Методичка: Расчёт трёхфазного асинхронного двигателя

Толщина стенки подшипникового щита выбирается такой же, как и толщина станины (если они выполнены из одного материала). При необходимости установки в подшипниковых щитах решеток с жалюзи, выполненных из штампованного стального проката, в стенках щита предусматриваются фигурные окна. Ширина соединительных полос между внешней окружностью щита и гнездом подшипника должна не менее чем в 4…5 раз превышать толщину стенки.

При высоте оси вращения h ? 160 мм, подшипниковый щит крепится к станине четырьмя болтами (подшипниковая крышка - тремя) с углом установки 60є относительно друг друга в верхней и нижней частях щита. При h = 180…250 мм крепление щита осуществляют шестью болтами (крышки - тремя или четырьмя), а при h = 180…250 мм - восемью (крышки - четырьмя или шестью). Диаметр болтов для крепления щитов обычно на один стандартный размер больше, чем диаметр болтов для крепления подшипниковых крышек, но не менее 4 мм.

Размер подшипниковой крышки во многом определяется размерами подшипника, устанавливаемого в корпусе подшипникового щита, а соответственно и диаметром вала под подшипником.

Диаметр вала, выполняемого обычно из стали 45, под ротором dВ определяется в процессе электромагнитного расчета, а размеры выходного вала, цапфы и заплечиков вала за подшипником во многом зависят от величины максимального момента, развиваемого двигателем. Величину максимального момента Mmax можно определить по результатам расчета механической характеристики или по формуле

Mmax ? 4·10-3 Mmax* pP2Н ? 0,01pP2Н , (20)

где Mmax* - относительное значение максимального момента; p - число пар полюсов машины; P2Н - полезная номинальная мощность машины, Вт.

D1

D0D

d1 d2 d3

l1

Р и с. 6. Подшипниковый узел с основными размерами

Таблица 17. Размеры выступающего конца вала электрических двигателей

Таблица 18. Размеры призматических шпонок на цилиндрических частях вала

Размеры вала машины в зависимости от величины максимального момента и в соответствии с рис. 6 приведены в табл. 17. Линейные размеры шпонок, применяемых для крепления элементов сочленения с приводом и устанавливаемых на выходном конце цилиндрического вала в соответствии с исполнением по монтажу IM1001 и ГОСТ 8788-68, приведены в табл. 18.

Примечание. Длину призматической шпоноки l, мм, выбирают из ряда (ГОСТ 8789-68) 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180. Для выступающего конца цилиндрического вала электродвигателей она должна быть не менее ?l1 (по табл.17)

Подшипники выбирают согласно рекомендациям [4, с. 252-261] . Для унификации внешние и внутренние диаметры передних и задних подшипников обычно выбирают одинаковыми. По габаритным размерам подшипников определяют внешние диаметры и установочные размеры подшипниковых крышек. Внутренний диаметр крышки для удержания внешнего кольца подшипника согласно рис. 6 определяется как D2 = 0,91D - для подшипников легкой серии, D2 = 0,9D - для подшипников средней и тяжелой серий. Диаметр крепительных болтов dБ ? 0,06D, но не менее 4 мм. Стандартные значения диаметров болтов выбираются из ряда 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 24 мм.

При количестве болтов крепления, равном трем, применяются подшипниковые крышки с ушками для болтов крепления. Их габаритные размеры в соответствии с рис. 6 D1 = 1,1D, D0 = 1,2D, DВНЕШ = = 1,3D. При количестве болтов крепления, равном четырем или более, применяют цилиндрические крышки со следующими габаритными размерами (с точностью до 5 мм): D0 = 1,15D, D1 = DВНЕШ = = 1,25D. Толщину стенок подшипниковых крышек допускается определять по формуле (19) с подстановкой принятого диаметра D1.

С учетом того, что подшипники электродвигателей чаще всего устанавливаются горячей посадкой на вал, между внешней подшипниковой крышкой и подшипником переднего подшипникового щита предусматривается зазор 1…2 мм. Это делается для того, чтобы избежать деформации вала от его линейного расширения в процессе нагревания при работе электродвигателя.

В машинах закрытого исполнения с h = 180…355 мм для 4А и с h = 132…250 для АИР крепление статора к станине осуществляется фиксацией потайными стопорными винтами. Винты устанавливаются по два в ряд и равномерно распределены по окружности статора. Число и диаметр винтов по окружности статора соответствует числу и диаметру болтов крепления подшипниковых щитов.

Глубина завинчивания стальных болтов и винтов определяется конструктивно. В зависимости от материала детали, в которую осуществляется завинчивание, глубина должна быть не менее 1,4 dБ - для алюминиевых деталей; 1,3 dБ - для чугунных деталей; 1,0 dБ - для стальных деталей. Глубина завинчивания стопорных винтов в пакет статора должна быть не менее 1,5 dБ , но она ограничена высотой спинки статора ha, определяемой в электромагнитном расчете. Если разница между минимальной глубиной завинчивания и высотой спинки статора составляет менее 2…3 мм, необходимо осуществлять крепление статора нажимными кольцами.

В машинах закрытого исполнения с IC0141 за задним подшипниковым щитом на стороне, обратной выходному концу вала, устанавливается вентилятор внешнего обдува. Пластмассовые вентиляторы крепятся на валу с помощью стопорного винта. Алюминиевые вентиляторы выполняются с посадкой на чугунную призматическую шпонку с фиксацией заплечиком заднего выходного конца вала и стопорным кольцом.

Вентилятор внешнего обдува закрывается кожухом с отверстиями для прохода наружного воздуха. Задняя часть станины в зависимости от выбранной конструкции и способа крепления может частично перекрываться кожухом вентилятора, при этом необходимо иметь в виду, что кожух вентилятора не должен мешать монтажу и демонтажу электродвигателя на установочной поверхности. Кожух крепится к заднему подшипниковому щиту или к станине винтами (4 или 5 мм) или болтами. Диаметр болтов (винтов) соответствует диаметру, принятому для крепления подшипниковых щитов, а их количество - числу болтов для крепления подшипниковых крышек.

При необходимости установки внутри машины внутренних вентиляторов и щеточных узлов общая длина станины lС увеличивается. При этом необходимо иметь в виду, что у асинхронных машин АИРНФ с h = 250…355 мм двухсторонняя радиальная вентиляция обеспечивается двумя внутренними вентиляторами, расположенными с обеих сторон сердечника ротора].

Способы крепления на валу токосъемных колец машин с фазным ротором рассмотрены в [4, с. 301-302, 334-336]. Внешний диаметр токосъемных колец может быть приближенно определен по формуле DК ? 0,6DР, где DР - внешний диаметр ротора. Ширина кольца bК определяется после выбора ширины щетки и должна быть чуть большей или равной ей. Расстояние между кольцами определяется конструкцией щеточного и обычно составляет ДbК ? (0,8…1,0) bК. Одностороннюю толщину кольца можно определить по формуле

. (21)

На станинах, обычно на лапах крепления к горизонтальной поверхности, предусматриваются заземляющие болты (обычно два). Диаметр болтов в зависимости от высоты оси вращения: М4 при h ? ? 63 мм; М6 при h = 71…132 мм; М8 при h = 160…200 мм; М12 при h = 225…355 мм.

Для монтажа и демонтажа двигателей с помощью подъемно-транспортных устройств служат рым-болты и захваты. Электродвигатели, выполненные в корпусе из цельной станины, обычно имеют один рым-болт сверху на оси центра тяжести машины. Коробка выводов, расположенная в подобных машинах серии 4А и АИ также сверху, не должна мешать захвату электродвигателя. Рым-болт - это стандартное изделие, внешний вид которого представлен на рис. 7. Его размеры в соответствии с ГОСТ 4751-67 сведены в табл. 19.

d1

d2d3

h

h1

l1

d d4

Р и с. 7. Грузовой винт (рым-болт)

Таблица 19. Винты грузовые (рым-болты) в соответствии с ГОСТ 4751-67

Массу асинхронного двигателя приблизительно можно определить по формуле m ? km h3 , где h - высота оси вращения, в метрах; km = 23000…28000 кг/м3 при h ? 80 мм, km = 25000…30000 кг/м3 при h = 90…180 мм, km = 28000…33000 кг/м3 при h = 200…355 мм (меньшие значения соответствуют машинам с короткой длиной магнитопровода, большие - со средней согласно [2]).

В асинхронных машинах, в которых станина выполнена из двух частей, верхняя их которых - из штампованной листовой стали, рым-болты не могут быть применены. В этом случае по бокам торцов в верхней части нижней полустанины крепятся захваты [4, рис. 9.9-9.10]. Внутренний диаметр захвата рекомендуется принимать из расчета d2 ? (3…4)HС, причем окончательное значение выбирается из ряда, представленного в табл. 19. Толщина захвата определяется как s ? (2…3)HС, где HС - толщина станины. Линейные размеры определяются из рис. 8.

(2,5…3,0)d2

1,5d2

0,5d2 d2

Р и с. 8. Грузовой захват

Для подключения двигателя к электрической сети в машинах серии 4А и АИ используются закрытые коробки выводов. При h ? 250 мм коробки изготавливаются из литого алюминия толщиной 3 мм и располагаются сверху станины со стороны выходного вала машины. При h ? 280 мм выводные коробки изготавливаются из литого чугуна толщиной 4…5 мм и располагаются на правой (со стороны выходного вала) боковой части станины. Для цилиндрических станин угол установки коробки выводов - 12є…15є от горизонтали.

В днище коробки установлена изоляционная втулка, сквозь которую проходят токоведущие шпильки. Изнутри к шпилькам присоединяются выводные провода обмотки статора, а снаружи - кабель питающей сети. Размеры шпильки и коробки выводов во многом определяются величиной проходящего электрического тока. Внешний вид коробки выводов представлен в [6], а примерные размеры сведены в табл. 20.

Таблица 20. Ориентировочные размеры коробок выводов асинхронных двигателей