процессов.
Ключевые слова: виброустойчивость, коллектор, резонансные процессы, точение.
Коллектор является наиболее сложным и ответственным звеном электрической машины, и именно его технический уровень определяет надежность и ресурс работы этого класса машин. Процесс коммутации в скользящем контакте щеточно-коллекторного узла является сложным процессом, а коллектор во время работы находится в напряженно-деформированном состоянии, обусловленном рядом воздействий: механических, физико-химических, тепловых и электромагнитных.
В связи с этим для обеспечения хороших условий коммутации к качеству контактной поверхности коллектора предъявляются весьма жесткие требования. Требования к шероховатости контактной поверхности коллектора регламентируются величиной Ra 0,2...0,8 мкм. Биение коллектора в готовой машине должно быть не более 0,03...0,04 мм. Половина этого значения обуславливается зазором подшипников и эксцентриситетом подшипниковых щитов, то есть на долю допустимого биения коллектора остается 0,007.0,01 мм (для машин средней мощности).
Механическая обработка контактной поверхности коллектора является важным и ответственным этапом в технологии изготовления коллектора, так как в ее процессе формируются необходимые показатели качества. Традиционная технология механической обработки включает: предварительную черновую, получистовую, чистовую токарную обработку и шлифование. В процессе обработки коллектор проходит через рад состояний, характеризуемых параметрами качества. Каждая операция технологического процесса приводит к изменению этих параметров. Это означает, чго все операции и их технологические переходы следует рассматривать не изолировано, а во взаимосвязи, так как конечные характеристики формируются всем комплексом технологических воздействий и изменяются пи эксплуатации.
Особенностью процесса резания при точении коллектора является то, что резание носит прерывистый характер, так как коллектор состоит из чередующихся медных и изоляционных пластин (рис.1). Механические свойства изоляционного материала значительно отличаются от свойств меди, в связи с этим процесс резани будет характеризоваться импульсным изменением параметров резания.
Рис.1. Фрагмент сечения коллектора:
Ь$ - толщина изоляционной прокладки; Ьї - толщина коллекторной
пластины
Выражение, описывающее закон изменения во времен тангенциальной составляющей силы резания при точении прерывистой поверхности коллектора, имеет вид
Ы
Р2 їде 0 <<Т
V
Ь'
к ■р їде Т--^<<т
(1)
где Рг - тангениаьна составляющая силы резания, Н; ? - время, мс; V - скорость резани, мм/мс; Т - период колебания силы резания, мс; bр - толщи а. изоляционной прокладки, мм; к - коэффициент, учитывающий изменение силы резани при резани изоляционного материма.
Импульсное изменение параметров резания, в частности сиы резани, может приести к вынужденным колебаним, а в некоторых случах и к автоколебаниям.
Обеспечение виброустойчивости точени является важной задачей, так как вибраци окаывают крайне негативное воздействие на производительность процесса и качество обрабатываемой поверхности. При черновых режимах налиие вибраций ограничивает допустимую сиу и скорость резани, снижа производительность процесса. А при чистовых режимах вибрации окаывают существенное влияние на шероховатость обрабатываемой поверхности.
Одним из основных критериев допустимых параметров вибрации является следующее [1]: частота вынуждающей силы/в не должна совпадать с первой собственной частотой/ изгибных колебаний резца:
/в <(0,7 -0,75/. (2)
Частота вынуждающей силы будет равна частоте изменени импульсов силы резани, которая зависит от частоты вращения коллектора и числа его коллекторных пасти, Гц:
/в <(0,7 -0,75/, (3)
где п - частота вращения коллектора, об/мин; т - число коллекторных пластин.
На рис. 2 представлено семейство зависимостей частоты вынуждающей сиы при точении контактной поверхности коллектора от числа коллекторных пластин при различных значения частоты вращени коллектора.
Частота собственных изгибных колебаний державок резцов зависит от сечения державки и вылета резца. Собственные частоты коле бани державок резцов лежат в пределах от 1000 до 6000 Гц [1]. На графиках рис. 2 видно, что частота вынуждающей силы при точении коллекторов достаточно велика и соизмерима с частотой собственых колебаний державок резцов, следовательно, наожене даного огранченя имеет значение. В зависимости от числа коллекторных пласти коллектора и требуемой частоты вращеня необходимо подбиать сечене державки и вылет резца. При неправильном выборе частота возмущающей сиы может совпасть с частотой собственых колебаний резца, что повлечет за собой резонансный процесс.
3000
/в(т, 100)
----- 2500
/в(т, 150)
/в(т,2(Ю)
/в(т, 250)2000
/в(т, 300)
Ж™, 350)1500
/е(>,400)
/е(т,450)
- - • 1000 /в(т,500)
/в(т, 550) /в{т, 600)
0
100
150
200
250
300
т
Рис. 2. Зависимость частоты вынуждающей силы (Гц) при точении контактной поверхности коллектора от количества коллекторных пластин при различных значения частоты вращения (об/мин)
Собственную частоту колебаний державки резца определим по методике [1]:
где Ко - коэффициент уменьшения собственной частоты изгибных колебаний державки резца; I - вылет резца, м; EJ - жесткость на изгиб резца; Е - модуль упругости первого рода, Н/м2; J - момент инерции поперечного сечения резца, м4; т - погонна масса резца, кг/м; т = д/ g; д - вес единицы длины резца, Н/м; g - ускорение силы тяжести, м/с .
Коэффициент уменьшения собственной частоты колебаний державки
2 2
резца определяется в соответствии с критерием I / і (см /см), где і характеризует геометр тески е размеры поперечного сечения державки:
(4)
(5)
где і - площадь поперечного сечения державки резца, см2. Момент инерции поперечного сечен и резца
12 ’
где В и Н - размеры державки резца, м.
J = ВН1
Размер державки резца выбирается в зависимости от обрабатываемого диаметра. Диаметры коллекторов большинства электродвигателей лежат в интервале от 60 до 400 мм. Для этого интервала диаметров рекомендуются [2] размеры державок от 16х25 до 25 х40мм. Определим собственные частоты для данных типоразмеров державок. На рис. 3 представлены семейства графиков зависимости частоты собственных колебаний державки резца от вылета резца для различных размеров державки.
Рис. 3. Зависимость частоты собственных колебаний (Гц) державки резца при точении контактной поверхности коллектора от вылета резца (м) для различных размеров державок Н х В (м)
Анализируя величины собственных частот колебаний державок резцов, можно сделать вывод, что с увеличением размеров державки частота собственных колебаний увеличивается. Зависимость частоты колебаний резца от вылета резца носит экстремальный характер. Для каждого типоразмера державки резца существует свое экстремальное (максимальное) значение собственной частоты колебаний. Вылет резца, на котором обеспечивается максимальное значение собственной частоты колебаний, можно считать оптимальным вылетом для данного типоразмера державки резца, так как данный вылет обеспечивает гарантированное выполнение основного критерия отсутствия резонанса коле бани (2).
Графики на рис. 3 демонстрируют, что с превышением оптимального значения вылета резца собственная частота державки резца резко переходит в область более низких частот, что увеличивает опасность совпадения частоты вынуждающей силы с собственной частотой державки резца и развития резонансного процесса.
Исхода из универсальности применения резцов для обработки коллекторов с количеством пластин до 300 штук, а также из условия fв <(0,7 -0,75/, минимльно допустима частота собственных колебаний державки резца не должна быть меньше 4100 Гц. Из шести рекомендуемых типорамеров державок первые два типорамера (16 х 25 и 20 х 25 мм) не удовлетворяют данному условию. Однако они могут быть использованы для коллекторов с количеством пластин до 200 шт. (таблица).
Оптимальные значения вылета резца для обеспечения еиброустойчиеой работы
Размер державки HxB,мм Вылет резца, мм Собственна частота державки резца, Гц
1б x 25 30 30б0
20 x 25 35 3б80
20 x 32 35 41б3
25 x 25 40 432б
25 x 32 40 4895
25 x 40 40 5472
Использование данной методики дает возможность прогнозировать параметры вибрации процесса точения прерывистой контактной поверхности коллектора электродвигателя и предотвратить возможность возникновения резонансных процессов.
Библиографический список
1. Васин С. А. Прогнозирование виброустойчивости инструмента при точении и фрезеровании. М.: Машиностроение, 2006. 384 с.
2. Справочник технолога'-машиностроителя: в 2 т. Т.2. 5-е изд., испр. /Дальский А. М. [ и др.]. М.: Машиностроение-1, 2003. 944 с.
T. Dujun
Achievement vibrostability turning of electric motor's collector connecting face
Electric motor's collector connecting face has heterogeneous pattern made by cupper plates alternate with isolator plates. This results periodical changing of turning force. The prediction technique ofvibration parameters is offered.
Получено 12.11.2009
