1、第5章 换向器与集电环的制造工艺,5.1 换向器的结构形式 5.2 换向器的技术要求 5.3 拱形换向器的制造工艺 5.4 塑料换向器的制造工艺 5.5 紧圈式换向器的制造工艺特点 5.6 集电环的制造,5.1 换向器的结构形式,5.1.1 拱形换向器 5.1.2 塑料换向器 5.1.3 紧圈式换向器 5.1.4 分段式换向器,5.1.1 拱形换向器,图5-1 拱形换向器的结构 a)螺母紧固 1钢质V形压圈 2换向片 3V形绝缘环 4绝缘套筒 5钢质套筒 6螺母 b)螺钉紧固 1压圈 2绝缘套筒 3换向片 4V形绝缘环 5钢质套筒 6螺栓 c)螺杆紧固 1垫圈 2螺杆 3V形绝缘环 4换向片5
2、绝缘套筒 6升高片7钢质V形压圈 8钢质套筒,螺母紧固式拱形换向器。钢质套筒5和螺母6起紧固作用。,1-钢质V形压圈 2-换向片 3-V形绝缘环 4-绝缘套筒 5-钢质套筒 6-螺母,5.1.1 拱形换向器,螺钉紧固式拱形换向器螺钉6、V形压圈1和钢质套筒5起紧固作用。,1-V形压圈 2-绝缘套筒 3-换向片 4-V形绝缘环 5-钢质套筒 6-螺栓,5.1.1 拱形换向器,螺杆紧固式拱形换向器 长螺杆2、V形压圈7、钢质套筒8将换向器云母片紧固,1-垫圈 2-螺杆 3-V形绝缘环 4-换向片 5-绝缘套筒 6-升高片 7-压圈 8-套筒,5.1.1 拱形换向器,图5-2 铆接式拱形换向器,5.
3、1.1 拱形换向器,图5-3 拱形换向器受力状况,5.1.1 拱形换向器,5.1.2 塑料换向器,图5-4 塑料换向器结构 1换向器 2塑料 3加强环 4钢质套筒,5.1.3 紧圈式换向器,图5-5 紧圈式换向器结构,5.1.4 分段式换向器,当换向器直径较大，长度大于500mm时，为防止换向器工作表面呈腰鼓形变形，而将换向器做成多段式结构；各段换向器(片)之间用连接片4连接，最外面两个钢质V形压圈2仍用一套螺杆8拉紧。双段式换向器结构如图5-6所示。,图5-6 双段式换向器结构,5.2 换向器的技术要求,1)换向器表面应呈规则的圆柱形，直径、长度应符合规定的尺寸公差，工作表面径向圆跳动不超过
4、允许值；工作表面粗糙度，不允许有凸片和凹坑。 2)换向器端面和轴线保持垂直，端面圆跳动不超过0.10.5mm。 3)整个换向器各刷距下的换向片数要分布均匀； 4)换向片对轴线应平行。,5.2 换向器的技术要求,5)换向器的绝缘性能要可靠，片间绝缘和对地绝缘应能承受规定的耐压试验，在长期运行中绝缘性能应保持稳定良好。 6)换向片和升高片及电枢绕组的焊接应牢固可靠，运行中不应发生松动和开焊等缺陷。 7)换向器各零件应牢固可靠，在运行中不应有松动、脱落等现象。,图5-7 各刷距下换向片的均匀分布,图5-8 换向片对轴线偏斜差,P201 表5-1 换向器片的偏斜公差,5.3 拱形换向器的制造工艺,5.
5、3.1换向片制造 5.3.2升高片及其固定 5.3.3换向器云母板和V形绝缘环制造 5.3.4换向器装配,5.3 拱形换向器的制造工艺,图5-9 拱形换向器制造的主要工艺过程,5.3.1 换向片制造,换向片在电机运行中与电刷接触而导电，同时它又承受旋转产生的离心力，因此要求换向片的材料应具有良好的导电性、导热性、耐磨性、耐电弧性和具有一定的机械强度。电解纯铜(纯度在99.9 以上)能满足上述各项要求，采用的较多。近年来也有的采用银铜、镉铜、铬铜、稀土铜合金等材料。材料主要性能见P201 表5-2。,图5-10 换向片及其装配后的两种情形,冷拉铜排的截面形状和尺寸应符合图样规定的公差。P202表
6、5-3换向片尺寸偏差,图5-11 换向片铣槽夹具 1片铣刀 2螺钉 3开口垫圈 4压板 5换向片 6夹具体,图5-12 检验梯形铜排用的样板 1梯形铜排 2样板,5.3.2 升高片及其固定,图5-13 升高片结构形式,5.3.2 升高片及其固定,图5-14 升高片与换向片连接方式,图5-15 升高片和换向片磷铜焊接示意图 1熔断器 2刀开关 3大电流变压器 4升高片 5炭精夹 6换向片 7水 8水箱,5.3.3 换向器云母板和V形绝缘环的制造,1.换向器云母板 2.V形绝缘环,1.换向器云母板,在换向器中云母板与铜片应组成形状稳定的圆柱体。要求厚度均匀，具有一定的弹性，在高温高压作用下具有较小
7、的收缩率，老化较慢，其耐热等级应与电机的耐热等级相适应。换向器装配时不应有较多的胶粘剂流出和个别云母片滑出的现象。它的硬度应合适，加工时不脆裂，最好与铜具有相近似的磨损率。,2.V形绝缘环,三个主要工序： 1)坯料加工。 2)初步成形。 3)烘压。,图5-16 V形绝缘环的坯料,图5-17 V形绝缘环的截面图,图5-18 扇形坯料尺寸 a)扇形坯料 b)V形绝缘环,图5-19 V形绝缘环与扇形坯料的关系 1V形绝缘环 2扇形坯料,1）坯料加工,用剪刀按样板剪出坯料。 把一叠材料放上样板，两面夹紧，带锯上锯，效率高。 剪好的坯料一面涂胶粘剂晾干。,图5-20 V形绝缘环初步成型模 1压铁 2玻璃
8、纸 3云母板 4成型模 5带子,2）初步成形,按需要厚度，把几层扇形片交错叠起来，加热软化，围住初步成型模。加压铁压紧,图5-21 V形绝缘环的成型模 1模套 2上模板 3V形绝缘环 4下模 5圆环 6圆锥 7凸模 8脱模垫圈 9脱模压板,3）烘压成形,为提高强度，防止外力和热作用变形，进行烘压处理。,V形绝缘环外形检查 表面：光滑，无皱褶，无裂纹 尺寸：在公差范围内，角度符合 耐压试验 放在盛满金属颗粒的容器中，内外均有金属颗粒，加高压1min不击穿为合格。厚度不同，加的高压不同。,图5-22 V形环的耐压试验示意图,5.3.4 换向器装配,换向器装配包括的工序：把换向片和云母片排成圆形进行
9、片间云母的烘压处理 车V形槽 装V形绝缘环及压圈 进行V形绝缘环的烘压处理以及半精车 动平衡、超速等工序。换向片的装配和烘压称为一次装配（片装）；车过V形槽的铜片组与V形绝缘环及压圈装在一起，并进行烘压称为二次装配（器装）。1.排圆；2.冷热压；3车V形槽；4二次装配；5动压、超速试验,1.排圆,1）逐片测量换向片和云母片的厚度，并分类存放。 2）排圆时按一个换向片和一个云母片相加其厚度相等的条件，把云母片和换向片间隔排列。 3）要求片数准确，外圆尺寸应在规定的范围内，换向片与换向器轴线平行，升高片要排列整齐，换向器内圆处及升高片端云母片凸出于换向片的高度应一致。,常用排圆工艺： 升高片向上，
10、以一端为基准在平台上排圆 换向片与云母片利好用绳子扎住，找正 围上压瓦，套上压圈 直径超差时，调整云母片厚度,2.冷热压,图5-23 圆锥形压紧圈 1锥形环 2锥状扇形块,均匀增加片间压力；压紧后保持。油压机,换向器冷压后，进行加热烘压，控制时间温度压力。将片间云母多余的胶粘剂挤出并使胶粘剂固化（两次） 最后再冷压一次,表5-7 换向器片烘压规范,表5-8 换向器直径公差,3.车V形槽,换向片和云母片排圆并经烘压处理以后，拆除夹紧工具之前在车床上车出V形槽。车V形槽加工质量要求如下： 1)两端V形槽应保持同轴，同轴度应不大于0.03mm。 2)V形槽形状要精确，用图5-24所示的样板检查，30
11、锥面不允许有间隙，3锥面容许有0.050.1 mm间隙。 3)V形槽表面粗糙度应达到Ra1.6m。 4)换向片间不允许有短路现象。,图5-24 V形槽检查样板,图5-25 V形槽加工的装夹方法 1螺杆 2锥形环 3扇形块 4换 向片组 5夹具体 6四爪卡盘,图5-26 片间短路试验电路示意图 1熔断器 2灯泡 3开关 4试棒,4.二次装配,二次装配即换向器总装配（或称为器装）。二次装配的任务是把换向器所有零件组装起来，再进行烘压，使换向器成为坚固稳定的整体。装配时应有清洁的工作环境，防止粉尘和杂物进入换向器内部。拧紧螺钉或螺母时，要对称均匀地进行，以保证换向片端面与压圈端面的平行。,4.二次装
12、配,表5-9 换向器二次装配烘压规范,5.换向器的回转加热(动压及超速试验),1)工作表面线速度大于13ms的换向器。 2)可逆转电动机的换向器。 3)双段结构的换向器。 4)特殊重要的换向器。,图5-27 换向器回转加热设备 1温度计 2换向器 3软木板 4直流电动机 5保温箱,5.3.5 换向器的电气性能试验,1.片间短路试验 2.耐压试验,1.片间短路试验,片间短路试验在车完 V形槽以后进行，试验电路示意图如图5-26所示。用两支试棒，加220V交流电压于相邻的换向片上逐次试验，用灯泡(或电铃)指示有无短路存在。,2.耐压试验,表5-10 换向器对地耐压试验,耐压试验分三次进行： 装配后
13、，烘压前：2.5UN+2600V 烘压后，回转加热前：2.5UN+2500V 压轴后，接线圈前：2.5UN+2400V,5.3.6 总装配后的加工,（1）压轴前，套筒内侧插出一个键槽，与铁心槽配合。位置由换向片定 （2）换向片表面精车，允许直径大于图样。 （3）片间云母下刻。云母磨损慢，凸出造成换向火花。嵌线后接线与换向片焊接后进行。,5.3.6 总装配后的加工,图5-28 用车床改制的云母下刻机,5.3.6 总装配后的加工,图5-29 云母不下刻时的下料图,5.4 塑料换向器的制造工艺,5.4.1 塑料换向器的用料 5.4.2 塑料换向器的制造工艺 5.4.3 塑料换向器的加强环 5.4.4
14、 塑料换向器的质量检查,5.4.1 塑料换向器的用料,塑料成分：合成树脂、填充剂、增塑剂、附加物等。热固性塑料：酚醛塑料、三聚氰胺塑料、聚酰亚胺等。热塑性塑料：有机玻璃、聚乙烯塑料。 1)酚醛树脂玻璃纤维压塑料。B绝缘 2)聚酰亚胺玻璃纤维压塑料。H绝缘,5.4.2 塑料换向器的制造工艺,其第一次装配和烘压方法与拱形换向器同，检验合格片间短路检查后进行塑料压制。 1)称塑料重量。 2)塑料预热。 3)压模和换向片组预热。 4)装料。 5)热压。 6)烘焙处理。,图5-30 塑料换向器压模 1上压板 2上模 3加料模腔 4换向器带 压圈 5顶板 6下模座 7下压板 8模心 9螺栓 10定位柱,5
15、.4.3 塑料换向器的加强环,1)将绕制用模具放到恒温箱内加热到(1455)，时间不少于1h。 2)从恒温箱内取出模具，在模具表面涂上脱模剂浸硅橡胶的甲苯饱和溶液。 3)将模具夹在车床或专用机床的主轴上，从模具端头开始绕制，绕到与挡圈外圆平齐为止。 4)热固化处理。 5)从恒温箱中取出加强环和模具，冷却到室温后脱模，加强环即制成。,图5-31 绕制加强环的模具结构 1轴 2模心 3挡圈 4螺母,5.4.4 塑料换向器的质量检查,1)外观检查。光滑、无裂缝、气泡疏松 2)超速试验。测径向圆跳动合格。 3)测绝缘电阻。热态130 ，大于5兆欧 4)破坏性试验。 低温试验，从室温突然冷却到-40，检
16、查塑料换向器的表面有无裂纹； 在120130温度下，换向器破坏时的转速应大于2倍额定转速。,5.5 紧圈式换向器的制造工艺特点,拱形换向器？塑料换向器？紧圈式换向器？优缺点。 1.内紧圈式换向器的制造 2.外紧圈式换向器的制造,1.内紧圈式换向器的制造,图5-32 内紧圈式换向器结构 1换向片 2钢紧圈 3钢紧圈绝缘层 4套筒绝缘 5套筒,1.内紧圈式换向器的制造,一次装配前（换向片云母板加工；排圆及烘压处理）与拱形换向器相同。钢紧圈的制造及装配。钢紧圈-铬钼钢制成；绝缘层-0.12mm环氧酚醛玻璃布半叠包7层，内加一层聚酰亚胺薄膜，热压成型。钢紧圈热套冷却箍紧换向片组。套筒绝缘为玻璃比，仍烘
17、压热套装配。,2.外紧圈式换向器的制造,外紧圈式换向器结构。一次装配时采用两套加紧工具。烘压工艺同前面的紧圈烘压工艺。,2.外紧圈式换向器的制造,图5-33 两套夹具夹紧换向片 1、2锥状扇形块 3临时紧圈 4锥 形环 5、7垫圈 6换向片组,2.外紧圈式换向器的制造,图5-34 热套钢紧圈 1临时紧圈 2绝缘层 3钢紧圈 4夹紧工具 5换向片组,2.外紧圈式换向器的制造,外紧圈式换向器热套紧圈工艺： 烘压处理后，换向器组一端车出5mm圆柱面，热套一个临时紧圈，撤掉夹紧工具；将要热套紧圈的位置车平，控制尺寸，垫云母，热套紧圈。最后车掉临时紧圈及被包围的铜片。再进行套筒装配和车换向器外圆。,2.
18、外紧圈式换向器的制造,图5-35 云母片的排列,5.6 集电环的制造,5.6.1 集电环的分类 5.6.2 集电环制造的工艺要点。,5.6.1 集电环的分类,集电环是集电装置中最重要的部分。根据电机转子引出线的需要，环的数目是不等的。旋转磁极式同步发电机的转子，集电环中环的数目为两个；异步电动机的绕线转子中，环的数目一般为三个。集电环有各种不同的形式，其主要差别在于它的固定方法；但它们有一个共同点，就是把环和套筒固定在一起，并互相绝缘。把环和套筒固定在一起的整体称为集电环。,5.6.1 集电环的分类,集电环的形式有以下几种： 1.整体式塑料集电环 2.装配式集电环 3.支架装配式集电环 4.热
19、套在轴上的集电环,1.整体式塑料集电环,整体式塑料集电环常用酚醛玻璃丝纤维(4330)压塑料连同三个金属环压制成一个整体，如图5-36所示。这种集电环结构简单，制造方便。主要用于一般用途电动机。,图5-36 整体式塑料集电环,2.装配式集电环,主要由金属环、开口衬套、衬垫绝缘和套筒组成，如图5-37所示。衬垫绝缘可采用玻璃布板或塑性云母板，一般为0.2mm环氧酚醛玻璃布板(3240)加若干层0.05mm厚聚酯薄膜组成(薄膜至少两层，可作为调整厚度用)，其总厚度应比装配压缩后的尺寸增加0.150.20mm，以保证装压后有一定紧度。广泛用于中型电机。,图5-37 装配式集电环,3.支架装配式集电环
20、,金属环用绝缘垫圈相互绝缘，金属环与套筒间相互绝缘，借助带有绝缘的长螺杆把金属环和绝缘垫圈压紧在套筒固定架上。如图5-38.特点：金属环的直径较大，能安放多块电刷，大电流工作。适用于高速电机。,图5-38 支架装配式集电环,4.热套在轴上的集电环,这种集电环的金属环直接热套在包有绝缘层的转轴(或套筒)上，以满足高电压、大电流和离心力作用下运行可靠的要求。这种集电环主要用于高速大型电机。汽轮发电机中，集电环就直接热套在转子轴上，如图5-39所示。,4.热套在轴上的集电环,图5-39 汽轮发电机集电环,5.6.2 集电环制造的工艺要点,在集电环中，金属环、套筒和引出线头是最基本的构件。不同形式的集电环中，这三个基本构件的制造基本上是相同的。在电机运行中，依靠电刷和金属环的良好接触，而把转子和外电路连接起来。作为导电用的金属环，必须有良好的导电性能，同时必须有良好的耐磨性和硬度。,5.6.2 集电环制造的工艺要点,引出线头和金属环连接可以采用银焊焊接，也可以采用栓接。套筒材料一般为铸铁。整体式塑料集电环用热固性塑料，模压成形。装配式集电环可以采用冷压法（环氧酚醛玻璃布板），也可以采用热压法（塑型云母板）。钢制金属环外圆精车滚压。集电环装配完成后要进行机械强度和电气性能试验。,
