第八章 结构设计与机械计算

第八章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，除了采用新技术，新材料．新工艺外，很重要的一个环节就是进行结构改进内容：电机的基本结构，结构设计的基本内容、原则和方法，电机主要零部件（机座、转轴、换向器及厚壁圆筒）的机械计算。§8-1电机的基本结构型式一、 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务书(建议书)提出的要求，结合具体情况来进行（一）按通风冷却系统分类空冷：自冷、自扇冷、他扇冷、管道通风、自由循环通风、封闭循环通风等；氢、水等：封闭循环（二）按防护型式分类开启、防护、封闭、防爆、防水、水密、潜水、潜油等例如IP54IP防护等级IP（INGRESSPROTECTION）防护等级系统是由IEC（INTERNATIONALELECTROTECHNICALCOMMISSION）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器内之带电部分，以免触电。IP防护等级是由两个数字所组成，第1个数字表示灯具离尘、防止外物侵入的等级，第2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：

表一：第一个标示特性号码（数字）所指的防护程度0没有防护对外界的人或物无特殊防护。1防止大于50mm的固体物体侵入防止人体（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50mm）的外物侵入。2防止大于12mm的固体物体侵入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12mm）的外物侵入。3防止大于2.5mm的固体物体侵入防止直径或厚度大于2.5mm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。4防止大于1.0mm的固体物体侵入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内部的零件。5防尘完全防止外物侵入，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。6防尘完全防止外物侵入，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0没有防护没有防护。1防止滴水侵入垂直滴下的水滴（如凝结水）对灯具不会造成有害影响。2倾斜15度时仍可防止滴水侵入当灯具由垂直倾斜至15度时，滴水对灯具不会造成有害影响。3防止喷洒的水侵入防雨，或防止与垂直的夹角小于60度的方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各方向飞溅而来的水进入灯具造成损害。5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造成损害。6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进入造成损坏。7防止浸水时水的侵入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。8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，能确保不因进水而造成损坏。除以上2位数字外，尚有2位可选择字母：附加字母：防止接近危险部件A手背B手指C工具D金属线补充字母：专门补充的信息H高压设备M做防水试验时试样运行S做防水试验时试样静止W气候条件（三）按安装结构型式分类IM1～IM9二、 主要类型电机的典型结构简述（一）感应电机1、 封闭式2、 防护式3、 箱型结构（二）同步电机1、 凸极同步电机（1） 卧式凸极同步电机（2） 立式凸极同步电机2、 隐极同步电机（三）直流电机§8-2结构设计的基本内容、原则和方法一、 结构设计的基本内容和原则1、结构设计的基本内容①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。②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。③确定某些零部件之间的机械连接方式、配合种类等。④核算零部件的机械性能。2、 设计原则①应保证电机在规定期限内能安全可靠地运行；②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；③尽量使零部件符合“标准化、系列化、通用化”的要求；④应具有良好的结构工艺性；⑤应考虑电机装拆和维修方便；⑥适当注意外形美观。二、结构设计的方法（一）交流电机的结构设计1、确定总体结构2、确定定转子的结构①定子结构设计的内容和方法定子铁心：确定轴向和周向固紧方式；径向通风道元件的结构；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；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。②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式；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；转轴：设计转轴各档部分尺寸，加工精度，形位公差，表面光洁度；核算转轴的机械强度。转子铁心与转轴组合：套轴式、支架式。决定转子铁心和转国的径向尺寸的关系；作出转子草图。③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盖的刚度与强度等方面的要求确定。④作出总装草图，同时布置风扇校核