毕业设计——直流电机的装配工艺分析

直流电机的装配工艺分析

系部：精密制造系

学生姓名：陈维

专业班级：数控 11C1 班

学号： 111021104

指导教师：屠春娟

2014年 4月 20 日

声明

本人所呈交的直流电机的装配工艺分析是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。

作者签名：

日期：

【摘要】

直流电机是定义输出或输入为直流电能的旋转电机，它能实现直流电能和机械能互相转换。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。

本课题以直流电机为研究对象，主要分析直流电机的工作原理及装配工艺，内容包括：直流电机的结构介绍、工作原理分析、装配工艺及所涉及参数、在实际装配中所使用的各种装配工具、在实际装配过程中所使用的技巧及常见问题与解决方案。

【关键词】：直流电机；工作原理；装配工艺；

引言 (1)

一、直流电机基本结构 (2)

二、直流电机的工作原理 (2)

三、直流电机的装配 (3)

（一）前端盖 (3)

（二）后端盖 (4)

（四）转子 (5)

（五）装配 (9)

（六）检测 (11)

总结 (13)

参考文献 (14)

谢辞 (15)

直流电机是实现直流电能与机械能之间相互转换的电力机械，按照用途可以分为直流电动机和直流发电机两类。其中将机械能转换成直流电能的电机称为直流发电机。由于直流电动机具有良好的启动和调速性能，常应用于对启动和调速有较高要求的场合，如大型可逆式轧钢机、矿井卷扬机、宾馆高速电梯、龙门刨床、电力机车、内燃机车、城市电车、地铁列车、电动自行车、造纸和印刷机械、船舶机械、大型精密机床和大型起重机等生产机械中，如下图所示。

直流电动机与交流电动机相比，具有优良的调速性能和启动性能。直流电动机具有宽广的调速范围，平滑的无级调速特性，可实现频繁的无级快速启动、制动和反转；过载能力大，能承受频繁的冲击负载；能满足自动化生产系统中各种特殊运行的要求。而直流发电机则能提供无脉动的大功率直流电源，且输出电压可以精确地调节和控制。

本课题以直流电机为研究对象，主要分析直流电机的工作原理及装配工艺，内容包括：直流电机的结构介绍、工作原理分析、装配工艺及所涉及参数、在实际装配中所使用的各种装配工具、在实际装配过程中所使用的技巧及常见问题与解决方案。

本课题来源于欧邦精密电机有限公司，欧邦电机生产的直流电机有多种不同的型号，其中以用于扫地机的80电机最受其他各大生产厂家的青睐，于是本课题就以此型号电机来简单的说明一下直流电机的工作原理和装配工艺的分析。

本课题研究的对象是直流电机，如图1-1所示。直流电机主要由定子和转子两部分组成。

1.定子

定子由磁瓦、电刷装置、机壳和端盖组成，是电机的可见部分，如图1-1所示。其中磁瓦粘合在机壳上，作用是产生恒定的磁场与转子产生的电场相互作用以带动转子转动。电刷装置安装在后端盖两侧，作用是与换向器配合，完成直流与交流的互换，机座和端盖则起支撑和固定作用。

2.转子

转子的的作用是产生感应电动势和电磁转矩，实现机电能量的转换，它主要包括转轴、转轴片、漆包线绕组以及换向器。

图1-1直流电机

二、直流电机的工作原理

直流电机中有许多个线圈牢固地嵌在转子铁芯槽中，当导体中通过电流，在磁场中因受力而转动，就带动整个转子旋转，这就是直流电动机的基本工作原理。

要使转子按照一定的方向旋转，关键问题是当导体从一个磁极范围内转到另一个异性磁极范围内时（也就是导体经过中性面后），导体中电流的方向也要同时改变。换向器和电刷就是完成这个任务的装置。在直流发电机中，换向器和电刷的任务是把线圈中的交流电变为直流电向外输出，而在直流电动机中，则用换向器和电刷把输入的直流电变为线圈中的交流电。可见换向器和电刷是直流电机中不可缺少的关键部件。

直流电机的装配主要包括前、后端盖的后期加工、机壳与磁瓦的粘合、转子的加工以及组装等工序，以下是针对直流电机各工序的加工装配方法以及注意事项进行简单叙述，首先是前端盖的后期加工。

（一）前端盖的装配

前端盖如图3-1所示，四角有四个Φ6的通孔，其内是与机壳相配的环，两侧是用于打进连接整个电机的Φ5螺杆孔，内圈则是Φ24的轴承孔以及Φ18的油封孔。

图3-1 前端盖

前端盖的后期加工由我们小组完成，步骤如下：

1.塞入油封，油封的作用是防止齿轮箱中润滑油在转子的带动下流入电机导致电机短路等问题。这里要注意油封是否完整的塞入油封孔，不符合要求除了会导致漏油以外还将导致整个孔的伸缩距离缩小以致轴承卡死，使整个电机无法正常运转。

2.放入Φ24弹片，弹片只需平稳的放进去就可以了，一般不会出错。弹片的存在是为了给转子留下足够的伸缩距离，一旦弹片与轴承卡死，会使转子与前后端盖的活动距离过大或过小，活动距离过大会使整个电机不够稳定而引发一系列问题，过小则会造成转子卡死，使电机不能正常运转，电机不合格。如果是这样引发的电机通电后无法转动则需要将电机整个拆开重新装配。

3.按进轴承，为了防止装配时轴承漏出，轴承一般与轴承孔一样大，这里需要先将轴承放平，然后用力按进，不放平轴承会导致轴承卡住按不进去，这时就需要将轴承敲出，重新来过。轴承的作用是固定转子，让转子在安全的位置转动。而轴承的按入必须

按照要求进行，强行压入会使轴承损坏，转子旋转不稳定，造成噪音过大等问题。（二）后端盖的装配

后端盖的后期加工过程如下：

1.装入刷盒（图3-2中两侧黑色柱体与矩形铜以及铜片），先将刷盒放进两侧的刷盒孔内，因为精度原因，有时需要用到压机才能将刷盒压入，压入后用螺丝刀打进两颗M5螺丝以固定刷盒。完成后将铜片掰到如图所示位置。

2.在引线孔内塞入引线套，引线套由软塑胶制成，作用是避免引线与后端盖直接接触，保护引线不易损坏。

3.穿入引线，这里要注意不能将引线套带出，一般采用旋转推进的方法即黑粗线一边转动一边向内推进，之后将剥好的蓝黑线分别穿入两侧刷盒铜片孔内（两条线穿入的刷盒铜片如图所示），最后点焊引线铜片，确保引线铜片不会脱落且将铜片掰到指定位置后不会有点焊锡碰到端盖，蓝黑线穿入的铜片以及最终位置如图所示，一般黑线穿入远离引线孔的铜片内，同时检查黑线是否遮住螺杆孔，以及后端盖是否干净无异物。

4.按进轴承，这里的轴承同样用于固定转子同时为转子提供转矩使转子能够正常转动，方法与前端盖按轴承方法相同。

图3-2 后端盖

（三）机壳的装配

机壳作为电机的主体，工艺简单，但装配起来却比较繁琐，装配步骤如下：

1．首先将机壳放到如图3-3所示的工装上，工装的左右是固定机壳与磁瓦的位置，两侧有两块凸起，其他部分则是凹进去的。

2.机壳放平以后用AB胶涂抹图中右上角的磁瓦，这里要注意的是磁瓦上胶水要全部抹匀，不能有遗漏，遗漏会使磁瓦与机壳相接触的面留有气隙导致机壳与磁瓦不能紧密贴合，使磁瓦易脱离机壳。

3.将涂好胶水的磁瓦分别放入机壳内，工装上下凹的部分。用力按住磁瓦中间位置，带动磁瓦上下贴合机壳滑动。两片磁瓦都这样滑动几次之后进行下一步。

4.在两片磁瓦中留下的空间里敲进卡片用来固定磁瓦，卡片的主要作用是方便装配时螺杆能够更容易找准位置。同时也让我们在胶水未干的情况下可以将机壳取下来而不至于磁瓦脱落，增加工作效率。

5.将机壳从工装上脱离，在磁瓦上做好标记后放到充磁机上充磁，这样可以让磁瓦充满磁性，能够产生磁场。

图3-3 机壳与工装、磁瓦、卡片

（四）转子的装配

转子的加工工艺最为复杂，包括了转轴片的压铸、防止短路的插片套管以及缠绕漆包线等。装配过程如下：

1.首先是转轴片的压铸，如图3-4所示，因为这类电机需求较大，公司为这类电机准备了专门的转轴片，即只需要将准备好的转轴片放到特定的工装上固定好，插入转轴，再放到压铸机上压铸即成。转轴片两端一般各有两片胶片，其作用是阻隔漆包线与转轴片接触造成短路。

2.插入纸片与套管，如图3-5所示，纸片的作用是与转轴片两端的胶片组合隔断转轴片与漆包线，防止短路。纸片要求一般比转轴片与胶片总长度高0.5mm,这样既可以避

免转轴片露出与漆包线接触也可以不影响到后面的缠绕漆包线。套管作用是防止转轴与漆包线接触造成短路，套管完成后应该略短于轴承位（类似图中两端红片内侧黑色槽位置）。如果套管过长，会导致占用轴承位使轴承卡死，过短则可能在缠绕漆包线过程中使漆包线压下套管从而造成转轴与漆包线接触而短路。

图3-4 转轴片的压铸

图3-5 插纸片

图3-6 压换向器

3.压换向器，如图3-6所示。换向器的作用是产生附加磁场，使电机能够换向。这里选择的是M38的24角换向器。具体方法是先将换向器放入适合的工装内，将转子沿

卡槽插入，放置到压机上合适位置，压至合适位置。全部完成后则可缠绕漆包线。

图3-7 缠绕漆包线

4.缠绕漆包线后，即是主磁极，主磁极总是成对的，并按N极和S极交替排列。绕线有专用的绕线机，将转子放到特制的工装中，转轴片槽位对准两边以方便漆包线缠绕，按一定的顺序在换向器上拉好漆包线，启动机器，漆包线自动缠绕，然后调整转子，重复缠绕，直到所有的转轴槽内都缠好漆包线。当然在缠绕前需选择漆包线规格与缠绕次数及圈数，这些影响到最后电机的转速、功率、以及电压等。缠绕漆包线后如图3-7所示。

5.换向器点焊，缠好漆包线的转子还需要将换向器的24角全部贴合到换向器主体上才算基本完成，这里需要将转子装到点焊机上点焊，点焊头接通电流能瞬间产生靠近一千摄氏度的高温，足以在点焊头压下角的时候使角融化粘合到换向器主体上，旁边的出气口则负责冷却。全部点好后需要检测转子是否短路。

6.短路检测使用的是耐压测试机，火线与零线分别接触转轴与换向器，机器鸣叫即短路，无声响则可以进行最后一步，换向器的车削。

7.换向器的车削在粗精车机上进行，目的是将换向器与碳刷接触部分车削的光滑，减小转子转动时与碳刷摩擦的噪音。方法一般是粗车刀先车削到换向器表面，然后由精车刀车削，由于这里对精度要求极高，所以要尽可能控制车削量越小越好，如一次不能完成则需要多次调整刀具多次车削，直到换向器表面符合要求为止，如图3-8所示。最后打磨换向器，转子制作完成。

转子装配后如图3-9所示。

图3-8 换向器粗精车

图3-9 转子

（五）直流电机装配

1.首先将转子换向器一端对准轴承中心孔压进后端盖中，旋转转子看是否能够转

动。如图3-10所示。

图3-10 转子插入后端盖

2.套上机壳，因为此时机壳内一对磁瓦已经具有磁性，在套机壳时需同时按住转子以防止磁瓦将转子吸出。磁瓦的具体位置以标记和后端盖为准，一般充磁时做记号的那片磁瓦靠近引线一端，同时卡片中心对准后端盖螺杆孔。如图3-11所示。

图3-11套入机壳

图3-12 电刷装置（碳刷帽、碳刷、刷盒）

3.盖上前端盖，在这个过程中要防止因为轴承孔太松造成的轴承脱落。同时前端盖的螺杆孔对准后端盖螺杆孔，进行位置上的微调。穿进螺杆，打紧，机壳主体完成。

4.碳刷的安装，碳刷主要由碳刷片、弹簧、铜绞线以及碳刷组成，如图，首先将铜绞线卡到碳刷片的卡槽中，按要求将碳刷放进刷盒内，用一字螺丝刀压紧，盖上刷盒盖，用螺丝刀拧紧。如果不能顺利拧紧，则说明碳刷没有放好就需要重新来过，如图3-12所示。

碳刷安装完成以后整个电机也就完成了，接下来则需要进行检测。

（六）检测

调整电源电压到指定电压，将装好的电机接到电源上，如图3-13所示。打开开关，正反方向让电机旋转，观察示波器波形是否过长，过长则不合格。再听电机旋转时产生的噪音，过大则不合格。最后用耐压测试机的火线与零线分别接电机引线与端盖，鸣叫则表示电机短路不合格。全部合格则电机完成装配，有一项不合格则需进行一些简单的修理，下面就简单介绍一些简单问题的修理。

图3-13 电源

1.示波器波形过长说明电流不稳定，是绕线存在问题，一般这种情况需要将缠绕的漆包线全部拆除重新缠绕漆包线，而这个过程比较繁琐，考虑效益我们一般选择报废转子，进而重新选择一个备用转子重新装配。

2.噪音过大可能的原因有三种，一是碳刷安装不够规范，这时只需将碳刷拆开重新安装即可。二是安装碳刷时选用了不合格的碳刷，即碳刷与换向器相触的圆弧不符合规格要求，这时可以选择打磨碳刷或者更换合乎规范的碳刷。三是换向器车削时精车刀车

削量过大造成的换向器表面不平滑，这时需要将整个电机拆开，将转子拿到粗精车机上再次车削。

3.电机短路的可能情况有三种，第一种情况是刷盒上铜片掰动的距离过大导致引线接触到后端盖而引发的短路，这时选择的做法是将铜片拨到指定位置。第二种情况是在剪线时失误导致引线内铜线暴露接触到机壳或者后端盖，这时的做法是更换后端盖，同时将更换下来的后端盖上破损的引线更换掉。第三种情况则是转子短路，由于车削的问题是可能造成转子在车削前后短路情况不一样的，同样考虑效益问题这里转子直接报废，更换转子重新装配。

总结

从开始工作到如今已快一年光景，从一开始刚离开校园时青涩的菜鸟成长为一个合格的直流电机装配员，我经历了这上述的每一步。写毕业论文查找资料我才了解到自己做的电机也应用在了生活中的方方面面，初步了解了它的原理，在工作中一步步了解它的结构，在校外指导老师的教导下一步步成长，学习端盖、机壳、转子的制作，最后整个电机的装配，犯过很多的错误，甚至有过屡教不改的坏习惯，老师也一直不停的提醒我，一刻不停的教导我，让我做得更好。

欧邦电机的工作是我第一份正式的工作，在这里我学到太多，不止于工作的技能。后端盖的按轴承，虽然看上去一份很简单的工作，但只有做起来才知道只是差一点也可能需要你付出更大的努力才能将轴承放到你想放的位置。这告诉我只有方法和方向都是对的才可能尽快完成自己的目标。电机装配最后的检测工作一直都是欧阳完成的，他坚持这份工作有多久我并不清楚，我只知道他对这份工作极尽熟悉，转轴片需要多少、多少号的漆包线绕多少圈能做成需要电机、车间内每一样零件的位置，他全都记得，我们忘记都需要他来提醒，但他依然认真对待每一个从我们手里做出来的电机，不让任何有问题的电机发到客户手里。他这样认知的态度值得我适用一生。

参考文献

[1] 沈宫秋主编.直流电机.陕西科学技术出版社，1979.12

[2] 孙克军等.直流电机.机械工业出版社，2011.01

[3] 尤佳章.直流电机.商务印书馆，1932

[4] 上海工业大学.上海直流电机厂.直流电机设计.机械工业出版社，1983

谢辞

首先感谢我的论文指导老师屠春娟老师，在初稿与定稿的写作期间，屠老师给了我细心指导，并且花了她许多宝贵的时间耐心地为我修改论文，她为我的论文提出了许多宝贵意见，使我少走了些弯路，特别是在我思路比较混乱时帮我理清了思路，对初稿混乱的论文结构给出了简洁明了的建议结构框架，指出了论文应做的重点，为我修改论文，屠老师对待工作严谨细心的态度，平易近人的作风，让我深受感染，使我对本研究课题的完成，充满了信心。

最后我想要谢谢三年来教育我的老师们，三年来，老师教给了我们很多知识，传道、授业、解惑，为我们走上社会打下了坚实的基础。还要感谢欧邦电机以及校外指导老师欧阳军武给予我这次实习机会，感谢他们教会我新的技能，并且在我实习遇到困难时给予的帮助。接下来我会继续努力学习，将课本所学的知识运用于社会实践，学习更多的有用的知识，使自己成为社会有用之才，在以后的工作中一定继续努力，不辜负学院的领导和老师的期望！