换向器的制造 ppt课件
4.第十二章换向器制造工艺
第十二章换向器制造第一节换向器基本结构及要求换向器是直流电机的主要部件。
它的主要作用是通过电刷与换向器表面的接触，在转动的绕组和静止的电路部件之间进行电流换向，将电枢绕组的交变电势转变为电刷间的直流电势；或将外部直流电压转变为交变电压加到电枢绕组上。
换向器由导电部分、绝缘部分和支承紧固部分组成，经过片装、器装等多次烘压成为一个整体。
换向器的导电部分及绝缘部分是换向器的有效工作部分，对支承结构（及对地）是绝缘的。
1.换向器基本结构换向器按紧固方式的不同，可分为五种结构型式：用V型压圈紧固的圆柱形换向器、紧圈式换向器、分段式换向器、辐射换向器、塑料换向器。
1.1用V型压环紧固的圆柱形换向器这种换向器的结构如图12-1所示，它是由换向片和片间绝缘间隔排列，围成一个圆柱形，两侧车成V形槽，隔以两个V形绝缘环，用两个具有相同V形的压环组装而成。
根据压紧力的不同，V型压环紧固的换向器又可分为两种结构型式：拱式和钳式。
拱式换向器的压紧力全部作用在换向片V形槽的30º面上，此压紧力在换向片间产生拱压力，从而使换向片紧固，拱式换向器的V形压环与换向片只有一个接触面，制造上比较容易，一般直径较小、长度较短的换向器都采用这种结构。
1-换向片 2-片间绝缘 3-套筒 4-套筒绝缘 5-压圈 6-螺栓 7.8-V形绝缘环图12-1 用V型压环紧固的换向器拱形换向器根据紧固件的形式不同，又可分为三种：见图12-2所示：用环形螺母紧固式、短螺钉紧固式、螺杆紧固式。
前两种适用于大功率牵引电动机。
钳式换向器的压紧力作用在V形槽的两个面上，由于换向片悬臂部分具有压紧力，在一定程度上平衡了换向片离心力所引起的中间挠度，对防止换向器工作面变成腰鼓形有一定的作用，这种结构用于直径较大、长度较长的换向器。
1.2紧圈式换向器分内紧圈式换向器和外紧圈式换向器两种。
1.2.1内紧圈式换向器这种换向器结构如图12-3a图所示，它的换向片和云母片的加工与烘压处理，同V形压圈式换向器。
电机制造工艺学第五章 换向器与集电环的制造工艺
表5-5 坯料上切口数
2.V形绝缘环
1)坯料加工。
图5-18 扇形坯料尺寸 a)扇形坯料 b)V形绝缘环
图5-19 V形绝缘环与扇形坯料的关系 1—V形绝缘环 2—扇形坯料
2)初步成形。
图5-20 V形绝缘环初步成型模 1—压铁 2—玻璃纸 3—云母板
4—成型模 5—带子
3)烘压。
6)换向片和升高片及电枢绕组的焊接应牢固可
靠，运行中不应发生松动和开焊等缺陷。
7)换向器各零件应牢固可靠，在运行中不应有
松动、脱落等现象。
图5-7 各刷距下换向片的均匀分布
图5-8 换向片对轴线偏斜差
5.3 拱形换向器的制造工艺
5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4
换向片制造 升高片及其固定 换向器云母板和V形绝缘环的制造 换向器装配
1.换向器云母板 2.V形绝缘环
图5-16 V形绝缘环的坯料
图 V形绝缘环的截面图
1.换向器云母板
在换向器中云母板与铜片应组成形状稳定 的圆柱体。对于片间绝缘材料的要求是厚度
均匀，具有一定的弹性，在高温高压作用下具 有较小的收缩率，老化较慢，其耐热等级应与 电机的耐热等级相适应。换向器装配时不应有 较多的胶粘剂流出和个别云母片滑出的现象。 它的硬度应合适，加工时不脆裂，最好与铜具 有相近似的磨损率。
5.1.2 塑料换向器
图5-4 塑料换向器结构 1—换向器 2—塑料 3—加强环 4—钢质套筒
5.1.3 紧圈式换向器
图5-5 紧圈式换向器结构
5.1.4 分段式换向器
当换向器直径较大，长度大于500mm时，为防 止换向器工作表面呈腰鼓形变形，而将换向器 做成多段式结构；各段换向器(片)之间用连接 片4连接，最外面两个钢质V形压圈2仍用一套
换向器原理与结构
换向器原理与结构换向器是直流永磁串激电机、单相串激电机上为了能够让电机持续转动下去的一个部件，见图1-9。
当线圈通过电流后，在磁场的作用下，通过吸引和排斥力转动，当它转到和磁铁平衡时，原来通着电的线圈对应换向器上的触片就与电刷分离开，而电刷连接到符合产生推动力的那组线圈对应的触片上，这样不停的重复下去，直流电动机就转起来了。
如果没有换向器的作用，那电机只能转不到半圈就卡死了，无法实现持续的运转。
图1-9 换向器结构上，换向器是多个成型的接触片围成圆型环，分别与转子绕组元件上的每个触头连接，外边与两个电刷接触。
换向器大多采用半塑型换向器，由塑料壳体、铜质换向片、云母片间绝缘及金属衬套组成，如图1-10。
由于片间绝缘仍为云母片，不是全部为塑料，故称半塑换向器。
小的换向器可以没有金属衬套。
换向片大多用电解铜制成，对耐磨性及表面软化温度有更高要求的换向器可采用银铜或镉铜。
换向片的侧面呈梯形，因此须用梯形铜排冲断成形，梯形铜排大多由棒料拉拔成形，通过冷拉，既保证了梯形排尺寸的—致性，并且提高了电解铜的硬度。
图1-10中所示的换向片带有向下伸长的燕尾结构，这是为防止换向器在高速运转时换向片被离心力拉出。
近年来，为了节省铜材，省去换向片伸长的燕尾部份，将换向片侧面做成凹形并轧花，以及在上部就制成钩形，这种结构在国外已用得不少，也能耐受换向器高速运转时的离心力的作用。
由于换向片与线圈线头连接处的结构不同，可分成槽形换向器和钩形换向器两种。
在换向片的升高部份铣槽，线圈头就嵌在此槽中，然后点焊(热压焊)，漆包线的漆膜在点焊时的高温下熔化散逸，使得线头和线头以及和换向片槽壁形成良好的电气连接。
1.换向片2.塑料壳体3.金属衬套4.云母片图1-10 换向器结构钩形换向器在绕制转子线圈时，线圈头绕在换向片的钩子上，线圈绕制完毕，各个线头都已绕在相应的换向片钩子上了，然后在点焊时把钩子压下，使线头与换向器形成良好的电气连接，采用钩形换向器，容易使线圈线头与换向器连接的工序实行自动化，但目前大多用在换向片数少及电机功率较小的场合，主要是考虑大功率电机线圈的线径粗，缠绕困难，而换向片数多时，弯钩宽度要狭，相邻线头容易短路，因此大多用在小功率电机上。
4.第十二章换向器制造工艺
第十二章换向器制造第一节换向器基本结构及要求换向器是直流电机的主要部件。
它的主要作用是通过电刷与换向器表面的接触，在转动的绕组和静止的电路部件之间进行电流换向，将电枢绕组的交变电势转变为电刷间的直流电势；或将外部直流电压转变为交变电压加到电枢绕组上。
换向器由导电部分、绝缘部分和支承紧固部分组成，经过片装、器装等多次烘压成为一个整体。
换向器的导电部分及绝缘部分是换向器的有效工作部分，对支承结构（及对地）是绝缘的。
1.换向器基本结构换向器按紧固方式的不同，可分为五种结构型式：用V型压圈紧固的圆柱形换向器、紧圈式换向器、分段式换向器、辐射换向器、塑料换向器。
1.1用V型压环紧固的圆柱形换向器这种换向器的结构如图12-1所示，它是由换向片和片间绝缘间隔排列，围成一个圆柱形，两侧车成V形槽，隔以两个V形绝缘环，用两个具有相同V形的压环组装而成。
根据压紧力的不同，V型压环紧固的换向器又可分为两种结构型式：拱式和钳式。
拱式换向器的压紧力全部作用在换向片V形槽的30º面上，此压紧力在换向片间产生拱压力，从而使换向片紧固，拱式换向器的V形压环与换向片只有一个接触面，制造上比较容易，一般直径较小、长度较短的换向器都采用这种结构。
1-换向片 2-片间绝缘 3-套筒 4-套筒绝缘 5-压圈 6-螺栓 7.8-V形绝缘环图12-1 用V型压环紧固的换向器拱形换向器根据紧固件的形式不同，又可分为三种：见图12-2所示：用环形螺母紧固式、短螺钉紧固式、螺杆紧固式。
前两种适用于大功率牵引电动机。
钳式换向器的压紧力作用在V形槽的两个面上，由于换向片悬臂部分具有压紧力，在一定程度上平衡了换向片离心力所引起的中间挠度，对防止换向器工作面变成腰鼓形有一定的作用，这种结构用于直径较大、长度较长的换向器。
1.2紧圈式换向器分内紧圈式换向器和外紧圈式换向器两种。
1.2.1内紧圈式换向器这种换向器结构如图12-3a图所示，它的换向片和云母片的加工与烘压处理，同V形压圈式换向器。
第六章 换向器与集电环制造..
电刷组件的结构和装配
• 微电机使用的电刷及其压紧弹簧有多种型 式。主要有石墨类电刷，配以各种压紧弹 簧组件，以及丝片状弹簧电刷等。 • 由于石墨类电刷有一定截面积和高度， 所以多数需要设置刷盒、弹簧、刷握等， 并将它们固定在端盖上。常把电刷和固定 电刷的刷盒、弹簧刷组件既要准确保证电刷在换向器或集电环上 的位置，又要保证电刷与换向器或集电环的滑动 接触稳定可拿靠。因此，结构上常需精心设计和 加工，安装要求也较高。 • 对金属弹簧电刷，主要依靠金属电刷片或电刷 丝自己的弹力，将其压在换向器或集电环上一般 只需将丝、片状金属电刷一端固定，而不需另设 刷盒和刷握等，故结构和加工都比较简单，适用 于尺寸小、电流小、电压低的情况。
图8-38为蜗线弹簧电刷装置结构。(a)为径 向式，(b)为后倾式。用两个专用的螺拴，由专 用工具定位，把刷盒固定在塑料压制的电刷架 上。蜗线弹簧可以用铍青铜或弹簧钢片制 成．刷盒可用黄铜、也可用铝合金精密铸造。
盒式螺旋弹簧电刷装置结构如图8-39所示，（a） 为径向式，（b）为倾斜式。径向式结构也可用在端面 换向器上，见图1-10，这时它成为轴向式。 这种电刷装置结构多用于小功率直流电机，其特点 是结构紧凑。它一般由铜刷盒1和拧在刷盒上的刷盖8组 成，弹簧2通过刷盖8给电刷加压。刷盒材料多为黄铜。 端盖与刷盒之间为塑压的绝缘衬套7。电刷引线焊在铜 刷盒一端。 这种结构用于小机座号直流电机。特点是结构比较 简单，便于安装刷盒。剧盒可用黄铜或紫铜板冲压而成， 弹簧用不锈钢丝或琴弦钢丝卷制。
图8－40为拉 簧式电刷装置。 这种结构用于 小机座号直流 电机。特点是 结构比较简单， 便于安装刷盒。 剧盒可用黄铜 或紫铜板冲压 而成，弹簧用 不锈钢丝或琴 弦钢丝卷制。
3.电刷装配的主要要求
转向器构造与维修 ppt课件
图13.3 东风EQl090E型汽车转向器
北京大学出版社
13.2 转向器维修
❖ 转向器经过使用后出现一定损失易造成转向沉重 或转向盘自由行程过大、转向不灵敏操纵不稳定、 高速摆振等，因此要及时维修。
北京大学出版社
图13.2 桑塔纳齿轮齿条式转向器结构
北京大学出版社
13.1.2.循环球式转向器
图13.2 解放CAl040汽车循环球－齿条齿扇式转向器 1－转向器外壳 2－推力角接触轴承 3－转向螺杆 4－转向螺母 5－钢球 6－钢球导管卡 7－钢球导管8－六角锥形螺塞 9－调整垫片 10－上盖 11－转向柱管总成 12－转向轴
13.2.1转向器的检修
❖ 1．齿轮齿条式转向器的检修 ❖ （1）分解清洗后,检查转向齿轮与齿条有无磨损与损坏，
转向器壳体上是否有裂纹，注意转向器上的零件不允许焊 接或矫正，只能更换。 ❖ (2)检查转向齿条是否挠曲，齿面是否磨损或损坏，齿条 背面是否磨损或损坏。齿条的挠曲可按图13.4所示进行检 查，齿条挠度极限值为0.15mm。如挠度超过规定值，则 应更换齿条。要注意清洁齿条时，不可使用钢丝刷。 ❖ (3)检查转向齿条衬套是否磨损或损坏。如有不良情形， 则应更换转向器壳体。 ❖ (4)检查转向齿条导向座或压缩衬套是否磨损或损坏，检 查齿条导向座弹簧是否弹性减弱。如有不良情形，则予以 更换。
❖ 转向螺母的滚道应无金属剥落，滚球规格及数量应符合原 设计规定，直径差不大于 0.01mm 。滚球与滚道配合间 隙可用百分表抵住螺母，通过径向摆动螺母进行检查，其 方法如图13.5所示，其值应不大于 0.05mm 。
北京大学出版社
图13.5 滚球与滚道配合间隙的检查
中职机械工业版《电机与电器制造工艺学》6
• 当换向片厚度小于8mm、片高小于70mm时，采用冲剪方法加工。这 种方法加工的铜片两端有飞边，而且容易变形，冲剪后必须增加修 整校平工序。
• 铜片较厚和片高较长的换向片，可采用铣床加工，一次可同时铣断 几个工件。这种方法加工的换向片较平整，但材料消耗较多，生产 效率也较冲剪方法低。当铜片很厚时，可采用锯床锯断。但生产效 率低，材料消耗大。换向片切断后还应校平，达到侧面弯曲度不大 于0.05~1.0mm的要求。
• 第二节 拱形换向器制造 • 拱形换向器是金属换向器的典型结构型式，它的主要工艺过程如图
6-5所示。下面仅就换向器制造工艺中比较特殊的部分加以介绍。
图6-5 拱形换向器的典型工艺流程
• 一、换向片的制造
• 换向片是由梯形铜排经下料、去飞边、校平、铣槽、清理和搪锡等 工序制成的。
• 一般换向片是根据换向器的要求将铜材冷拉成断面为梯形的铜排为 原料，然后采用冲、剪、铣等方法制成需要的尺寸。较小的换向片 可直接冲成带鸠尾的形状，以减少机械加工量，同时有利于废料回 收。较厚的换向片用剪床剪断或在铣床铣断。冲剪下料引起的变形 必须校平。
• (2)V形绝缘环 V形绝缘环垫在换向片与钢压圈之间作为换向器的对 地绝缘。B级绝缘电机的V形绝缘环采用虫胶塑型云母板、醇酸型云 母板或环氧玻璃丝布制造。V形绝缘环的坯料形状如图6-7所示。
• 其中圆形和齿轮形是相近的，除落料有些区别之外，外圆直径D均 等于V形绝缘环截面的长度，压制成型的工艺是一样的。由于齿轮 形坯料剪去了多余的材料，所以压制的V形绝缘环比圆形坯料的平 整。这两种坯料用于尺寸很小的V形绝缘环。矩形和扇形的坯料是 相近的，其中扇形坯料最常用，因为其脱模较容易。矩形坯料脱模 比较困难，但矩形坯料落料方便，材料利用率高，故也有采用。
第5章 换向器与集电环的制造工艺
1.换向器云母板
在换向器中云母板与铜片应组成 形状稳定的圆柱体。 要求厚度均匀，具有一定的弹性， 在高温高压作用下具有较小的收缩率， 老化较慢，其耐热等级应与电机的耐 热等级相适应。换向器装配时不应有 较多的胶粘剂流出和个别云母片滑出 的现象。它的硬度应合适，加工时不 脆裂，最好与铜具有相近似的磨损率。
图5-29 云母不下刻时的下料图
5.4 塑料换向器的制造工艺
5.4.1 5.4.2 5.4.3 5.4.4
塑料换向器的用料 塑料换向器的制造工艺 塑料换向器的加强环 塑料换向器的质量检查
5.4.1 塑料换向器的用料
塑料成分：合成树脂、填充剂、 增塑剂、附加物等。热固性塑料：酚 醛塑料、三聚氰胺塑料、聚酰亚胺等。 热塑性塑料：有机玻璃、聚乙烯塑料。 1)酚醛树脂玻璃纤维压塑料。B绝缘 2)聚酰亚胺玻璃纤维压塑料。H绝缘
第5章 换向器与集电环的制造工艺
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6
换向器的结构形式 换向器的技术要求 拱形换向器的制造工艺 塑料换向器的制造工艺 紧圈式换向器的制造工艺特点 集电环的制造
5.1 换向器的结构形式
5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4
拱形换向器 塑料换向器 紧圈式换向器 分段式换向器
1.排圆
1）逐片测量换向片和云母片的厚度，并分类 存放。 2）排圆时按一个换向片和一个云母片相加其 厚度相等的条件，把云母片和换向片间隔排列。 3）要求片数准确，外圆尺寸应在规定的范围 内，换向片与换向器轴线平行，升高片要排列 整齐，换向器内圆处及升高片端云母片凸出于 换向片的高度应一致。
• • • • •
5.1.1 拱形换向器
1-垫圈 2-螺杆 3-V形绝缘环 4-换向片 5-绝缘套筒 6-升高片 7-压圈
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铬铜 0.5Cr 其余为
Cu 450-500
15
110-130
80-85 380
310 (400℃)
锆铜 0.2Zr 其余为
Cu 400-500
120
120-140
85-90 500
350-370 (290℃)
稀土铜
0.1Ce 其余为Cu
350-450 2-4
95-110 96 280
—
五、换向片的制造
工业用电机类
冷凝风机类
家用电器类
启动马达类
油泵电机类
雨刮电机类
换向器的结构
• 组成：
电枢轴 电枢绕组 铁心 换向器
作用：通电后产 生转动力矩
照片
换向器与电枢绕组的连接
二、换向器的重要性
换向器是直流电机和交流整流子电机最重要、最复杂的部件之一。 在电机运行中，换向器既要承受离心力和热应力的作用，又不能有 松动与变形。因此，要求换向器的工作表面光滑平整，具有较高的 耐磨性、耐热性和耐电弧性，具有可靠的对地绝缘、片间绝缘和爬 电距离，具有足够的强度、刚度及片间压力，以保证电机在起动、 制动和超速的情况下稳定地运行。总之，换向器质量的优劣，对电 机的运行性能有很大的影响。
换向器冷压之后还需加热烘压。换向器加热烘压的温度、时间、压 力与换向器片间云母板所用的胶粘剂及换向器大小有关。换向器烘 压用设备为装有恒温控制的烘箱和油压机。烘压的目的是把片间云 母板中多余的胶粘剂挤出，并使云母板中的胶粘剂固化。
车V形槽
换向片和云母片排圆并经烘压处理以后，拆 除夹紧工具之前在车床上车出V形槽。
换向片是由梯形铜排经下料、去毛刺、校平、铣 槽、清理和搪锡等工作制成的。
一般换向片是根据换向器的要求将铜材冷拉成断面为梯形的铜排为原料， 然后采用冲、剪、铣等方法制成需要的尺寸。 1、升高片及其固定
升高片与换向片的连接方式有铆接、焊接等方式。
升高片结构型式
2、换向器云母板和V形绝缘环的制造
1）换向器云母板 在换向器中云母板与铜片应组成形状稳定的圆柱体。
3、绑环式换向器
绑环式换向器 1－绑环 2－换向片 3－锥形套筒 4－螺母
4、分段式换向器
双段式换向器 1－套筒 2－压圈 3－换向片4－连接片5－换向片 6－升高片 7－V形绝缘环 8－螺杆 9－绝缘套筒
四、换向器的材料
换向片材料的主要性能
材料类别
化学成分(%)
抗拉强度/Mpa 伸长率(%) 硬 度/HBS
5－钢质套筒 6－螺母
5－钢质套筒 6－螺钉
c)螺杆紧固 1－垫圈 2－螺杆3－V形绝缘环 4－换向片5－绝缘套简6－升高片
7－压圈 8－套筒
2、塑料换向器
塑料换向器 1－换向片 2－塑料 3－加强环 4－钢套筒
图6－2a为不加套筒的结构。 图6－2b换向片根部也可采用如图所示结构，以提高强度。 图6－2c为有钢套筒的塑料换向器。
换向器的结构与材料
一、换向器的作用
电刷
F
+
N I
U
F I
–
换向片
S
直流电源
电刷 换向器
直流电动机 的工作原理
线圈
• 换向片和电源固定联接，线圈Fra bibliotek论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流 向外。电刷压在换向片上
碳刷又叫作电刷,是电机极为重要的部件之一,它用于电机转动部件与固定 部件之间传导电流.在交流整流子或直流电机中,它起到换向作用.因此,如 何合理使用电刷是极为重要的工作。合理使用包括，正确选型和正确使用 两方面，电刷正确选型是根据电机与特性，由电刷厂提供优质产品，使电 机在运行中，有良好的使用性能，而碳刷的正确使用，则是电机在运行中 充分发挥其优良性能的重要保证。使用碳刷包括换向器的清理，电刷的磨 弧，膜的建立，电刷的安装。电刷的选型是根据电机厂设计工况，运行条 件，选择合理的碳刷，通过上机模拟实验，选择合理的材质刷体，从而体 现电机的优良使用性能。
电导率%IACS① 软化温度/℃ 高温强度/MPa
硬铜
99.9Cu
350-450 2-6
80-110 98 150
200-240 (200℃)
银铜 0.2Ag 其余为
Cu 350-450
2-4
95-110
96 280
250-270 (290℃)
镉铜 1cd 其余为 Cu 600 2-6 100-115 85 280
排圆
首先逐片测量换向片和云母片的厚度，并分类存放。排圆时按 一片换向片和一片云母片相加其厚度相等的条件，把云母片和 换向片间隔排列。要求片数准确，外圆尺寸应在规定的范围内， 换向片与换向器轴线平行，升高片要排列整齐，换向器内圆处 及升高片端其云母片凸出于换向片的高度应一致。
冷热压
冷压换向器的设备一般采用油压机
三、换向器的结构类型
换向器由导电部分、绝缘部分和紧固支撑部分组成。按照结 构型式不同可分为拱形换向器、塑料换向器、绑环式换向器和分 段式换向器四种。
1、拱形换向器（☆）
a)螺母紧固
b)螺钉紧固
1－钢质V形压圈 2－换向片 1－V形压圈 2－绝缘套简
3－V形绝缘环 4－绝缘套筒 3－换向片4－V形绝缘环
换向器片间云母板可以用冲剪方法加工，形状与换向片相同 2）V形绝缘环
V形绝缘环垫在换向片与钢压圈之间作为换向器的对地绝缘。
V形绝缘环的坯料
V形绝缘环压制好以后，首先从外形上检查，表面应光滑、无皱折、 裂纹等缺陷。各部分的尺寸和厚度可以用游标卡尺测量。外形和尺 寸检验合格的V形绝缘环还要作耐压试验。
云母环厚度/mm 1
1.2
1.5
2.0
2.5
3.0
试验电压/kV 5.5
5.5
6.5
8.0
11
11
V形环的耐压试验示意图
3）换向器装配
换向器装配包括把换向片和云母片排成圆形、进行片间云 母的烘压处理、车V形槽、装V形绝缘环及压圈、进行V形 绝缘环的烘压处理以及半精车、动平衡、超速等工序。通 常把换向片的装配和烘压称为一次装配或片装；把车过V 形槽的铜片组与V形绝缘环及V形钢压圈装在一起，并进 行烘压称为二次装配或器装。
刷架，由支架、圆形轴承组成，所述支架呈前窄后宽，窄端为 一中空圆柱体形状，宽端中部为一贯穿该支架的大长条形槽， 在该条形槽的两侧对称设有贯穿该支架的小长条形槽，所述圆 形轴承中部具有铜芯孔，底部具有与大长条形槽相配合的凸起， 圆形轴承上设有与小长条形槽对应的螺孔，螺丝穿过螺孔插入 大长条形槽两侧的小长条形槽中，将圆形轴承与支架连接，圆 形轴承可在大长条形槽中滑动。