直流電動(dòng)機(jī)換向器偏擺問題淺析

龐紅

摘要：分析實(shí)際生產(chǎn)中直流電動(dòng)機(jī)換向器偏擺的產(chǎn)生原因，并提出工藝改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：直流電動(dòng)機(jī);換向器;換向片;偏擺;措施

一、問題的提出

換向器是直流電機(jī)的重要部件之一。換向器的質(zhì)量直接影響到直流電機(jī)的可靠運(yùn)行，而換向器的偏擺超差是影響換向器質(zhì)量的重要因素。

換向器工作表面應(yīng)是圓柱形，并應(yīng)與電樞軸同軸。旋轉(zhuǎn)著的換向器和固定的電刷之間形成滑動(dòng)接觸。換向器工作面的形位公差常用工作面的徑向跳動(dòng)量來度量。所謂換向器的偏擺即直流電動(dòng)機(jī)換向器超速前和超速后其工作表面徑向跳動(dòng)之差，該偏擺值應(yīng)在產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)。在換向器生產(chǎn)過程中，由于以下原因，往往出現(xiàn)換向器偏擺超差。

二、分析原因

（1）換向片校平質(zhì)量差。換向片是換向器的導(dǎo)電部分。它的工作表面與電刷滑動(dòng)接觸。它既要傳導(dǎo)電流，以要承受離心力、熱應(yīng)力、摩擦力和電火花以至電弧的作用。

換向片大多采用由電解銅經(jīng)冷拉成形的梯形銅排經(jīng)落料制成。而梯形銅排在運(yùn)輸、搬動(dòng)過程中，以及落料時(shí)，常常發(fā)生變形。所以落料后的換向片必須經(jīng)過整平，以保證換向器片間壓力均勻。整平前應(yīng)先去除飛邊毛刺后，用整平模在摩擦壓力機(jī)上壓平，壓出了規(guī)則的幾排“齒”（俗稱麻點(diǎn)），上下模的“齒”相互錯(cuò)開，組裝后換向片受到擠壓而變平整。但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于磨擦壓力機(jī)、麻點(diǎn)模、整平模及操作者水平等因素的影響，常常造成換向片麻點(diǎn)清晰度不均勻，校平質(zhì)量差，從而使換向片各部位及換向片間受力不均勻，造成換向片組裝后外徑增大。

換向器成型后，為檢驗(yàn)換向器的制造質(zhì)量，需對換向器進(jìn)行動(dòng)壓超速試驗(yàn)。在動(dòng)壓超速時(shí)，換向片產(chǎn)生的離心力F：

式中：F ——換向片產(chǎn)生的離心力 N

G ——換向片的重量 kg

Dc ——換向片重心半徑 mm

ηmax ——最大運(yùn)行速度 r/min

可見，換向片校平質(zhì)量差，換向片組裝后外徑增大，導(dǎo)致?lián)Q向片的離心力增大，這是造成換向器偏擺的一個(gè)主要原因。

（2）換向器螺栓擰緊力矩小，使換向器易發(fā)生偏擺。如果操作時(shí)，換向器的壓力不均勻或螺栓擰緊力矩小，導(dǎo)致有的螺栓擰不到底，可能破壞換向器的圓柱形狀，使換向器重心偏移，而換向器的離心力與重心半徑成正比。因此，換向器螺栓擰緊力矩小或螺栓受力不均勻，也會(huì)導(dǎo)致?lián)Q向器的偏擺。

（3）V形絕緣環(huán)質(zhì)量差，厚度不均勻，滑片嚴(yán)重，燕尾槽表面粗糙度差，也會(huì)使換向器壓緊力全部作用在換向片V形槽的燕尾上，此壓緊力使換向片間產(chǎn)生的拱壓力使V形絕緣環(huán)與換向片3°C面接觸，從而造成換向器偏擺。

（4）換向器動(dòng)壓成型、超速因素。動(dòng)壓成型指開動(dòng)拖動(dòng)機(jī)，使換向器在家0%的最高工作轉(zhuǎn)速下回轉(zhuǎn)，同時(shí)加熱1–2小時(shí)，使換向器的溫度，由冷態(tài)均勻升到125±5°C。然后保持溫度不變，把轉(zhuǎn)速升到最高工作轉(zhuǎn)速，再回轉(zhuǎn)2–4小時(shí)。換向器經(jīng)動(dòng)壓成形后，在離心力的作用下迫使換向片的鴿尾壓緊于V形絕緣環(huán)上。如果換向片厚度不均勻，則在動(dòng)壓成型時(shí)，可依靠離心力的作用壓緊，使換向器不致在運(yùn)行時(shí)發(fā)生凸片現(xiàn)象。

1-換向片;2-片間絕緣;3、8-V型絕緣環(huán);4-絕緣套筒;5-套筒;6-壓圈;7-螺釘

超速試驗(yàn)是換向器在動(dòng)態(tài)成型后，接著把轉(zhuǎn)速升至超速試驗(yàn)轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)5分鐘。該試驗(yàn)轉(zhuǎn)速等于電機(jī)超速試驗(yàn)轉(zhuǎn)速加上5%的最高工作轉(zhuǎn)速，用于考驗(yàn)換向器的機(jī)械強(qiáng)度和質(zhì)量的穩(wěn)定性。過去一直采用手工操作，人工頻繁地升溫和降溫，易使換向器受熱不均勻，影響V形絕緣環(huán)固化，導(dǎo)致成型質(zhì)量差，造成換向器的偏擺。

5.換向器在加工生產(chǎn)過程中，是受人、機(jī)器、材料、方法、檢測和環(huán)境等主、客觀因素的影響，其中人的影響因素是最復(fù)雜和最主要的。操作者的責(zé)任心差，技術(shù)水平低，不嚴(yán)格按工藝操作，也是造成換向器超差的主要原因之一。

三、采取措施

（1）規(guī)范、加強(qiáng)手工校平換向片的操作工藝。操作者、麻點(diǎn)模、油壓機(jī)，任何一方出現(xiàn)誤差，都會(huì)導(dǎo)致?lián)Q向片校平效果差，麻點(diǎn)不均勻，扭曲變形。所以通過規(guī)范、加強(qiáng)手工校平換向片的操作工藝來彌補(bǔ)這一缺陷。

（2）加強(qiáng)V形云母環(huán)的質(zhì)量檢查。表面應(yīng)光滑無皺折，無裂紋，無機(jī)械損傷，質(zhì)地緊密，并進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。

（3）安裝自動(dòng)平衡記錄儀，將人工手動(dòng)操作改為自動(dòng)化操作，實(shí)現(xiàn)溫度自控，提高溫度測量精度，從而使換向器的受熱均勻，提高V形絕緣環(huán)的固化程度。

（4）通過各種形式的學(xué)習(xí)和宣傳，使操作者增強(qiáng)責(zé)任心，提高自身技術(shù)水平，自覺遵守工藝規(guī)程，并加大質(zhì)量考核力度，嚴(yán)格獎(jiǎng)罰制度。

實(shí)踐證明，通過以上措施，在實(shí)際生產(chǎn)中，換向器的偏擺超差可基本得到控制。

參考資料

李明緒.牽引電機(jī)制造.鐵道部工業(yè)總局出版社，1985.