資料介紹
換向器本身是一個(gè)通常由銅制成的開(kāi)口環(huán),該環(huán)的每一段都連接到電樞線(xiàn)圈的兩端。如果電樞具有多個(gè)線(xiàn)圈,則換向器將類(lèi)似地具有多個(gè)段-每個(gè)線(xiàn)圈的每一端一個(gè),彈簧刷位于換向器的每一側(cè),并在換向器旋轉(zhuǎn)時(shí)與換向器接觸,為換向器片和相應(yīng)的電樞線(xiàn)圈提供電壓。當(dāng)電刷經(jīng)過(guò)換向器中的間隙時(shí),所提供的電荷會(huì)切換換向器片,從而切換電樞線(xiàn)圈的極性。線(xiàn)圈中極性的這種切換可保持電樞沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。
電刷之間的電壓幅度在零和最大值之間波動(dòng),但始終保持相同的極性。換向器是分段構(gòu)造的,這些分段彼此絕緣。當(dāng)刷子從一個(gè)片段傳遞到另一片段時(shí),有瞬間刷子同時(shí)接觸兩個(gè)片段。這被稱(chēng)為中性面,此時(shí),感應(yīng)電壓為零。否則,電刷會(huì)使線(xiàn)圈的兩端短路,并由于高壓而引起火花。
換向器表面要求
為了碳刷能在換向器表面既快速又平穩(wěn)的運(yùn)行,換向器的表面必須有一定的峰谷高度, 為了避免產(chǎn)生過(guò)大的摩擦系數(shù),換向器表面沿軸向測(cè)量時(shí)的峰谷高度為 6-10um時(shí)為最佳,在這個(gè)高度的前題下,車(chē)床紋數(shù)越多越好。
同時(shí), 換向器的軸線(xiàn)在整個(gè)銅片長(zhǎng)度上應(yīng)該是平穩(wěn)的運(yùn)行, 如果換向器的表面太光滑, 碳刷在換向器表面運(yùn)行的摩擦系數(shù)就會(huì)增大, 甚至于爬行而發(fā)出咯咯聲。在這種情況下, 換向器表面就不能形成正常的金屬氧化膜接觸層, 電火花會(huì)使換向器表面涂色不均, 從而增大碳刷的磨損。有好的一種情況是,在這種情況下?lián)Q向器有時(shí)會(huì)因?yàn)榛鸹ǚ烹姸兊么植谄饋?lái), 持續(xù)一段時(shí)間后,碳刷最終會(huì)變成平穩(wěn)的運(yùn)行。但多數(shù)會(huì)因?yàn)檫@種不平穩(wěn)的運(yùn)行使換向器變得不圓, 碳刷會(huì)很快磨完,從而使電機(jī)短命。
換向器精車(chē)加工特點(diǎn) 換向器工作表面的精車(chē)加工質(zhì)量已經(jīng)成為影響有刷電機(jī)運(yùn)行換向性能的關(guān)鍵,而對(duì)微特電機(jī)換向器表面精車(chē)加工的主要質(zhì)量要求有:換向器的外徑和長(zhǎng)度尺寸符合工藝要求,外圓相對(duì)軸承擋的跳動(dòng)不大于 0.006mm,外圓圓度不大于 0.003mm,片間高低差不大于 0.0015mm,表面粗糙度 Ra0.1μm ~ Ra0.8μm、 Rz0.8μm ~ Rz3.2μm,下刻槽槽口應(yīng)無(wú)飛邊或拉伸現(xiàn)象,表面紋路清晰、光滑、粗細(xì)均勻,表面無(wú)銅屑粘黏。
換向器表面加工特性
在電機(jī)行業(yè)中換向器的換向片材料主要有無(wú)氧銅(或電解銅)和銀銅合金材料兩大類(lèi)。其主要成分均為銅,由于銅屬于典型的塑性材料,質(zhì)地韌軟,強(qiáng)度、硬度低。線(xiàn)膨脹系數(shù)大,加工易發(fā)熱,尺寸精度較難控制,易產(chǎn)生銅屑粘黏。且換向器工作表面加工有下刻絕緣槽,精車(chē)加工為斷續(xù)切削,在槽口邊緣易產(chǎn)生飛邊或拉伸現(xiàn)象。在切削過(guò)程中,隨刀尖的不斷切入,當(dāng)切應(yīng)力達(dá)到 并超過(guò)工件材料的屈服強(qiáng)度,開(kāi)始發(fā)生塑性變形,形成剪切滑移 變形,而后隨著剪刀面對(duì)材料的擠壓,最終形成絲狀或帶狀切屑, 沿前刀面流出。
已加工表面受到切削刃鈍圓部分與后刀面的擠壓和摩擦,產(chǎn)生變形和回彈,造成纖維化和加工硬化。在換向器 精車(chē)加工過(guò)程中,應(yīng)選擇合適的刀具材料、刀具幾何參數(shù)及切削參數(shù),以控制切削溫升和已加工表面的變形及回彈,以保證換向器表面精車(chē)加工質(zhì)量。
換向器精車(chē)刀具選擇
PCD 刀具材料的特點(diǎn) 聚晶金剛石復(fù)合材料(簡(jiǎn)稱(chēng) PCD)的主要優(yōu)點(diǎn)有:硬度高;耐磨性好;摩擦系數(shù)小;導(dǎo)熱系數(shù)高;熱膨脹系數(shù)低;與有色金 屬和非金屬材料間的親和力很小。其脆性大是 PCD 材料的缺點(diǎn),這可以通過(guò)合理選擇刀具角度 和制訂相應(yīng)的加工工藝,以降低沖擊對(duì)它的影響。PCD 材料一般選擇淡黃色十二面體,結(jié)晶純、顆粒重不 大于 1.5 克拉的為最好。在刃磨之前應(yīng)對(duì) PCD 材料精車(chē)定向,確定晶軸,找出刃磨方向,晶體盡量要完整,晶體頂角處不得有裂紋和裹體。
刀頭幾何形狀選擇 在車(chē)削加工過(guò)程中,車(chē)削加工后在已加工表面會(huì)留下極小部分未加工,殘留在已加工表面。當(dāng)進(jìn)給量 f 不變時(shí),刀頭圓弧半徑 r 增大則H減小,粗糙度下降。但一味增大r,由于與精車(chē)切削深度(即切削余量)、進(jìn)給量不匹配,導(dǎo)致切削過(guò)程中對(duì)已加 工表面產(chǎn)生擠壓,以致加工表面刀紋紊亂、粗細(xì)不一致、有斷點(diǎn)、 不光滑。根據(jù)微特電機(jī)換向器精車(chē)加工留量和精車(chē)后的表面粗糙度要 求,精車(chē)刀尖形狀選擇 R0.1mm 較為合適。
刀具幾何角度選擇 根據(jù)換向器材料特性和微特電機(jī)換向器精車(chē)加工的余量很小等特點(diǎn),故選擇較小的前角 γ=12°來(lái)保證刀具切削刃的鋒利性和較大的后角 α=14°以減少刀具后角面與換向器表面摩擦,控制切削溫度升高,導(dǎo)致切屑形成積屑瘤。
PCD 車(chē)刀刀刃非常鋒利,刃部粗糙度很低,摩擦系數(shù)小,切屑易于排出,但由于換向器為非連續(xù)的銅排表面,有下刻云母的窄槽存在,切下的銅屑呈針狀或顆狀,若不及時(shí)排出,很易飛濺或粘黏在換向器表面或刀尖上,影響換向器表面質(zhì)量。?
由于 PCD 材料的耐熱性較差,當(dāng)切削溫度超過(guò) 700℃~800℃時(shí), 它就會(huì)碳化(形成CO2)而完全失去硬度。銀銅的塑性變形大,摩擦系數(shù)大,在切削時(shí)和刃口及刀面的摩擦大,這樣當(dāng)提高切削速度,加大吃刀量時(shí),因切削熱猛增而破壞正常切削,這給進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量造成障礙,在 PCD 車(chē)刀加工過(guò)程中選用高負(fù)壓的抽風(fēng)排屑方法,用高速氣流將切屑及時(shí)吸走,同時(shí)也對(duì)換向器和刀具表面起到冷卻作用。
結(jié)論
PCD 材料有硬度 大、耐磨、表面粗糙度值低、摩擦系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn),采用此材料的刀具并選擇合適的刀具幾何角度和切削參數(shù)精車(chē)加工換向器,完全能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量要求,避免了傳統(tǒng)精車(chē)后用鉤刀清理槽口的弊端,因而能有效改善電機(jī)換向。
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