第五节 主要受力件的设计

异步电机的主要受力#有铁心、绕组、机座、端盖及旋转件、热套件和某些起固定、支撑作用的零部件_&它们分别承受电磁力.、机械力及热应力的作用。对绕组的綁扎、铁心的固 定是保证有关零部件安全可靠的措施，这在第四节已介绍过。在结构设计

中需要对作用力进 行分析、计算，井据此将有关零部件的结构、尺寸确定下来的力是后两种。通常，对大中型 及某些特殊结构的电机进行此类计算，对中小型电机的结构设计可凭经验，一般不予计算。

一、机座

机座担负支捸、固定作用并形成通风散热系统的一部分。在机座，特别是钢板焊接机座的设计中，刚度及固有振动频率是直接影响俾用并在设计时容易被忽略的两个指标。

从通风散热角度如何考虑机座结构，有较成熟的经验借鉴，第四聿中将进行扼要论述。

根据对现场使用情况的多次考察及一些著述的分析⑴〜[火对机座来说，若刚度能满足要
求，强度也能合格。

(->刚度

如果机座刚度差，运行中就要产生振动&机座刚
度是否足够的标志是其变形量。

由于定、转子磁场间的相互作用，两极电机力图

将铁心变成一个“旋择”的椭ffll四极、六极則力图
使其变成旋转的四边形、六边形等等。机座与铁心紧
密纪合在一起，当定子承受来自转子的反作用力时，
它也要承受扭矩的作用，同时机座还要承受整个定
子的重力作用，则产生变形是必然的。

文献规定机座径向变形量不应超过气隙的

5%，文献〔2]、IT31也播奋太

(二）固有振动频率

机座振动产生的原因主要有两个：一是负载力矩呈周

期性变化f二是气隙不均产生的单边磁拉力，它使机座按两

倍于产生旋转磁场的电流的频率振动。

文献〔4〕将机座固有振动频率按三种情况分别考虑

(参见图3-17):

1.机座横向振动时固有振动频率

A = 18-1 X 10SC ^/jJGrjWz) (3-10)

式中人——机座惯性矩（cm*)t

G——定子总质董（机座、铁心、绕组）（kg);

C——与a有关的系数，见表3 17.

筋，及与底脚板和机座壳体焊在一起的支板（见图3-22)等对提高机座刚度都是十分必要的，

它们应有足眵的惯性矩。其中处在轴承部位的环形筋（也有称为“壁板，尤为重要。

机座刚度不像其他技术、经济指标那样明显，但对使用来说却十分重要，若设计得不合

理，它会成为无法排除的隐患。因此设计时不能图小利而失大体，比方为提高co叫而将气隙选得过小，使单边磁拉力增大等等u

对于机座，特别是焊接机座，应从受力角度合理地设计各部分的形状与尺寸，不一定每

彐外部力空化的频半效率的固有振功频军相同或十分接近时，要产生共振现象，这时

机座的变形将急速增长。在产生共振时机座所受应力常能增大到危险的数谭,可能造成损坏，或者

因犰座变形较大，使电机轴度硖坏，继而使轴承损坏*因此机座的固有振动頻率不应与外力所造

成的振动频率相同或接近。对于频率为50Hz的电机，其机座或机座与铁心成一整体后的固有振

动频率应避开80〜120Hz这一区间（文献〔3〕第79〜85页h将机座、铁心视为一体后的固有振动

频率的计算见第五章，

机座的固有振动频率和标志机座刚度的变形董一样，很难计算准确•为保证运行安全应采取措施，提高其刚度，以降低振动振幅。比如采用环形机座的变形将急速增长。在产生共振时机座所受应力常能增大到危险的数谭,可能造成损坏，或者因犰座变形较大，使电机轴度硖坏，继而使轴承损坏*因此机座的固有振动頻率不应与外力所造成的振动频率相同或接近。对于频率为50Hz的电机，其机座或机座与铁心成一整体后的固有振动频率应避开80〜120Hz这一区间（文献〔3〕第79〜85页h将机座、铁心视为一体后的固有振动频率的计算见第五章，机座的固有振动频率和标志机座刚度的变形董一样，很难计算准确•为保证运行安全应采取措施，提高其刚度，以降低振动振幅。比如采用环形处尺寸都放大就能增加刚度。此外，机座的时效处理也是不可忽视的\ .对于因铁心热膨涨可起的机座变形也要考虑到&若机座受热后也能随铁心各向均勻地膨涨t则问题不大。否则应采取相应措施，比方使机座的较热部位有膨涨的余地。机座的材质，小电机可用铝合金铸成；中、小型电机一般均用荩铸铁；大、中型采用钢板焊接机座；特殊电机〈如矿用的）采用铸钼或锻钢。在选材上，尽董采用铸铁机座一刚度校好、形状的随意性好、成本低并适于大董生产*铸铁机座的最小瘇厚与铸铁牌号、机座结构（如内壁无轴向、周向键榷时可薄些f敢热片采用环状结构时也可薄些等等 、电机的使用场所及工厂的工艺水平等因素有关# 一般在机座外径为100〜1000mm时，可在3〜15mm的范围内选取6采用钢板时，因其弹性換数是俦铁的2倍，则从理论上讲其埜厚可以減半（但因加工要求不能减薄这么多父对于分成上、下两瓣的机座，从受力上考虑，着眼点应放在下一瓣上其他除满足工艺

上的要求外，後计上并无特殊之处。

最后，无论何种机座，两个止口与安放铁心处的内圆之间的同轴度越高越好，设计时应该为加工中保证同轴度创造条件。

二、靖通

端盖通过轴承将定、转子联系在一起，是对电机质置起着至关重要的零部件之一。异步机的靖盖结构共有五种，见图3-23。

因端盖的形状、壁厚都有比较定型的设计，所以一般不进行机械计算。但在设计及加工时要注意以下几点。

（1)尽M采用铸铁端盖，形状可以设计得较为合埵4
(2)厚度尽置均匀 > 免得浇注后局部收缩较大，

（3)内外尽量带加强筋，也兼起散热作用。筋要按辐射状排列。止口、轴承室的同轴度要好，因此力求按一次车成的结构设计。较大的端盖，止口处应加一“引装台”见囝3-24,其直径比装配止口小0.2〜0.5mm，轴向长度约5mm。

(6)采取防止在加工、装拆时变形的结构。如：机械加工的"卡头”置于有筋的部位；与机座联接处不要采用因拧紧螺栓而使端盖变形的#悬臂式”结构；较大的端盖应进行时效处理笔练A

三、轴

轴是电动机三个关键零部件之一，电机运行中，轴既受到传递扭矩产生的扭转应力，又受到因单边磁拉力、转子质量而产生的弯曲应力（立式电机还要受拉伸或挤压应力等作用）。由于“三化”的约束，轴的粗细、袖伸及键的尺寸与机庳号、功率间的对应关系已基本上排好，除特殊产品，如经常正、反转工作，过栽能力又彳艮大的起重用电机(见第六章）外，一般可不核算扭转应力（包括扭转刚度）*但在近几十年产品的更新换代中*电机越来越变得细长，因此弯曲应力：以及与此相关的弯曲刚度(以下简称刚度)、挠度则应进行计算.

(一）轴的刚度、挠度的计算（按文献〔4〕〕

(1)根据轴的尺寸将计算结果填入表3-19,表中符号的下标丨表示第/段的相应数据6

(二）设计中的注意事项

1)从轴承到转子铁心的各个加工台阶的直径尺寸应均匀地ii增.

(2)不同直径轴台交界处应留有较大的圆角，以免应力集中。其中轴承处的圆角，对于 采用滚动轴承的轴应小于轴承内套的圆角。

(3)转子铁心处焊纵筋的轴务必进行时效处理。

(4)各加工面间同轴度很重要t尤其是两个轴承 台之间的同轴度。 .

四、雄转件、热套件

旋转件要承受离心力的作用f热套件要承受配 合应力的作用。有时还兼有其他力的作用：如轴流式 风扇的叶片，除承受离心力的作用外*还要承受气流 .作用片的弯曲应力；热套在轴上的环，除承受配 合应力外，还要承受离心力。

以下列举在结构设计中，从受力角度应侧重考 虑的几个比较典型的零部件.

㈠  风扇  

电机的风扇有离心式、柚流式两大类。离心式风 扇，不论铸的还是焊的*只要是形状不特殊，尺寸上 可参照同类产品，在强度上一般不会出现问理。轴流 式风扇，因各叶片单独与轮毅联在一起，在设计者认 为必要时应对强度进行核算。柚流风扇的薄弱部位在叶片的

(二）平衡柱（见图）

当铸铝转子采用在端环上铸出的平衡柱上加平衡块的方式校动平衡时，往往由于铸铝转子产生“菱形”现象，而在平衡柱上加过多的平衡块，此时应对平衡柱根部产生的应力进行核算：

= M/W (Pa)  (3-28)

式中A/—■由平衡柱本身及所加平衡块共同产生的离心力的弯矩（N • in)

M = 11 ⑽及(為厂/ (N*m)  (3-29)

/——加平衡块后的平衡柱重心距根部距离<m),

执——加平衡块后的平衡柱总质量（kg) f

R——加平衡块后的平衡柱的重心半径(m)f

取一平衡柱根部断面系数

算得的应小于铸铝的许用应力〇〕，若端环处湛度较髙，

〔<0应取热态下的值，

(三）转子槽楔

如图3_3〇所示，采用半闭口或半开口槽时，因线圈产生的离心力全部或大部分被转子铁心所承受，仅需要考虑植口部分能牢牢地固定住槽祺，在运行时不产生松动即可4釆用开D槽时，若无参照产品借鉴应对槽楔进行核算（以下计算摘自文献 C4〕>,1* 过 速：〜(r/min)

(四）热套件的设计

电机上的热套件有护环、中心环、转子支架、铸铝转子、平衡环、曲路环以及套在轴上

用来固定其他零部件的“档环”等，这些零部件均靠热套冷却后残留的过盈量形成的“过盈

配合承受旋转时的离心力或所传递的扭矩而不产生松动现象因此，本节的计算任务就是求

取所需的过盈董，再验算因it盈及离心力产生的应力是否在材料许用应力的限度之内

在计算过盈时，还应考虑加工时的粗糖度所造成的过&量的损失t对于表面粗糙度值为

1* 6#xm的孔,热套时因加工中的“刀峰”被“磨平”,会使直径方向上的过盈置减小约a 005_|

对于表面粗糙度值为1. 6/mi的轴，会使此过盈董减小约0.01nunH\t 

在核算是否趄过许用应力时，应考虑过盈使材料的疲劳强度大大地降低，对于45号钢，约降到甄来的1/3'

1.按运行时的最犬转速求热套件不发生分离时所需的过盈量在电机上采用热套配合的零部件，

大部分是套在实心轴上的圆环状的零郁件。前者称<衬件'后者称“套件”，见图3-3U显然，套件在受力上处于不利的状况下^故仅计算套件本节以为例其他情况见文献〔5〕。在离心力作用下*套件的内圆及衬件的外圆将

对于材质为铕的环，热套时加温至350X：左右印可。当加热到350C时内径的膨胀量AD (以mm计的直径差）如表3-21所列。