延長(zhǎng)印制繞組電動(dòng)機(jī)壽命的途徑
張永平（南通友星機(jī)電工業(yè)有限公司226001）
1引言
印制繞組電動(dòng)機(jī)（下稱(chēng)印刷電機(jī)）于50年代發(fā)源于法國(guó)，我國(guó)自60年代開(kāi)始研制。它是一種具有優(yōu)良伺服性能的新穎電機(jī)。與傳統(tǒng)伺服電機(jī)相比，印刷電機(jī)具有輸出轉(zhuǎn)矩均勻、力矩波動(dòng)小、調(diào)速范圍寬、無(wú)級(jí)調(diào)速方便、慣量小、快速響應(yīng)性能好、電機(jī)體積小、重量輕，軸向尺寸短、安裝配合方便等特點(diǎn)。因此，在世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、磁帶復(fù)錄機(jī)及雷達(dá)導(dǎo)航等自動(dòng)控制領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，是一種用途寬廣的優(yōu)良伺服電機(jī)。
在世界先進(jìn)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中，印刷電機(jī)的正常工作壽命早已超過(guò)了傳統(tǒng)帶換向器的伺服電機(jī)的壽命，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)實(shí)用性階段，已達(dá)數(shù)千小時(shí)（一副電刷）。而我國(guó)由于基礎(chǔ)材料工業(yè)跟不上，雖然許多單位為尋求延長(zhǎng)印刷電機(jī)的使用壽命，作了大量的分析研究工作，也取得了一定的成績(jī)，但與國(guó)際先進(jìn)水平相比，差距仍很大。我國(guó)印刷電機(jī)專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(1991年頒布)規(guī)定印刷電機(jī)壽命不少于500h，雖然這是一個(gè)相當(dāng)保守的數(shù)字，但從中也可看出目前國(guó)內(nèi)印刷電機(jī)的壽命水平。為趕超世界先進(jìn)水平，為使印刷電機(jī)在工業(yè)、國(guó)防、辦公室和生活設(shè)旖的自動(dòng)化方面友揮更大的作用，有必要對(duì)提高印刷電機(jī)壽命機(jī)理進(jìn)行分析試驗(yàn)。
2印刷電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
印刷電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它的定子一般由高性能****磁體組成，建立軸向磁場(chǎng)；轉(zhuǎn)子無(wú)鐵心，是由多層按一定規(guī)律均勻分布的導(dǎo)體（一般為銅材）經(jīng)特殊加工工藝制成的電樞繞組；沒(méi)有傳統(tǒng)的換向器，而是利用電樞繞組的一個(gè)特定表面兼作換向器；電源經(jīng)特制的按規(guī)定位置軸向放置的電刷施加于電樞繞組，電刷與“換向器”間呈平面滑動(dòng)接觸。
用鐵氧體永磁作定子的印刷電機(jī)結(jié)構(gòu)如附圖所示。
3影響壽命的因素分析
通過(guò)對(duì)印刷電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及傳統(tǒng)伺服電機(jī)壽命的分析，可以得出影響印刷電機(jī)壽命的因素有：
a．電刷的磨損。
b．兼作換向器層的導(dǎo)條的磨損。
c．軸承的磨損。
d．電樞繞組焊接質(zhì)量水平。
e．裝配質(zhì)量水平等。
從多次對(duì)不同規(guī)格、型號(hào)印刷電機(jī)所作壽命試驗(yàn)結(jié)果可知，軸承只要選型合理，其磨損時(shí)間是相當(dāng)長(zhǎng)的，超過(guò)電機(jī)其它零件的磨損壽命；電樞繞組的焊接和裝配等因素則可通過(guò)合理的設(shè)計(jì)及加強(qiáng)工藝檢測(cè)手段解決，但電刷與兼作換向器的導(dǎo)條的磨損則很難控制，而正是這二者的磨損與電機(jī)壽命密切相關(guān)，它決定了印刷電機(jī)使用壽命的長(zhǎng)短，是影響印刷電機(jī)壽命的主要因素。因此，在正確分析其磨損機(jī)理基礎(chǔ)上進(jìn)行合理選擇材料，應(yīng)是延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命的關(guān)鍵所在。
4磨損機(jī)理與材料
在正常運(yùn)行的印刷電機(jī)的電樞繞組“換向器”上，除存在通常認(rèn)為的氧化銅、氧化亞銅等金屬氧化物薄膜外，還有由碳石墨和各種氧化物組成的一層薄膜，這種碳石墨氧化物換向薄膜常為人們所不注意。這層換向薄膜具有良好的導(dǎo)電、減磨特性，使導(dǎo)條與電刷處于純平面的滑動(dòng)接觸狀態(tài)，保護(hù)電刷下面的導(dǎo)條免被直接磨損。在電機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中，只要這層換向薄膜一直得以產(chǎn)生、保護(hù)，那么電樞繞組的導(dǎo)條就得以長(zhǎng)期被保護(hù)，電機(jī)的壽命就延長(zhǎng)。這種換向薄膜在電機(jī)嚴(yán)重過(guò)載、電刷磨損過(guò)度及有火花換向時(shí)板易被破壞。
實(shí)踐證明，為了確保這種碳石墨氧化物換向薄膜的長(zhǎng)期存在，除了在設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中保證電機(jī)具有良好的換向條件，使導(dǎo)條在“零磁密”處實(shí)現(xiàn)無(wú)火花換向（這點(diǎn)對(duì)于電機(jī)設(shè)計(jì)是容易實(shí)現(xiàn)的），最主要的因素決定于電樞繞組導(dǎo)體的材質(zhì)與電刷材料的選用。選用優(yōu)質(zhì)銅材與合適材料制成的電刷，對(duì)提高印刷電機(jī)壽命是至關(guān)重要的。對(duì)于一個(gè)特定品種的印刷電機(jī)，其電樞繞組用銅材與電刷間應(yīng)有一個(gè)****的組合，這種組合應(yīng)是機(jī)械性能、電氣性能綜合研究的結(jié)果，使得電機(jī)不管在滿載或輕載都能在“換向器”表面產(chǎn)生、保持有良好的碳石墨氧化物換向薄膜。
材料的選擇，首先是電刷材料的選擇。電刷材料的選擇是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程。電刷的磨損主要取決于其電氣性能方面的因素，因此選電刷材料時(shí)應(yīng)著重考慮其換向性能、允許電流負(fù)荷、電阻系數(shù)、潤(rùn)滑性能等指標(biāo)。合理的選擇途徑應(yīng)是：
a．根據(jù)電機(jī)的額定電壓等級(jí)選擇電刷材料。
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