第八章 结构设计与机械计算

1、第八章第八章 结构设计和机械计算结构设计和机械计算结构设计和机械计算结构设计和机械计算是电机设计的一个组成部分，它主是电机设计的一个组成部分，它主要在电磁设计完成后进行，以解决机械部分的设计问题。要在电磁设计完成后进行，以解决机械部分的设计问题。从电机的进一步发展来看，除了采用从电机的进一步发展来看，除了采用新技术新技术，新材新材料料新工艺新工艺外，很重要的一个环节就外，很重要的一个环节就是进行是进行结构改进结构改进内容：电机的基本结构，结构设计的基本内容、原则和内容：电机的基本结构，结构设计的基本内容、原则和方法，电机主要零部件（机座、转轴、换向器及厚壁圆方法，电机主要零部件（机座、转轴、换

2、向器及厚壁圆筒）的机械计算。筒）的机械计算。8-1 电机的基本结构型式电机的基本结构型式一、一、总体结构的分类总体结构的分类影响电机总体结构的因素很多，例如电机的类别、运行影响电机总体结构的因素很多，例如电机的类别、运行条件、原动机或被传动机械的种类及传动方式、电机的容量条件、原动机或被传动机械的种类及传动方式、电机的容量与转速、冷却方式、防护型式、轴承型式和数目、安装方式与转速、冷却方式、防护型式、轴承型式和数目、安装方式等等。等等。正确定电机的总体结构时，必须根据技术条件或技术任正确定电机的总体结构时，必须根据技术条件或技术任务书务书(建议书建议书)提出的要求，结合具体情况来进行提出的要求

3、，结合具体情况来进行（一）按通风冷却系统分类（一）按通风冷却系统分类空冷：自冷、自扇冷、他扇冷、管道通风、自由循空冷：自冷、自扇冷、他扇冷、管道通风、自由循环通风、封闭循环通风等；环通风、封闭循环通风等；氢、水等：封闭循环氢、水等：封闭循环（二）按防护型式分类（二）按防护型式分类 开启、防护、封闭、防爆、防水、水密、潜水、开启、防护、封闭、防爆、防水、水密、潜水、潜油等潜油等例如例如IP54IP防护等级防护等级IP（INGRESS PROTECTION）防护等级系）防护等级系统是由统是由IEC（INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION）所起草。将电器依

4、其防尘防湿气之特性加以）所起草。将电器依其防尘防湿气之特性加以分级。这里所指的外物含工具，人的手指等均不可接触到电分级。这里所指的外物含工具，人的手指等均不可接触到电器内之带电部分，以免触电。器内之带电部分，以免触电。IP防护等级防护等级是由两个数字所组是由两个数字所组成，第成，第1个数字表示灯具离尘、防止外物侵入的等级，第个数字表示灯具离尘、防止外物侵入的等级，第2个个数字表示灯具防湿气、防水侵入的密闭程度，数字越大表示数字表示灯具防湿气、防水侵入的密闭程度，数字越大表示其防护等级越高，两个标示数字所表示的防护等级如表一及其防护等级越高，两个标示数字所表示的防护等级如表一及表二所示：表二所示

5、： 表一：第一个标示特性号码（数字）所指的防护程度表一：第一个标示特性号码（数字）所指的防护程度 0 没有防护没有防护 对外界的人或物无特殊防护。对外界的人或物无特殊防护。 1 防止大于防止大于50mm的固体物体侵入的固体物体侵入 防止人体（如手掌）防止人体（如手掌）因意外而接触到灯具内部的零件。防止较大尺寸（直径大于因意外而接触到灯具内部的零件。防止较大尺寸（直径大于50mm）的外物侵入。）的外物侵入。 2 防止大于防止大于12mm的固体物体侵入的固体物体侵入 防止人的手指接触到防止人的手指接触到灯具内部的零件防止中等尺寸（直径大灯具内部的零件防止中等尺寸（直径大12mm）的外物侵入。）的外

6、物侵入。 3 防止大于防止大于2.5mm的固体物体侵入的固体物体侵入 防止直径或厚度大于防止直径或厚度大于2.5mm的工具、电线的工具、电线 或类似的细节小外物侵入而接触到灯具或类似的细节小外物侵入而接触到灯具内部的零件。内部的零件。 4 防止大于防止大于1.0mm 的固体物体侵入的固体物体侵入 防止直径或厚度大于防止直径或厚度大于1.0mm的工具、电线或类似的细节小外物侵入而接触到灯具的工具、电线或类似的细节小外物侵入而接触到灯具内部的零件。内部的零件。 5 防尘防尘 完全防止外物侵入，虽不能完全防止灰尘进入，完全防止外物侵入，虽不能完全防止灰尘进入，但侵入的灰尘量并不会影响灯具的正常工作。

7、但侵入的灰尘量并不会影响灯具的正常工作。 6 防尘防尘 完全防止外物侵入，且可完全防止灰尘进入。完全防止外物侵入，且可完全防止灰尘进入。表二：第二个标示特性号码（数字）所指的防护程度表二：第二个标示特性号码（数字）所指的防护程度 0 没有防护没有防护 没有防护。没有防护。 1 防止滴水侵入防止滴水侵入 垂直滴下的水滴（如凝结水）对灯具不会造成垂直滴下的水滴（如凝结水）对灯具不会造成有害影响。有害影响。 2 倾斜倾斜15度时仍可防止滴水侵入度时仍可防止滴水侵入 当灯具由垂直倾斜至当灯具由垂直倾斜至15度时，度时，滴水对灯具不会造成有害影响。滴水对灯具不会造成有害影响。 3 防止喷洒的水侵入防止喷

8、洒的水侵入 防雨，或防止与垂直的夹角小于防雨，或防止与垂直的夹角小于60度的方度的方向所喷洒的水进入灯具造成损害。向所喷洒的水进入灯具造成损害。 4 防止飞溅的水侵入防止飞溅的水侵入 防止各方向飞溅而来的水进入灯具造成损防止各方向飞溅而来的水进入灯具造成损害。害。 5 防止喷射的水侵入防止喷射的水侵入 防止各自各方向由喷嘴射出的水进入灯具防止各自各方向由喷嘴射出的水进入灯具造成损害。造成损害。 6 防止大浪的侵入防止大浪的侵入 装设于甲板上的灯具，防止因大浪的侵袭而装设于甲板上的灯具，防止因大浪的侵袭而进入造成损坏。进入造成损坏。 7 防止浸水时水的侵入防止浸水时水的侵入 灯具浸在水中一定时间

9、或水压在一定的灯具浸在水中一定时间或水压在一定的标准以下能确保不因进水而造成损坏。标准以下能确保不因进水而造成损坏。 8 防止沉没时水的侵入防止沉没时水的侵入 灯具无限期的沉没在指定水压的状况下，灯具无限期的沉没在指定水压的状况下，能确保不因进水而造成损坏。能确保不因进水而造成损坏。 除以上除以上2位数字外，尚有位数字外，尚有2位可选择字母：位可选择字母：附加字母：防止接近危险部件附加字母：防止接近危险部件A 手背手背B 手指手指C 工具工具D 金属线金属线补充字母：专门补充的信息补充字母：专门补充的信息H 高压设备高压设备M 做防水试验时试样运行做防水试验时试样运行S 做防水试验时试样静止做

10、防水试验时试样静止W 气候条件气候条件（三）按安装结构型式分类（三）按安装结构型式分类 IM1IM9二、二、主要类型电机的典型结构简述主要类型电机的典型结构简述（一）感应电机（一）感应电机1、封闭式封闭式2、防护式防护式3、箱型结构箱型结构（二）同步电机（二）同步电机1、凸极同步电机凸极同步电机（1） 卧式凸极同步电机卧式凸极同步电机（2） 立式凸极同步电机立式凸极同步电机2、隐极同步电机隐极同步电机（三）直流电机（三）直流电机8-2 结构设计的基本内容、原则和方法结构设计的基本内容、原则和方法一、一、结构设计的基本内容和原则结构设计的基本内容和原则1、结构设计的基本内容、结构设计的基本内容

11、确定电机的总体结构型式，包括防护型式、轴承型式和数确定电机的总体结构型式，包括防护型式、轴承型式和数目、轴伸型式、安装方式、通风系统等。目、轴伸型式、安装方式、通风系统等。 确定零部件的结构型式、材料、形状、尺寸、加工精度、确定零部件的结构型式、材料、形状、尺寸、加工精度、形位公差、表面粗糙度和技术要求等。形位公差、表面粗糙度和技术要求等。 确定某些零部件之间的机械连接方式、配合种类等。确定某些零部件之间的机械连接方式、配合种类等。 核算零部件的机械性能。核算零部件的机械性能。2、设计原则设计原则 应保证电机在规定期限内能安全可靠地运行；应保证电机在规定期限内能安全可靠地运行； 所有结构型式一

12、般应符合有关国家标准规定，如防护型所有结构型式一般应符合有关国家标准规定，如防护型式、轴承型式、中心高、外形尺寸、安装尺寸等；式、轴承型式、中心高、外形尺寸、安装尺寸等； 尽量使零部件符合尽量使零部件符合“标准化、系列化、通用化标准化、系列化、通用化”的要求；的要求； 应具有良好的结构工艺性；应具有良好的结构工艺性； 应考虑电机装拆和维修方便；应考虑电机装拆和维修方便； 适当注意外形美观。适当注意外形美观。二、结构设计的方法二、结构设计的方法（一）交流电机的结构设计（一）交流电机的结构设计1、确定总体结构、确定总体结构2、确定定转子的结构、确定定转子的结构 定子结构设计的内容和方法定子结构设计

13、的内容和方法 定子铁心：确定轴向和周向固紧方式；定子铁心：确定轴向和周向固紧方式；径向通风道元件的结构；径向通风道元件的结构；如采用扇形片时，确定扇形片划分、鸽尾槽数目、尺寸、布型；如采用扇形片时，确定扇形片划分、鸽尾槽数目、尺寸、布型；大型还要确定铁心两端阶梯部分的具体结构；大型还要确定铁心两端阶梯部分的具体结构；定子绕组：应先计算和作图求得端部尺寸；确定固定方式；定子绕组：应先计算和作图求得端部尺寸；确定固定方式；作出定子的分装草图。作出定子的分装草图。 转子结构设计转子结构设计 转子铁心：如同步机确定磁极和磁轭的详细结构尺寸固紧方转子铁心：如同步机确定磁极和磁轭的详细结构尺寸固紧方式；式

14、； 如其它转子铁心，除具有轴向通风道时要确定相应的如其它转子铁心，除具有轴向通风道时要确定相应的结构外，其它与定子铁心情况相似；结构外，其它与定子铁心情况相似； 转轴：转轴： 设计转轴各档部分尺寸，加工精度，形位公差，表面设计转轴各档部分尺寸，加工精度，形位公差，表面光洁度；光洁度； 核算转轴的机械强度。核算转轴的机械强度。 转子铁心与转轴组合：套轴式、支架式。决定转子铁心和转转子铁心与转轴组合：套轴式、支架式。决定转子铁心和转国的径向尺寸的关系；国的径向尺寸的关系； 作出转子草图。作出转子草图。 端盖结构和尺寸端盖结构和尺寸主要根据通风系统、绕组对地绝缘距离轴承套结构及端主要根据通风系统、绕组对地绝缘距离轴承套结构及端盖的刚度与强度等方面的要求确定。盖的刚度与强度等方面的要求确定。 作出总装草图，同时布置风扇作出总装草图，同时布置风扇 校核各部件的相对位置，必要间隙是否适当，安装、校核各部件的