/
Text
с.
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗЕОТОВ^НИЯ
МАЛОГАБАРИТНЫХ
ГИРОМОТОРОВ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ СОЮЗНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО СУДОСТРОИТЕЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Ленинград 1961
В книге рассматриваются вопросы технологии изготовления деталей и узлов, а также сборки и испытаний одного из основных элементов любого гироскопического прибора — гиромотора. Основное внимание уделено технологии электрического гиромотора малых габаритов. Дано описание приспособлений, обеспечивающих высокую точность изготовления.
Материал книги расположен в последовательности обработки деталей и сборки узлов, принятой при производстве гиромоторов.
Книга предназначена для инженерно-технических работников приборостроительной промышленности. Может быть полезна студентам приборостроительных специальностей высших технических и учащимся средних технических учебных заведений.
ВВЕДЕНИЕ
Гиромотор, являясь основным элементом всякого гироскопического прибора, решающим образом влияет на точность прибора и надежность его работы. Гироскоп для обеспечения требований заданной точности, как правило, должен обладать большим кинетическим моментом в отведенных ему габаритах, высокой стабильностью положения своего центра тяжести, высоким постоянством величины кинетического момента, низким уровнем вибрации и др. Надежность работы гироскопа во многом зависит от запаса ресурсов работы скоростных шарикоподшипников, запаса прочности маховика ротора, запаса электрической прочности изоляции. Обеспечение же последних требований зависит не только от правильности выбора основных параметров гироскопического прибора и его конструкции, но и от правильности технологии изготовления деталей и узлов гироскопической системы.
Основными технологическими задачами, которые должны быть решены при изготовлений и испытании гироскопических приборов, являются: /
1. Получение высоких классов шероховатости поверхности деталей, в частности посадочных мест. •
Это необходимо для уменьшения количества и высоты гребешков на поверхности деталей, задерживающих на них посторонние частицы после обработки, а также для облегчения возможности очистки деталей от этих частиц. Выполнение данного требования (вместе с обеспечением чистоты в сборочных помещениях) способствует повышению надежности и точности гироскопов, так как при этом снижается вероятность повышения вибрации и выхода из строя шарикоподшипников из-за попадания в них посторонних частиц, понижается вероятность динамической разбалансировки ротора за счет перемещения относительно него дополнительных частиц, вероятность смещения центра тяжести за счет смятия дополнительных частиц в посадочных местах и др.
2. Обеспечение сохранения геометрической формы деталей.
Это необходимо для предотвращения появления дефектов, вызываемых изменением геометрической формы деталей, из которых собран гиромотор, в результате их естественного старения или сня
тия внутренних напряжений, что может быть при испытаниях и эксплуатации гиромоторов.
К таким дефектам относится, например, нарушение динамической балансировки ротора, нарушение стабильности положения центра тяжести, нарушение соосности цапф.
3. Обеспечение возможности дальнейшего сужения допусков на размеры деталей и на их отклонения от правильной геометрической формы.
Это требование преследует цель создания условий для дальнейшего повышения стабильности статической и динамической балансировки гиромоторов, обеспечения большей надежности посадок колец шарикоподшипников, стабилизирования веса деталей.
Решение перечисленных вопросов может быть обеспечено при условии изготовления всех деталей гироскопов по правильно составленному и проверенному в производстве технологическому процессу. Однако технология изготовления и испытания гиромо-торов еще недостаточно широко освещена в отечественной литературе. В иностранной литературе по указанному вопросу имеются лишь отдельные журнальные статьи.
Целью настоящей книги является ознакомление с технологией изготовления гиромоторов некоторыми отечественными и зарубежными заводами.
В книге кратко рассмотрены вопросы общей технологии и обработки на металлорежущих станках, увязанные с технологией изготовления деталей гиромоторов. Последовательность изложения материала близка к последовательности обработки деталей и сборки узлов гиромоторов на приборостроительных заводах.
В книге описаны также некоторые специфические приспособления, дающие точные результаты обработки. Освещены прогрессивные технологические процессы и даются рекомендации их применения в производстве.
ГЛАВА ПЕРВАЯ
КОНСТРУКЦИИ ГИРОМОТОРОВ
§ 1. ГИРОСКОП И ЕГО ПРЕЦЕССИЯ
Основным элементом любого ляется быстро вращающийся ротор, смонтированный на двух опорах
гироскопического прибора яв-Ротор / гироскопа (рис. 1), во внутреннем кардановом
кольце 3, имеет свободу вращения вокруг оси АА. Внутреннее кольцо 3 может свободно вращаться вокруг своей оси ВВ на опорах в наружном кардановом кольце 2. Наружное кольцо свободно вращается вокруг наружной оси СС в опорах, смонтированных в корпусе прибора К-Все три указанные оси должны быть попарно взаимно-перпендикулярными и пересекаться в одной точке О, называемой точкой подвеса гироскопа. Оси АА, ВВ и СС соответственно называются главной, внутренней и наружной осями подвеса гироскопа. По аналогии с осями подвеса опоры, обеспечиваю-
С|.
Рис. 1. Гироскоп в кардановом подвесе
Щие вращение ротора вокруг
оси А А, называются главными опорами подвеса, или просто главными, а опоры, обеспечивающие вращение вокруг осей ВВ и СС, опорами подвеса.
Кардановый подвес обеспечивает гироскопу свободу вращения вокруг трех осей АА, ВВ и СС и тем самым позволяет оси А А ротора принимать в пространстве любое положение. В зависимости от количества осей подвеса гироскопы имеют две или три степени
5
свободы. В описываемой модели гироскопа (рис. 1) ротор может поворачиваться вокруг трех осей АА, В В и СС. Такой гироскоп принято называть гироскопом с тремя степенями свободы. Если
Рис. 2. Влияние зазоров подшипников на точность гироскопа
в этом гироскопе одно кольцо подвеса сделать неподвижным, то гироскоп будет иметь только две степени свободы. В зависимости от числа степеней свободы гироскоп приобретает разные свойства, широко используемые в технике.
Вращение ротора гироскопа наиболее часто осуществляется с помощью либо пневматического, либо электрического привода. В обоих случаях мощность двигателя должна обеспечивать вращение ротора с большими оборотами (десятки тысяч в минуту), а его конструкция гарантировать сохранение постоянства рабочих оборотов ротора . и его бесперебойную работу в течение длительного времени в условиях резкого изменения температуры, а также наличия вибраций и ускорений основания прибора. Гироскопические приборы работают в тяжелых климатических условиях и механических воздействий. Приборы, а следовательно и гироскопы с гиромоторами, должны безотказно работать при температуре от +50 до — 60° и вибрации 80 гц с амплитудой до 0,15 мм и выдерживать отдельные значительные толчки. При этом должна обеспечиваться точность показаний и надежность при длительной эксплуатации.
Большое значение в работе гироскопического прибора имеет не-
изменность положения центра тяжести гироскопа относительно его корпуса. Так, например, при перемещении центра тяжести ротора вдоль оси АА (рис. 2) на величину осевого зазора в главных опорах возникает прецессионное движение гироскопа вокруг оси СС с угловой скоростью
«-±7^. (1)
где ш — угловая скорость прецессии;
Р — вес ротора; *
а— величина зазора;
/— момент инерции ротора;
S — угловая скорость ротора.
Из приведенного равенства следует, что осевые зазоры в главных опорах гироскопа необходимо сводить к возможному минимуму. Последнее обычно достигается затягиванием главных опор, что влечет увеличение момента сил трения в них, а тем самым, как
6
правило, увеличение мощности двигателя, приводящего во вращение ротор гироскопа. Этот недостаток окупается уменьшением осевого зазора главных опор, а также повышением общей точности гироскопического прибора.
Уравнение (1) выражает закон прецессионного движения, или, сокращенно, прецессии гироскопа, являющийся основным в элементарной теории гироскопических явлений. Из уравнения следует, что скорость о> возрастает до тех пор, пока возрастает приложенный момент. При постоянно действующем моменте угловая скорость прецессии остается неизменной и после прекращения действия момента прецессионное движение прекращается. При этом вращение главной оси АА гироскопа будет не в плоскости приложения момента, а в плоскости, перпендикулярной ему по оси СС (рис. 2).
§ 2. ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ РАЗНОВИДНОСТИ ГИРОМОТОРОВ
Точность, чувствительность и долговечность гироскопических приборов в основном зависят от конструкции гиромотора, точности изготовления его деталей и узлов, качества главных опор и величины кинетического момента IQ его ротора.
Рассмотрим некоторые конструкции малогабаритных гиромо-торов с электрическим приводом.
Электрические гиромоторы, работающие на постоянном и переменном токе, представляют собой электродвигатели обращенного типа. У таких гиромоторов статор расположен внутри ротора, что дает увеличение момента инерции ротора, а следовательно, и его кинетического момента, от которого зависит, как указано выше, скорость прецессии гироскопа. Увеличение момента инерции ротора можно достичь увеличением его массы и распределением ее по возможности дальше от оси вращения. Возможности увеличения числа оборотов ротора ограничены долговечностью шарикоподшипников главных опор, т. е. сроком их надежной работы в часах. Для сохранения стабильности показаний гироскопа необходимо постоянство кинетического момента ротора, что может быть обеспечено только при постоянном числе оборотов ротора гиромотора. Поэтому при выборе гиромотора к нему предъявляются, в первую очередь, требования сохранения постоянства угловой скорости, независимо от нагрузки. Такими жесткими механическими характеристиками, достаточными для практического использования в гиромоторах, обладают электродвигатели постоянного тока с параллельным возбуждением и асинхронные двигатели переменного тока.
Гиромоторы постоянного тока (рис. 3) удобны в эксплуатации при наличии сети постоянного тока, так как их можно включать непосредственно в сеть и у них имеется только два токопровода. Существенными недостатками гиромоторов постоянного тока являются наличие коллектора, усложняющего его конструкцию, сравнительно быстрый износ коллектора и щеток, а также искрение скользящего контакта, вызывающее радиопомехи, поэтому гиро
7
моторы постоянного тока не нашли широкого применения в гироскопических приборах.
Широкое распространение получили электрогиромоторы переменного тока, представляющие собой трехфазный двухполюсный асинхронный электродвигатель, ротор которого с короткозамкнутой обмоткой и является ротором гироскопа, а статор с трехфазной
4
Рис. 3. Гиромотор постоянного тока.
/ — ротор с обмоткой; 2 — маховик; 3 — статор с катушками; 4 — гирокамера;
5 — щетка
обмоткой располагается внутри ротора и крепится к крышке ги-рОкамеры. Последняя крепится к корпусу гирокамеры, выполняющей одновременно функции внутреннего кольца карданова подвеса гироскопа. Статорная обмотка питается от специальных преобразователей трехфазного тока повышенной частоты около 350—1000 гц, обеспечивая необходимые обороты, а следовательно, и необходимый кинетический момент ротора гиромотора.
На рис. 4 изображены некоторые конструкции малогабаритных электрогиромоторов переменного тока, применяемых в современных гироскопических приборах. Как видно из рисунка, ьсе
8
Рис. 4. Гиромоторы переменного тока: а — с креплением крышки винтами; б — с креплением крышки внутренней резьбой; в — с чечевицеобразным ротором и креплением крышки винтами
9
гиромоторы имеют ротор 1, расположенный в гирокамере и состоящий из маховика 2, с запрессованным внутри пакетом магнитопровода 3, в пазы которого залита короткозамкнутая обмотка 4. На шейках оси ротора насажены шарикоподшипники 5. Внутреннее кольцо шарикоподшипника напрессовывается на шейки оси ротора с усилием, обеспечивающим прессовую посадку без деформации кольца, и дополнительно крепится гайкой 6.
Ротор своими шарикоподшипниками, называемыми подшипниками главных опор гироскопа, монтируется в гирокамере с одной стороны в отверстие корпуса Рис другой — в отверстие крышки 7. Крышка с корпусом гирокамеры соединяется при помощи винтов (рис. 4, а и 4, в), располагаемых по ободу корпуса, или с целью уменьшения размеров гирокамеры производится резьбовое соединение (рис. 4, б).
В некоторых конструкциях гиромоторов гирокамера состоит из двух крышек и обода. Обод представляет кольцо шириной, равной длине маховика ротора, с отверстием, обеспечивающим свободное вращение ротора. К ободу, служащему внутренним кольцом кар-данового подвеса, с наружной стороны крепятся специальные цапфы 11. Крышки гирокамеры к ободу крепятся крепежными винтами, ввертываемыми непосредственно в обод кольца гирокамеры.
Для охлаждения обмоток гиромоторов на корпусе и на крышках гирокамер имеются специальные вентиляционные отверстия.
К крышке крепится пакет статора 12 с обмотками 8, который входит наружным своим диаметром в расточку пакета ротора со строго равномерным по всей окружности воздушным зазором. С наружной стороны в отверстия корпуса и крышки под шарикоподшипники главных опор в резьбовую часть их ввертываются специальные подшипниковые крышки 10, фиксирующие положение шарикоподшипников, а тем самым и ротор в гирокамере; при ма-гнетных шарикоподшипниках, кроме фиксации, устраняют осевой зазор и создают путем затяжки необходимый натяг шарикоподшипников. Натяг после нескольких часов работы уменьшается за счет приработки трущихся поверхностей. При дальнейшей работе натяг, или осевой зазор, изменяется незначительно и может считаться постоянным.
Как было рассмотрено выше, осевой зазор в главных опорах, вызывающий смещение центра тяжести гироскопа, обусловливает прецессионное движение. Для устранения осевого зазора и предохранения от возможного заклинивания при температурном расширении деталей опор в некоторых конструкциях предусматривают специальные пружинные температурные компенсаторы. При применении магнетных шарикоподшипников считают возможным не ставить компенсаторов, полагая, что линейное расширение оси и других деталей подшипникового узла вызовет лишь уменьшение осевого зазора и приведет к увеличению момента трения.
Шарикоподшипники гиромоторов работают с большими скоростями вращения, достигающими 30 000 об/мин и более, Важное
Ю
значение для их долговечности и антикоррозионной стойкости приобретает качество и дозировка смазки. Для нормальной работы шарикоподшипников достаточно очень тонкого масляного слоя, чтобы качение шариков по беговым дорожкам и трение о сепаратор происходили в условиях режима жидкостного трения. Поэтому шарикоподшипники при работе должны быть всегда смазаны, а при окончательной сборке в них должно быть заложено строго определенное количество смазки. Кроме того, в расточку подшипниковой крышки 10 должна быть заложена запасная смазка, которая, испаряясь, обволакивает масляным туманом все детали шарикоподшипников. В некоторых конструкциях гиромоторов пополнение смазки при работе обеспечивается закладкой в гнездо фитиля или фетровой шайбы, пропитанной жидкой смазкой. Существуют конструкции, в которых смазка пополняется через специальные воронки, предусмотренные в подшипниковых крышках.
Роторы
Роторы гиромоторов переменного тока представляют собой маховики, основная масса которых расположена по ободу, соединенному со ступицей или осью тонким диском. Точность и чувствительность гироскопических приборов любого назначения, как было указано ранее, тем выше, чем больше величина кинетического момента. Однако практически увеличение этого момента ограничивается техническими возможностями. Так, увеличение момента инерции I ротора ограничивается габаритами гиромотора и его весом. Увеличение же угловой скорости S вращения ротора ограничивается допустимыми напряжениями материала маховика и долговечностью шариковых подшипников. Вот почему маховики роторов должны изготовляться из прочного, однородного, высокого удельного веса и удовлетворительно механически обрабатываемого материала. Данным требованиям соответствуют хромомарганцевые, хромоникелевые и высокоуглеродистые стали. В некоторых прецизионных высокооборотных гиромоторах маховики изготовляются из высоколегированной стали марки 35ХМЮА.
На рис. 5 приведены конструкции и конфигурации маховиков роторов, применяемых в электрических малогабаритных гиромоторах переменного тока, а в табл. 1 даны их характеристики.
Для уменьшения вентиляционных потерь, т. е. потерь на трение о воздух, на которые может тратиться до 85—95% мощности, потребляемой гиромотором, роторам придают обтекаемую форму, а снаружи их полируют.
Пакеты роторов электродвигателей собирают из отдельных штампованных из электротехнической стали пластин с равномерно расположенными по внутреннему диаметру пазами. Пазы пакета заливают алюминием или сплавом на его основе. Тем самым получают короткозамкнутую обмотку ротора. Такие роторы точно обрабатываются и покрываются тонкой антикоррозионной пленкой.
И
Маховик с запрессованной в него короткозамкнутой обмоткой должен быть с максимально высокой точностью статически и динамически уравновешен. При наличии статической неуравновешенности в процессе вращения ротора возникают центробежные силы инерции, меняющие свое направление с частотой, равной числу оборотов ротора. Эти повторяющиеся с высокой частотой нагрузки воспринимаются непосредственно подшипниками подвеса гироскопа. Шарики последних практически почти не перемещаются относи-
Рис. 5. Маховики роторов гиромоторов переменного тока
тельно его колец, поэтому указанные нагрузки передаются через шарики одним и тем же точкам колец подшипника. В результате на беговых дорожках колец подшипников подвеса образуются лунки, что резко увеличивает величину момента сил трения в опо-
Таблица 1
Характеристики маховиков роторов электрических малогабаритных гиромоторов
Наружный диаметр D, мм Вес Q, Г Осевой момент инерции /, Гсмсек2 Угловая скорость вращения Q, 1/сек. Кинетический момент IQ, Гсмсек Q IQ \/смсек
30 57,8 0,072 2753 198,9 0,292
40 114 0,294 3140 924 0,1140
50 182 0,73 3012 2282 0,0795
50 300 1,09 1588 1740 0,1725
60 350 2,06 3130 6450 0,0543
60 700 3,5 2094 7330 0,0955
70 555 4,38 3133 13 700 0,0405
72 714,6 5,21 1885 9821 0,0727
' 75 788 6,5 1885 12 252 0,0643
100 1330 27,79 2954 82 250 0,0162
рах подвеса и вызывает увеличение скорости прецессии гироскопа и, следовательно, уменьшение его точности. Динамическая неуравновешенность приводит к возникновению больших по своей амплитуде вынужденных колебаний гироскопа, которые обычно увеличивают угловую скорость его прецессии.
12
Корпусы
Корпус гиромоторй служит одновременно и гирокамерой, в которой вращается ротор, и внутренним кольцом карданового подвеса гироскопа. Корпусы изготовляются отливкой из алюминиевых или магниевых сплавов или горячей штамповкой из стали с последующей механической обработкой. Корпусы должны обрабатываться очень точно. Это в особенности относится к расточке отверстий под цапфы карданового подвеса, замка под крышку, точность которого обеспечивает правильное расположение статора в расточке ротора с не-
Рис. 6. Крепление крышек к корпусам: а — винтами; б — внутренней резьбой; в — специальным кольцом
обходимым воздушным зазором, а также к отверстиям в корпусе и крышке под шарикоподшипники главных опор. Внутренняя поверхность корпуса для уменьшения вентиляционных потерь должна быть обработана весьма чисто.
В некоторых конструкциях прецизионных гиромоторов с целью резкого снижения вентиляционных потерь, а следовательно, и потребляемой гиромотором мощности, гирокамеры, состоящие из корпуса и крышки, изготовляются герметичными. Из такой гирокамеры после окончательной сборки гиромотора откачивается воздух, и ротор вращается в вакууме. В некоторых конструкциях гирокамера заполняется разреженным водородом.
Корпусы имеют цилиндрическое отверстие, где вращается цилиндрический ротор. Конструкции наружной поверхности корпусов различаются креплением цапф и способом крепления к ним крышек.
На рис. 6 показаны некоторые конструкции корпусов малогабаритных гиромоторов с разным креплением к ним крышек. На рис. 6, а и 4, а; 4, в общего типа гиромоторов показаны способы крепления крышек к корпусам винтами. В конструкции, изобра
13
4
женной на рис. 6, б и 4, б, для сокращения габаритных размеров гиромотора соединение его крышки с корпусом осуществляется резьбой. В этих конструкциях с целью применения нормальных резьб увеличивают наружный диаметр крышки за счет уменьшения на небольшом участке ширины ротора его диаметра (рис. 4, б). На рис. 6, в представлена конструкция корпуса, в которой крышка 1 плотно входит в заточку замка, фиксируется в нем небольшим штифтом и прижимается к корпусу специальным кольцом 2, навернутым на наружную резьбу корпуса 3, чем и устраняется возможность перемещения крышки вдоль главной оси.
Крышки
Крышки гиромоторов, как и корпусы, изготовляются отливкой из алюминиевого или магниевого сплава или горячей штамповкой из стали с последующей механической обработкой. Конструктивно
Рис. 7.' Крепление крышек к корпусам и статоров к крышкам: а — винтами; б — наружной резьбой на замке и статора на втулке, отлитой вместе с крышкой; в — резьбовым кольцом и статора иа армированной при отливке крышки стальной втулке
крышки отличаются друг от друга по способу крепления их к корпусам, как было выше описано, и по креплению к ним пакетов статоров с обмотками.
На рис. 7 изображены конструкции крышек гиромоторов с разным креплением их к корпусам и пакетов статоров к ним. На рис. 7, а показана крышка, крепление которой осуществляется плотной посадкой ее выточки в замок корпуса, обеспечивающей концентричность их диаметров. Чтобы крышка не перемещалась вдоль главной оси корпуса, ее крепят винтами к торцу корпуса
14
Пакет железа статора может крепиться к крышке различными способами (рис. 7).
Пакеты статоров собирают из отштампованных пластин электротехнической стали с равномерно расположенными по наружному диаметру пазами и напрессовывают на специальные стальные втулки, торцы которых развальцовывают, чем и обеспечивается закрепление пластин. В пазы пакета статора укладывается обмотка статора, которая для повышения сопротивления ее -изоляции пропитывается специальными лаками.
Шарикоподшипники главных опор гироскопа
В современных малогабаритных гиромоторах применяют высокоскоростные прецизионные шарикоподшипники, одновременно воспринимающие осевую и радиальную нагрузки и имеющие минимальные зазоры. Шарикоподшипники в гиромоторах работают в тяжелом режиме со скоростями, достигающими 60 000 об/мин. Они должны безотказно работать при резких изменениях температуры, толчках, вибрации и допускать кратковременную, продолжительностью до 3 мин., 12-кратную перегрузку.
Таким высоким требованиям отвечают специальные высокоскоростные радиально-упорные шарикоподшипники.
В малогабаритных гиромоторах применяются два типа шарикоподшипников: радиальные однорядные неразборные с металлическим сепаратором и радиально-упорные разборные с текстолитовым и нейлоновым сепаратором.
Шарикоподшипники радиальные однорядные (рис. 8), наряду с восприятием радиальной нагрузки, способны воспринимать и осевые нагрузки, действующие в обе стороны вдоль оси ротора (величина осевой нагрузки не должна превышать 70% от допустимой радиальной нагрузки при заданной расчетной долговечности). Наличие способности воспринимать осевые нагрузки в обе стороны дает возможность фиксировать ротор в корпусе с минимальным осевым зазором.
На рис. 9 изображен в собранном виде, а на рис. 10 в разобранном виде радиально-упорный (магнетный) шарикоподшипник, предназначенный для восприятия комбинированных нагрузок, действующих в радиальном и осевом направлениях. Для обеспечения фиксации ротора в обоих направлениях шарикоподшипники этого типа необходимо устанавливать попарно, что позволяет осуществить предварительный натяг.
Шарикоподшипники состоят из наружного и внутренних колец, текстолитового или нейлонового сепаратора и шариков. Если в радиально-однорядных шарикоподшипниках осевой зазор постоянен, т° в радиально-упорных он может регулироваться смещением одного из колец в осевом направлении. Магнетные шарикоподшипники можно перед окончательной сборкой гиромоторов разобрать, промыть, не нарушая места расположения колец на оси ротора,
15
что является Их преимуществом перед радиальными Неразъемными.
Шарикоподшипники, применяемые в гиромоторах, изготовляются и поставляются по специальным техническим условиям, чертежам и ГОСТ 520—55, включая и п. 36 (за исключением пункта е), по классу точности С, с необходимыми дополнениями и изменениями.
Шарикоподшипники должны отвечать следующим основным требованиям:
Рис. 8. Радиально-однорядный шарикоподшипник
Рнс. 9. Радиально-упорный разъемный шарикоподшипник
— - обладать минимальным моментом трения;
— быть размагниченными;
— отвечать особо оговоренным срокам износоустойчивости;
— обладать антикоррозионной стойкостью;
— отвечать специальным допускам и точности геометрических размеров, указанных в чертежах и технических условиях.
Допуски размеров не должны превышать величин, указанных в табл. 2.
Качество металла колец и шариков по неметаллическим включениям должно обеспечиваться специальным отбором из хромистой подшипниковой стали по ГОСТ 801—58; должно быть по оксидам не более двух баллов и сульфидам не более одного балла.
На долговечность в значительной степени влияет шероховатость поверхностей качения деталей узла шарикоподшипника. Наиболее ответственную работу выполняет поверхностный слой, толщиной в несколько десятков микрон беговых дорожек колец и шариков. Практикой установлено, что чем больше величина неровностей на беговых дорожках, тем больше износ во время работы, а следо
16
вательно, тем меньше срок работы шарикоподшипника. Поэтому к шероховатости рабочих и монтажных поверхностей шарикоподшипников предъявляются высокие требования. Шероховатость
рабочих и монтажных поверхностей деталей шарикоподшипников должна соответствовать следующим классам ГОСТ 2789—59:
а) рабочих поверхностей колец— 12-й класс;
б) рабочих поверхностей шариков — 12-й класс;
в) внутренних поверхностей внутренних колец — 9-й класс;
г) наружных поверхностей наружных колец — 9-й класс;
д) торцов колец — 8-й класс. На рабочих поверхностях ко-
Рис. 10. Разобранные радиальноупорные шарикоподшипники 6005 и С-23
лец и шариков, контролируемых до сборки, допускаются точки и риски, не превышающие указанных на специальных фотоэтало-
нах, находящихся на заводе-изготовителе. Шероховатость поверхности шариков обычно проверяют на микроинтерферометре Линника (МИИ-4). Микроинтер-
Таблица2
Допуски на точность шарикоподшипников
Наименование параметра
Допуски на точность обработки посадочных поверхностей: овальность............., ... .
конусность ......................
Разностенность.................
Боковое биение торца...........
» » по дорожке качения
Овальность дорожки качения . .
Радиальный зазор подшипника '.
Допуски, мк
внутреннее кольцо наружное кольцо
5 4
3 2
5 5
4
«
3 3
' 2 3
20- -35
допуски относятся к Разно-ша-
Примечание. Указанные
контролю деталей разобранных подшипников, размерность шариков в любых сечениях в одном рнкоподшипннке не должна превышать 0,005 мм.
ферометром можно измерять шероховатости с точностью до 0,25 Ширины интерференционной полосы, т. е. обычно до 0,06 мк.
2 с П
Для улучшения качества и уменьшения шероховатости цветовых дорожек колец и шариков начинают применять совершенный метод полирования — гидрополирование, заключающееся в омывании полируемых поверхностей струей рабочей жидкости, смешанной с абразивом и подаваемой под давлением 2—3 атм. При гидрополировании риски, раковины и другие дефекты на поверхностях не заглаживаются, как при механическом полировании, и выявляются дефекты металла.
Наиболее слабым звеном в высокоскоростных шарикоподшипниках является сепаратор, подвергаемый во время вращения переменным напряжениям от нагрузок и центробежных сил, которые вызывают растяжения в материале сепаратора. В результате трения скольжения шариков о сепаратор возникает износ гнезд; при этом вследствие большого цикла переменных нагрузок часто разрываются перемычки между гнездами сепаратора.
Если до последнего времени наилучшим сепаратором в высокоскоростных шарикоподшипниках считался сепаратор из текстолита на шифонной основе, удовлетворительно работающий до 30 000 об/мин, при 60 000 об/мин он не обеспечивает необходимой долговечности. В шарикоподшипниках, предназначенных для работы с такими скоростями, применяют нейлоновые сепараторы, обладающие низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью.
Из изложенного следует, что точность, стабильность и долговечность показаний гироскопов зависят от точности, долговечности и стабильности работы их гиромоторов, качество которых в свою очередь зависит от:
— качества изготовления деталей й‘ узлов' гйромоторов и их материала;
— качества исходного материала и качества изготовления шарикоподшипников;
— точности статической и динамической балансировки роторов;
— качества монтажа шарикоподшипников в опорах, точности сборки и проверки гиромоторов;
— качества и дозировки смазки шарикоподшипников.
Из перечисленных основных факторов, влияющих на качество гиромоторов, следует, что точность, стабильность их работы и долговечность зависят от правильности решения технологических вопросов.
Ниже дается описание технологических процессов изготовления основных деталей и узлов, их контроля, балансировки роторов, сборки и испытания малогабаритных гиромоторов, обеспечивающих точность, стабильность показаний и необходимую долговечность гироскопических приборов разного назначения.
ГЛАВА ВТОРАЯ
ОТЛИВКА ДЕТАЛЕЙ ГИРОМОТОРОВ
§ 3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Конструктивные особенности корпусов и крышек гиромоторов
В современных гиромоторах корпусы и крышки в своей совокупности являются корпусом гиромотора, в котором на опорах монтируется вращающийся ротор и жестко закрепляется статор. Кроме того, собранные вместе корпус и крышка служат для крепления гиромотора в наружном кардановом кольце или корпусе прибора. Конструкция и конфигурация корпусов гиромоторов определяются в основном конструкцией ротора и креплением гиромотора в самом приборе.
Корпусы и крышки гиромоторов должны^удовлетворять следующим основным требованиям:
— иметь минимальные габаритные размеры и обладать малым весом;
— обеспечивать надежное крепление вращающихся узлов гиромотора;
— обладать упругими свойствами и не] изменять своих размеров в процессе эксплуатации;
— их материал должен иметь малую пористость и быть корро-зионно устойчивым во влажной среде.
Перечисленным требованиям отвечают корпусы и крышки, имеющие цилиндрическую форму, выполненные литьем из сплавов иа алюминиевой и магниевой основе. Наиболее совершенным способом получения заготовок корпусов и крышек гиромоторов при серийном производстве является литье под давлением.
Сплав, из которого изготовляются корпусы и крышки гиромо-торов, должен иметь невысокий удельный вес, обладать высоким сопротивлением коррозии. Вследствие того, что корпусы и крышки гиромоторов должны быть тонкостенными, этот сплав должен обладать также высокими литейными свойствами, позволяющими получать плотные отливки необходимой конфигурации, и характеризоваться хорошими механическими, качествами — давать возможность получать при механической обработке малую шероховатость об-2* 19
рабатываемой поверхности и прочную чистую резьбу. Механическая обработка не должна встречать затруднений из-за пор и раковин, особенно нежелательных при нарезании резьбы резцами и метчиками.
Сплав должен обладать упругими свойствами и не ухудшать точности работы гироскопа при температурных изменениях, ускорениях основания прибора и его вибрациях.
Существует несколько алюминиевых и магниевых литейных сплавов, из которых отливаются заготовки деталей под давлением. Наиболее широкое распространение получил сплав марки АЛ2 по ГОСТ 2685—53. Химический состав этого сплава и механические качества приведены в табл. 3 и 4.
Таблица 3
Химический состав сплава АЛ2
Основные компоненты, % Примеси не более, %
кремний алюминий железо медь ЦИНК марганец всего
10—13 Остальное 1,5 . 0,8 0,3 0,5 2,8
Т аблица 4
Механические качества сплава АЛ2
Предел прочности при растяжении, кГ1мм* не меиее Относительное удлинение, % не менее Твердость по Бринеллю при диаметре шарика 10 мм н нагрузке 1000 кГ (факультативно)
16 2 50
Механические качества отливок должны соответствовать данным, приведенным в табл. 4.
Примеси, указанные в табл. 3, по-разному влияют на сплав.
Примесь кремния улучшает литейные свойства, повышая текучесть сплава. Примесь железа понижает механические качества отливок, увеличивает хрупкость, вызывает усадочные трещины, уменьшает привариваемость к форме. Медь способствует привариванию сплава к форме, но в парах морской воды вызывает повышенную коррозию деталей, отлитых из него. Для приборов, предназначенных работать в морских условиях, примеси меди в сплаве должно быть не более 0,3%.
Лучшими литейными свойствами из алюминиевых сплавов обладает сплав АЛ2 вследствие большого количества эвтектики, способствующей получению отливок без трещин в местах переходов от одного сечения к другому.
20
в качестве исходных материалов для приготовления шихты этого сплава служит первичный чушковый силумин марок СИЛ-2, СИЛ-1'иСИЛ-0 (ГОСТ 1521—50) и переплавленные отходы, или вторичный силумин. Шихта составляется из 60—40% чушкового силумина и 40—60% отходов. Она плавится в плавильных печах типа ПК-40 или тигельных типа CAT, в которые в начале загружается чушковый силумин, а затем отходы. После расплавления каждой загруженной порции сплав очищают от пленок окислов, шлака и других загрязнений специальным железным скребком, окрашенным специальной краской, состоящей из 75—80 г окиси цинка и 40 см3 жидкого стекла, разведенных в одном литре воды. После окраски скребок прокаливают, нагревая его до 200—300°. Когда вся шихта в плавильной печи расплавится, сплав нагревают до температуры 650—700°, очищают еще раз от шлака, окислов и других загрязнений и переливают специальными ковшами в электрические или газовые печн с графитовыми тиглями.
В связи с тем, что алюминиевые сплавы и, в частности, сплав АЛ2 склонны к насыщению газами, в процессе работы приходится применять дегазацию сплава, осуществляемую обработкой хлористыми солями, продувкой хлором или азотом.
На некоторых приборостроительных заводах для очистки расплавленного сплава от газов, окислов и для измельчения структуры и повышения механических качеств применяют универсальный флюс, позволяющий одновременно рафинировать и модифицировать сплав. Флюс состоит из смеси солей: креолита — основного рафинирующего средства; фтористого натрия — модификатора, присутствие которого, кроме модифицирования, повышает эффективность действия креолита; хлористого натрия и хлористого калия, понижающих температуру плавления соляного сплава. Универсальный флюс можно применять в порошкообразном и жидком виде, непосредственно в раздаточных тиглях. Дегазация и модификация сплава выполняются как одна операция в течение 1—3 мин. Дегазация хлористыми солями ведется путем загрузки порции соли в колокольчик (банку с отверстиями) из нержавеющей стали. Колокольчик погружают в расплавленный сплав и двигают в тигле до прекращения бурления металла, затем поверхность-сплава очищают от шлака скребком.
Применение универсального флюса, солей хлора и продувка хлором при дегазации сплава требуют хорошей вытяжной вентиляции, так как выделяющийся хлор и его соединения вредно действуют на организм работающих.
Самым безопасным способом, но менее эффективным является дегазация сухим азотом. Сущность этого процесса заключается в следующем. В сплав, находящийся в раздаточном тигле или плавильной печи и имеющий температуру на 50—80° выше температуры сплава, готового для заливки, но не ниже 650°, вводят сухой азот, который из баллона / (рис. 14) по понижающему редуктору 2 проходит через влагопоглотитель <?, затем по резиновому шлангу 4
?1
поступает в фарфоровую, или стальную трубку 5, опущенную в расплавленный сплав (конец ее должен быть на расстоянии 100— 150 мм от дна тигля).
Вентиль редуктора открывается и подача газа увеличивается до начала колебания поверхности сплава, без появления пузырей. Трубку передвигают в сплаве таким образом, чтобы азот постепенно проник во всю его массу. Продувку азотом ведут в течение 8— 12 мин., последнего прекращают доступ азота, перекрывая вентиль, редуктора, и поверхность сплава тщательно очищают скребком от шлака и окисных пленок.
Дегазация сплава хлором, производится таким же-способом.
В раздаточных печах, где. сплав в расплавленном ..состоянии находится до 8 час.,. применяют графитовые тигли. При использовании тиглей из чугуна или специальной стали обычно происходит насыщение сплава железом, что ухуд-. шает механические качества отливок. Для уменьшения насыщения сплава железом при плавке в печах типа CAT со стальными тиглями необходи-. мо внутреннюю- поверхность последних обмазывать тонким слоем краски, состоящей из 6 частей кварцевого песка, 3 частей огнеупорной глины и 1 части жидкого стекла. Ковши, применяемые для переноса расплавленного сплава из плавильных печей в раздаточные, а также ковши, применяемые для заливки сплава в формы, должны быть окрашены и прокалены. Рецептура краски и способ окраски ковшов могут быть теми же, что и при окраске скребков.
§ 4. ОТЛИВКА КОРПУСОВ И КРЫШЕК ЛИТЬЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Литье под давлением является самым производительным способом получения заготовок корпусов и крышек гиромоторов. Отливки под давлением получаются с хорошими механическими качествами и с минимальными припусками на последующую механическую обработку. Шероховатость поверхности отливок находится в пределах 5—6-го классов (ГОСТ 2789—59). Точность отливок зависит от точности изготовления форм и в особенности от взаимного расположения ее подвижных и неподвижных частей. В отливках заготовок корпусов и крышек получают все необходимые ребра
22
жесткости, приливы и предварительные отверстия, в том числе и под шарикоподшипники.
Заготовки корпусов и крышек отливают на гидравлических литейных машинах с холодной камерой прессования, расположенной чаще всего горизонтально. Основными факторами, влияющими на качество отливок на машинах этих типов, является величина удельного давления на металл при прессовании, скорость заполнения формы сплавом и температура сплава и формы.
Величина удельного давления обычно берется в зависимости от толщины и конфигурации отливаемой детали. При недостаточном давлении в отливках могут быть недоливы и механические качества отливок будут пониженными. Повышение удельного давления до 380 кПсм2 способствует увеличению предела прочности и относительного удлинения материала отливок. При удельном давлении 380 — 650 кГ/см? предел прочности и относительное удлинение почти не меняются. С повышением давления в пределах 750— 1000 кПсм? резко снижается (на 20—30%) относительное удлинение и предел прочности. Для отливок корпусов и крышек большинства гиромоторов рекомендуется применять удельное давление, как для отливок, имеющих тонкие стенки, около 250 — 350 кГ/слРч
Скорость прессования, определяемая скоростью движения прес* сующего поршня, влияет на скорость заполнения сплавом формы. Чем выше скорость прессования, тем быстрее заполняется форма и тем лучше оформляются в отливке тонкие и наиболее удаленные от литника стенки. Устанавливая величину скорости прессования, необходимо учитывать, что заключенный в форме воздух выталкивается сплавом и при значительной скорости может не успеть из нее выйти через воздухоотводные каналы, и полученные отливки будут иметь увеличенную пористость.
Температура сплава перед заливкой устанавливается для каждой детали в зависимости от ее конфигурации, толщины стенок и подбирается минимальной, при которой обеспечивается хорошее заполнение формы. Для отливок заготовок корпусов и крышек большинства Тиромоторов температура сплава берется 600 — 650е.
Повышение температуры сплава при заливке ведет к быстрому износу формы, способствует разбрызгиванию сплава и получению значительного облоя, увеличивает пористость отливок, повышает содержание окислов в сплаве и увеличивает брак отливок вследствие трещин и других дефектов.
При чрезмерно низкой температуре сплава, когда он находится в кашеобразном состоянии, может быть недолив детали.
Большое значение при литье под давлением имеет также температура формы. Для получения качественных отливок рекомендуется температуру формы поддерживать в пределах 120—180е. При более высокой температуре формы увеличивается пористость отливок и износ формы. Перед заливкой форму прогревают до рекомендуемой температуры газовой горелкой или паяльной лампой. Как исключение употребляется разогрев формы пробными отливками, однако
23
этот способ приводит обычно к микротрещинам на поверхности формы, которые, увеличиваясь, вызывают выкрашивание металла в отдельных частях формы.
В процессе работы формы постепенно нагреваются выше рекомендуемых температур. Их скорость нагрева зависит от объема и температуры заливаемого сплава. Во избежание перегрева формы рекомендуется охлаждать, для чего в них должны быть предусмотрены специальные каналы, по которым циркулирует холодная вода.
Применяемый для отливок деталей гиромоторов сплав АЛ2 склонен привариваться к форме. Железо, цинк и другие примеси, находящиеся в сплаве, несколько снижают склонность к привариванию. Повышение температуры сплава и формы способствует привариванию. Как правило, приваривание наблюдается главным образом в зоне питания, где температура сплава повышается вследствие резкого повышения давления при прохождении сплава через узкое сечение. Приваривание происходит и на участках, где струя горячего сплава попадает непосредственно на стенки формы. Для устранения приваривания рекомендуется рабочие поверхности формы смазывать специальными смазками. Необходимо учитывать, что при сгорании смазки выделяются газы, увеличивающие газовую пористость отливок. Вот почему следует наносить тонкий слой смазки лишь на те места формы, где наблюдается приваривание. Успешно применяется смазка, содержащая:
графита................................... 34%
воска..................................... 33%
пушечного сала............................ 33%
§ 5. КОНСТРУКЦИИ ФОРМ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Детали гиромоторов отливают на машинах литья под давлением с горизонтальным или вертикальным расположением рабочего цилиндра. Расплавленный сплав (в том и в другом типе машины) ковшом заливается в стакан и поршнем впрессовывается через литник в форму, плотно прижатую своей неподвижной частью к литниковому стакану машины. Формы как для одного, так и для другого типа машины состоят из двух частей — подвижной и неподвижной. Неподвижная часть формы плотно крепится к плите машины таким образом, чтобы литниковое отверстие стакана машины совпадало с литниковым отверстием формы. Подвижные части формы крепятся к подвижной плите машины. Подвижные и неподвижные части формы, как и вся форма с толкателями, должны устанавливаться на машине без перекосов и смещений одной части формы относительно другой. При креплении необходимо учитывать возможный нагрев формы, вызывающий расширение ее частей.
При разработке конструкции формы литья под давлением необходимо обеспечить получение качественных отливок, максимальную производительность, минимальную стоимость, удобные условия эксплуатации, возможность легкого ремонта.
24
Возникающие неполадки вызываются в большинстве случаев неправильной конструкцией формы или неправильной ее эксплуатацией. К таким неполадкам относятся, например, проникновение сплава в щели подвижных частей формы и задиры на поверхностях отливок. Последние вызываются отсутствием необходимых литейных уклонов. Литейные уклоны рекомендуется брать для наружных поверхностей 0,5—1%, для внутренних 1—1,5% от соответствующего размера отливки. Для машин с вертикальной камерой прессования литейные уклоны берутся меньше, чем для машин с горизонтальной камерой. Неполадки из-за приварки сплава к форме вызываются неправильным составом шихты, а также недостаточной твердостью оформляющих отливку поверхностей формы и перегревом их во время работы. Кроме того, приварка сплава может произойти еще и от недостаточной чистоты или неправильно выбранной конструкции литниковой системы.
Наличие эффективного охлаждения формы повышает производительность, снижает брак и облегчает эксплуатацию формы, так как при поддержании ее нормальной температуры сплав не заливается в щели и не появляются задиры подвижных частей формы. Допуски на подвижные и неподвижные детали формы должны быть выбраны так, чтобы при нагреве формы она'свободно разнималась, и в щели между подвижными и неподвижными деталями не заливался сплав.
Важное значение имеет литниковое устройство. Как правило, литники необходимо располагать в форме так, чтобы сплав протекал в ней плавно, без ударов; этому способствует устройство плоских литников с тщательно отполированной поверхностью. Толщина сечения подводящего канала в зависимости от вида отливки выбирается 0,15—1,5 мм, с таким расчетом, чтобы сплав заполнял форму со скоростью, при которой воздух успевал бы выходить из полости формы, и не захватывался сплавом с образованием газовой раковичности в отливках. При отливках, имеющих глубинные участки в форме, необходимо устраивать перегонные резервуары, в которые поступает первая порция сплава вместе с пеной, окислами и оставшимся в форме воздухом. Обычно удлиненная часть отливки, получающаяся за счет перегонного резервуара, используется при механической обработке как искусственная технологическая база; при окончательных операциях излишек металла отрезается.
Формы литья под давлением представляют сложное, трудоемкое и дорогостоящее оснащение. Поэтому при их конструировании следует обращать особое внимание на нормализацию и унификацию отдельных деталей и узлов. Блоки и постаменты, состоящие из оснований и прокладок, служащие для крепления подвижной части формы и выталкивания отливок, также должны быть универсальны. К универсальным узлам форм принято относить и заготовки форм-блоков, в которых находится рабочая полость отливки и которые закрепляются в универсальном блоке. Форм-блоки состоят из подвижного знака и неподвижного вкладыша с фиксато
25
рами, обеспечивающими точную установку форм-блока в универсальном блоке.
Применение в формах литья под давлением универсальных блоков и приспособлений, не говоря о нормальных болтах, втулках и других деталях, значительно снижает трудоемкость проектирования и изготовление формы. Становится экономически целесообраз-
Рис,. 12, Форма литья под давлением крышки гнромотора (а). Отливаемая крышка (б)
ным применение литья под давлением и в мелкосерийном производстве гиромоторов. Проектирование формы с применением формблоков заключается в том, что в чертеж-слепыш форм-блока вписывается конфигурация необходимой отливки и конструируются специальные детали для ее изготовления. В формах литья под давлением корпусов и крышек почти для всех конструкций гиромоторов имеется возможность применять универсальные приспособления, блоки и узлы с таким расчетом, что при замене только форм-блоков можно отливать корпус или крышку.
На рис. 12 представлена одна из таких форм литья под давле
26
нием крышки гиромотора для литейной машины с горизонтально расположенным поршнем. При конструировании формы применены скоростные методы проектирования с использованием универсальных приспособлений, деталей и блоков.
форма состоит из неподвижной плиты 11, в которой крепится и фиксируется специальным штифтом, обеспечивающим точную установку, вкладыш 12. Подвижной знак 6 (иногда его называют пуансоном), через который проходят выталкиватели 5 и 10, монтируется в подвижной плите 9, жестко соединенной с плитой 7. Плиты 4 и 2 входят в механизм выталкивания, в котором крепится восемь выталкивателей 5, расположенных по окружности буртика крышки, и четыре выталкивателя 10, расположенных по внутреннему приливу крышки под шарикоподшипник. Большое количество выталкивателей обеспечивает снятие тонкой ажурной отливки, которой являются крышки гиромоторов, без заметных деформаций. Плиты 4 и 2 скрепляются винтами, что закрепляет одновременно и выталкиватели 5 и 10. К плите 1 крепится подвижной знак, впрессованный в плиту на штифтах; последние обеспечивают точную ориентацию знака относительно плит 7, 4 и 2. Вся система устанавливается и закрепляется на подвижной плите машины; между плитой 1 и 7 помещаются прокладки 3, через которые проходят болты 16, крепящие все плиты подвижной части формы. Втулки 8, запрессованные в плите 9, и колонки 14, закрепленные в плите 11, направляют подвижную часть и фиксируют ее положение при закрытии формы. Знак 13 служит для отливки отверстия в крышке под гнездо шарикоподшипника.
В плите 11, в специальную расточку, впрессовывается литниковая втулка 17, соединяющая камеру сжатия машины с литником полости, оформляющей отливку крышки. Для охлаждения формы в неподвижной плите делаются специальные каналы, в которые через штуцеры 15 подается вода из водопроводной сети. В один из штуцеров пускается холодная вода; проходя каналы формы, вода выходит из другого штуцера и охлаждает форму до требуемой температуры.
Описанная форма состоит из универсального блока с плитами, в которых имеются гнезда для установки в них форм-блоков, плит механизма выталкивателей, закрепляемых на подвижной плите машины, и блок-формы, состоящей из оформляющих отливку крышки знака, вкладыша и комплекта выталкивателей с плитой. При необходимости блок-форма может быть легко демонтирована с универсального блока и заменена блок-формой для другой детали
На рис. 13 представлена блок-форма корпуса одного из гиромоторов, которая может быть легко вмонтирована в описанные выше Универсальные приспособления и блок, взамен блок-формы крышки гиромотора. Блок-форма состоитТиз верхнего оформляющего вкладыша 1, монтируемого в неподвижной плите универсального блока, и внутреннего оформляющего знака 2, монтируемого в подвижной
27
плите. В вкладыш впрессован знак 4, оформляющий бобышку и отверстие под гнездо шарикоподшипника в корпусе. В плите 3 монтируется центральный выталкиватель 5, толкающий отливку корпуса в бобышку шарикоподшипника, и восемь выталкивателей 6, расположенных по окружности корпуса. Плита выталкивателей может изготовляться прямоугольной или круглой формы.
Рис. 13. Блок-форма для корпуса гиромотора (а). Отливаемый корпус (б)
Детали универсального блока изготовляются из сталей следующих марок: из стали 10 — все плиты форм; из стали У7А — колонки, втулки направляющие и фиксирующие штифты; из стали 50 с последующей термической обработкой — выталкиватели. Вкладыши, знаки блок-форм и литниковые втулки, соприкасающиеся непосредственно с расплавленным металлом, изготовляются из стали, обладающей высокими механическими качествами при повышенной температуре и небольшим коэффициентом термического расширения, чем и обеспечивается постоянство размеров отливок. Сталь должна также быть стойкой против коррозии и эрозии и 28
обладать высоким сопротивлением термической усталости. Этим свойствам удовлетворяет легированная сталь марки ЗХ2В8, из которой и изготовляются знаки и вкладыши отливаемых заготовок корпусов и крышек гиромоторов.
Отливка корпусов и крышек в форме на машинах с горизонтальным расположением поршня производится следующим образом. В начальный'момент подвижная плита машины с подвижной частью формы плотно соприкасается с неподвижной частью формы и плитой; таким образом форма закрыта. Затем в литник машины ковшом наливается установленная для данной отливки порция расплавленного сплава. Нажимом .пусковой кнопки приводится во вращение электродвигатель, соединенный с центробежным гидравлическим насосом; тем самым нагнетается масло в цилиндр поршня машины. При нажатии специальной педали ногой поршень начинает перемещаться и впрыскивает под определенным давлением из стакана и литниковой втулки через литник расплавленный сплав в полость формы. После затвердевания отливки в форме (время затвердевания подбирается практически для каждой отливки) литейщик нажатием кнопки отводит подвижную плиту машины с подвижной частью формы и раскрывает форму. Отлитая заготовка вместе с литником выходит из неподвижной части формы и продолжает движение с подвижной частью формы. Как только отливка полностью выйдет из неподвижного вкладыша, плита 9 упрется в специально предусмотренные на машине упоры и весь механизм для выталкивания отливки, состоящий из толкателей 5 и 3 и плит 8 и 9, скрепленных между собой, остановится, но подвижный вкладыш вместе с плитами 6, 7 и 10 и с подвижной плитой машины будет продолжать двигаться. При дальнейшем движении отливка снимается выталкивателями, знак и вкладыш очищают от подливов, по мере необходимости смазывают смазкой и снова нажатием кнопки соединяют подвижную плиту машины с укрепленной на ней подвижной частью формы с неподвижной, подготовляя таким образом машину для следующего цикла заливки.
§ 6. ПОРОКИ ОТЛИВОК и ЭКСПЛУАТАЦИЯ ФОРМ
При литье под давлением основные дефекты, вызывающие брак, Должны быть учтены во время конструирования формы. При доводке формы, перед сдачей в эксплуатацию, должны быть окончательно устранены все причины^ вызывающие брак отливок,' зависящий от конструкции формы. Таким образом, брак может получиться только в случае отступлений от технологического процесса или при неправильной эксплуатации формы.
Основными дефектами отливок под давлением являются газовые раковины и пористость. Из всех видов брака по пористости наиболее типична воздушная пористость в виде мелкой сыпи, расположенной ближе к центру отливки, или в виде крупных раковин
29
В утолщенных местах отливок. Воздушная пористость в отливках является результатом захвата воздуха расплавленным сплавом при заполнении формы. Захват воздуха бывает вызван, кроме неправильного расположения литника и его формы, чрезмерными скоростями сплава при заполнении формы. При высоких скоростях прессования воздух не успевает в достаточной степени удалиться из полости формы через воздухоотводные каналы. Скорость прессования для каждой формы должна гарантировать получение качественной отливки.
Газовая пористость в отливках, расположенная вблизи поверхности, образуется, как правило, от наличия избыточной смазки. Несгоревшая смазка выделяет газы, которые во время заливки попадают в наружные слои отливки. Необходимо применять минимальную смазку, нанося тонкий слой только на те места, к которым прилипает сплав. При выделении газов заливку производить нельзя. Внутренние посторонние включения в отливках — шлак, пленки окиси алюминия, графита — являются результатом плохого содержания сплава в раздаточных печах и неполного его рафинирования. Во избежание попадания посторонних включений в отливки необходимо после дегазации дать сплаву отстояться в тигле, в процессе литья не перемешивать его и не зачерпывать со дна.
Кроме внутренних пороков в отливках, вызываемых нарушением технологии приготовления сплава и работы машины, часто появляются поверхностные пороки, зависящие в большинстве от правильности эксплуатации формы. Для устранения поверхностных пороков в отливках и увеличения стойкости форм необходимо перед началом работы форму продуть сжатым воздухом, удаляя посторонние частицы, пыль, остатки облоя, которые неизбежно попадали бы в отливку и щели формы, вызывая повреждения подвижных частей.
Одним из самых распространенных видов брака при литье под давлением являются надиры на поверхности отливок, вызываемые налипанием сплава на детали формы. Причиной налипания является эрозионное действие струи сплава и его химическое воздействие на металл формы. Интенсивное прилипание сплава происходит при чрезмерном повышении температуры сплава и перегреве деталей формы, главным образом тех, которые омываются струей горячего сплава. Пониженная твердость рабочих поверхностей формы также способствует прилипанию сплава. Смазывание формы специальными смазками снижает прилипание сплава.
. Вторым видом брака наружной поверхности отливок является узорчатость. Ее причинами является заливка горячего сплава в недостаточно нагретую форму, малая скорость прессования и заниженное сечение питателя, когда сплав, поступая в полость формы, пульверизирует, образуя мелкие брызги.
Имеется еще ряд причин брака и способов его устранения, описанных в специальной литературе.
30
j 7. ЦЕНТРОБЕЖНАЯ ЗАЛИВКА КОРОТКОЗАМКНУТОЙ ОБМОТКИ РОТОРА
При центробежном литье жидкий металл заливают во вращающуюся форму, по внутренней поверхности которой он распределяется под воздействием центробежных сил. Металл застывает, заполняя пространство формы.
Металлический сплав, заливаемый в литейную форму, рассматривается как неоднородная жидкость, состоящая из частиц металлической массы, имеющей наибольший удельный вес, из шлаковых частиц более легкого удельного веса и, наконец, из газовых пузырьков легчайшего удельного веса.
При отливке из такой неоднородной жидкости при всех видах литья, кроме центробежного, отливки получаются также неоднородными. Неоднородность отливок при литье под давлением, в кокиль и в землю происходит за счет захвата газа, окислов, шлака и других загрязнений расплавленным металлом. В расплавленном металле, находящемся в состоянии покоя в тигле, частицы с малым удельным весом всплывают на поверхность, а частицы с большим удельным весом опускаются вниз. Газы, окислы и шлак как более легкие при литье в землю и кокиль собираются в отливках вверху, а металлические, более тяжелые частицы — внизу. В процессе литья под давлением частицы разного удельного веса смешиваются, и газовые и шлаковые включения находятся во всех частях отливки.
Неоднородность в некоторых видах отливок, как например, в короткозамкнутой роторной обмотке точных гиромоторов, недопустима, так как неоднородность металла понижает электропроводность обмотки, что, в свою очередь, вызывает снижение оборотов ротора по сравнению с расчетным. Для получения плотной однородной, без всяких примесей, короткозамкнутой обмотки ротора из чистого алюминия и применяют центробежный способ литья.
При вращении расплавленного металла в форме газовые и шлаковые частицы, имеющие меньший удельный вес, будут скапливаться в отливке ближе к оси вращения, а металлические частицы с большим удельным весом — ближе к наружной поверхности отливки. Увеличивая число оборотов формы, можно произвольно изменять давление на частицы в широких пределах и обеспечивать плотные однородные отливки.
Короткозамкнутые обмотки роторов гиромоторов изготовляются заливкой стержней в пазы железа. Эти стержни после заливки оказываются отлитыми за одно целое с двумя расположенными по торцам соединительными кольцами. В точных высокооборотных тиромоторах короткозамкнутая обмотка отливается из чистого алюминия, обеспечивающего хорошую электропроводность. Имеются , в которых короткозамкнутые обмотки заливают сплавом
Процесс заливки короткозамкнутой роторной обмотки малогабаритных гиромоторов чистым алюминием очень сложен. Чтобы
™ромоторы
31
получить плотную однородную структуру стержней и соединитель* ных колец обмотки, применяют центробежный способ заливки. Режим литейного процесса, температуры металла и подогрева формы, число оборотов шпинделя машины, скорость заливки, емкость ковша и т. п. устанавливаются на опытных партиях гиромоторов. Существенное влияние на качество заливки короткозамкнутых обмоток оказывает скорость вращения формы. Имеются формулы для определения необходимых чисел оборотов формы, по которым первоначально и рассчитывают их, а затем уточняют.
Практически установлено, что заливка короткозамкнутой обмотки с внутренним диаметром железа ротора 30 мм, удовлетворяющая электрическим и механическим требованиям, получается при вращении формы с 3000 об/мйн.
Для обеспечения заданных электрических параметров точных высокооборотных гиромоторов, как было сказано выше, для короткозамкнутых обмоток применяется алюминий с высокой электропроводностью, химическим составом и соответствии с ГОСТ 3549—55, см. табл. 5. Удельная электропроводность по ве«
Таблица 5
Химический состав алюминия
Марка Алюминий, % Примесей не более, %
железо кремний сумма, железо и кремний медь всего
А2 99,0 0,5 0,5 0,9 0,02 1,о
А1 99,0 0,3 0,17 0,45 — ' —
личине не должна превышать у алюминия марки А1 32 м/ом-мм2 и у А2 — 29 м/ом-мм2. Однако после заливки короткозамкнутой обмотки электропроводность алюминия, находящегося в стержнях и кольцах обмотки, понижается. Снижение происходит в основном за счет увеличения примеси кремния и железа в алюминии обмотки. Снижение электропроводности за счет этих примесей можно подсчитать с достаточным приближением для железа и кремния по следующим формулам:
для железа Д % — 100п-% , (2)
32 '
. .. 700м %
для кремния Д % =--------, (3)
32
где Д% —снижение электропроводности, %;
п — содержание в алюминии примеси железа или кремния, %.
32
Увеличение примесей, снижающих электропроводность алюминия в процессе заливки короткозамкнутых обмоток роторов, происходит за счет увеличения примеси железа в алюминии в процессе его плавки и соприкосновения с пакетом железа ротора и за счет образования в процессе плавки оксидной пленки, которая при заливке остается в короткозамкнутой обмотке в виде мелких включений.
Содержание примеси железа в залитых короткозамкнутых обмотках увеличивается от наличия заусенцев в пазах, которые при заполнении расплавленным алюминием пазов расплавляются, отчего примесей в стержнях больше, чем в кольцах обмотки. Кроме того, железом алюминий насыщается от применения чугунных или стальных тиглей, разливочных ковшей при недостаточной их окраске специальными красками. Поэтому в плавильных и раздаточных печах необходимо применять графитовые тигли. В пазах и на крайних листах железа ротора не должно быть заусенцев и металлической пыли. Заливку необходимо производить в установленное число секунд. Заливочные ковши должны быть тщательно окрашены и прокалены и иметь для каждого типа гиромотора определенную емкость. Применение ковшей другой емкости может вызывать недоливы или большое насыщение алюминия железом.
На одном из заводов при изготовлении гиромоторов по уже отработанному технологическому процессу в нескольких партиях до 50% гиромоторов браковалось из-за заниженных оборотов. При анализе было установлено, что в забракованных гиромоторах содержание железа в алюминии короткозамкнутых обмоток значительно большее, чем в алюминии гиромоторов тех же партий, имеющих нормальное число оборотов. После тщательной проверки выполнения всех операций при изготовлении последующих партий строго по технологическому процессу выяснилось, что один из литейщиков при заливке короткозамкнутой обмотки роторов одного типа пользовался заливочным ковшом для гиромоторов другого типа, емкостью в два с лишним раза большей. Литейщик использовал емкость ковша для заливки двух обмоток, для чего после заливки первого ротора, чтобы не остыл алюминий, ставил ковш на раздаточную печь. Алюминий находился в ковше все время, необходимое для снятия и обратной установки формы на машину и пакета железа ротора в форму. Расплавленный алюминий, находясь в чугунном ковше, насыщался железом, и залитая короткозамкнутая обмотка имела значительно пониженную электропроводность, вызвавшую окончательный брак гиромоторов вследствие заниженных оборотов. Обороты гиромоторов, в которых находились роторы с короткозамкнутыми обмотками, залитыми первыми порциями алюминия, отвечали техническим условиям. Даже такое отступление от технологии нанесло заводу значительные убытки (роторы были окончательно забракованы).
При плавке алюминия в тиглях на поверхности всегда обра-3Уется корка окиси алюминия. Удельный вес оксидной пленки и
-8 С. Д, Жолдак 33
алюминия почти одинаков и поэтому пленка трудно отшлаковы-вается от жидкого алюминия во время дегазации.
Если за поверхностью расплавленного металла не следить, то при захвате металла ковшом пленка размельчается и вместе с алюминием попадает в отливку короткозамкнутой обмотки в виде мелких включений, понижая электропроводность алюминия. Для предохранения расплавленного алюминия от окисной пленки необходимо его поверхность периодически очищать специальным, окрашенным теплоизоляционной краской скребком.
Шихту для заливки короткозамкнутой обмотки роторов гиромоторов приготовляют из предварительно переплавленного в графитовых тиглях алюминия. Температуру при заливке необходимо держать в пределах 780—820°. Тигель в процессе плавки должен быть закрыт.
Заливка короткозамкнутых обмоток роторов гиромоторов производится на небольших центробежных машинах с вертикальной осью вращения, в специальные формы. Одна из таких форм изображена на рис. 14. Форма состоит из основания 1, к которому крепится тремя винтами 4 специальное кольцо 2. Крышка 3 формы, в которой имеется центральное отверстие и три отверстия для вы-прессовки отливки, насаживается своими отверстиями на колонки 5. Крышка является одновременно литником формы и верхней, оформляющей короткозамкнутое кольцо обмотки, половиной формы. На крышку и на колонки надевается запорное кольцо 6. Три колонки, вмонтированные в основание 1 и проходящие через кольцо 2, имеют в верхней части специальные вырезы. При запоре формы кольцо нажимает на крышку, опирающуюся своими специальными выступами на пакет железа ротора сверху, и прижимает его к основанию 1, входя своими тремя эксцентрическими отверстиями по окружности в специальные вырезы колонок. В основание снизу впрессовывается специальный с восемью выступами вкладыш 7, на который устанавливается заливаемый пакет железа ротора и прижимается сверху восемью выступами, находящимися на крышке. Форма устанавливается своей конусной расточкой на конус планшайбы вертикально расположенного шпинделя центробежной машины и крепится на планшайбе с помощью замкового устройства. Для этой цели в планшайбе шпинделя машины имеются гнезда, в которые входят два выступа основания 1 формы. Закрепление производится специальным ключом, входящим в вырезы кольца 6; при повороте ключа вырезы кольца заходят в пазы шпилек.
Для выпрессовывания залитого пакета ротора из формы служит специальный съемник (рис. 14, а), состоящий из трех шпилек 9 и центрального пальца 10, закрепленных в основании 11 и входящих при выпрессовывании в отверстия, имеющиеся в крышке.
Перед заливкой первого пакета ротора форму нагревают до температуры 100—150°, снимают с колонок запорное кольцо 6, для чего оно поворотом ключа выводится из вырезов колонок. Затем 34
ротора (а). Залитый пакет желе с короткозамкнутой обмоткой (б)
3*
35
с основания 1 снимается крышка и устанавливается на верстак. В кольцо 2 наружным диаметром устанавливается пакет железа ротора 8 таким образом, чтобы железо своими зубцами опиралось на специальные выступы вкладыша и фиксировалось фиксатором 12; тем самым обеспечивается свободное прохождение в пазы железа калибра необходимого размера. Сверху надевают крышку с такими же выступами, как и в нижнем вкладыше, упирающемся в зубцы железа ротора и кольцо 6. Под прессом железо пакета ротора опрессовывается до размера, указанного в чертеже, после чего ключом поворачивают кольцо 6 на угол, обеспечивающий заход пазов кольца в пазы колонок. Скрепленная таким образом форма с пакетом железа ротора ставится своей конусной расточкой на конус планшайбы, а своими выступами в пазы планшайбы центробежной машины. На форму сверху опускается специальный защитный кожух, укрепленный на колонке машины. Затем включают электродвигатель, приводящий через клиновидные ремни шкив шпинделя машины с планшайбой и формой во вращение. Алюминий заливают через воронку, смонтированную на верхней части предохранительного кожуха машины. Отверстие воронки совпадает с отверстием крышки формы, являющейся одновременно и литником. Металл из воронки попадает в литниковое отверстие крышки, проходит в отверстие пакета и при выходе из пакета под действием центробежной силы заливает нижнее короткозамкнутое кольцо. Поднимаясь по паззм вверх, сплав остается в них, образуя стержни обмотки, и заливает верхнее короткозамкнутое кольцо.
После того как металл из ковша необходимой емкости и воронки выльется в литник формы, машина вращается еще 10—15 сек., до полного затвердевания алюминия. После остановки машины предохранительный кожух поднимают вверх и повертывают на стойке. Запорное кольцо 6 формы вращают ключом до тех пор, пока грани его овальных отверстий не выйдут из вырезов колонок, а выступы основания 1 формы — из гнезд планшайбы. Форму с отливкой снимают с машины, устанавливают на специальную подставку на верстаке и выпрессовывают из формы на прессе при помощи съемника пакет железа ротора с залитой короткозамкнутой обмоткой.
При заливке металл не должен выплескиваться в литник, так как он зальет литник и не заполнит пазы железа; нельзя также прерывать струю металла.
Емкость ковша должна обеспечивать металлом только одну заливку. Ковщ перед работой и в процессе работы по мере отставания краски должен окрашиваться теплоизоляционной краской.
При изготовлении некоторых гиромоторов, у которых сопротивление роторной обмотки, а следовательно, и обороты колеблются в широких пределах, короткозамкнутую обмотку ротора заливают не алюминием, а сплавом АЛ2 на центробежных машинах или на машинах литья под давлением.
ЗВ-
§ 8. ВАКУУМНОЕ ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Несмотря на принимаемые меры при конструировании форм литья под давлением и отливке, количество заготовок корпусов и крышек гиромоторов, имеющих раковины после отливки, относительно велико. Иногда готовые корпусы или крышки бракуются из-за раковин, открывшихся при окончательных операциях механической обработки.
Механическая прочность корпусов и крышек с раковинами значительно ниже. Поскольку корпусы и крышки должны претерпевать определенные упругие деформации, важно, чтобы эти детали для ответственных гиромоторов, работающих в большом температурном интервале, не имели воздушных и газовых раковин. Как известно, газовая и усадочная пористость устраняется при литье под давлением сравнительно легко, чего нельзя сказать о воздушной пористости, вызванной захватом воздуха металлом при заполнении формы. Вследствие этого отливки, полученные литьем под давлением, всегда в некоторой степени пористы. Если к плотности отливок предъявляются повышенные требования, то прибегают к центробежному или вакуумному литью под давлением.
Вакуумное литье, инргда его называют литьем всасыванием цветных сплавов, широко применяется для простых отливок типа тел вращения, изготовляемых по методу, разработанному Б. М. Ксенофонтовым. Тонкостенная, непрерывно охлаждаемая водой металлическая форма, называемая кристаллизатором,- нижней частью погружается на небольшую глубину в тигель с расплавленным металлом. После этого из верхней части формы вакуумным насосом откачивается воздух до небольшого разрежения. Металл засасывается в форму на заданную высоту, образующаяся отливка затвердевает, после чего выталкивается. Форма смазывается, снова погружается в металл, и цикл повторяется.
Отливки получаются плотного мелкозернистого строения.
Способом, описанным выше, отливают только круглые отливки, из которых вытачивают разнообразные втулки, кольца, гайки, мелкие шестерни и др. Получить этим способом отливки более сложной конфигурации невозможно. Для отливок более сложной конфигурации из цветных металлов фирма «Орора метл» (США) применяет литье в постоянные формы способом засасывания. Стальная изложница помещается в герметически закрытый корпус, имеющий два отверстия: одно из них сообщается с вакуумным насосом, а через второе пропущен патрубок, по которому в изложницу поступает жидкий металл; при отливке патрубок, ведущий к литниковому отверстию изложницы, опускается в тигель с расплавленным металлом. В корпусе создается разрежение и под атмосферным давлением воздуха жидкий металл заполняет изложницу.
Скорость поступления металла регулируется разностью между
37
атмосферным давлением и остаточным давлением в герметически закрытом корпусе.
Получаемые отливки отличаются малыми допусками и гладкой поверхностью. Отлитые детали получаются с твердой коркой на поверхности, измельченным зерном и улучшенными физическими свойствами. Возможность регулировать скорость поступления металла в изложницу позволяет получать хорошие отливки без пустот и втяжин. Поскольку воздух почти полностью удален из полостей изложницы, отливки не имеют раковин.
Отливки деталей сложной конфигурации можно получать методом комбинированного вакуумного литья под давлением.
Рис. 15. Схема вакуумного литья под давлением
Принципиальная схема комбинированного вакуумного литья под давлением показана на рис. 15. На гидравлической машине литья под давлением с холодной вертикальной камерой прессования устанавливается специальная форма литья под давлением. Форма отличается от обычной тем, что в неподвижной плите 1 в пазы плиты вставляются круглой формы специальные прокладки 4, создающие воздухонепроницаемое пространство по внутренней окружности, в центре которой располагается литниковое отверстие 3 с рассекателем. Ко второй прокладке, находящейся в пазу торца неподвижного корпуса формы, при закрытии формы плотно прижимается кольцевой буртик, находящийся на подвижной плите формы. Тем самым создается воздухонепроницаемая изоляция внутренней камеры и рабочей полости формы. В задней стороне подвижной части корпуса в расточку вставляется поршень 7 с закрепленными на нем толкателями 6 и 10. Между поршнем и расточкой подвижного корпуса формы в специальные пазы вставляется набивка 8, обеспечивая воздухонепроницаемость камеры и рабочей полости формы.
38
Камера формы 9 соединяется с полостями, оформляющими отливку, и литником через зазоры между выталкивателями и отверстиями для них в знаках. С наружной стороны в корпус подвижной части формы ввертывается штуцер 5, на который надевается резиновый шланг 14, соединяющий внутреннюю камеру формы с воздухопроводом, с трехходовым краном 15, регулятором степени разрежения 16 и с вакуум-баллоном 18. Разрежение в сети измеряется с помощью вакуумметра 17. Вакуумнасос 19 приводится во вращение отэлектродви-гателя 20. Для охлаждения подвижной и неподвижной частей корпуса формы в месте их соединения через штуцеры 2 подводится проточная вода.
Отливка деталей на вакуумной установке литьем под давлением происходит следующим образом. При включении электродвигателя вакуумнасос откачивает из баллона воздух, создавая в нем разрежение, степень которого показывает вакуумметр. Трехходовой кран находится в положении, при котором перекрывается сообщение баллона с внутренней камерой формы. Форма должна быть закрыта. В наполнительный стакан 11 заливают порцию жидкого металла 12 и нажатием педали опускают прессующий поршень 13. Одновременно с опусканием поршня открывается трехходовой кран, что дает возможность воздуху перейти через воздухопровод, с необходимым разрежением, из камеры формы в баллон. Поскольку до открытия трехходового крана воздух находился только в камере формы, во всей системе создается пониженное давление. Степень разрежения будет зависеть от первоначально созданного вакуума в баллоне, его емкости и объема пустых пространств формы. Для получения бдлыпего разрежения в рабочих полостях формы необходимо увеличивать первоначальную разреженность в баллоне и брать его достаточного большого объема.
Металл через литниковое отверстие впрессовывается под давлением в полость формы и заполняет ее полностью. Так как в литнике и полости формы в момент заливки воздуха почти нет (момент заливки совпадает с открытием трехходового крана), то не будет и захвата воздуха металлом при заполнении формы. В момент раскрытия формы перекрывается трехходовой кран, соединяя форму с атмосферой. Отливка вместе с подвижной частью формы выходит из полости формы неподвижной части, поршень с выталкивателями 5 и 6 упирается в шпильки машины и останавливается. Подвижная часть формы с отливкой уходит с плитой машины до тех пор, пока отливка не упрется в выталкиватели 5 и 6. При дальнейшем движении подвижной части формы отливка снимается с вкладыша формы и удаляется за пределы машины. Затем форму соединяют и цикл повторяют.
В момент впрессовывания жидкого металла из стакана машины через литник в форму металл нигде не встречает воздуха, литье получается плотным, мелкозернистым, без воздушных и газовых раковин, с хорошими механическими качествами, это дает возможность рекомендовать более широкое внедрение метода.
39
§ 9. ЦЕНТРОБЕЖНО-ВАКУУМНОЕ ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ
Литье по выплавляемым моделям за последние годы получило широкое распространение в приборостроении. Этим методом в условиях крупносерийного и мелкосерийного производства отливаются почти все детали, которые вследствие требований, предъявляемых к точности и сложности конструкции, не могут быть отлиты каким-либо другим методом. При этом методе резко сокращаются объем механической обработки и расход металла. Рассматриваемый процесс применяется в приборостроении для отливки деталей из магнитных сплавов, высокоуглеродистой и легированных сталей.
Сущность процесса литья по выплавляемым моделям заключается в том, что сначала изготовляется из формуемых материалов (модельный цемент, гипс, алюминиевые сплавы, пластмасса) мастер-модель, прототип будущей отливки, отличающийся от нее по размерам на величину двойной усадки (усадки восковой смеси и усадки заливаемого металла). По мастер-модели из легко формуемых материалов горячей заливкой изготовляют прессформу, в которую и отливаются модели-детали из легкоплавкой модельной массы. Разработано несколько типов модельных масс, предназначенных для разных условий отливки. Массы, содержащие целлюлозу или полистирол, плавятся при температуре 110—250°, а массы, содержащие стеарин, парафин или воск — при 50—80°.
Для получения плотных без большой усадки выплавляемых моделей, обладающих достаточной механической прочностью, модельную массу нагнетают в прессформу под давлением на гидропрессах. Затем модель окунают в ванну (или обрызгивают из пульверизатора) с жидким связующим составом (этилом, силикатом, жидким стеклом). Таким образом модель покрывается пленкой, которая посыпается прокаленным мелким кварцевым песком. Модель формуют в специальных опоках, заполняя специальным наполнительным составом промежутки между окрашенными стенками модели и стенками опоки. При плавке стальных отливок применяются сухие наполнительные смеси, состоящие из смеси кварцевого песка с жидким стеклом.
После формовки восковой модели в опоку перед отливкой из формы выплавляется модельная масса. Легкоплавкие модельные массы выплавляются струей пара, а тугоплавкие — подогретым воздухом. Выплавленные модели сушат в электрических печах, а после сушки прокаливают. Затем опоки переносятся в литейное отделение и устанавливаются на машины. Заливка металла в выплавленную форму может производиться обычным путем, под давлением, при вакууме, центробежная и комбинированная центробежно-вакуумная.
По выплавляемым моделям можно отливать заготовки роторов гиромоторов, изготовление которых обычно сопровождается трудоемкой механической обработкой с большим отходом металла в стружку.
'40
На одном из заводов была сделана попытка отливать ротор.ы обычным методом точного литья по выплавляемым моделям. Однако при последующей механической обработке заготовок роторов обнаружилось большое количество газовых раковин и неоднородность металла. Это говорит о необходимости применения такого метода отливки, при котором в момент отливки из формы удалялся бы воздух и газ и были бы приняты меры для получения однородного и достаточно плотного металла ротора. Наличие в роторе раковин и неплотностей усложняет его динамическую балансировку и ослабляет механическую прочность.
Газовые раковины в отливке заготовок роторов можно устранить применением вакуумного метода заливки форм, описанного выше. При этом методе газы удаляются лучше, чем при других, но металл не очищается в процессе заливки от различных неметаллических включений, обычно снижающих механические качества отливки. При центробежном методе литья отливка получается равномерной плотности, с чистой поверхностью, химический состав ее металла однороден. Однако не исключена возможность наличия в отливке газовых раковин, образовавшихся вследствие того, что газы не вышли полностью из формы.
Таким образом, ни вакуумный, ни центробежный метод в отдельности не обеспечивает годности всех отливок заготовок роторов гиромоторов. Получение плотных, однородных, без раковин заготовок роторов, с необходимостью незначительной последующей механической обработки может обеспечить комбинированная центробежно-вакуумная заливка.
Комбинированные центробежно-вакуумные установки применяются для отливки довольно сложного инструмента из высоколегированных сталей. На аналогичной установке можно отливать и заготовки роторов гиромоторов.
На рис. 16 показана схема установки, позволяющая производить комбинированную центробежно-вакуумную заливку. Наружный диаметр отсасывающей трубы 1 легко скользит внутри пустотелого вала 11 центробежной машины. Нижняя часть трубы находится в вертикальной направляющей; верхний конец трубы, проходя вместе с валом через вращающийся вал центробежной машины 3, доходит непосредственно до нижней части формы.
Изображенная на рисунке форма предназначена для отливки заготовки ротора 10. Опока 6 устанавливается на прокладках 2 в гнездо кольца 4 и зажимается в нем скобами 5 с быстродействующими затворами 7. Такими же затворами прижимается крышка 8, служащая для предупреждения разбрызгивания металла при вращении центробежной машины. Заформованная и нагретая опока ставится на стол центробежной машины. Отверстие литникового стояка закрывается специальным графитовым стержнем 9. После того как литниковая чаша заполнена рассчитанным количеством жидкого металла, центробежную машину запускают и, когда будет достигнуто требуемое число оборотов, графитовый стержень
41
вынимают, одновременно открывая трехходовой кран 15, сообщающийся через отсасывающую трубу с помощью резинового шланга 12 с баллоном 17, откуда воздух откачивается включением вакуум-насоса 18, приводимого во вращение электродвигателем 13. Разрежение в сети и | баллоне измеряется вакуумметром 16. Степень разрежения регулируется^ клапаном 14. Под действием вакуума газы, находящиеся^ полости*формы, успевают удалиться раньше,
Рис. 16. Схема центробежно-вакуумного литья
чем начнется поступление расплавленного металла. Порции металла должны быть подсчитаны достаточно точно.
Оборудование довольно сложно, но значительная экономия металла и снижение трудоемкости могут оправдать первоначальные затраты.
§ 10. контроль литья
Отлитые любым методом детали гиромоторов обмеряются и наружным осмотром определяется состояние их поверхности. У сплава отливок определяются химический состав, механические качества и плотность.
Контроль химического состава
Химический состав литейных сплавов и металлов контролируется спектральным или химическим методом, при котором определяется содержание основных компонентов и примесей в процентах. В сплаве АЛ2 обычно определяется содержание кремния, железа и меди.
Анализы химического состава сплавов и металлов на приборостроительных заводах производят спектральным методом,
42
Спектральный анализ как метод определения химического состава сплавов и металлов, благодаря чувствительности, быстроте и дешевизне, а также возможности анализировать полуфабрикаты и готовые изделия без взятия специальных проб, широко применяется в промышленности. Одним из достоинств спектрального анализа является его высокая чувствительность, позволяющая определять ничтожные доли процента содержания различных элементов. Время проведения химических анализов сплавов может быть доведено до 15—20 мин.; таким образом возможен быстрый и точный контроль плавок в литейных цехах.
Для контроля химического состава цветных металлов и сплавов спектральным методом применяется кварцевый спектрограф ИСП-22, отвечающий современным требованиям. На спектрографе ИСП-22 можно производить количественный и качественный анализы не только цветных, но и других металлов и сплавов, в том числе и легированных сталей.
Химический состав металла или сплава спектральным методом определяется на образцах, отлитых в специальном кокиле из той же плавки, что и проверяемые отливки деталей гиромоторов. При получении неудовлетворительных результатов химического анвлиза проводится повторное испытание сплава из той же плавки и в случае неудовлетворительного результата повторного анализа партия отлитых деталей из этой плавки бракуется или прекращается их отливка, если анализ проводился в процессе отливки деталей.
Химический анализ сплава АЛ2 и деталей, отлитых из него, должен давать процентное содержание, соответствующее указанному в табл. 3, а деталей, отлитых из алюминия А2 или А1, — указанным в табл. 5.
Контроль механических качеств и размеров
Для определения механических качеств сплава, из которого отлиты детали гиромотора, в специальном кокиле отливают из него шесть образцов. Форма и размеры отлитых образцов должны соответствовать той машине или прессу, на котором будет производиться испытание, и удовлетворять требованиям ГОСТ 268—53. Номер плавки выбивают на цилиндрическом конце образца. Испытание производится с литейной коркой. При больших заусенцах на наружной поверхности образцов допускается незначительная зачистка их шкуркой. Механические испытания производятся на разрывной машине Амслера или на прессе Гагарина. По результатам, полученным от двух испытанных из трех испытуемых образцов, отливки заготовок и детали, изготовленные из этого сплава, считаются годными, если результаты испытания удовлетворяют требованиям к механическим качествам сплава, приведенным в табл. 4. За показатели механических качеств сплава принимается среднее значение из- полученных на двух испытанных образцах. При неудовлетворительных результатах испытаний первых трех образцов осталь
43
ные три образца испытываются вновь, и в случае неудовлетворительных результатов повторного испытания вся партия деталей, отлитых из этого сплава, бракуется.
Все литейные размеры заготовок проверяются на первой качественно отлитой детали, а при приемке партии берут определенный процент от нее. В случае обнаружения отклонений от литейных чертежных размеров вся партия отлитых заготовок деталей должна быть проконтролирована.
Определение плотности отливок
Из всех существующих методов выявления внутренних дефектов отливок наиболее эффективными являются рентгеновское и гамма-просвечивания. При просвечивании обнаруживаются трещины, раковины, посторонние включения, спаи и другие дефекты без разрушения испытуемых деталей.'
Небольшие отливки из алюминиевых сплавов просвечивают на специальных рентгеновских аппаратах типа РУП-1. Заводом «Мос-рентген» освоено производство новых рентгеновских аппаратов для промышленной дефектоскопии. Один из аппаратов, РУП-60-20-1, специально предназначается для просвечивания литья из легких сплавов и пластмасс. Аппарат смонтирован на тележке с пультом управления, генератором и рентгеновской трубкой на штативе. На аппарате можно просвечивать детали из алюминиевых и магниевых сплавов толщиной до 100 мм и детали из других материалов. Аппарат предназначается для работы в заводских лабораториях и непосредственно в цехе.
Однородность и плотность металла нарушаются газовыми и шлаковыми включениями, трещинами, раковинами и другими пороками литья. При просвечивании плотность и однородность отливок наблюдаются непосредственно на экране аппарата.
В некоторых случаях получают рентгенограмму сечения отливки.
Контроль состояния поверхности отливок
Для приемки некоторых заготовок корпусов и крышек, отлитых под давлением, составляются специальные технические условия, в которых оговариваются:
а) метод определения внутренних дефектов (излом отливки или рентгеновское просвечивание);
б) место излома или рентгеновского просвечивания;
в) количество отливок для определения внутренних дефектов (рекомендуется не более 3% от партии);
г) дефекты, влияющие на эксплуатационные требования, которые не могут быть допущены.
К техническим условиям могут прикладываться образцы, характеризующие качество отливок.
Литые заготовки корпусов и крышек не должны иметь на по
44
верхностях трещин, утяжин, недоливов, спаев и посторонних включений; заусенцы и облои на необрабатываемых поверхностях должны быть зачищены заподлицо. Размеры остатков литников и толкателей на обрабатываемых поверхностях должны укладываться в припуск на обработку. Допускаются местные ухудшения шероховатости поверхности на площади не более 20% всей поверхности отливки. К ним относятся следы от мелких трещин форм, высотой до 0,2 мм, и от выталкивателей, углубляющихся или выступающих на величину не более 0,2 мм.
Наружному осмотру невооруженным глазом подвергаются все предъявляемые корпусы и крышки. Литейные дефекты (вмятины, забоины, раковины) допустимы, если они после контрольной зачистки укладываются в припуски на механическую обработку, а раковины не выходят за пределы величин, указанных ниже. Так, например, вскрывающиеся в процессе механической обработки раковины в отливках крышек должны укладываться в следующие допуски.
На внутреннем торце замка могут быть отдельные несквозные раковины диаметром или длиной до 1,5 мм, глубиной до 0,5 мм, в количестве до трех, расположенные друг от друга на расстоянии не менее 5 мм и от острых кромок не менее 1 мм.
На пояске и наружном торце замка крышки могут быть отдельные раковины диаметром до 1 мм и глубиной до 0,5 мм в количестве до трех, расположенные друг от друга на расстоянии не менее 5 мм и от острых кромок не менее 1 мм.
На наружной поверхности крышки могут быть несквозные раковины диаметром или длиной до 1,5 мм, глубиной до 0,5 мм в количестве до трех, расположенные друг от друга на расстоянии не менее 10 мм, диаметром и глубиной до 0,5 мм в количестве до четырех, расположенные друг от друга на расстоянии не менее 5 мм и от острых кромок не менее 1 мм.
На внутреннем торце, прилегающем к гнезду под шарикоподшипник, могут быть отдельные несквозные раковины диаметром или длиной до 1,5 мм и глубиной до 0,5 мм в количестве до двух, расположенные друг от друга на расстоянии не менее 5 мм и от острой кромки выходного отверстия не менее 1 мм.
Аналогично допустимые размеры и расположения раковин оговариваются и для корпусов.
§ 11. СТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ ОТПУСК ЛИТЬЯ (СТАРЕНИЕ)
При отливке тонкостенных заготовок в металлические формы в процессе затвердевания всегда происходит закалка, тем большая, чем выше скорость охлаждения отливки. Закалка вызывает в отливке внутренние напряжения, являющиеся причиной коробления деталей при механической обработке. С целью снятия внутренних напряжений применяется стабилизирующий отпуск, или старение. Если стабилизация применяется для устранения «роста» деталей
45
в процессе нагрева при дальнейшей обработке или в условиях эксплуатации, ее иногда называют «нормализацией».
Помимо быстрого остывания отливки в форме, внутренние напряжения могут быть вызваны различной скоростью охлаждения разных частей отливки; температурным градиентом между поверхностью и внутренними слоями в толстых сечениях детали; сопротивлением формы усадки отливки и другими причинами.
Нарушение равновесия внутренних напряжений при механической обработке вызывает коробление деталей. Кроме того, распределение напряжений может быть таким, что они будут действовать в одном направлении с нагрузкой, снижая стойкость конструкции в эксплуатации.
Уменьшение внутренних напряжений достигается снижением скорости охлаждения отливки или повторным нагревом ее до температуры, при которой может возникнуть пластическое течение металла, снимающее напряжение. Однако оба метода вызывают понижение механических качеств сплава. Для достижения хорошей стабильности в отливках деталей гиромоторов из сплава АЛ2 чаще всего применяют старение в термошкафах при температуре 200—250° в течение двух часов. Такой температурный режим дает хорошую стабильность отливок при удовлетворительных механических качествах.
С целью контроля прохождения всеми деталями режима старения применяют тепловые индикаторы. Одним из таких индикаторов служит лак 754. На каждый корпус и крышку перед закладкой в термошкаф для старения наносят кисточкой в любом месте поверхности небольшое количество бесцветного лака 754, который при определенной температуре начинает темнеть. Степень потемнения лака зависит от температуры, а также от продолжительности нагрева.
При выгрузке деталей из термошкафа на всех корпусах и крышках замечают степень потемнения лака, что характеризует правильность прохождения деталью операции старения. Одновременно осматривается поверхность отливки; наличие вздутий характеризует скрытые раковины в отливке. Если в отливке есть газовые или воздушные поры, то при нагревании находящийся в порах газ, расширяясь, вспучивает поверхность отливки.
Заготовки корпусов и крышек, не прошедшие полностью операции старения, подвергают этой операции повторно. Заготовки, прошедшие старение и не имеющие вспучивания, направляют на механическую обработку.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ ГИРОМОТОРОВ
§ 12. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Как было показано в § 1, скорость прецессии гироскопа тем меньше, а следовательно, точность гироскопического прибора тем выше, чем выше, при прочих равных условиях, кинетический момент его ротора. Для увеличения кинетического момента в современных гироскопических приборах из-за ограничения их веса увеличивают не момент инерции ротора, а его рабочие обороты. Увеличение же числа оборотов ротора требует изготовления деталей подшипников с повышенной точностью. Роторы, вращаясь с большой скоростью, должны быть изготовлены очень точно и из однородного, с большим удельным весом, металла.
В гироскопах 85—95% потребляемой мощности тратится на трение ротора о воздух. Для уменьшения аэродинамических потерь ротор и внутренние поверхности гирокамеры должны обрабатываться с повышенными требованиями к точности и к шероховатости поверхности. Все детали гиромоторов должны выполняться без отступления от назначенных допусков, а некоторые размеры, обеспечивающие посадки первого класса, желательно выполнять с использованием только части допуска, указанного в чертеже, обеспечивая тем самым постоянную требуемую посадку сопрягаемых деталей, подвергавшихся неоднократным сборкам и разборкам.
Чтобы ясно представить технологические возможности обеспечения требуемых условий, рассмотрим основные причины, вызывающие погрешности при механической обработке, и способы повышения ее точности, а также методы получения требуемой шероховатости поверхностей. Без указанных сведений нельзя правильно разработать технологический процесс механической обработки деталей гиромоторов и обеспечить их правильный контроль на отдельных операциях и после изготовления.
§ 13. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Технологический процесс, по которому изготовляются детали и узлы гиромоторов, разрабатывается в общезаводских или цеховых технологических бюро. Целью этой разработки является вы
47
бор вида и размеров заготовки деталей; способа обработки и последовательности операций; станков, приспособлений, режущего и измерительного инструмента, наиболее подходящих для механической обработки в данном случае, а также установление режимов резания и расчет времени обработки.
Исходными данными для разработки технологического процесса на детали и узлы гиромоторов, которыми необходимо располагать, являются: рабочий чертеж детали, технические условия, размер партий и программное задание, сведения об оборудовании и принятые на заводе нормативы. Последовательность операций и переходов при разработке технологического процесса на механическую обработку намечают исходя из следующих соображений:
1. Каждая последующая операция, переход или проход должны уменьшать погрешности и улучшать качество поверхности, полученные после предыдущей обработки. Поэтому сначала необходимо выполнить все черновые операции, затем получистовые и, наконец, чистовые.
2. Обработку деталей нужно начинать с поверхностей, которые будут служить установочной базой для последующих операций.
3. После обработки установочной поверхности заготовка должна базироваться для дальнейшей обработки на эту поверхность.
4. Сначала обрабатывают поверхности менее точные, затем более точные.
5. Операции, при которых наблюдается большее количество брака, следует выполнять как можно раньше.
6. Сверление и нарезание резьбы следует относить к концу технологического процесса.
Станок для выполнения операции должен обеспечивать наивысшую, в пределах заданных допусков, точность производимой операции, а также требуемые скорости резания и подачи.
Для каждой операции и перехода необходимо максимально применять нормальный режущий и измерительный инструмент и приспособления. Специальные припособления, обеспечивающие более высокую точность изготовления деталей гиромоторов, чем точность, указанная в паспортах станков, следует доводить непосредственно на станках, предназначенных для этих операций. Выбирая режимы резания, задаются максимально допустимой глубиной резания и подачей, исходя из снимаемого припуска, мощности станка, жесткости заготовки, надежности ее закрепления и шероховатости поверхности. Скорость резания выбирается в соответствии с глубиной резания, подачей, материалом детали, типом режущего инструмента, по таблицам и графикам, составленным на основе действующих на заводе нормативов. При характеристике инструмента, которым должна выполняться операция или переход, необходимо указывать его наименование, размеры, величины углов, конструктивные особенности, материал и номер нормали. Для выполнения операции назначаются также контрольно-измерительный инструмент и приспособления.
48
§ 14. ЗАПОЛНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КАРТ
Технологический процесс на механическую обработку деталей гиромоторов разрабатывается на специальных операционно-технологических или операционно-инструкционных картах. Существующие карты технологического процесса механической обработки отличаются одна от другой лишь в деталях. В табл. 6 дана форма одной из операционно-инструкционных карт, принятая для разработки технологии изготовления гиромоторов.
В некоторых картах, обычно в левой части, вычерчивается эскиз обрабатываемой детали с указанием всех размеров обрабатываемых поверхностей и знаков классов чистоты, выдерживаемых в данной операции. Указывается оборудование, материал, размер заготовки и ее вес до обработки. В разделе «инструмент», в графе «приспособления», дается наименование приспособления и его шифр. В графе «режущий инструмент» указывается наименование инструмента, его размеры, величины углов (для резцов угол в плане, для сверл — наименьший угол при вершине) и материал. Основные характеристики режущего инструмента даются сокращенно. В графе «измерительный» указывается наименование измерительного инструмента; для универсального инструмента указываются пределы измерения, для одномерного — измеряемый размер и для специального — его шифр.
В разделе «режим работы» устанавливаются режимы обработки, исходя из произведенных расчетов, корректируемых в процессе обработки с учетом опыта новаторов.
В последнем разделе указывается разряд, необходимый для выполнения операции и норма основного и вспомогательного времени. В низу карты подписываются составитель и утвердивший технологию и норму, указывается наименование изделия, узла и детали, номер карты, порядковый лист и количество листов, заполненное для данной операции с указанием даты разработки процесса, te. Все изменения и указания в технологических картах производятся согласно приказам и обязательны для всех работников завода. Какие-либо отклонения от установленного технологического процесса допускаются лишь после согласования их с работниками завода, утвердившими процесс.
§ 15. ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ
В современном приборостроении точность прибора принято рассматривать, во-первых, с точки зрения требуемой, заданной конструктором, точности и, во-вторых, с точки зрения точности, достигнутой фактически в результате осуществления процесса обработки деталей и сборки прибора.
Все детали гиромоторов изготовляются с точностью, характеризуемой допусками, указанными конструктором на их размеры. Обычно чем ближе выдержаны действительные размеры деталей
4 С. А. Жолдак
49
га
s
га
Операционно-инструкционная технологическая карта
Норма е *ii "1
'ХШ *1
tfedesj
Режим работы sotfoxodu OlTOHh
>• nirlirir ‘BhBtfOU
кинввэё bhhqAitj
soxodopo OlTOHh
BHHBsad Hioodoso
Инструмент •и4эиеи
и mW M<ad
эинэ1гдоэ -onondu
Установлены переходы Содержание
Ц’п ohf
Оборудование Черный вес на 1 шт, кГ
Цех Наименование № № операции опер. К-во дет. в заг.
Размер | техн. । | заг.
Материалы
Дата выпус-ка Лист: CQ о о X
На пар-1 тию
Дата
Подпись
№ прик.
о CQ
Лит. изм.
Дата
Под- 1 пись
Изделие Прибор Деталь I Сборка 1 № прик.
К-во
Лит. 1 изм.
Согласовано н-к цеха Проверено 1 Утвердил
XwdoH
1 Разработал 1 Пров, нормы 1 Утвердил
сяило1гонхэ1
50
к их номинальным значениям, тем точнее изготовлены детали гиромоторов.
«Допускаемые отклонения на размеры деталей и узлов гиромоторов, как правило, указываются в чертежах. Погрешности геометрической формы деталей должны укладываться в допуски на размеры, если они специально не указаны в чертежах или в технических условиях. Обработка деталей на станках чаще всего сопровождается отклонениями от правильной геометрической формы. При расточке отверстий, проточке замков обычно получаются конусность и овальность, непараллельность и непрямолинейность. Основными причинами возникновения этих отклонений являются неточность станков, оправок, режущих инструментов; наличие постоянно действующего фактора — силы резания, вызывающей деформацию обрабатываемой детали и др.
При установлении режимов механической обработки деталей гиромоторов необходимо учитывать, что точность обработки тесно связана с ее трудоемкостью и стоимостью. Точность изготовления деталей в значительной степени зависит от точности заготовок, принятых методов предварительной и окончательной механической обработки деталей или узлов.
Для обеспечения при механической обработке деталей гиромоторов точности в пределах допусков 1-го и 2-го классов необходимо установить конкретные причины, вызывающие первоначальные погрешности. Зная эти причины, можно построить технологический процесс обработки деталей и узлов гиромоторов, обеспечивающий изготовление их с необходимой точностью и шероховатостью поверхности в соответствии с чертежом и техническими условиями.
§ 16. ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ И СПОСОБЫ ИХ ВЫЯВЛЕНИЯ
Несмотря на то, что при изготовлении деталей и узлов гиромоторов на окончательных операциях применяются точные станки, совершенные методы обработки, точный измерительный инструмент и соблюдаются другие условия, влияющие на точность обработки, достигнуть совершенно точных размеров и правильной геометрической формы деталей не удается.
Основными причинами, вызывающими погрешности при обработке деталей гиромоторов, являются погрешности:
1) от неточности станка и инструмента;
2) вызываемые деформацией упругой системы станок — деталь— инструмент;
3) вызываемые температурными деформациями;
4) от деформаций, возникающих под влиянием внутренних напряжений в деталях;
5) измерения;
6) из-за износа лезвия инструмента, неточности его формы, размеров и установки (суммарные).
4* 51
Погрешности от неточности станка и инструмента
Обычно при проверке на точность станков пользуются соответствующими ГОСТ — «Нормами точности», в которых указываются методы проверки отдельных узлов и полностью станка. У токарных станков проверяются следующие элементы геометрической точности:
— радиальное и торцовое биение шпинделя;
— прямолинейность и параллельность направляющих;
— параллельность оси шпинделя направлению движения стола каретки;
— перпендикулярность плоскостей, геометрических осей и различных элементов станка.
Установленные нормы биения шпинделя токарных станков не удовлетворяют требованиям точности обработки корпусов и крышек некоторых очень точных гиромоторов. Для их обработки, путем регулировки и подтяжки скользящего подшипника шпинделя, доводят его биение до величины, не превышающей 2 мк, при которой обеспечивается необходимая точность обработки корпусов и крышек.
При повышенном биении шпинделя растачиваемые под шарикоподшипники отверстия получаются эксцентричными и не обеспечивают надежной посадки шарикоподшипника.
Погрешности при обработке в виде конусности во время расточки отверстий и проточки наружных поверхностей деталей получаются вследствие непараллельности направляющих по отношению к оси центров. Для предупреждения брака деталей гиромоторов из-за неточности станков последние должны подвергаться, кроме периодического ремонта, обязательной проверке по специальному графику на точность.
Применяемые станочные приспособления в сильной степени влияют на точность обработки. Обычно точность изготовления приспособления должна быть выше точности обрабатываемой детали или узла. Конусные шпиндельные оправки и приспособления должны быть подогнаны по отверстию шпинделя и устанавливаться в предварительно протертый, легко смазанный и нагретый шпиндель,для чего перед установкой оправки станку дают некоторое время поработать на холостом ходу.
Точность обработки детали или ее отдельных участков зависит от способа установки и закрепления, а также точности размеров и формы применяемого режущего инструмента. Износ режущего инструмента, неизбежный в процессе работы, вызывает погрешности размеров деталей, в особенности при окончательных операциях.
Износ протекает неравномерно. В начале резания происходит притупление острой вершины резца; некоторое время режущий инструмент работает без заметного износа; при дальнейшем резании происходит нормальный, пропорциональный пути резания, 52
износ. Затем наступает форсированный износ инструмента, вызывающий не только нарушение точности, но и резкое повышение шероховатости обрабатываемой поверхности.
Погрешности, вызываемые деформацией упругой системы станок—деталь—инструмент
Деталь при обработке на станке подвергается деформации под действием усилий ее закрепления, усилий резания, собственного веса, неуравновешенных частей станка и самой детали, вызывающих силы инерции при вращении.
При рассмотрении величины деформации от этих причин можно заметить, что усилия резания во время обработки детали изменяются с изменением припуска, твердости обрабатываемой поверхности и состояния режущей кромки инструмента.
Деформация от закрепления детали в патроне или другом зажимном приспособлении сильно колеблется, в особенности при ручном зажиме. При зажиме деталей в цанговых приспособлениях, охватывающих большую обработанную цилиндрическую поверхность, деформация незначительна и при жесткой конструкции деталей почти отсутствует. Поэтому при выполнении окончательных операций обработки деталей гиромоторов для их закрепления применяют исключительно цанговые оправки.
Деформации обрабатываемых деталей вследствие упругости системы станок—деталь—инструмент могут быть рассчитаны по соответствующим формулам с использованием экспериментальных данных о жесткости станков различных типов.
Токарная обработка деталей гиромоторов для повышения точности разделяется, как правило, на предварительную и окончательную.
При предварительной обработке необходимо стремиться получить правильную геометрическую форму полуфабриката детали, так как его овальность вызовет в конечном итоге, хотя и уменьшенную, овальность окончательно обработанной детали. В свою очередь, конусность заготовки приведет к конусности детали. Ошибка заготовки и полуфабриката детали в какой-то степени повторится и в окончательно обработанной детали.
Окончательная обработка должна производиться при небольшой глубине резания и подаче, что уменьшит величину усилия резания, а следовательно, и усилия, вызывающего деформацию системы в целом, влияющую на точность обработки деталей.
Погрешности, вызываемые температурными деформациями
Температурные деформации детали происходят под влиянием теплоты, выделяющейся в процессе резания, трения в движущихся узлах станка, нагрева или охлаждения системы станок—деталь— инструмент, колебания температуры помещения. Влияние тепловых
53
деформаций на точность обработки деталей гиромоторов значительно сказывается при окончательной обработке отверстий и шеек под шарикоподшипники и замков, осуществляемой, как правило, по 1-му и 2-му классам точности.
В результате нагрева передней бабки токарного станка, за счет теплообразования при работе подшипников, шпиндель смещается в горизонтальном и вертикальном направлениях. С увеличением скорости резания и подачи температура детали понижается, а с увеличением глубины резания — повышается. Температурная деформация инструмента зависит от скорости и глубины резания, подачи, вылета резца, его поперечного сечения, толщины пластинки твердого сплава и твердости обрабатываемого материала.
Погрешности от тепловых деформаций всей системы станок— деталь—инструмент уменьшаются в значительной степени при охлаждении детали и инструмента смазочно-охлаждающими жидкостями.
Одним из основных условий, обеспечивающих высокую точность изготовления деталей гиромоторов по первому классу и выше, является постоянная нормальная температура всей системы станок—деталь—инструмент в процессе окончательной обработки. Для этого в помещении, где обрабатываются и проверяются детали гиромоторов, на некоторых заводах применяются специальные установки (см. гл. 6), поддерживающие постоянную температуру и влажность окружающего воздуха. Согласно ОСТ 85002—39 за нормальную температуру принимается + 20° С. С этойчже целью в некоторых конструкциях прецизионных шлифовальных и доводочных станков устанавливают специальные терморегулирующие устройства, обеспечивающие за счет изменения количества подаваемой охлаждающей жидкости равномерную температуру обрабатываемой детали и ответственных узлов станка.
Погрешности от деформаций, возникающих под влиянием внутренних напряжений в деталях
В® Внутренние напряжения в деталях гиромоторов возникают в результате получения заготовок этих деталей отливкой, ковкой, штамповкой и их последующей термической и механической обработки. При отливке корпусов и крышек под давлением внутренние напряжения появляются при остывании расплавленного металла, при ковке и штамповке — из-за неравномерной пластической деформации, а при термической и механической обработках — из-за неравномерного нагрева заготовок.
Внутренние напряжения в заготовках, полученных отливкой, ковкой, горячей и холодной штамповкой, могут быть устранены или значительно ослаблены нагревом и выдержкой при определенной температуре и режиме. Режимы снятия внутренних напряжений в корпусах и крышках приведены в гл. 1, а для других деталей даются при описании технологии их изготовления.
54
При механической обработке в поверхностном слое деталей, претерпевающем пластические деформации, возникают напряжения, которые существенно влияют на точность. Металл в этом слое оказывается упрочненным и имеет повышенную твердость. Упрочненный слой может быть удален механической обработкой при оптимальных режимах или термической обработкой. Для уменьшения внутренних напряжений, в особенности в деталях с малой жесткостью, и упрочнения поверхностного слоя необходимо при окончательной обработке тщательно выбирать режимы, чтобы они не вызывали недопустимых деформаций детали.
Погрешности измерения
Детали гиромотора в процессе их изготовления подвергаются неоднократным измерениям. Погрешности от измерений могут колебаться в широких пределах. Они зависят от метода измерения и точности измерительного инструмента.
Погрешности измерения вызывают необходимость сужения допуска, расходуемого на все остальные погрешности обработки. Для уменьшения погрешностей измерения замеры деталей следует производить измерительным инструментом, обеспечивающим соответствующую изготовляемой детали точность отсчета.
Детали должны измеряться при определенной температуре как при изготовлении, так и при проверке. Измерительный инструмент должен быть аттестован и иметь паспорт.
Суммарные погрешности
В процессе серийного изготовления деталей гиромоторов при операциях механической обработки возникают погрешности, вызванные разными причинами и имеющие разную повторяемость. Некоторые погрешности повторяются систематически, другие являются случайными. Суммарная погрешность какого-либо размера детали возникает в результате действия постоянных и переменных, систематических и случайных погрешностей. Оценку суммарной погрешности производят по ее составляющим расчетно-аналитическим или статистическим методом.
Более применимым в производственных условиях является статистический метод, основанный на положениях теории вероятностей и математической статистики. Для оценки суммарной погрешности обрабатывают по определенному технологическому процессу партию деталей, замеряют их фактические размеры и выявляют закономерность рассеивания этих размеров. На основании результатов измерения интересующего нас размера строят кривые распределения, по которым может быть определено предельное значение суммарной погрешности.
55
§ 17. ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ
Основными способами повышения точности механической обработки деталей гиромоторов являются:
1. Увеличение жесткости системы станок—деталь—инструмент.
2. Выполнение окончательной обработки на точных станках с минимальным биением шпинделя.
3. Обработка с одного установа или при наименьшем числе перестановок.
4. Применение при окончательной обработке резцов с пластинами из твердых сплавов, с тонкой заточкой и доведенной режущей кромкой.
5. Выполнение операций окончательной обработки при^высо-ких скоростях и рациональных подачах.
6. Применение наиболее эффективных охлаждающих жидкостей. . 7. Использование достаточно жестких, уравновешенных и подогнанных к шпинделю станка оправок и приспособлений.
8. Применение жесткого измерительного инструмента, обеспечивающего необходимую точность и производительность.
9. Обеспечение при обработке и проверке деталей постоянной, а лучше нормальной температуры помещения.
10. Измерение ответственных деталей после их остывания до температуры помещения (для быстрого охлаждения они могут быть погружены в охлаждающую среду).
§ 18. ШЕРОХОВАТОСТЬ ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ПОВЕРХНОСТИ
При механической обработке деталей на обрабатываемых поверхностях остаются следы режущего инструмента в виде гребешков и впадин, создающие определенную шероховатость поверхности. Величина шероховатости, или микронеровностей, определяющаяся высотой гребешков и глубиной впадин, оказывает существенное влияние на эксплуатационные характеристики деталей гиромоторов — трение при посадках, износоустойчивость, прочность, антикоррозионную устойчивость и др.
Структура обрабатываемого поверхностного слоя металла под влиянием режущего инструмента изменяется на некоторую глубину. За счет усилия резания при снятии верхнего слоя металла на деталях, как выше описывалось, упрочняется оставшийся слой. Глубина упрочнения металла зависит от способа и режима резания и колеблется в пределах от сотых до десятых долей миллиметра. Упрочнение поверхностного слоя металла изменяет его характеристики по сравнению с основным металлом детали.
Гребешки и впадины, расположенные в направлении подачи, вызывают поперечную шероховатость, а гребешки и впадины, расположенные в направлении резания, — продольную. Обычно поперечная шероховатость больше продольной и определяет шероховатость поверхности. Определяя класс чистоты, замеряют поперечную шероховатость.
56
Характер микрогеометрических неровностей (шероховатостей) на механически обработанных поверхностях деталей зависит от скорости резания, подачи, глубины резания, износа и геометрии инструмента, механических качеств обрабатываемого материала, материала инструмента, охлаждающей жидкости, качества заточки и доводки инструмента. При шлифовании шероховатость обрабатываемой поверхности зависит также от зернистости шлифовального круга.
Наибольшее влияние на микрогеометрию обрабатываемой поверхности при любых методах обработки оказывает подача. Рассматривая обработанную поверхность, легко обнаружить следы движения резца. Высота гребешков
где И — высота гребешка;
S — подача на один оборот;
г — радиус закругления резца.
Из формулы (4) видно, что высота гребешков прямо пропорциональна квадрату подачи и обратно пропорциональна радиусу закругления у вершины резца. Однако вследствие сложности процесса стружкообразования формула (4) отражает только качественные зависимости, и рассчитать высоту гребешков по ней нельзя.
Экспериментально установлено, что при сравнительно малых подачах ее дальнейшее уменьшение не приводило к снижению шероховатости обрабатываемой поверхности. Поэтому при точном отделочном точении нецелесообразно уменьшать подачу ниже некоторой величины (обычно 5МИН = 0,02—0,03 мм/об).
Вторым из основных факторов, влияющих на шероховатость обрабатываемой поверхности, является скорость резания. Исследованиями установлено, что с увеличением скорости резания шероховатость поверхности сначала увеличивается достигая некоторого критического значения, при котором поверхность получается наихудшей; это связано также с резким увеличением усилий резания и появлением вибраций. С возрастанием скорости резания шероховатость поверхности уменьшается. Такое явление наблюдается в особенности при обработке стали.
При достаточно жесткой системе станок—деталь—инструмент глубина резания незначительно влияет на шероховатость обрабатываемой поверхности. На шероховатость поверхности большое влияние оказывает смазочно-охлаждающая жидкость, которая облегчает скольжение стружки по передней грани и уменьшает трение задней грани режущего инструмента об изделие. Тщательно доведенные грани режущего инструмента обеспечивают получение при отделочной обработке поверхностей с малой шероховатостью.
На шероховатость обрабатываемой поверхности влияние других факторов невеликог
57
§ 19. КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ
Определяя шероховатость обработанной поверхности, оценивают ее микрогеометрию, пользуясь классификацией, установленной ГОСТ 2789—59, предназначенном к введению в 1962 году взамен ГОСТ 2789—51. Для оценки шероховатости поверхности в ГОСТ 2789—59 приняты параметры 7?а — среднее арифметическое отклонение профиля (вместо Яск — среднего квадратического отклонения по ГОСТ 2789—51) и Rz — высота неровностей (вместо Яср— по ГОСТ 2789—51). Эти параметры соответствуют рекомендации ИСО № 221 и приняты в национальных стандартах Англии,
Рис. 17. Профилограмма поверхностных неровностей
Италии, США и др. Оценка шероховатости поверхности по новым
критериям позволит упростить конструкции и повысить точность показаний приборов для оценки шероховатости поверхности, а также значительно сократить время, необходимое для выполнения среднего арифметического отклонения по профилограмме.
Введен новый параметр — базовая длина /, рис. 17. В целях преемственности в новом стандарте сохранены 14 классов чистоты
поверхности,
а значения Ra и
thi 4~ hs . . . 4- 4- hi 4- ... 4- h-in) -. u
= —— ------------5----—----=---------— с учетом базовой длины
5
установлены близкими к значениям Нск и Нср по ГОСТ 2789—51. Максимальные числовые значения шероховатости по критериям Ra и Rz при заданных базовых длинах приведены в табл. 7.
При необходимости измерения шероховатости поверхности на базовой длине, отличающейся от значений, указанных в табл. 7, величина ее выбирается по ряду 0,08; 0,25; 0,8; 2,5; 8 и 25 мм. В этом случае базовая длина указывается в технических условиях на изготовление деталей, узла и изделия.
Все классы чистоты поверхности обозначаются одним знаком 1 — равносторонним треугольником, рядом с которым указывается но
1 Пункты об обозначении классов чистоты поверхности и шероховатости поверхности грубее 1-го класса по ГОСТ 2789—59 введены в действие с 1 ок-тибря 1959 года.
58
мер класса или номер класса и разряд, например, V7, V76. Так как в новом стандарте числовое значение шероховатости поверхности ограничивает только наибольшую величину шероховатости по критерию 7?а или Rz, то, если требуется одновременно ограни-
Таблица 7
Классификация и обозначения чистоты поверхностей по классам
Класс чистоты поверхности Среднее арифметическое отклонение профиля 7?а, мк Высота неровностей 7?z, мк Базовая длина /, мм
не более
1 80 320
2 40 160 8
3 20 80
4 10 40 2,5
5 5 20
6 2,5 10
7 1,25 6,3 0,8
8 0,63 3,2
9 0,32 1,6
10 0,16 0,8 0,25
И 0,08 0,4
12 0,04 0,2
13 0,02 0,1 0,08
14 0,01 0,05
чить максимальную и минимальную величины шероховатости в обозначении, должны указываться два номера классов или разрядов. Например, V9—10 означает, что шероховатость должна быть по 7?а не менее 0,16 и не более 0,32 мк.
Шероховатость поверхности грубее 1-го класса, установленного ГОСТ 2789—59, обозначается знаком V, наД которым указывается высота неровностей 7?г в микронах, например 5°°. Числовые значения Rz берутся из 10-го ряда по ГОСТ 8032—56 равными 400, 500, 630, 800,. . .
Классификация и обозначения шероховатости поверхности установлены для промышленных изделий из любых материалов, включая древесину.
Для оценки микрогеометрии обработанных поверхностей применяются специальные приборы; описания некоторых из них даны ниже.
59
§ 20. ВЛИЯНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ НА КАЧЕСТВО ГИРОМОТОРОВ
От качества обработанных поверхностей деталей гиромоторов и, в частности, от их микрогеометрии зависит качество подвижных и неподвижных посадок, прочность при динамических нагрузках, устойчивость против коррозии, износоустойчивость. Хорошее качество поверхности снижает потери энергии при работе деталей и придает им красивый внешний вид. Таким образом, качество обработанных поверхностей деталей гиромоторов влияет на точность, долговечность и надежность работы гиромоторов.
Влияние шероховатости поверхности на посадку сопрягаемых деталей
Качество посадки шарикоподшипниковых колец на шейки осей ротора и в гнездах крышек и корпусов значительно зависит от шероховатости обработанных поверхностей шеек'и гнезд. Все остальные неподвижные соединения деталей гиромоторов также не получают требуемой посадки при их сопряжении, даже при правильно выполненных размерах сопрягаемых поверхностей, если шероховатость их поверхностей выполнена на класс ниже.
При измерении диаметральных размеров деталей отсчет размера производится фактически по вершинам гребешков, которые при соответствующих напряжённых посадках сопрягаемых деталей сминаются. После этого диаметр отверстий увеличивается, а наружный диаметр сопрягаемой детали уменьшается.
Часто при большой шероховатости поверхностей бывает, что первоначально шарикоподшипниковые кольца надеваются на шейки оси ротора или входят в гнездо крышки либо корпуса с усилием, а после снятия их и вторичной установки на ту же шейку оси или в то же гнездо не обеспечивают достаточно прочной посадки, так как гребешки, по которым первоначально осуществлялась необходимая посадка, смялись и размеры деталей изменились. Такое явление может иметь место и при неоднократной сборке и разборке гиромоторов, при которой подшипниковые кольца снимаются с шеек оси ротора и вынимаются из подшипниковых гнезд в крышках и корпусах, а посадочный замок корпуса разъединяется с крышкой. Поэтому обычно в гиромоторах высокой точности посадочные поверхности доводятся до шероховатости 9—10-го классов.
Влияние на прочность
Имеющиеся на поверхности грубо обработанных деталей отдельные впадины и риски представляют собой как бы трещины, которые при переменной нагрузке постепенно увеличиваются, что приводит к поломке деталей. Особенно опасны поверхностные неровности при переходе от одного диаметра к другому, так как в этих местах обычно концентрируются напряжения. Наблюдается по той же причине заметное уменьшение сопротивления металла усталости 60
и в местах перехода от тонко обработанной поверхности детали к поверхности, обработанной более грубо.
Экспериментально, например, установлено, что прочность полированного образца на 10—15% выше, чем шлифованного.
Влияние на антикоррозионную стойкость
Исследованиями установлено, что коррозионная стойкость обработанных поверхностей находится в обратной зависимости от шероховатости их поверхности. Это объясняется тем, что влага и другие корродирующие вещества обычно скопляются во впадинах поверхностных неровностей, величина и количество которых больше у поверхностей, обработанных по низким классам чистоты. На рис. 18 представлена поверхность со впадинами, на дне которых скопляются корродирующие вещества; их действие распростра
няется в направлениях, указанных на рисунке стрелками. В результате коррозии гребешки отделяются от поверхности металла, после чего образуются новые неровности, и коррозия начинает
распространяться от новых впадин.
Практика показывает, что получае- Рис' 18- Характер распро-мые в результате обработки поверхно- странения коррозии сти с малой шероховатостью более дли-
тельное время не корродируют без покрытия, чем грубо обработанные поверхности. В силу этого детали гиромоторов, не имеющие антикоррозионных покрытий, должны обрабатываться с вы
соким классом чистоты.
Влияние на износ
Износ деталей всегда характеризуется значительным изменением размеров в первоначальной период, так как происходит интенсивное срабатывание гребешков. Если сопрягающиеся поверхности обработаны грубо и их гребешки достигают больших размеров, уже в самый начальный период происходит быстрое срабатывание гребешков, зазор между поверхностями сильно возрастает, а следовательно, точность работы прибора нарушается. Надежность работы и долговечность гироскопа в значительной степени зависят от сохранения в течение всего времени эксплуатации заданных конструкцией посадочных зазоров. Отсюда возникает необходимость обработки ответственных поверхностей деталей с высокими классами чистоты. Так, оси, чашки и беговые дорожки колец шарикоподшипников обрабатываются с шероховатостью 11—12-го, шарики — 12—14-го классов.
Надлежащая шероховатость обработанных поверхностей деталей гиромоторов преследует также цель придания им хорошего внешнего вида, а малая шероховатость внутренних поверхностей корпуса, крышки и ротора необходима для уменьшения трения о
61
воздух при работе, а следовательно, и уменьшения мощности, потребляемой гиромотором.
§ 21. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ТРЕБУЕМОЙ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ
Шероховатость обрабатываемой поверхности и ее качество при определенном виде обработки зависят от материала обрабатываемой детали (химический состав, структура и механические качества), конструкции станка (его жесткости), конструкции и качества режущего инструмента и от режимов обработки.
Так, при обработке стальных деталей шероховатость их поверхности зависит от содержания углерода и твердости. Конструкционные стали с большим содержанием углерода в результате механической обработки обычно имеют меньшую шероховатость поверхности, чем стали с малым содержанием углерода. Для получения малой шероховатости поверхности стальные детали подвергаются специальной термической обработке, как будет показано при описании изготовления ротора гиромотора.
При обработке деталей металлорежущими инструментами величина микронеровностей на их поверхности обусловлена в первую очередь совместным действием следующих факторов: а) геометрией режущего инструмента, влияющей на поперечную шероховатость; б) явлениями пластичности при отделении стружки, вызывающими вырывание частиц металла и упругое восстановление вслед за режущей кромкой участка обрабатываемой поверхности, что, в свою очередь, вызывает трение задней поверхности инструмента в процессе резания; в) вибрацией детали и инструмента, которая вызывает, главным образом, продольную шероховатость.
Большое влияние на шероховатость обрабатываемой поверхности оказывает геометрия режущего инструмента, а также режимы обработки, скорость резания, и в особенности, как уже указывалось, подача. С уменьшением подачи шероховатость обрабатываемой поверхности уменьшается, но при тонком точении нецелесообразно уменьшать подачу ниже некоторой величины (обычно 0,02—0,03 мм/об), так как дальнейшее уменьшение не уменьшает шероховатость поверхности, время же, затрачиваемое на обработку, возрастает.
Как отмечалось, глубина резания влияет незначительно на шероховатость поверхности, если технологическая система станок—деталь—инструмент достаточно жестка, и поэтому может быть установлена исходя в основном из величины припуска, подлежащего удалению при выполнении данной операции.
На шероховатость обрабатываемой поверхности влияет и скорость резания. Исследованиями установлено, что при увеличении скорости резания шероховатость поверхности сначала увеличивается, а затем уменьшается. Для обработки силумина и других цветных сплавов это явление менее характерно, чем для обработки стали. С повышением скорости резания шероховатость поверхности
62
уменьшается незначительно, так как образуется нарост металла. Нарост металла, возникающий на поверхности передней грани резца, влияет на микрогеометрию и структуру обрабатываемой поверхности, что объясняется его большим трением об обрабатываемую поверхность. Для уменьшения влияния нароста необходимо поверхности резца доводить, что уменьшает трение. Поскольку появление нароста связано с повышением температуры в зоне резания вследствие трения на поверхности контакта, можно, применив охлаждающе-смазочные жидкости, снизить температуру в зоне образования стружки и предотвратить образование нароста.
Смазочно-охлаждающие жидкости при механической обработке металлов выполняют в основном три физико-химических действия: смазочное, охлаждающее и смывающее.
Смазочное действие жидкости сводится к образованию смазочной пленки на поверхностях изделия и инструмента, участвующих в процессе обработки. Оно значительно понижает силы трения, вызывающие износ режущих кромок и образование нароста на инструменте.
Охлаждающее действие смазочно-охлаждающих жидкостей заключается в поглощении тепла, являющегося результатом работы резания; жидкость отводит тепло путем испарения и теплопередачи.
Смывающее действие смазочно-охлаждающей жидкости заключается в том, что она механически удаляет мелкие стружки и частицы обрабатываемого металла, засоряющие инструмент и изделие, и предотвращает прилипание частиц к поверхностям изделия и инструмента.
Такое разностороннее действие смазочно-охлаждающей жидкости при механической обработке позволяет уменьшить шероховатость обрабатываемой поверхности при ее применении.
При обработке тщательно доведенным инструментом шероховатость поверхности получается значительно меньшей, так как практикой доказано, что неровности режущей кромки инструмента переносятся на обрабатываемую поверхность в увеличенных размерах. По мере затупления режущей кромки инструмента шероховатость обрабатываемой поверхности увеличивается. Значительное ухудшение поверхности служит в практике основанием для замены инструмента.
Продольная шероховатость поверхности вызывается вибрацией технологической системы станок—деталь—инструмент, которая может передаваться от других вибрирующих станков и агрегатов через грунт, междуэтажные перекрытия и т. д. Поэтому фундаменты прецизионных станков должны быть усиленными и иметь изоляционные прокладки, а станки устанавливаться только в первом этаже. Вибрация системы может вызываться действием неуравновешенных масс вращающихся деталей, инструмента или частей станка, а также дефектами передач станка, заключающимися в плохо- собранных шестернях, некачественной сшивке ремней и др. Поэтому все вращающиеся части станков и приспособления,
63
служащие Для крепления обрабатываемых деталей, тщательно балансируются. Ремни должны склеиваться, а резцы устанавливаться с небольшим вылетом.
§ 22. ИЗМЕРЕНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ ОБРАБОТАННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Приборы для измерения шероховатости обработанных поверхностей могут быть разделены по характеру их работы на две группы:
1) бесконтактные, оценивающие микрогеометрию поверхности без соприкосновения с ней (к ним относится большинство оптических приборов);
2) контактные, оценивающие микрогеометрию при соприкосновении чувствительного элемента прибора с испытуемой поверхностью (к ним относятся щуповые приборы, электроконденсаторные и некоторые типы пневматических приборов).
Приборы каждой группы имеют свои преимущества и недостатки и применяются в зависимости от конкретных условий и требований контроля.
При изготовлении деталей гиромоторов для определения классов чистоты обработанных деталей применяются как оптические, так и щуповые приборы.
В цеховых условиях наиболее производительным способом определения шероховатости является визуальный способ контроля, основанный на сопоставлении исследуемой и образцовой поверхности, для чего служат эталоны шероховатости. Иногда изготовляют специальные детали — образцы, характерные для поверхностей деталей, обрабатываемых в цехе. Образцы эталонов шероховатости должны изготовляться из того же металла и тем же способом обработки, что и проверяемые детали. Геометрические формы образца и детали должны быть одинаковыми. При изготовлении партий деталей с заданной шероховатостью поверхности рекомендуется после изготовления первой детали сравнить ее с образцом заданного класса; остальные детали могут изготовляться только при удовлетворительных результатах сравнения. Для сравнения шероховатости поверхности детали с эталоном имеются сравнительные микроскопы.
Сравнительные микроскопы, в отличие от обычных микроскопов, устраняют необходимость хранить в памяти во время сравнения изображение поверхности эталона.
На рис. 19 показан сравнительный микроскоп. В приборе одна лампочка освещает поверхности детали, а две другие — поверхности образцов, которые расположены на специальных барабанах. Оптическая схема устроена так, что в поле зрения можно видеть одновременно шероховатости детали и шероховатости образцов. Каждый барабан имеет шесть образцов. Вращая барабаны, устанавливают образцы таким образом, чтобы с одной стороны был образец с более грубой поверхностью, чем поверхность детали, а с другой — образец с менее грубой поверхностью. При такой установке можно с уверенностью сказать, что шероховатость замеряемой
64
поверхности лежит в пределах шероховатости образцов. На внешней стороне барабанов обозначены классы чистоты поверхности образцовой по их,показаниям определяют шероховатость замеряемой поверхности. На микроскопе оценивается шероховатость поверхности от 8-го до 11-го класса.
Если на контролируемой поверхности нельзя установить сравнительный микроскоп и нельзя замерить шероховатость поверхности
Рис. 19. Микроскоп сравнения: а — оптическая схема; б — внешний вид.
I — исследуемая деталь; 2 — барабан с образцами чистоты; 3 — освети» тельные лампочки
другими приборами без разрушения детали, как, например, отверстия в крышке под шарикоподшипник, шероховатость поверхности
замеряют методом слепков.
Метод слепков заключается в том, что на соответствующем материале фиксируется отпечаток исследуемой поверхности, передающей ее шероховатость. Класс чистоты поверхности на отпечатке определяется на глаз или на двойном микроскопе
МИС-11.
Конструкция двойного микроскопа МИС-11 (рис. 20) со сменой увеличения, выпускаемого серийно отечественной промышленностью, является удобным для использования при определении шероховатости от 3-го до 8-го класса включительно.
Прибор применяется в лабораториях для исследовательских работ, а также для аттестации образцов шероховатости и слепков.
Рис. 20. Двойной микроскоп Линника МИС-11
5 С. А. Жолдак
65
В основу конструкции положен принцип измерения высоты микропрофиля, получаемого методом так называемого светового сечения. При измерении величины шероховатости плоскостей деталь помещается на столике микроскопа, а при измерении цилиндрических поверхностей деталь устанавливают на специальную призму. Измеряемую поверхность освещают каким-либо внешним источником света и настраивают, в первую очередь, наблюдательный тубус. С помощью кремальеры и микрометрического механизма перемещают несущий корпус микроскопа и добиваются резкой фокусировки поверхности детали в объективе микроскопа. Исследуемый участок измеряемой поверхности должен быть резко виден в средине поля зрения. Затем выключают внешний источник света и при помощи установочного винта производят наклон осветительного тубуса, с включенной осветительной лампочкой, до появления в поле зрения зеленой полосы, дающей изображение щели. После получения резкого изображения щели путем соответствующей настройки и получения резкого изображения поверхности микроскоп подготовлен для измерения величины шероховатости.
При измерении высоты шероховатостей нить винтового окулярного микрометра, предварительно установленная параллельно изображению щели, совмещается с выступами искривлений изображения щели, соответствующими выступам шероховатостей поверхности, и по шкале винтового микрометра снимается отсчет в делениях шкалы. Затем нить окулярного микрометра совмещается со впадинами искривлений изображения щели и вновь снимается отсчет делений шкалы окулярного микрометра. Для определения высоты шероховатостей в микронах разность обоих отсчетов делений шкалы умножается на цену деления шкалы окулярного микрометра.
Для оценки шероховатости поверхности после тонких отделочных операций, таких как применяемые для обработки шариков, беговых дорожек колец шарикоподшипников, в пределах 10—14-го классов, применяются микроинтерферометры. Для внедрения ГОСТ 2789—59 потребуется разработать конструкции и освоить производство приборов для определения шероховатости поверхности по критериям 7?а (среднее арифметическое отклонение профиля) и Rz (средняя высота неровностей).
§ 23. ЗАГОТОВКИ ДЛЯ РОТОРОВ
Заготовки роторов из прутков круглого сечения диаметром до 50 мм отрезаются на револьверных станках, а при большем — на дисковых пилах или приводных ножовках. Из-за небольшой длины заготовок роторов прутки не правят.
Существует два типа станков для отрезания заготовок роторов от прутков дисковыми пилами (рис. 21): с постоянной скоростью подачи пилы и с постоянной нагрузкой пилы. В станках с постоянной скоростью подачи пилы обычно нагрузка в начале и в конце реза мала, а в средине велика (см. площадки резки за один оборот
66
йилы йа рис. 21, а). Ё станках с переменной скоростью поДачй можно производить резку с постоянной мощностью и в начале и в конце реза, изменяя подачу (рис. 21, б). Обычно подача регулируется автоматически грузом или гидравлическим приводом. Заготовки небольших диаметров режут пачками, что дает большую экономию подготовительно-заключительного и машинного времени. При резке пачками прутки зажимают специальными зажимами (рис. 22). Скорость резания заготовок на станке любого типа берется в зависимости от материала и диаметра.
Заготовки роторов отрезают с припуском на подрезку торцов, величина которого зависит от качества резки и диаметра материала.
Рис. 21. Схемы резки металла: а — при постоянной подаче; б — при постоянной мощности
I I Зажим « диы.
Рис. 22. Резка заготовок пачками
Обычно на подрезку каждого торца при диаметре от 40 до 50 мм оставляется припуск в 1 мм; от 50 до 70 мм — 1,5 мм и от 75 до 100 мм — 2 мм.
Заготовки диаметром свыше 100 мм получают ковкой для придания им формы, приближающейся к упрощенному очертанию формы ротора (см. пунктир на рис. 5). Механическая обработка роторов из поковок характеризуется снятием значительных припусков, высокой трудоемкостью и большим расходом материала. Кованые заготовки применяются для роторов сравнительно больших размеров и при изготовлении небольших партий. Чаще используют заготовки, штампуемые в горячем виде под прессами в специальных штампах из заготовок, нарезанных одним из вышеописанных способов; при этом достигаются размеры и форма, близкие к размерам и форме готового ротора, значительно снижаются трудоемкость обработки и расход материала. Горячая штамповка заготовок роторов распространена при изготовлении их из сплавов цветных металлов.
§ 24. ТОКАРНАЯ ОБРАБОТКА РОТОРОВ
Токарная обработка роторов гиромоторов делится на токарную предварительную до и после нормализации, токарную окончательную до запрессовки пакета железа ротора, с короткозамкнутой обмоткой и окончательную после его запрессовки. Так как обработка роторов почти всех типов гиромоторов состоит из аналогичных операций механической обработки, рассмотрим технологию изготовления только одного из типов роторов.
5* 67
Токарная предварительная обработка до нормализаций
При токарной предварительной обработке заготовок роторов снимаются стружки больших сечений, поэтому заготовки должны быть прочно закреплены в патроне. Последовательность обработки
Рис. 23. Последовательность обработки ротора до нормализации
заготовки ротора изображена на рис. 23. Обработка заготовки начинается с подрезки одного из торцов, как чисто (рис. 23, а), обточки диаметра D до кулачков на длину I и обточки шейки до диаметра d на длину А с припуском на диаметр приблизительно двойного размера d. Затем заготовку перевертывают и подрезают второй торец (рис. 23, б), выдерживая длину Alt обтачивают до диа
68
метра D, оставляя припуск в 1—1,5 мм для дальнейшей обработки, а также обтачивают вторую шейку до диаметра d. Подрезку и обточку производят подрезными резцами из быстрорежущей стали или с пластинами из твердого сплава Т15К.6.
После этого растачивают отверстие предварительно на глубину 1г до диаметра Dr (рис. 23, в), а затем отверстие с уступом (рис. 23,г) под пакет железа на глубину /2 до диаметра Г>2 и дно подрезают с радиусом закругления, оставляя припуск 1,5—2 мм для последующей обработки. Одновременно с расточкой обтачивается наружная поверхность оси диаметра d2 по всей длине.
Нормализация
Обработанный предварительно по наружному диаметру и расточенный ротор нормализуется, что заключается в предварительной закалке и последующем высокотемпературном отпуске. При закалке происходит перекристаллизация карбидов, а высокотемпературный отпуск улучшает обрабатываемость материала ротора за счет образования более благоприятной мелкозернистой структуры, повышает твердость и устраняет внутренние напряжения, возникшие в процессе предварительной обработки.
Горячештампованные заготовки ротора из сплавов цветных металлов для снятия внутренних напряжений до черновой обработки отжигают, после чего травят и промывают, а затем механически обрабатывают, в начале предварительно и потом окончательно.
При нормализации после предварительной обработки роторов из стали 35ХМЮА, их загружают отдельными партиями в подогретую до температуры 500—600° печь, укладывая непосредственно на под печи, и выдерживают в течение 30 мин. Далее температуру в печи поднимают до 930—970°, наблюдая за нагревом заготовок. Когда цвет заготовок станет одинаковым с цветом пода печи, это будет означать, что заготовки нагреты до температуры печи. При такой температуре заготовки выдерживают в течение 12 мин., затем их клещами вынимают из печи и погружают в ванну с маслом, в которой держат до остывания. Температура масла не должна превышать 60°. Остывшие заготовки вынимают из масла и подвергают отпуску. Для этого заготовки роторов отдельными партиями загружают в подогретую до температуры 650—670° печь непосредственно на под. Температуру заготовок определяют, как и при закалке, сравнивая их цвет с цветом пода печи. При такой температуре печи заготовки выдерживают в течение 35 мин., затем температуру печи с заготовками снижают до 600° и заготовки выгружают. Их охлаждают до температуры окружающей среды непосредственно на воздухе или в ванне с маслом.
Правильность отпуска заготовок роторов определяется проверкой их твердости на приборе Роквелла по шкале «В», твердость Должна составлять 91—98 единиц. В случае получения более низ
69
кой или более высокой твердости процесс термической обработки может быть повторен. Повторять процесс можно только один раз.
Описанная выше двойная термическая обработка несколько повышает твердость металла и способствует обеспечению получения необходимой шероховатости поверхности роторов.
Заготовки роторов из углеродистых сталей и из сплавов цветных металлов нормализуются по обычным, для этих металлов, режимам термической обработки с целью получения мелкозернистой структуры и выравнивания структурной неоднородности, улучшения обрабатываемости, повышения твердости и механических качеств, устранения упрочнения и снятия внутренних напряжений после предварительной обработки.
Токарная предварительная обработка после нормализации
Обработка заготовок роторов на токарных станках после нормализации разделяется на предварительную и окончательную. Последовательность обработки изображена на рис. 24. При предварительной обработке заготовка ротора устанавливается на менее точном станке в трехкулачковый патрон по внутренней предварительной расточке (на разжим) с упором в торец (рис. 24, а), шейку оси подрезают на длину А’ и обтачивают по диаметру d', затем подрезают торец маховика ротора, выдерживая длину А'2, и протачивают диаметр D', снимая фаску 2,2 на 60°. Ротор устанавливают по наружному диаметру до упора в расточенные на станке сырые кулачки (рис. 24, б), зажимают и подрезают вторую шейку, выдерживая общий размер А2; не снимая маховик, торец ротора подрезают на длину Д’. Подрезав торцы, ротор растачивают по диаметру D2 под пакет железа с припуском до 0,3 мм на окончательную обработку, а также подрезают дно (рис. 24, в). Далее обтачивают диаметр d2 шейки внутри расточки и обтачивают с двух сторон поверхности диаметра da под резьбу шеек.
До термической обработки на заготовках оставляют большой припуск, в процессе нагрева поверхностный слой науглероживается на значительную глубину. Поэтому иногда предварительную обработку заготовки осуществляют за два установа, повторяя изображенные на рис. 24 операции, после выполнения которых остается припуск на чистовую обработку ротора.
I После расточки и проточки шеек оси заготовку ротора устанавливают в сырые кулачки; проверяют биение по наружному диаметру и торцу. Биение не должно превышать 0,03 мм. Производят зацентровку оси ротора с двух сторон (рис. 24, г), сначала намечая центр резцом, а затем сверля миллиметровым сверлом отверстие и зенкуя его зенкером с углом в 60°. Зенкером с углом в 120° делают предохранительный конус. Сверление производят на сверлильном станке по кондуктору или намеченному центру.
70
Чистовая обработка ротора
Наружную поверхность ротора, которая является базирующей при окончательной расточке отверстия под пакет железа, шлифуют на точных станках. Последовательность обработки показана на рис. 25.
Рис. 24. Последовательность обработки ротора после нормализации
После зацентровки оси ротор устанавливают в центры круглошлифовального станка, протертые и смазанные техническим вазелином, и в течение нескольких минут, включив шпиндель станка, вращают ротор на холостом ходу, с целью приработки центров. Затем шлифуют, сначала предварительно, а потом окончательно, наружный диаметр D'3 (рис. 25, а) ротора с припуском на окончательную обработку 0,01 мм, обеспечивая шероховатость поверхности 8-го класса. Шлифование производят кругом средней мягкости с зернистостью 60—80. Одновременно с шлифованием наруж
71
ного диаметра шлифуют как чисто торец ротора со стороны расточки, не нарушая длины, также по 8-му классу чистоты.
После шлифования ротор закрепляют на токарном станке в цанге за шейку (рис. 25, б) и зачищают наждачной шкуркой оставшиеся острые кромки. После зачистки ротор устанавливают вну
Рис. 25. Последовательность чистовой обработки ротора
тренней расточкой в специальную оправку (рис. 26). Перед закреплением в оправке проверяют биение наружного диаметра ротора, которое не должно превышать 0,015 мм. Ротор зажимают с упором в торец (рис. 25, в) и подрезают второй торец, выдерживая размер Аа; при этом на окончательную обработку остается припуск 0,3 мм; подрезка ведется с шероховатостью поверхности по 5-му классу. Протачивают фаску под 60° и снимают ротор. Далее ротор устанавливают в ту же оправку расточкой от шпинделя (рис. 25, а), про
72
Рис. 26. Разжимная оправка для внутренней расточки ротора
1 — оправка с конусом; 2 — гайка
лер, отверстия, торцов, шеек оси,
веряют биение диаметра D'3 и торца, которое не должно превышать 0,01 мм, зажимают и растачивают окончательно отверстие под пакет железа по диаметру D3 на глубину /2> выдерживая биение расточки и торца в пределах до 0,02 мм. Подрезают окончательно дно ротора по диаметру D3 с радиусами закругления и обтачивают внутри расточки ось ротора по диаметру tZ3. Расточку и обточку производят по 6-му классу чистоты.
Чистовое обтачивание роторов, обеспечивающее соответствующую точность и шероховатость поверхности, может производиться только на вполне исправном станке, без чрезмерных зазоров в подвижных частях суппорта, шпинделя и подшипниках в радиальном и в осевом направлениях. Для 'более точного отсчета величины перемещения резца токарные станки, предназначенные для чистовых операций, должны быть оборудованы лимбами больших диаметров, что обеспечивает возможность нанесения на них делений, дающих возможность измерять диаметры обрабатываемой детали с точностью 0,02 мм. Окончательная обработка некоторых поверхностей ротора, как, напр
производится на прецизионных токарных станках тонким обтачиванием.
Тонким обтачиванием принято называть чистовую токарную обработку, характеризующуюся высокими скоростями резания при малых глубинах и подачах, что исключает возможные деформации обрабатываемых деталей и узлов станка и обеспечивает высокие точность обработки и класс чистоты.
Тонкое обтачивание производится преимущественно на станках массивной й жесткой конструкции, причем зазоры во всех вращающихся и передвигающихся узлах станка должны быть тщательно отрегулированы и иметь минимальную величину. Передача вращения шпинделю должна осуществляться клиновидным или плоским склеенным, а не сшитым ремнем, что обеспечивает более плавный ход станка. Резцы для тонкого обтачивания изготовляются, как правило, с напаянными пластинами из твердых сплавов марок Т30К4 и Т15К6 для обработки стальных деталей и марок Т15К6 и ВК6 для обработки деталей из силумина. В последнее время широкое распространение нашли алмазные резцы.
Глубина резания при тонком точении берется в пределах^от 0,05 до 0-,3 мм, для чистовых проходов — в пределах от 0,05 до 0,15 мм. Подачи при предварительной обработке берутся от 0,1
73
до 0,2 мм/об, при окончательной — от 0,02 до 0,08 мм/об. При тонком точении точность обработки характеризуется для диаметров от 10 до 100 мм следующими величинами: допуск на диаметр 0,005— 0,008 мм; овальность и конусность 0,003—0,005 мм.
При несколько увеличенных припусках тонкое точение выполняется за два прохода, причем при первом проходе резца снимается 70—75% общего припуска.
При выполнении окончательных операций тонким точением достигается’точность 1-го-и 2-го'классов и шероховатость поверхности 7—9-го классов. Режимы обработки для тонкого точения приведены в табл. 8.
Т аб л и ц а 8
Режимы резаиия при тонком точении
Обрабатываемый материал
Алюминий .................
Латунь
Бронза ...................
Сталь конструкционная средней твердости ..............
Инструмент из твердых сплавов
V м?мин 8 мм] об
400—800* 0,03—0,10
200—600* 0,03—0,10
150—300 0,04—0,12
* Ограничивается числом оборотов шпинделя
§ 25. ОБРАБОТКА РОТОРОВ С КОРОТКОЗАМКНУТОЙ ОБМОТКОЙ
В ротор, окончательно обработанный по наружному и внутреннему диаметрам, запрессовывается пакет железа с короткозамкнутой обмоткой, обработанный по наружному диаметру и длине. Перед запрессовкой с поверхностей ротора и пакета железа тщательно удаляют консервирующую смазку, протирая их смоченной в бензине салфеткой, промывая в ванне с бензином и просушивая на воздухе до полного удаления бензина, что определяется отсутствием его запаха. Смазка из пакета ротора должна быть удалена полностью, так как оставшаяся между отдельными листами железа смазка может в дальнейшем вызвать брак собранных гиромоторов (см. гл. IV).
Расконсервированные роторы на подставках отдельными партиями устанавливают в термостат, где их нагревают до температуры 190—210° в течение 10—15 мин. Нагретые роторы по одному вынимают, устанавливают в специальную подставку. В расточку ротора запрессовывают до упора пакет железа с короткозамкнутой обмоткой, базируя его внутренним диаметром по специальной втулке. Одно из приспособлений для запрессовки изображено на рис. 27. После запрессовки ротору с пакетом железа и короткозамкнутой обмоткой дают остыть на воздухе до температуры окружаю
74
щей среды. Проверив качество запрессовки, узел направляют на дальнейшую механическую обработку.
При окончательной токарной обработке, после запрессовки, ротор устанавливают по шлифованному наружному диаметру открытой стороной к шпинделю в оправку (рис. 26). Перед обработкой партии роторов оправку, установленную в шпиндель станка, растачивают исходя из средней величины наружного диаметра этой партии роторов, что обеспечивает надежное закрепление каждого ротора. При установке ротор базируют по торцу, закрепляют
гайкой оправки и обрабатывают в последовательности, изображенной на рис. 28.
Вначале обрабатывают ось со стороны открытой части (рис. 28,а), обтачивая шейку по диаметру d под шарикоподшипник с припуском на шлифование от 0,1 до 0,15 мм и одновременно подрезают торец, выдерживая с максимальным радиусом 0,2 мм под галтель. Затем обтачивают остальную часть оси по диаметру dY между галтелью шейки и торцом ротора и обтачивают конец оси по диаметру d' под резьбу. Отвертывают гайку оправки, вынимают ротор, устанавливают его другой стороной в эту же оправку, закрепляют
2
Рис. 27. Приспособление для запрессовки пакета ротора.
1 — втулка; 2 — ложное кольцо; 3 — маховик; 4 — пакет ротора с короткозамкнутой обмоткой
ротор гайкой и обтачивают вторую шейку оси по диаметру d с припуском под шарикоподшипник, подрезают торец шейки с радиусом 0,2 мм, выдерживая размер Н между шарикоподшипниками, оставив припуск на шлифование торцов 0,07—0,13 мм. Затем протачивают второй конец оси по'диаметру d' под резьбу. В этой же оправке специальным канавочным резцом протачивают на оси сначала с одной стороны, а затем с другой — канавку для выхода резца во время нарезки резьбы шириной 1,2 мм и глубиной 0,5 мм, не нарушая размера длины шеек под шарикоподшипники (рис. 28,6). В той же оправке специальным резьбовым резцом нарезают на одном конце оси резьбу М4; повертывают ротор в оправке и нарезают резьбу на втором конце оси, сняв предварительно фаски. На оси со стороны открытой части ротора за шейкой делают фаску под углом 60°, необходимую для захвата внутреннего кольца шарикоподшипника съемником. На торце обода роторы протачивают под углом 10° конус.
Следующей одной из ответственных операций является оконча-тельная''расточкагпакета железа с короткозамкнутой обмоткой под пакет железа статора с, обеспечением необходимого равномерного
75
воздушного зазора между ротором и статором, определяющего основные электрические параметры гиромотора. При расточке ротор устанавливают в оправку, изображенную на рис. 26, задней стенкой к шпинделю. Перед закреплением оправки в шпинделе последнюю выверяют индикатором с ценой деления в 1—2 м/с, биение_/)правки_не должно превышать 0,003мм. Проверяется также
Рис. 28. Последовательность окончательной обработки ротора
биение ротора, установленного в оправку как по наружному диаметру, так и по торцу; биение не должно превышать 0,005 мм. После доведения его до этой величины ротор зажимают гайкой оправки. За два-три прохода растачивают внутренний диаметр D на длину пакета А (рис. 28, в). При расточке диаметр D должен быть выдержан в пределах допуска 2-го класса и обеспечена перпендикулярность отверстия по длине А относительно оси ротора с точностью до 0,008 мм. Шероховатость поверхности расточки должна быть-не ниже 6-го класса; при этом не должно быть заволакивания
76
Металла на соседние Нластийы, Так как заволакивание можеТ Соединять отдельные пластины железа между собой и тем самым вызывать дополнительные потери от вихревых токов в железе ротора. После расточки пакета протачивают и подрезают торец короткозамкнутой обмотки, выдерживая размер С от торца обода. Затем протачивают на торце обмотки фаску с закруглением по всему диаметру радиусом 1,5 мм для свободного захода пакета железа статора в расточку при сборке гиромотора. Притупляют и вторую кромку обмотки с внутренней стороны в средине расточки. Ротор устанавливают с базировкой по торцу в предварительно расточен-
Рис. 29. Разжимная оправка
1 — оправка; 2 — виит; 3 — разжимная цанга.
ные сырые кулачки и протачивают второй конус ротора под углом 10°, с шероховатостью поверхности по 7-му классу. Окончательно проточенный ротор устанавливают на оправку (рис. 29) внутренней расточкой, и радиусным резцом закругляют радиусы на наружном диаметре ротора при сходе проточки под углом, а также зачищают ротор по всей наружной поверхности шкуркой с зернистостью 80—160, обеспечивая шероховатость 7-го класса чистоты.
Окончательное шлифование ротора
После токарной обработки ротор поступает на окончательную обработку (шлифование) шеек под шарикоподшипники.
При окончательной обработке шеек под шарикоподшипники требуется обеспечение высокой точности наружного диаметра при высоком классе чистоты. Точность и шероховатость поверхности, обрабатываемой методом шлифования, зависят от многих факторов. К числу основных из них относятся:
— характеристики шлифовального круга, в первую очередь зернистость;
— режимы резания — окружная скорость круга, окружная скорость детали, величины продольной подачи и глубины резания;
77
— качество правки шлифовального круга;
— состояние станка и его динамическая жесткость;
— балансировка шлифовального круга;
— состояние центров станка и центровых отверстий детали;
— способ окончательных проходов шлифовального круга по обрабатываемой поверхности;
— физико-механические свойства обрабатываемого материала ротора.
Чем выше требования к шероховатости поверхности и точности размеров и чем выше твердость материала ротора, тем мелкозер-нистее должен быть круг. При окончательной обработке роторов из стали 35ХМЮА применяют обычно шлифовальные круги ЭКБ 60—120 CMj—СМ2.
С увеличением окружной скорости круга шероховатость обрабатываемой поверхности уменьшается, а с увеличением глубины резания и окружной скорости детали увеличивается.
Для получения необходимой точности и шероховатости обрабатываемой поверхности круги должны тщательно правиться алмазом и перед установкой должны быть отбалансированы. Особое влияние как на шероховатость обрабатываемой поверхности, так и на точность оказывает состояние центров станка и центровых отверстий в роторах, которые являются установочными базами.
При окончательном шлифовании шеек и их торцов на резьбу оси навертывают хомутик, тщательно протирают деревянной острой палочкой центровые отверстия, смазывают их техническим вазелином и устанавливают ротор в центры станка. Проверяют по наружному диаметру и торцу биение, которое не должно превышать 0,01 мм. Перед шлифованием прирабатывают центры, вращая шпиндель станка с ротором вхолостую несколько минут, затем шлифуют одну шейку, перевертывают ротор и шлифуют другую шейку. Шейки шлифуют по методу радиальной подачи (врезания). Продольное перемещение круга отсутствует, так как ширина круга охватывает в направлении образующей всю длину обрабатываемой шейки. Поперечная подача шлифовального круга осуществляется на величину, находящуюся в пределах 0,002 мм на каждый оборот шейки. Шейки по диаметру (рис. 28, г) шлифуются окончательно по 1-му классу точности с допусками от 2 до 3 мк и шероховатостью поверхности по 9-му классу; одновременно шлифуют и торец шейки, образуя галтель с радиусом не более 0,2 мм. Затем отжимают задний центр, снимают ротор с центров, навертывают хомутик на резьбу другого конца оси, устанавливают ротор снова в центры, проверяют биение наружного диаметра и торца и шлифуют вторую шейку и ее торец, выдерживая радиус галтели и размер Нг между торцами шеек.
Шероховатость поверхности торцов шеек обеспечивают по 7-му • классу. Особое внимание должно быть обращено на точность выполнения радиусов галтелей и торцов шеек. Торцы шеек должны быть обработаны строго перпендикулярно посадочным диаметрам 78
d3 Шеек. Перпендикулярность торцов шеек имеет большое значение, так как торцы фиксируют прижатые к ним внутренние кольца шарикоподшипников. Торцы колец занимают перпендикулярное положение к оси^ротора только в том случае, когда торцы шеек обработаны строго перпендикулярно оси.
Перпендикулярность шеек обеспечивается правкой торца шлифовального круга точно перпендикулярно к его образующей, так как торцы^шеек шлифуются торцом того_же круга, которым шлифуется и посадочный диаметр шеек.
При шлифовании торцов шеек необходимо также строго выдерживать радиусы галтелей, так как неправильно обработанная галтель может быть причиной ненормальной работы всего подшипникового узла, преждевременного разрушения шарикоподшипников и привести иногда к невозможности динамически уравновесить ротор.
Радиус галтели должен быть всегда несколько меньше радиуса фаски внутреннего кольца шарикоподшипника. Необходимый радиус галтели обеспечивается закруглением этим же радиусом угла шлифовального круга при правке его алмазом. Если угол шлифовального круга заправлен по большему радиусу, чем радиус фаски на внутреннем кольце шарикоподшипника, то галтель так же будет обработана по большему радиусу, в результате чего внутреннее кольцо при монтаже окажется не прижатым к торцу шейки оси, а шарикоподшипник может быть перекошен. При неправильном положении внутреннего кольца шарикоподшипник не может нормально работать, ротор же будет почти невозможно точно динамически уравновесить.
На одном из заводов при серийном выпуске гиромоторов шлифовщиком была допущена ошибка при очередной правке угла шлифовального круга (радиус был сделан больше, чем радиус фаски внутреннего кольца шарикоподшипника). В результате оказалось невозможным добиться динамического уравновешивания роторов с заданной точностью. Только при измерении радиусов галтелей на компараторе была обнаружена неточность их выполнения. После исправления радиусов в соответствии с чертежами все роторы были динамически уравновешены с необходимой точностью.
После шлифования шеек роторы направляются на полирование; у роторов с канавками на резьбовой части шеек вначале на фрезерном станке специальной грибковой фрезой фрезеруют канавки, снимают заусенцы, образовавшиеся на резьбе, заправляют сход резьбы, спиливая острую кромку последней нитки, после чего роторы направляют на полирование.
Наружную поверхность роторов шлифуют на быстроходных токарно-доделочных станках, закрепляя ротор расточкой под статор на специальной оправке (рис. 30). При этом на резьбу шеек навертывают специальные предохранительные колпачки 1. Сначала зачищают всю поверхность ротора шкуркой зернистостью 80—100 предварительно, затем шкуркой зернистостью 120—160 оконча
79
тельно, достигая шероховатости ' поверхности 8—9-го классов. После зачистки всю поверхность ротора полируют хлопчатобумажными или фетровыми полосками.
Рис. 30. Оправка для полирования ротора.
1 — гайка; 2 — конусная оправка
Полированные роторы поступают в отделочный цех для нанесения антикоррозионного покрытия (см. гл. 4), а затем снова в механический цех для доводки шеек перед динамическим уравновешиванием.
§ 26. ДОВОДКА ШЕЕК РОТОРОВ
Последней операцией механической обработки роторов является доводка посадочных мест под шарикоподшипники на шейках оси. На доводку роторы поступают полностью обработанными с нанесенным снаружи и внутри антикоррозионным покрытием. Одновременно с сопроводительными документами с роторами на доводку поступают таблицы размеров доводки, составленные на основании размеров, полученных при замере отверстий внутренних колец шарикоподшипников. Размеры отверстий измеряются методами и приборами, описанными в гл. 5, или сообщаются заводом, поставляющим шарикоподшипники. В таблице даются средние размеры в пределах 2 мк, т. е. все полученные размеры, имеющие отклонения в пределах 2 мк, объединяются в один средний размер. Указывается
80
количество tneek, диаметры которых необходимо Довести до каждого размера. Шейки доводятся до таких размеров, которые обеспечивают при посадке внутреннего кольца шарикоподшипника натяг с усилием, указанным в чертежах. Подсчетами и практикой установлено, что натяг в 1 мк вызывает усилие в 3 кГ, в 2 мк — усилие в 9 кГ, в 3 мк усилие — в 27 кГ и т. д. (в натяг входит величина конусности и овальности).
Доводка шеек производится на специальных доводочных или токарно-доделочных станках и применяется с целью получения более точных размеров и геометрических форм, повышения качества и уменьшения шероховатости шлифованных поверхностей шеек.
Повышение качества поверхности шеек достигается при доводке за счет удаления гребешков и размягченного при шлифовании слоя металла. Следует учитывать, что при доводке по заданному размеру на снятие только гребешков затрачивается сравнительно небольшое время. Время, потребное на удаление последующей части припуска, значительно возрастает, так как металл приходится снимать по всей поверхности. Поэтому необходимо стремиться достигнуть наибольшей точности размеров шеек при шлифовании, а при доводке удалять только слой металла, равный высоте гребешков, исправлять геометрическую форму, а также удалять размягченный поверхностный слой.
Доводка производится притирами, на рабочую поверхность которых наносится тонкий абразивный материал или нарезанные из специальной крокусной бумаги полоски. В процессе доводки осуществляется относительное перемещение шейки и притира, вследствие чего происходит механическое удаление частиц металла с поверхности шеек ротора частицами абразива. Для получения точной формы доводимой поверхности шейки большое значение имеет правильность движения притира относительно доводимой поверхности шейки, форма и материал притира.
Высокое качество доводки достигается при непрерывном контакте и возможно большей зоне соприкосновения доводимых поверхностей, в силу чего основным видом относительного движения при доводке шеек должно быть качение с одновременным скольжением относительно притира. Для равномерного снятия припуска необходимо, чтобы все точки доводимой поверхности перемещались относительно притира с одинаковой скоростью. Плоские притиры берутся немного шире шейки, а кольцевые — с отверстием, большим диаметра шейки. Плоские и кольцевые притиры осуществляют возвратно-поступательное движение, а шейка вращается. Для этогона резьбу одной ив шеек навертывается хомутик, а ротор устанавливается в центре станка.
§ 27. механическая обработка корпусов
К корпусам гиромоторов предъявляются жесткие требования в отношении соосности отверстия посадочного диаметра под крышку и отверстия под шарикоподшипники. Радиальное и торцовое бие-
6 С. А. Жолдак 81
ние замковой поверхности корпуса по отношению к отверстию под шарикоподшипник не должно превышать 0,01 мм. Размеры замковых поверхностей и гнезд под шарикоподшипники выдерживаются в пределах допусков 2-го и 1-го классов точности. С наружной стороны корпусы гиромоторов отличаются один от другого приливами под цапфы и способами крепления крышек. Основные механические операции обработки различных корпусов из силумина почти одни и те же.
Рассмотрим обработку корпуса, изображенного на рис. 8, а. Последовательность обработки этого корпуса схематически изображена на рис. 31.
Первой операцией механической обработки корпуса обычно является обработка базовой поверхности, для чего в шпиндель станка устанавливается оправка (рис. 32). У оправки проверяется биение конуса, которое не должно превышать 0,05 мм. На конус оправки устанавливают отверстием корпус и поджимают его, упирая вращающийся центр в отверстие бобышки гнезда шарикоподшипника, полученное при отливке (рис. 31, а). Сначала обтачивают радиусным резцом торец корпуса под углом 10°, как чисто, выдерживая заданную толщину стенки корпуса, затем протачивают переход с радиусом от стенки корпуса к наружной поверхности бобышки. Торец корпуса служит базой для дальнейшей обработки. На наружной удлиненной поверхности бобышки, служившей при отливке специальным перегонным резервуаром, нарезают резьбовым резцом технологическую резьбу, за которую при дальнейшей обработке и крепится корпус. Все острые кромки, полученные при обработке, притупляют шабером.
Расточку корпуса производят на оправке (рис. 33), установленной конусом в шпиндель станка, с биением, не превышающим 0,05 мм. Корпус ввертывают технологической резьбой, нарезанной на поверхности бобышки, в резьбу оправки до упора в базовую наружную поверхность торца корпуса. Вначале растачивают радиусным резцом предварительно отверстие диаметра D (рис. 31, б) корпуса с припуском на дальнейшую обработку от 0,2 до 0,3 мм, подрезают торец задней стенки корпуса (если в литье не выдержан размер толщины стенки) и протачивают радиус закругления перехода к торцу бобышки; шероховатость поверхности выдерживается по 5-му классу чистоты. Затем растачивают предварительно отверстие d под шарикоподшипник на проход с припуском на окончательную обработку до 0,02 мм по диаметру. Подрезают торец корпуса, выдерживая размер А от торца внутренней бобышки, и обтачивают буртик корпуса по наружному диаметру Dy по всей длине, выдерживая заданные размеры по высоте и по наружному диаметру буртика.
Окончательную расточку корпуса производят на оправке та-, кой же конструкции, которая устанавливается в шпиндель станка с биением, не превышающим 0,01 мм. В резьбу оправки ввертывают корпус технологической резьбой до упора в обработанный торец и 82
Рис. 31. Последовательность обработки корпуса
Рис. 32. Оправка для обработки базовой поверхности корпуса
83
подрезают внутренний торец бобышки (рис. 31, в), растачиваю? окончательно отверстие в корпусе, выдерживая диаметр Ds, на глубину 24j. Производят расточку замка в торце корпуса под крышку по диаметру Z)2. Подрезают окончательно торец бобышки, выдерживая размер Z от торца замка корпуса, и растачивают окончательно на проход отверстие под наружное кольцо шарикоподшипника. Расточку производят расточным резцом по первому классу точности с' посадкой за два прохода при подаче 0,02—0,1 мм/об и скорости резания 500—600 м/мин. Овальность и конусность отверстия под шарикоподшипник проверяют выборочно, а иногда и у всех деталей на оптиметре.
Рис. 33. Оправка для внутренней обработки корпуса
На некоторых заводах для проверки расточки гнезд под шарикоподшипники применяют пневматические приборы. В основу этих приборов положен бесконтактный метод измерения (рис. 34, а), заключающийся в следующем.
В трубку 1, опущенную под воду, нагнетается сжатый воздух. В трубке и в примыкающем к ней объеме устанавливается постоянное давление Н, соответствующее глубине погружения (обычно глубина погружения берется 500 мм).
Воздух с постоянным давлением через трубку 2 поступает в камеру 5 через входное сопло и по гибкому шлангу 3 — к измерительному соплу 4. С камерой соединен манометр 6. Шкалу манометра градуируют в микронах. Изменение давления пропорционально изменению воздушного зазора между измерительным соплом и измеряемой деталью. Для удобства отсчета вода слегка подкрашивается. Уровень воды должен поддерживаться постоянным. Сжатый воздух с давлением 0,5—2 атм следует пропускать через пылеулавливатель.
На рис. 34,6 дана схема пневматического калибра для измерения диаметров отверстий. Калибр с центральным воздухопроводом имеет два сопла 1. Диаметр калибра меньше минимального диаметра измеряемого отверстия. Измерительные сопла не соприкасаются со стенкой отверстия; это предупреждает преждевременный износ 84
пневматического калибра. Прибор обеспечивает бесконтактное измерение линейных размеров и погрешностей формы (овальность, конусность) с точностью 0,4—0,5 мк. Измерение отверстий в корпусах и крышках под наружное кольцо шарикоподшипника такими калибрами может производиться непосредственно при расточке на
Рис. 34. Схема пневматической измерительной установки (а). Схема пневматического калибра (б).
/ — трубка; 2 — входное сопло; 3 — гибкий шланг; 4 — измерительное сопло; 5 — камера; 6 — манометр
Рис. 35. Оправка для наружной обработки корпуса и нарезки резьбы.
/ — оправка; 2— стержень
станке или при контроле окончательно обработанных корпусов и крышек.
Овальность и конусность расточки отверстия под наружное кольцо шарикоподшипника должны укладываться в половину допуска на диаметр; радиальное и торцовое биение замковой поверхности — не более 0,01 мм; шероховатость поверхности по 6—7-му классу.
После окончательной расточки корпус устанавливают на разжимную оправку (рис. 35), закрепленную в шпиндель станка с бие
нием, не превышающим 0,002 мм по наружному диаметру и торцу базовых поверхностей. Корпус устанавливается на оправку выточкой под замок крышки и закрепляется путем затяжки разжимного конуса оправки через шпиндель станка. При закреплении корпуса проверяется биение расточки под шарикоподшипник и по торцу замка; биение не должно превышать 0,004 мм.
Закрепив корпус, отрезают технологическую резьбу на хвостовике и путем подрезки выдерживают размер ,4 г корпуса (рис. 31, г) по высоте при шероховатости поверхности 7-го класса. Затем растачивают отверстие da бобышки под резьбу подшипниковой гайки и протачивают канавку для выхода резца при нарезке резьбы шириной 1,2 мм и глубиной 0,5 мм, не нарушая размер под шарикоподшипник. Протачивают окончательно бобышку по наружному диаметру, если размер не выдержан в отливке, и нарезают внутри бобышки резьбу под гайку подшипника. Резьба должна быть нарезана так, чтобы ее радиальное биение по отношению к расточке под шарикоподшипник не превышало 0,05 мм. При этом шероховатость поверхности должна быть не ниже 5-го класса и в резьбе не должно быть сорванных ниток.
§ 28, РАСТОЧКА ОТВЕРСТИЙ В КОРПУСАХ ПОД ЦАПФЫ
После окончательной токарной обработки в корпусах растачивают боковые отверстия, расположенные под углом 180°, в которые устанавливают при сборке цапфы для крепления гиромотора в кар-дановом подвесе гироскопа. Расточку этих ответственных отверстий производят на прецизионных токарных или на специальных агрегатных станках.
Перед расточкой отверстия под цапфы предварительно сверлят на сверлильном станке по кондуктору, обеспечивая размер с припуском на расточку, соосность отверстий и технологический размер от торца буртика корпуса до отверстий.
Предварительно просверленные отверстия в корпусах под цапфы на токарном станке растачивают в специальном приспособлении (рис. 36), состоящем из оправки 1 (рис. 36, а) с конусом, точно пригнанным по коническому отверстию шпинделя станка. Со стороны, противоположной конусу, оправка имеет площадку, находящуюся на точном расстоянии от центра оправки, соответствующем размеру корпуса с соответствующими допусками от торца буртика до оси отверстий под цапфы. В центре оправки сверлится и доводится с шероховатостью поверхности 10-го класса отверстие под шпильку фиксатора 3; отклонение от параллельности его оси к доведенной площадке должна быть не более 0,004 мм. В центре площадки под углом 90° имеется доведенное отверстие, в которое устанавливается своей шейкой фиксатор корпуса (рис. 36, б). Фиксатор H3roTOBi ляется из одной заготовки и имеет точно обработанные по размерам корпуса фиксирующие посадочные поверхности, как-то: по расточке замка, расточке корпуса и отверстию под шарикоподшипник.
8<5
87
Биение отдельных посадочных поверхностей при изготовлении допускается в пределах 0,002 мм. Фиксатор на площадке оправки крепится плотной посадкой шейки в отверстие оправки и гайкой 7.
При расточке отверстий под цапфы корпус устанавливается на фиксатор выточкой замка, расточкой и отверстием под шарикоподшипник и плотно прижимается торцовой поверхностью буртика к поверхности оправки, служащей базой. Сверху на резьбовую часть фиксатора надевается скоба, упирающаяся своими концами в наружную поверхность корпуса над цилиндрической частью и закрепляемая гайкой 4 на оправке. Установка и поворот корпуса с предварительно просверленными отверстиями строго на 180° обеспечиваются тем, что в отверстие корпуса, обращенное при установке к задней бабке станка, вставляется центр, закрепленный в пиноль задней бабки и расположенный строго по оси шпинделя. Корпус повертывают от руки на фиксаторе так, чтобы центр полностью зашел к отверстие, и в таком положении закрепляют корпус на приспособлении, прижимая его к плоскости оправки гайкой 4. Затем отводят заднюю бабку с центром от корпуса и подрезают торец прилива на корпусе, выдерживая размер от центра корпуса; растачивают отверстие под цапфу по 2-му классу точности и 7-му классу чистоты. Освобождают корпус, ослабляя гайку 4, и повертывают его на фиксаторе на 180°. Строгая фиксация при повороте корпуса осуществляется тем, что в расточенное отверстие корпуса вилкой 2 плотно вставляется фиксатор и только после этого корпус снова закрепляется на приспособлении гайкой 4. Подрезают второй прилив на корпусе, выдерживая размер от центра корпуса до проточки, и растачивают второе отверстие под цапфу. При расточке отверстий под цапфы на таком приспособлении обеспечивается их соосность в пределах 0,005 мм и перпендикулярность осей отверстий к оси корпуса в пределах 0,01 мм на длине 100 мм.
Расточка отверстий на агрегатном станке
Отверстия под цапфы в корпусах гиромоторов на некоторых заводах растачивают на агрегатных станках, обеспечивающих необходимую точность, значительно большую, чем токарные. Обработка производится на тех же станках с двумя или четырьмя головками, на которых растачивают отверстия в рамах гироприборов.
Агрегатный станок (рис. 37) состоит из сварной тумбы, на которой укрепляется литой корпус с отверстиями для специальных головок, расположенными под углом 90° при четырех головках. Для расточки отверстий под цапфы в корпусах гиромоторов агрегатный станок может иметь только две головки, расположенные под углом 180°. Головки вставляются в отверстия литого корпуса, чем достигается точное их расположение. Головки обычно снабжаются индивидуальными электродвигателями, и их шпиндели приводятся во вращение с помощью ременных передач,
§8
На рис. 38 дана схема последовательной расточки отверстий корпуса под цапфы на агрегатном станке с двумя головками.
Корпус гиромотора устанавливается на фиксатор (рис. 36, б), закрепленный в вертикально расположенном вращающемся столе
с нониусом. В шпинделях головок закрепляется соответствующий режущий инструмент. Обычно в шпинделе первой головки закрепляют сверло для предварительного сверления отверстия и подрезной резец для подрезки прилива. В шпинделе второй головки закрепляют расточной и, для окончательной подрезки прилива, подрезной резцы.
Подрезка торца прилива и расточка отверстия производятся следующим образом: при подаче шпинделя первой головки по направлению к корпусу сверло сверлит отверстие, а подрезной резец подрезает предварительно торец прилива. После входа сверла во внутрь корпуса и подрезки прилива стол станка с фиксатором, на
котором укрепляется корпус, по-
вертывают на 180° И расточным Рис. 37. Агрегатный станок резцом, закрепленным во второй
головке, растачивают окончательно отверстие под цапфу и подрезают окончательно торец прилива, выдерживая заданный размер
Рис. 38. Схема расточки отверстий под цапфы иа агрегатном станке с двумя головками
1 — корпус гиромотора; 2 — перовое сверло; 3 — подрезной резец; 4 — расточной резец
от оси корпуса до плоскости крепления цапф. В то же время первой головкой сверлят второе отверстие и подрезают предварительно прилив второго отверстия. Повернув ,стол станка, окончательно растачивают ^второе отверстие и окончательно подрезают прилив при помощи второй головки.
89
Соосность отверстий под цапфы проверяют индикатором со вставленными в отверстия специальными пробками в центрах (рис. 39). Специальные пробки, имеющие центровые отверстия, строго соосны посадочным диаметрам. Обычно делают набор пробок через 0,005 мм для каждого отверстия, что облегчает подбор пробок по отверстию, диаметр которого может колебаться в пределах допуска. Пробки подбираются с плотной посадкой. При проверке повертывают корпус вокруг оси центров и замечают биение пробки с одной стороны, а затем, переставляя ножку индикатора на другую пробку, замеряют и ее биение, вращения и будет являться
Рис. 39. Схема проверки соосности двух противоположных отверстий под цапфы
40. Схема проверки перпендику-
Рис. лярности отверстий под цапфы отверстию под шарикоподшипник
Разность биений при совпадении оси величиной несоосности отверстий под цапфы.
Перпендикулярность отверстий по отношению к оси корпуса проверяется в центрах со специальными вставленными.в расточенные отверстия пробками и гладкой точной оправкой, вставленной в отверстие корпуса под шарикоподшипник (рис. 40). Корпус с пробками вставляется в центры, а ножку индикатора подводят к оправке на расстоянии 100 мм со стороны крышки, а затем со стороны корпуса и замечают по стрелке индикатора отклонение.
Расположение отверстий необходимо проверять тщательно один раз. При повторных измерениях приходится в отверстия вставлять еще раз плотно оправки, что при двух или трех измерениях может вывести размеры отверстий из пределов допуска, так как корпус обычно изготовляется кого материала — и отверстия легко увеличиваются в размерах при плотном вставлении измерительного инструмента.
Следующими операциями технологического процесса изготовле- -ния корпусов является сверление отверстий и нарезание резьбы. Точность расположения отверстий при сверлении по кондуктору зависит от точности расположения отверстий или втулок между
из силумина — относительно мяг-
90
собой и относительно базы в кондукторе. Вначале сверлят по кондуктору отверстия в приливах для крепления цапф под резьбу на проход. Затем по кондуктору же сверлят смотровые отверстия в дне корпуса, отверстия в торце корпуса под резьбу для крепления крышки к корпусу и отверстия для крепления фирменной планки. После сверления зенкуют и нарезают резьбу метчиками. Нарезание резьбы должно производиться шлифованными или специально доведенными метчиками по 2-му классу точности. Резьба должна быть чистой, не иметь сорванных ниток, калибр должен ввертываться на всю глубину плотно с постоянным усилием. На точность резьбы оказывают влияние: величина полного крутящего момента, перекос оси метчика относительно оси нарезаемого отверстия, биение и деформация метчика. Для получения правильных размеров внутренних резьб необходимо диаметр отверстия под резьбу сверлить несколько больше (размер сверла дается в технологической карте) внутреннего диаметра резьбы. От качества резьбы в корпусе для крепления крышки, как показано в гл. 6, зависит стабильность осевого натяга в гиромоторе.
После зачистки заусенцев, промывки резьбы и проверки качества нарезки корпусы направляются в цех для отделки нанесением антикоррозионного покрытия (анодного оксидирования), описанного в гл. 4.
§ 29. ОБРАБОТКА ЦАПФ С КОРПУСОМ
Перед креплением цапф к корпусу приклепывают заклепками фирменную планку. Цапфы перед креплением тщательно обезжиривают, протирая салфеткой, смоченной в бензине, и смазывают посадочные места антикоррозионной смазкой ЦИАТИМ-202. Обезжиривают посадочные места в корпусе, также протирая их салфеткой, смоченной в бензине; затем устанавливают цапфы короткой шейкой в расточенные отверстия корпуса, а торцами буртика — в выточку в приливах корпуса. Двойная фиксация цапф в корпусе, по шейкам и торцу буртика, обрабатываемых с одного уста-нова, обеспечивает их перпендикулярность, а следовательно, точную установку гиромотора в кардановом подвесе гироскопа. Установив цапфы и совместив отверстия для крепления, в резьбу отверстий корпуса вливают по одной капле нитроэмали для предохранения от самоотвинчивания; затем ввертывают без затяжки через сквозные отверстия с зенковкой в буртике цапфы винты в резьбовые отверстия корпуса. Производят постепенно с одинаковым усилием затяжку винтов; необходимо следить, чтобы не было порчи прорези головки винта. Должно быть также обращено внимание на то, чтобы винты не выступали во внутрь корпуса, в противном случае они могут задевать вращающийся ротор.
Закрепив цапфы, подбирают к корпусу крышку, которая должна садиться на замок корпуса от руки с небольшим натягом. Устанавливают гладкую оправку в отверстия под шарикоподшипники кор-
91
Рис. 41. Схема проверки перпендикулярности цапф с осью корпуса и крышки
пуса и крышки и в центрах (рис. 41) проверяют перпендикулярность этих отверстий, которая должна укладываться в 0,05 мм на длине 100 мм. Оправка должна входить в отверстия корпуса и крышки плотно, но без значительного усилия. Если перпендикулярность не выдерживается, подбирают вторую крышку и т. д., до обеспечения перпендикулярности в пределах допуска. Крышка, подобранная к корпусу по замку и соосности гнезд под шарикоподшипники, не должна заменяться другой как при операциях механической обработки, так и при сборке гиромотора. На крышке клеймят несмывающейся краской или металлическим клеймом номер гиромотора, который выбивается на фирменной планке до ее крепления к корпусу. Крышку свободно скрепляют с корпусом специальным винтом, проходящим через отверстия под шарикоподшипники корпуса и крышки, и в таком виде корпус с цапфами шлифуют.
Перед шлифованием на одну из цапф устанавливают и закрепляют хомутик, смазывают центровые отверстия и затем вставляют корпус с цапфами в центры станка и обкатывают их в течение нескольких минут. Сначала шлифуют предварительно одну шейку цапфы с припуском ia окончательное шлифование 0,05 — 0,06 мм, затем переверты-aajoT корпус в центрах и шлифуют шейку на второй цапфе, предварительно, с тем же припуском. В той же последовательности шлифуют окончательно шейки и торцы цапф, выдерживая размеры посадочных мест по первому классу точности, обеспечивая торцовое биение в пределах 0,005 мм и заданный размер между торцами шеек цапф при шероховатости поверхности 7-го класса. Несоосность шеек после шлифования должна быть не более 0,01 мм, а биение их поверхности не более 0,02 мм.
Цапфы, как и шейки ротора, шлифуют на круглошлифовальных станках высокой точности с обильным охлаждением. Шлифовальный круг выбирается с зернистостью 60—120. Цапфы, имеющие длину.больше ширины шлифовального круга, шлифуются методом продольной подачи; поперечная подача при этом за каждый продольный ход стола составляет от 0,005 до 0,007 мм. На последних проходах производят так называемое «выхаживание» или доводку шлифуемой поверхности цапф, состоящую из выполнения ряда 92
Чистовых проходов без подачи в глубину, что способствует умейЬ-шению шероховатости обрабатываемой поверхности и повышению точности обработки.
После шлифования цапф корпусы, перед хранением их в промежуточных кладовых, направляют на консервацию цапф, технология которой описана в гл. 4.
§ 30. МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА КРЫШЕК
К крышкам гиромоторов, как и к корпусам, предъявляются жесткие требования в отношении соосности заточки замка и отверстия под шарикоподшипник. Радиальное и торцовое биение замка по отношению к отверстию под шарикоподшипник не должно превышать 0,01 мм.
Обеспечение жестких допусков на линейные размеры, а также допустимой величины биения представляет большие трудности, так как крышки в большинстве случаев отливаются из силумина и не являются достаточно жесткими. Поэтому при их обработке и транспортировании требуется соблюдение особых условий.
Так как крышки гиромоторов по конструкции мало отличаются друг от друга, то в качестве примера рассмотрим технологию обработки крышки, изображенной на рис. 8, а. Последовательность обработки схематически изображена на рис. 42.
После зачистки облоя в отливках и старения их по режиму, описанному в гл. 2, крышки обрабатываются на прецизионных быстроходных станках. Первая токарная операция выполняется с применением оправки (рис. 42, а), которую устанавливают в шпиндель станка. Крышку устанавливают на оправку внутренней поверхностью и прижимают до упора в торец вставленным в отверстие бобышки вращающимся центром. Подрезают торец наружной поверхности крышки как чисто от диаметра D до Dlt обтачивают по диаметру d бобышку и наружный диаметр крышки на проход. Затем устанавливают в шпиндель станка разжимную оправку (рис. 43), в нее устанавливают крышку до упора, предварительно проточенной плоскостью, и зажимают ее за наружный предварительно проточенный диаметр бобышки, поворачивая гайку оправки. Протачивают диаметр D2 крышки под замок окончательно (рис. 42, б), выдерживая толщину А буртика, обеспечив необходимый радиус. Дальше подрезают торец замка, выдерживая высоту I, и растачивают внутреннюю выточку крышки от диаметра D2 на глубину буртика. Подрезают торец бобышки и растачивают по диаметру dt по 2-му классу точности под втулку статора; растачивают окончательно по 1-му классу с посадкой П, отверстие dt под шарикоподшипник на проход. Расточка под шарикоподшипник и заточка замка должны быть выполнены по 7-му классу чистоты, все остальные поверхности — по 6-му классу. Острые кромки
93
должны быть притуплены, а ь отверстии Под шарикоподшипник в бобышке снята фасна 0,2 X 45°.
Обработанная с внутренней стороны крышка при проверке без снятия с оправки должна укладываться в величину допустимого
Рис. 42 Последовательность обработки крышки
радиального и торцового биения з^мка по отношению к расточке под шарикоподшипник; биение не должно превышать 0,01 мм.
Для окончательной обработки наружной стороны крышку устанавливают в оправку (рис. 44), вставленную в конус шпинделя Станка, с радиальным и торцовым биением, не превышающим 0,02 мм. Крышка плотно садится своим замком на выточку
94
оправки (рис. 42, в) и прижимается к торцу оправки затяжкой гайки на хвостовике оправки, проходящем через отверстие бобышки и упирающемся в торец бобышки шайбой. Устанавливают суппорт под углом 80°, закрепляют его и протачивают наружную поверх-
Рис. 43. Оправка для расточки отверстия под шарикоподшипник и замка в крышке.
I — разжимная оправка; 2 — гайка; 3 — крышка
Рис. 44. Оправка для наружной обработки крышки.
1 — оправка; 2 — шайба; 3 — гайка; 4 — крышка
ность крышки до окончательной толщины под углом 10е до бобышки, если толщина литья оказалась больше требуемой. Подрезают торец крышки на замке, выдерживая размер и протачивают окончательно диаметр d2 бобышки.
95
Для нарезания резьбы в бобышке под подшипниковую гайку крышка устанавливается в оправке (рис. 45). При установке оправки в шпиндель станка индикатором проверяют биение ее (радиальное и торцовое), которое должно быть не более 0,002 мм. Крышка устанавливается замком на буртик оправки и прижимается к торцу гайкой оправки (рис. 42, а); при этом проверяется индикатором радиальное биение отверстия под шарикоподшипник, которое не должно превышать 0,004 мм. После установки и закрепления крышки на оправке подрезают торец бобышки, выдерживая ее
Рис. 45. Оправка для нарезки резьбы в бобышке.
1 — оправка; 2 — гайка; 3 — крышка
высоту до заточки замка крышки; растачивают отверстие бобышки под резьбу d2 и протачивают канавку для выхода резца, не нарушая размера отверстия под шарикоподшипник.
При нарезке резьбы применяют ту же оправку, допуская при ее установке радиальное биение по отверстию, расточенному под резьбу, до 0,01 мм; резьбовым резцом нарезают резьбу, радиальное биение которой по отношению к расточке под шарикоподшипник не должно превышать 0,05 мм. Эта цифра не проверяется и обеспечивается технологическим процессом. Резьба должна быть выполнена самым тщательным образом. Резьбовой калибр должен плотно ввертываться по всей нарезанной части; у резьбы не должно быть сорванных ниток и раковин. От качества резьбы зависит стабильность натяга шарикоподшипников в собранном гиромоторе.
После окончательной токарной обработки в крышке через кондуктор сверлят отверстия под винты, крепящие крышку к корпусу; под винты, крепящие статор; под выводные изоляционные втулки и другие отверстия. Затем отверстия зенкуют, снимают фаски, раз-96
вертывают отверстия под изоляционные втулки, выдерживая их размер по 2-му классу точности, зачищают заусенцы и острые кромки после зенковки, заправляют сход резьбы и после приемки всех операций направляют крышки в цех отделки для антикоррозионного анодного оксидирования.
§ 31. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОДШИПНИКОВЫХ ГАЕК
Подшипниковые гайки изготовляются из дюралюмина марки Д1Т или Д16Т; прутки сначала обтачивают по наружному диаметру на токарных станках, с припуском на обработку, затем отрезают заготовку, с припуском на подрезку. Последовательность дальней-
Рис. 46. Последовательность обработки подшипниковой гайки
шей обработки изображена на рис. 46. Заготовку зажимают в трехкулачковом патроне и подрезают торец, обтачивают по наружному диаметру под резьбу, протачивают канавки для выхода резца при нарезке резьбы (рис. 46, а) и резьбовым резцом нарезают резьбу. При этом торцы обрабатывают по 7-му классу чистоты, обеспечивая торцовое биение не более 0,004 мм. Затем производят конусную расточку под запасную смазку (рис. 46, б) и растачивают цилиндрическую часть. В окончательно обработанной крышке по кондуктору сверлят отверстия под ключ и стопорные винты (рис. 46, в).
При изготовлении подшипниковых гаек особое внимание необходимо обращать на обеспечение и сохранение при дальнейших операциях допустимой величины торцового биения заточек, так как гайка, упираясь торцом при сборке гиромотора в наружное кольцо шарикоподшипника, в случае большого биения может перекосить кольцо. Тогда шарики при вращении не будут катиться точно по беговой дорожке, что вызовет нарушение балансировки ротора и преждевременное разрушение шарикоподшипника. От качества резьбы гаек в большой степени зависит стабильность осевого натяга шарикоподшипников. Гайки после механической обработки подвергаются анодному оксидированию.
7 С. А. Жолдак
97
§ 32. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПАКЕТОВ ЖЕЛЕЗА РОТОРА И СТАТОРА
В электрических гиромоторах пакеты железа ротора и статора являются основными магнитопроводами и собираются из штампованных из электротехнической стали пластин. К пакетам железа предъявляются следующие основные требования:
1) магнитопроводы должны обладать минимальными потерями от вихревых токов и гистерезиса;
2) должны быть просты в изготовлении.
В качестве материала пластин железа статора и ротора применяют электротехнические стали по ГОСТ 802—58: динамную марок Э11, Э12, Э21 и трансформаторную марок Э41, Э42. Уровень удельных потерь для динамной стали выше,' чем для трансформаторной.
Несмотря на такую разницу в потерях применение трансформаторной стали для магнитопроводов не всегда приемлемо. Ограничением является, в первую очередь, повышенная хрупкость трансформаторной стали с высоким содержанием кремния (от 4 до 4,5%). Такие высококремнистые стали нетехнологичны для изготовления штампованных статорных и роторных пластин, имеющих относительно тонкие перемычки. Зубцы пластин отламываются как в процессе штамповки, так и при сборке и обработке пакетов, что приводит к браку. Условия штамповки высококремнистых сталей тяжелые; штампы статорного и роторного железа в силу своей сложности малостойки и имеют повышенный износ.
Для гиромоторов серийного и массового производства, исходя из требований технологичности, магнитопроводы целесообразно изготовлять из динамной стали, что практически и делается; однако по потерям динамная сталь значительно хуже трансформаторной. Таким образом, для магнитопроводов гиромоторов желательно применять сталь, обладающую, с одной стороны, низкими удельными потерями при перемагничивании, и в особенности при больших частотах, а с другой — сохраняющую магнитные и механические качества на уровне динамных сталей. Такая марка стали разработана в последние годы отечественной промышленностью под индексом ДНП (динамная с низкими потерями). Основные характеристики стали ДНП и других приведены в табл. 9.
Снижение удельных потерь стали марки ДНП до уровня сталей более высоколегированных марок Э31 и Э41 достигается специальными технологическими приемами. Одновременно ДНП обладает пластичностью и намагничиваемостью практически на уровне динамных сталей. Применение стали ДНП взамен динамной, обладающей высокими удельными потерями, и трансформаторной с содержанием кремния 4—4,5%, вызывающего хрупкость стали, в гиромоторах не вызывает никаких технологических трудностей.
В целях снижения потерь на вихревые токи при перемагничивании и облегчения штамповки толщина пластин как для пакетов статоров, так и пакетов роторов берется 0,35 или 0,5 мм. Стальные листы, предназначенные для пакетов магнитопроводов
98
Таблица 9:
Магнитные свойства электротехнической стали
Марка стали ГОСТ № Р 10/50 вт/кГ Р 15/50 вт/кГ Вгъ Количество перегибов не ме- нее
эн Э12 Э21 ДНП Э31 Э41 Э42 Э43 802—58 Фактические данные 3,30 2,80 2,50 1,60—2,0 2 1,60 1,20 1,05 7,90 6,80 6,10 3,70—4,20 4,50 3,60 2,80 2,50 15 000 14 900 14 800 14 900—15 100 14 600 14 500 14 400 14 300 10 10 10 10 5 1
гиромоторов, должны быть ровными, без вмятин, выступов и следов коррозии. Вмятины, выступы на отдельных пластинах, а также их коробление приводят при сборке пакетов к пониженному коэффициенту заполнения.
§ 33. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПАКЕТОВ
Технологический процесс изготовления пакетов роторов и статоров гиромоторов должен быть построен так, чтобы он обеспечивал, начиная с проверки стали и до окончательной сборки гиромоторов, получение в них минимальных потерь от гистерезиса, вихревых токов и создавал более равномерную проводимость. Пакеты должны быть надежно механически скрепленными, должно быть обеспечено плотное прилегание пластин друг к другу; несоблюдение этого вызовет гудение пластин во время перемагничивания, а следовательно, и неприятный шум гиромотора при работе.
Технологический процесс изготовления пакетов железа роторов и статоров гиромоторов состоит из следующих операций: резки полос, штамповки пластин, снятия заусенцев, отжига, изоляции пластин, сборки пакетов, проверки магнитных свойств железа и готовых пакетов.
Электротехническая сталь поставляется на заводы с сертификатами, в которых указывается марка стали и основные электротехнические данные испытаний этой партии стали по ГОСТ 802—58.
Заводы, потребляющие сталь в больших количествах, зная марку стали и основные параметры (индукцию и потери), указанные в сертификате поставщика, иногда запускают сталь в производство без дополнительной ее проверки. Заводы, потребляющие небольшое количество стали и получающие ее распакованными у*
99
пачками из разных партий, присланных в разное время и без сертификатов, перед запуском в производство должны проверять сталь по основным магнитным параметрам.
Магнитные характеристики стали определяются на дифференциальном аппарате Эпштейна, согласно рекомендациям ГОСТ. Однако этот метод требует большой затраты времени на подготовку образца к испытаниям и большого расхода материала, так как образец изготовляется из полос, чаще всего не пригодных для дальнейшего использования. Наконец, усреднение результатов измерения является не совсем удобным для проверки в заводских условиях, так как на приготовление одного образца расходуется обычно 3—4 нормальных листа.
В лаборатории электротехнических и магнитных измерений Института электротехники АН УССР разработана схема,1 позволившая создать установку для испытания целых листов электротехнической стали с непосредственным отсчетом измеряемых характеристик, т. е. без внесения каких-либо поправок. На такой установке могут испытываться образцы электротехнической стали размером 375 X 750 мм, что позволяет определять свойства одного листа нормальных размеров вдоль направления проката и поперек его и в течение нескольких минут производить измерения:
1) общих удельных потерь в стали Ро;
2) максимального значения индукции Вм;
3) максимального значения напряженности магнитного поля Н ц;
4) эффективного значения напряженности магнитного поля Н;
5) угла потерь в стали;
6) на основе измерений, указанных в п. 2, 3, 5, возможно вычисление значений комплексной магнитной проницаемости, комплексного магнитного сопротивления и их активных и реактивных составляющих.
Раскрой листов
Нормальные листы электротехнической стали имеют размеры 750 X 1500 мм. При раскрое листа на отдельные полосы необходимо разрезать их по ширине на 1,4—1,6 мм больше размера готовой пластины. Полосы разрезают на гильотинных или многороликовых ножницах. Точность и производительность гильотинных ножниц значительно ниже, чем многороликовых, на которых лист разрезается за один проход на нужное число полос. На рис. 47 изображена схема многороликовых ножниц. Необходимо все листы разрезать в одном направлении вдоль проката, что уменьшает коробление полос, улучшает условия штамповки, а также обеспечивает определенное расположение пластин в пакетах (это очень важно, так как магнитная проводимость вдоль и поперек проката разная).
1 Подробнее см. В. Ф. Петроченко, БТИ. 1957, № 4.
100
Штамповка пластин
Штамповка пластин осуществляется на эксцентриковых прессах в штампах совмещенного действия, обеспечивающих за один ход ползуна пресса окончательную вырубку пластин высокой точности. Пластины должны иметь высокую точность по шагу пазов, так как даже незначительная величина этой погрешности приводит к уменьшению сечения паза и затрудняет укладку обмотки в пазы. Штамповка должна производиться только острыми штампами, что обеспечивает получение незначительных заусенцев. Величина заусенцев на пластинах зависит также от колебания толщины мате-
Рис. 47. Схема дисковых ножниц.
1 — вал; 2 — верхний дисковый нож; 3 — разрезаемый материал;
4 — нижний дисковый нож
риала, зазора между пуансоном и матрицей, точности установки штампа и др. Наличие заусенцев на пластинах обычно приводит к уменьшению количества пластин в пакете, увеличению потерь на вихревые токи из-за замыкания пластин заусенцами, а заусенцы, образуемые по контуру пазов, вызывают повреждение пазовой изоляции в процессе укладки обмотки в пазы.
Статорные и роторные штампы совмещенного действия сложны по конструкции и трудоемки в изготовлении. Их преимуществами являются высокая производительность, а также точность размеров штампуемых изделий и строгая концентричность их наружного и внутреннего контуров. При особо тщательном изготовлении штампов можно получать размеры деталей 2-го класса точности. Пуансоны и матрицы штампов совмещенного действия изготовляются из стали Х12 или Х12М; при отсутствии их допускается применение заменителей 5ХВС, ХГ или 9ХВГ. При качественном изготовлении штампов и правильной их эксплуатации они дают 500—800 тыс. вырубок с переточкой после 8—10 тыс. вырубок.
Конструкции штампов для статорных и роторных пластин гиромоторов аналогичны конструкциям штампов для статорных и роторных пластин малогабаритных электродвигателей.
Остановимся на опыте эксплуатации аналогичных штампов, изготовленных из твердых сплавов, позволяющих делать до 100 млн. вырубок при средней производительности на одну заточку в 2 млн.
101
на заводе Могельнице в Чехословакии. Твердосплавные штампы в сравнении со штампами из легированных сталей, как видно из приведенных цифр, отличаются высокой стойкостью и вырубают пластины почти без заусенцев.
Для изготовления вырубных штампов применяют наиболее вязкие виды твердых сплавов, в состав которых входит 85% карбида вольфрама и 15% кобальта или 80% карбида вольфрама и 20% кобальта. Конструктивно эти штампы мало отличаются от обычных. В твердосплавных штампах высокой стойкостью должны обладать все детали, которые подвергаются износу при эксплуатации. Зазор между пуансоном и матрицей в этих штампах берется несколько большим, чем у стальных; его подбирают в зависимости от твердости штампуемого материала в пределах от 10 до 14% его толщины. Заготовки деталей штампов — пуансоны и матрицы — изготовляются с припусками на обработку. Величина припусков колеблется от 0,3 до 1 мм. Обработку до конечных размеров производят электроэрозионным способом и шлифованием карборундовыми кругами или кругами с алмазной крошкой. На этом заводе изготовлен сложный пятипозиционный штамп для пластин статора и ротора небольшого коллекторного электродвигателя, чертеж которого приведен на рис. 48, а. На рис. 48, б показана штамповка, полученная на этом штампе. Штамп предназначен для работы на обычном прессе, причем на нем следует применять автоматическое пневматическое устройство для подачи штампуемых лент. Подающее устройство устанавливают на штампе. Для захвата материала служат два рычага, снабженных на рабочих концах пальцами, имеющими цилиндрическую поверхность и несколько срезанные края. При поступательном движении материала пальцы западают в специальные отверстия, а при обратном движении надвигаются на ленту. Обратное движение происходит при верхнем ходе ползуна пресса. Рычаги укреплены на валиках, соединенных с поршневыми штоками воздушных цилиндров. Для подъема подаваемых лент на валике имеется дополнительный рычаг с рабочим концом, направленным к наружной стороне штампа. Перед началом верхнего хода ползуна пресса к концу рычага прижимается планка, закрепленная на верхней стороне штампа, поворачивающая валик таким образом, что пальцы подающих рычагов приподнимаются над штампуемой лентой. Валик с поршневыми штоками соединен при помощи поворотного шарнира. После надвигания пальцев на ленту задвижка переключает сжатый воздух для выполнения обратного движения поршня, а вместе с тем и всей подающей системы. Подающее устройство работает надежно при 110 ходах в минуту, чем достигается высокая производительность.
Несмотря на ряд трудностей при изготовлении твердосплавных штампов, примеры стойкости, приведенные выше, указывают на большую экономическую выгоду, получаемую при внедрении их для штамповки статорных и роторных пластин гиромоторов и других электрических машин.
102
Рис. 48. Чертеж пятипозиционного штампа из твердых сплавов (а). Последовательность штамповки и готовые детали (б)
103
Снятие заусенцев
Рис. 49. Схема станка для снятия заусенцев на пластинах.
1 — пластина; 2 — бесконечная резиновая лента; 3 — абразивный круг; 4 — упор;
5 — ведущий ролик; 6 — поддерживающий ролик
После штамповки пластин статорного и роторного железа с них, как правило, снимают заусенцы. Существует несколько способов снятия заусенцев, но самым распространенным из них является снятие на специальных станках абразивными кругами. Наиболее удачной конструкцией из этих станков считается конструкция, схема которой изображена на рис. 49. Станок состоит из укрепленного в шпинделе передвигающегося вертикально при помощи ходового винта абразивного круга 3, опорного стола 4 и бесконечной
ленты 2, которая подает пластины 1, уложенные на нее вверх заусенцами, под абразивный круг. В связи с большим количе
Рис. 50. Станок для снятия заусенцев
ством образующейся металлической и абразивной пыли станки оборудуются вытяжными устройствами.
Фирма «Сперри» для снятия заусенцев применяет специальные
104
настольные станки (рис. 50). Станок состоит из двух ведущих шпинделей, приводимых от одного электродвигателя. На шпинделях насажены ведущие шкивы. На некотором расстоянии расположены холостые шкивы такого же диаметра. На верхние шкивы надевается бесконечная лента с нанесенным абразивным слоем. На нижние шкивы надевается бесконечный кожаный ремень. При работе шкивы вращаются в разные стороны, двигая ремни в разных направлениях. Так, например, абразивный ремень движется на рабочего, а кожаный нижний — от рабочего. Пластины укладываются на нижнюю ленту; когда они проходят между лентами, с них снимаются заусенцы. Далее пластины движутся по наклонному столу и укладываются на стержни. Рабочий может наблюдать укладку железа на стержни в зеркало, установленное наклонно к столу. Характерно, что пластины, надетые после штамповки на стержни, в таком виде транспортируются на все операции до самой сборки.
Отжиг пластин
При резке полос на ножницах и штамповке, в них по периметру и во всей массе металла возникают внутренние напряжения (упрочнение), ухудшающие магнитные свойства и увеличивающие гисте-
резисные потери. Упрочнение с резким ухудшением магнитных свойств и увеличением гистерезисных потерь распространяется по периметру штамповки на расстоянии 0,5—1 мм. Упрочнение и внутренние напряжения в металле обычно снимаются отжигом.
Отжиг статорных и роторных пластин гиромоторов производят в электрических печах. Роторные пластины от
жигаются после лакового покрытия, что
обеспечивает отсутствие выгорания ла- Рис 51 Ящик для отжига кового покрытия при заливке коротко- пластин.
замкнутой обмотки. Отжиг роторных ' > — пластины в пакетах; 2 — пластин производится В железных ЯЩИ- каГ™ ™асбест?***5 - чугунная ках при температуре 500—550°, в тече- стружка
ние 1—1,5 часа с доступом воздуха. Та-
кой отжиг хотя и не обеспечивает полностью восстановления маг-
нитных свойств упрочненного периметра пластин, но происходит при температуре, при которой окончательно выгорают летучие вещества изоляционного лака. Сохранение их приводит к тому, что при заливке короткозамкнутой обмотки летучие вещества, испаряясь, образуют газовые раковины в обмотке, что вызывает брак роторов гиромоторов. На отожженных пластинах пленка должна быть блестящего, ровного черно-коричневого цвета и при перегибе пластины не должна отскакивать. Отжиг статорных пластин, подобранных И связанных пакетами, производится в закрытых железных ящиках
105
(рис. 51). Пакеты сверху покрывают слоем асбеста, затем посыпают стружкой из серого чугуна. Ящики, замазанные огнеупорной глиной, загружают в печь при температуре 350—400°. Температуру печи повышают до 850° и при этой температуре ящики выдерживают в течение 3 час. Ящики охлаждают вместе с печью до 200°, а затем на воздухе.
Такой отжиг без доступа воздуха обеспечивает получение пластин с хорошими магнитными свойствами и с очень незначительной окалиной.
Изолирование пластин
Статорные пластины после отжига, а роторные до отжига, как было сказано выше, покрывают изоляционным лаком, создающим на пластине хорошую изоляционную поверхностную пленку. Перед лаковым покрытием поверхность пластин должна быть чистой,
Рис. 52. Агрегат для лакировки пластин
без масляных пятен и не иметь следов коррозии, к которым лак плохо пристает. Для этой цели пластины после отжига обезжиривают промывкой в бензине или любым другим способом, обеспечивающим соответствующую чистоту.
Статорные и роторные пластины покрывают бакелитовым лаком или глифталемасляным лаком № 1154 на специальных агрегатах (рис. 52). Агрегат состоит из лакировального аппарата /.пластинчатого транспортера 2, двух камер с лампами инфракрасного излучения 3, двух камер с электронагревателями 4 и 5 и двух электровентиляторов 6.
Лакировальный аппарат (рис. 53) имеет четыре валика, приводимых во вращение от электродвигателя через передаточный механизм. Два нижних стальных валика 1 частично погружены в бакелитовый лак и при вращении подают его на верхние, покрытые резиной валики 2. Бакелитовый лак вязкостью 25—30 сек. по воронке НИИЛК № 7 поступает в корпус 3 аппарата самотеком из резервуара 4. Лакируемые пластины опускаются в щель крышки 105
корпуса, проходят между вращающимися, покрытыми резиной валиками и по наклонному лотку попадают на металлический пластинчатый транспортер.
Толщина наносимой пленки регулируется зазором между покрытыми резиной валиками при помощи регулировочных винтов 5 и в среднем колеблется от 0,01 до 0,015 мм.
Транспортировочная лента подает пластины в первую камеру с лампами инфракрасного излучения мощностью 500 вт, которые
Рис. 53. Лакировальный аппарат.
1 — стальные валики; 2 — валики, покрытые резиной; 3 — корпус; 4 — резервуар; 5 — регулировочные винты; 6 — шестерни
расположены сверху и снизу ленты. Здесь происходит интенсивное испарение растворителя из лаковой пленки при температуре 100—110°.
Во второй камере инфракрасного облучения продолжается процесс удаления растворителя из пленки, причем режим сушки такой же, как в первой камере. Далее пластины поступают в первую камеру с электронагревателями 4 (рис. 52), где температура достигает 400—450°. Здесь лаковая пленка доходит до стадии В, т. е. теряет способность растворяться в органических растворителях.
Во второй камере с электронагревателями 5 температура равна 650—700°. В этой камере лаковая пленка приобретает качества, соответствующие стадии С, т. е. полной полимеризации. Цвет пленки становится коричневым. Покрытые пластины с транспортера собирают в железные ящики.
107
Последнее время широко применяются агрегаты, у которых нагрев и доведение лаковой пленки на пластинах производятся индукционным методом. Схема такого агрегата дана на рис. 54.
Агрегат состоит, как и описанный выше, из лакировального аппарата такой же конструкции и двух пластинчатых транспортеров, движущихся в противоположных направлениях. Верхние пластины транспортеров проходят в металлических, сваренных из листовой стали коробах. Сверху коробы изолированы листовым асбестом, на который непосредственно намотан медный изолирован-
Рис. 54. Агрегат для лакировки пластин с индукционным обогревом.
1 — лакировальный аппарат; 2 — транспортер; 3 — стальные коробы с обмотками
ный провод. Нагрев пластин на транспортере происходит за счет того, что проходящий переменный ток по обмотке, расположенной на металлических коробах, создает магнитное поле, изменяющее свою полярность с частотой подводящего напряжения. Частота обычно берется 50 гц. Во время перемагничивания происходят большие потери от вихревых токов и гистерезиса, которые и нагревают всю металлическую систему транспортера, в том числе и пластины, находящиеся на транспортере. Пластины, прошедшие всю длину верхнего транспортера, подаются на такой же нижний и двигаются в обратном направлении, продолжая нагреваться. При прохождении покрытой лаком пластины по верхней и нижней частям транспортера бакелитовый лак сначала теряет летучие растворители, а затем проходит постепенно все стадии до полной полимеризации. Такая установка является более экономичной вследствие того, что тепло, находящееся в коробах, имеет небольшие потери, и того, что нагревательный элемент изготовляется из медного провода и не нагревается выше температуры нагрева на
108
ружной поверхности короба. Температура внутри короба достигает не более 250°.
Пластины, покрытые лаковой пленкой на агрегатах, дают коэффициент заполнения 0,93—0,96. Лаковая пленка получается эластичной, негигроскопичной, обладает достаточной механической прочностью, достаточными изоляционными свойствами и защищает пластины от коррозии.
Паротермическое оксидирование пластин
В ряде случаев пластины пакетов статоров и роторов после обмотки подвергаются вакуумной пропитке изоляционными лаками. Изоляционный лак, проникая между пластинами, создает дополнительную изоляцию. Для снижения трудоемкости и экономии изоляционных лаков применяют паротермическое оксидирование пластин.
Паротермическое оксидирование при нагреве пластин из электротехнической стали в контейнере в атмосфере смеси водяного пара с воздухом при температуре 500—550° позволяет получить на поверхности пластины оксидное покрытие, обеспечивающее антикоррозионное и изоляционное предохранение пластин в собранных пакетах при эксплуатации.
Пластины, подвергающиеся паротермическому оксидированию, должны быть чистыми, без заусенцев, химически обезжиренными и не иметь на поверхности окалины и следов коррозии. При наличии окалины и коррозии, превышающей 5% общей площади поверхности пластины, они подвергаются травлению в серной или соляной кислоте с ингибиторами или в фосфорной кислоте с последующей нейтрализацией и сушкой.
Паротермическое оксидирование пластин производят на специальной установке (рис. 55) следующим образом. Подготовленные пластины собирают в пакетики, связывают стальной проволокой и загружают в специальный контейнер 1, изготовленный из нержавеющей стали и вмонтированный в термическую печь. После загрузки контейнер закрывают плотно крышкой, затягивая последнюю болтами. В отверстие дверцы крышки 2 вставляют термопару и включают нагрев печи и самопишущие приборы. После нагрева печи с контейнером и пластинами до температуры 500—550° пластины выдерживают при этой температуре в течение 1 часа. Пластины из трансформаторной стали Э42 выдерживают при температуре 750 + 30° в течение 2 час. и затем охлаждают до температуры 550° перед пуском пара в контейнер.
В паропроводе 3 поднимают давление пара до 3—5 атм, закрывают вентиль 4 и продувают пар сначала на выход, открывая для этого вентиль 5. Затем закрывают вентили 8 и 5 и продувают пар через отстойник 6, открыв для этого вентили 7 и 4. Закрыв вентиль 7, продувают пар через паропровод, открыв вентили 8 и 9; затем закрывают вентиль 9 и открывают вентили 10 и 11, тем самым пропуская
109
пар в контейнер и производя оксидирование пластин. Пар в контейнер подается под давлением в 3—5 атм в течение 2,5 часа для динамной стали и 3—3,5 часа—для трансформаторной; необходимо следить за выходом пара из паропровода во избежание перекрытия и конденсации пара. Давление пара на выходе должно быть не менее 0,2—0,3 атм. Температура печи с контейнером должна все время поддерживаться в пределах 500—550°.
По истечении времени, необходимого для оксидирования, закрывают вентили 4, 8, 10 и 11, выключают нагрев печи и дают ей
охладиться вместе с контейнером до температуры 200°. Затем вынимают термопару, отключают самопишущие приборы, открывают дверцу печи, крышку контейнера, выгружают из него пакеты и укладывают их в тару, в которой пластины поступают на контроль, а затем на сборку пакетов статоров и роторов. Температура нагрева и охлаждения контролируется по записям самопишущих приборов. Оксидное покрытие должно представлять плотный сплошной слой сизо-синего цвета по всей поверхности пластин. На пластинах не должно быть непокрытых мест, пор и трещин; контроль этих дефектов производится погружением пластин, взятых на выбор, в свежеприготовленный 3%-ный раствор медного купороса на 30 сек. При наличии более трех красных точек меди на 1 см2 поверхности пластины производятся повторные испытания удвоенного количества пластин. Оксидное покрытие должно иметь сопротивление изоляции не менее 5 ом при проверке электродом площадью 7 мм- в разных пластинах и не должно отслаиваться при изгибе пластины на 90° вокруг оправки диаметром 20 мм.
ПО
Если требования к качеству оксидного покрытия при повторных испытаниях пластины не удовлетворяются, пластины этой партии бракуются и возвращаются на повторное паротермическое оксидирование.
Сборка пакетов
Пакеты роторов собирают по количеству пластин из пластин, отожженных после лакировки или оксидирования, связывают проволокой и в таком виде направляют на заливку короткозамкнутой
Рис. 56. Сборка пакетов роторов с косыми пазами под заливку
обмотки. Перед заливкой пластины набирают в специальные сборники с фиксацией по пазам, опрессовывают по толщине с определенным допуском и вставляют в форму центробежного литья, как описано в гл. 2.
Сборка пакетов роторов с косыми пазами фирмой «Сперри» производится на специальных оправках (рис. 56). Рабочий по калибру подбирает требуемое число пластин на гладкую оправку и продвигает их на себя, перемещая с гладкой на спиральную оправку. Спиральная оправка гладким хвостовиком вставляется плотно в отверстие гладкой оправки, на которой первоначально находятся подготовленные пластины. При передвижении отделенного калибром необходимого количества пластин с гладкой оправки на спиральную пластины получают необходимый скос по заданной спирали, скользя своими пазами по ножам спиральной оправки, толщина которых соответствует толщине прорези пластин. Спираль-
111
мая оправка с набранным таким образом пакетом вынимается из отверстия гладкой оправки; на гидравлическом прессе пакет опрессовывается до необходимого размера. Затем спиральная оправка выталкивается из пакета железа и в его отверстие запрессовывается цилиндрическая оправка, на которой и происходит заливка пакета. После предварительной механической обработки короткозамкнутой обмотки оправка из пакета удаляется.
Статорные пластины после изолирования лаком или оксидирования подбирают в пакеты по счету или весу и связывают проволокой. Пакеты статоров гиромоторов обычно собирают на специальной втулке, которая крепится в крышке или напрессовывается на втулку крышки, как показано в гл. 1. При сборке пакета статорная втулка устанавливается в приспособление, смазывается бакелитовым лаком, на нее надевается крайняя торцовая пластина и затем напрессовывается весь пакет с верхней торцовой пластиной. Торцовые пластины берут толщиной от 0,8 до 1 мм в зависимости от диаметра и толщины пакета. Пакет, напрессованный на втулку, обжимают на гидравлическом прессе, с необходимым давлением до требуемого размера; не снимая давления, втулку развальцовывают, чем и скрепляется пакет.
§ 34. МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПАКЕТОВ
Собранные и закрепленные развальцовкой на втулке пакеты статоров (рис. 57) поступают на механическую обработку, заключающуюся в следующих операциях. Пакет зажимают на токарном
Рис. 57. Пакет статора.
1 — втулка; 2 — статорные пластины
станке в расточенных сырых кулачках за наружную поверхность и окончательно растачивают, а затем развертывают отверстие во втулке. После этого, приняв за базу отверстие втулки, подрезают посадочный торец втулки и обтачивают ее по наружному диаметру под посадочную расточку в крышке. Приняв за базу отверстие втулки, на круглошлифовальном станке шлифуют методом врезания на
ружную поверхность пакета окончательно. При шлифовании подбирают режимы, обеспечивающие обработку без заволакивания заусенцев на пластины, а следова-
тельно, гарантирующие пластины от электрического контакта.
После шлифования пакеты статоров просушивают и направляют в намоточный цех для укладки в пазы обмотки (см. гл. 4).
Пакеты роторов после заливки в пазы короткозамкнутой обмотки поступают на механическую обработку. Вначале пакет зажимают за наружную поверхность в сырых кулачках и растачивают отверстие предварительно, а затем с припуском под окончательную
112
расточку уже в готовом роторе. Подрезают один из торцов обмоткй, выдерживая заданный размер толщины кольца обмотки, и протачивают его по наружному диаметру окончательно. Пакет устанавливают на разжимной оправке (рис. 58) по диаметру отверстия, подрезают второй торец и обтачивают по наружному диаметру второе короткозамкнутое кольцо окончательно, обеспечивая торцовое биение не свыше 0.05 мм и шероховатость поверхности по 5-му классу.
Рис. 59. Оправка для шлифования пакетов роторов по наружному диаметру
Рис. 58. Оправка для обработки короткозамкнутой обмоткн ротора
Перед шлифованием наружной поверхности пакетов их протачивают на токарном станке; при этом на одну оправку устанавливается несколько пакетов (рис. 59). На такой же оправке на круглошлифовальном станке шлифуют наружную поверхность пакетов окончательно, обеспечивая установку в маховик ротора по глухой посадке 2-го класса точности, шероховатость поверхности по 7-му классу, не допуская заволакивания заусенцев на пластины.
После шлифования пакеты промывают и сушат в термостате, ставят порядковый номер гиромотора, проверяют качество обмотки на установке методом, описанным в гл. 7, и производят консервацию по технологическому процессу, описанному в гл. 4.
8 С. А. Жолдак
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
НАМОТОЧНЫЕ РАБОТЫ И АНТИКОРРОЗИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ
§ 35. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Электрические гиромоторы при работе в приборах питаются в большинстве от преобразователей, дающих переменный трехфазный ток повышенной частоты. Гироскопические приборы, как было сказано выше, а следовательно, и гиромоторы, которые являются основными элементами приборов, рассчитываются на работу в условиях в зависимости от механических и климатических воздействий. Поэтому при испытаниях электрических гиромоторов к обмоткам статоров, несмотря на незначительное напряжение питания, предъявляются жесткие требования. В процессе эксплуатации в обмотках статора не должно появляться короткозамкнутых витков; сопротивление изоляции обмотки по отношению к корпусу при работе в атмосфере с влажностью 95 + 3% не должно снижаться ниже 2 мегом. Обмотка не должна перегреваться. Температура перегрева обмотки статора гиромотора при тяжелых эксплуатационных условиях допускается не более 80°, при этом не должно быть следов вытекания пропиточного лака и других дефектов, выводящих гиромотор из строя.
Надежность работы гиромоторов, определяемая электрическими параметрами, зависит исключительно от качества применяемого материала, правильности технологического процесса и технологической дисциплины.
Технологический процесс намоточных работ при изготовлении гиромотора охватывает следующие операции: изолирование пакета железа статора, укладку обмоточных проводов в пазы, пропитку, монтаж обмотки, а также проверку качества статорной обмотки.
§ 36. МАТЕРИАЛЫ ОБМОТОК ГИРОМОТОРОВ
Для обмоток статоров гиромоторов применяется проволока разных диаметров из электролитической отожженной красной меди.
До изготовления отечественной промышленностью проводов с винифлексовой и металвинной изоляцией для статорных обмоток применялся эмалированный провод марки ПЭЛ, ГОСТ 2773—51, 114
Й Некоторых гиромоторах — провод ПЭЛШО (с шелковой изоля-цией). В настоящее время статорные обмотки выполняются проводом марки ПЭВ-2 (ГОСТ 6324—52) и проводом с повышенной теплостойкостью, покрытым кремнийорганическим лаком, допускающим работу в интервале температур от — 60 до + 200° С.
Для пайки проводников друг к другу, припайки выводных концов и наконечников применяют мягкие припои, представляющие сплав олова и свинца с некоторым количеством сурьмы. Чем выше содержание олова в припое, тем более текучим он является и легче проникает в зазоры между спаиваемыми поверхностями. При изготовлении гиромоторов обычно применяют ПОС-61 и ПОС-40. При пайке применяют бескислотный флюс, состоящий из 30 %-кого раствора канифоли в спирте.
Для обеспечения надежной работы гиромоторов при пониженной влажности в широком диапазоне температур согласно требованиям технических условий применяются при обмотках статоров изоляционные материалы класса А в соответствии с ГОСТ 183—55, с предельной температурой 105°.
В качестве пазовой изоляции, крайних изоляционных пластин пакетов статоров и для изолирования втулок под лобовые'части обмоток применяется электроизоляционный картон следующих марок:
ЭВ — электрокартон воздушный, целлюлозный, вырабатываемый из древесной целлюлозы; в основном применяется для крайних пластин и изоляции втулок под лобовые части обмотки;
ЭВП — электрокартон воздушный, целлюлозный, прессованный. Вырабатывается из древесной целлюлозы или из хлопкового волокна и пропитывается. Применяется для пазовой изоляции;
ЭВТ — электрокартон воздушный, тряпичный, изготовляется на тряпичной основе. Применяется как механически прочный для пазовой изоляции в статорах с большим коэффициентом заполнения пазов проводом и там, где лобовые части обмоток подвергаются опрессовке.
Лакоткани представляют собой ткань, пропитанную лаками, образующими эластичную пленку с высокими электроизоляционными свойствами. В производстве гиромоторов применяется только светлая лакоткань желто-коричневого цвета, обладающая эластичностью, устойчивостью к действию воды, бензина, минеральных масел, марок ЛШ-1, ЛШ-2 и ЛШС. Черные лакоткани, как менее стойкие к бензину и минеральным маслам, не применяются. ЛШ-1 — лакоткань шелковая, светлая применяется для дополнительной пазовой изоляции. ЛШ-2 — лакоткань шелковая, светлая применяется как заменитель ЛШ-1. ЛШС-1 и ЛШС-2 — лакоткань шелковая, специальная, светлая применяется как заменитель ЛШ-1 и там, где требуется более высокая электрическая прочность.
Для пазовой изоляции последнее время в электрических машинах применяются новые изоляционные материалы, которые могут быть использованы и при производстве гиромоторов, как например:
8*
115
Пленка из сМоЛы лавлас, обладающая высокой механической и электрической прочностью при незначительной толщине, что уменьшает коэффициент заполнения паза.
Фторопласт-4 (ВТУ М-549—54)—беловато-серая, слегка просвечивающаяся в тонком слое пленка, напоминающая на ощупь парафин. Обладает исключительно высокими диэлектрическими свойствами. Характерно, что эти свойства мало изменяются в широком интервале температур от — 60 до + 250° С. Пластик устойчив против различных крепких кислот и щелочей и не растворяется ни в одном из известных растворителей. Фторопласт-4 может быть использован для электроизоляции пазов статоров. Изоляция из него отличается несмачиваемостью и ненабухаемостью в воде, что позволяет использовать его в условиях высокой влажности. Фторопласт-4 отличается большой прочностью.
Стеклоэскапон ЛСЭ-19. В качестве изоляции нормальной теплостойкости шелковые и хлопчатобумажные лакоткани могут быть заменены стеклоэскапоновой лакотканью, обладающей по сравнению с ними более высокой диэлектрической прочностью, влаго-и теплостойкостью, при меньшей стоимости.
Гетинакс (ГОСТ 2718—54) представляет собой бумагу, пропитанную синтетическими термореактивными смолами типа бакелит и спрессованную в несколько слоев (в зависимости от требуемой толщины) при высоком давлении, определенной температуре и времени выдержки. Выпускается нескольких марок в виде листов разных толщин. В гиромоторах применяется для пазовых клиньев. Наиболее подходящими марками гетинакса для этой цели являются марки В и Б, как поддающиеся штамповке в нагретом и холодном виде.
Полихлорвиниловые трубки изготовляются из полихлорвиниловых смол с красителями и без красителей. Они применяются как дополнительная изоляция на выводных концах статоров гироскопов. Трубки применяются без красителей.
Нитки —применяются исключительно шелковые, как негигроскопические для оклетневки выводных концов обмотки у наконечников.
В качестве обмоточных проводов применяют ПЭВ-2 — проволоку, эмалированную винифлексом, двойную; ПЭВ-3 — проволоку, эмалированную винифлексом, тройную.
Кроме этих проводов, в гиромоторах, работающих при повышенной температуре, применяют провода с кремнийорганической изоляцией, марки ПЭТК4 (ТУО МС 505.037—56).
Для выводных концов от статорной обмотки применяют монтажные провода с шелковой и капроновой изоляцией марок МГШДО и МГШДОК:
МГШДО — провод многожильный, гибкий, с двойной обмоткой и оплеткой из натурального шелка;
МГШДОК — провод многожильный, гибкий, с двойной обмоткой и оплеткой из капрона;
МГВ — провод гибкий, многожильный, покрытый хлорвиниловой пленкой.
116
§ 37. ИЗОЛИРОВАНИЕ ПАКЕТОВ СТАТОРОВ
После механической обработки и сушки пакеты статоров поступают на изолирование. Перед изолированием прочищаются все пазы от пыли и заусенцев. Изолирование пакета состоит в том, что: 1) на крайние пластины пакета наклеиваются клеем БФ-4 крайние изоляционные, выполненные из электрокартона, пластины, имеющие конфигурацию статорной пластины, с уменьшенным на 1—1,5 мм наружным диаметром; 2) концы втулок под лобовые части обмоток изолируют путем обертки и приклейки специальных изоляционных электрокартоновых или из лакоткани прокладок и 3) укладывается пазовая изоляция.
Перед укладкой обмотки в пазы пакета статора укладывается пазовая изоляция, состоящая или только из электрокартона или из электрокартона с лакотканью или из других изоляционных материалов (фторопласт, пленка лавлас).
Часто укладка изоляции в пазы производится вручную по мере укладки обмоточного провода в пазы. В этих случаях пазовая изоляция нарезается на гильотинных малых ножницах, с припуском по длине пакета (на 1—1,5 мм) и по ширине с таким расчетом, чтобы она при выкладывании паза выступала на 5—8 мм сверху пакета. Производительность ручной укладки пазовой изоляции невысока.
Для пакетов статоров с внешними прямыми пазами часто применяется так называемая непрерывная пазовая изоляция, выполняемая вручную или на специальных станках-автоматах. При непрерывной пазовой изоляции предварительно нарезанная, на 1—1,5 мм длиннее пакета, полоса вдавливается в пазы плоским пуансоном и затем формуется по контуру паза пуансонами, сечение которых соответствует сечению паза с изоляцией. Затем начало и конец полосы склеиваются. Такая непрерывная пазовая изоляция удобна для станочной обмотки, так как при ней облегчается надевание направляющих щечек на пакет и она не мешает при повороте пакета, а также не дает возможности при намотке попадать проводу между изоляцией и стенкой паза. Изоляция, лежащая на зубцах, разрезается после укладки всей обмотки; получающиеся выступающие части загибают внутрь пазов.
Механизация укладки непрерывной изоляции и станочная намотка легче могут быть осуществлены при изготовлении пакетов статоров, имеющих прямые внешние пазы; при изготовлении статоров с косыми пазами механизация этих операций затруднительна.
На рис. 60 представлена кинематическая схема одного из станков, предназначенных для непрерывной укладки пазовой изоляции в статорах гиромоторов.
Станок может быть использован для укладки непрерывной изоляции в пазы статоров с различным количеством пазов, различной Длиной пакета и пазами разного профиля. Установка статора с оправкой, вставленной в отверстие втулки, в центры станка, заправка изоляционной ленты в катушку и съем статора производятся
117
вручную, а укладка изоляционной ленты и выключение станка — автоматически.
Станок приводится в движение от электродвигателя клиноременной передачей через редуктор на распределительный вал 1, семь кулачков которого через передающие механизмы сообщают движение исполнительным механизмам. Кулачком 8 через шарнирную передачу 49 движение передается узлу 31, который, перемещаясь поступательно, прижимает изоляционную ленту 33 к статору, после чего под действием пружины 32 узел 33 возвращается в исход-
Рис. 60. Кинематическая схема станка для укладки пазовой изоляции в статоры с прямыми пазами
ное положение. Кулачок 7 через шарнирную передачу 50 сообщает движение узлу 35, несущему плоский пуансон 30, а последний вдавливает ленту в паз статора, образуя в пазе петлю, после чего под действием пружины 34 узел 35 возвращается в исходное положение. Кулачок 2 через толкатель 48 и закрепленные на одной оси рычаги 47 и 4 сообщает поступательное движение муфте 42, а следовательно, и штоку 44, с которым она связана. В конце хода штока 44 второе плечо рычага 4 с помощью тяги 5 поворачивает рычаг 9, связанный с фиксатором 10, который уходит вниз, освобождая статор перед поворотом. Шток 44 несет на себе планшайбу 40 с двумя толкателями 38 и 39, которые, перемещаясь, входят своими пальцами в диаметрально противоположные отверстия, расположенные в шайбе 36.
При перемещении толкатель 39 захватывает пуансон 37, вводит его в паз статора и тем самым формует изоляционную ленту, плотно
118
прижимая ее к стенкам паза. Прежде чем пуансон 37 будет введен в паз статора, кулачок 51 через рычаг 20, шток 21, толкатель 22, рейку 26 и зубчатое колесо 24 передает движение валикам 27, 25, 23, которые, вращаясь, вгоняют ленту в паз статора, расширяя образованную плоским пуансоном петлю. Затем кулачок 3 освобождает рычаг 46; шток 41, опускаясь вниз, освобождает втулку 43, которая под действием пружины 45 повертывает расположенный на ней шток 44 с планшайбой 40 и толкателями 38 и 39; последние, в свою очередь, смещают шайбу 36 с пуансонами 37 и статор на шаг укладки изоляции.
Рис. 61. Схема укладки изоляционной ленты в пазы статора
Одновременно с поворотом шайбы 36 кулачок 6 через рычаг 12, толкатель 13, рейку 29 и шестерню 28 передает вращение валикам 27, 25 и 23 и облегчает поворот шайбы 36. Затем кулачок 2 освобождает толкатель 48 и рычаг 4 под действием пружины 52 возвращает муфту 42 и связанный с ней шток с планшайбой и толкателями в исходное положение. Кулачок 11 через рычаг 15, рейку 19, зубчатое колесо 18 и храповое колесо 17 за один оборот распределительного вала 1 повертывает сменный делительный диск 16 на шаг. По окончании укладки изоляции в последний паз статора штифтом делительного диска поворачивается рычаг 14, регулируемый упор которого, нажимая на кнопку конечного выключателя, автоматически выключает электродвигатель станка. За каждый оборот распределительного вала производится укладка изоляционной ленты в один паз статора. Схема укладки изоляционной ленты в пазы статора приведена на рис. 61.
В автотракторной промышленности изготовлен и внедрен станок для непрерывной изоляции роторов, в котором ротор располагается вертикально, что имеет свои преимущества. Станок может быть приспособлен и для укладки пазовой изоляции в статорах гиромоторов с любым количеством пазов (рис. 62), для чего необходимо изготовить новую головку.
119
На одном из заводов под руководством автора была проведена работа по замене пазовой изоляции и изоляции крайних пластин и валиков в местах соприкосновения лобовых частей обмотки из электрокартона и лакоткани лаковой изоляцией с покрытием одновременно всей поверхности пакета железа снаружи, крайних пластин пакета, поверхности валика и внутренней поверхности пазов. Необходимо было подобрать такой лак, пленка которого обладала бы хорошей адгезией к поверхности железа, давала тонкий слой
Рис. 62. Кинематическая схема станка для укладки пазовой изоляции с вертикально расположенным статором
и при высыхании не образовывала пор от испарения растворителя, обладала хорошими изоляционными свойствами. После многочисленных экспериментов остановились на пленке из эпоксидной смолы.
Пленка из эпоксидной смолы оказалась способной отверждаться без выделения летучих веществ, в большинстве случаев вызывающих образование пор, пузырьков и не позволяющих получить монолитного материала. Пленки из эпоксидной смолы обладают также малой усадкой и адгезией к металлическим поверхностям. Изоляционные свойства эпоксидных пленок оказались вполне удовлетворительными.
Обычные эпоксидные смолы представляют собой при нормальных условиях либо очень вязкие жидкости, либо твердые вещества термопластичные без отверждающих агентов—отвердителей.
120
В смеси с отвердителями эпоксидные смолы при нагревании или на холоде отверждаются, т. е. переходят в твердое, неплавкое и нерастворимое состояние. Свойства отвержденной эпоксидной смолы в значительной мере определяются отвердителем. Наиболее сложной технологической задачей, не разрешимой до настоящего времени, оказалась разработка технологического процесса нанесения тонкой равномерной пленки в полузакрытых пазах.
После изолирования и проверки качества изоляции пакеты статоров поступают на намотку. Различают три вида намотки статоров гиромоторов: шаблонную, ручную и станочную.
§ 38. ШАБЛОННАЯ НАМОТКА СТАТОРОВ
При шаблонной намотке статоров секции из обмоточного провода наматываются на обычных намоточных станках на специальных шаблонах. Один из таких шаблонов показан на рис. 63.
Рис. 63. Шаблон для намотки секций статорной обмотки.
1 — оправка; 2 — шаблон; 3 — гайка
Шаблоны делаются цилиндрическими с числом пазов, равным числу секций в фазе. Таким образом, секции наматываются без обрыва на полную фазу. После намотки секции связываются нитками через специальные, расположенные диаметрально противоположно в шаблоне, прорези. Секции могут быть намотаны и каждая отдельно. После снятия секций с шаблона в них проверяется число витков на установке, которая дает показание с точностью до одного витка. На рис. 64, а изображена схема одной из таких установок. Она состоит из цилиндрического, разрезанного в двух местах железного сердечника, собранного из листовой динамной или трансформаторной стали; листы сердечника склеены. Разрез необходим для возможности смены испытываемых секций и должен быть тщательно обработан для обеспечения минимального зазора. Резиновая прокладка 8 служит как бы петлей, позволяющей открывать магнитопровод трансформатора. Питающая обмотка 2 одновременно скрепляет резиновую прокладку с железным сердечником. Изоляционная немагнитная подставка 3 служит основанием, на котором мон
121
тируется установка. Изоляционная текстолитовая прокладка 4 служит для накладывания на нее эталонной 5 и испытуемой 6 секций.
Эталонная и испытуемая секции должны быть одинаковой формы и расположены по возможности ближе друг к другу и симметрично относительно зазора сердечника.
Принципиальная схема установки показана на рис. 64, б. Установка представляет собой трансформатор, имеющий первичную обмотку /, так называемую питающую, которая питается переменным m
Рис. 64. Прибор для проверки числа витков в секциях (а). Принципиальная схема (б).
1 — железный сердечник; 2 —питающая обмотка; 3 — изоляционная подставка: 4 — текстолитовая прокладка; 5 — эталонная секция; 6 — испытуемая секция; 7 — милливольтметр; 8 — резиновая прокладка
током повышенной частоты (1000—500 гц) и создает в магнитопроводе переменный магнитный поток; последний, пересекая контуры эталонной 2 и испытуемой 3 секций, наводит в них при равенстве витков одинаковые э. д. с. Но так как секции соединены таким образом, что индуктированные в них э. д. с. противоположны, то включенный последовательно с ними милливольтметр 4 покажет нуль.
При неравенстве числа витков эталонной и испытуемой секций милливольтметр будет показывать разницу в э. д. с., индуктированных в эталонной и испытуемой секциях. Чем больше будет разница в витках, тем большую величину напряжения покажет милливольтметр. Применяемый милливольтметр — магнитоэлектрический с купроксным выпрямителем.
После проверки витков измеряется омическое сопротивление секций при помощи моста. Фазы для каждого статора подбираются по сопротивлению таким образом, чтобы разница в их омическом сопротивлении была не выше допустимой.
Подготовленный, как было описано выше, статор надевается отверстием втулки на специальную оправку с центровыми отвер-122
стаями и устанавливается в стойку (рис. 65), где и укрепляется центрами. При изолировании пазов на станке секции вкладываются, начиная с первого паза (за первый паз берется любой из пазов статора). При ручном изолировании пазов перед укладкой секции в паз вставляют вначале заранее заготовленную изоляцию, а затем уже одну сторону секции.
Рис. 65. Стойка для намотки статоров.
1 — винт; 2 — подвижной центр; 3 — пакет статора; 4 — основание стойки; 5 — подвижная стойка; 6 — оправка
При 12-пазовом статоре (рис. 66) и шаге обмотки 1 — 5 укладка секций в пазы производится в следующем порядке: сначала вкладывается в низ первого паза одна сторона первой катушки первой фазы. В низ второго паза вкладывается одна из сторон второй ка-
Рис. 66. Схема шаблонной намотки
тушки первой фазы. Из второго паза выводится начало первой фазы, для чего к началу обмотки секции припаивается выводной конец. Пайка тщательно изолируется лакотканью и укладывается в лобовой части обмотки. Затем в низ пазов 3 и 4 соответственно вкладываются стороны 1 и 2 катушек третьей фазы. Из четвертого паза выводится выводной конец, служащий концом третьей фазы. Дальше в пазы 5 и 6 вкладываются стороны / и 2 катушек второй
123
фазы. Из 6-го паза выводится выводной конец начала второй фазы. В верх на нижние стороны катушек 2-й фазы в пазы 5 вкладывается вторая сторона первой катушки 1-й фазы, в 6-й паз, соответственно, верхняя сторона 2 катушки 1-й фазы. Подрезается выступающая часть пазовой изоляции и соответствующим образом заправляется в пазы; в них вставляются гетинаксовые клинья. Таким образом, пазы 5 и 6 заполнены. Дальше в пазы 7 и 8 вкладываются нижние стороны 3 и 4 катушек первой фазы. Из 8-го паза выводится выводной конец, служащий концом первой фазы. В верх пазов 7 и 8 вкладываются вторые стороны 1 и 2 катушек, выходящих соответственно из 3 и 4-го пазов. Обрезается изоляция, заправляется в паз, и в него поверх изоляции вставляются клинья. Таким образом, 7 и 8-й пазы заполнены. Дальше в низ пазов 9 и 10 вкладываются нижние стороны 3 и 4 катушек 3-й фазы. Из 10-го паза выводится выводной конец, служащий концом 3-й фазы. Вверх в пазы 9 и 10 вкладываются вторые стороны 1 и 2-й катушек 2-й фазы, выходящих из пазов 5 и 6.
Аналогично подрезается изоляция, заправляется в пазы и в них вставляются клинья. В пазы 11 и 12 вниз вкладываются стороны 3 и 4 катушек 2-й фазы, а сверху вкладываются вторые стороны 3 и 4 катушек 1-й фазы. Обрезается изоляция и вставляются клинья в пазы 11 и 12. В пазы 1 и 2 вкладываются вторые стороны 3 и 4 катушек 3-й фазы, а в пазы 3 и 4 — вторые стороны 3 и 4 катушек 2-й фазы. В этих пазах обрезается и заправляется в пазы изоляция и вставляются клинья. Выводные концы, выходящие из пазов 4, 8 и-12, соединяются в звезду и пропаиваются. Места пайки тщательно изолируют и укладывают в лобовые части обмотки. При укладке секций в пазы необходимо их повертывать так, чтобы направление тока было таким, при котором создавалась бы разная полярность. При шаблонной намотке процесс укладки значительно облегчается, если мотать не четырехкатушечные, а двухкатушечные секции, но при этом увеличивается пакет.
§ 39. РУЧНАЯ НАМОТКА СТАТОРОВ
Ручной способ намотки статоров гиромоторов является трудоемкой операцией, требующей напряженного внимания обмотчиков, в особенности при намотке тонким проводом большого количества витков, так как при укладке витков в пазы их необходимо считать. Несмотря на ряд недостатков ручная намотка статоров гиромоторов имеет некоторое распространение.
При ручной намотке изолированный предварительно, как было описано выше, статор устанавливается в специальную стойку с центрами, как и при шаблонной намотке.
Катушка с проводом помещается на подставке, на которой она может свободно вращаться. При намотке, по мере заполнения пазов проводом, его уплотняют неметаллическими оправками,
124
Иамотку Следует вести с натяжением и избегать перекрещивания витков в пазах и на лобовых частях обмотки. Перекрещивание витков и недостаточное натяжение провода приводят к тому, что значительно возрастают лобовые части и в пазах при укладке последних витков приходится сильно уплотнять обмотку. При намотке необходимо следить, чтобы изоляция, вставленная в пазы, в процессе намотки не сдвигалась, и проводники не ложились мимо изоляции.
Так как ручная намотка почти всех статоров гиромоторов одинакова, для примера рассмотрим намотку статора (рис. 67), имею-
щего следующие данные: 1) число фаз — 3; 2) число полюсов — 2; 3) число пазов — 12; 4) число секций в фазе — 4; 5) шаг по железу — 4 (Из 1-го паза в 5-й паз).
В пакет статора, установленный в стойке, как и при шаблонной намотке, в пазы 1, 5, 2 и 6 вставляется заготовленная пазовая изоляция. К началу обмоточного провода припаивают выводной конец, изолируют место пайки лакотканью и укладывают ее в низ второго паза. Затем наматывают по часовой стрелке в пазы 2—6 первую катушку первой фазы. Без обрыва переходят в 1-й паз и наматывают также по часовой стрелке вторую катушку 1-й фазы в пазы 1—5; провод, выходящий из пятого паза, обрывают. Припаивают, аналогично описанному выше, к обмоточному проводу второй выводной конец, вставляют пазовую изоляцию в пазы 9 и 10. В шестой паз укладывают пайку выводного конца с обмоточным проводом и наматывают 1-ю катушку второй фазы в пазы 6—10. Затем переводят провод в пятый паз и наматывают вторую
125
катушку второй фазы в пазы 5—9. Намотку каТуШек Производят пО часовой стрелке. Провод, выходящий из десятого паза, обрывают.
Аналогично припаивают третий выводной конец к проводу и вставляют пазовую изоляцию в пазы 7, 3, 8 и 4 поочередно в процессе намотки. В 10-м пазу укладывают изолированную спайку и наматывают 1-ю катушку 3-й фазы в пазы 10—2, переводят провод в 9-й паз и наматывают 2-ю катушку 3-й фазы в пазы 9—1. Без обрыва переводят провод из 1-го паза в 7-й и наматывают 3-ю катушку 3-й фазы в пазы 7—3; так же без обрыва переводят провод в 8-й паз и наматывают 4-ю катушку 3-й фазы в пазы 8—4. Намотку 3 и 4-й катушек производят против часовой стрелки. Выходящий провод из 4-го паза обрывают; он и служит концом обмотки 3-й фазы.
Дальше припаивают обмоточный провод к оборванному концу, 2-й катушки 2-й фазы, выходящей из 9-го паза, наматывают уже против часовой стрелки 3-ю катушку 2-й фазы в пазы 3—11, затем переводят провод из 11-го паза в 4-й паз и наматывают 4-ю катушку 2-й фазы в пазы 4—12. Выходящий провод из 12-го паза обрывают.
К оборванному обмоточному проводу, выходящему из 5-го паза, припаивают обмоточный провод и наматывают 3-ю катушку 1-й фазы в пазы 11—7, затем переводят провод из 7-го паза в 12-й паз и наматывают 4-ю катушку 1-й фазы в пазы 8—12. Провод, выходящий из 8-го паза, обрывают. Намотку 3 и 4-й катушек 1-й фазы производят против часовой стрелки.
Оборванные концы обмоточного провода зачищают, и концы фаз, выходящие из пазов 4, 8 и 12, соединяют вместе (в звезду), пропаивают их оловянистым припоем с канифолью. В некоторых случаях обрывы между 2-ми и 3-ми катушками 1-й и 2-й фаз при намотке не соединяют и не паяют, а соединяют и паяют катушки вместе с пайкой фаз в звезду. Все места паек тщательно изолируют лако-тканью и укладывают их в лобовой части обмотки.
Такой порядок намотки’ фаз, когда наматываются половина первой фазы, затем половина второй фазы и вся третья фаза полностью и только после этого доматывается вторая, а затем и первая фазы, принят для того, чтобы во всех трех фазах длина провода была одинакова. Следовательно, и омическое сопротивление фаз будет также одинаковым. Длина провода во всех трех фазах получается одинаковой за счет того, что к катушкам первой фазы, наматываемым вначале и являющимся самыми короткими по длине провода, присоединяются катушки, наматываемые последними и являющиеся самыми длинными. Катушки второй фазы, наматываемые на лобовые части обмотки первых двух катушек первой фазы, более длинные и поэтому к ним присоединяются предпоследние катушки, чем и достигается почти одинаковая длина с катушками 1-й фазы. Катушки третьей фазы наматываются на лобовые части четырех катушек и поэтому третья фаза наматывается вся полностью. Такой комбинацией намотки достигается почти одина
126
ковая длина провода во всех трех фазах, а следовательно, и одинаковое омическое сопротивление^фаз.
После намотки провода^во все пазы обрезаются выступающие
из пазов концы изоляции и заправляются внутрь пазов внакладку.
Затем поверх изоляции в пазы вставляются
как и при шаблонной намотке, вручную.
Нельзя не остановиться на заправке пазовых клиньев в массовом производстве малогабаритных электрических машин. В этих машинах успешно применяется шнур, свернутый из бумажных лент. Для шнура применяется плотная кабельная бумага. За
гетинаксовые клинья,
Рис. 68. Схема станочного крепления обмотки в пазах.
кладка в пазы производится автоматическим станком (рис. 68). Станок отрезает кусок шнура, сдавливает его между двумя губками а до ширины шлица, затем пуансоном б вдавливает в паз. Внутри паза под влиянием силы упругости и давления обмотки шнур принимает овальную форму,
закрывающую шлиц.
Рис. 69. Установка для проверки короткозамкнутых витков в обмотке.
1 — основание; 2 — винт; 3 — гальванометр.; 4 — подвижный электромагнит; 5 — статор; 6 — неподвижный электромагнит; 7 — зуммер; 8 — батарея
После укладки обмотки обжимают ее лобовые части; при этом размеры должны быть получены с учетом их увеличения после пропитки. Затем проверяют омическое сопротивление обмотки, сопротивление изоляции обмотки относительно железа пакета. На специальной установке- (рис. 69) проверяется отсутствие короткозамкнутых витков. Установка состоит из двух передвижных, помещенных на стойках, подковообразных электромагнитов 6 и 4, набранных из пластин трансформаторного железа. На железе насажены катушки с намотанным тонким проводом. Концы железа
127
Электромагнитов имеют цилиндрическую форму, охватывающую статор по наружному диаметру. Один электромагнит устанавливается на основании приспособления неподвижно; другой может свободно передвигаться. При проверке в катушку неподвижного электромагнита подается питание высокой частоты от зуммера 7, питающегося от батарейки. В цепь катушки подвижного электромагнита включается гальванометр 3. Проверка обмотки статора на короткозамкнутые витки производится следующим образом.
Испытуемый статор с обмоткой прижимают одной стороной пакета железа к цилиндрической части расточки неподвижного электромагнита. К другой стороне пакета статора подвигают подвижный электромагнит и закрепляют его. В катушку неподвижного электромагнита подается питание от зуммера. Статор повертывается от руки в отверстиях электромагнитов. При отсутствии короткозамкнутых витков в обмотке статора в катушке подвижного электромагнита напряжение отсутствует, и стрелка гальванометра будет находиться на нуле. В случае наличия в обмотке статора короткозамкнутых витков магнитное поле, создаваемое неподвижным магнитом, пересекая короткозамкнутый виток статора, вызовет прохождение тока. Последний создает в катушке подвижного электромагнита напряжение, которое и заставит стрелку гальванометра отклониться от своего первоначального положения. Установка дает возможность обнаружить в обмотке один короткозамкнутый виток.
§ 40. СТАНОЧНАЯ НАМОТКА СТАТОРОВ
В настоящее время имеется ряд станков, на которых можно производить намотку статоров гиромоторов. Существующие намоточные станки по принципу работы делятся на станки: с вращающимся статором, с неподвижным статором и вращающейся катушкой с проводом.
При любом способе станочной намотки статоров большую роль играют пазовая изоляция и ее укладка. Лучшим видом укладки пазовой изоляции в статорах, предназначенных для механической намотки, как было сказано выше, является непрерывная пазовая изоляция, так как при укладке она не задевает за направляющие щеки станка и устраняется возможность попадания провода между стенкой паза и изоляцией.
Станки с вращающимся статором
В станках такого типа наматываемый статор с оправкой, вставленной в отверстие втулки, устанавливается на планшайбе переднего вала станка в специальных центрах. При вращении статора на него наматывается провод с катушки, закрепленной в центрах специального натяжного механизма, установленного на общей станине со станком. Эти станки наиболее распространены.
128
Рис. 70. Схема намоточного станка с вращающимся статором
Отечественным институтом разработана серия намоточных станков, которые могут быть рекомендованы для намотки статоров на заводах, изготовляющих гиромоторы. Один из таких станков представлен на рис. 70. Станок является универсальным, позволяющим производить намотку не только статоров с наружными прямыми и косыми пазами, но и рядовую намотку катушек.
Основные приемы — укладка провода в пазы, отсчет и контроль заданного числа витков провода в пазу и остановка станка после намотки каждой секции — механизированы. Вспомогательные приемы (вытягивание и обрыв провода, поворот пакета на шаг намотки, разжимание и отвод направляющих щек от пакета при его повороте) производятся вручную.
При работе станка натянутый провод соскальзывает по специальным направляющим щекам в паз закрепленного на планшайбе статора. Провод наматывается на статор, в пазы которого предварительно уложена на специальном (описанном выше) станке непрерывная пазовая изоляция. Станок состоит из: 1) станины, на которой установлены все
узлы; 2) механизма шаговой раскладки провода; 3) устройства крепления катушки с проводом и регулировки натяжения провода при намотке; 4) электропривода.
Станок устанавливается на деревянном столе. Передняя и задняя бабки, на которых смонтированы все основные узлы, устанавливаются на чугунной плите.
На передней бабке смонтирован основной ведущий вал, на одном конце его насажен шкив 14, а на другом — планшайба 19 с центрами 25, 21; в них и крепится наматываемый статор 22 со вставленной в отверстие втулки оправкой с центровыми отверстиями. На передней бабке станка установлен диск счетчика-задатчика числа витков 10, который своей шестерней сцеплен с червяком 7, находящимся на основном валу станка. В задней бабке станка смонтирован на подшипниках задний вал, на одном конце его свободно вращаются направляющие щеки 23, а на другом конце укреплена серьга, соединенная через тягу с ножной педалью 26, монтируемой под столом. С помощью этой педали направляющие щеки отводятся
9
С. А. Жолдак
129
от пакета статора, когда производится его поворот на шаг намотки. Задняя бабка устанавливается в пазу станины и закрепляется рукояткой. Механизм шаговой раскладки провода состоит из двух ходовых винтов 15 и 16, вращающихся в разные стороны, перекидной гайки 18 с водилом 17 и регулировочным винтом 30. Ходовые винты приводятся во вращение парой шестерен 12, жестко закрепленных на их левых концах. На конце одного ходового винта насажен фрикционный диск 13, который получает вращение от приводного шкива 14 через подвижный резиновый ролик 8, находящийся между фрикционным диском и приводным шкивом.
Скорость хода водила 17 и шаг раскладки провода регулируются скоростью вращения фрикционного диска 13, которая, в свою очередь, регулируется положением резинового ролика, устанавливаемого с помощью ручки 33. При вращении ручки 33 вместе с резиновым роликом передвигается стрелка, показывающая по шкале установленный шаг раскладки провода.
На каретке 34 с обеих сторон имеются два ограничителя 31, с помощью которых устанавливается ход водила в соответствии с шириной наматываемой катушки.
Механизм крепления катушки с проводом состоит из каретки с двумя центрами; в них устанавливаются стальные конические пробки для крепления катушки. Левая пробка имеет тормозной диск, охватываемый тормозной колодкой. Усилие нажатия этой колодки на тормозной диск и усилие натяжения провода при намотке регулируются рычагом. Рычаг фиксирует степень закручивания спиральной пружины, конец которой прижимает тормозную колодку к тормозному диску. На оси каретки закреплен подвижный рычаг натяжного приспособления с двумя натяжными роликами. Подвижный рычаг сблокирован пружиной с тормозной колодкой так, что когда натяжение провода, проходящего через направляющие ролики, увеличивается, рычаг отклоняется вниз, оттягивая тормозную колодку и уменьшая торможение катушки, а следовательно, и усилие натяжения провода. Каретка с натяжным устройством устанавливается на стойке, закрепляемой на столе станка.
Электропривод состоит из магнитного пускателя 28 и электродвигателя 1, мощностью 0,25 кет, 1400 об/мин. Электродвигатель может вращаться в обе стороны. Для изменения направления вращения электродвигателя в его цепи установлен двухходовой переключатель 29. Для автоматического останова станка после намотки заданного числа витков в паз статора в цепь питания электродвигателя включен микропереключатель 11.
Вращение со шкива электродвигателя 2 на шкивы 4 и 5 переднего вала станка передается клиновидными ремнями 3 и 6.
Настройка станка заключается в том, что устанавливается катушка с проводом соответствующего диаметра в центре натяжного механизма и нажатием или отжатием тормозной колодки от тормозного диска регулируется необходимое натяжение провода.
130
Механизм шаговой раскладки провода отключается путем вывода резинового ролика из соприкосновения с фрикционным диском 13 при вращении ручки 33. Направляющие щеки 23 устанавливаются по шагу намотки статора. Нажатием педали 26 их отжимают и в центрах 21 и 25 устанавливают с оправкой, вставленной в отверстие втулки, статор с непрерывной пазовой изоляцией. 22.
Затем отпускают ножную педаль 26, в результате чего под действием пружины 24, находящейся в задней бабке, происходит поджатие направляющих щек 23 к пакету статора; щеки предварительно устанавливаются на шаг обмотки по пазам. Провод из катушки через водило 17 заправляют в один из пазов и закрепляют его на планшайбе, Затем счетчик-задатчик 10 устанавливается на заданное количество витков в секции.
После настройки станка нажимают пусковую кнопку 27, электродвигатель через шкив и ременную передачу начинает вращать шкив 14, сидящий на противоположной стороне ведущего вала, с планшайбой 19. Планшайба с установленным статором 22, вращаясь, ведет за собой направляющие щеки 23 и наматывает провод на статор. В пазы статора провод соскальзывает по направляющим щекам 23. Червяк 7, жестко укрепленный на шпинделе станка, передает вращение червячному колесу 10, вместе с которым вращается дисковая шкала 9 счетчика-задатчика количества витков. Задатчик 32, установленный на необходимое количество витков, к моменту окончания намотки секции нажимает на кнопку выключателя 11 и выключает магнитный пускатель 28 и электродвигатель 1. Планшайба 19 со статором останавливается, на петледержатель 20 набрасывается провод, после чего отводят от статора ножной педалью 26 направляющие щеки 23, вручную повертывают статор на шаг обмотки, укладывают в соответствующий паз статора провод и, освобождая педаль, щеками 23 фиксируют статор в положении, необходимом для намотки следующей секции. Нажимают кнопку включения электродвигателя и наматывают следующую секцию. После намотки последней секции статора нажатием педали 26 отжимают направляющие щеки и вынимают из центров статор с обмоткой.
При намотке секций для шаблонной обмотки статоров на планшайбе вместо центров крепится шаблон, снимаются направляющие щеки и включается механизм шаговой раскладки провода.
Станок прост и может с успехом применяться при серийном производстве гиромоторов со статорами, имеющими небольшой коэффициент заполнения паза, с обмотками, не ограниченными лобовыми частями.
Намотка статоров с большим коэффициентом заполнения пазов и ограниченными лобовыми частями на этом станке затруднена и в некоторых случаях невозможна.
На рис. 71 изображена схема намоточного станка, у которого на планшайбе крепится направляющий кулачок, охватывающий пакет статора по наружному диаметру. В задней бабке станка 9* 131
укрепляется вторая половина направляющего кулачка, охватывающего вторую половину диаметра пакета статора. Кулачок поджимается пружиной к пакету статора и отжимается от него при нажатии на педаль станка (на схеме не показано).
Крепление катушки с проводом и регулировка натяжения производятся так же, как в выше описанном станке.
При вращении статора провод, попадая на плоскости кулачков, скользит по ним и, соскальзывая, попадает в пазы статора. В осталь
в выше описанном станке. Намотка на этом станке имеет тот недостаток, что провод на лобовых частях укладывается в одном месте втулки статора. Провод всех секций стремится укладываться к центру вокруг втулки или оси, и лобовые части обмоток сильно возрастают.
Автором разработан станок (авторское свидетельство № 52465) с регулировкой укладки провода на лобовых частях в процессе намотки.
Станок отличается от описанных выше тем, что провод укладывается в пазы не при его соскальзывании; к неподвижно укрепленному ролику с прово-
ном намотка протекает так же, как и
Рис. 71. Схема намоточного станка с кулачками.
1 — планшайба; 2 — неподвижный кулачок; 3 — подвижной кулачок; 4 — задняя бабка; 5 — основание станка; 6 — пакет статора; 7 — передняя бабка; 8 — счетчик; 9 — прнводной шкив; 10 — катушка с проводом
дом подходят пазы статора своими шлицами, и провод укладывается всегда в середину паза. На лобовых частях провод укладывается сбоку втулки.
Станок (рис. 72) состоит из специальных центров для крепления статора 2 с оправкой. На одном центре свободно надета шестерня 6 с зубом, поджимаемая вниз пружиной 7. На оправке статора неподвижно крепится храповик 5 с количеством зубьев, соответствующем числу пазов статора. Шестерня сцепляется с рейкой 8, проходящей у основания центров, и отжимается от них пружиной 9. На конце рейки закреплен ролик 10, который перемещается по кулачку, прикрепленному к неподвижной планшайбе 12 станка.
Намотка статоров на станке производится следующим образом: с катушки 414, через неподвижно установленный в определенном месте глазок 3, пропускается провод, вкладывается в первый паз статора с заложенной предварительно непрерывной пазовой изоляцией и закрепляется на конце оправки. Затем станок пускается. Ролик начинает катиться по специально изготовленному для дан-
132
кого типа статора кулачку 11 и двигает рейку. Рейка, в свою очередь, через шестерню с зубом вращает статор вокруг своей оси, подставляя все время шлиц паза к глазку с проводом. Если паз прямой, то кулачок делает поворот только на лобовой части статора, укладывая провод к его втулке. При косых пазах статоров верхняя точка кулачка должна быть выше нижней на величину скоса паза и кулачок должен быть подобран так, чтобы провод при входе в паз и выходе из него всегда ложился в середине как в двухполюсных,
Рис. 72. Схема намоточного станка с раскладочным кулачком.
1 — оправка; 2 — статор; 3 — глазок; 4 — катушка с проводом;
5 — храповик; 6 — шестерня; 7, 9 — пружины; 8 — рейка;
10 — ролик; 11 — раскладочный кулачок; 12 — передняя бабка;
13 — шкив; 14 — счетчик
так и четырехполюсных- статорах. После намотки первой катушки в соответствующие пазы шестерня поднимается, освобождая своим зубом храповик; статор повертывается на следующие, соответствующие шагу обмотки, пазы. Станок пускается, и в эти пазы наматывается вторая катушка. Остальные катушки обмотки наматываются аналогично.
Вспомогательные приемы: закрепление концов обмотки, поворот статора на следующие пазы, установка и снятие статора со станка производятся вручную.
Станки с неподвижным статором и вращающейся катушкой с проводом
В станках этого типа статор с оправкой устанавливается в центрах, закрепленных неподвижно в задней бабке станка, а катушка с проводом — на планшайбе передней бабки станка, сидящей
133
на валу станка. Катушка с проводом помещается в специальной стойке с натяжным механизмом. Провод проходит через полый шпиндель передней бабки станка на ролик (рис. 73).
Намотка производится следующим образом: статор 1, с предварительно уложенной непрерывной пазовой изоляцией, вставляется в центры 2, которые закрепляются в задней бабке 12 станка. По пазам статора устанавливаются направляющие щеки И, укрепленные на стойке 8. Провод с катушки 7 проходит через ролик 6 и по-
Рис. 73. Схема намоточного стайка с неподвижным статором.
1 — статор; 2 — центры; 3 — ролик; 4 — кронштейн; 5 — полый шпиндель; 6 — ролик; 7 — катушка с проводом; 8 — передняя стойка; 9 — основание станка; 10 — шкив;
11 — направляющие щеки; 12 — задняя бабка
лый шпиндель 5 передней бабки станка; ролик 3 с кронштейном 4t укрепленном на шкиве 10, закладывается в паз статора и закрепляется на оправке. Затем станок пускается. Шкив вращает кронштейн с роликом 3 и увлекает за собой провод, который по неподвижно стоящим направляющим щекам соскальзывает в пазы статора. После намотки необходимого количества витков первой катушки станок останавливается, отжимаются направляющие щеки с фиксационным зубом (на схеме не показанном), входящим в паз, и статор повертывается на следующие пазы.
Все вспомогательные приемы; заправка концов обмотки статора, поворот с отжиманием щек, установка и снятие статора со станка производятся вручную.
Преимуществом станков с неподвижным статором является возможность визуального наблюдения за укладкой в пазу каждого витка провода.
134
После намотки необходимого количества витков во все пазы, статор снимается со станка, изоляция между шлицами разрезается и заправляется в пазы. Сверху изоляции в пазы вставляют гети-наксовые клинья, соединяют все разрывы фаз и концы фаз в звезду. Места паек изолируются и прячутся внутрь обмотки на лобовых частях.
Некоторые иностранные фирмы для намотки статоров гиромоторов применяют намоточные станки фирмы «Глоуб» с неподвижным статором. Статор устанавливается неподвижно на оправке, которая, в свою очередь, закрепляется в центре делительного диска, установленного на станке. Статор пазами касается специального кулачка, охватывающего статор по шагу железа. На маховике станка укреплено водило с роликом, через которое провод с катушки направляется на щеки кулачка. Когда станок вращается, провод с катушки попадает на ролик водила, с него на щеки кулачка и с них соскальзывает прямо в пазы. Когда в пазы будет намотано необходимое количество витков, станок автоматически остановится, делительный диск повернется и повернет статор на необходимое количество пазов. Затем станок снова включается и происходит намотка следующей катушки в другие пазы и так повторяется до намотки всех катушек статора.
Намотанные на станках статоры проходят те же дополнительные операции и контроль, как и при ручной намотке, после чего поступают в пропиточное отделение для пропитки обмотки изоляционными лаками.
§ 41. ПРОПИТКА СТАТОРНЫХ ОБМОТОК
Как было описано выше, в гиромоторах для изолирования статорных обмоток от корпуса применяются в основном, изоляционные материалы класса А, в некоторых случаях — фторпласт-4, близкий по своим качествам к материалам класса Б. Изоляция класса А пориста и гигроскопична. Волокнистые изоляционные материалы обладают недостаточно высокой нагревостойкостью и низкой теплопроводностью. Между отдельными витками и секциями обмотки всегда имеются воздушные пустоты и прослойки. Для устранения этих недостатков обмотки статоров после намотки пропитывают изоляционными лаками. Основное назначение пропитки обмоток — создать электрически прочную изоляцию между витками и от корпуса, соответствующую диэлектрическим свойствам лака, которым производят пропитку. Пропиткой обмоток волокнистых изоляционных материалов, помимо того, преследуется:
1) увеличение механической прочности обмотки, так как после пропитки высушенный лак скрепляет между собой витки, образуя монолитную массу;
2) повышение влагостойкости, так как пропиточный лак заполняет поры и зазоры в обмотке и изоляции, препятствуя проникновению в них влаги;
135
3) улучшение теплопроводности обмотки вследствие того, что воздух в порах изоляции и между проводами заполняется лаковым слоем, являющимся хорошим проводником тепла;
4) повышение нагревостойкости изоляции, поскольку лаки замедляют окислительные процессы в ней.
Сущность пропитки заключается в предварительном удалении следов влаги и воздуха из пор изоляционных материалов и воздушных промежутков между проводами и изоляцией и заполнение их изоляционным лаком. При этом должно быть обеспечено хорошее проникновение пропиточного лака в поры изоляции, зазоры и пустоты между обмотками. Вследствие этого пропиточные лаки должны отвечать следующим основным требованиям:
обладать высокими диэлектрическими свойствами как при нормальных, так и при повышенных температуре и влажности;
быстро проникать при пропитке обмоток во все макроскопические и микроскопические поры, т. е. обладать хорошей пропитывающей способностью;
по возможности полностью заполнять все открытые макроскопические и микроскопические поры и капилляры;
возможно быстрее отвердевать после заполнения пор и капилляров;
не размягчаться при рабочих температурах после отвердевания; быть эластичными;
иметь хорошую теплопроводность;
не оказывать вредного влияния на медь, железо, электроизоляционные материалы и эмалевую изоляцию обмотки;
обладать хорошей адгезийной способностью и хорошо связывать между собой витки и отдельные слои обмотки;
иметь высокую влагостойкость.
Выше указанными свойствами обладают многие пропиточные лаки печной сушки (табл. 10). Выбор лака зависит от условий эксплуатации обмоток и типа изоляции проводов.
Должны быть взяты такие пропиточные лаки, у которых растворители и основа не воздействовали бы на изоляционные эмали провода. Обмотки из провода марок ПЭЛ, ПЭТ и ПЭВ пропитываются асфальто-масляным лаком № 447 или лаком 321. Обмотки из провода марки ПЭВ могут пропитываться крезольно-масляным лаком № 9-627. Обмотки, соприкасающиеся с минеральным маслом, пропитываются глифталево-масляным лаком ГФ-95. Для пропитки статорных обмоток в гиромоторах с эмалевой изоляцией ПЭЛ и с винифлексовой ПЭВ применяется лак № 321, представляющий собой колоидный раствор глифталевой или пентафталевой смолы, модифицированный тунговым маслом, или смесь глицеринов, канифоли, тунгового масла, подвергнутых полимеризации в летучих органических растворителях с прибавлением сиккатива. Оттенок лака обычно не нормируется, цвет должен быть желтым. Вязкость лака по воронке НИИЛКа (сопло 7) при температуре 18—20° должна быть не менее 10 сек. Продолжительность высыхания лака, 136
Таблица 10
Сравнительные показатели жидких пропиточных и покрывных диэлектриков
Вид диэлектрика Наименование лака или эмали (по основе) Номер или обозначение Разбавители Температура сушки, °C Время сушки, час.
1 п Лаки Асфальто-масля-ный То же 447 460 Смесь уайт-спирита и толуола; толуол; бензин 105 105 6-8 12—15
Глифталево-мас-ляным ГФ-95 Смесь уайт-спирита и толуола; этиловый спирт; бензол; толуол 105 1,5—3,0
К.резольно-мас-ляный 9—627 Бензол; ксилол 105 0,3—0,5
Г лифталево-мас-ляный 1154 Смесь уайт-спирита и толуола; бензин; бензол 105 2
Глифталевый или пентафтале-вый 321 Смесь уайт-спирита и скипидара 100—110 6
Бакелитовый СБС-1 Этиловый спирт 115 3—5
Кремнийоргани-ческий ЭФ-3 Смесь бензина, скипидара, толуола 200 1—2
Эмали 1 Кремнийоргани-ческая ПКЭ-14 Бензол; толуол 200 2—3
То же ПКЭ-15 Бензол; толуол 200 1—2
Нитроглифта-левая 1201 Состав № 643 20 0,3—0,6
137
нанесенного на конденсаторную бумагу, при температуре 100— 110° не более 2 час. Не летучих веществ в лаке должно быть не менее 40%. Пробивное напряжение пленки лака, толщиной 0,04— 0,06 мм, на медной пластине после сушки при температуре 100— 110° в течение 6 часов: а) при температуре 18—20° — не менее 55 кв/мм; б) при температуре 18—20° и после пребывания в дистиллированной воде в течение 24 часов — не менее 15 кв/мм.
Для покрытия обмоток после пропитки применяются покрывные лаки:
а) после пропитки лаком 447 применяют асфальто-масляный лак № 460, дающий прочную защитную пленку на поверхности пропитанной изоляции, стойкую к действию влаги;
б) после пропитки лаком 321 обмотка покрывается тем же лаком в один или два слоя;
в) после пропитки лаком ГФ-95 применяется нитроглифталевая эмаль № 1201 воздушной сушки. Эмаль используется для покрытия металлических поверхностей, которые должны быть изолированы и защищены от коррозии.
Статоры, имеющие обмотку с нагревостойкой изоляцией, предназначенные для работы при высоких температурах, пропитываются лаками с повышенной теплостойкостью. К числу таких лаков относятся кремнийорганические^ разработанные под руководством К- А. Андрианова. Кремнийорганические лаки отличаются большой нагревостойкостью. Они выдерживают температуру 200° в течение длительного периода и кратковременно — до 230—250°; при этом сохраняются их высокие механические и диэлектрические свойства. Эти лаки влагостойки. Наиболее широкое применение нашли кремнийорганические лаки ЭФ-3 и К-4с, а также эмали ПКЭ-14 и ПКЭ-15.
Технологический процесс пропитки обмоток статоров гиромоторов лаком 321 состоит из следующих этапов.
Предварительная сушка
Статоры, после проверки электрических параметров обмотки, очищают от пыли и других загрязнений обдувкой сжатым воздухом или кисточкой. Выводные концы смазывают касторовым маслом, и статоры устанавливают на приспособлениях в сушильные шкафы. Сушка производится конвекционным способом в сушильных шкафах с тепловой изоляцией наружных поверхностей при помощи электрического обогрева, для чего в шкафу имеются нагреватели. Для ускорения процесса сушки применяется принудительная циркуляция воздуха с автоматической регулировкой температуры в пределах 105—110°.
В последнее время для сушки обмоток до и после пропитки широкое распространение получили шкафы с индукционным обогревом. Сушка в таких шкафах происходит, помимо конвекции нагретого воздуха, исходящего от нагретых стенок шкафа, теплом, 138
возникающим внутри самих деталей под воздействием вихревых
и гистерезисных токов, вызываемых переменным электрическим полем. Такие шкафы являются безопасными в противопожарном отношении, имеют по всему объему равномерную температуру, сравнительно долговечны и потребляют значительно меньше энергии, чем шкафы, имеющие обогревающие элементы сопротивления.
На рис. 74 изображен индукционный шкаф, состоящий из
сварного корпуса 7, по наружной листовым асбестом 2 с намотанной на него специальной обмоткой из изолированного медного провода 3. С наружной стороны шкаф обшит теплоизоляционным материалом; для этой цели обычно применяют плиты 4, прикрепленные к приваренным к корпусу угольникам. Внутри корпуса устанавливаются решетки, на которые укладываются статоры или другие детали, подлежащие сушке. Шкаф плотно закрывается дверцами. Обмотка шкафа питается непосредственно от промышленной сети переменного тока.
Предварительная сушка обмо-
поверхности изолированного л
Рис. 74. Индукционный сушильный шкаф.
/ — внутренний стальной корпус; 2 — изоляционная прокладка; 3 — обмотка; 4 — наружная обшивка; 5 — терморегулятор
ток статоров происходит в течение 2—2,5 час., при температуре 105—110°.
Высушенные в шкафу обмотки статоров, без охлаждения загру-
жают в подогретый до температуры
70—80® автоклав вакуумпропиточной установки (рис. 75) для дополнительной сушки под вакуумом, при которой происходит полное и интенсивное удаление влаги. При этом из пор удаляется
не только влага, но и воздух.
Вакуумпропиточная установка состоит из автоклава 1 и подготовительного котла 9, служащего смесителем. Автоклав закрывается герметически крышкой 2, а смеситель — крышкой 8, закрепленными откидными болтами. Автоклав соединен трубопроводом 11 с подготовительным котлом и трубопроводом 6 с компрессором 7, вакуумнасосом 3, трубопроводом 5 и конденсационной установкой 4, по стенкам которой протекает холодная вода, конденсирующая влагу, испарившуюся в камере при сушке изделий. Трубопровод И имеет кран 10, служащий для подачи лака в автоклав при пропитке и обратно в смеситель после пропитки. Вакуумнасосом откачивают испаряющуюся влагу и воздух при сушке деталей в автоклаве,'а компрессором создают давление на лак в автоклаве при про-питке’изделий, обеспечивая проникновение лака в освободившиеся
139
при сушке поры. Таким образом, пропиточный котел автоклава является печью для вакуумной сушки обмоток перед пропиткой и котлом для производства пропитки под давлением. Смесительный котел служит резервуаром, в котором лак разбавляется растворителями до необходимой вязкости, подогревается и размешивается мешалкой, расположенной в крышке.
Котлы обогреваются электрическими нагревателями, погруженными в масло, омывающее наружную поверхность котлов. Пропиточный и смесительный котлы оборудованы контрольно-измерительными приборами: манометром, вакуумметром, термопарами и др.
Рис. 75. Вакуумпропиточная установка
Вакуумная сушка обмоток статоров в автоклаве производится при температуре 60—70° в течение 1—1,5 час., при вакууме не менее 720 мм рт. ст. Такая дополнительная вакуумная сушка обмоток способствует почти полному удалению из макро- и микропор изоляции и пустот между проводниками воздуха и влаги.
Вакуумная пропитка лаком
После вакуумной сушки, за полчаса до впуска лака, обогрев автоклава выключается и тем самым понижается температура обмоток. В смесителе лак подогревают до температуры 50—60° при постоянном перемешивании лака мешалкой. Не снижая вакуума, открывают кран трубопровода и перегоняют лак под атмосферным давлением из смесителя в автоклав. Уровень лака должен быть выше уровня загруженных изделий приблизительно на 50 мм; после этого кран закрывают. Перед впуском лйка в автоклав выключают вакуумнасос и перекрывают кран воздухопровода.
При прекращении впуска лака в автоклав в течение 5—10 мин. сохраняют оставшееся в нем разрежение при температуре 60—70°, затем повышают давление до атмосферного и выдерживают изделия при этом давлении и той же температуре в течение 5—10 мин. Включают компрессор, открывают кран воздухопровода, подни-- мают давление в автоклаве до 3—4 атм и сохраняют его в течение 15—30 мин. Температура лака должна быть не ниже 60—70°, При
140
таком давлении лак входит' во все поры и пустоты изоляции и обмотки статора. По истечении 15—30 мин. выдержки давление в автоклаве снижают до атмосферного, открывают кран лакопро-вода и перегоняют лак из автоклава в смеситель. После того, как весь лак перейдет в смеситель, что наблюдают через стекла в крышке автоклава, крышку не открывают в течение 30 мин., но кран лако-провода держат открытым с тем, чтобы оставшийся лак стек со статоров; только после этого кран закрывают.
Затем включают вакуумнасос, открывают кран воздухопровода и откачивают из автоклава воздух с парами, доводя разрежение в автоклаве до величины, не меньшей 720 мм рт. ст.; при этом давлении и температуре 70—80° производят вакуумную сушку пропитанных обмоток статоров в течение 2—3 час. После вакуумной'сушки открывают крышку автоклава, выгружают из него статоры и салфеткой, смоченной в уайт-спирите или бензине, протирают металлические части и выводные концы обмотки статоров для удаления лака.
Статоры устанавливают в приспособление и сушат их при температуре 17—25° в течение 2 час. на воздухе. Смазывают выводные концы обмотки касторовым маслом и статоры устанавливают на приспособлениях в сушильном шкафу, где и сушат их при температуре 105—115° в течение 30—45 час. С поверхности железа удаляют потеки и, не давая статорам остыть, загружают их снова в автоклав. Закрывают крышку автоклава и вторично повторяют цикл пропитки и сушки статоров. Качество сушки проверяют, измеряя сопротивление изоляции обмотки по отношению к корпусу. Проверку производят 500-вольтовым мегером при температуре 90—100° у всех статоров, вынимая их из шкафа. Сопротивление изоляции должно быть не менее 100 мегом. При сопротивлении изоляции ниже 100 мегом сушку обмоток статоров необходимо продолжить при тех же режимах до получения необходимой величины сопротивления изоляции.
Для проверки высыхания лака в глубине обмотки применяют метод разбрызгивания, для чего статор устанавливают отверстием втулки на валик приспособления, закрепляют его и накрывают колпаком. Затем включают электродвигатель и вращают статор в течение 1—3 мин. при 3000—3500 об/мин. Если лак недостаточно высох, то во время вращения статора лак будет вылетать из обмотки и разбрызгиваться, покрывая внутреннюю поверхность колпака.
Лобовые части обмотки после пропитки и сушки должны быть все покрыты лаковой, блестящей, коричневого цвета, твердой, создающей монолит, пленкой. Если имеются отдельные отстающие витки или полностью отстающие секции, то в этих случаях необходимо производить дополнительную лакировку тем же лаком способом окунания или кисточкой с последующей сушкой в сушильном шкафу.
Окончательно пропитанные и высушенные обмотки статоров проверяют на обрыв, омическое сопротивление и отсутствие коротко
141
замкнутых витков на специальной установке, изображенной на рис. 65. У пропиточного лака 321 перед пропиткой проверяются в смесителе вязкость и удельный вес. Удельный вес должен быть 0,87—0,88 и вязкость по ВН-7 от 6 до 10 сек. Если величины не соблюдены, то лак при температуре 16—20° разбавляется растворителем в смеси 60% уайт-спирита и 40% скипидара.
Описанный двукратный процесс пропитки обмоток статоров дает удовлетворительные результаты. В некоторых случаях, для особо ответственных обмоток, применяют трехкратную пропитку. Хорошие показатели дает пропитка при тренировочном режиме, заключающемся в том, что в процессе пропитки в автоклаве попеременно создаются и снимаются вакуум и избыточное давление.
После пропитки обмоток статоров кремнийорганическими лаками, если это позволяет пазовая изоляция и изоляция самого провода, статоры сушат при температуре от 180 до 200°.
§ 42. ОПРЕССОВКА ОБМОТОК ПЛАСТМАССОЙ
Как видно из приведенного технологического процесса, цикл пропитки обмоток статоров длится от 4 до 5 суток. Такой длительный цикл пропитки, хотя и дает необходимые результаты, сильно усложняет производственный процесс изготовления электрических
Рис. 76. Опрессованный ротор коллекторного электродвигателя
машин, в том числе гиромоторов, при серийном и массовом выпуске.
Автором на одном из заводов совместно с институтом были проведены работы по замене вакуумной пропитки опрессовкой пластмассой обмоток малогабаритных электрических машин, работающих в условиях переменной температуры и повышенной влажности.
При таком способе изолирования обмоток процесс длится всего лишь несколько минут, что важно при серийном и массовом производстве. При этом лобовые вылеты обмоток имеют ровную, гладкую поверхность (рис. 76), что предохраняет обмотку от конденсации влаги, скопления пыли и механических повреждений. Трудность опрессовки обмоток взамен пропитки заключается в выборе пластмассы, которая должна обладать следующими основными качествами:
— хорошей текучестью, позволяющей производить опрессовку при минимальном давлении, обеспечивая заполнение межвиткового пространства без повреждения обмотки;
— прессуемостью в холодной пресс-форме, что предохраняет эмаль провода от продолжительного воздействия повышенной температуры;
142
— высокими изоляционными свойствами при повышенной И пониженной температуре;
— высокой водостойкостью, предохраняя обмотку в условиях повышенной влажности;
— хорошей адгезией с металлами;
— высокими электроизоляционными свойствами, стабильными в условиях повышенной влажности, высокой и низкой температуры.
В процессе подбора пластмасс было выявлено, что при опрессовке обмоток пластмассами из термореактивных смол, требующих повышенного давления и температуры, результаты испытания элек-
трических машин по всем параметрам дают удовлетворительные показатели, но при опрессовке обмоток с тонким проводом происходят обрывы и повреждения эмали.
Пластмассы, состоящие из термопластических смол, требующих пониженного давления и температуры, обладают значи-. тельно лучшими литьевыми свойствами и сравнительно быстро отвердевают. В результате этого при опрессовке состояние эмали провода не ухудшается и обрывов в обмотке не наблюдается. Однако большинство термопластиков обладает тем существенным недостатком, что при нагреве обмоток в эксплуатации до рабочей температуры пластики размягчаются, что снижает их физико-механические свойства.
Применяются полиамидные смолы, не обладающие вышеуказанными недостатками термореактивных и термопластичных смол
Рис. 77. Газопрессовая установка
Полиамиды плавятся,
почти как металл, сразу, мало размягчаются вплоть до температуры плавления и обладают хорошей текучестью и всеми вышеуказанными необходимыми свойствами.
Для опрессовки обмоток могут быть применены полиамидные смолы — капрон, поликапролактам — анид, полиамид 68 и др. Однако при опрессовке обмоток, выполненных с пазовой изоляцией
из электрокартона и лакоткани, сопротивление их изоляции снижается в горячем состоянии. Для повышения сопротивления изоляции обмоток в горячем состоянии необходимо применять пазовую изоляцию из фторопласта-4 и опрессовку производить на газопрессовой установке, обеспечивающей равномерное давление.
Газопрессовая установка, давление в которой создается инертным газом, показана на рис. 77. В плавильный котел установки загружается пластмасса, которая разогревается до температуры плавления жидким теплоносителем «даутермом», заполняющим герметическую рубашку плавильного котла.
Теплоноситель, обогреваемый расположенными в нижней части
143
кожуха котла электроспиралямй, испаряется, еГо пары поднимаются в верхнюю часть рубашки и, обогревая котел, -конденсируются в замкнутом объеме, благодаря чему создается равномерный, плавный обогрев плавильного котла. Сверху плавильный котел закрывается герметичной крышкой. В нижней части котла имеются сопло для совмещения с пресс-формой и кран для подачи расплавленной пластмассы в пресс-форму.
Пресс-форма устанавливается на подъемный стол и совмещается с соплом плавильного котла. Котел соединен с газовым баллоном и снабжен манометром, предохранительным клапаном и гильзой для термопары или термометра.
Давление инертного газа, выдавливающего расплавленную массу, постоянно, что достигается с помощью редуктора, установленного на баллоне.
Применение опрессовки статорных обмоток гиромоторов вместо вакуумной пропитки позволяет значительно улучшить качество, сократить производственный цикл и выполнять сложный, энергоемкий, продолжительный технологический процесс непосредственно на поточной линйи.
§ 43. АНТИКОРРОЗИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ
Для защиты деталей гиромоторов от коррозии, придания им красивого внешнего вида применяют металлические, химические и лакокрасочные покрытия.
Металлическими гальваническими покрытиями покрываются полностью или частично стальные детали и крепежные изделия. В стальных цапфах покрытыми оставляют только буртики, а на всех остальных посадочных местах покрытие снимают при окончательном шлифовании. Некоторые иностранные фирмы покрывают металлическими покрытиями роторы до запрессовки в них пакетов с короткозамкнутой обмоткой. Стальные детали гиромоторов и крепежные изделия покрываются блестящим цинком или кадмием с последующей пассивацией. Толщина слоя колеблется от 10 до 30 мк при цинковом и от 10 до 50 мк—при кадмиевом покрытии. Пассиваторами для цинкового и кадмиевого покрытий обычно служат водные растворы солей хрома, предпочтительно натриевый хромпик и серная кислота. Для этой же цели используют хромовый ангидрид и двухромовокислый аммоний. После пассивации поверхность деталей приобретает радужную, розовато-зеленую и зеленую окраску; другие оттенки обладают пониженными защитными свойствами.
Токопроводящие латунные лепестки для улучшения спаиваемое™ отделывают оловянным горячим лужением. Клеммы и другие токопроводящие детали гиромоторов покрывают никелем. Обычно применяют блестящее никелирование. В некоторых случаях токоведущие детали серебрят.
Металлические покрытия деталей гиромоторов не являются специфичными, а поэтому и не рассматриваются.
144
§ 44. ХИМИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ
Химическое покрытие представляет собой тонкий, плотный слой окисла металла детали, обладающий эрозионной стойкостью, защищающий поверхность детали от коррозии под воздействием реагентов. К химическим покрытиям, применяемым при изготовлении гиромоторов, относятся: анодное оксидирование и пассивирование.
Анодное оксидирование (анодирование) применяется в качестве антикоррозионного покрытия для защиты деталей гиромоторов, изготовляемых из алюминия, алюминиевых и магниевых сплавов.
Процесс анодирования заключается в превращении поверхностного слоя металла в более или менее гидратированный оксид алюминия под действием выделяющегося на аноде кислорода. Для антикоррозионного анодирования применяют три основных метода — хромовокислый, сернокислый и щавелевый. При этих методах различаются составы электролитов, особенности режимов пленкообразования и свойства получаемых слоев. Каждый из методов имеет свои преимущества и недостатки.
Ниже описывается технологический процесс сернокислого анодирования, дающего хорошие результаты при покрытии корпусов и крышек гиромоторов, изготовленных из сплава АЛ2, и подшипниковых гаек — из дуралюмина.
Перед покрытием детали должны быть тщательно обезжирены. Обезжиривание производится химическим путем, погружением деталей в ванну с 50 г/л тринатрияфосфата, 5—10 г/л едкого натрия и 30 г/л жидкого стекла на 3 мин. при температуре 60—70°. При наличии на деталях смазки, которая не может быть удалена химическим обезжириванием, детали сначала промывают окунанием в бензине. Просушенные до полного удаления запаха бензина, детали химически обезжириваются. После обезжиривания детали сначала промывают в горячей воде при температуре 30—60° в течение 1—2 мин., а затем в течение 1—3 мин. в холодной воде под душем.
До обезжиривания в отверстия под шарикоподшипники в корпусах и крышках вставляются плотно резиновые пробки, обеспечивающие детали от попадания электролита и оксидирования поверхности отверстий под шарикоподшипники.
После обезжиривания детали осветляют, окуная на 0,2—0,5 мин-в ванну с азотной кислотой удельного веса 1,3—1,4 при температуре 17—25°; осветленные детали промывают в холодной воде в течение 1—3 мин.
Процесс антикоррозионного оксидирования производят погружением деталей в ванну на 40—60 мин. с серной кислотой удельного веса 1,84, разбавленнойв 150—200 г/л воды при температуре 15—26°.
При оксидировании подается напряжение 12—24 в, ток регулируется из расчета 2—2,5 а на одну подвешенную деталь. Электро-
Ю С. А. Жолдак
145
лит при оксидировании должен перемешиваться сжатым воздухом. После оксидирования детали промывают в холодной воде в течение 3—10 мин., затем в горячей воде при температуре 60—90° в течение 3—10 мин. Отсутствие серной кислоты на поверхности деталей проверяется на одной детали, снятой с каждого приспособления, нанесением на поверхность детали одной капли метилоранжа; при этом капля не должна розоветь.
В процессе оксидирования в серной кислоте на поверхности деталей образуется пористая оксидная пленка с большой адсорбционной способностью свежеобразованного оксида, которую и используют с целью увеличения защитных свойств пленки и придания ей декоративного вида методами «наполнения». Так, при обработке деталей, ранее подвергшихся воздействию серной кислоты, в бихроматном растворе (состоящем из двухромовокислого калия 100 г!л и углекислого натрия 18 г/л) погружением деталей на 2— 10 мин. в электролит с температурой 70—90° пленка насыщается пассивирующими ионами бихромата. Этим значительно и повышается коррозионно-защитная способность пленки.
Обработанные хромпиком детали промывают сначала в холодной, а затем в горячей воде в течение 1—3 мин. и, после демонтажа с приспособлений, загружают в сушильный шкаф, где они и сушатся в течение 10—15 мин. при температуре 100—120°.
Для повышения коррозионно-защитной способности на оксидный слой, который хорошо адсорбирует жировые вещества, наносят масляный слой, погружая детали в нагретое до температуры ПО— 115° вазелиновое масло МВП; затем поверхности деталей протирают марлей. При оксидировании размеры деталей практически не изменяются.
Оксидирование магниевых сплавов производят тремя основными методами: селеновой кислотой; в щелочной и нейтральной среде. Поскольку при оксидировании двумя последними методами размеры деталей существенно изменяются, эти методы для оксидирования деталей гиромоторов почти не применяются.
Оксидирование магниевых сплавов селеновой кислотой применяется как самостоятельное покрытие для деталей гироскопов, так как в результате процесса размеры не изменяются; однако антикоррозионная стойкость пленки невелика. Для повышения устойчивости против коррозии оксидированные детали смазывают нейтральными консистентными смазками.
§ 45. ЛАКОКРАСОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ
Лакокрасочные покрытия, представляющие собой нанесенную на поверхность детали лаковую пленку, защищают детали от коррозии и придают им красивый внешний вид. Они применяются для деталей гиромоторов, имеющих размеры с относительно грубыми допусками и не подвергающихся значительным механическим воздействиям и нагреву выше 200°.
146
Лаковые и масляные покрытия на детали гиромоторов наносят тремя методами; с помощью кисти, окунанием деталей в ванну и распылением.
Нанесение кистью дает наименьший расход материала, однако этот метод малопроизводителен. Он применяется при покрытии наружной поверхности статоров, подкраске внутри роторов лаком 1154 и нанесении антикоррозионной смазки на посадочные места цапф, прилегающие к корпусу. Применяется также для подкраски поверхностей в труднодоступных местах и для нанесения надписей и обозначений.
Окунание деталей или поверхностей в ванну применяется при покрытии деталей жировой смазкой для антикоррозионной консервации между операциями.
Распыление заключается в том, что в форсунку распылителя по двум каналам подаются лак и сжатый воздух. На выходе из форсунки лак увлекается сжатым воздухом и в виде пыли осаждается на детали. Лак может подаваться по шлангу от специальной установки через распылитель или вытекать из стакана, укрепленного на распылителе.
Качество лакокрасочных покрытий зависит от качества материала и от технологии нанесения лака. Недостаточная подготовка поверхности под окраску может привести к браку при окраске деталей.
Для защиты от коррозии поверхностей пакетов статоров и роторов гиромоторов их покрывают глифталевомасляным электроизоляционным лаком № 1154 печной сушки, основные свойства которого приведены в табл. 10. Растворителем этого лака служит смесь уайт-спирита и толуола в отношении один к одному.
Окраска пакетов статоров
Статоры, после окончательной шлифовки, поступают на окраску. Перед окраской тщательно прочищают от грязи и пыли пазы и статор обдувают сжатым воздухом. Затем шлифованную поверхность статора обезжиривают салфеткой, смоченной в бензине, и сушат на воздухе до полного удаления запаха бензина. Шлифованную поверхность обезжиренных и высушенных пакетов статоров окрашивают тонкой лаковой пленкой, наносимой кисточкой. Одновременно окрашивают пазы и клинья. Окраска производится глиф-талевым лаком № 1154, удельного веса 0,875 и с вязкостью по воронке НИИЛКа 3—4 сек. или 13—15 сек. по воронке ГИПИ-4.
Окрашенные статоры сушат сначала в течение 30 мин. на воздухе, а затем в сушильном шкафу в течение 3—4 час. при температуре 100—110°, после чего статоры вынимают из шкафа и дают им остыть. Перед вторичной окрасой статоры протирают салфеткой, смоченной в бензине, и после испарения бензина шлифованную поверхность и пазы статора вторично покрывают кисточкой лаком той же консистенции, что и при первом покрытии. Затем статоры
10*
147
Краскораспылитель.
— распылитель; 3 — штуцер краски; 4 — курок; 5 — ре-рукоятка с ниппелей
Рис. 78.
1 — корпус; 2 с ниппелем для гулировочный винт; 6
для воздуха; 7 — бачок
сначала сушат в течение 30 мин. на воздухе при температуре 16— 25°, а потом в сушильном шкафу при температуре 100—110° в течение 6 час. Высушенные статоры вынимают из шкафа, охлаждают на воздухе, проверяют у них электрические параметры и внешний вид. Толщина покрытия должна быть 0,01—0,025 мм, а пленка — желтого цвета, прочная, блестящая, без потеков. Покрытие пакетов статоров может производиться лаком и из кр аскор аспыл ителя.
Окраска роторов
Роторы гиромоторов, изготовляемые из- стали и не имеющие металлического покрытия, покрываются с наружной стороны методом распыления, дающим тонкую равномерную лаковую пленку. Внутреннюю поверхность пакета железа ротора с короткозамкнутой обмоткой покрывают, нанося лаковую пленку кистью. Окраска крас-е ко распылителем должна производиться в отдельном чистом светлом с хорошей вентиляцией помещении со специальной аппаратурой.
Аппаратура для окраски распылением состоит из краскораспылителя — пульвери-( затора, соединенного резиновым шлангом с масло-водо-1 отделителем, и красконагнетательного бачка. Масло-водоотделитель соединяется с воздухопроводом заводской компрессорной установки или со специальным компрессором, очищает сжатый воздух от влаги, паров масла и регулирует подачу воздуха в краскораспылитель и красконагнетательный бачок.
Красконагнетательный бачок служит для подачи краски под постоянным давлением к краскораспылителю.
Лак распыляется в краскораспылителе вследствие того, что в форсунку распылителя по двум каналам подается лак и сжатый воздух. На выходе форсунки лак увлекается сжатым воздухом и в виде пыли осаждается на детали. Лак подается по шлангу от масло-,
148
Рис. 79. Тупиковая распылительная окрасочная камера с улавливанием тумана
водоотделителя или в краскораспылителе КР-2 (рис. 78), вытекая из стакана, укрепленного на краскораспылителе.
Окраска производится в специальной распылительной камере, предназначенной для улавливания и удаления от рабочего места лакокрасочного тумана, образующегося при распылении лака и состоящего из мелких частиц лака и паров его растворителя.
Распылительная камера с улавливанием тумана (рис. 79) состоит из рабочего пространства 1, в котором помещается окрашиваемое изделие; водяного фильтра 2, очищающего загрязненный туманом воздух; водяных форсунок; циркуляционной водяной системы с насосом; вентиляционного агрегата 3, включающего пластинчатый зигзагообразный сепаратор для отделения частиц влаги от воздуха при водяной очистке; вентилятора с приводом от электродвигателя и воздухоотвода.
В помещении, где устанавливаются распылительные камеры с водяной очисткой, отсасывающий воздух, камера и воздухоотводы лаком не засоряются; следовательно, и опасность воспламенения лака в помещении снижается до минимума.
Роторы, как и шлифованные поверхности статоров, покрываются глифталево-масля-ным лаком печной сушки № 1154. Вязкость лака перед окраской роторов должна быть 3—4 сек. по воронке
НИИЛКа или 13—15 . сек. по воронке ГИПИ-4. Необходимая вязкость лака достигается разбавлением его растворителем, состоящим из 50% скипидара и 50% уайт-спирита. Лак, разбавленный до необходимой вязкости, очищается от посторонних частиц фильтрацией его через металлическое сито с 3200 отверстиями на 1 см2 или через несколько слорв марли, переложенной ватой, и заливается в бачок красконагцетателя или в стакан краскораспылителя.
Окончательно обработанный ротор, у которого шейки еще не доведены, тщательно очищается снаружи и внутри от грязи, пыли и заусенцев. На окрашиваемых поверхностях не должно быть следов коррозии.
149
Перед окраской поверхности ротора обезжиривают, погружая его полностью или наполовину в ванночку с бензином, и промывают поверхности, подлежащие окраске. Пазы железа очищают от грязи неметаллической тонкой пластинкой, обернутой батистовой салфеткой и прополаскивают в бензине, не допуская на поверхностях ротора наличия масла, оставшегося от консервации, и других загрязнений.
Обезжиренный и промытый ротор вынимают из ванночки и на резьбовые части его осей навертывают специальные насадки; за эти насадки ротор берут при всех последующих операциях руками, что предохраняет его поверхности от загрязнения. После очистки внутренних поверхностей ротор с насадками снова погружают в ванночку с бензином. Погружение производят несколько раз; с ротора стряхивают остатки бензина и протирают его поверхности батистовой салфеткой насухо. Промытые таким образом роторы помещают в специальный стеклянный шкаф на подставки и сушат в течение 1—1,5 часа при температуре 20 + 5° на воздухе до полного удаления бензина. Затем роторы устанавливают на специальных металлических подставках в сушильный шкаф и сушат при температуре 200 ± 20° в течение 2 час., до удаления или полного затвердевания остатков смазки, попавшей между пластинами железа и в зазор между ротором и пакетом во время консервации.
Неполное удаление смазки с внутренних поверхностей ротора или ее затвердевание может привести к браку гиромоторов при балансировке роторов.
Автору на одном из заводов пришлось выявлять причину забракования по дебалансу большой партии гиромоторов, в которых роторы были отбалансированы в соответствии с ТУ, приняты контролером, после чего были собраны гиромоторы. Гиромоторы также были отбалансированы, прошли предварительные шести- и повторные трехчасовые проверки; проверенный дебаланс оказался в пределах нормы. Однако при контрольных испытаниях качества балансировки после 18—20-часового охлаждения гиромоторов (в помещении с температурой в 15—18°) из первой проверенной партии было забраковано почти 60% из-за дебаланса роторов. В последующих партиях также часть гиромоторов отбраковалась вследствие увеличенного дебаланса.
При выяснении причин оказалось, что роторы были отбалансированы до сборки в пределах соответствующих допусков. Собранные гиромоторы при проверке балансировки после сборки и после трехчасовых повторных испытаний также укладывались в допуски по дебалансу. После часовой беспрерывной работы все ранее забракованные гиромоторы также уложились в допуски по дебалансу, при суточном же остывании в условиях нормальной температуры оказались негодными по дебалансу. Таким образом было установлено, что гиромоторы в холодном состоянии не соответствуют техническим условиям (ТУ). При нагреве отдельно вынутых из забракованных гиромоторов роторов из зазоров между пакетом железа и
150
маховиком внутри ротора и из промежутков между отдельными роторными пластинами вытекала смазка, применяемая для консервации стальных деталей. При остывании этих роторов смазка снова застывала, скопляясь в нижних частях ротора. Так было установлено, что причиной брака гиромоторов данных партий являлось наличие между отдельными роторными пластинами антикоррозионной смазки, применяемой для консервации после шлифования пакетов роторов. Эта смазка при балансировке роторов в рамке (роторы в таких условиях остаются холодными) находилась в одном положении, при работе собранных гиромоторов роторы нагревались, смазка разжижалась и принимала другое положение. После отключения гиромоторов от питающей сети они остывали, смазка стекала в низ горизонтально расположенного пакета железа ротора и застывала, создавая при проверке дебаланс ротора и вызывая брак собранных гиромоторов. Забракованные гиромоторы были разобраны и роторы их после продолжительной сушки в термостате при температуре 200° до полного удаления и затвердевания остатков смазки снова были отбалансированы; с ними были собраны гиромоторы, у которых не наблюдалось дебаланса роторов.
Опасность описанного выше вида брака и является причиной того, что при сушке роторов перед окраской даются такие повышения температуры и выдержки.
Перед окраской поверхности ротора снова протираются слегка смоченной в ацетоне или бензине батистовой салфеткой, просушиваются на воздухе до удаления запаха бензина или ацетона, после чего внутренние поверхности ротора за короткозамкнутой обмоткой кистью окрашиваются лаком № 1154 той же концентрации, что и для статоров; затем еще раз протирают окрашиваемые поверхности сухой салфеткой и окрашивают сначала наружную поверхность лаком из краскораспылителя, а потом внутреннюю поверхность и короткозамкнутую обмотку; при этом ротор держат и повертывают за насадку. Окрашенные роторы помещают в стеклянный шкаф с нормальной температурой и сушат в течение 0,5—1 часа. Затем переносят их в сушильный шкаф и сушат при температуре 100— 200° в течение 3—4 час.
После сушки на заднюю поверхность ротора наносят по шаблону специальную спираль, служащую для определения числа оборотов в собранном гиромоторе, и просматривают качество покрытия, не допуская на поверхности наличия ворсинок и крупных пылинок, пристающих к лаковой пленке в процессе окраски и сушки.
На некоторых заводах вместо спирали на длине половины диаметра ротора наносят полосу шириной 3—5 мм и ставят лаком ПН-35-99 яркого цвета круглые точки под углом 90°. После нанесения спирали роторы обезжиривают салфеткой, смоченной в бензине, и просушивают до удаления запаха бензина в стеклянном шкафу при нормальной температуре. Просушенные роторы вторично окрашивают краскораспылителем в распылительной камере лаком № 1154 той же вязкости. Сначала окрашивают наружную по-
151
верхность, а затем внутреннюю, держа и повертывая ротор за насадку, стараясь наносить лак равномерно по всей поверхности так, чтобы толщина покрытия колебалась в пределах от 5 до 25 мк. Вторично окрашенные роторы сушат в стеклянном шкафу при нормальной температуре в течение 1—1,5 часа, а затем в сушильном шкафу при температуре 100—120° в течение 4 час. Вслед за этим температуру повышают до 200 — 210° и сушат при ней в течение 2 час.
Окрашенные и высушенные роторы должны иметь золотистый оттенок. Лаковая пленка должна быть глянцевой, гладкой, без морщин, явно выраженных наплывов и потеков лака, не должна шелушиться, отслаиваться от поверхности ротора, не должна иметь следов захвата руками и неокрашенных мест. Под лаковой пленкой не должно быть следов коррозии. При смачивании ацетоном окрашенных и высушенных поверхностей роторов лаковая пленка не должна смываться. Толщина слоя покрытия (5—25 мк) определяется замерами в определенных точках до покрытия и после покрытия, на взятых выборочно роторах.
Окрашенные по этому технологическому процессу лаком № 1154 роторы гиромоторов показали хорошие результаты при работе в тяжелых атмосферных условиях.
Иногда вместо лаков и красок применяют клей БФ-4. Он придает поверхности детали высокие антикоррозионные свойства, влагостойкость и механическую прочность при нанесении без подслоя, что выгодно отличает окраску клеем от других способов антикоррозионных покрытий. Технология окраски клеем БФ-4 с красителями следующая: первый слой наносят без красителя и сушат на воздухе в течение 30 мин. Второй слой наносят клеем, к которому при окраске в черный цвет добавляют нигрозин или другой краситель. Этот слой сушат на воздухе в течение 30 мин., затем в печи при температуре 80—90° в течение 2 час. Третий слой клея с нигрозином наносят аналогично второму и сушка в печи продолжается 5 час.
На наружной поверхности роторов, предназначаемых для балансировки на электронных балансировочных машинах, после окраски наносят под углом 90° две полосы, шириной 2 мм, лаком НП-35-99.
§ 46. МЕРЫ ПО ПРЕДОХРАНЕНИЮ ОТ КОРРОЗИИ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ГИРОМОТОРОВ
Детали гиромоторов, в особенности стальные, подвержены при их изготовлении коррозии вследствие наличия в окружающей среде агрессивных агентов, главным образом, влаги с растворенным в ней кислородом и другими газами. Взаимодействуя с поверхностью обрабатываемой детали, агрессивные агенты образуют коррозию на поверхности, а затем проникают и в глубь металла.
Возникновению и развитию коррозии на поверхности сталь- ' ных деталей гиромоторов в процессе их изготовления способствуют: 152
влажный воздух в помещении цеха и промежуточных кладовых; загрязнение рабочих мест; грязные и потные руки рабочих; недостаточная чистота и отделка поверхностей деталей и инструмента; дефекты охлаждающих жидкостей при обработке; дефекты промывочных и смазочных материалов.
Меры предупреждения коррозии деталей гиромоторов должны приниматься в процессе изготовления и при межоперационном хранении и эксплуатации их в приборах. Поверхности деталей, зараженные коррозией при изготовлении, в дальнейшем могут быть, только с большим трудом избавлены от нее, поэтому важно в процессе изготовления деталей соблюдать правила, предупреждающие появление коррозии. Операции изготовления стальных деталей гиромоторов, и в особенности окончательные, должны производиться в помещениях, где относительная влажность воздуха не: превышает 50—60%.
При разработке мер предохранения от коррозии анализируют технологический процесс изготовления деталей гиромоторов, в особенности стальных, выявляют операции, наиболее опасные в отношении коррозии, и уточняют возможное время хранения деталей при выполнении отдельных операций и между ними.
Для предохранения деталей гиромоторов от коррозии в процессе их изготовления и хранения существует несколько составов антикоррозионных смазок и способов консервации.
Наиболее простыми и широко применяемыми способами кратковременной консервации и длительной защиты от коррозии является смазка вазелином, представляющим сплав твердых и жидких углеводов. Специальными исследованиями доказано, что при этом полная влагонепроницаемость достигается уже при толщине слоя в 20 мк. Исследования также показали, что слой обычной смазки толщиной 50—100 мк полностью предохраняет покрытую металлическую поверхность от проникновения диффундирующей влаги, а следовательно, и от коррозии.
При консервации стальных деталей необходимо иметь в виду, что если поверхность соответствующим образом не подготовлена и на ней имеются следы отпечатков пальцев или другие загрязнения, то нанесение слоя смазки не предохранит эту поверхность от коррозии, а, наоборот, коррозия будет интенсивно развиваться под слоем смазки. Поэтому поверхности, подлежащие консервации, должны быть тщательно очищены и обезжирены.
Антикоррозионное покрытие стальных деталей вазелином в процессе их изготовления и хранения выполняется следующим образом.
Окончательно механически обработанные детали гиромоторов очищаются от следов загрязнения слегка увлажненной бензином салфеткой, на которой они не должны после очистки оставлять следов загрязнения. Затем поверхности деталей обезжиривают бензином первого сорта. Обезжиривание производят протиранием поверхностей в ванночке с бензином, после чего детали сушат на воздухе до полного удаления запаха бензина,
153
Обезжиренные и высушенные детали или их поверхности, подлежащие консервации, покрывают с помощью марлевого тампона слоем вазелина. Покрытие может быть осуществлено также окунанием детали в ванну с нагретым до температуры 100—120° вазелином. Слой вазелина должен покрывать поверхность деталей равномерно, без пропусков. Под пленкой вазелина не должно быть никаких следов коррозии, загрязнений и отпечатков пальцев.
Пакеты статоров, механически окончательно обработанные, после очистки салфеткой, смоченной в бензине, закладывают в сушильный шкаф и сушат в течение пяти часов при температуре 120—140°, после чего вынимают, охлаждают до температуры окружающего воздуха и обезжиривают в бензине окунанием в ванночку или протиранием салфеткой, смоченной в бензине. Обезжиренные пакеты статоров и роторов покрывают тонким слоем'вазелина с помощью тампона или кисти, обертывают их папиросной бумагой и хранят в промежуточных кладовых. Законсервированные детали периодически просматривают и при обнаружении на поверхностях под смазкой коррозии консервируют повторно. Между операциями механической обработки и консервацией вазелином должно проходить не более 4 час. Лучшие результаты, чем консервация вазелином, дает консервация смазкой ЦИАТИМ-202 ТУ 517—54.
Для предохранения стальных деталей гиромоторов при изготовлении и межоперационном хранении применяют иногда более дешевый, менее трудоемкий и дающий удовлетворительные результаты способ консервации нитритом натрия. Консервация заключается в том, что чистые обработанные детали погружаются между операциями в ванну с нитритом натрия концентрации 5—10% при обычкой температуре на время до 5 мин. При соприкосновении поверхностей стальных деталей с раствором образуется защитная пленка, которая в случае необходимости может быть удалена промывкой деталей в водных растворах (эмульсии, содовом и мыльном растворах). Пленка не растворяется в бензине и скипидаре, что для производства гиромоторов очень важно, так как их детали промываются бензином. Спирт-ректификат также не дает заметно быстрого растворения пленки.
Хорошо защищаются детали гиромоторов от коррозии при хранении их в эксикаторах со специальными влагопоглотителями. Между операциями механической обработки, доводки и сборки детали хранят в стеклянном эксикаторе, на дно которого насыпают силикагель — индикатор синего цвета, высушенный при температуре 120° в течение 2 час. Силикагель, находясь под стеклянным колпаком, поглощает влагу, вызывающую коррозию на деталях; по мере поглощения силикагель изменяет цвет, из синего превращается в розовый. Для восстановления способности поглощения влаги селикагель сушат при температуре 120° в сушильном шкафу в течение 2 час.
Для уменьшения коррозии деталей необходимо требовать от рабочих регулярного прополаскивания рук в 2%-ном растворе формалина.
ГЛАВА ПЯТАЯ
МОНТАЖ ШАРИКОПОДШИПНИКОВ И БАЛАНСИРОВКА РОТОРА
§ 47. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Современные гиромоторы работают с высокими скоростями вращения роторов. Возникающие из-за неуравновешенности ротора центробежные силы инерции, являясь одной из основных причин, порождающих вибрации гироскопических приборов, приводят к прогрессивному износу шарикоподшипников и даже разрушают их.
Динамическую балансировку роторов гиромоторов можно производить при рабочих оборотах и при пониженных резонансных оборотах. Балансировка при рабочих оборотах в случае большой неуравновешенности и больших рабочих оборотах может привести к ухудшению качества рабочих поверхностей шарикоподшипников. Исследования показывают, что балансировку роторов в быстроходных гиромоторах следует разделять на две операции: предварительную при резонансных оборотах или при оборотах в 0,2—0,1 ’ раза меньших рабочих и окончательную при рабочих оборотах. Такая раздельная балансировка обеспечивает необходимую точность и не ухудшает качества шарикоподшипников в процессе балансировки.
Точность динамической балансировки зависит не только от точности оборудования и от квалификации оператора, но и от качества выполненных деталей опор гиромотора и, в частности, от точности форм шеек, монтажа и качества шарикоподшипников.
§ 48. УПАКОВКА И ПОДГОТОВКА ШАРИКОПОДШИПНИКОВ К СБОРКЕ
При изготовлении шарикоподшипников на торцах наружных и внутренних колец наносят, клейма их обозначения. Порядковые , номера шарикоподшипников наносятся химическим способом (с последующей нейтрализацией) на наружной цилиндрической поверхности наружных колец. Порядковые номера в течение года не должны повторяться.
155
При сборке шарикоподшипников для обеспечения соответствующих чертежам и техническим условиям зазоров подбираются по размерам кольца и шарики, вследствие чего детали шарикоподшипников невзаимозаменяемы. Поэтому каждый радиально-упорный шарикоподшипник скрепляется скрепкой из углеродистой пружинной стали или связывается медной проволокой.
Собранные шарикоподшипники после промывки и смазки укладываются в стеклянные пробирки и заливаются жидкими индустриальными маслами. На каждой пробирке с подшипниками наклеивается бандероль, на которой завод-изготовитель указывает номер ее, а также номера шарикоподшипников. На каждую партию шарикоподшипников завод-изготовитель выдает, кроме карты качества, паспорт с указанием порядковых номеров, фактических среднеарифметических размеров посадочных мест каждого шарикоподшипника и порядкового номера пробирки, в которую он упакован.
Ящики с шарикоподшипниками могут храниться на складе невскрытыми не более одного месяца. Ящики должны быть установлены на деревянных настилах на высоте от пола не менее 0,2 м и от наружных стен не ближе 0,75 м. После вскрытия ящиков из них вынимаются картонные коробки с шарикоподшипниками, которые и хранятся на специальных стеллажах или направляются в производство. При получении ящиков с шарикоподшипниками в холодное время года ящики не должны распаковываться как ранее 24 час., так и позднее трех суток.
На складе, где хранятся шарикоподшипники, температура должна быть в пределах от + 10 до + 30°, относительная влажность воздуха должна быть не выше 70%. Подготовка законсервированных шарикоподшипников к сборке должна производиться в специальном помещении с хорошей вентиляцией и необходимыми противопожарными устройствами. В этих помещениях распаковывают картонные коробки, вынимают из них пробирки с шарикоподшипниками, залитыми специальным маслом, и протирают их от пыли чистой хлопчатобумажной материей. Очищают пробку пробирки от заливочного материала, открывают ее и сливают масло из пробирки в стеклянную бутыль. После удаления масла шарикоподшипники извлекают из пробирок при помощи крючка или пинцета и переносят их в сетчатую кассету. Сетчатые кассеты изготовляются из железной сетки, натянутой на каркас из железной проволоки. Кассета имеет железную ручку, за которую ее при промывке берут руками и навешивают на специальные перекладины промывочной ванны.
Шарикоподшипники, уложенные в сетчатые кассеты, погружают в ванну, наполненную бензином «гадоща» или «Б-70». Промывка производится в двух ваннах 5—6-кратным погружением кассеты в бензин. Бензин, находящийся в ваннах, должен быть чистым, профильтрованным через фильтровальную бумагу.
Некоторые иностранные фирмы, в частности фирма «Сперри», J56
промывку и обезжиривание шарикоподшипников производят в струе бензина или эмульсии. После промывки и обезжиривания шарикоподшипники укладываются в кассеты, вставляемые в камеру. В камеру под давлением подается профильтрованная смазка, которая распыляется так, что каждый шарикоподшипник покрывается кругом слоем смазки необходимой толщины. Смазанные шарикоподшипники вынимают из камеры, завертывают в безворсную бумагу или укладывают в эксикатор и хранят необходимое время. В эксикаторе имеется сетчатая вставка с индикаторным силикагелем синего или сине-зеленого цвета. Из эксикатора шарикоподшипники по мере надобности направляются для контроля или на операцию балансировки ротора.
Шарикоподшипники во избежание появления коррозии следует брать руками, одетыми в резиновые перчатки, пинцетами или конденсаторной безворсной бумагой.
При хранении свыше одного года в состоянии поставки шарикоподшипники подлежат повторной консервации. При этом из пробирок сливают масло, шарикоподшипники вынимают крючками и удаляют из них оставшуюся смазку, промывая в сетчатых кассетах в ваннах с бензином, как было описано выше. После удаления смазки с шарикоподшипников и просушки от бензина их снова укладывают в те же, тщательно промытые и просушенные пробирки и заливают новым жидким маслом. Пробки пробирок заливают парафином, воском или цапон-лаком и снова устанавливают в картонные коробки, в которых шарикоподшипники могут храниться в течение года.
§ 49. КОНТРОЛЬ ШАРИКОПОДШИПНИКОВ
Как было сказано выше, шарикоподшипники гиромоторов работают в тяжелых условиях и от их работы зависит точность показаний приборов и долговечность в течение гарантийного срока. Шарикоподшипники обеспечивают свободное вращение ротора, которое должно быть плавным при больших оборотах, без вибрации и шума.
Для обеспечения нормальной работы гиромоторов необходимо, чтобы основные параметры шарикоподшипников укладывались в установленные для данного типа нормы.
Моменты сил трения в шарикоподшипниках
Для определения моментов сил трения в шарикоподшипниках в статическом состоянии существует большое количество приборов разных конструкций.
При сборке гиромоторов момент сил трения в радиальных шарикоподшипниках, кроме определения на приборах, определяют по легкости хода и продолжительности вращения наружного кольца. В этом случае шарикоподшипник надевается внутренним
157
кольцом на латунную конусную оправку, И пальцем ру-ки приводится во вращение наружное кольцо шарикоподшипника. При наличии повышенного момента сил трения или другого дефекта скорость вращения наружного кольца быстро уменьшается или кольцо резко'останавливается. Такой шарикоподшипник бракуется. Кроме проверки отдельного шарикоподшипника, проверяется момент сил трения и после монтажа подшипника на шейку ротора. Для этого после насадки на шейку оси зажимают наружное кольцо шарикоподшипника пальцами или вставляют его в гнездо крышки гиромотора. Затем рукой разгоняют ротор и наблюдают за его вращением и остановкой. При качественном монтаже на шейке и нормальном моменте сил трения в шарикоподшипнике ротор останавливается плавно после вращения в течение относительно продолжительного времени. Если ротор останавливается быстро, то шарикоподшипник снимается с шейки и проверяется момент сил трения в нем.
Измерение магнитности деталей шарикоподшипников
Одним из основных требований к гироскопическим шарикоподшипникам относится состояние их магнитности. Детали шарикоподшипников должны быть размагничены, так как намагниченность наружных и внутренних колец, а также шариков способствует скоплению в шарикоподшипниках металлической пыли. При вращении шарикоподшипников металлическая пыль попадает на беговые дорожки колец под шарики и приводит вначале к нарушению уравновешенности ротора, а затем и к разрушению поверхностей качения колец.
Намагничивание стальных деталей шарикоподшипников может произойти при сборке гиромоторов, при наличии магнитных полей в помещении сборочных участков й на рабочих местах.
Для контроля магнитности стальных деталей шарикоподшипников существуют приборы, основанные на замере остаточного магнетизма в шарикоподшипнике или его деталях. На рис. 80 изображена схема одного из таких приборов типа 4-004, на котором можно измерять кольца шарикоподшипников всех типов весом от 0,5 до 1500 Г, с внутренним диаметром от 4 до 150 мм.
Магнитометр 4-004 предназначен для контроля остаточного магнетизма в собранных шарикоподшипниках и его стальных деталях. В приборе используется принцип высокочастотного измерительного генератора.
Генератор возбуждается магнитным потоком кольца или собранного шарикоподшипника, устанавливаемых на плите прибора. Измеряемое напряжение возникает на зажимах катушки W с пер-маллоевыми сердечниками, в зазоре которых непрерывно вращаются с постоянной скоростью пакеты пермаллоя, вделанные в диск, вращаемый электродвигателем.
При непрерывном вращении диска периодически происходит
158
изменение проводимости воздушного зазора между пакетами, что вызывает появление э. д. с. в обмотках катушек W, пропорциональной остаточному магнетизму детали. Образуемая э. д. с. переменного тока частотой 1500 гц, после выпрямления двумя выпрямителями В, поступает на зажимы отсчетного гальванометра Г.
Таким образом, показания гальванометра зависят от величины контролируемого остаточного магнетизма и его полярности. Кольца
и шарикоподшипники с равным уровнем остаточного магнетизма (магнитной индукции), но раз-
личного веса обладают различными магнитными потоками, поэтому чувствительность прибора изменяется обратно пропорционально весу деталей, подлежащих контролю. Чувствительность прибора изменяют переключателем П, имеющим три ступени (I, II, III).
При переходе [от одного предела измерения к другому положение стрелки гальванометра должно быть соответствующим образом скорректировано. Для этой цели имеется цепь коррекции, состоящая из элемента БС и реостата, сопротивлением /?х 0,5 мгом и с ограничительным сопротивлением R 1000 см-
Для проверки правильности показаний прибора поль-
Рис. 80. Схема прибора для контроля намагниченности шарикоподшипников и их деталей
зуются контрольным бло-
ком — КБ, встроенным в прибор эталонным электромагнитом. Для этого реостатом R, при нажатой кнопке К, устанавливают по вольтметру V допустимую величину потока в эталонном электромагните ЭМ, и соответствующие показания прибора сравнивают
с требуемыми по инструкции.
Магнитность стальных деталей шарикоподшипников можно проверить и другими более простыми способами. Один из таких способов заключается в том, что проверяемую деталь или шарикоподшипник подвешивают между полюсами электромагнита на хлопчатобумажной нитке длиной 300 мм так, чтобы до одного полюса было 20 мм, а до другого — 30 мм. Деталь считается годной, если она не притягивается к полюсу электромагнита, когда напряженность поля между магнитами равна 1000 эрстэд. Отклонение детали от вертикали при включении и выключении тока не является поводом для забракования.
159
Определение радиального зазора
7
Рис. 81. Прибор для определения радиального зазора шарикоподшипников
Для нормальной работы шарикоподшипника необходим определенный радиальный зазор. Величина наименьшего радиального зазора для шарикоподшипников гиромоторов рекомендуется 0,004 мм, что учитывает изменение температуры, при которой должны работать приборы.
При работе гиромоторов от трения шариков о кольца происходит нагрев колец (внутреннее кольцо нагревается всегда несколько больше наружного). Опытом установлено, что разница температур между кольцами в радиальноупорных шарикоподшипниках не превышает 10°. Неравномерность температуры колец изменяет радиальный зазор шарикоподшипника, уменьшение которого можно подсчитать по формуле:
Дб=аД£2г, где Дб— величина изменения диаметра беговой дорожки наружного кольца;
а — коэффициент линейного расширения материала (для стали 11,7-10—6);
Д/— разность температур колец шарикоподшипников в градусах стоградус-• ной шкалы;
г — радиус беговой дорожки качения внутреннего кольца.
зазора в собранных шарикоподшипниках существуют приборы нескольких типов. Принцип действия приборов заключается в том, что внутреннее кольцо устанавливается на неподвижно укрепленный палец по скользящей посадке. К наружному кольцу по центру оси пальца с одной стороны прикладывают груз, а с другой, противоположной грузу, ножку индикатора или другого точного измерительного прибора.
Одно из таких приспособлений изображено на рис. 81. Проверяемый шарикоподшипник 9 своим внутренним кольцом надевается на неподвижно установленный на корпусе 3 палец 4. На верхней части приспособления корпуса винтом 2 неподвижно закрепляется микронный индикатор 1, ножка которого устанавливается на наружное кольцо измеряемого шарикоподшипника. В нижней части корпуса на рычаге 6 укрепляется шарнирное коромысло 5 с грузом 7 и роликом 8, касающимся наружного кольца со стороны, противоположной ножке индикатора. Груз берется таких размеров, чтобы
160
усилие, прилагаемое к кольцу, могло выбирать весь зазор. До начала испытания шарикоподшипник смазывается смазкой МВП нанесением одной капли на беговые дорожки; вращением наружного кольца вокруг неподвижно удерживаемого внутреннего смазка равномерно распределяется по всем беговым дорожкам. После этого отжимают вниз ролик, поднимают ножку индикатора и надевают на палец испытуемый шарикоподшипник, опускают на наружное кольцо ножку индикатора и устанавливают его стрелку на нуль, или замечают, на каком делении шкалы установилась стрелка. Затем осторожно подводят ролик к кольцу и создают усилие, выжимающее радиальный зазор вверх. По разности показаний индикатора до приложения ролика к кольцу и после устанавливают величину радиального зазора. Измерение производят не менее чем в трех точках, равномерно расположенных по окружности наружного кольца, причем нагрузка, действующая снизу в момент отсчета показаний, должна передаваться через один шарик. Среднеарифметическое из трех отсчетов считается радиальным зазором шарикоподшипника.
Определение осевого зазора
| 20
Рнс. 82. Схема прибора для определения осевого зазора
Хотя в большинстве гиромоторов осевой зазор должен отсутствовать или должен быть сведен к минимальной величине, в гиромоторах некоторых типов осевые зазоры существуют и их величины необходимо заранее знать. Зная величину осевого зазора в шарикоподшипнике, можно установить конструктивные элементы в конструкции гиромотора, обеспечивающие необходимую величину его в собранном приборе.
Для измерения радиального и осевого зазоров существуют приспособления нескольких типов, основанные на одном и том же принципе действия. Принцип измерения осевого зазора состоит в том, что в собранном шарикоподшипнике перемещают внутреннее кольцо в осевом направлении относительно неподвижно закрепленного наружного кольца, или наоборот.
На рис. 82 приведена схема прибора А-121, предназначенного для проверки осевого зазора шарикоподшипников с наружным диаметром от 9 до 35 мм. При
шарикоподшипник устанавливается между двумя столиками таким образом, что торцы наружного кольца зажимаются винтовой парой. Внутреннее кольцо при измерении перемещают попеременно вверх и вниз с помощью грузов, создавая через систему рычагов
измерении осевого зазора
И С. А. Жолдак
161
и штоки осевую нагрузку на шарикоподшипник. При измерении кольцо повертывают на некоторый угол. При проверке применяют осевые нагрузки в зависимости от габаритов от 0,8 до 2 кГ’ индикаторы употребляют с ценой деления шкалы от 0,001 до 0,01 мм.
§ 50. ИЗМЕРЕНИЕ ВИБРАЦИИ ШАРИКОПОДШИПНИКОВ
Рис. 83. Схема установки для проверки вибрации в шарикоподшипниках пускающей отсчет перемещений с
0ецшикпр!№> МП0-!
Одним из важных факторов, определяющих качество шарикоподшипников, применяемых в гиромоторах, является их вибрация при работе с оборотами, близкими к рабочим. По величине вибрации можно определить качество, точность формы и размеров деталей шарикоподшипников, судить о шероховатости их поверхности. Балансировка роторов с шарикоподшипниками, имеющими малую вибрацию, производится значительно быстрей и качественней. Работа гиромоторов с такими подшипниками протекает более спокойно, их долговечность увеличивается.
Измерение вибрации в шарикоподшипниках требует специальной аппаратуры, до-точностью до десятых долей
микрона.
Ниже описана лабораторная установка для измерения вибрации в шарикоподшипниках, применяемой на четвертом ордена Ленина Государственном подшипниковом заводе.
Схема установки показана на рис. 83. Испытуемый шарикоподшипник 1 устанавливается в центрах на оправке 2, с радиальным биением в пределах 1 мк. На наружное кольцо шарикоподшипника надевается обойма 3, которая изготовляется так, чтобы шарикоподшипник вошел в нее без особых усилий. Обойма удерживается от вращения стопором 4 и нагружается в радиальном направлении постоянным усилием пружины, что обеспечивает устранение зазора в шарикоподшипнике во время испытания. Оправка приводится в равномерное вращение от электродвигателя 5 через ременную передачу 6. Так как внутреннее кольцо жестко укреплено на оправке, то вибрации, возникающие в элементах шарикоподшипника, передаются на наружное кольцо и обойму. Емкостный преобразователь 7 имеет верхнюю и нижнюю пластины. Нижняя пластина жестко связана с обоймой, а верхняя крепится через шаровую пяту к индикатору 8. Шаровая пята облегчает параллельную установку пластин. При помощи винта 9 можно перемещать измерительную ножку индикатора вместе с верхней пластиной преобразователя и величину перемещения отсчитывать по шкале
162
diDdioiftfn'noo mgotbimni
163
индикатора. Для установления начального зазора между пластинами следует при помощи винта опустить верхнюю пластину преобразователя до соприкосновения с нижней. Указатель индикатора устанавливается на нуль, после чего винтом поднимают верхнюю пластину и по шкале отсчитывают зазор. Площадь пластин, применяемых в установке, равняется 9 см2, цена малого деления индикатора 1 мк.
Емкостный преобразователь подключен на вход усилителя 10, с выхода которого сигнал подается на шлейфовый осциллограф МПО-2 для записи вибрационного процесса.
Фиксирование времени одного оборота оправки и сепаратора производится отметчиками оборотов 11 и 12, представляющими собой упругие контакты, замыкаемые с каждым оборотом оправки и сепаратора. Отметки оборотов также записываются на осциллограмме.
Основными элементами установки являются бесконтактный емкостный преобразователь и усилитель, работающий на принципе частотной модуляции.
Принципиальная схема усилителя изображена на рис. 84. Лампа 6С5, в сеточную цепь которой включен датчик, работает в генераторном режиме. Лампа 6Л7 работает также в генераторном режиме и, кроме того, осуществляет выделение промежуточной частоты, усиливаемой далее лампой 6К4. Частотный детектор собран на лампе 6X6. Усилитель низкой частоты работает на лампе 6Н8 (левый триод). Индикатор 6Е5 служит для настройки усилителя на промежуточную частоту по теневому сектору. Выходная мощность усилителя около 2 вт.
В датчике применяются практически установленные зазоры 0,14, 0,2 и 0,25 мм, что соответствует емкости преобразователя 643, 450 и 360 пф. От зазора, установленного между пластинами, зависит чувствительность преобразователя. Тарирование производится малым перемещением верхней пластины преобразователя и измерением соответствующего выходного тока. Тарировочные графики изображены на рис. 85. Из них видно, что чувствительность усилителя К. = (ДТвых — изменение тока на выходе усилите
теля в ма, соответствующее изменению зазора Д6 в мк) равна:
для 8 = 0,14.............. К = 0,22 ма!мк:
у> 8 = 0,20............... У = 0,14 »
» 8 = 0,25................ У = 0,1 »
Диапазон измеряемых амплитуд характеризуется длиной линейного участка тарировочной кривой. Погрешность измерения, обусловленная некоторой нелинейностью рабочего участка тарировочной кривой, не превышает 5% и уменьшается в случае использования не всего рабочего участка, а его части. Установка может быть применена при всех частотах, допустимых для осциллографа 164
МПО-2, так как частотный диапазон емкостного преобразователя
и усилителя достаточно широк.
На рис. 86, а изображена осциллограмма записи на этой установке вибрации шарикоподшипника с восемью шариками. На рис. 86, б показана та же осциллограмма после ее обработки. Кривая содержит две компоненты. Период первой совпадает с периодом оборота оправки (кривая KJ, период второй значительно меньше (кривая К2). За один оборот сепаратора проходят восемь периодов компоненты кривой К2; компонента A'j показывает биение внутрен-
него кольца с учетом биения оправки; компонента К2 показывает вход каждого шарика в нагруженную зону.
Рис. 85. Тарировочные графики
Рис. 86. Осциллограмма записи вибрации шарикоподшипника
Как показали исследования, предложенный способ определения вибрации шарикоподшипников можно с успехом применять не только на заводах, изготовляющих шарикоподшипники, но и на заводах, изготовляющих гиромоторы.
§ 51. КОНТРОЛЬ ШАРИКОПОДШИПНИКОВ В СОБРАННОМ ГИРОМОТОРЕ
Описанная проверка вибрации шарикоподшипников не дает объективной характеристики их качеств в собранном гиромоторе, так как незначительные дефекты и неправильный монтаж одного шарикоподшипника влияют на работу парного с ним.
С целью выявления влияния одного шарикоподшипника на другой на некоторых заводах судят о качестве, а следовательно, и работоспособности шарикоподшипников только по итогам проверки их при вращении с рабочим числом оборотов в собранном гиромоторе, считая, что только такой контроль их работы обеспечивает выявление основных характеристик шарикоподшипников: момента
165
трения, вибрации, радиального и осевого биения и др. Качество работы шарикоподшипника находится в прямой зависимости от правильности его монтажа в опорах, точности динамической балансировки роторов, точности сборки и регулировки осевых зазоров или натягов и качества сборки гиромотора в целом. Такая проверка
шарикоподшипников дает возможность судить о качестве главных опор, так как качество работы их в собранном гиромоторе является функцией многих факторов, как, например, геометрической точности деталей и узлов опор, точности посадки колец шарикоподшипников, динамической балансировки роторов.
Проверка шарикоподшипников в собранном гиромоторе производится на электронной балансировочной машине с осциллографом
(см. рис. 92), состоящей из
I Подшипники без дефектов двух независимых опор с ин-
II Разноразмерные шарики
Ш Биение беговой дорожки
/y.~VW4 Большой зазор
Малый зазор
Эллипс наружного кольца
Разностенноеть наружного кольца
Рис. 87. Осциллограммы, характеризующие качество шарикоподшипников
Аукционными датчиками, покоящимися на пластинчатых пружинах, укрепленных на подвижной раме. Индуктируемые в датчиках э. д. с. усиливаются в усилителе, затем фильтруются и подаются на электронно-лучевую трубку осциллографа в виде синусоид.
На такой электронной ма-
шине можно определять от-
дельно качество каждого шарикоподшипника в гиромоторе, для чего необходимо производить соответствующее переключение датчиков. В каждом шарикоподшипнике можно выявить наиболее существенные дефекты, влияющие на точность и долговечность, как то: разные размеры шариков, биение беговых дорожек, увеличенные зазоры, эллиптичность, непостоянство размера вращающегося кольца. Определение дефектов шарикоподшипников в гиромоторе производят сравнением полученных кривых на экране электронно-лучевой трубки осциллографа с кривыми, полученными при лабораторных исследованиях заранее установленных дефектов шарикоподшипников. Такие кривые изображены на рис. 87. Кривые, как и при определении вибрации отдельных шарикоподшипников, состоят из от-
дельных компонентов и являются сложными гармониками.
Кривая I представляет собой синусоиду и показывает отсутствие дефектов в шарикоподшипнике.
Кривая II состоит из двух синусоид, имеющих одинаковую частоту, но разные амплитуды, и показывает, что шарики имеют разные размеры.
Кривая III характеризует биение беговых дорожек и состоит из двух синусоид, сдвинутых по фазе друг относительно друга на — Г или — тс, и имеет разные амплитуды.
166
Кривая IV характеризует наличие большого зазора и представ’ ляет собой общий случай периодического колебания, когда синусоида является результирующей сложения двух гармонических кривых, имеющих двукратную разницу в частоте.
Кривая V характеризует малый зазор и имеет меньший период и большую амплитуду, чем кривая IV. Как видно из рассмотрения кривой, малые зазоры вызывают колебания с большей частотой и увеличенной амплитудой.
Кривая VI характеризует наличие эллипса наружного или внутреннего кольца и состоит из двух синусоид, совпадающих по фазе, с одинаковым периодом, но с разными амплитудами.
Кривая VII аналогична кривой VI, но имеет большую амплитуду и характеризует разностейность вращающегося наружного или внутреннего кольца.
§ 52. СУЩНОСТЬ И ЗНАЧЕНИЕ УРАВНОВЕШИВАНИЯ РОТОРА
Как было отмечено, несмотря на меры, принимаемые для обеспечения точности изготовления роторов гиромоторов, неизбежна некоторая несоосность их поверхностей, неизбежна также неодинаковая плотность стержней и колец короткозамкнутой обмотки. Несоосность поверхностей ротора при его монтаже в корпус и крышку может увеличиться вследствие неправильности расточки отверстий под шарикоподшипники и несоосности их в корпусе и крышке, а также вследствие несоосности внутреннего кольца и шейки. Все эти погрешности вызывают неуравновешенность ротора гиромотора при вращении.
Для уравновешивания ротора необходимо, чтобы его центр тяжести лежал на оси вращения, а центробежные моменты инерции были равны нулю, или, другими словами, необходимо, чтобы одна из главных центральных осей инерции совпадала с осью вращения. Несовпадение центра тяжести с осью вращения принято называть статической неуравновешенностью, а неравенство нулю центробежных моментов инерции — динамической.
Динамически уравновешенные роторы одновременно оказываются и статически уравновешенными. Поэтому роторы малогабаритных гиромоторов уравновешивают только динамически. Динамическое уравновешивание роторов гиромоторов производится вручную или на балансировочных машинах (описание некоторых из них дается ниже). При динамическом уравновешивании вручную относительная величина неуравновешенности определяется рабочим по амплитуде вибраций опор вращающегося ротора на ощупь, а место нахождения неуравновешенной массы — последовательным перемещением груза пластилина по окружности ротора до обнаружения той точки, в которой вибрация будет минимальной.
При ручном динамическом уравновешивании необходимо произвести 20—30 запусков каждого ротора. Запуск ротора про
167
изводится прижатием его поверхности к вращающемуся кожаному Диску.
Динамическое уравновешивание на балансировочных машинах состоит в том, что месторасположение и величина неуравновешенности определяется специальным устройством, измеряющим величину и фазу вибраций опор машины, вызванных вращающимся ротором.
Непосредственное уравновешивание роторов производится во всех случаях вручную и осуществляется высверливанием металла из ротора или напайкой материала. Точность динамического уравновешивания остается зависимой от качества ручной работы, и на этот прием падает большая часть времени операции. Точность уравновешивания с помощью балансировочных машин составляет 5—15 мГсм, производительность труда — один ротор за 10—25 мин. Трудоемкость операции динамического уравновешивания в процессе сборки гиромоторов, как видно из приведенных цифр, довольно велика.
Рис. 88. Ножи для статического уравновешивания
§ 53. СТАТИЧЕСКОЕ УРАВНОВЕШИВАНИЕ
Статическая неуравновешенность выражается в том, что центр тяжести не совпадает с осью вращения, а смещен от нее на некоторое расстояние. При вращении статически неуравновешенной детали возникает центробежная сила, создающая пульсирующую нагрузку. Для устранения этого недостатка прибегают к статическому уравновешиванию, при котором деталь укладывается на строго горизонтальные поверхности призм, острые грани которых обеспечивают минимальное трение опор при перекатывании. На рис. 88 изображено одно из приспособлений, на котором производится статическое уравновешивание собранных гиромо
торов. Приспособление состоит из плиты 1, на которой закреплены две стальные призмы 2; полированная поверхность ножей последних должна быть строго горизонтальна. Для установки поверхностей ножей призм в строго горизонтальное положение в плите имеются установочные винты 3.
Статическое уравновешивание гиромоторов на приспособлении производится следующим образом: собранный окончательно гиромотор устанавливают цапфами на призмы приспособления и дают возможность ему катиться по призмам. Если гиромотор не уравновешен, а следовательно, центр его тяжести не лежит на оси вращения, то сила тяжести создаст момент, который будет стремиться повернуть гиромотор так, чтобы его центр тяжести занял наиниз-шее положение. Затем находят вес противовеса и место его распо
168
ложения, чтобы гиромотор при любом положении не обнаруживал стремления к качанию или повороту. В качестве пробных грузов пользуются пластилином; кусочки его временно прикрепляют к наружной поверхности гиромотора. После того как вес противовеса и его место расположения найдены, вместо пластилина припаивают олово или отрезают кусок от одного из прикрепленных грузов, служащих для уравновешивания.
§ 54. ДИНАМИЧЕСКОЕ УРАВНОВЕШИВАНИЕ
Динамическое уравновешивание цилиндрических деталей, какими являются и роторы гиромоторов, основано на положении, установленном акад. А. Н. Крыловым, показавшим, что уравнове-
Рис. 89. Схема условий динамического равновесия
шивание любого ротора может быть достигнуто присоединением к нему (или удалением от него) двух масс, расположенных в произвольно выбранных плоскостях, перпендикулярных оси вращения ротора. На использовании этого положения основаны все существующие в настоящее время методы уравновешивания роторов.
Рассмотрим изображенный на рис 89, а и б цилиндр, разделенный на несколько элементарных дисков. Диски неуравновешены по отношению к оси вращения в разных местах цилиндра и образуют некоторую ломаную линию приложения результирующих сил инер
169
ции каждого диска. При вращении цилиндра вследствие сил инерции каждого диска появятся центробежные силы Си С2, С3, которые вызовут дополнительные вредные силы в подшипниках. Необходимо выяснить условия, при которых центробежные силы дисков могут быть уравновешены и не будут вредно влиять на подшипники.
Первоначально упростим задачу, предположив, что цилиндр жесткий, недеформирующийся и имеет два неуравновешенных груза, расположенных на разных расстояниях от торцов, направленных в разные стороны и при вращении создающих центробежные силы А и В.
Эти центробежные силы могут быть соответствующим образом разложены на две составляющие и перенесены на торцовые плоскости цилиндра, а именно:
Л1=Л —, Л2=Д —,
I ’ 2 /
—, В„=В1—, l ~ 1
где а — расстояние от одного торца цилиндра до места приложения вектора центробежной силы А;
b — расстояние от второго торца цилиндра до места приложения вектора центробежной силы В;
I — расстояние между подшипниками.
Направление составляющих векторов Аг и А2 и векторов BL и В2 то же. что и направление векторов сил А и В. Таким образом, разложением получаем радиальные силы Xj и В2 в плоскости первого торца и А2 и В2 в плоскости второго торца цилиндра. Геометрически складывая эти силы, получаем две результирующие силы и R2, расположенные в двух торцовых плоскостях и одинаковые по величине и направлению с центробежными силами А п В.
Следовательно, если бы цилиндр имел не две неуравновешенные центробежные силы, а несколько, то путем аналогичного разложения этих сил на силы, лежащие в торцовых плоскостях цилиндра, все их можно привести к двум равным неуравновешенным центробежным силам, приложенным в любых двух несовпадающих плоскостях, перпендикулярных оси вращения цилиндра.
Для достижения динамического равновесия необходимо к диаметрально противоположным силам Rx и приложить в этих плоскостях уравновешивающие грузы Gу1 и Gy2, создающие центробежные силы Су1 и Су2, равные по величине и противоположно направленные результирующим силам Rt и R2.
Задачей динамического уравновешивания цилиндрических тел и является определение величины и местоположения уравновешивающих грузов, приложение которых создало бы центробежные силы,
170
равные по величине и противоположно направленные неуравновешенным силам, вызывающим колебания цилиндра при вращении и вредные нагрузки на подшипники. При равенстве этих сил вынужденные колебания цилиндра прекратятся.
При динамической балансировке цилиндр уравновешивают сначала с одного, а затем с другого торца. Точность динамической балансировки значительно выше, чем статической.
Для точного определения при динамической балансировке роторов гиромоторов величины уравновешивающего груза и его местоположения существуют разнообразные конструкции балансировочных машин, основанных на разных принципах действия.
§ 55. МЕТОДЫ ДИНАМИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ
Как было показано выше, вращающийся цилиндр может быть уравновешен двумя противовесами, расположенными в двух несовпадающих плоскостях, перпендикулярных оси вращения. Вы-
Рис. 90. Схема устройства для динамической балансировки роторов
бор места приложения и величины уравновешивающего груза и является задачей динамической балансировки. Все методы динамической балансировки можно свести к двум основным: методу обхода грузом и методу максимальных отметок.
Чтобы получить более ясное представление о методе динамической балансировки роторов, рассмотрим схему одного из устройств.
На рис. 90 схематически показан уравновешиваемый ротор 1, разделенный по одному из торцов на восемь равных частей. Ротор укреплен на двух упругих подшипниковых опорах 2, изображенных в виде пружин. При уравновешивании одну из опор закрепляют неподвижно, а другую делают качающейся в вертикальной плоскости.
171
Метод «обхода грузом»
Уравновешивая по методу «обхода грузом», измеряют при резонансных оборотах ротора амплитуду вибрации не закрепленного подшипника и записывают ее. Затем поочередно на каждое пронумерованное деление торца ротора прикрепляют какой-либо-подходящий пробный груз и измеряют при резонансных оборотах амплитуду вибрации, вызванную этим грузом. По результатам замеров строят график (рис. 89, в), на котором по оси абсцисс откладывается развертка торца ротора, а по оси ординат — амплитуда вибрации незакрепленной опоры.
По полученным точкам кривой можно определить величину и положение уравновешивающего груза. Вес груза может быть определен по формуле:
Gy=2Gn— , ^макс ^мин
где Gn — вес пробного груза;
S — амплитуда колебания без пробного груза;
5макс — амплитуда колебания с пробным грузом максимальная; 5МИН — амплитуда колебания с пробным грузом минимальная.
Если при подсчитанном по этой формуле грузе, установленном в наиболее низкой точке кривой, результаты уравновешивания окажутся неудовлетворительными, то следует изменить величину и местоположение груза на торце ротора. Если ротор окажется уравновешенным в одной плоскости первой опоры, то закрепляют опору второго торца ротора и производят уравновешивание второй плоскости аналогично первой. Необходимо учитывать, что подобранный уравновешивающий груз Gy второй плоскости вызовет нарушение уравновешенности плоскости первой опоры; для предотвращения этого нарушения в первой плоскости первой опоры устанавливают корректировочный груз GK, вес которого компенсирует возможное нарушение уравновешивания в плоскости первой опоры. Корректировочный груз укрепляют диаметрально противоположно-грузу, расположенному в плоскости второй опоры; его вес
Установка корректировочного груза GK, в свою очередь, вызовет некоторое нарушение уравновешенности плоскости второй опоры; поэтому к уравновешивающему грузу Gy в плоскости второй опоры необходимо прибавить добавочный груз 0д, определяемый по формуле:
. а
172
Здесь с — расстояние места приложения уравновешивающего груза от точки второй опоры до торца ротора; !
а — расстояние места приложения уравновешивающего груза от первой опоры до торца;
b — длина ротора.
Для ускорения балансировки этим методом необходимо возможно точнее выбрать пробный груз. Н. В. Колесников на основании измерения амплитуды колебания при числе оборотов, превышающих резонансную частоту, предлагает применять подсчет пробного груза по формуле:
G ^GSp
" 8R ’
где G — вес ротора;
Sp — размах колебаний ротора при числе оборотов, превышающих резонансную частоту;
7? — радиус установки пробных грузов.
Ротор приводят во вращение с числом оборотов примерно в два раза большим резонансного и измеряют амплитуду колебания свободной опоры. При таком числе оборотов колебания происходят около центра тяжести.
Таким образом, балансировка методом «обхода грузом» состоит из двух стадий: определения положения уравновешивающего груза и определения величины уравновешивающего груза.
Определение неуравновешенности производится замером амплитуды вибрации незакрепленной опоры при резонансном числе оборотов, вначале при постоянном пробном уравновешивающем грузе, перемещающемся по окружности ротора, а затем при одном и том же положении уравновешивающего груза, но при его переменной величине. При правильно выбранном местоположении и величине груза амплитуда колебания незакрепленной опоры при резонансных оборотах ротора становится минимальной.
Этот метод динамической балансировки, хотя и является трудоемким, но как более точный, основанный только на измерении максимальных амплитуд вибрации подшипников, нашел широкое распространение при динамической балансировке ротора.
Метод балансировки по «максимальным отметкам»
Динамическая балансировка по методу «максимальных отметок» основана на предположении, что амплитуды вибрации подшипников прямо пропорциональны центробежным силам от неуравновешенности, а поэтому изменения этих амплитуд будут пропорциональны величинам вызывающих их грузов. Далее предполагается, что углы сдвигов между направлением максимального прогиба вала ротора и вызывающей его центробежной силой сохраняются • постоянными для различных уравновешивающих грузов при прочих равных условиях.
173
При балансировке этим методом цилиндрическую поверхность ротора или свободную от подшипника поверхность шейки покрывают мелом или краской. Одну опору, как и при балансировке методом «обхода грузом», жестко закрепляют, а вторая может свободно колебаться в вертикальной плоскости. Затем вращают ротор, и во время резонансных оборотов, когда амплитуда незакрепленной опоры максимальна, на забеленной поверхности ротора или шейки наносят чертилкой отдельные черточки. Средина расположения черточек и будет являться местом максимального боя ротора при резонансных колебаниях. Отметку средины расположения черточек переносят на торец ротора; там же делают вторую отметку, смещенную на угол, равный 90°, где и устанавливают в плоскости балансировки на поверхности ротора пробный груз из пластилина. Смещение пробного груза по отношению к отметке делают вследствие того, что резонансные колебания имеют сдвиг фазы на угол, равный 90°. Затем вращают ротор при резонансных оборотах и снова делают отметки на том же месте, стерев прежние; если место отметок совпадает, то это означает, что местоположение груза найдено правильно, но груз взят мал. Груз увеличивают до тех пор, пока на забеленной поверхности или вовсе не будет отдельных черточек, или они будут в пределах соответствующих допусков. Отбалансировав одну сторону ротора, жестко закрепляют вторую опору, освобождают первую и аналогично производят балансировку второй стороны ротора.
При балансировке методом «максимальных отметок» необходимо устанавливать, как и при методе «обхода грузом», корректировочный и добавочный грузы для исключения влияния установки уравновешивающего груза на противоположную сторону ротора; это производится теми же методами, что и при балансировке «обходом груза».
Обычно вследствие колебания подвесок амплитуды вибрации не прямо пропорциональны величинам вызывающих их грузов, и углы сдвига между направлением максимального прогиба вала и вызывающей его центробежной силой не являются постоянными. Поэтому балансировка методом «максимальных отметок» иногда не дает удовлетворительных результатов.
§ 56. БАЛАНСИРОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
По принципу работы балансировочные машины, применяемые для балансировки роторов, делятся на четыре основные группы: 1) маятникового типа; 2) рамного типа; 3) электронные; 4) вертикальные.
В свою очередь, машины этих типов для достижения точности и повышения производительности выполняются конструктивно по-разному, снабжаются специальными приспособлениями для точного определения места и веса уравновешивающего груза.
174
Ниже дано описание некоторых конструкций балансировочных машин, которые могут быть применены при балансировке роторов гиромоторов в серийном и массовом производстве.
§ 57. МАШИНЫ МАЯТНИКОВОГО ТИПА
Рис. 91. Схема машины маятникового типа
На рис. 91 приведена схема маятниковой машины, предназначенной для динамической балансировки роторов гиромоторов. Машина состоит из рамы 1, шарнирно закрепленной в одной плоскости. В вертикальном положении рама фиксируется двумя спиральными пружинами 3. Нижний конец рамы с помощью рычага 4 и тяги 5 связывается с зеркальцем 8. Таким образом, поворот рамы вокруг своей оси вызывает соответствующий поворот зеркальца. При вращении неуравновешенного ротора, под влиянием неуравновешенных центробежных сил, будет создаваться вращающий момент вокруг оси, который будет изменяться по величине и направлению с периодом, равным периоду вращения ротора 2. Таким образом, неуравновешенные центробежные силы ротора заставят качаться рамку, а следовательно, и зеркальце.
Предназначенный для балансировки ротор укрепляется в раме, которая, в свою очередь, фиксируется в вертикальном положении двумя пружинами. При таком положении неуравновешенные цен
тробежные силы будут действовать на пружины попеременно в обе стороны. Для большей чувствительности ротор вращают с числом оборотов, соответствующим резонансной частоте, что вызывает колебания рамы с большой амплитудой. Следовательно, и световой луч совершает большие колебания, проходя от лампочки 7 на шкалу 6; по отклонению светового луча на шкале и судят о степени неуравновешенности ротора. Если ротор не сбалансирован, световая точка, падающая из зеркальца на матовое стекло шкалы, будет расплываться в черту. Чем короче черта, тем балансировка произ
175
з т-
ведена точнее. Балансировку роторов на машинах маятникового типа производят в двух плоскостях, с установкой корректировочных и добавочных грузов, как было описано выше. Величину груза и место его расположения на торце ротора определяют одним из выше описанных способов.
Монтаж шарикоподшипников на шейки оси, сборка ротора с рамой и удаление металла из ротора производятся по технологическому процессу, описанному выше.
На рис. 92 изображена принципиальная схема маятниковой балансировочной машины, в которой измерение амплитуды производится также оптическим способом.
Машина состоит из маятниковой рамы 1, конец которой зажат между пружинами 6 и 7; рама может колебаться относительно горизонтальной оси, проходящей через точку О. На раме помещаются стойки 8 и 9, на которые устанавливается рамка с уравновешиваемым ротором 2 (рамки изготовляются для каждого типа ротора). Амплитуда колебания, вызванная неуравновешенностью ротора, фиксируется на закопченном стекле 3 при помощи стрелки 4, связанной с маятниковой рамой тягой 5. Уравновешивание про
изводится при оборотах, соответствующих резонансной частоте, одним из описанных выше способов.
Имеются и другие балансировочные машины маятникового типа, однако во всех этих машинах на результаты уравновешивания одной стороны ротора оказывает влияние другая сторона. Это вызывает необходимость рассчитывать и устанавливать корректировочные и добавочные грузы, что усложняет процесс уравновешивания.
-ч
Рис. 92. Схема машины маятнико-вого типа с записью амплитуды
§ 58. МАШИНЫ РАМНОГО ТИПА
Особенность машин рамного типа заключается в том, что при уравновешивании одной стороны ротора исключается влияние уравновешивающих грузов на другую сторону, и поэтому отпадает необходимость рассчитывать величины и установку добавочных и корректировочных грузов. Это дает значительную экономию времени при динамическом уравновешивании, в особенности в крупносерийном и массовом производстве гиромоторов.
На рис. 93 изображена принципиальная схема балансировочной машины рамного типа. Динамическое уравновешивание роторов
176
только в данной пло-
I
’Ну
на такой машине производится следующим образом: уравновешиваемый ротор собирается в балансировочную рамку на рабочих шарикоподшипниках и затем устанавливается на раму машины, которая при вращении ротора совершает колебания около оси О, расположенной в плоскости I уравновешивания. При вращении ротора неуравновешенная центробежная сила Clt расположенная в плоскости /, проходящей через ось машины, не создает момента около оси О, а следовательно, не влияет на колебания рамы. Вынужденные колебания ротора с рамой машины вызываются только действием силы С2, расположенной в плоскости II уравновешивания. Естественно, что устраняющий это колебание уравновешивающий груз G компенсирует неуравновешенность скости. Таким образом, при уравновешивании ротора в плоскости // исключается временное действие от неуравновешенности ротора со стороны плоскости I, проходящей через ось О машины.
После уравновешивания ротора в плоскости II рамку с ротором повертывают на раме машины, чтобы и уравновешенная плоскость II проходила через ось О машины, вокруг которой происходит колебание рамы машины. Далее аналогично уравновешивают ротор в плоскости I. Уравновешивание ротора таким образом не требует установки дополнительных и корректировочных грузов, что значительно ускоряет процесс. Однако в машинах рамного типа вес колеблющейся рамы машины с ротором является вредным весом, понижающим чувствительность машины и точность уравновешивания, вследствие чего чувствительность и точность машин рамного типа при прочих равных условиях обычно ниже, чем машин маятникового типа.
Ч
Рис. 93. Принципиальная схема машины рамного типа
0г
§ 59. МАШИНЫ С ОПТИЧЕСКИМ АМПЛИТУДОМЕРОМ
В серийном производстве гиромоторов при использовании балансировочных машин рамного типа часто прибегают к определению величины неуравновешенного груза по размаху резонансных колебаний рамы, причем эти колебания должны измеряться с возможно большей точностью. Тогда используют балансировочные машины, оборудованные оптическими амплитудомерами (рис. 94). Уравновешивание роторов гиромоторов производится у таких машин следующим образом: на раму машины I устанавливают балансировочную рамку с ротором, на шейки которого вначале монтируются рабочие шарикоподшипники, затем ротор собирают в рамку (описание рамки и сборки в ней ротора дается при рассмотрении
12 с. А. Жолпяк 177
технологии уравновешивания), подключают статорные обмотки к клеммам машины и приводят ротор во вращение с числом оборотов, соответствующим резонансной частоте; при этом амплитуда колебаний рамы достигает наибольших величин. Колебания рамы передаются на рычаг 8, в конец которого ввернут регулировочный винт
Рис. 94. Машина с оптическим амплитудомером
7, упирающийся в нижнюю половину пластины 5. Верхняя половина пластины прижимается к кронштейну 3 спиральной пружиной 4. На одной оси с пластиной укреплено зеркальце 6. Ось вращается в конусных центрах с минимальным зазором. Световой луч от лампочки 10 проходит через собирательную линзу и щель 9, отражается от зеркальца 2 и падает на качающееся вокруг оси зеркальце 6, отражается от него и направляется на матовое стекло 11 шкалы машины с нулем посредине и равномерными делениями в обе стороны.
178
При вращении ротора неуравновешенность его вызовет колебания рамы, значительно возрастающие при числе оборотов, соответствующем резонансной частоте. Колебания рамы вызовут, в свою очередь, колебания рычага, которые через винт передадутся нижней половине пластины; последняя под действием ударов винта, с одной стороны, будет повертываться против часовой стрелки и, с другой, — под действием спиральной пружины возвращаться в исходное положение в тот момент, когда винт не будет касаться пластины.
При вращении уравновешенного ротора колебаний рамы не будет; зеркальце 6 будет находиться в одном положении, а следовательно, световой луч от лампочки можно будет наблюдать на шкале в виде узкой световой полоски. При наличии колебаний рамы вместо полоски на шкале будет наблюдаться резко очерченное по краям световое поле, величина которого будет пропорциональна размаху колебаний рамы с 50—100-кратным увеличением.
По шкале можно определять размах колебаний рамы, а по размаху — величину груза, необходимого для уравновешивания ротора в плоскости балансировки. Ротор, сбалансированный с одной стороны, перевертывают на раме и, аналогично описанному выше, балансируют вторую сторону ротора.
Балансировку роторов на балансировочной машине с оптическим амплитудомером можно производить достаточно точно. Машины с механическими и электромеханическими приспособлениями, не рассматриваемые в настоящей работе, дают худшие результаты.
Для определения положения неуравновешенной массы имеются приспособления, основанные на механическом, оптическом, электромагнитном и стробоскопическом принципах. Остановимся на двух из них, которые являются достаточно точными и могут быть использованы на машинах маятникового и рамного типов.
§ 60. РЕЗОНАНСНО-СТРОБОСКОПИЧЕСКОЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЕ
На рис. 95 изображена схема балансировки ротора с использованием резонансно-стробоскопического приспособления. На раму 1 балансировочной машины, укрепленную плоскими пружинами 5 и 8, вторые концы которых закреплены в основании 7, устанавливается балансируемый ротор 2, вращающийся в Своих подшипниках с постоянной скоростью. Угловая скорость вращения ротора более чем в два раза больше частоты собственных колебаний опоры с ротором, так что колебания под действием неуравновешенной центробежной силы массы G происходят с частотой, выше резонансной, когда колебания имеют сдвиг фаз под углом в 180°. Если центробежная сила, вызванная неуравновешенностью ротора, направлена горизонтально в одном направлении, рама машины с опорой максимально отклоняется в другую сторону. Максимальная амплитуда колебания рамы при этом практически равна величине смещения центра тяжести.
12*
179
На раме машины Вертикально укрепляется Специальный ИнДй* катор 4, состоящий из плоской пружины с контактом на конце, представляющим собой небольшую массу. Собственные колебания индикатора должны быть равны угловой скорости вращения ротора. Вследствие этого амплитуда колебаний индикатора с резонансной частотой намного превосходит амплитуду колебаний опоры и может быть определена по формуле:
Д₽=М>
где ур — коэффициент усиления, который в условиях резонанса Равен ?Р = V:
? — величина, пропорциональная коэффициенту сопротивления среды.
Рис. 95. Резонансно-стробоскопическое приспособление для определения места положения груза
В точке, соответствующей половине максимального отклонения индикатора, при колебаниях, соответствующих резонансной частоте, устанавливается контакт 3, при соприкосновении которого с контактом индикатора происходят мгновенные вспышки газосветной стробоскопической лампы 6, включаемой в сеть постоянного тока.
Для определения положения неуравновешенной массы на торце ротора в произвольном направлении наносится черта 10 яркого цвета, служащая ориентиром. При вращении ротора индикатор, как было сказано, при резонансе включает лампочку, вследствие чего ориентир наблюдают в неподвижном состоянии и положение его отмечают чертой 11 на корпусе рамы. При остановке ротора совмещают черту 10 на роторе с чертой 11 на раме; положение неуравновешенного груза определяют по указателю 9, смещенному от горизонтального радиуса по ходу вращения ротора на угол 20°.
180
Как видно из изложенного выше, при резонансно-стробоскопическом методе, разработанном Н. В. Колесниковым, можно определять не только местоположение, но и величину неуравновешенного груза за один пуск ротора.
На рис. 96, а изображена схема балансировочной машины со специальным фазоискателем, предназначенным для отметки положения неуравновешенного груза на вращающемся роторе.
Фазоискатель состоит из катушки 1 соленоида, отметчика 2, представляющего собой полый сердечник, наполненный густой красящей массой, механической блокировки 3 и двух контактов 4 и 5, один из которых укрепляется на маятниковой раме, а другой —
Рис. 96. Схема машины с фазоискателем
на станине машины. Катушка соленоида, контакты механической блокировки и контакты 4 и 5 питаются от одного источника постоянного тока. Замыкание контактов 4 и 5 регулируется таким образом, что при неподвижном роторе они разомкнуты и замыкаются только при колебаниях рамы, вызванных неуравновешенностью ротора, при оборотах, соответствующих резонансной частоте.
При максимальной амплитуде колебания рамы машины контакты сомкнутся и замкнут цепь катушки 1. Сердечник, втягиваясь в катушку, произведет отметку А краской на поверхности вращающегося ротора (рис. 96, б). В то же мгновение цепь будет разомкнута посредством механической блокировки, после чего сердечник при помощи пружины возвратится в исходное положение. Затем, не меняя величины зазора между контактами 4 и 5, заставим ротор вращаться в обратную сторону. Аналогично описанному выше, получим на поверхности ротора вторую отметку Б. Разделив дугу АБ пополам, найдем ее середину С. Диаметрально противоположная точка и будет местом приложения неуравновешенного груза ротора. Такой фазоискатель позволяет быстро производить балансировку роторов на балансировочных машинах рамного и маятникового типа,
181
§ 61. ЭЛЕКТРОННЫЕ БАЛАНСИРОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
Электронные балансировочные машины, в которых для определения положения и величины неуравновешенного груза применяются электронные устройства, основаны на принципе использования механических колебаний машины, вызванных центробежными
Рис. 97. Схема электронной машины
силами от неуравновешенных грузов при вращении ротора, генерирующих э. д. с. в специальных датчиках.
Ниже рассмотрены некоторые из электронных машин, применяемых для балансировки роторов гиромоторов.
На рис. 97 изображена схема одной из электронных балансировочных машин. Ротор гиромотора 1 своими подшипниками закрепляется в упругих опорах 2 машины. К опорам машины на плоских пружинах подвешены катушки 3, расположенные между полюсами постоянных магнитов 4. При вращении неуравновешенного ротора колебания опор машины через упругую систему передаются катушками. В витках катушек от перемещения их в магнитном постоянном
поле индуктируется э. д. с., пропорциональная амплитуде колебания опор машины:
е=В/п108 в,
где В — плотность магнитного поля, ас;
I — рабочая длина проводника, см,\
v — скорость движения катушки в магнитном поле, см/сек. Изменение потенциала э. д. с. имеет синусоидальный характер с частотой, равной частоте колебания опор машины.
Индуктированная в катушках датчиков э. д. с. через интегрирующий контур 5 и усилитель 6 с фильтром, где устраняются посторонние мешающие колебания, подается на пластины вертикальной развертки трубки 7. Для определения колебаний опор по времени или угловому положению ротора к пластинам горизонтальной развертки 8 трубки подается напряжение от специального генератора 9. На экране осциллографической трубки 10 будет получаться синусоидальная кривая, амплитуда которой будет характеризовать величину неуравновешенности ротора.
Синусоидальная кривая на экране получается лишь при усло
182
вии, что сигнал, поступающий в усилитель, не только усиливается, но и фильтруется от наложенных на синусоиду посторонних колебаний.
Для определения местоположения неуравновешенного груза на торцовых или наружных поверхностях ротора наносят две черные риски, расположенные под углом 90°. При вращении ротора луч лампочки И, отраженный от торцовой или наружной поверхности, направляется на фотоэлемент 12. Световые колебания, вызванные черными рисками, попадая в фотоэлемент, преобразуются в электрический ток и, пройдя электронный усилитель 13, где усиливаются, поступают на сетку 14 трубки. Поток электронов от фотоэлемента, вызванный черными рисками на роторе, попадая на сетку трубки, будет гасить основной поток электронов.
Таким образом, синусоидальная кривая, видимая на экране осциллографа за один оборот ротора, будет иметь два пробела, характеризующих взаимное расположение отметок на роторе и направление неуравновешенности.
Ординаты ух и у2 будут соответствовать компонентам неуравновешенности на диаметрах, проведенных через отметки на торцах ротора.
Сбалансировав ротор в одной плоскости, выключают датчик первой балансируемой плоскости, включают датчик второй плоскости и аналогично балансируют вторую плоскость ротора.
Балансировка роторов гиромоторов на такой электронной машине является более совершенной по сравнению с балансировкой на машинах, основанных на других принципах.
На рис. 98 изображена схема балансировочной машины, основанной также на электронном принципе. Балансируемый ротор 1 вращается в подшипниках двух упругих независимых опор 2 при числе оборотов, превышающих резонансную частоту. Каждая часть ротора балансируется отдельно. Устранение влияния одной части ротора на другую производится, как и в выше описанной машине, отключением соответствующей катушки датчика небаланси-руемой части.
При вращении неуравновешенного ротора 1 последний вызывает колебания опор машины 2, жестко связанных с катушками 3, перемещающимися вследствие этих колебаний в магнитном поле постоянных магнитов 4. Таким образом в катушках наводится э. д. с., равная от первой величине Л и от второй — Б.
183
Каждая часть ротора балансируется отдельно; для этого соответственно включается плечо балансируемой плоскости ротора, а плечо схемы небалансируемой плоскости отключается. Такое отключение производится при помощи включенного в цепь катушек датчиков сопротивления 5, посредством которых можно отрегулировать цепь катушек так, что напряжение будет равно нулю. При балансировке второй плоскости устраняют влияние неуравновешенности первой плоскости ротора, включая второе сопротивление.
Определяя величины уравновешивающих грузов, сигналы от датчиков посылают на усилитель 6, где они фильтруются и усиливаются и через переключатель могут подаваться от каждого датчика отдельно на указатель прибора 7, градуированный при предварительном тарировании в величинах, удобных для корректирования неуравновешенного груза.
Определяя место положения неуравновешенного груза в плоскостях уравновешивания, сигналы от датчиков, после усиления в усилителе, посылают через переключатель в специальный вмонтированный в корпусе усилителя преобразователь, служащий для создания стробоскопических вспышек неоновой лампы 8. На торце ротора, а в некоторых машинах на специальном лимбе, прикрепленном с помощью муфты к оси ротора, наносится ориентир в виде черты. По месту стробоскопического изображения ориентира, получающегося под влиянием пульсирующего света неоновой лампы, при совмещении с неподвижным ориентиром, нанесенным на неподвижную часть рамы машины, и определяют место положения груза в первой плоскости уравновешивания. После поворота ротора положение груза аналогично определяют во второй плоскости.
Перед началом работы электронную машину настраивают по эталонному ротору, К эталонному ротору поочередно в плоскостях уравновешивания прикрепляется определенный пробный груз из пластилина и изменением сопротивлений регулируется электрическая цепь машины так, чтобы наличие неуравновешенности в одной плоскости не сказывалось на другой плоскости, т. е. чтобы при установке груза в одной плоскости вольтметр, включенный для измерения напряжения от датчика другой плоскости, не давал показаний. После такой настройки, путем установки разных грузов определяется цена деления прибора, и машина может быть использована для уравновешивания роторов.
§ 62. ЭЛЕКТРОННАЯ БАЛАНСИРОВОЧНАЯ МАШИНА «ЛУНА»
Один из недостатков всех вышеописанных балансировочных машин заключается в том, что определение динамической неуравновешенности роторов гиромоторов производится при числе оборотов, соответствующем резонансной частоте, при скоростях в несколько раз меньших, чем рабочие скорости тех же роторов в собранном гиромоторе. Нередки случаи, когда ротор, будучи динамически 184
удовлетворительно уравновешен при малых оборотах, ведет себя как динамически неуравновешенный при рабочих скоростях. Это объясняется тем, что при высоких скоростях вращения ротора на смещение его центра тяжести существенно влияют рабочая температура, жесткость оси и жесткость подшипниковых узлов. Смещение центра тяжести ротора происходит под действием центробежных сил, преодолевающих жесткость оси ротора и жесткость его опор. Вследствие этого вибрация ротора при рабочих скоростях значительно возрастает.
с>"ора
Рис. 99. Электронная машина «ЛУНА»
Гиромоторы, у которых роторы отбалансированы на электронной машине «ЛУНА», этого недостатка не имеют, так как балансировка ротора производится при рабочих оборотах. Принципиальная схема машины показана на рис. 99.
Напряжение от электрических датчиков колебаний 1 подается на решающеее устройство 2, приведенное напряжение с которого может поочередно подключаться от разных плоскостей уравновешивания на вход электронного двухканального усилителя 3 и 4. Устройство электромеханических датчиков не отличается от датчиков, применяемых в машинах, описанных выше.
Схема усилителя обеспечивает усиление сигнала и сдвигает гармонику напряжения выхода канала 4 по отношению к гармонике напряжения выхода канала 3 на 90°. Канал 3 связывается с горизонтальными 5, а канал 4 —с вертикальными 6 отклоняющими пластинами электронно-лучевой трубки 7.
В результате на экране трубки образуется описываемая электронным лучом окружность, диаметр которой пропорционален величине сигнала, т. е. величине неуравновешенности в плоскости (соответственно положению переключателя) уравновешивания ротора.
Отметка места неуравновешенности производится координатным методом с помощью фотоэлемента 8, импульс тока которого,
185
будучи усиленным усилителем 9, подается на модулятор 10 электронно-лучевой трубки. В момент импульса па окружности, описываемой электронным лучом, образуется яркая точка, причем ее угол, отсчитанный в градусах от вертикальной оси экрана, соответствует угловому положению неуравновешенности ротора, отсчитанному от координатной черты, нанесенной на роторе.
Таким образом, на экране трубки мы видим величину и положение точки на окружности и, следовательно, место неуравно-
вешенности в интересу-
Рис. 100. Балансировка на электронной машине
ротора может быть и непостоянной;
стройки схемы указателя не требуется;
ющей нас плоскости балансировки.
Электронная балансировочная машина «ЛУНА», по сравнению с другими электронными балансировочными машинами, в которых на экране осуществляется развертка синусоиды колебаний, имеет следующие преимущества:
1) простота конструкции (нет надобности в применении осциллографа с генератором развертки и стабилизатором напряжения);
2) уравновешивание при рабочей скорости вращения ротора (до 30 000 об/мин); скорость при этом какой-либо под-
3) большая точность, наглядность и удобство отсчета величины
и места неуравновешенности, простота эксплуатации указателя, устойчивость от помех.
Фирма «Сперри» балансирует роторы на электронных машинах, одна из которых изображена на рис. 100. Ротор разгоняется с помощью фрикционного сцепления его поверхности с ремнем, перекинутым с ролика на шкив электродвигателя. Положение и величина неуравновешенности, вызывающей вибрацию, фиксируются на экране и определяются по величине отклонения луча одним из выше описанных способов.
§ 63. УРАВНОВЕШИВАНИЕ РОТОРА
Уравновешивание ротора производится высверливанием или напайкой металла при остановленном роторе; величина груза и его место должны точно соответствовать данным, полученным при 186
уравновешивании на машине. Обычно место расположения уравновешивающего груза устанавливается на машине с угловой точностью 3°, а величина неуравновешенности может быть определена по шкале машины с точностью до + 10%.
Однако практически трудно обеспечить требуемую степень уравновешенности ротора, так как точность компенсирующего груза определяется рабочим «на глаз», по опыту. Это означает, что в большинстве случаев ротор не может быть уравновешен с требуемой точностью за один прием. Обычно после первого высверливания необходимо повторно запускать ротор на машине и определять остаточную неуравновешенность, которая должна быть удалена последующим высверливанием или напайкой. Из-за неточности способов уравновешивания приходится производить по три-четыре запуска ротора на каждую плоскость, в результате чего требуемая точность достигается не сразу, а последовательно. На это уходит большая часть времени при динамическом уравновешивании роторов.
Применяют разные способы повышения точности и ускорения уравновешивания. Например, при уравновешивании роторов на» паиванием металла составляется таблица, по которой определяется вес уравновешивающего груза в зависимости от показания применяемого при уравновешивании индикатора или отсчета по шкале машины. Затем уравновешивающий груз взвешивается на аналитических весах и припаивается к ротору в нужном месте.
При уравновешивании высверливанием ротора может быть составлена таблица зависимости величины веса высверленного металла от глубины сверления сверлом определенного диаметра и определенной заточки. Вследствие того, что величина веса высверленного металла соответствует определенному показанию величины неуравновешенности по указателю, составляют график, по оси абсцисс которого откладываются показания индикатора, а по оси ординат — соответствующие глубины сверления ротора. Сверление на глубину, найденную по графику, производится по стрелочному индикатору с ценой деления 0,002 мм, связанному со шпинделем сверлильного станка. Уравновешивание таким методом осуществляется за два пуска ротора — основной и контрольный.
Одним из удобных методов является такой, когда шкала машины или другой индикатор тарированы в зависимости от величины неуравновешенности непосредственно в миллиметрах глубины сверления.
§ 64. МОНТАЖ ШАРИКОПОДШИПНИКОВ
Качество динамической уравновешенности узла ротора зависит не только от точности балансировочной машины, квалификации оператора, но и от точности выполнения деталей подшипникового узла, в частности от точности формы оси и качества монтажа на них шарикоподшипников.
187
Так как у роторов гиромоторов остаточное смещение центра тяжести должно иметь малую величину и оно зависит, в основном, от несоосности внутренних колец шарикоподшипников с шейками оси, роторы гиромоторов должны динамически уравновешиваться на тех же шарикоподшипниках, на которых они работают. Технологических шарикоподшипников при динамическом уравновешивании роторов гиромоторов применять не следует.
Посадка шарикоподшипников на шейки осей роторов осуществляется по системе отверстия. Допускаемые отклонения на внутренний диаметр кольца шарикоподшипника, установленные ГОСТ 520—55, направлены в минус от номинального диаметра. Посадка колец на шейки осей роторов выполняется по 1-му классу точности с овальностью, т. е. разностью между наибольшим и наименьшим диаметрами в одном сечении не более половины допуска на шейку и конусностью около 0,003 мм.
При посадке внутреннего кольца шарикоподшипника на шейку оси ротора должно осуществляться неподвижное соединение; посадка должна быть с натягом, обеспечивающим непроворачивание во время работы кольца на шейке оси, в то же время натяг при посадке не должен вызывать деформаций в кольце. При посадке внутреннего кольца на шейку с некоторым зазором или при наличии разностенности кольца или того и другого вместе, при креплении кольца осевой затяжкой гайки неизбежно шарикоподшипник будет несоосен шейке оси ротора. В данном случае появится дополнительная динамическая неуравновешенность ротора.
Не допускается посадка шарикоподшипников на шейки и в гнезда крышки и корпуса со значительным натягом из-за возможности полного исчезновения радиального зазора при работе гиромотора с радиальными шарикоподшипниками. Если подшипники радиально-упорные, то при совпадении направлений больших осей возможного эллипса шейки и внутреннего кольца, деформирующегося при большом натяге, может также получиться значительная дополнительная неуравновешенность ротора.
Для устранения вредной несоосности (при посадке кольца с некоторым зазором) и возможности исчезновения радиального зазора (при посадке с большим натягом) следует при изготовлении роторов предусмотреть доводку шеек осей по отверстиям внутренних колец шарикоподшипников, обеспечивающую необходимый натяг.
При выборе необходимого натяга, обеспечивающего правильную посадку колец шарикоподшипников на шейки, пользуются формулой (Н. С. Ачеркан, Детали машины, т. 2, Машгиз, 1954):
105(& — г)
где До — натяг, мм-,
р — радиальная нагрузка с учетом центробежных сил от неуравновешенности, кГ;
b — ширина внутреннего кольца шарикоподшипника, мм\ 188
Г—радиус закругления (фаска), мм;
N — безразмерный коэффициент (для шарикоподшипников легкой серии принимается равным 2,78, см. «Подшипники качения», справочник).
В гиромоторах с прецизионными шарикоподшипниками классов С и А (ГОСТ 520—55) посадки необходимо назначать исходя из отклонений шеек и отверстий в гнездах по 1-му классу точности. Например, для шеек осей берутся посадки Сх и П1г обеспечиваемые последующей доводкой по фактическим отклонениям отверстий в кольцах шарикоподшипников. Для вращающихся колец выдерживается посадка а для неподвижных — Сх.
Практически установлено, что для посадки внутреннего кольца на шейку оси ротора без деформации, но с достаточно плотным соединением, величина усилия посадки для шарикоподшипников с внутренним диаметром 4 мм должна быть не менее 2 и не более 8 кГ. Для шарикоподшипников с внутренним диаметром 5 мм усилие посадки должно быть не менее 5 и не более 15 кГ. Наружные кольца в гнезда крышек и корпусов должны запрессовываться с усилием, не меньшим 50 и не большим 700 Г.
Во время обработки шеек роторов и отверстий внутренних колец по 1-му классу точности может оказаться, что если сложить допуски сопрягаемых деталей, усилие посадки кольца на шейку окажется значительно больше допустимого. Необходимо также учитывать, что натяг создается не только из-за разности размеров отверстия шейки, но и из-за конусности и эллиптичности как шейки, так и отверстия внутреннего кольца шарикоподшипника, в особенности при совпадении больших осей эллипсов обеих деталей. Подсчет и данные практики показывают, что натяг в 1 мк требует усилия посадки в 3 кГ, натяг в 2 мк — усилия в 9 кГ, а натяг в 3 мк— усилия в 21 кГ.
При монтаже шарикоподшипников в гнезда и на шейки следует избегать передачи усилий через шарики, так как на шариках могут образовываться площадки деформаций, а на кольцах — вмятины, сказывающиеся на точности уравновешивания ротора и на работоспособности шарикоподшипника.
Для обеспечения усилия посадки кольца шарикоподшипника на шейку в пределах выше указанных величин необходимо подбирать кольца по шейке или наоборот.
Подбор отверстия внутреннего кольца по шейке осуществляется следующим образом: при. получении шарикоподшипников с паспортизованными диаметрами отверстий внутренних колец шейки осей окончательно доводят по размерам этих отверстий, обеспечивая требующийся натяг. Паспортизация отверстий внутренних колец шарикоподшипников производится на заводе-изготовителе; их отклонения фиксируются с градацией в 2 мк. На каждый шарикоподшипник составляется паспорт, в котором, кроме основных данных, указывается отклонение диаметра отверстия внутреннего кольца.
189
I СлиВ конденсата
От воздушной сети 5атм.
Рис.
ДЛЯ
101. Схема пневматического прибора проверки отверстий во внутренних кольцах шарикоподшипников
При отсутствии паспорта на шарикоподшипник доводка шейки и подбор для нее кольца затрудняются, натяг не выдерживается с достаточной точностью, вследствие чего часто окончательно обработанные роторы имеют брак. Для ускорения доводки шеек и подбора к ним внутренних колец шарикоподшипников последние паспортизуют на заводе, изготовляющем гиромоторы. Паспортизация шарикоподшипников значительно дешевле, чем подбор колец по шейкам без предварительного определения отклонений отверстий. Для измерения диаметров отверстий внутренних колец существует ряд приборов, обеспечивающих необходимую точность измерения.
На рис. 101 показана схема пневматического поплавкового прибора завода «Калибр», предназначенного для измерения величины диаметра, овальности и конусности отверстий во внутренних кольцах шарикоподшипников, начиная С диаметра в 2 мм.
Прибор ТГПЗ-2 состоит из фильтра 1, двух регуляторов давления 2 и 3, вентиля 4, отстойника 5 со сливным краном 6, конусной стеклянной трубкой поплавком 8 и шкалой, отводного вентиля 9 и измерительного
7 с
сменного калибра 10.
Прибор основан на измерении расхода воздуха, вытекающего в атмосферу, в зависимости от величины зазора между поверхностями калибра и проверяемого отверстия внутреннего кольца шарикоподшипника. Изменение расхода воздуха вызывает перемещение поплавка, поддерживаемого проходящим потоком воздуха в стеклянной конической трубке в положении, при котором кольцевой зазор между поплавком и внутренними стенками трубки соответствует расходу воздуха. Размер отверстия оценивают, сравнивая положение поплавка, установившегося по изделию, с его положением, установленным по эталону, отмеченным на шкале указателя, и принятым за начало или конец отсчета. Начало и конец отсчета определяются по двум эталонным отверстиям. По одному эталонному отверстию устанавливают на шкале прибора нижний указатель, соответствующий наименьшему предельному размеру измеряемого отверстия и нижнему положению поплавка. По другому эталонному отверстию устанавливают верхний указатель, соответствующий наибольшему предельному размеру измеряемого отверстия и верхнему положению поплавка. Шкала изготовляется для 190
каждого размера отверстия кольца из бумаги и делится на равные деления при приближенных измерениях; при точных измерениях шкала разделяется на деления, соответствующие характеристике трубки.
Регулятор прибора предназначается для снижения давления и поддержания его постоянным при колебании давления в сети. Отстойник служит для удержания конденсированной влаги и удаления ее через кран. Отводной вентиль позволяет часть воздуха отводить в измерительный калибр, минуя коническую трубку.
При регулировке вентиля меняется масштаб увеличения прибора. Диаметр отверстия кольца шарикоподшипника прове-
1 — конусная оправка; 2 — линейка с делениями; 3 — шарикоподшипник
ряют следующим образом: после настройки прибора по предельным эталонным кольцам в измеряемое отверстие кольца вставляют калибр, затем открывают вентиль 4 и пускают воздух. Воздух, проходя с определенным сопротивлением в щели между калибром и кольцом, выходит в атмосферу. Расход воздуха при данном зазоре между калибром и отверстием в кольце вызовет определенное перемещение поплавка в стеклянной трубке со шкалой. По шкале определяют положение поплавка, а следовательно, и величину отклонения диаметра измеряемого отверстия кольца в микронах.
С учетом измерения диаметров отверстий внутренних колец доводят шейки роторов, чем обеспечивают посадку колец на шейки осей роторов с необходимым усилием.
При отсутствии на заводе-изготовителе гиромоторов приборов для измерения диаметров отверстий внутренних колец шарикоподшипников кольца паспортизуют измерением конусными калибрами. Набор калибров для каждого типа шарикоподшипника состоит из нескольких свальных каленых и доведенных конусных оправок (рис. 102) с конусностью в 0,01 мм.
Паспортизация отверстий колец калибром производится следующим образом: измеряемый шарикоподшипник надевают отверстием внутреннего кольца на конусную оправку до отказа, а затем линей-
191
кой с делениями (в зависимости ОТ того, насколько далеко продвинулось кольцо по оправке) определяют отклонение диаметра отверстия кольца.
Для большей точности измерения отклонений линейки тарируются для каждой оправки отдельно. Это позволяет определять диаметр колец с точностью до 2 мк, что достаточно для указания, с какими отклонениями необходимо доводить шейки осей роторов
Рис. 103. Динамометр для посадки внутреннего кольца шарикоподшипника на шейку ротора.
1 — гайка; 2 — грибок; 3 — корпус;
4 — пружина; 5 — пуансон; 6 — стрелка
для обеспечения посадки на них шарикоподшипников с необходимым усилием.
Результаты измерений диаметров отверстий внутренних колец шарикоподшипников сводятся в таблицу^ передаваемую в механический цех для доводки требуемого количества шеек до размеров, обеспечивающих необходимый натяг.
Роторы с шейками, доведенными по размерам колец, комплектуются при сборке в балансировочную рамку с соответствующими шарикоподшипниками. Несмотря на это, не всегда обеспечивается посадка внутренних колец шарикоподшипников с необходимым натягом, так как при доводке шеек они неизбежно получают конусность, овальность, огранку и волнистость. Хотя эти дефекты и лежат в пределах допуска, соответствующее совпадение их с такими же дефектами отверстия
кольца вызывает увеличение усилия посадки шарикоподшипника на шейку. Поэтому посадка внутренних колец на шейки производится с помощью динамометра (рис. 103) следующим образом.
Внутреннее кольцо, предварительно надетое на шейку оси ротора, вставляется в специальную выточку динамометра. Ладонью правой руки нажимают на рукоятку динамометра, при этом спиральная пружина, расположенная внутри рукоятки, сжимается.
Далее замечают показание индекса динамометра по шкале, расположенной на корпусе и отградуированной в килограммах. Если кольцо шарикоподшипника при нажатии на него динамометра с усилием, незначительно превышающим допустимое, не садится на шейку оси, то кольцо на эту шейку не напрессовывают; его подбирают к другой шейке, на которую оно напрессовывается с допустимым усилием, отсчитываемым по шкале динамометра.
192
Иногда поворот кольца на 90 или 180° по отношению к первойа-чальному положению на шейке обеспечивает посадку с необходимым усилием. Это объясняется, например, тем, что при эллиптичности шейки малая ось ее эллипса совпала с большой осью эллипса отверстия кольца. Если кольцо садится на шейку с усилием, меньшим допустимого, то его подбирают к другой шейке, а к данной шейке подбирают другое кольцо, при котором обеспечивается необходимое усилие посадки.
Подбирая кольца к шейкам, следует учитывать, что овальность шеек может вызвать дополнительную неуравновешенность роторов. Поэтому при монтаже шарикоподшипников необходимо устано^ вить кольца таким образом, чтобы направления больших осей эллипсов на шейке и в отверстии кольца были перпендикулярны, что достигается предварительным измерением шейки или пробными посадками шарикоподшипника на шейку от руки. После сборки ротора с шарикоподшипниками в балансировочной рамке производится динамическое уравновешивание ротора на балансировочной машине.
§ 65. СБОРКА БАЛАНСИРОВОЧНОЙ РАМКИ С РОТОРОМ
Одна из рамок для динамического уравновешивания роторов гиромоторов на балансировочных машинах изображена на рис. 104. Рамка должна быть легкой и достаточно прочной. Обычно рамки изготовляются из круглого прутка дюралюминия марки Д1Т или Д16Т; вначале обрабатывается ее наружная поверхность, а затем растачивается отверстие под ротор. В задней стенке корпуса рамки растачивается отверстие под втулку статора, а в хвостовой части — отверстие под шарикоподшипник. После этого фрезеруют боковые поверхности корпуса с двух сторон и придают тем самым П-образ-ную форму рамке. В расточку корпуса в задней стенке рамки устанавливают и закрепляют винтами статор гиромотора с обмоткой, выводные концы которой во время уравновешивания подключают к клеммам машины. Во фрезерованные пазы корпуса устанавливаются откидные, свободно вращающиеся на осях винты с круглыми гайками, крепящими крышку к корпусу.
Крышка изготовляется из того же материала, что и корпус; после обработки с двух сторон в крышке фрезеруют секторы, придавая ей форму, показанную на рисунке. Крышка устанавливается -замком по выточке корпуса рамки и фиксируется штифтами. К корпусу крышка крепится откидными винтами, которые после установки крышки заводят в пазы корпуса и гайками прижимают к последнему. В хвостовую часть корпуса и крышки ввертывают регулировочные втулки, выбирающие осевые зазоры в шарикоподшипниках, входящих наружными кольцами в отверстия расточек. После установки необходимых при уравновешивании осевых зазоров или натягов втулки закрепляются контргайками.
13 с. А. Жолдак 193
194
Перед установкой роторй в рамку на еГо шейки напребСоВЫ-ваются подобранные и промытые в авиационном бензине шарикоподшипники. Промывают последовательно в трех стеклянных или фарфоровых ванночках окунанием.
После промывки и просушки на воздухе протертые конденсатор
ной бумагой шарикоподшипники лупой 6-кратного увеличения с дефектов, следов коррозии и по* сторонних металлических включений в сепараторе.
Шейки ротора также промывают в чистом авиационном бензине, просушивают на воздухе и протирают чистой новой не-подшитой батистовой салфеткой, без ворсинок. Просушенные шейки роторов просматривают под лупой 6-кратного увеличения; на местах установки внутренних колец шарикоподшипников не должно быть пыли, забоин и посторонних металлических частиц. Смазав шейку ротора смазкой ЦИАТИМ-202, на нее, со стороны открытой части, надевают маркировкой вверх внутреннее кольцо шарикоподшипника. Противоположная шейка ротора опирается на металлическую, оклеенную мягкой материей, или деревянную подставку. Внутреннее кольцо напрессовывается на шейку оси ротора до упора при помощи тарированного динамометра (см. рис. ЮЗ).
и их детали просматривают под целью выявления механических
Рис. 105. Подставка. 1 — прокладка; 2 — подставка
Кольцо шарикоподшипника после напрессовки на шейку ротора закрепляется специальной гайкой; не должно быть перекоса торца
кольца шарикоподшипника относительно торца заплечика оси
ротора.
Одним из методов контроля правильности установки внутреннего кольца шарикоподшипника является проверка, не проникает ли свет между торцом кольца и заплечиком оси ротора. Для этого осматривают место посадки, поместив кольцо шарикоподшипника перед источником света. Если кольцо напрессовано правильно, свет не должен проникать ни в какой точке по окружности. Если между торцом кольца и заплечиком оси имеется равномерный по всей окружности зазор, то кольцо следует, если позволяет вели-
13*
195
Чина усилия посадки, допрессовать нажатием рукоятки динамо-
метра.
Если свет проходит между торцом внутреннего кольца и запле-
чика на отдельных участках
Рис. 106. Сетка для промывки шариков.
1 — сетка; 2 — ободок; 3 — ручка
или при подпрессовке зазор остается из-за неправильно выполненной галтели заплечика, то кольцо шарикоподшипника необходимо снять с шейки съемником, установить причину неправильной посадки й устранить ее.
После напрессовки колец шарикоподшипников ротор собирается с балансировочной рамкой (рис. 104), протертой салфеткой, смоченной в бензине. Ротор устанавливают на подставку (рис. 105) отверстием под статор вверх и в него вставляется статор с обмоткой, прикрепленный к рамке таким образом, чтобы в расточку отверстия под шарикоподшипник в рамке вошла шейка оси с напрессованным
внутренним кольцом шарикоподшипника. Сепаратор, наружное
кольцо и шарики шарикоподшипника промывают последовательно
в трех ванночках с авиационным бензином (5—6 погружений).
Шарики помещаются в специальную сетку (рис. 106). После промывки и сушки на воздухе на сепаратор, шарики и наружное кольцо наносят на специальной салфетке из лакоткани марки ЛШ-1 тонкий слой смазки ЦИАТИМ-202.
Через расточенное в рамке отверстие под шарикоподшипник устанавливают сепаратор с шариками
Рис. 107. Оправка для установки наружного кольца.
1 — оправка; 2 — наружное кольцо; 3 — корпус
на беговую дорожку внутреннего кольца, напрессованного на шейку раньше,
затем на шарики при по-
мощи оправки (рис. 107) устанавливают наружное кольцо шарикоподшипника и закрепляют его в рамке подшипниковой гайкой. Кольца или шарики одного шарикоподшипника нельзя заменять
такими же деталями другого, так как шарикоподшипники выпускаются с невзаимозаменяемыми кольцами и шариками.
Аналогичным образом собирается шарикоподшипник в крышке
196
рамки. Крышка крепится к рамке винтами с барашками и фиксируется в определенном положении штифтами.
При монтаже шарикоподшипников нельзя ударять по ним. Монтаж и демонтаж шарикоподшипников должны производиться с помощью приспособлений, обеспечивающих плавную установку колец на шейки осей, в отверстия рамки, корпуса и крышки.
После сборки ротора с балансировочной рамкой не должно быть осевого зазора; ротор должен быть расположен по центру рамки, что достигается регулировкой подшипниковых гаек рамки.
§ 66. ТЕХНОЛОГИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ
Как было отмечено выше динамическую балансировку роторов гиромоторов производят чаще всего методом «обхода грузом». Этот метод балансировки по сравнению с другими надежен и достаточно точен, но требует затраты сравнительно большого времени. Метод основан на измерениях максимальных амплитуд колебаний опор балансировочной машины. По мере приближения уравновешивающего груза к требуемой величине и занятия им необходимого положения на роторе колебания опор машины уменьшаются. Когда груз требуемой величины займет правильное положение, колебания опор машины с ротором станут минимальными.
Динамическое уравновешивание роторов методом «обхода грузом» на балансировочной машине, изображенной на рис. 94 и описанной выше, состоит в определении правильного места расположения и величины уравновешивающего груза. Место расположения груза определяется измерением отклонения светового луча на шкале машины при максимальной амплитуде вибрации опор, когда ротор вращается с числом оборотов, соответствующим резонансной частоте, и находится.путем перемещения пробного груза по окружности ротора в плоскостях уравновешивания.
Величина уравновешивающего груза также определяется измерением максимальной амплитуды вибрации опор машины (по градуированной шкале), но уже в одном и том же месте по окружности ротора в плоскостях уравновешивания при разной величине груза.
Для быстрого нахождения места расположения уравновешивающего груза на обоих торцах ротора по его наружному диаметру наносят четыре точки, пронумерованные 1, 2, 3 и 4, под углом 90° друг относительно друга (рис. 108).
Чувствительность балансировочной машины, на которой уравновешиваются роторы или проверяется остаточная неуравновешенность, должна соответствовать допустимой величине неуравновешенности ротора. Чувствительность балансировочной машины определяется следующим образом: собранный с балансировочной рамкой ротор уравновешивается так, чтобы при определенном вертикальном положении балансировочной рамки и при повороте ее на 180° величина остаточной неуравновешенности со стороны каждой уравновешиваемой плоскости ротора, при вращении ротора с чис
197
лом оборотов, соответствующим резонансной частоте, характеризовалась приблизительно удвоенной шириной светового луча по сравнению с имевшимся на шкале балансировочной машины до установки в нее ротора с рамкой. Уравновешенный таким образом ротор может быть использован при дальнейших проверках чувствительности машины как эталонный.
Затем на эталонный ротор в точках 1,2,3 и 4, нанесенных с двух сторон по наружному диаметру, под углом 90° крепят последовательно дополнительный груз из пластилина. Груз должен
Предполагаемое правильное чцбстдительность балан-
место для уравновешивающего сцробочной машины 8 де -
еруза лений шкалы
Рис. 108. Схема определения места расположения груза по отклонению светового луча по шкале машины при неуравновешенности ротора.
увеличивать неуравновешенность ротора на величину, характеризующуюся допустимым числом делений шкалы балансировочной машины. Груз, снятый с ротора, взвешивается с точностью до 0,0001 кГ. Груз Q определяется из допустимой неуравновешенности ротора, оговоренной в чертежах или технических условиях на данный гиромотор, по следующей формуле:
где Q — вес груза, Г;
D—допустимая неуравновешенность, Гем2;*
R — радиус ротора в плоскостях уравновешивания, см;
L — расстояние между плоскостями уравновешивания ротора.
Величина расхождения светового луча от приложения к ротору неуравновешивающего груза Q определяет чувствительность в делениях шкалы балансировочной машины для допустимой неуравновешенности D. Цена деления балансировочной машины определяется из Формулы
с
* Неуравновешенность измеряется в Гем. Условно принята размерность Гем2. Ред.
198
где А — цена деления шкалы машины, Гем2;
D — допустимая неуравновешенность;
С — количество делений шкалы, охваченных расхождением светового луча от допустимой неуравновешенности D ротора.
После проверки чувствительности балансировочной машины уравновешиваемый ротор, собранный с рамкой, устанавливают на раму балансировочной машины и обмотку статора подключают к клеммам машины. К последним от специального генератора подводится соответствующее напряжение повышенной частоты. Нажимая пусковую кнопку, в трехфазную обмотку статора подают напряжение.
Образующийся в статоре вращающийся магнитный поток, взаимодействуя с короткозамкнутой обмоткой ротора, начинает увлекать его за собой.
Число оборотов ротора постепенно увеличивается и переходит в резонансную частоту. Далее отпускают пусковую кнопку, тем самым отключают статорную обмотку, и число оборотов ротора начинает снижаться. При числе оборотов, соответствующем резонансной частоте, когда амплитуда вибрации опор машины максимальна, по величине отклонения светового луча на шкале балансировочной машины устанавливают величину неуравновешенности. Величину неуравновешенности проверяют вначале со стороны крышки, а затем со стороны корпуса рамки. Заметив величину неуравновешенности как с одной, так и с другой стороны, начинают балансировать ротор со стороны, дающей наибольшее отклонение светового луча от нулевого, среднего положения на шкале. Для этого наносят деревянной лопаткой поочередно в отмеченные точки 1, 2, 3 и 4 на балансируемой плоскости ротора, на расстоянии 1— 2 мм от его торца, дополнительный груз из пластилина и определяют на шкале машины соответственно в каждой точке наибольшее отклонение светового луча от первоначального нулевого положения. Отклонения светового луча определяют в тот момент, когда ротор вращается с числом оборотов, соответствующим резонансной частоте.
Проверив неуравновешенность во всех четырех точках балансируемой плоскости ротора, на ней определяют сектор, в котором величина неуравновешенности (отклонения по шкале) при числе оборотов, соответствующем резонансной частоте, минимальна (рис. 108). Перемещая в выбранном секторе груз по наружному диаметру ротора, находят наименьшее отклонение светового луча на шкале. Наименьшего отклонения светового луча можно достичь увеличивая или уменьшая груз.
Балансировку ротора производят перемещением или изменением величины груза до тех пор, пока остаточная неуравновешенность ротора не будет соответствовать допустимому отклонению светового луча на шкале машины. При достижении допустимой техническими условиями неуравновешенности балансируемой плоскости ротора,
199
с одной стороны, производят балансировку, с другой стороны, также до достижения соответствующего отклонения светового луча на шкале. Затем проверяют балансировку первой плоскости и, если балансировка этой плоскости нарушилась, производят дополнительное уравновешивание, меняя место положения или величину груза. Основную и дополнительную балансировки следует производить при одном и том же расположении балансировочной рамки в вертикальной плоскости. Далее рамку с ротором повертывают на угол 180° и в вертикальной плоскости проверяют балансировку обеих балансировочных плоскостей ротора. Если неуравновешенность, о которой судят по отклонению светового луча на шкале машины, со стороны какой-либо плоскости увеличилась, то в этой плоскости производят дополнительную балансировку. Разность неуравновешенности при повороте рамки на угол в 180° должна быть не более 0,5 деления шкалы. Если после дополнительной балансировки разность неуравновешенности получается большей, то необходимо заменить один из шарикоподшипников и произвести балансировку ротора в обеих плоскостях заново.
По окончании балансировки обмотка статора отключается от клемм машины и рамка с ротором снимается. На стороне ротора, диаметрально противоположной закрепленным грузам из пластилина, наносят чертилкой риски длиной не более 2 мм. Ротор устанавливают на призму риской вверх и в центре риски ставят керн. Затем осторожно, не сдвигая груза, высверливают лишний металл сверлом диаметром 2 мм. Вес высверленного металла должен быть равен весу груза из пластилина. Для этого необходимо отверстие сверлить постепенно, на небольшую глубину, проверяя результаты на балансировочной машине. Допустимая неуравновешенность роторов гиромоторов составляет обычно не более одного деления шкалы. Грузы из пластилина после удаления металла с плоскостей балансировки ротора снимают. Острые кромки высверленных отверстий притупляют. Отверстия сверлят обычно глубиной, не превышающей 2 мм\ если для получения допустимой неуравновешенности ротора одного отверстия недостаточно, то необходимо высверлить два или три отверстия рядом. Таким же путем снимается металл и во второй плоскости балансировки ротора.
Во избежание попадания стружки и металлической пыли в шарикоподшипники во время сверления ротор закрывают сверху тонким войлоком или дерматином, а на шпинделе сверлильного станка устанавливают специальное отсасывающее устройство, состоящее из приспособления, устанавливаемого в нижней части шпинделя, масляного фильтра и вакуум-насоса или пылесоса, соединенного с приспособлением резиновым рукавом. Схема устройства показана на рис. 109.
Приспособление состоит из полого корпуса 1, закрепленного на конце шпинделя сверлильного станка. В корпусе свободно скользит подвижная втулка 2. Сквозь втулку проходит сверло 3, закрепленное в цанговом патроне. Пружина 4 прижимает втулку к ротору.
2D?
Рис. 109. Устройство к сверлильному станку для предохранения шарикоподшипников от попадания в них стружки при высверливании металла в роторе
К полому цилиндру через штуцер 5 присоединен шланг. Второй конец шланга соединяется с пылесосом или с приемным штуцером масляного фильтра 10. Воздух, проходя через камеру 8 с маслом и сеткой 9, очищается от стружки и грязи. К входному штуцеру 6 и выходному штуцеру 7 масляного фильтра присоединен вакуум-насос 11. Одновременно с пуском станка включается пылесос или вакуум-насос; стружка и металлическая пыль из-под сверла отсасываются в масляный фильтр или камеру пылесоса. При остановке станка пылесос или вакуум-насос выключаются.
Для предохранения от коррозии все отверстия после балансировки ротора покрывают антикоррозионным быстросохнущим лаком; еще раз проверяют балансировку обеих плоскостей. В необходимых случаях производят дополнительную балансировку ротора.
После окончательной балансировки ротора вывертывают подшипниковую гайку из крышки рамки, вынимают наружное кольцо шарикоподшипника и сепаратор с шариками. Детали шарикоподшипника завертывают в без-ворсную бумагу. Отвинчивают
барашки, откидывают шпильки с прорезей крышки и снимают крышку с корпуса рамки. Отвинчивают подшипниковую гайку в корпусе рамки, вынимают наружное кольцо, сепаратор, шарики и также завертывают их в безворсную бумагу. Завернутые детали шарикоподшипника укладывают внутрь ротора, шлифованную поверхность ротора протирают батистовой салфеткой, увлажненной бензином. Ротор с деталями помещают в эксикатор с селикаге-лем, где он и хранится до сборки.
§ 67. СМАЗКА ШАРИКОПОДШИПНИКОВ
Для шарикоподшипников гиромоторов применяются жидкие консистентные смазки и в особых случаях их смеси. Основным назначением смазки шарикоподшипников является:
а) уменьшение сил трения скольжения между телами качения (шариками) и сепаратором;
б) уменьшение сил трения скольжения, возникающих вследствие упругих контактных деформаций под действием нагрузки;
в) предохранение от коррозии высококачественных поверхностей качения, рабочих поверхностей колец, а также остальных поверхностей;
г) заполнение зазоров между вращающимися и неподвижными
20»
деталями узла, что предохраняет шарикоподшипник от проникновения пыли, влаги и посторонних тел;
д) содействие равномерному распределению тепла по всем частям шарикоподшипника и отводу из него тепла, развивающегося в результате работы трения.
Требования к смазкам
Применяемые для шарикоподшипников, монтируемых в гиромоторах, смазки должны удовлетворять следующим требованиям:'
а) консистентные смазки должны обладать химической и физической стабильностью;
б) в смазке должны полностью отсутствовать механические примеси и вода; посторонние частицы, как бы малы они ни были, действуют как абразивный материал и ускоряют износ шарикоподшипников;
в) не вызывать коррозии и предохранять от нее; поэтому смазка не должна содержать свободных кислот или других корродирующих веществ, должна быть нейтральной или слабощелочной;
г) обладать минимальным внутренним трением, обусловливающим при высоких оборотах значительные энергетические потери и, как следствие, высокую рабочую температуру шарикоподшипника;
д) консистентные смазки должны обладать хорошими пластическими свойствами, позволяющими сопротивляться действию центробежных сил, стремящихся выбросить смазку из шарикоподшипника; они не должны расслаиваться на составные части и выделять мыло, которое, затвердевая, может вывести шарикоподшипник из строя (во время работы смазка должна сохранять начальную консистенцию, пластичность и неволокнистую структуру);
е) смазка должна быть гладкой, неволокнистой, иметь однородную структуру и быть липкой, так как только липкие смазки смазывают рабочие поверхности тонким слоем и не разбрызгиваются под действием центробежной силы;
ж) вязкость жидких минеральных масел и смесей консистентной смазки с жидким маслом не должна резко изменяться в процессе работы и при изменении температуры окружающей среды.
Смазки, применяемые в гиромоторах
В зависимости от условий работы и конструкции подшипникового узла для смазки шарикоподшипников гиромоторов могут применяться жидкие минеральные масла, смесь из жидкого масла с консистентной смазкой и консистентные смазки.
Жидкие смазки используются для карданных узлов и в гиромоторах с фитильной подачей смазки. В маломощных гиромоторах, где необходимо иметь незначительные потери от трения в шарико-202
подшипниках и в то же время обеспечить продолжительную работу без пополнения смазки, применяют смесь, состоящую из жидкой и консистентной смазок, взятых в определенном соотношении. Смесь должна обладать необходимой вязкостью, обеспечивающей невыте-каемость смазки из шарикоподшипника и незначительное увеличение трения в нем.
В большинстве конструкций гиромоторов применяются консистентные смазки, представляющие собой тонкую эмульсию минерального масла в кальциевом или другом мыле. Эксплуатационные качества консистентных смазок, т. е. температура плавления (каплепадения), консистенция или пенетрация и другие физико-химические свойства, зависят от количества и характера применяемого мыла, а также от входящего в состав смазки минерального масла. К преимуществам консистентных смазок можно отнести способность не вытекать из шарикоподшипника и хорошее заполнение зазоров между вращающимися и неподвижными деталями шарикоподшипников. К их недостаткам относятся большой коэффициент внутреннего трения и нестабильность качества.
Смазки не могут быть универсальными, и там, где одна смазка может дать хорошие результаты, другая может оказаться непригодной. Выбирая смазку для гиромоторов, следует тщательно рассмотреть условия работы узла шарикоподшипников и сопоставить их с характеристиками смазок.
При выборе смазки необходимо учитывать, в первую очередь, следующие факторы: 1) скорость вращения (число оборотов и размеры шарикоподшипника); 2) нагрузку на шарикоподшипник; 3) состояние окружающей среды; 4) рабочую температуру узла подшипников; 5) срок работы шарикоподшипника.
К основным параметрам смазки, которые должны соответствовать условиям ее применения, относятся температура каплепадения, пенетрация (консистенция), наличие кислот и щелочей, механические примеси, содержание воды, золы, корродирующее действие.
Температура каплепадения дает возможность судить о способности смазки сохранять свою консистенцию при рабочих температурах.
Вязкость смазки характеризуется скоростью ее истечения и определяется как отношение времени истечения определенного количества смазки через калиброванное отверстие ко времени истечения такого же количества воды через то же отверстие при определенной температуре. Чем больше вязкость, тем больше.и определяющее ее число. Вязкость не является постоянной величиной: с повышением температуры она уменьшается, причем характер уменьшения зависит от вида смазки.
Смазки характеризуются также физическими параметрами — кинематической вязкостью.
Кинематической вязкостью называют отношение динамической вязкости жидкости к ее плотности при темпера
203
туре определения. За единицу кинематической вязкости принят стокс (ст); сотую долю стокса составляет сст.
Пенетрация характеризует консистенцию смазки и определяется на центрометре, действие которого основано на измерении глубины погружения конуса с углом 90° и весом 150 Г в испытуемую смазку в течение 5 сек. Пенетрация производится при определенной температуре (например 25°). Число десятичных долей миллиметра, на которое погрузился конус, представляет собой величину пенетра-ции, характеризующую данную смазку. Чем больше пенетрация, т. е. чем глубже конус погружается в смазку, тем последняя мягче.
Практическое значение пенетрации заключается в том, что она позволяет судить о возможности прохождения смазки к смазываемым поверхностям, а также о внутреннем трении, сказывающемся на работе гиромоторов и, в частности, на выбеге.
В практике изготовления гиромоторов при применении смазок на величину пенетрации не всегда обращают внимание, считая ее маловажной. Однако незначительное изменение ее величины может привести к забракованию отдельных партий гиромоторов. Так, на одном из заводов, изготовляющих гиромоторы, при испытании очередной партии было забраковано около 70% гиромоторов вследствие малой величины выбега. Последующие партии также браковались по этой же причине. На величину выбега, как известно, влияют многие параметры, например, качество шарикоподшипников, в частности обработка их беговых дорожек, величина осевого натяга и др.
Для выявления причины брака все параметры были тщательно проверены, на что ушло много времени. Оказалось, что завод—изготовитель смазки поставил партию консистентной смазки с меньшей пенетрацией, чем поставлялась ранее, поскольку техническими условиями допускались широкие пределы изменения величины пенетрации. После изготовления смазки с большей пенетрацией и использования ее в гиромоторах, величина выбега последних стала укладываться в заданные пределы.
Для гиромоторов, работающих с большими скоростями и нагрузками, в широком интервале температур смазка может быть окончательно выбрана только после испытания гиромоторов с рекомендуемой смазкой на долговечность в соответствии с требованиями технических условий.
Ниже приводятся характеристики некоторых смазок, применяемых для шарикоподшипников гироскопов.
ЦИАТИ М-201 (УТВМА) — универсальная, тугоплавкая, водостойкая, морозостойкая, активированная (ГОСТ 6267—52). Смазка консистентная, однородная, имеет цвет от светлого до темно-желтого. Рабочий интервал температур от —50 до +120°.
ЦИАТИМ-202— однородная, мягкая, консистентная смазка, имеющая цвет от желтого до светло-желтого. Рабочий интервал температур от —50 до +150°. Поставляется по ТУ 517—54.
ОКБ-122-7 — однородная консистентная смазка, состоящая из
204
| Наименование и марка смазки 1 Методы испытания ГОСТ 33—53 Приложение 2К, ГОСТ 33—53 ГОСТ 5346—50 ГОСТ 6793—53 | ГОСТ 1533—42 j । ГОСТ 5985-51 ГОСТ 6707—57 По п. 4 ТУ на смазку ОКБ-122 |
91'551-9)10 19—23 2,83—3,56 1 1 о 0,25 ( 1
2.-551-9)10 1 I 1 о ю 1 1 1 0,03 О
51-551-9)10 1 1 1 ю 1 1 1 0,15 о
ЦИАТИМ-202 1 1 1 285-315 20 о 1 1 I о 1
ЦИАТИМ-201 1 1 270—320 50 о 1 1 После окисления 1,0 о 1
Свойства Вязкость при 50° С: , кинематическая, сст соответствующие ей условия, °ВУ . . Пенетрация: при температуре 25° С » > 60° С Температура каплепадения не ниже °C Температура вспышки (определяемая в открытом тигле °C) , Температура застывания не выше. С I Кислотное число в л<г-кон на 1 г смазки, не более Содержание свободных щелочей в пересчете на ОН не более, % Температура затвердевания не выше, °C |
205
Продолжение табл. 11
I Наименование и марка смазки 1 Методы испытания ГОСТ 2633—48 для ЦИАТИМ-201 по п. 3 ГОСТ 6267—52 п.З.ГОСТ 6267 —52 ! По п. 5 ТУ на | смазку ОКБ-122 1 ГОСТ 5734—53 По п. 4. ГОСТ 6267—52 ГОСТ 2477—44 ГОСТ 637—52 Консистентные смазки по ГОСТ 1037—41; масло по ГОСТ 2917-45 ГОСТ 5757—51
9I33I-9MO 1 1 1 1 1 । Отсутствие I Отсутствие ' | Выдерживать Выдерживать
д-игамо 50° С i час. 2,5 СО 1
гнгггамо ; При за 48 1,5 Ю со 1 1
ЦИАТИМ-202 При 75° С за 24 часа 3—5 I СО 1
ЦИАТИМ-201 При 100° С за 50 час. 4 4 1 0,35 о
Свойства Термическая стабильность: выделение масла (синерезис) не более, % испаряемость не более, % Испаряемость при толщине слоя 0,1 мм при 50J С в течение 100 час. не более, % Химическая стабильность. Снижение давления в кГ 1см? при окислении смазки в бомбе под давлением кислорода '6 к Г/см2, температуре 100° С в течение 100 час., не более | Подвижность смазки при —60° С на обо- | рот подшипника не более, сек ' 1 Содержание воды, % | | Содержание механических примесей, % | Испытание на коррозию металлических пластинок (ст. 40, Л62, Д1-Т) при 50° С в течение 48 час Испытание на коррозию при 100° С в течение 3 час
206
масла ОКБ-122-16, загущенного высокоплавким церезином й Стеарином. Рабочий интервал температур от —50 до + 120°. Поставляется по АМТУ 351-55.
Смазка ОКБ-122-12 — однородная, консистентная смазка, состоящая из масел ОКБ-122-14 и МС-14, загущенных высокоплавким церезином. Рабочий интервал температур от —60 до +120°. Поставляется по АМТУ 353-55.
Масло ОКБ-122-16 состоит из кремнеорганической жидкости и минерального масла высокой степени очистки. Рабочий интервал температур от —60 до + 100°. Применяется для карданных узлов и шарикоподшипников гиромоторов с фитильной подачей смазки.
Физико-химические свойства этих смазок даны в табл. 11. В маломощных гиромоторах для смазки шарикоподшипников применяют смесь консистентной смазки с жидким минеральным приборным маслом (МВП) или другими маслами типа ОКБ.
Например, применяется смесь из 90% масла МВП ГОСТ 1805—51 или ОКБ-122-16 и 10% консистентной смазки ЦИАТИМ-202, ТУ 517—54, составляемая на заводах, изготовляющих гиромоторы.
Консистентные смазки поставляются в алюминиевых тюбиках емкостью 50—100 г или, по согласованию с потребителем, в банках из белой жести весом не более 1 кг. Смазка поставляется вместе с паспортом, в котором указывается фактическое значение показателей, предусмотренных техническими условиями или ГОСТ.
ГЛАВА ШЕСТАЯ
СБОРКА ГИРОМОТОРОВ
§ 68. ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ФОРМЫ СБОРКИ
Сборка гиромоторов производится обычно на заводах, изготовляющих детали гиромоторов, в отдельных цехах при массовом производстве и в особых мастерских при серийном или единичном производстве.
При единичном производстве выпуск одних и тех же гиромоторов не повторяется. Изготовление основных деталей и сборка гиромоторов производятся в одном и том же, обычно экспериментальном, цехе без строго фиксированного технологического процесса, с широким использованием универсального оборудования и инструмента, высококвалифицированными рабочими. При сборке отдельные детали и узлы гиромоторов могут подвергаться пригонке по месту и доделке.
При серийном производстве гиромоторы изготовляются отдельными партиями или сериями, повторяющимися ежемесячно или более часто. Детали изготовляются в основном на универсальных станках, установленных в порядке, соответствующем последовательности операций технологического процесса обработки основных деталей. Станки оснащаются специальными или групповыми приспособлениями и настраиваются. Для обработки других деталей или выполнения иных операций станки переналаживают; обработка ведется строго по разработанному технологическому процессу.
В серийном производстве детали изготовляются в соответствии с допусками, указанными в чертежах и технических условиях. При сборке допускается незначительная подгонка. Сборочные операции выполняются несколькими сборщиками разной квалификации. Сборка гиромоторов в серийном производстве выполняется по методу подбора (селективной сборки) или регулирования. При селективной сборке детали гиромоторсв подбирают друг к другу так, чтобы обеспечить требуемую посадку или размер. Обычно делают попарный подбор, заключающийся в том, что к одной из соединяемых деталей из произвольного числа парных подбирается 208
другая, обеспечивающая требуемую посадку или размер. Сборка некоторых узлов гиромоторов производится по групповому методу подбора, заключающемуся в предварительной разбивке сочленяемых деталей по размерам на несколько групп так, чтобы любая пара из соответствующих групп могла быть собрана без пригонки.
При серийном производстве гиромоторов широко применяется сборка с компенсаторами или методом регулировки. Сборка методом регулировки дает возможность получить заданную точность узла или гиромотора изменением величины одного из заранее намеченных звеньев. Обработка деталей и узлов гиромоторов производится по допускам, обеспечиваемым при использовании универсального оборудования. Изменение размеров компенсирующего звена достигается регулированием, т. е. перемещением одной из деталей (узла) на величину компенсации, или введением специальных шайб (прокладок).
Неподвижные детали, вводимые в размерную цепь, называются неподвижными компенсаторами; перемещающиеся — подвижными компенсаторами. При применении подвижных компенсаторов точность, достигнутая при сборке, может восстанавливаться периодической регулировкой.
Достоинство селективной сборки и сборки с компенсаторами — возможность расширения допусков при изготовлении деталей, с получением в то же время сопряжений по высокому классу точности. Это особенно важно для узлов, которые изменяют свои размеры под влиянием температуры и упругих деформаций.
При массовом производстве гиромоторов за каждым рабочим местом закрепляется одна операция. Время выполнения каждой операции должно согласовываться с принятым ритмом. Технологический процесс разрабатывается детально для каждой операции. Оборудование подбирается специальное или оснащается высокопроизводительными приспособлениями и располагается строго по ходу технологического процесса. Сборка гиромоторов при массовом производстве осуществляется методом полной взаимозаменяемости с применением компенсаторов или методом неполной (частичной) взаимозаменяемости. В последнем случае обеспечивается заданная точность замыкающих звеньев не у всех, а только у части однородных размерных цепей.
Сборка гиромоторов может осуществляться без расчленения сборочных работ и с расчленением.
В первом случае гиромотор собирается от начала до конца одним сборщиком, что имеет следующие недостатки: а) не дает возможности выделять работы разной квалификации; б) приводит к длительному процессу; в) требует значительного количества специального инструмента. Сборка без расчленения технологического процесса характерна для единичного производства; применяется иногда и в мелкосерийном.
Разновидностью сборки без расчленения на самостоятельные операции является сборка гиромоторов бригадой сборщиков,
14 с. А. Жолдак 209
ведущая секция; 2 — редуктор с электродвигателем; 3 — каркас основания; 4 — рабочая секция; 5 — воздушная магистраль; 6 — натяжная секция; 7 - рабочее место; 8 — мягкая лента
210
Шйрбко применяемая при серийном производстве. Технологический процесс должен быть составлен так, чтобы отдельные операции сборки узлов и гиромотора выполнялись разными сборщиками с учетом их квалификации. В бригаде за каждым сборщиком закрепляются определенные операции, вследствие чего члены бригады специализируются, что приводит к повышению производительности и улучшению качества.
Сборочный процесс может быть также расчленен на отдельные несложные операции. При этом вначале собираются узлы, а затем гиромотор. Узлы можно собирать параллельно, причем каждая операция оснащается соответствующими приспособлениями и инструментом, позволяющим повысить производительность и экономичность процесса.
При расчлененном процессе сборки узлов и гиромоторов необходимо закреплять за каждым сборщиком одну или несколько нетрудоемких операций. Необходимо, чтобы узлы и собираемые гиромоторы последовательно переходили от одного сборщика к другому. Такая сборка гиромоторов обычно производится на поточной линии. При расчленении сборочных операций необходимо предусмотреть такой
объем работы и технологическое оснащение, чтобы время, затрачиваемое на отдельные операции, соответствовало выбранному ритму.
Для перемещения деталей и узлов от одного рабочего к другому и обеспечения заданного ритма поточной линии предусматривается применение ленточных или пластинчатых транспортеров.
На рис. ПО изображена схема ленточного транспортера, на котором могут транспортироваться детали весом до 6 кГ. Лента изготовляется из прорезиненной ткани. В качестве привода служит электрический двигатель с редуктором, вращающим ведущий барабан. Лента натягивается на концевые барабаны; ее натяжение может регулироваться винтовым устройством. Для поддержания ленты предусмотрены ролики, устанавливаемые на определенном расстоянии друг от друга. Рабочие места могут располагаться вдоль ленты, параллельно или перпендикулярно.
При выпуске в небольших количествах и бригадном методе сборки гиромоторов может применяться кольцевой конвейер, замыкающийся в горизонтальной плоскости.
На рис. 111 изображена схема кольцевого конвейера, состоящего из неподвижного стола 1, на котором располагаются рабочие места, и такого же, но вращающегося от привода 3 через редуктор стола 2, который перемещает гиромоторы и их узлы.
14*
211
j 69. ТРЕБОВАНИЯ К СБОРОЧНОМУ ПОМЕЩЕНИЮ И ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОЧЕГО МЕСТА
Сборка гиромоторов и их испытание требуют абсолютной чистоты сборочного помещения, испытательной станции и каждого рабочего места. Вследствие этого во всех помещениях, где изготовляются детали и узлы гиромоторов, в особенности в сборочных цехах, должны быть приняты меры, обеспечивающие надлежащую чистоту.
Помещения участка сборки и контрольно-испытательной станции должны быть сухими, светлыми, чистыми и свободными. Стены и потолок окрашивают масляной краской. Поверх краски целесообразно нанести лак, что облегчает промывку стен и потолка. Пол должен быть выстлан линолеумом. Углы между соседними стенами и особенно между стенами и полом необходимо округлять и окрашивать в светлые тона. В помещениях сборки и контрольноиспытательной станции не должно быть ничего лишнего во избежание скопления пыли. В сборочных помещениях должна производиться регулярная уборка не только после окончания работы, но и в перерывы во время рабочего дня. Помещения следует очищать с помощью пылесосов и протиркой полов влажной тряпкой.
Балансировочное отделение от сборочного и агрегатное от контрольно-испытательной станции должны быть отделены глухими стенами.
Чтобы пыль не попадала в сборочные помещения снаружи и из других помещений, целесообразно в сборочные помещения нагнетать профильтрованный воздух, создавая в помещении небольшое избыточное давление. При такой вентиляции в помещение сборки почти не проникает воздух с пылью из коридоров, через оконные щели с улицы и из помещений других цехов. Воздух в сборочном помещении, находясь все время под небольшим давлением, выходит через щели из помещения, препятствуя вхождению воздуха с пылью в эти щели. Температура поступающего воздуха должна регулироваться калорифером. В зимнее время калорифер обеспечивает подогрев поступающего воздуха до необходимой температуры, а в летнее время — охлаждение.
В целях получения стабильных условий, что очень важно для обеспечения посадок, зазоров, сопротивления и других параметров гиромоторов и их узлов, при сборке и испытании желательно в помещении поддерживать температуру и влажность постоянными. Создание внутри помещения необходимой температуры и влажности воздуха, независимо от наружных метеорологических условий, обеспечивается специальными установками кондиционирования воздуха. Обычно такие установки в летнее время осуществляют охлаждение и увлажнение воздуха, подаваемого в помещение, а в зимнее — нагрев и сушку.
Холодильные машины, применяемые для установок кондиционирования воздуха, работают с холодильным агентом — аммиаком или фреоном. Могут быть установлены центральные камеры конди-212
ционирования воздуха с дождевым пространством или кольцами Рашига, обеспечивающие необходимой температурой и влажностью все помещения, в которых изготовляются, собираются и регулируются детали, узлы и гиромоторы.
Кроме установок с центральными камерами, имеются установки с местными камерами, в которых предусматривается сухое охлаждение воздуха (в них устанавливаются ребристые трубы, через которые пропускается охлажденная вода). Обычно установки снабжаются приборами автоматического регулирования. Воздух, по-
Рис. 112. Верстак для двух сборщиков
даваемый на рабочие места в цехе от компрессорной заводской установки, должен быть чистым и сухим, для чего дополнительно должен очищаться через фильтр с влагопоглотителем — селикагелем.
В помещение сборки и испытательной станции не должен попадать прямой солнечный свет. На окнах с наружной стороны в летнее время при прямом освещении должны быть навешены полотняные тенты, с внутренней стороны на окнах должны быть белые батистовые шторы. При входе в сборочное помещение и испытательную станцию на полу должен лежать влажный коврик для вытирания ног. Сборщики и обслуживающий персонал сборочных цехов и испытательной станции должны работать в белых халатах, шапочках и тапочках.
Размер каждого рабочего места 1,2 X 0,8 м. Наиболее целесообразной конструкцией верстака следует считать верстак для двух сборщиков. На рис. 112 изображен верстак для двух сборщи
213
ков, используемый при бригадном методе работы, а на рис. ПО — приставной верстак при сборке гиромоторов на конвейере.
Сборочные верстаки в помещении сборки должны быть расставлены таким образом, чтобы дневной свет падал с левой стороны сборщика или прямо. На каждом рабочем месте должен быть установлен кронштейн с настольной лампой местного освещения. По
ложение сборщика должно быть таким, чтобы ему не приходилось во время работы сгибаться или вытягиваться. Нормальной высотой верстаков считается обычно 850 — 900 мм. Крышки верстаков
Рис. ИЗ. Сиденье
должны быть покрыты линолеумом. Каждое рабочее место должно быть оснащено сиденьем. Одно из принятых в сборочных
Рис. 114. Стеклянный эксикатор
Цехах сидений изображено на рис. 113. Оно может регулироваться по высоте, соответственно росту сборщика. У сиденья имеется перекладина, связывающая ножки; на нее сборщик может ставить ноги во время работы.
Верстак является столом, на краю которого устанавливаются полочки, служащие для раскладывания во время работы инструмента, деталей, узлов и собранных гиромоторов. Верстак должен быть снабжен выдвижными ящиками, в которых должны иметься отделения для хранения инструмента разного назначения. Для лучшей сохранности инструмента следует устраивать в ящиках гнезда с таким расчетом, чтобы инструменты не соприкасались один с другим. Мелкие инструменты (сверла, надфили) следует хранить в отдельных колодках. Каждое рабочее место должно быть оснащено резиновым ковриком, комплектом из трех стеклянных или фарфоровых ванночек и стеклянным эксикатором (рис. 114) с селикаге-лем для хранения деталей и узлов гиромоторов.
Инструмент и детали при сборке на верстаке целесообразно располагать так, чтобы движения для выполнения операций были короткими и неутомительными.
214
2 Г-5-
Особое значение чистота рабочего места и помещения имеет при: сборке быстроходных гиромоторов. Как ни тщательно происходит: уборка помещения и очистка воздуха, в окружающем воздухе неизбежно находятся микроскопические частицы металлической и абразивной пыли, которая, попадая в смазку шарикоподшипников, при больших оборотах, может увеличить шероховатость поверхности беговых дорожек, что, в свою очередь, приведет к нарушению' балансировки и преждевременному разрушению шарикоподшипников. С целью обеспечения чистоты сборка гиромоторов должна производиться под прозрачными колпаками, под которые подается достаточно очищенный воздух с избыточным давлением. На боковой поверхности колпака имеются отверстия, через которые сборщики производят окончательную сборку гиромоторов.
На рабочих местах должны быть предусмотрены принадлежности для поддержания чистоты и урны для бумаг. Необходимо, чтобы сборщики периодически мыли руки.
Все детали и узлы, а также гиромоторы должны транспортироваться в специальной таре (рис. 115) в виде закрытых сухих ящиков с ячейками, оклеенными мягкой материей.
При сборке гиромоторов и их узлов на конвейере рабочие верстаки располагаются с двух сторон движущейся ленты. Для обеспечения чистоты на рабочем месте и в самом помещении при конвейерной сборке необходимо соблюдать такие же меры, как и при сборке на верстаках.
От правильной организации рабочих мест сборщиков зависит производительность труда и качество сборки гиромоторов. Необходимо правильно расставить верстаки, подобрать удобную их конструкцию, должна быть предусмотрена возможность рациональных трудовых движений сборщика, обеспечено правильное расположение на рабочем месте инструмента, приспособлений, деталей и вспомогательных материалов. Освещение должно быть достаточным, правильным, не утомляющим зрения. Должен быть правильно организован режим труда.
§ 70. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СБОРКИ
Проектирование технологического процесса сборки гиромоторов, как и всего технологического процесса изготовления гиромоторов, составляет главную часть технологической подготовки производства. Следовательно, при проектировании технологического процесса необходимо определить весь комплекс работ по подготовке производства. При проектировании технологического процесса сборки, как и всего технологического процесса изготовления гиромоторов, могут быть два основных варианта: проектирование для новых заводов и цехов и проектирование сборки гиромоторов новых типов на действующем заводе.
При проектировании по первому варианту необходимо предусмотреть применение наиболее рациональных процессов обработки 216
деталей и сборки гиромоторов. При втором варианте необходимо учитывать возможности оборудования существующих цехов. Однако на основании технико-экономических расчетов следует также внедрять в производство новейшие методы обработки и сборки деталей с учетом возможностей и необходимости приобретения и изготовления требуемого оборудования.
Основной задачей проектирования технологического процесса сборки гиромоторов является обеспечение высокого качества гиромоторов в соответствии с техническими условиями, при наименьшей себестоимости и наивысшей производительности их сборки.
Исходными данными для проектирования являются чертежи, технические условия, размер производственного задания и, как было указано выше, сведения о том, на новом или на существующем заводе будет организовано производство.
Обычно при проектировании технологического процесса серийного производства имеются чертежи и технические условия, проверенные при изготовлении опытных образцов, имеются в наличии эти образцы, что в значительной мере облегчает технологическую разработку. На основании чертежей и образца гиромотора устанавливается структура изделия, оформляемая в виде схемы сборочного состава (схемы сборки), которая определяет взаимную связь деталей и узлов гиромотора. Схема сборки дает возможность наметить последовательность операций сборки.
На рис. 116 изображена схема сборки одного из гиромоторов, на которой детали и узлы даны в виде прямоугольников, а линии между ними показывают последовательность их соединения во время сборки гиромотора. Схема составляется так, чтобы предшествующие операции не затрудняли выполнение последующих операций. Соединения деталей и узлов должны осуществляться без разборки предшествующих собранных узлов.
Технологический процесс сборки целесообразно дифференцировать таким образом, чтобы иметь возможность отдельно собирать узлы и передавать их на общую сборку. Процесс сборки должен быть также разбит на простейшие операции; при выполнении операций необходимо предусматривать контроль качества сборки. Технологический процесс сборки гиромоторов оформляется на технологических картах. На некоторых заводах он разрабатывается на операционно-инструкционных картах; такая карта приведена в табл. 6.
Карты технологического процесса сборки заполняются на отдельные узлы и общую сборку гиромоторов; в карте указывается номер операции, краткое и исчерпывающее описание операции, оборудование, приспособления, рабочий и измерительный инструмент, разряд работы и норма времени, необходимого для выполнения данной операции.
В технологических картах должны быть указанй температура и влажность, допустимые при выполнении особо важных операций. Выполнение всех операций и переходов в строгом соответствии
217
Рис. 116. Схема сборки гиромотора, изображенного на рис.
с указаниями разработанного и проверенного в производственных условиях на нескольких партиях технологического процесса сборки является необходимым условием получения качественных гиромоторов, надежно работающих в гироскопических приборах.
§ 71. СОЕДИНЕНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ СБОРКЕ
Детали и узлы гиромоторов соединяются между собой либо неподвижно и неразъемно, как, например, пайкой, запрессовкой и развальцовкой, либо подвижно. К соединениям последнего вида относятся разъемные, резьбовые и подвижные неразъемные, как, например, шарикоподшипники.
Детали и узлы, представляющие собой неразъемные соединения, не могут быть разобраны без повреждения; разъемные соединения могут быть разобраны без повреждения соединяющих и скрепляющих деталей и узлов.
Неразъемные соединения
Примерами неразъемных соединений в гиромоторах является крепление шильдиков (фирменных планок) к корпусам и выводных концов статорной обмотки к выводным лепесткам. В некоторых конструкциях гиромоторов выводные концы после припайки приклеиваются к поверхности корпуса.
Заклепки для крепления шильдиков к корпусам применяют цельные, а выводные лепестки к крышкам крепятся пустотелыми заклепками. Для получения высококачественного заклепочного соединения большое значение имеет правильный выбор длины заклепки и диаметр отверстия. Длина стержня заклепки должна быть такой, чтобы материала заклепки хватило на образование замыкающей головки и на заполнение пространства между стержнем заклепки и стенками отверстия. Выступающая часть стержня должна составлять 1,3—1,6 его диаметра. Прочность заклепочного соединения зависит также от размеров и формы замыкающей головки заклепки. Заклепки для крепления фирменной планки имеют со стороны корпуса потайную головку, которая входит в отверстие с внутренней зенковкой.
Приклепка производится на приспособлении (рис. 117), которое вставляется в отверстие корпуса. Заклепки вставляются в отверстия с внутренней стороны корпуса; на выступающие концы заклепок надевают фирменную планку и прижимают ее к корпусу. Головки заклепок осаживают таким образом, чтобы они не выступали в полость корпуса. Откусывают излишек заклепки, оставляя припуск для головки и придают ей предварительную форму. Затем окончательно оформляют замыкающую головку заклепки обжимкой, углубление которой имеет требуемую форму. Предварительное осаживание и обжимка головки должны производиться осторожно
219
молотком, весящим 100 Г, так, чтобы не вызвать деформации окончательно обработанного корпуса.
Сборка контактных лепестков в крышке производится соединением с трубчатой заклепкой следующим образом: после сушки по специальному режиму изоляционную карболитовую втулку и гетинаксовую изоляционную шайбу, контактный лепесток и трубчатую заклепку промывают в бензине и сушат на воздухе до удаления запаха бензина. Затем в отверстие с левой стороны крышки вставляют втулку по фиксатору; на втулку надевают шайбу и лепесток. Во внутрь втулки вставляют трубчатую заклепку, надевают на нее латунную шайбу, в отверстие заклепки вставляют
Рис, 117. Приспособление для крепления фирменной планки к корпусу.
1 — основание; 2 — оправка; 3 — винт
паунсон и развальцовывают ее сначала предварительно, а затем вторым пуансоном — окончательно.
Выводные концы статорной обмотки присоединяют к лепесткам неразъемным соединением — пайкой. Пайку производят оловяни-стым припоем ПОС-61. Флюс применяют бескислотный из канифоли и спирта.
В некоторых типах гиромоторов статоры крепят к крышкам неразъемными соединениями, для чего в крышках имеются специальные втулки, которые после насадки на них статоров развальцовываются (рис. 7, б и 7 в).
Разъемные резьбовые соединения
В гиромоторах, как и в других приборах, самое широкое применение нашли разъемные резьбовые соединения. Это объясняется простотой и надежностью соединения этого вида, удобством регулирования затяжки, а также возможностью разборки и повторной сборки соединения без замены деталей.
Резьбовые соединения гиромоторов обеспечивают правильную установку сопрягающихся деталей, относительную неподвижность 220
соёдйнйемых деталей, регулирование взаимного положения деталей и относительное перемещение деталей.
Основными деталями резьбовых соединений в гиромоторах являются винты и гайки с цилиндрической, метрической, с углом профиля 60° резьбой. Винты изготовляются на токарных автоматах с нарезанием резьбы резьбонарезным инструментом или для неособенно ответственных соединений высадкой с последующим накатыванием резьбы.
Резьбы на винтах не всегда бывают нарезаны точно, соосно с цилиндрической поверхностью винта, а поэтому не обеспечивают точного фиксирования деталей. Точность соединения деталей, не имеющих фиксирующих замков, определяется зазором между винтом и поверхностью проходного отверстия, величина которого зависит от диаметра винта.
Основным элементом, определяющим посадку резьбового соединения, является величина среднего диаметра. В гиромоторах применяют резьбы со скользящей посадкой; винт и гайка должны свинчиваться плотно на всей резьбовой части. Неправильный угол резьбы вызывает сопряжение витков не по всей поверхности, хотя во время завертывания и создается впечатление тугой резьбы. Погрешность шага резьбы на винте или гайке ведет к тому, что на 2—3 нитках свинчивание происходит легко, а дальше все туже и туже. Слишком свободная посадка резьбы вызывается уменьшенной рабочей поверхностью соприкасающихся витков; резьба при завинчивании перегружается, сминается, а иногда и срезается. При сборке гиромоторов важно осуществить резьбовые соединения с требуемыми зазорами, обеспечивающими надежное крепление, в особенности крышки к корпусу. При тряске, вибрации и толчках должен сохраняться необходимый натяг шарикоподшипников, обеспечивающий в значительной степени точность работы гиромотора. При сборке разъемных соединений в гиромоторах необходимо обратить внимание на плавность ввинчивания каждого винта или гайки. Если наблюдается любая ненормальность свинчивания, то винт или гайка должны быть заменены.
Резьбовые соединения в гиромоторах осуществляются с предварительной затяжкой, играющей существенную роль в повышении долговечности соединений и влияющей, как будет показано, на качество гиромотора. Предварительная затяжка выбирается такой, чтобы упругие деформации соединяемых деталей при установившимся режиме работы имели определенную величину.
§ 72. СБОРКА КРЫШКИ СО СТАТОРОМ
Крепление статора с обмоткой к крышке гиромотора конструктивно выполняется в основном двумя способами.
При первом способе крепление осуществляется путем напрес-совки статорной втулки отверстием на отлитую вместе с крышкой
221
втулку. Иногда для этой цели при отливке в крышку армируется втулка, изготовленная из нержавеющей стали (см. рис. 7, в).
В рассматриваемой конструкции крепление статора осуществляется неразъемным соединением. Обработка наружной поверхности втулки под посадку статора и отверстия втулки производится с одного установи при обработке замка крышки для посадки в корпус. При сборке крышки со статором последний отверстием втулки от руки насаживается на наружный диаметр втулки крышки. После этого индикатором с ценой деления в 0,001 мм проверяют биение пакета железа относительно замка крышки. Проверку производят в центрах на оправке, входящей без качки в отверстие втулки крышки. Если биение статора не превышает допустимого, то от руки допрессовывают статор на втулку. Затем снимают статор с крышкой с оправки и, не сдвигая статор с места, развальцовывают края втулки сначала предварительно, а затем окончательно развальцовкой, вращая ее на сверлильном станке. После развальцовки статор не должен провертываться на втулке, на краях последней не должно быть трещин и вмятин металла в отверстие втулки. Окончательно проверяются биение наружной поверхности статора, а также цилиндрической поверхности и торца замка крышки.
Кроме биения и качества крепления статора на втулке, проверяется сопротивление изоляции, отсутствие обрыва и короткозамкнутых витков в статорной обмотке. Проверку производят измерением фазовых токов, для чего статор с обмоткой вводится в цилиндр, изготовленный из железа Армко и имеющий размеры, соответствующие длине и наружному диаметру измеряемого статора с некоторым припуском. Затем три конца обмотки испытуемого статора подключают к сети переменного тока повышенной частоты и по амперметру, включаемому в каждую фазу, определяют фазовые точки при повороте цилиндра на 360°. Измеренные фазовые токи должны отличаться от установленного их среднего значения на допустимую величину.
При втором способе статор к крышке крепится винтами (рис. 118). Со статорной втулки снимают предохраняющий ее от коррозии слой смазки, калибруют резьбовые отверстия метчиком, тем самым прочищая резьбу от загрязнений, промывают зубной щеткой торец и резьбовые отверстия втулки бензином. Посадочную поверхность крышки также промывают бензином и сушат на воздухе до удаления запаха бензина.
По посадочной поверхности втулки статора подбирают крышку, обеспечивая плотную от руки посадку. Затем припаивают выводные концы статорной обмотки к выводным лепесткам; выводные концы натягиваются и располагаются по радиусу крышки при совмещении отверстий под винты крышки с отверстиями в статорной втулке. Сначала ввертывают винты предварительно во втулку статора; до этого резьбовая поверхность окрашивается нитроэмалью, что предохраняет от самоотвинчивания. Затем винты постепенно затягиваются. Винты необходимо затягивать крест-накрест и следить, 222
чтобы не перетянуть их, так как можно сорвать шлицы или резьбу. После затяжки винтов их контрят, окрашивая головки нитроэмалью.
Допустимая величина биения наружной поверхности пакета статора относительно замка крышки для корпуса гиромотора обеспечивается точным выполнением расточки под буртик втулки в крышке и точной шлифовкой наружной поверхности и торца буртика статорной втулки.
Рис. 118. Крепление статора к крышке.
1 — крышка; 2 — пакет статора; 3 — втулка; 4 — обмотка; 5 — выводные концы обмотки; 6 — лепесток выводной; 7 — изоляционная втулка;
8 — винт
После сборки статора с крышкой проверяется качество крепления, сопротивление изоляции, отсутствие обрыва и короткозамкнутых витков в статорной обмотке, и узел направляется на общую сборку.
§ 73. ОБЩАЯ СБОРКА
На общую сборку гиромотора в специальной таре поступают: корпус с законсервированными цапфами и подобранной к нему крышкой с прикрепленным статором с обмоткой; динамически сбалансированный ротор с надетыми на шейки осей внутренними кольцами шарикоподшипников и остальными деталями (сепаратором, шариками и наружным кольцом), завернутыми в безворсную бумагу; шарикоподшипниковые крышки с гайками; крепежные винты и др. Роторы и шарикоподшипники после удаления с них смазки нельзя хранить на воздухе более двух часов. Дальнейшее хранение должно быть в эксикаторе с селикагелем синего или сине-зеленого цвета.
Общая сборка гиромотора состоит из предварительной и окончательной.
223
Рис. 119 Пинцет.
1 — ножка из органического стекла;
2 — штифт; 3 — пружина
§ 74. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ СБОРКА
Предварительная сборка гиромотора заключается в Том, что дё-тали и узлы, скомплектованные для сборки определенного количества гиромоторов, проходят подборку. После подборки деталей и узлов записывают их номера, собирают гиромоторы и подвергают их предварительным испытаниям, при которых выявляются все дефекты, и прирабатывают шарикоподшипники.
Сборку начинают со снятия крышки с корпуса и прогонки в нем винтами резьбовых отверстий под крепежные винты. Подбирают шарикоподшипниковые крышки ввертыванием их в корпус и крышку. После прогонки резьб промывают бензином винты и резьбовые отверстия корпуса, гайки, подшипниковые крышки, протирают внутреннюю поверхность корпуса и просушивают детали на воздухе до полного удаления запаха бензина. Посадочные поверхности и резьбы просматривают под лупой с 6-кратным увеличением. При обнаружении забоин, раковин, срывов резьбовых ниток и других дефектов корпусы и крышки отбраковываются. Вынимают ротор и шарикоподшипники из эксикатора и промывают волосяной кисточкой в чистом авиационном бензине внутренние кольца шарикоподшипников и крепящие их гайки. Ротор просушивают на воздухе до удаления бензина, протирают его с внутренней и наружной стороны батистовой салфеткой, осматривают внутренние кольца шарикоподшипников на роторе. На них не должно быть трещин, площадок деформаций и других дефектов. Шероховатость поверхности не должна быть выше допустимой. Осмотр ведется под лупой с 6-кратным увеличением.
Ротор помещают на предварительно протертую подставку (см. рис. 105) открытой стороной вверх и устанавливают в него статор с крышкой. Наружное кольцо и сепаратор шарикоподшипника вынимают из бумаги и погружают их в ванну с бензином. Детали промывают последовательно в трех стеклянных или фарфоровых, закрывающихся сверху стеклянными пластинами, ванночках с бензином «Калоша» или Б-70. Детали держат пинцетом со специальными наконечниками (см. рис. 119). Наружные кольца и сепаратор просушивают на воздухе до испарения бензина. Для ускорения просушки детали обдувают воздухом из резиновых спринцовок. После промывки и просушки наружные кольца и сепаратор тщательно осматривают под лупой с 6-кратным увеличением, следя за тем, чтобы не было трещин, отслоений металла на беговой до-224
рожке, следов коррозии и других повреждений. Шарики промывают в специальных сетках (см. рис. 106) 5—6-кратным последовательным погружением в три ванны с бензином. После промывки детали просушивают воздухом из спринцовки, протирают безворсной бумагой и просматривают каждый шарик под лупой 6-кратного увеличения, следя за отсутствием площадок деформации, коррозии и других дефектов.
При наличии дефекта хотя бы на одном шарике шарикоподшипник бракуется, и ротор снова балансируется с другим шарикоподшипником.
Промытые и просушенные детали шарикоподшипника укладывают на салфетку
Рис. 120. Дозатор для смазки.
1 — головка; 2 — корпус;
3 — пружина; 4 — винт
Рис, 121. Державка из органического стекла для установки шариков в сепаратор
из лакоткани, на которую предварительно специальным дозатором (рис. 120) выдавливают 30—40 мг смазки ЦИАТИМ-202 и тщательно покрывают ею всю поверхность деталей шарикоподшипника.
Аналогично поступают и со вторым шарикоподшипником. Необходимо иметь в виду, как было выше сказано, что радиальноупорные шарикоподшипники выпускаются с невзаимозаменяемыми кольцами и шариками. Поэтому при монтаже шарикоподшипников нельзя допускать, чтобы их детали были перепутаны; не следует допускать, например, чтобы наружные или внутренние кольца или шарики одного шарикоподшипника были заменены кольцами или шариками другого.
Смазанный сепаратор с шариками устанавливают через отверстие в крышке под шарикоподшипник на внутреннее кольцо шарикоподшипника, насаженное и закрепленное гайкой до балансировки ротора, и при помощи специальной державки (рис. 121) помещают
15 с. А. Жолдак
225
Рис. 122. Схема зазоров в шарикоподшипнике
шарики на беговую дорожку .внутреннего кольца. Затем устанавливают наружное кольцо в гнездо под'шарикоподшипник крышки, досылая кольцо до упора ввертыванием специальной гайки; после того, как кольцо дойдет до упора, гайку вывертывают.
Монтаж внешнего кольца в гнездо/жрышки осуществляется подбором таким образом, чтобы оно входило без перекоса под нажимом большого' пальца правой руки. Если наружное кольцо установлено с перекосом, то дорожка качения сместится, шарики при движении получат переменную скорость и создадут (дополнительное давление на сепаратор, что может вызвать его поломку. Наружное кольцо не должно провертываться в гнезде.
Характер распределения напряжений внутри шарикоподшипника для внутреннего и наружного колец различен, поэтому, как правило, требуется различная посадка колец шарикоподшипника на шейку оси и в гнездо корпуса или крышки. Как было сказано в гл. 5, посадка шарикоподшипника на шейку осуществляется по системе отверстия, а в гнездо корпуса и крышки — по системе вала.
При установке шарикоподшипника на шейку или в гнездо корпуса или крышки со значительным натягом кольца шарикоподшипника деформируются, диаметр внутреннего кольца увеличивается, а наружного уменьшается. Вслед
ствие этого диаметральный зазор (рис. 122) между дорожками качения и шариками уменьшается от
e=D2~ {D1 + 2а!ш)
До
e1=Z)2—(Z)j + 2а!ш)
для случая напрессовки шарикоподшипника на шейку и до
для случая запрессовки шарикоподшипника в гнездо корпуса или крышки.
Здесь — диаметр беговой дорожки внутреннего кольца до и после напрессовки на шейку;
D2 — диаметр дорожки качения наружного кольца до и после запрессовки в гнездо.
Таким образом, при напрессовке шарикоподшипника с натягом радиальный зазор шарикоподшипника уменьшается на
е — ег=D'x—Dx—Д Dx.
226
Ориентировочно уменьшение зазора можно подсчитать по формуле
. п________0,8KdK
1~ d + 5,85(1 -Л2) ’
где h — теоретический натяг при посадке на вал;
К — — — коэффициент, изменяющийся от 0,9 до 0,7 в зави-dn симости от типа шарикоподшипника;
d — внутренний диаметр шарикоподшипника.
Считают, что изменение диаметров дорожек качения внутреннего кольца примерно равно 0,7, а наружного кольца — 0,8 фактического натяга.
Таким образом, если посадку обоих колец шарикоподшипника осуществить с соответствующим натягом, то вследствие увеличения диаметра внутреннего кольца и уменьшения диаметра наружного кольца шарики могут даже защемиться.
При эксплуатации гиромоторов кольца нагреваются. Внутреннее кольцо при этом нагревается несколько больше, чем наружное. Разность температур между кольцами в радиально-упорных шарикоподшипниках, как установлено опытным путем, не превышает 10°. Изменение температуры также влияет на величину радиального зазора шарикоподшипника. Уменьшение зазора от изменения температуры можно подсчитать по формуле, приведенной в гл. 4.
Посадка обоих колец с некоторым зазором недопустима, так как нельзя будет достигнуть необходимой точности центрирования и балансировки. Внутреннее и наружное кольца шарикоподшипника, находящегося под действием постоянной радиальной нагрузки, работают не в одинаковых условиях. У внутреннего кольца, вращающегося с ротором, дорожка качения изнашивается равномерно. В неподвижном, находящемся в гнезде корпуса или крышки кольце при дебалансе ротора, нагрузка все время воспринимается одним и тем же небольшим участком дорожки качения, которая постепенно разрушается. Для уменьшения износа необходима такая посадка неподвижного кольца в гнезде корпуса и крышки, при которой кольцо имело бы возможность незначительно повертываться.
После установки шарикоподшипника в гнездо крышки выемку в подшипниковой гайке заполняют смазкой ЦИАТИМ-202 на половину объема, распределяя смазку по стенкам, и слегка смазывают заходную часть резьбы в гайке. При постановке смазки в тюбиках ее верхний слой толщиной в 3—4 мм для смазки шарикоподшипников применять нельзя, так как в этом слое могут быть металлические частицы, появившиеся при вытяжке тюбика.
Вслед за этим ключом (рис. 123) ввертывают гайку со смазкой до упора в наружное кольцо шарикоподшипника. Ротор с крышкой перевертывают на подставке. Устанавливают сепаратор стариками, заправляя их специальной державкой в беговую дорожку внутрен-15* 227
него кольца, насаженного на|шейку ротора, со стороны корпуса. Вставляют в гнездо корпуса внешнее кольцо шарикоподшипника при помощи специальной гайки. Корпус с внутренним коль-
цом надевают на ротор с сепаратором и шариками и завертывают
до упора подшипниковую гайку, предварительно уложив в нее, до заполнения половины объема, смазку
Рис. 123. Специальный
ключ для завертывания подшипниковых гаек.
/ — ось; 2 — скоба; 3 и 4 — штифты
ЦИАТИМ-202.
Гиромотор перевертывают на подставке крышкой вверх; крышку повертывают в соответствии с чертежом, ослабив на 2—3 оборота подшипниковую гайку. Крышку устанавливают на замок корпуса до упора и скова подтягивают подшипниковую гайку. Затем крышку со статором привертывают к корпусу винтами, сначала ввернув их предварительно, а затем окончательно с необходимой затяжкой. Окончательную затяжку производят равномерно, завинчивая диаметрально противоположные винты. Подшипниковую гайку завертывают без усилий до упора. Можно ставить только те винты, которые плотно, без качки, завертываются до конца.
После предварительной сборки на гиромотор выписывается карта испытания, в которую вписываются порядковый номер гиромотора, выбитый на фирменной планке, номера шарикоподшипников, номер ротора, усилие посадки внутренних колец и другие необходимые параметры. В карте расписывается сборщик, собиравший гиромотор, после чего он
производит сам или передает гиромотор другому сборщику для регулирования натяга шарикоподшипников.
§ 75. РЕГУЛИРОВКА ОСЕВОГО ЗАЗОРА
Ответственным этапом, завершающим монтаж шарикоподшипниковых узлов гиромотора, является регулировка осевого зазора шарикоподшипников.
От правильной величины осевого зазора шарикоподшипников зависит не только их долговечность, но и точность показаний при» боров, в которых устанавливаются гиромоторы. Из теории работы гироскопа известно, что момент трения в шарикоподшипниках главных опор гиромотора Влияет только на мощность, затрачиваемую на вращение ротора, в то время как трение в шарикоподшип-
228
Рис. 124. Приспособление для проверки осевого зазора.
1 — корпус; 2 — индикатор
никах подвеса приводит к возникновению прецессионного движения, снижающего точность прибора. Зазор в шарикоподшипниках подвеса допустим, но в шарикоподшипниках гиромотора его необходимо сводить к возможному минимуму. Для обеспечения точности гироскопических приборов необходимо иметь в шарикоподшипниках подвеса возможно меньшее трение, а в шарикоподшипниках гиромотора должен отсутствовать осевой зазор. Таким образом, при сборке гиромоторов с радиально-упорными шарикоподшипниками осевого зазора — перемещения наружного кольца шарикоподшипника из одного положения в другое—в осевом направлении быть не должно, а должен иметься натяг.
При установлении величины осевого натяга следует учитывать изменение линейных размеров оси ротора и корпуса с крышкой в результате изменения температуры. Величина натяга должна быть в пределах, обеспечивающих нормальную работу и долговечность шарикоподшипника при разных температурах. В то же время при изменении температуры в главных опорах гироскопа не должны появляться осевые зазоры.
Регулировка натяга в гиромоторах с радиально-упорными шарикоподшипниками производится перемещением наружных колец в гнездах корпуса и крышек. Осевой зазор в гиромоторах с выступающими концами осей ротора и неразъемными шарикоподшипниками измеряют в специальном приспособлении (рис. 124). Регулировку производят регулировочными шайбами или гайкой.
В гиромоторах закрытой конструкции, в которых выступающих открытых концов осей нет, проверить величину осевого зазора шарикоподшипников трудно. Иногда при проверке осевого зазора ограничиваются проверкой легкости хода ротора в шарикоподшипниках, для чего раскручивают ротор и по характеру его вращения и остановки определяют зазор. При сильно затянутых шарикоподшипниках ротор вращается непродолжительно и останавливается сразу. При большом зазоре ротор вращается легко продолжительное время и останавливается постепенно. При наличии небольшого натяга ротор вращается ровно, издавая равномерный шум, вращение шарикоподшипников хорошего качества продолжается несколько минут и останов происходит со сравнительно быстрым падением скорости.
Распространенным способом определения осевого зазора является определение натяга по звуку простукиванием корпуса собранного гиромотора.
Определение натяга по звуку довольно просто, не требует
229
каких-либо приспособлений, и при достаточном опыте можно легко установить наличие или отсутствие натяга, но точно определить величину натяга не представляется возможным. При этом способе, после сборки гиромотора и затягивания подшипниковых гаек, по дну корпуса слегка ударяют суставом изогнутого указательного пальца. При наличии в шарикоподшипниках зазора корпус издает дребезжащий, быстро глохнущий звук. При наличии осевого натяга корпус издает чистый звук, который глохнет постепенно. Чем больше натяг, тем звук корпуса становится чище и продолжительнее. На чистоту звука, издаваемого корпусом, влияет ряд трудно учитываемых причин. Поэтому после установления этим способом, по опыту сборщика, осевого натяга его необходимо проконтролировать. Для этого проверяют надежность гиромотора при отрицательной температуре. Методика проверки гиромоторов при отрицательной температуре приведена в гл. 7. Натяг в этом случае проверяется по времени разгона и величине установившихся токов. Такая проверка не дает возможности точно установить величину натяга, но гарантирует от перетяжки шарикоподшипников. При перетяжке токи будут выше допустимых.
Наличие осевого зазора и перетяжки шарикоподшипников можно определить по скорости вращения ротора, времени выбега и температуре перегрева. Так, при больших величинах фазовых токов и повышенной температуре нагрева, малом числе оборотов ротора и малом времени выбега можно сказать, если нет других причин, что в этом гиромоторе шарикоподшипники затянуты свыше допустимой величины.
Для определения точной величины осевого натяга в закрытых конструкциях гиромоторов было разработано несколько основанных на разных принципах действия конструкций приспособлений. Из них более удачным является приспособление, основанное на деформации крышки, созданной при заранее установленных нагрузках, определяющих необходимый натяг шарикоподшипников.
На рис. 125 изображено одно из приспособлений, в котором производятся установка и регулировка осевого натяга шарикоподшипников в гиромоторах закрытых конструкций. Установка и регулировка осевого натяга состоят из трех приемов: определения жесткости крышки гиромотора и самого приспособления; допрессовки наружных колец шарикоподшипников до постоянных упоров торцов подшипниковых крышек и устранения скрытых зазоров; регулирования и установления необходимого осевого натяга шарикоподшипников.
При установлении необходимого натяга вначале определяют жесткость крышки и самого приспособления, для чего в тщательно протертый цанговый зажим приспособления вставляют выступающей частью корпуса с подшипниковой гайкой гиромотор. Затем поворотом гайки приспособления гиромотор, без деформации хвостовой части корпуса, плотно закрепляется в приспособлении в вертикальном положении, как показано на рисунке. На резьбовой 230
хвостовик подшипниковой крышки навертывают втулку со специальной гайкой и тросиком; тросик надевают на ролик приспособления. Устанавливают ножку миниметра с ценой деления в 1 мк и заранее известным измерительным усилием на крышку в точку,
Рис. 125. Приспособление для установки осевого натяга в гиромоторах.
1 — плита; 2, 3 и 15 — стойки; 4 — подставка; 5, 18, 34, 35 — штифты; 6 — рычаг; 7 — головка; 8 — заклепка; 9, 32 и 33 — гайки; 10 — кронштейн; 11, 12, 21, 26, 28 —винты; 13 — колонка; 14 — миниметр; 16 — хомутик; 17 — валик; 19 — ролик; 20 — иожка; 22 — плитка; 23 — винт специальный; 24 — барашек; 25 — шайба; 27 — цанга; 29 — шарикоподшипник; 30 — тросик; 31 — груз; 36 — ушко
на радиусе приблизительно 15 мм, посредине между любыми выводными лепестками. Эту точку отмечают, закрашивая ее красной или белой эмалью. При последующих измерениях и регулировках осевого натяга ножка миниметра должна устанавливаться в закрашенную точку. На противоположный конец тросика, на крючок, подвешивают подобранный для каждого типа гиромотора специ-
231
альный груз (с учетом измерительного давления миниметра) и фиксируют показания миниметра без груза и с грузом. По разности показаний миниметра, без груза и с грузом, определяют деформацию (жесткость) приспособления и крышки со всеми резьбовыми соединениями данного гиромотора. Далее устраняют скрытые зазоры в подшипниковых узлах, которые из-за плотных посадок и перекосов наружных колец шарикоподшипников в гнездах корпусов и крышек при сборке могут быть не обнаружены. При работе гиромотора, вследствие нагрева, эти скрытые зазоры вызовут увеличение осевого зазора в главных опорах гиромотора. Для устранения зазоров специальным ключом завертывают подшипниковую гайку, без контргайки, до упора, после чего ее повертывают еще на такой дополнительный угол, при котором крышка от появившегося дополнительного усилия получит прогиб по показанию миниметра в 10—15 мк. При таком дополнительном усилии полностью выбираются скрытые зазоры шарикоподшипников и досылается наружное кольцо шарикоподшипника к торцу подшипниковой крышки, завернутой в корпус. После этого вывертывают гайку, делая 0,5— 1 оборота, и нажимают на крышку с усилием, вызывающим перемещение крышки вниз на величину 8—10 мк (по показанию миниметра) для устранения возможного скрытого зазора от плотной посадки и перекосов наружного кольца шарикоподшипника, установленного в гнезде крышки. На крышку нажимают с помощью укрепленного на стойке приспособления рычага, имеющего с одной стороны V-образную форму и упирающегося в верхнюю часть крышки; другой стороной рычаг упирается шпилькой в выступ головки специального винта, ввернутого во втулку приспособления. При вывинчивании из втулки винта последний нажимает на шпильку рычага, а рычаг, в свою очередь, второй своей стороной нажимает на крышку. Таким образом, поворотом винта можно вызвать любую требуемую деформацию крышки гиромотора. Допускается на-крышку нажимать и пальцами руки с усилием, вызывающим деформацию крышки в 8—10 мк.
После устранения зазоров и полной уверенности в том. что наружные кольца шарикоподшипников плотно соприкасаются с торцами подшипниковых крышек, устанавливают необходимый для данного типа гиромотора осевой натяг шарикоподшипников. При установлении осевого натяга в гиромоторе на резьбовой хвостовик подшипниковой крышки,' как и при определении жесткости крышки и приспособления, навертывают втулку со специальной гайкой и тросиком. Тросик набрасывают на блоки приспособления; на второй конец тросика на крюк надевают груз, необходимый для данного гиромотора. При подсчете величины груза следует учитывать измерительное давление пружины миниметра, которое в среднем равно 300 Г. Ножку миниметра устанавливают в окрашенную при определении жесткости крышки точку на крышке и фиксируют изменение показаний миниметра в микронах до и после подвешивания груза. Величина деформации крышки в микронах 232
будет равна разности зафиксированных показаний миниметра и показаний, полученных при определении жесткости приспособления и крышки. Крышка и будет нажимать на наружное кольцо шарикоподшипника, создавая в осевом направлении натяг шарикоподшипников, равный величине подвешиваемого груза.
За показание миниметра под действием груза берется его максимальное показание при плавном опускании груза. Для проверки правильности отсчета рукой нажимают дополнительно на крышку и отмечают изменение показания миниметра при снятии этой дополнительной нагрузки. Если разность показаний миниметра до приложения дополнительной нагрузки и после ее снятия окажется больше, чем на 0,5 мк, приемы для установления величины натяга необходимо повторить.
Если разность показаний укладывается в 0,5 мк, груз снимают с крюка и свинчивают втулку с тросиком с хвостовика подшипниковой гайки, навинчивая на нее контргайку. Подшипниковая гайка должна быть закреплена в крышке гиромотора контргайкой таким образом, чтобы окончательно установленная величина натяга (в микронах) не отличалась от требуемой более чем на + 0,5 мк. После затяжки контргайки, не вынимая гиромотор из цанги и не отводя ножку миниметра с крышки, несколько раз нажимают на крышку рукой. Показания миниметра до приложения и после снятия усилия не должны отличаться больше чем на + 0,5 мк. В противном случае затяжку для получения осевого натяга необходимо произвести снова.
Так как при изменении температуры линейные размеры корпуса и крышки изменяются, то установление осевого натяга должно производиться при нормальной температуре, равной 20°, или температуре, оговоренной техническими условиями на данный тип гиромотора. Гиромоторы перед установлением в них осевого натяга должны выдерживаться в данном помещении не менее одного часа. Температура, при которой устанавливался осевой натяг, и величина натяга записываются в карту испытаний.
После проверки правильности установления осевого натяга и его стабильности ножку миниметра отводят в сторону, отвертывают гайку цангового зажима приспособления, снимают гиромотор и укладывают его в специальную тару с крышкой.
В некоторых конструкциях гиромотора осевой натяг осуществляется специальной пружиной, упирающейся одной стороной в буртик специальной втулки, а второй — в подшипниковую гайку, ввернутую в корпус гиромотора. Втулка может свободно перемещаться в подшипниковом гнезде и поджимается буртиком с усилием, создаваемым пружиной, к торцу наружного кольца шарикоподшипника, которое, в свою очередь, под действием этого усилия перемещается в подшипниковом гнезде корпуса, перемещая ротор в сторону крышки. Таким образом, спиральная пружина при работе гиромотора устраняет зазоры и создает осевой натяг необходимой величины. Для придания пружинам стабильности их, кроме
233
термической обработки, подвергают заневоливанию, заключающемуся в том, что пружину сжимают до соприкосновения витков и в таком виде выдерживают в течение 24 час.
Выбирая величину осевого натяга шарикоподшипников, необходимо учитывать изменение размеров деталей и узлов гиромотора в собранном виде, при работе, от нагрева, а также работоспособность шарикоподшипников при принятом осевом натяге. Осевой зазор в главных опорах гироскопа недопустим.
§ 76. ПРОВЕРКА БАЛАНСИРОВКИ ГИРОМОТОРОВ
Установив необходимый натяг шарикоподшипников гиромотора, на балансировочной машине той же конструкции, на которой производилась балансировка ротора, в специальной рамке, как описано в главе 5, проверяют величину неуравновешенности в собранном гиромоторе. Проверку можно производить и на балансировочной машине другого типа, но имеющей точность не ниже той, на которой производилась балансировка ротора. При проверке неуравновешенности ротора в собранном гиромоторе необходимо иметь в виду, что, несмотря на самую тщательную балансировку ротора в рамке, при сборке гиромотора с этим ротором точность балансировки будет уже другой, так как меняется посадка наружных колец шарикоподшипников, изменяется осевой, а следовательно, и радиальный зазоры, изменяется соосность посадочных поверхностей в корпусе и крышке. Имеется ряд других причин, влияющих на уравновешенность ротора в собранном гиромоторе.
Прежде чем приступить к проверке неуравновешенности гиромотора, проверяют чувствительность балансировочной машины эталонным ротором по методике, описанной в гл. 5. Определив чувствительность балансировочной машины, на раму последней устанавливают собранный гиромотор и в обмотку статора подают напряжение через клеммы машины от высокочастотного генератора. Включая пусковую кнопку балансировочной машины, приводят во вращение ротор гиромотора и после того, как число оборотов ротора превысит соответствующее резонансной частоте, выключают кнопку, тем самым снимают напряжение со статорной обмотки. Число оборотов ротора снижается; величину неуравновешенности по шкале машины проверяют при числе оборотов, соответствующем резонансной частоте, сначала со стороны крышки, а затем со стороны корпуса по методике, описанной в гл. 5.
Величина неуравновешенности ротора в собранном гиромоторе допускается большей, чем при балансировке ротора, но должна соответствовать техническим условиям. Если неуравновешенность ротора в собранном гиромоторе выше допустимой, то гиромотор подлежит разборке. Ротор должен быть подвергнут дополнительной балансировке отдельно в рамке, после чего гиромотор собирают вновь, устанавливают натяг и проверяют неуравновешенность ротора в собранном гиромоторе. Проверив неуравновешенность ро
234
тора, гиромоторы, признанные годными, укладывают в тару и переносят в помещение контрольно-испытательной станции для проведения 6-часовых предварительных испытаний, описанных в гл. 7.
Гиромоторы, у которых после предварительных 6-часовых испытаний все параметры оказались в пределах требований технических условий, снова подвергаются проверке на балансировочной машине для установления сохранения уравновешенности ротора. Неуравновешенность в гиромоторах после 6-часовых испытаний проверяется таким же образом, как и после сборки: сначала проверяется чувствительность машины, затем проверяется уравновешенность ротора сначала со стороны крышки, а затем — со стороны корпуса. Величина неуравновешенности может быть немного больше, чем до испытания, но должна укладываться в величину, указанную техническими условиями.
Если при проверке неуравновешенность окажется больше допустимой, то гиромотор подвергается переборке, выявляются причины увеличения неуравновешенности, ротор дополнительно балансируется. После устранения причины появления увеличенной неуравновешенности гиромотор собирается обычным порядком. Как правило, в гиромоторах, проходящих повторную сборку, меняют шарикоподшипники. У прошедших проверку и уложившихся в пределы допустимой неуравновешенности гиромоторов определяют стабильность, в процессе 6-часовых испытаний, величины осевого натяга. Для этого гиромотор помещают в то же приспособление, в котором устанавливался натяг. Ножку миниметра помещают в отмеченную точку на крышке, отпускают контргайку и подшипниковую гайку со стороны крышки и фиксируют показания миниметра. Расхождения в показаниях миниметра при установлении натяга и после 6-часовых испытаний должны составлять величину, не превышающую установленную для данного типа гиромотора техническими условиями.
Если разница получится значительной, то это указывает на увеличение или уменьшение натяга во время работы гиромотора, следовательно, натяг нестабилен. Причина нестабильности натяга должна быть выяснена и устранена.
В большинстве случаев причиной уменьшения натяга является частичное отвинчивание резьбовых соединений подшипниковых гаек и винтов, крепящих крышку к корпусу. В силу этого резьбам в гиромоторах уделяется особое внимание. Резьбовые соединения подшипниковых гаек с резьбами в гнездах корпуса и крышки должны быть при сборке притерты друг к другу, что достигается ввинчиванием и вывинчиванием гаек по несколько раз. Контргайка также должна быть притерта. Предварительная притирка сглаживает гребешки, полученные в процессе нарезания резьбы, и тем самым устраняет их смятие при затяжке гаек. Необходимо обращать внимание и'на’плотность ввинчивания винтов, крепящих крышку к корпусу. Винты должны, как было сказано выше, завинчиваться пр всей длине резьбового соединения плотно.
235
Устранение осевого натяга, как и его установление, должно производиться тогда, когда гиромоторы остынут до нормальной температуры. У гиромоторов, у которых уменьшился натяг шарикоподшипников, выявляют причину этого, и только после устранения причины уменьшения натяга гиромоторы поступают на повторную сборку и испытания.
§ 77. РАЗБОРКА
После 6-часовых испытаний, проверки осевого натяга и дебаланса гиромоторы подвергаются разборке. Перед разборкой гиромоторы протирают батистовой салфеткой, устанавливают крыш-
Рис. 126. Приспособление для снятия крышки с корпуса при разборке гиромотора.
/ и 2 — упоры; 3 — гайка ложная; 4 — втулка; 5 — винт; 6 — рукоятка; 7 — штифт
кой на подставку и ослабляют подшипниковую гайку со стороны корпуса. Затем гиромотор перевертывают на подставке крышкой вверх, вывертывают из корпуса винты, крепящие крышку, вывертывают подшипниковую гайку и при помощи специального приспособления (рис. 126) вынимают крышку со статором из замка корпуса гиромотора. Снимают приспособление, ввертывают снова подшипниковую гайку в гнездо крышки и вынимают крышку со статором и ротором из корпуса вместе с шарикоподшипником. Затем снимают сепаратор с шариками с внутреннего кольца шарикоподшипника и погружают их в ванночку с бензином. Устанавливают крышку на подставку ротором вниз, вывертывают подшипниковую гайку из крышки, от руки перемещают крышку до упора в торец и снимают
236
крышку с ротора. Из гнезда крышки при помощи оправки (рис. 127) осторожно вынимают наружное кольцо с сепаратором и шариками, снимают их с оправки и погружают во вторую ванночку с бензином. Из гнезда корпуса вывертывают подшипниковую гайку, вынимают осторожно наружное кольцо шарикоподшипника и погружают его в первую ванночку с бензином, куда были ранее помещены сепаратор и шарики. Детали шарикоподшипников тщательно промывают и осматривают вначале без лупы, а затем под лупой с 6-кратным увеличением осадок, оставшийся после промывки. Если в осадке обнаруживаются металлические частицы, то детали шарикопод-
Рис. 127. Оправка для выталкивания наружного кольца шарикоподшипника
шипника тщательно осматриваются под бинокулярной лупой, причем проверяют отсутствие вмятин на шариках, отслоений металла на беговых дорожках и других дефектов у всех деталей шарикоподшипника.
Детали гиромоторов промывают, протирают и осматривают все посадочные поверхности и резьбовые соединения. Детали, которые должны находиться на воздухе более двух часов, хранятся в эксикаторе с прокаленным селикагелем.
Гиромоторы, успешно прошедшие 6-часовые испытания и разобранные после них, подвергаются окончательной сборке из тех же деталей.
§ 78. ОКОНЧАТЕЛЬНАЯ СБОРКА
Перед окончательной сборкой гиромоторов проверяют надежность крепления внутренних колец шарикоподшипников на шейках оси ротора гайками и законтривают их окончательно. Промывают в бензине внутренние кольца на роторе, протирают их и тщательно осматривают еще раз в Лупу с 6-кратным увеличением, проверяя отсутствие забоин и др. Затем ротор устанавливают на подставку открытой стороной вверх, промывают посадочные поверхности крышки салфеткой, увлажненной бензином, и устанавливают крышку со статором на ротор. Последовательность операций всей
237
дальнейшей сборки гиромоторов та же, как и при предварительной сборке.
Особое внимание при окончательной сборке следует уделять монтажу и смазке шарикоподшипников. Все детали шарикоподшипников перед сборкой необходимо еще раз осмотреть в лупу с 6-кратным увеличением для проверки отсутствия в них каких-либо дефектов. Смазку необходимо закладывать в точно дозированных количествах, помня, что излишек смазки может отрицательно сказаться на работе гиромотора, как и ее недостаточное количество. Для смазки сепаратора и шариков радиально-упорных шарикоподшипников с внутренним диаметром, равным 5 мм, закладывают 30—40 мг смазки, а в подшипниковые крышки — половину объема выточки, располагая смазку равномерно по стенкамвыточки крышки и сосредоточивая большую ее часть на дне.
При окончательной сборке все винты, крепящие крышку к корпусу, ставят для предохранения от самоотвинчивания на нитроэмали красного цвета. Подшипниковые гайки в местах соединения с корпусом закрашивают в нескольких точках нитроэмалью красного же цвета.
После окончательной сборки в гиромоторах устанавливают натяг шарикоподшипников в приспособлении, описанном в разделе о предварительной сборке; однако при установке в окончательно собранных гиромоторах положение подшипниковой гайки и контргайки после затяжки фиксируется по отношению к крышке риской, а гайку и контргайку совместно с торцом крышки покрывают нитроэмалью красного цвета.
Окончательно собранные гиромоторы с установленным натягом поступают для проверки неуравновешенности ротора на балансировочную машину, у которой вначале проверяют чувствительность эталонным ротором или эталонным гиромотором. Проверку неуравновешенности производят при числе оборотов, соответствующем резонансной частоте, со стороны крышки и со стороны корпуса. В случае неуравновешенности, превышающей установленную технологическим процессом, производят дополнительную балансировку ротора способом, описанным в гл. 5.
Установление осевого натяга и проверка неуравновешенности в гиромоторах после окончательной сборки являются окончательными контрольными операциями, поэтому обычно эти параметры устанавливаются и проверяются представителем ОТК и сборщиком; данные проверки записывают в испытательную карту или журнал.
После проверки неуравновешенности гиромоторы поступают на контрольно-измерительную станцию для окончательной проверки всех параметров, что описано в гл. 7.
ГЛАВА СЕДЬМАЯ
ИСПЫТАНИЯ ГИРОМОТОРОВ
§ 79. ВИДЫ ИСПЫТАНИЙ
При изготовлении гиромоторов установлены следующие испытания:
Предварительные испытания, которые проводятся после предварительной сборки, заключающиеся в определении: а) омического сопротивления; б) сопротивления изоляции; в) направления вращения; г) времени разгона гиромотора; д) силы тока в трех фазах; е) скорости вращения ротора; ж) потребляемой мощности; з) времени выбега; и) перегрева обмотки статора.
Кроме проверки этих основных параметров, гиромоторы в течение 6 часов непрерывно вращают при нормальном числе оборотов с целью выявления дефектов, имеющихся в деталях и узлах, а также для приработки шариков к беговым дорожкам шарикоподшипников. Предварительным испытаниям подвергается каждый гиромотор; они проводятся совместно работниками отдела технического контроля и цеха.
Повторные испытания, которые проводятся после окончательной сборки гиромотора по программе предварительных испытаний по пунктам в, г, д, е, з, и. Повторные испытания проводятся при непрерывном вращении гиромотора с нормальным числом оборотов в течение 3 час. с целью окончательного выявления дефектов деталей и узлов и окончательной приработки шарикоподшипников. Они проводятся работниками отдела технического контроля, и все измерения заносятся в карту испытаний.
Контрольные испытания проводятся работниками отдела технического контроля; им подвергается каждый окончательно собранный и прошедший 6-часовые предварительные и 3-часовые повторные испытания гиромотор. При проверке определяются качество отделки (внешний вид), омическое сопротивление обмотки статора, сопротивление изоляции, электрическая прочность изоляции, направление вращения, сила тока, скорость вращения, время выбега, остаточная неуравновешенность.
Кроме проверки по перечисленным пунктам технических'условий, учитываются показания, полученные при повторных испыта
239
ниях, и, если хотя бы один из перечисленных выше параметров гиромотора не удовлетворяет требованиям технических условий, гиромотор бракуется. Результаты заводских контрольных испытаний заносятся в паспорт (табл. 12), с которым гиромотор и поступает к потребителю.
Таблица 12
Паспорт на гиромотор
Заводской №— Завод-изготовитель — Напряжение, в № подшипников Частота, гц Дата выпуска смазки Дата выпуска гиромотора № паспорта на смазку
Ks п. п. Наименование параметров Единица измерения По Т.У. Резул йены заводских ьтаты ганий контрольных
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Внешний осмотр (соответствие чертежам, качество сборки) . . . Сопротивление обмотки статора в холодном состоянии: «1-2 «2-3 «3-1 Сопротивление изоляции . . . Электрическая прочность изоляции Направление вращения .... Сила тока в фазах через 1,5 мин.: В 1-й фазе Во 2-й » В 3-й » Сила тока в фазах через 10 мин.: В 1-й фазе Во 2-й » В 3-й » Скорость вращения ротора . . Остаточный дебаланс Р|б. об. Время выбега ом ом ом мегом в а а а а а а об/мин Гем2 Гем2 мин. Соответственно По стр.
Дата испытаний Представитель ОТ К
Типовые испытания проводятся при выпуске вновь разработанного гиромотора, освоении изготовления на другом заводе, внесении принципиальных изменений в конструкцию или технологию изготовления. Типовые испытания могут включать не все пункты типовых испытаний; они могут производиться один раз в оговорен
240
ные в технических условиях сроки при серийном или массовом производстве. Для типовых испытаний отбираются гиромоторы, прошедшие заводские испытания, от партий и в количествах, оговоренных в технических условиях.
Результаты типовых испытаний гиромоторов заносятся в специальный журнал и протокол типовых испытаний. В проведении типовых испытаний, помимо работников отдела технического контроля и лабораторий, участвуют представители заказчика. Протоколы испытаний являются основными документами, по которым принимается и утверждается тип гиромотора и которые служат основанием для дальнейшего изготовления при проведении испытаний гиромоторов серийного производства.
Перечисленные выше виды, порядок и пункты испытаний гиромоторов обычно оговариваются в технических условиях и инструкциях для данного типа. Кроме порядка испытаний и приемки гиромоторов, в технических условиях указывается порядок утверждения чертежной и технической документации, в том числе и порядок утверждения разработанного технологического процесса. Оговаривается порядок разрешения незначительных отступлений от чертежей и технических условий в процессе производства, а также порядок изменения чертежей и технологического процесса.
В технических условиях указываются общие и специальные требования, антикоррозионные покрытия и смазки, методика испытаний, правила приемки и требования к хранению и упаковке гиромоторов.
В общих технических требованиях к гиромоторам должны быть оговорены порядок применения материалов, полуфабрикатов и крепежных деталей. Указываются методы предохранения от самоот-винчивания резьбовых соединений, требования к неразъемным соединениям и отделке поверхностей гиромоторов. В специальных требованиях указываются электрические, климатические и механические требования, которым должны удовлетворять в эксплуатации и при испытании гиромоторы.
§ 80. ПРИБОРЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ГИРОМОТОРОВ
Проверка и приемка гиромоторов при всех видах испытаний должны производиться приборами соответствующего класса точности с паспортами их проверки. Испытание и контроль гиромоторов производятся на пультах, установках, обеспеченных электроизмерительными или другими приборами.
Основными электроизмерительными приборами, включаемыми в схемы пультов и установок при испытании гиромоторов, являются амперметры, вольтметры, частотомеры, ваттметры и стробоскопы.
При контрольных и типовых испытаниях для измерения напряжения 3-фазного переменного тока обычно применяется вольтметр со шкалой 0—50 в с погрешностью не выше 2,5% на частоте 400— 500 гц.
’/4! 6 С А. Жолдак
241
Силы тока измеряются амперметрами со шкалой 0—1 а, имеющими погрешность не выше 2,5% на частоте 500 гц.
Потребляемая мощность при минимальном напряжении измеряется ваттметрами, имеющими погрешность не выше 2,5% на частоте 500 гц.
Наиболее употребительными приборами являются приборы переменного тока термоэлектрической, детекторной и электромагнитной систем. Чаще всего применяются детекторные вольтметры класса 2-го типа «Герц-Универсаль» и более точные класса 0,5, разработанные заводом «Точэлектроприбор» на калиброванную частоту 400 и 500 гц типа Д-525. Применяются амперметры класса 1-го электродинамические типа Э-51 и более точные класса 0,5 на калиброванную частоту 400 и 500 гц завода «Точэлектроприбор» типа Д-526.
Частота 3-фазного переменного тока при определении скорости вращения ротора гиромотора с основной погрешностью 0,5% измеряется камертонным частотомером типа В-10 со шкалой 495— 505 гц класса 0,5. Другие параметры гиромоторов с погрешностью в 2,5% со шкалой от 450—550 гц измеряются частотомером типа Д-506/4.
Сопротивление изоляции в нормальных условиях измеряется мегомметром типа М-1101, обеспечивающим номинальное испытательное напряжение 500 в постоянного тока со шкалой, обеспечивающей измерение сопротивления величиной 20 мегом с точностью ± 10%.
Сопротивление изоляции при повышенной относительной влажности до 95 +3% измеряют мегомметром, обеспечивающим номинальное испытательное напряжение 100 в постоянного тока со шкалой, обеспечивающей измерение сопротивления величиной 2 мегом с точностью +10%.
Омическое сопротивление обмотки статора измеряется приборами, дающими погрешность не более 1%. Обычно применяются мосты Витстона типа УМВ-49.
Для измерения прочности изоляции применяется установка с номинальным испытательным напряжением 500 в переменного тока, частотой 50 гц, мощностью не менее 0,5 ква. Использование установки большей мощности нежелательно, так как при возникновении пробоя изоляции даже вследствие случайной и легко устранимой небрежности, допущенной при сборке гиромотора, возникающая мощная искра производит в гиромоторе большие разрушения, часто неисправимые. При применении источника высокого напряжения мощностью 0,5 ква пробой изоляции обычно не вызывает повреждений, и после обнаружения места пробоя и устранения его случайной причины гиромотор может быть признан годным к выпуску после повторного испытания. Напряжение поднимается плавно или ступенчато от нуля до номинального значения и плавно или ступенчато снижается до нуля. Величина ступени не должна превышать 30 в.
242
г з
Рис. 128. Принципиальная электрическая схема испытаний прочности изоляции переменным током
I, Принципиальная электрическая схема одной из установок для I 1 испытания прочности изоляции переменным током изображена на I рис. 128. Установка состоит из трансформатора /, регулировочного | сопротивления 4, сопротивления 6, вольтметра 7, амперметра 5, сигнальной лампы 3, выключателя 2, плиты 8 и камеры для испы-|таний 9.
Трансформатор должен иметь мощность не менее 0,5 ква. Регулировочное сопротивление 4 обеспечивает плавное изменение напряжения. Сопротивление 6 ограничивает силу тока во вторичной цепи трансформатора. Вольтметр и амперметр должны обладать точно-’ стью не ниже класса 2,5. Шкала | вольтметра градуируется с учетом сопротивления 6.
Плита изготовляется из токо-Л проводящего материала, обеспечи-I вающего надежный электрический
!' । контакт с корпусом испытуемого
• гиромотора. Конструкция камеры
I должна обеспечивать возможность
удобного и безопасного наблюде-4 ния за испытанием гиромоторов.
I Камера имеет дверь, при открыва-
нии которой испытательная установка автоматически выключается.
Скорость вращения ротора ги-. ромотора должна измеряться при-
j борами, обеспечивающими измере-
| ние скорости вращения с погреш-
i ностью +150 об/мин, указанной в
5 | ный тип гиромотора. Для этой цели применяются электронные
! стробоскопы типа СТ-4 со шкалой от 0—100 000 об/мин или типа
• 1200-Д фирмы Дау.
! Электронные стробоскопы состоят из задающего генератора и генератора световых импульсов (неоновая или ртутная лампа). Частота колебаний задающего генератора, а следовательно, и ча-1 стота световых импульсов регулируются включением и выключе-11 нием посредством импульсов управления конденсатора (при грубой : ] настройке). Точная настройка производится изменением полярности сетки тиратрона. Продолжительность светового импульса । может быть от 5 до 10 мк-сек. Шкала стробоскопа обычно градуи-I руется в герцах и числах оборотов в минуту.
| § 81. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ШЕСТИЧАСОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ
I Собранные предварительно гиромоторы с установленным не-I обходимым осевым натягом, проверенные на величину неуравнове-I шенности ротора на балансировочной машине, укладывают в спе-циальную тару и выдерживают в течение 1—1,5 часа в помещении
з 4 16* 243
технических условиях на дан-
контрольно-испытательной станции, после чего измеряют омическое сопротивление обмотки статора. Для этого каждые две фазы обмотки поочередно подключают к клеммам мостика и по его показаниям определяют сопротивления фаз и разность сопротивлений между фазами. Если температура окружающего воздуха отличается от + 20°, то сопротивление обмотки статора пересчитывается по формуле
п п 255
Н9П—Нт------- ОМ,
20 т 235 4- Т
где /?20 — сопротивление обмотки при температуре +20°;
RT— измеренная величина сопротивления при температуре Т;
Т — температура окружающего воздуха в °C. при которой произведено измерение RT.
Гиромоторы, у которых статорная обмотка имеет сопротивление, отличающееся от указанного в чертеже, не должны поступать на дальнейшие испытания.
После измерения омического сопротивления обмотки статора проверяют сопротивление ее изоляции и сопротивление изоляции всех токоведущих частей гиромотора относительно корпуса мегомметром, развивающим при вращении ручки напряжение 500 в постоянного тока. При измерении одну клемму мегомметра соединяют с одним из концов статорной обмотки; другой конец обмотки соединяют с корпусом гиромотора. Величину сопротивления изоляции отсчитывают по шкале мегомметра. Сопротивление обмотки статора и всех токоведущих частей относительно корпуса не должно быть ниже указанных в технических условиях для данного типа. Длительность испытания должна быть не менее Зсек. Гиромоторы, величина сопротивления изоляции обмоток которых не соответствует требованиям технических условий, бракуются.
Проверенные гиромоторы, у которых величина омического сопротивления и сопротивления изоляции соответствует требованиям технических условий, устанавливаются на специальный пульт, схема которого показана на рис. 129, для дальнейшей проверки номинальных данных обкатки шарикоподшипников и выявления возможных дефектов.
Пульт состоит из каркаса, в котором находятся для крепления гиромоторов гнезда (в них гиромоторы устанавливаются горизонтально); статорные обмотки испытуемых гиромоторов подключаются параллельно к сети пульта, питаемого от специального высокочастотного генератора. Технологическими концами или специальными зажимами гиромоторы подключают к клеммам пульта.
Определяя правильность подключения статорной обмотки к соответствующим клеммам пульта, при пуске замечают через отверстие в корпусе направление вращения ротора, который должен вращаться по часовой стрелке, если смотреть в отверстие задней стенки корпуса гиромотора.
244
245
На пульте гиромоторы подключаются к напряжению последовательно не менее чем через 5 сек., в строго определенном порядке, и при работе измеряют их остальные параметры согласно техническим условиям.
Время разгона гиромотора
Для определения времени разгона необходимо в момент подачи гиромотору напряжения заметить по секундомеру время и по прошествии 4 мин. работы гиромотора измерить силу тока в одной из его фаз. Силу тока измеряют у всех подключенных к пульту гиромоторов последовательно, включая амперметр в цепь каждого из них.
После 20 мин. работы гиромотора измеряют силу тока в той же фазе. Величина тока, полученная при первом измерении, не должна превышать силу тока, полученную при втором измерении более чем на 10%. Если величина тока будет отличаться больше, чем на 10%, то гиромотор считается неудовлетворительно разгоняющимся и бракуется. Ток в гиромоторах измеряется в той же последовательности, в какой гиромоторы были подключены на пульте под напряжение. Разрыв- 5 сек. между подключениями гиромоторов, осуществляемый включением амперметра в фазы обмотки трехполюсным рубильником, необходим для измерения токов в фазах.
Измерение силы тока в трех фазах гиромотора
В гиромоторах, которые нормально разогнались через 20 мин. после включения, измеряют силу тока во всех трех фазах; при определенном напряжении сила тока должна быть не более указанной в технических условиях. Гиромоторы, у которых величина
силы тока не соответствует требуемой, к дальнейшим испытаниям не допускаются. Выявляются причины, приведшие к этому виду брака.
Скорость вращения ротора гиромотора
После измерения тока во всех трех фазах открывают одно окно в корпусе гиромотора и измеряют скорость вращения ротора. Перед измерением числа оборотов ротора устанавливают по приборам: по вольтметру—необ-
Рис. 130. Схема электроопти-
комеханического тахометрического стробоскопа
ходимую величину напряжения и по частотомеру — частоту, погрешность которой не должна быть выше 5%.
Скорость вращения ротора измеряется тахометрическим стробоскопом (рис. 130) следующим образом: стробоскопический диск 1, имеющий смотровую щель 2, приводится в быстрое вращение с по-
246
стоянкой скоростью электродвигателем 3, На роторе делается, как описано в гл. 5, перед повторной окраской специальная спираль, на которую и наводят луч света от лампы накаливания; луч попадает через линзу 4 на шкалу 5. Увеличенное изображение шкалы видно в зеркале 6. Таким образом, одновременно наблюдают за шкалой в зеркале и через две противоположные смотровые щели за спиралью ротора, освещенную через линзу 7. Регулированием скорости вращения электродвигателя добиваются совпадения числа оборотов стробоскопа и ротора, которое будет при кажущейся остановке ротора. В этот момент отсчитывают показание по шкале стробоскопа.
При измерении скорости вращения электронным стробоскопом наводят световой луч на спираль, нанесенную на роторе, и вращают ручку, настраивая генераггор на необходимую частоту, при которой ротор будет казаться остановившимся. В этот момент отсчитывают показание по шкале в оборотах.
Мощность, потребляемая гиромотором
Потребляемую мощность измеряют не ранее чем через 20 мин. после начала работы гиромотора при рабочем напряжении двумя ваттметрами, включенными в фазы обмотки по схеме Арона. При измерении мощности необходимо следить за показаниями вольтметра и частотомера, которые должны укладываться в пределы, предусмотренные техническими условиями.
Обкатку гиромоторов производят в течение первого часа при нормальном напряжении и частоте, в течение второго часа — при максимально возможном при эксплуатации напряжении и той же частоте и так чередуют в течение 6 час. испытания. Некоторые гиромоторы обкатываются в течение 6 час. без изменения напряжения и частоты.
В процессе обкатки периодически следят за работой каждого гиромотора, измеряя токи в каждой фазе обкатки амперметром, прощупывая корпус для определения его нагрева, измеряя шум шарикоподшипников, для чего один конец палочки или карандаша прикладывают к корпусу в местах расположения шарикоподшипников, а другой конец — к уху. Шум должен быть однотонным без периодических толчков. Глухой прерывистый шум указывает на то, что шарикоподшипник загрязнен; свистящий звук — на то, что шарикоподшипник смазан недостаточно. Прослушивая шарикоподшипниковый узел, необходимо учитывать специфику работы узла и характер шума при его работе; при известном навыке прослушиванием можно легко выявить ненормально работающие шарикоподшипниковые узлы.
При обкатке в начальный период времени происходит некоторое повышение температуры шарикоподшипникового узла, которое при хороших изготовлении шарикоподшипника, деталей узла и его сборке обычно должно прекратиться через некоторое время
247
работы гиромотора. Температура узла должна понизиться и держаться на одном уровне. Если температура повышается резко, следует испытания гиромотора прекратить и определить причину, вызвавшую повышение температуры шарикоподшипникового узла.
При правильной сборке гиромотора токи в фазах обмотки в начале испытаний будут несколько повышенными; в процессе дальнейшей работы они должны снизиться до некоторой установившейся величины. Если токи в процессе работы неуклонно возрастают, необходимо испытания прекратить и выяснить причину ненормальной работы гиромотора.
Перед окончанием испытания в течение последнего часа снова измеряют токи в каждой фазе обмотки и число оборотов каждого гиромотора. В момент отключения статорных обмоток от сети измеряют их омическое сопротивление, что необходимо для определения перегрева обмотки статора.
Перегрев обмотки статора гиромотора
Определяя перегрев, измеряют омическое сопротивление обмотки статора сразу же после отключения гиромотора на мостике, в той же фазе обмотки, в которой производилось измерение в холодном состоянии, и температуру перегрева подсчитывают по формуле
Т= (235 + + t2,
Kx 1-2
где Яг12 — сопротивление двух фаз обмотки статора, измеренное в момент выключения гиромотора;
Т — температура перегрева обмотки статора, °C;
Rxl_2 — сопротивление двух фаз обмотки статора, измеренное перед началом испытаний гиромотора;
/j — температура окружающей среды при измерении сопротивления /?Л1_2;
t2 — температура окружающей среды при измерении обмотки
Температура перегрева не должна превышать указанной в технических условиях.
Время выбега гиромотора
Время выбега измеряется в конце 6-часовых испытаний у гиромотора, находящегося в горячем состоянии. У некоторых типов гиромоторов выбег измеряется, когда гиромотор находится в холодном состоянии. В этом случае гиромоторам, прошедшим 6-часовые испытания, дают остыть в течение не менее 1,5 часа при нормальной окружающей температуре; после остывания гиромоторы снова последовательно через 5 сек. подключают к нормальному напряжению и после 20 мин. работы определяют время выбега каждого из 248
Них. Определяя выбег, .фиксируют точно время отключения обмоток статора от сети и время полного останова ротора гиромотора. Таким образом, время вращения ротора без питания электрической энергией и будет равняться выбегу гиромотора. Выбег ротора, контролируемый проверкой вращения ротора по инерции, должен укладываться в пределы между минимальной и максимальной величинами, ограниченными техническими условиями.
Выбег характеризует качество шарикоподшипников, качество смазки и в особенности ее пенетрации, величину осевого натяга шарикоподшипников и качество сборки.
При наличии в шарикоподшипниках металлических частиц или других загрязнений выбег, как правило, снижается. При некачественной смазке и, в частности, при увеличенной пенетрации выбег уменьшается.
При увеличенном натяге или перекосе посадочных мест шарикоподшипников крышки по отношению к посадочным местам корпуса выбег уменьшается. С уменьшением натяга в процессе работы гиромотора или при недостаточном натяге, установленном первоначально, выбег значительно увеличивается.
Величина выбега очень показательна с точки зрения качества характеристики гиромотора, вследствие чего выбег должен измеряться тщательно как при предварительных, так и при других испытаниях гиромотора.
После определения выбега гиромотору дают остыть и измеряют на балансировочной машине, у которой предварительно проверена чувствительность эталонным ротором, величину неуравновешенности при числе оборотов, соответствующем резонансной частоте сначала со стороны крышки, затем со стороны корпуса по описанному в гл. 6 методу. Если величина неуравновешенности превышает допустимую техническими условиями, гиромотор разбирают, ротор дополнительно балансируют, и гиромотор подвергают вновь 6-часовым предварительным испытаниям. У тех гиромоторов, у которых неуравновешенность не превышает допустимую техническими условиями, проверяют осевой натяг на приспособлении, описанном в гл. 6.
Результаты измерения записываются в карту испытаний или в специальный журнал. Гиромоторы, параметры которых при всех проверках во время предварительных испытаний укладываются в необходимые пределы, подвергаются разборке, проверке и окончательной сборке.
§ 82. ПОВТОРНЫЕ ТРЕХЧАСОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ
После окончательной сборки гиромоторы перед контрольными испытаниями подвергаются повторным испытаниям в течение 3 час. Повторные испытания проводятся на том же испытательном пульте и в том же положении, что и предварительные 6-часовые испытания по пунктам, перечисленным выше.
249
При подключении статорных обмоток к сети вначале визуально проверяют направление вращения каждого гиромотора. Оно должно быть по часовой стрелке, если смотреть со стороны корпуса. Гиромоторы включают последовательно, как и при предварительных испытаниях, с промежутком времени (не менее 5 сек.), необходимым для включения амперметра и снятия с него показания.
Повторные испытания проводятся непрерывно в течение 3 час. по программе и методике предварительных испытаний, при напряжении и частоте, указанных в технических условиях для данного типа гиромотора. Некоторые типы гиромоторов в течение первого часа испытываются при нормальных напряжении и частоте, в течение второго часа — при максимальном напряжении и в течение третьего часа — снова при нормальном напряжении. В момент изменения величины напряжения, подаваемого на гиромоторы, последние не выключаются.
Гиромоторы, которые не удовлетворили требованиям технических условий в процессе повторных испытаний, подлежат разборке для выяснения дефектов. При последующей сборке допускается замена деталей и узлов гиромотора.
После проведения повторных 3-часовых испытаний на пульте у гиромоторов, охлажденных до нормальной температуры, проверяется на балансировочной машине с чувствительностью, установленной по выше описанной методике, неуравновешенность ротора при его рабочем числе оборотов. Если величина неуравновешенности ротора при рабочем числе оборотов больше допустимой, гиромотор необходимо разобрать, установить причину, вызвавшую увеличение неуравновешенности, подвергнуть дополнительной балансировке, собрать и снова провести испытания, сначала предварительные, а затем повторные. Результаты повторных испытаний записываются в карту испытаний или в журнал.
§ 83. КОНТРОЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ
После проведения повторных 3-часовых испытаний гиромотор подвергается контрольным испытаниям, проводимым работниками отдела технического контроля завода в следующем объеме и последовательности.
Внешний осмотр
Прошедший предварительные и повторные испытания гиромотор при контрольных испытаниях вначале подвергается внешнему осмотру. При осмотре проверяют внешнюю и внутреннюю через окна корпуса отделку ротора, корпуса, крышки, качество монтажа, состояние крепежных деталей, надежность разъемных и неразъемных соединений. Соединения деталей и узлов должны быть надежными: резьбовые соединения надежно затянуты, винты предохранены от самоотвинчивания при помощи клея или нитроэмали. Головки винтов и гайки должны быть закрашены красной нитро-250
эмалью или нитроклеем таким образом, чтобы полоса из эмали на закрепляемой детали и головке винта или гайке была сплошной. На подшипниковой гайке, ввернутой в подшипниковое гнездо крышки, контргайке и крышке гиромотора, должна быть нанесена красной эмалью полоса, сделанная при установке необходимого натяга шарикоподшипников. На поверхности гиромотора при осмотре невооруженным глазом не должно быть вмятин, царапин и следов коррозии. Маркировка выводных концов статорной обмотки должна соответствовать чертежу.
Для проверки биения и соосности цапф с них снимают предохранительную линоксиновую трубку, обезжиривают шлифованные шейки и центры цапф, протирают цапфы батистовой салфеткой, смоченной в бензине, и просушивают на воздухе. Биение шеек цапф определяют в центрах индикатором. Перед проверкой центра цапф тщательно протирают. К одной из шеек цапфы подводят ножк] индикатора с ценой деления до 0,001 мм и, повертывая корпус с цап фами вокруг оси, определяют биение шейки, которое не должно пре вышать допустимого. При измерении несоосности шеек цапф поль зуются одновременно двумя индикаторами, ножки которых подводят к шейкам одной и другой цапф. Индикаторы должны иметь прибли° зительно одинаковые погрешности. Поворачивая корпус вокруг оси на 360°, замечают показания индикаторов. Проверяя одним индикатором, вначале устанавливают биение одной шейки, замечая, в какой плоскости биение максимально, в какой — минимально, затем измеряют биение шейки другой цапфы, также замечая, в ка кой плоскости оно максимально, а в какой — минимально. Есл! плоскости максимального и минимального биений совпадают, та эксцентрицитет шеек цапф равен этому биению. Если плоскости максимального и минимального биений не совпадают, то при подсчете суммарного эксцентрицитета складывают или вычитают максимальные биения, в зависимости от того, в каких плоскостях шеек цапф они находятся. Величины эксцентрицитета и биения должны укладываться в допустимые пределы.
После определения биения и соосности шеек цапф гиромотор снимают с центров и проверяют его габаритные размеры. Габаритные размеры проверяют шаблонами или штангенциркулем с ценой деления до 0,05 мм. При несоответствии фактических размеров заданным гиромотор бракуется. У годных гиромоторов обезжиривают цапфы и, просушив на воздухе, покрывают смазкой ЦИАТИМ-202 всю длину цапф, после чего надевают на них предохранительную линоксиновую трубку. Корпус и крышку гиромотора протирают и укладывают в специальную тару, в которой они и поступают на проверку электрических параметров.
Измерение омического сопротивления и сопротивления изоляции
Измерение омического сопротивления обмотки статора, как и другие контрольные измерения, должно производиться при нормальных температуре и влажности.
251
Омическое сопротивление статорной обмотки каждых двух фаз измеряется, как и при предварительных испытаниях, на мостике Витстона, а сопротивление изоляции всех токоведущих частей относительно корпуса измеряется мегомметром методом, описанным выше при изложении предварительных испытаний.
Проверка электрической прочности изоляции
Электрическая прочность всех токоведущих частей относительно корпуса проверяется на установке переменного тока (см. рис. 128).
При измерении прочности изоляции гиромотор кладут на металлическую плиту, к которой подводится один питающий провод от высоковольтной обмотки трансформатора установки. Другой провод высоковольтной обмотки трансформатора подводится к специальной штанге с наконечником, которым и касаются при проверке выводных клемм гиромотора. После того, как гиромоторы будут уложены на металлическую плиту установки, дверцу камеры закрывают. Только тогда может быть подано напряжение, так как дверца специально блокируется. Включают рубильник установки, тем самым подают на первичную обмотку трансформатора напряжение частотой 50 гц. К одной из выводных клемм статорной обмотки присоединяют наконечник штанги и плавно повышают испытательное напряжение от нуля до номинального значения. Полное испытательное напряжение выдерживают в течение 1 мин., затем оно плавно снижается до нуля.
При испытании не должно быть пробоя изоляции. Признаками пробоя изоляции гиромотора является внезапное увеличение силы тока (по амперметру) или снижение напряжения (на вольтметре). Проверив все находящиеся в камере гиромоторы, отключают рубильником напряжение, открывают дверцу и осторожно, по одному, вынимают их из камеры. Гиромоторы, выдержавшие испытания электрической прочности изоляции, устанавливаются на специальный испытательный пульт, где и проверяются остальные параметры.
На испытательном пульте производятся следующие контрольные испытания: проверка правильности направления вращения, измерение силы тока в фазах, определение скорости вращения и определение времени выбега в последовательности и по методике, описанной при рассмотрении предварительных испытаний.
Остаточная неуравновешенность при контрольных испытаниях определяется после выполнения всех других испытаний. Как и при предварительных испытаниях, вначале проверяют чувствительность балансировочной машины.
Результаты контрольных испытаний записываются в паспорт (табл. 12), заполняемый на каждый гиромотор. С этим паспортом гиромотор и поступает к потребителю.
252
§ 84. ТИПОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ
Типовые испытания гиромоторов проводятся в тех случаях, которые были указаны выше: а) при выпуске нового типа; б) при изменении конструкции, технологического процесса или материала, если в любом из этих случаев изменения влияют на эксплуатационные характеристики гиромотора; в) при освоении изготовления гиромоторов на другом заводе; г) при серийном выпуске гиромоторов (один раз в годили в другие особо оговоренные ТУ на данный тип сроки).
Типовые испытания в случаях, указанных в п. «б», и «в», могут проводиться не по всем пунктам.
Типовые испытания имеют целью: 1) установить соответствие данного типа гиромотора требованиям технических условий, по которым он изготовлен; 2) выявить характеристики и параметры, имеющие значение с точки зрения их практического применения; 3) контроль за правильностью хода производства; 4) выявить достоинства нового или модернизированного гиромотора по сравнению с существующими аналогичными конструкциями.
Для типовых испытаний работниками отдела технического контроля отбираются гиромоторы, выдержавшие контрольные испытания. Количество гиромоторов, которое подвергается типовым испытаниям, обычно оговаривается в технических условиях. Для испытания долговечности используются гиромоторы, прошедшие контрольные испытания, но не подвергавшиеся типовым испытаниям по каким-либо параметрам.
Типовые испытания проводятся по программе контрольных. Дополнительно гиромоторы испытываются: 1) при повышенной температуре; 2) при пониженной температуре; 3) при вибрации; 4) при повышенной влажности; 5) на величину температуры перегрева; 6) на долговечность.
Результаты типовых испытаний гиромоторов заносятся в протокол типовых испытаний. Результаты испытаний долговечности оформляются отдельным протоколом.
Результаты типовых испытаний гиромоторов при серийном производстве действительны для гиромоторов, изготовленных с момента окончания данных типовых испытаний до момента окончания следующих.
Если при типовых испытаниях обнаружено, что один или несколько гиромоторов не удовлетворяют одному из требований технических условий, предъявляемых при этих испытаниях, типовые испытания этого гиромотора или нескольких гиромоторов должны быть прекращены и гиромоторы должны быть подвергнуты исследованиям с целью выяснения причин, вызвавших ненормальную работу. От партии серийных гиромбторов отбирается удвоенное количество, над которым проводятся повторные типовые испытания.
17 С. А. Жолдак
253
Испытания при повышенной температуре
Рис. 131. Термостат.
1 — дверцы; 2 — окно; 3 — термометр; 4 — отверстие для выводных концов обмоток; 5 — полка; 6 — спираль
Для типовых испытаний гиромоторов в среде с температурой выше нормальной применяются термостаты с электрическим подогревом, позволяющие доводить температуру испытуемых гиромоторов до определенной величины и поддерживать ее во время испытания.
Один из термостатов изображен на рис. 131. Размеры термостата должны быть такими, чтобы между его стенками и испытуемыми гиромоторами был зазор не менее 50 мм. Термостат оснащают термометром или термопарой, погрешность которых допускается не выше +0,2°. Пределы измерения температуры должны соответствовать температурам, при которых испытываются гиромоторы согласно техническим условиям. Термометр имеет паспорт проверки с таблицей поправок. Испытывая гиромоторы при повышенной температуре, к клеммам, к которым подключена статорная обмотка, подключают или припаивают выводные концы, которые через отверстия выводят из термостата. Испытуемые гиромоторы устанавливают внутри термостата на полках. Выводные концы от каждой фазы выводятся на пульт, где обеспечивается включение в каждую фазу амперметра соответствующей точности. После пребывания гиромоторов в течение 2 час. в термостате с
необходимой для данного типа гиромотора температурой на статорные обмотки подается рабочее напряжение нормальной частоты. Измеряют в каждой фазе силу потребляемого тока после 4 мин. работы и затем через 10 мин. после включения гиромотора. Измерение производят в каждой фазе гиромотора, включая амперметры в соответствующие фазы на пульте. Гиромотор считается выдержавшим испытания при повышенной температуре, если токи во всех фазах после 4—10-минутной работы соответствуют указанным в технических условиях.
Испытания при пониженной температуре
Для испытания гиромоторов при пониженной температуре применяют холодильные установки с испытательными камерами. Принципиальная схема установки изображена на рис. 132.
Установка состоит из камеры, компрессора, конденсатора и трубопровода с дроссельным вентилем. Внутреннее пространство испытуемой камеры защищено от влияния наружной температуры изоляцией. Незначительное количество тепла, проникающее через 254
и под влиянием притока тепла
Рис. 132. Схема холодильной установки.
1 — камера; 2 — испаритель; 3 изоляция; 4 — дроссельный вентиль; 5 — охлаждающая вода; 6 — конденсатор;
7 — .хладоагент; 8 — компрессор
изоляцию, а также тепло, выделяемое внутри испытательной камеры гиромоторами, отводится хладоагентом, испаряющимся в испарителе. Низкая температура в испарительной камере достигается с помощью компрессорной холодильной машины, принцип работы которой виден из рисунка. Из конденсатора жидкий хладоагент (обычно в качестве хладоагента применяют фреон № 12) под давлением конденсации поступает к регулирующему вентилю, где дросселируется до низкого давления превращается в испарителе в пар. Пар непрерывно отсасывается компрессором, сжимается и вновь превращается в жидкость в конденсаторе, благодаря отводу тепла водой. Так происходит охлаждение внутреннего помещения испытательной камеры по круговому процессу хладоагента. Установка оснащается автоматическими приборами, посредством которых охлаждение испытательной камеры и затем поддержание необходимой температуры для испытания гиромоторов производится автоматически с записью температуры на ленту.
Гиромоторы помещаются в камеру; их клеммы присоединяются к проводникам, выходящим через отверстия в стенках камеры. Проводники присоединяются к клеммам высокочастотного генератора, находящегося в пульте. Схема пульта такова, что в каждую фазу статорной обмотки любого гиро-мотора может быть включен амперметр, измеряющий силу тока Когда гиромоторы в камере установлены и подключены к пульту дверь камеры плотно закрывают, включая компрессор установки и понижают температуру в камере до указанной в технических условиях для данного типа гиромотора. При этой температуре гиромоторы выдерживают в течение 2 час.; затем включают статорные обмотки в сеть высокочастотного генератора, добиваясь необходимого напряжения при помощи включенного в схему регулировочного реостата и вольтметра. По истечении 10 мин. после включения и затем после 20 мин. работы гиромоторов измеряют силу тока в каждой фазе гиромотора. При низкой испытательной температуре t роторы некоторых гиромоторов начинают вращаться только по истечении 10 мин. после подачи напряжения на статорные обмотки. Гиромоторы при трогании потребляют максимальный ток, по ве-
в фазе во время испытаний.
J7*
255
личине которого и времени разгона судят о качестве смазки шарикоподшипников, величине осевого натяга, правильности и точности сопряжения узлов, наличию перекосов при их сборке.
Для определения времени разгона следует включить секундомер в момент подачи гиромотору, находящемуся в камере, необходимого напряжения от высокочастотного генератора. По прошествии 10 мин. работы гиромотора необходимо измерить силу тока во всех трех фазах. Затем после 20 мин. работы гиромотора также измеряют силу тока во всех трех фазах. Величина токов, полученная при первом измерении, не должна превышать силу токов, полученную при втором замере более чем на определенную величину (устанавливаемую для каждого типа гиромотора). Если это не соблюдено, то считается, что гиромотор не отвечает установленным требованиям. Если токи при трогании или при работе после разгона гиромотора окажутся больше допустимых, указанных в технических условиях для данного типа, гиромотор считается не выдержавшим испытания при пониженной температуре. Дальнейшим испытаниям гиромотор не подвергается. Всесторонне исследуют причины, вызвавшие недопустимую величину тока.
Испытания при вибрации
Механические испытания гиромоторов при вибрации производятся на столе вибрационной установки (рис. 133). Гиромоторы
устанавливаются в вертикальном положении, в подставках. Испытание гиромотора, когда ось его ротора находится в вертикальном положении, является самым тяжелым, так как усилия от веса ротора передаются одному шарикоподшипнику и резьбовым соединениям.
Перед испытанием стол установки предварительно настраивается на необходимую амплитуду и частоту при эквивалентном грузе, равном весу испытуемого гиромотора. К клеммам гиромотора подключаются проводники, по которым на обмотки статора и подается напряжение
Рис. 133. Схема вибрационной установки.
/ — эксцентрик; 2 — стержень-, 3 — стол; 4 — рама; 5 — регулятор амплитуды колебания; 6 — направляющие
от высокочастотного генератора. После 4-минутной работы гиромотора включают электродвигатель вибрационной установки. Время испытания, амплитуда и частота вибрации указываются в технических условиях.
После истечения установленного времени вибрационная уста
256
новка останавливается и статорные обмотки гиромотора отключаются. Когда ротор полностью остановится, гиромотор снимают с приспособления и подвергают проверке по пунктам контрольных испытаний. При внешнем осмотре обращают внимание на качество резьбовых и других соединений. Не должно быть каких-либо повреждений их.
Проверив внешний вид, гиромоторы устанавливают в горизонтальном положении в гнезда испытательного пульта. Статорные обмотки подключают, в соответствии с маркировкой фаз, к клеммам пульта таким образом, чтобы вращение ротора было по часовой стрелке, если смотреть на него со стороны корпуса. На пульте производят проверку (по методике, описанной при рассмотрении предварительных и контрольных испытаний) силы тока в каждой фазе, скорости вращения ротора, времени выбега при нормальной частоте й напряжении. Полученные величины не должны отличаться от результатов контрольных испытаний. Определяя величину неуравновешенности ротора после испытания на вибрацию, гиромотор устанавливают на балансировочную машину и по описанной выше методике при рабочих оборотах определяют величину неуравновешенности ротора. Величина неуравновешенности со стороны крышки и со стороны корпуса не должна быть больше полученной при контрольных испытаниях.
Испытания при повышенной влажности
Испытания при повышенной влажности производятся в гигростате (рис. 134). Гигростат состоит из теплоизолированной камеры, имеющей плотно закрывающиеся дверцы и стекла в боковых стенках для наблюдения за происходящим внутри камеры. Объем камеры должен не менее чем в два раза превосходить объем всех одновременно испытуемых гиромоторов. На дно камеры ставится металлический поддон, в который на высоту не менее 40 мм наливают пресную или подсоленную (морскую) воду. Поверхность водяного зеркала в гигростате должна быть больше площади горизонтальной проекции всех испытуемых гиромоторов не менее чем на 20%. Нижняя часть гиромоторов должна находиться на расстоянии примерно 200 мм от поверхности воды.
Влажность измеряется психрометром, установленным внутри гигростата на высоте около 300 мм над уровнем воды. Можно также
257
Рис. 134. Гигростат.
/ — дверца; 2 — камера; 3 — вентилятор; 4 — смотровое окно; 5 — поддон
измерять влажность двумя термометрами. При этом шарик одного из термометров обертывается марлей, концы которой погружаются в сосуд с водой. В остальном влажность определяется так же, как и при измерении психрометром.
Для получения возможно более равномерной температуры и влажности в гигростате рекомендуется защищать его тепловой изоляцией, а воздух внутри гигростата перемешивать при помощи вентилятора, установленного в верхней стенке камеры.
От каждого гиромотора, установленного в гигростат, выводится наружу два провода: провод, имеющий сопротивление изоляции не менее 100 мегом, соединяется с одной из фаз гиромотора, а второй — с корпусом.
При укладке гиромоторов на полку провода выводятся через отверстия камеры наружу; затем гигростат закрывается и .установленные в него гиромоторы выдерживаются в течение времени, указанного в технических условиях, при относительной влажности 95 ± 3% и температуре +20 +5° С.
После указанного времени, не вынимая гиромоторов из гигростата, измеряют сопротивление изоляции токоведущих частей гиромотора относительно корпуса, для чего провода, выходящие из гигростата от одной из фаз, и провода, присоединенные к корпусу каждого испытуемого гиромотора, подключают к клеммам меггера, развивающего 100 мегом. Величину сопротивления изоляции отсчитывают по шкале мегомметра не менее чем через 3 сек. от начала вращения ручки; величина сопротивления изоляции должна соответствовать указанной в технических условиях.
Проверив сопротивление изоляции, открывают крышку гигростата и вынимают из него гиромоторы. Гиромоторы, сопротивление которых выдержало испытания, устанавливают на испытательный пульт и проверяют у них при нормальном напряжении и частоте силу тока в каждой фазе, скорость вращения ротора и время выбега по методике и приборами, описанными при рассмотрении предварительных испытаний. Измеренные величины не должны отличаться от результатов контрольных испытаний.
Определение температуры перегрева
Температуру перегрева обмотки статора гиромотора определяют методом сопротивления, состоящем в определении температуры по изменению омического сопротивления при нагревании. Этот метод дает среднюю температуру обмотки статора, которая, естественно, ниже температуры наиболее нагретой точки обмотки. Средняя температура обмотки, измеренная методом сопротивления, обычно ниже ее наибольшей температуры в среднем на 8—10°. Определяя температуру перегрева обмотки статора, вначале измеряют омическое сопротивление двух фаз обмотки при нормальной температуре. Для этого гиромоторы должны быть не подключенными к сети в течение не менее 1 часа при той же температуре, при которой будет 258
измеряться омическое сопротивление, т. е. при нормальной. Измерив омическое сопротивление обмотки статора, гиромоторы устанавливают на испытательный пульт, подключают обмотки статоров к клеммам пульта и дают повышенное напряжение нормальной частоты. В таком режиме гиромоторы должны работать непрерывно в течение 3 час.
По истечении 3-часовой работы гиромоторы по одному выключают и сразу же измеряют омическое сопротивление тех же двух фаз обмотки статора.
Необходимым условием правильного определения температуры перегрева является применение для измерения сопротивления в холодном и горячем состоянии одних и тех же мостиков, с одними и теми же соединительными проводами.
Несоблюдение этого правила может вызвать грубые ошибки в определении температуры перегрева, если даже мостик при вторичном измерении был взят более точным.
Величина температуры перегрева определяется по формуле, приведенной при описании предварительных испытаний.
Испытание долговечности гиромотора
Для типовых испытаний долговечности используются гиромоторы, прошедшие контрольные испытания, из партии гиромоторов, отобранных для типовых испытаний по всем остальным пунктам, Количество гиромоторов, отбираемое для испытания долговечности и продолжительности работы, при испытании для каждого типа гиромотора оговаривается в технических условиях для данного типа.
Целью испытания долговечности гиромотора, как и типовых испытаний по другим пунктам, является выявление соответствия данного типа гиромотора требованиям технических условий, по которым он изготовлен, после работы его в условиях, близких к эксплуатационным.
Основным узлом, определяющим' возможную продолжительность работы гиромотора, является подшипниковый узел и, в частности, шарикоподшипники. Вследствие этого условия испытания долговечности гиромоторов всегда стараются приблизить к нормальным условиям их работы в соответствующих приборах.
Испытания должны производиться в помещении с нормальной температурой, с приточной вентиляцией, обеспечивающей соответствующую чистоту воздуха. При отсутствии такого помещения испытания производят под стеклянным колпаком, под которым всегда должно быть небольшое избыточное давление, чтобы окружающий воздух с пылцю не просачивался под колпак.
При испытании долговечности гиромоторы устанавливаются на испытательном пульте в горизонтальном положении на расстоянии, обеспечивающем беспрепятственное обдувание каждого из них воздухом. Для возможности измерения скорости вращения
259
и времени выбега смотровые окна закрываются прозрачным материалом.
Обмотки статоров подключаются к соответствующим клеммам пульта и в них подается нормальное напряжение, с нормальной для данного типа гиромотора частотой.
Время запуска гиромоторов и количество проработанных часов записываются в специальный журнал. Гиромоторы должны непрерывно работать не менее 4 час. и не более 23 час. в сутки при круглосуточном испытании.
Так как основными узлами, ограничивающими работоспособность и долговечность гиромотора, служат шарикоподшипники, то в процессе испытания особое внимание обращают на их состояние.
Факторами, отмечаемыми при работе подшипникового узла, являются его температура и характер шума шарикоподшипников. Если в процессе испытания будет установлено, что температура подшипникового узла чрезмерно высока или что при работе шарикоподшипника возникает слишком сильный шум, то это заносится в журнал и за таким гиромотором ведется наблюдение.
Так как любая неисправность работы подшипникового узла вызывает увеличение потребляемого тока, то периодически измеряют токи в каждой фазе. В случае значительного увеличения тока гиромотор останавливают, считают его не выдержавшим типовое испытания на долговечность и выясняют причины повышенного расхода электрической энергии.
Нагрев подшипникового узла может быть вызван загрязнением шарикоподшипника посторонними частицами,’ загрязнением смазки, избытком или отсутствием смазки, дефектами установки, чрезмерным натягом шарикоподшипников, разрушением деталей шарикоподшипников и др.
Ненормальный шум шарикоподшипника может быть вызван его загрязнением, повреждением рабочих поверхностей или задеванием разрушенного сепаратора за кольца.
После работы гиромоторов в течение необходимого времени их останавливают, дают им возможность остыть до нормальной температуры и проверяют: внешний вид, силу тока в каждой фазе, скорость вращения ротора, время выбега, остаточную неуравновешенность, состояние деталей и узлов при разборке.
Проверка гиромоторов по перечисленным пунктам производится инструментом, приборами и по методике, описанной при рассмотрении предварительных и контрольных испытаний; результаты должны соответствовать полученным при контрольных испытаниях.
При разборке необходимо обращать внимание на состояние смазки и целостность деталей шарикоподшипников. Результаты испытания долговечности гироскопов оформляются протоколом.
Если при типовых испытаниях обнаруживается, что один или несколько гиромоторов не удовлетворяет какому-либо из требований технических условий, типовые испытания этого гиромотора 260
или нескольких гиромоторов должны быть прекращены; испытания других гиромоторов должны продолжаться.
Гиромотор, не выдержавший типовых испытаний, должен быть исследован с целью выяснения причин, вызвавших его ненормальную работу.
Результаты исследования записывают в протокол с заключением о причинах, вызвавших нарушение работы гиромотора. Для повторных типовых испытаний берут удвоенное количество гиромоторов. По согласованию с заказчиком повторные типовые испытания могут производиться только по тем пунктам, которые не были выдержаны при первом типовом испытании.
§ 85. УПАКОВКА ГИРОМОТОРОВ
Гиромоторы, выдержавшие контрольные испытания, вместе с заполненными паспортами направляются в таре в помещение для индивидуальной упаковки в коробки, изготовляемые из обычного картона или картона с гофрированием внутренним слоем. Помещение, в котором подготавливают и упаковывают гиромоторы, должно быть сухим и отапливаемым. Относительная влажность воздуха в нем допускается 45—70%, температура от +10 до +30°. Помещение оборудуется верстаками, на которых производится только подготовка и упаковка гиромоторов. В самом помещении и в соседних с ним не должны храниться щелочи, кислоты и подобные материалы.
Перед упаковкой в гиромоторах заклеивают смотровые окна в корпусе; гиромотор протирают батистовой салфеткой, увлажненной бензином; подкрашивают поврежденные места и консервируют цапфы. Для этого цапфы сначала обезжиривают батистовой салфеткой, смоченной в бензине, после высыхания цапфы покрывают кистью смазкой ЦИАТИМ-202 и обертывают папиросной или конденсаторной бумагой, затем негигроскопической бумагой и укладывают в картонные коробки, закрываемые сверху крышками, на которых записывается номер гиромотора. Коробки перевязывают шпагатом. Далее коробки с гиромоторами упаковывают в металлические ящики, в которые устанавливают влагопоглотительные патроны с селикагелем. Коробки в ящике не должны передвигаться. Ящик закрывают крышкой, в которой заранее сверлят небольшое отверстие в центре; крышку припаивают к ящику для герметизации упаковки гиромоторов. Герметичность ящика проверяется путем создания в нем через отверстие в крышке, в которое вставляется штуцер с резиновым шлангом, присоединенным к воздушной магистрали, повышенного на 0,1—0,3 атм давления. Ящик погружают в резервуар с водой и наблюдают за поверхностью воды. Если на поверхности воды появляются пузырьки воздуха, это означает, что ящик негерметичен. Замечают место, откуда выходят пузырьки, и дополнительно запаивают его. Отсутствие пузырьков на поверхности воды гарантирует полную герметичность
261
упаковки гиромоторов. После испытания герметичности ящика отверстие в крышке запаивают. Патрон с селикагелем поглощает влагу в воздухе, оставшемся в ящике после запайки отверстия в крышке.
Ящики с гиромоторами хранят в складских сухих, чистых, имеющих вентиляцию и отопление помещениях на стеллажах.
Металлические ящики с гиромоторами, предназначенные для отправки, дополнительно упаковывают в деревянные ящики, изготовленные из досок или фанеры. При упаковке на дно деревянного ящика плотно укладывается упаковочная стружка. Паспорта и упаковочную ведомость завертывают в телефонную бумагу, а затем в пергамин и привязывают к крышке металлического ящика, который укладывают на стружку в деревянный ящик. Сверху и с боков металлического ящика все пространство плотно заполняется упаковочной стружкой до уровня крышки. Стружку уплотняют руками, не сдвигая металлического ящика. Затем накладывают крышку и укрепляют ее к ящику гвоздями. На боковых стенках ящика наносят маркировку. В левом верхнем углу наносят круг диаметром 50 мм с помещенным в нем условным индексом (буквой). В верхней части маркировки помещают порядковый номер упаковочного ящика отправляемой партии, справа — изображение «рюмки», верх которой должен соответствовать верху ящика. Над «рюмкой» — надпись «Верх» и стрелка, упирающаяся острием в верхнюю стенку ящика. Посредине, под номером ящика, надписи «Осторожно, не кантовать», «В упаковке не хранить». Справа, внизу под «рюмкой» указывается вес ящика «Брутто, кГ».
Все надписи и изображения на ящиках должны быть нанесены четко, аккуратно, по трафарету черной краской, за исключением надписи «Осторожно, не кантовать», которая выполняется красной краской. Пломбы, навешенные на продетую в специально просверленные отверстия в углах ящика проволоку, укладывают в сделанные углубления, закрепляют скобами и обводят красной краской.
Упакованные гиромоторы перевозят до железнодорожных станций или аэродромов, как правило, в крытых автомашинах. При перевозке на открытых автомашинах ящики необходимо тщательно укрывать брезентом. По железной дороге ящики с гиромоторами следует перевозить в крытых вагонах, не допуская перевозки в этом вагоне кислот, щелочей и подобных материалов.
ЛИТЕРАТУРА
Автоматизация и механизация процессов производства в приборостроении, Машгиз, 19581
Андрианов К. А., Ракитская М. С., Брелков А. Г,, Электроизоляционные компаунды на основе полиэфирных смол, «Вестник электропромышленности», 1956, № 2.
Байков А. И., Центробежное литье алюминиевых сплавов и их литейные свойства, Машгиз, 1950.
Белькевич Я. П., Руководство по спектральному анализу металлов, Судпромгиз, 1950.
Болотов Б. Е., П о п о в Н. Н., Установка для измерения вибрации подшипников качения, «Измерительная техника», 1957, № 4.
Буду л я П. Н., Технология литейного производства, Металлург-издат, 1956.
Буловский П. И., П о в а л я е в А. В., Технология сборки электроизмерительных приборов, Оборонгиз, 1955.
ВНИТОЛ, Литье под давлением, Машгиз, 1955.
ВНИТОЛ, Центробежное литье, Машгиз, 1948.
Воронцов С. П., Майоров С. А., Приборные шарикоподшипники, Оборонгиз, 1951.
Г рам мель Р., Гироскоп, его теория и применение, т. 1 и 2, ИИЛ, 1952.
Ж о л д а к С. А., Лычагин Я. Я., П о п о в В. С., Технология изготовления электроэлементов для электроавтоматических устройств, Оборонгиз, 1959.
К о в в и К. Г., П л яцкий В. М., Предупреждение пороков в отливках из цветных сплавов, Машгиз, 1953.
Колесников Н. В., Статическая и динамическая балансировка, Машгиз, 1954.
Ксенофонтов Б. М., Литье методом всасывания, Машгиз, 1952.
Московский М. И., Технология электромашиностроения, Гос-энергоиздат, 1947.
Николаи Е. Л., Гироскоп и некоторые его технические применения, Гостехиздат, 1947.
263
Новиков М. П., Сборка машин и механизмов, Машгиз, 1951.
Оглоблин А. Н., Технология токарного дела, Машгиз, 1950.
Олейник Я-. Применение вырубных штампов из твердых сплавов в электротехническом производстве, «Вестник электропромышленности». 1957, №11.
Павлов В. А., Авиационные гироскопические приборы, Оборонгнз, 1954.
Павлов В. А., Основы конструирования гироскопических приборов, Оборонгнз, 1946.
Приборы для контроля подшипников качения, Машгиз, 1957.
Прогрессивная технология приборостроения, вып. 1 и 3.
Рабинер Е. Г., Монтаж, демонтаж и эксплуатация подшипников качения, Машгиз, 1951.
Се р е б р о в с к и и В. Б., Качество поверхности деталей машин, Машгиз, 1957.
Справочник машиностроения, т 2, 6, 7.
Техническая энциклопедия, т. 5, 1937.
Федосеев Д. Н., Проектирование технологических процессов сборки приборов, Машгиз, 1957.
Фельдман С. С., Прецизионное литье, Машгиз, 1950.
Шитиков Б. В., Динамическая балансировка роторов, Трансжел-дорнздат, 1951.
Шкилько Г. Я., Об изготовлении короткозамкнутых обмоток роторов асинхронных электродвигателей, «Вестник электропромышленности», 1956, № 5.
Э и д е с И. Г., Кулаков В. А., Сборка счетно-решающих механизмов, Судпромгиз, 1953.
Bassett Р. R., Quantity production of gyroin struments, «Mechanical Engineering», 1941, v. 63.
H. L. H., Mashinery operations on the Sperry gyrocompass, «Mashinery», 1944, v. 65.
Horton H. L., Sperry gyrocompass dependalle instrumentof navigation, «Mashinery», 1943, v. 50.
Mi st гоп C. A., Compass manufacture typifies diversity of Sperry operations, «Mashinery», 1954, v. 60.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ........................................................
Глава первая
Конструкции гиромоторов
§ 1. Гироскоп и его прецессия ....................................... 5
§ 2. Основные конструктивные разновидности гиромоторов............... 7
Глава вторая
Отливка деталей гиромоторов
§ 3. Общие сведения ................................................19
§ 4. Отливка корпусов и крышек литьем под давлением.................22
§ 5. Конструкции форм литья под давлением...........................24
§ 6. Пороки отливок и эксплуатация форм...................... . . 29
§ 7. Центробежная заливка короткозамкнутой обмотки ротора .... 31
§ 8. Вакуумное литье под давлением..................................37
§ 9. Центробежно-вакуумное литье по выплавляемым моделям .... 40
§ 10. Контроль литья.................................................42
§11. Стабилизирующий отпуск литья (старение) .......................45
Глава третья
Механическая обработка деталей гиромоторов
§ 12. Общие положения...........................................47
§ 13. Разработка технологического процесса......................—
§ 14. Заполнение технологических карт...........................49
§ 15. Точность обработки........................................—
§ 16. Причины возникновения погрешностей и способы их выявления . 51
§ 17. Основные способы повышения точности обработки.............56
§ 18. Шероховатость обрабатываемой поверхности..................—
§ 19. Критерии оценки шероховатости поверхности.................58
§ 20. Влияние шероховатости поверхностей на качество гиромоторов . . 60
§ 21. Способы получения требуемой шероховатости поверхности .... 62
§ 22. Измерение шероховатости обработанных поверхностей.........64
265
§ 23. Заготовки для роторов.....................................
§ 24. Токарная обработка роторов.................................67
§ 25. Обработка роторов с короткозамкнутой обмоткой..............74
§ 26. Доводка шеек роторов.......................................80
§ 27. Механическая обработка корпусов............................81
§ 28. Расточка отверстий в корпусах под цапфы....................86
§ 29. Обработка цапф с корпусом .................................91
§ 30. Механическая обработка крышек..............................93
§31. Изготовление подшипниковых гаек............................97
§ 32. Изготовление пакетов железа ротора и статора............. 98
§ 33. Технология изготовления пакетов............................99
§ 34. Механическая обработка пакетов............................112
Глава четвертая
Намоточные работы и антикоррозионные покрытия
§ 35. Общие сведения............................................114
§ 36. Материалы обмоток гиромоторов..............................—
§ 37. Изолирование пакетов статоров.............................117
§ 38. Шаблонная намотка статоров................................121
§ 39. Ручная иамотка статоров...................................124
§ 40. Станочная намотка статоров . . ...........................128
§ 41. Пропитка статорных обмоток................................136
§ 42. Опрессовка обмоток пластмассой............................142
§ 43. Антикоррозионные покрытия.................................144
§ 44. Химические покрытия.......................................145
§ 45. Лакокрасочные покрытия................................... 146
§ 46. Меры по предохранению от коррозии при изготовлении гиромоторов 152
Г лава пятая
Монтаж шарикоподшипников и балансировка ротора
.с 47. Основные положения.......................................155
§ 48. Упаковка и подготовка шарикоподшипников к сборке...........—
§ 49. Контроль шарикоподшипников................................157
§ 50. Измерение вибрации шарикоподшипников......................162
§ 51. Контроль шарикоподшипников в собранном гиромоторе.........165
§ 52. Сущность и значение уравновешивания ротора ...............167
§ 53. Статическое уравновешивание ..............................168
§ 54. Динамическое уравновешивание..............................169
§ 55. Методы динамической балансировки..........................171
§ 56. Балансировочные машины ...................................174
§ 57. Машины маятникового типа..................................175
§ 58. Машины рамного типа.......................................176
§ 59. Машины с оптическим амплитудомером........................177
§ 60. Резонансно-стробоскопическое приспособление...............179
§ 61. Электронные балансировочные машины........................182
§ 62. Электронная балансировочная машина «ЛУНА».................184
266
.§ 63. Уравновешивание ротора..................................|86
§ 64. Монтаж шарикоподшипников.................................187
§ 65. Сборка балансировочной рамки с ротором...................193
§ 66. Технология динамической балансировки.....................197
§ 67. Смазка шарикоподшипников................................201
Глава шестая
Сборка гиромоторов
§ 68. Организационные формы сборки................................208
§ 69. Требования к сборочному, помещению и организация рабочего места 212
§ 70. Проектирование технологического процесса сборки.............216
§ 71. Соединения, применяемые при сборке..........................219
§ 72. Сборка крышки со статором..................................221
§ 73. Общая сборка............................................. 223
§ 74. Предварительная сборка.....................................224
§ 75. Регулировка осевого зазора.................................228
§ 76. Проверка балансировки гиромоторов..........................234
§ 77. Разборка ................................................. 236
§ 78. Окончательная сборка.......................................237
Глава седьмая
Испытания гиромоторов
§ 79. Виды испытаний............................................239
§ 80. Приборы для контроля гиромоторов..........................241
§ 81. Предварительные шестичасовые испытания....................243
§ 82. Повторные трехчасовые испытания ..........................249
§ 83. Контрольные испытания.....................................250
§ 84. Типовые испытания ....................................... 253
§ 85. Упаковка гиромоторов .....................................261
Литература......................................................263