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1、浙江工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文 畢業(yè)設(shè)計說明書 課題名稱： 磁極壓板工藝工裝設(shè)計與數(shù)控編程 學(xué)生姓名 屠迦勒 學(xué) 號 0905023434 所在學(xué)院 機械工程學(xué)院 專 業(yè) 數(shù)控技術(shù) 班 級 數(shù)控0934 指導(dǎo)教師 章光偉 姚慶祺 起訖時間：2012年2月13日～2012年4月9日 10

2、 浙江機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 磁極壓板工藝工裝設(shè)計與數(shù)控編程 摘 要 水輪發(fā)電機的特點是：極數(shù)多，直徑大，軸向長度短，整個轉(zhuǎn)子在外形上與汽輪發(fā)電機大不相同。大多數(shù)水輪發(fā)電機為立式。水輪發(fā)電機的直徑很大，定子鐵心由扇形電工鋼片拼裝疊成。為了散熱的需要，定子鐵心中留有徑向通風(fēng)溝。轉(zhuǎn)子磁極由厚度為1～2mm的鋼片疊成；磁極兩端有磁極壓板，用來壓緊磁極沖片和固定磁極繞組。有些發(fā)電機磁極的極靴上開有一些槽，槽內(nèi)放上銅條，并用端環(huán)將所有銅條連在一起構(gòu)成阻尼繞組，其作用是用來擬制短路電流和減弱電機振蕩，在電動機中作為起動繞組用。 關(guān)鍵詞：機械設(shè)計；水輪機； 磁極壓板的造型；裝

3、配圖； 編程； 工藝 Abstract Generator is characterized by: a very few more large diameter, short axial length, the generator rotor and very different in appearance. Most generator for the vertical. The diameter of a large turbine generator stator core assembled quartet built by the fan electrical

4、steel sheet. The need for cooling the stator iron hearts of left radial ventilation groove. By the thickness of the rotor pole 1 ~ 2mm of steel quartet built; magnetic poles at each end plate, used to compress a fixed magnetic pole punching and winding. Some of the very boots on the pole generators

5、have some slots open, tank placed copper, and copper by end rings will all be connected together to form the damper winding, its role is reduced to fiction short circuit current and motor vibration, the motor used as a starting winding. Key words: turbine drawing pole shape programming

6、 process 目 錄 摘 要 I 目 錄 i 第1章 緒論 1 1.1 引言 1 1.2 主要機械結(jié)構(gòu)分析 1 第2章 結(jié)構(gòu)設(shè)計 2 第5章 結(jié)論 4 參 考 文 獻 5 致 謝 6 第1章 緒論 1. 1 引 言 水輪發(fā)電機的特點是：極數(shù)多，直徑大，軸向長度短，整個轉(zhuǎn)子在外形上與汽輪發(fā)電機大不相同。大多數(shù)水輪發(fā)電機為立式。水輪發(fā)電機的直徑很大，定子鐵心由扇形電工鋼片拼裝疊成。為了散熱的需要，定子鐵心中留有徑向通風(fēng)溝。轉(zhuǎn)子磁極由厚度為1～2mm的鋼片疊成；磁極兩端有磁極壓板，用來壓緊磁極沖片和固定磁極繞組

7、。有些發(fā)電機磁極的極靴上開有一些槽，槽內(nèi)放上銅條，并用端環(huán)將所有銅條連在一起構(gòu)成阻尼繞組，其作用是用來擬制短路電流和減弱電機振蕩，在電動機中作為起動繞組用。磁極與磁極軛部采用 T 形或鴿尾形連接。 發(fā)電機采用臥軸兩支點結(jié)構(gòu)型式。該結(jié)構(gòu)是近年發(fā)展起來的一種較好的結(jié)構(gòu)型式，由于水輪機轉(zhuǎn)輪直接與發(fā)電機主軸相聯(lián)，其結(jié)構(gòu)緊湊，占地少，安裝調(diào)試方便，能很好地滿足地下廠房對機組占地的限制。但是，由于機組飛逸轉(zhuǎn)速為1790r／min，一般要求臨界轉(zhuǎn)速不小于1.2倍的飛逸轉(zhuǎn)速。采用兩支點后，軸系受力發(fā)生了很大變化：一是少了一個支點，二是軸的外伸端增加了載荷，臨界轉(zhuǎn)速大為降低。通過調(diào)整支點間的距離及軸頸直徑

8、，滿足了機組對臨界轉(zhuǎn)速的要求。 為滿足機組在飛逸工況下的安全可靠性，轉(zhuǎn)動部件的應(yīng)力須嚴格控制。由于該機組飛逸工況時的離心力系數(shù)高達36倍，常規(guī)的磁極結(jié)構(gòu)很難滿足要求，而有些設(shè)計資料上介紹的梳齒結(jié)構(gòu)其相關(guān)零部件的應(yīng)力值亦很高，須采用具有較高抗拉強度的合金鋼，且結(jié)構(gòu)不理想，不能直接套用。為解決這一問題，提出了一種更為合理的梳齒式實心磁極結(jié)構(gòu)，不僅降低了相關(guān)零部件的應(yīng)力，對材質(zhì)的要求不高，且加工量亦有所下降。 該實心磁極由軸、磁軛、極身整鍛而成，固定勵磁繞組的極靴則作成分離式極靴塊，分段嵌入極身相應(yīng)的槽中，形成梳齒狀，并通過鋼銷將其緊固于極身上，這樣可最大限度地減輕分離件的質(zhì)量。

9、1.2 主要機械結(jié)構(gòu)分析 螺桿把緊結(jié)構(gòu)TAW系列增安型無劇勵磁同步電動機轉(zhuǎn)子磁極由磁極鐵心與磁極線圈組成，磁極鐵心由磁極壓板、磁極沖片、銷桿、磁極鉚釘?shù)冉M成。 磁軛也叫輪環(huán)。它的作用是產(chǎn)生轉(zhuǎn)動慣量和固定磁極，同時也是磁路的一部分。磁軛由扇形磁軛沖片、通風(fēng)槽片、定位銷、拉緊鏍桿、磁軛上壓板、磁軛鍵、鎖定板、卡鍵、下壓板等組成。 磁極是產(chǎn)生磁場的部件，由襲擊鐵芯、磁極線圈、阻尼繞組及極靴等組成。磁極線圈由銅線或是鋁線制成，立繞再磁極鐵心的外表面上，匝與匝之間用石棉紙板絕緣。線圈饒好后經(jīng)浸膠熱壓處理，形成堅固的整體。阻尼繞組的作用是當水輪發(fā)電機產(chǎn)生振蕩時七阻尼作用，使發(fā)電機運行穩(wěn)

10、定。在不對稱運行時，它能提高擔負不對稱負載的能力。而實心磁極因為本身有很好的阻尼作用，故不用在裝設(shè)阻尼繞組。 磁極壓板采用精密鑄造的磁極壓板上端部制有安裝阻尼條的臺肩，磁極壓板上開有拉桿孔，在拉桿孔內(nèi)焊裝有拉桿。本實用新型只需加工磁極壓板的一側(cè)面和延伸部位的底面，加工量均為２毫米，磁極壓板上端部制有安裝阻尼條的臺肩，無需加工安裝阻尼條的阻尼孔；在磁極壓板上開有拉桿孔，并在拉桿孔內(nèi)焊裝拉桿。這樣不僅可減少了磁極壓板表面的加工余量，降低了原材料的耗用量；同時還可簡化加工工藝、降低發(fā)電機的制造成本。 第2章 結(jié)構(gòu)設(shè)計（黑體，小二號） 1電機設(shè)計及制造的特點

11、 (1)實心磁極的結(jié)構(gòu)設(shè)計及制造方法；  (2)實心磁極電磁計算方法的特殊性；  (3)負荷較大軸承軸瓦溫度的控制；  (4)高轉(zhuǎn)速機組振動和噪音的抑制等。 5.2發(fā)電機的基本數(shù)據(jù) 型號 SFW5000－6／1730 額定功率／kW 5000 額定電壓／V 6300 額定電流／A 572.8 額定功率因數(shù) 0.8(滯后) 額定頻率／Hz

12、 50 額定轉(zhuǎn)速／rmin－11000 飛逸轉(zhuǎn)速／rmin－11790 5.3電磁設(shè)計  在電磁計算時，針對該機組的特殊性，經(jīng)過多方案比較，得出了一個較佳的電磁方案。在電磁方案選擇時，著重考慮了以下幾方面。  (1)由于飛逸轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)子須采用實心磁極結(jié)構(gòu)。實心磁極本身具有較強的阻尼作用，因此不再增設(shè)阻尼繞組，從而簡化了轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，增強了承受較高機械應(yīng)力的能力。 (2)定子每極每相槽數(shù)q采用“整數(shù)＋1／2”。由于無常規(guī)阻尼結(jié)構(gòu)，可有效地降低一次齒諧波，亦可避免因采用整數(shù)槽后可能出現(xiàn)的較大電壓波形畸變，從而保證發(fā)電機的發(fā)電質(zhì)量。

13、  (3)轉(zhuǎn)子采用實心磁極結(jié)構(gòu)后，對磁極表面損耗和一些時間參數(shù)的計算應(yīng)作相應(yīng)的修正。 (4)為降低極靴表面損耗，定子槽寬bs與氣隙δ之比宜小于1.5。氣隙δ宜取偏大值，以降低電磁振動和噪音，使機組的整體性能較好。這樣即便短路比大些，多用一些銅材也是有益的。  (5)采用較低的極身磁密和散熱較好的分離式極靴塊。分離式極靴塊與極身之間，在磁極外表面沿軸向形成一定尺寸的溝槽，以增大等效氣隙和散熱表面，可有效地防止極靴表面局部過熱。 (6)該發(fā)電機采用軸向鼓風(fēng)作用強、效率高、工藝簡便的平板旋槳式風(fēng)扇，形成以軸向通風(fēng)為主的徑、軸向雙路徑通風(fēng)系統(tǒng)。采取密閉自循環(huán)

14、空氣冷卻器冷卻方式。 5.4結(jié)構(gòu)設(shè)計  發(fā)電機采用臥軸兩支點結(jié)構(gòu)型式。該結(jié)構(gòu)是近年發(fā)展起來的一種較好的結(jié)構(gòu)型式，由于水輪機轉(zhuǎn)輪直接與發(fā)電機主軸相聯(lián)，其結(jié)構(gòu)緊湊，占地少，安裝調(diào)試方便，能很好地滿足地下廠房對機組占地的限制。但是，由于機組飛逸轉(zhuǎn)速為1790r／min，一般要求臨界轉(zhuǎn)速不小于1.2倍的飛逸轉(zhuǎn)速。采用兩支點后，軸系受力發(fā)生了很大變化：一是少了一個支點，二是軸的外伸端增加了載荷，臨界轉(zhuǎn)速大為降低。通過調(diào)整支點間的距離及軸頸直徑，滿足了機組對臨界轉(zhuǎn)速的要求。 為滿足機組在飛逸工況下的安全可靠性，轉(zhuǎn)動部件的應(yīng)力須

15、嚴格控制。由于該機組飛逸工況時的離心力系數(shù)高達36倍，常規(guī)的磁極結(jié)構(gòu)很難滿足要求，而有些設(shè)計資料上介紹的梳齒結(jié)構(gòu)其相關(guān)零部件的應(yīng)力值亦很高，須采用具有較高抗拉強度的合金鋼，且結(jié)構(gòu)不理想，不能直接套用。為解決這一問題，提出了一種更為合理的梳齒式實心磁極結(jié)構(gòu)，不僅降低了相關(guān)零部件的應(yīng)力，對材質(zhì)的要求不高，且加工量亦有所下降。 該實心磁極由軸、磁軛、極身整鍛而成，固定勵磁繞組的極靴則作成分離式極靴塊，分段嵌入極身相應(yīng)的槽中，形成梳齒狀，并通過鋼銷將其緊固于極身上，這樣可最大限度地減輕分離件的質(zhì)量，

16、 降低分離件的離心力，從而控制相關(guān)部件在飛逸工況下所承受的應(yīng)力。同時，危險斷面的應(yīng)力得到了合理分配，與傳統(tǒng)的幾種實心磁極相比，結(jié)構(gòu)更趨合理。下面是相關(guān)部件飛逸工況下危險斷面的應(yīng)力值(單位：MPa)：  鋼銷剪應(yīng)力 61  極靴塊彎曲應(yīng)力 220  端部剪應(yīng)力 65  端部彎曲應(yīng)力 268  由于發(fā)電機容量較大，使用于較高水頭和較大流量的配套水輪機，使得發(fā)電機軸承需要承受較大的水推力和徑向力，這樣，軸承負荷系數(shù)K＝(PV3)1／2很大，達265，其發(fā)熱量及

17、所需冷卻循環(huán)油量較大。在徑向推力軸承設(shè)計時，首次采用了與內(nèi)外循環(huán)并列的復(fù)合循環(huán)結(jié)構(gòu)，而該結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的復(fù)合循環(huán)亦有很大區(qū)別。 圖2-1 磁極壓板結(jié)構(gòu)示意圖 圖2-2 受力分析 第5章 結(jié)論 時間總是匆匆，來也匆匆，去也匆匆。轉(zhuǎn)眼間大學(xué)三年時間就要和我們說過去，象牙塔中的我們要走出大門，踏進社會的大門，這時的我們才感覺時間過的真快，要是再有這么一段時間我一定好好的珍惜。 水輪機磁極壓板數(shù)控加工技術(shù)是當今世界發(fā)電設(shè)備制造業(yè)中的最先進高技術(shù)之一，水輪機磁極壓板數(shù)控

18、加工涉及到計算機輔助產(chǎn)品三維造型技術(shù)，計算機模擬及仿真加工技術(shù)，三軸聯(lián)動加工機床仿真及后置處理，針對壓板的合理加工工藝方案，裝夾定位技術(shù)與夾具設(shè)計與制造，加工方案配以合理的刀具和切削參數(shù)，以及毛坯制造等多個環(huán)節(jié)和多方面的技術(shù)。 通過此次的畢業(yè)設(shè)計，讓我明白自己有很多方面還須要努力。在壓板造型方面還存在著很多不足，對于防真加工與編程方面也有些難度，雖然圖是編程好了，但考慮的東西還不是很足，像用哪些刀，刀路怎么走，表面精度等等。以后還須要在造型與編程方面都下功夫。 參 考 文 獻 [1] 樓夢麟．變參數(shù)土層的動力特性和地震反應(yīng)分析[J]．同濟大學(xué)學(xué)報，1997，25（2）：15

19、5-160．（期刊文獻格式） [2] 李剛．船用齒輪箱結(jié)構(gòu)設(shè)計方法[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2007．（著作圖書文獻格式） （[1] 哈爾濱大電機研究所編. 水輪機設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1986.6 [2] 沈鴻主編. 機械工程手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.1 [3] 王麗潔主編.數(shù)控加工工藝與裝備[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.1 [4] 顧京主編. 數(shù)控機床加工程序編制[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.1 [5] 孫學(xué)強主編.機械加工技術(shù)[M]，北京：機械工業(yè)出版社,2006.4 [6]朱凱.UG NX 4

20、基本功能與典型實例[M].北京：人民郵電出版社，2007.3 [7]孫祖和.Mastercam設(shè)計和制造范例解析[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.1 ［8］中國機床工具工業(yè)協(xié)會數(shù)控系統(tǒng)分會.CIMT2001巡禮［J］.世界制造技術(shù)與裝備市場，2001(5)：13-17. ［9］楊學(xué)桐，李冬茹，何文立，等距世紀數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究［M］.北京：國家機械工業(yè)局，2000. 致 謝 歲月如梭，兩個月的畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個?？粕漠厴I(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。 非常感謝我的指導(dǎo)師章光偉老師和姚慶祺老師在百忙之中，為我們下達畢業(yè)生通知及組織論文格式舉例、畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容與要求等，并不辭辛苦的一個一個為我們講解，還邊教學(xué)邊為我們指點及修改說明書，老師們嚴謹細致、一絲不茍的工作作風(fēng)是我們學(xué)習(xí)的楷模。在這里我對我的指導(dǎo)老師們以及協(xié)助我完成設(shè)計的所有人表示衷心的感謝！