【原】电机的结构设计的基本内容、原则和方法

电机技术日参 2020-10-17

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电机的设计是一项系统工程，为设计而设计的方案不是一个好方案，应结合制造工艺、设计成本、工业美感等实际使用效果等综合考量。电机设计的全过程，按照工作进程，大体上分为初步设计、电磁设计和施工设计三个阶段；按照工作性质，则可分为结构设计和电磁设计两个方面。

初步设计主要是确定电机的总体结构型式，这是电磁设计的基础，而施工设计则是实现电磁设计的保证，二者统称为电机的结构设计。目前，电机已普遍地应用于从外层空间的宇宙航行到深海的石油钻探，从工农业生产到人们日常生活的各个领域和各个部门，其使用环境和技术要求千差万别。它们不但要求电机有优良的、与负荷相匹配的电气性能，而且要求有形态各异、耐用美观的结构与之相适应。

近百年来电机的发展表明，它既有赖于电磁理论的研究，设计计算方法的进步，又有赖于各种材料的不断进步和电机结构上的创新，以及工艺上的改进。一般电机的设计工作中，结构设计的工作量往往占70%以上。Ms.参今天就来与大家谈谈电机的结构设计的基本内容、原则和方法。

电机结构设计的基本内容

1）确定电机的总体结构型式。包括电机的防护型式、轴承型式和数目、轴伸型式和数目、安装方式和冷却系统等。

2）确定某一零部件的结构型式、形状和具体尺寸，使用的材料。

3）确定某些有机械联接的零部件（例如，转子铁心和轴、机座和端盖等）之间的联接方式。

4）核算零件的机械性能，包括强度、刚度等的计算。

其中，1）至3）各项的一些主要内容，通常在初步设计阶段完成，另一些与电磁计算密切相关的部分，则在电磁设计过程中加以确定。

结构设计的基本原则

1）所有总体结构应符合有关国家标准的规定，以及国际电工委员会（IEC)所推荐的有关电机文件中的相应规定，并满足使客户提出的要求，如电机的中心高、外形尺寸、安装尺寸、出线盒位置等。

2）所选结构能够保证电机有效部分（定、转子铁心及绕组）的准确和可靠运行。如铁心的固紧，绕组的绝缘结构，带电部分和接地部分之间的绝缘距离，定、转子同心度的保证等等。

3）要切实注意结构的工艺性。结构应该力求简单，能够加工且易于加工，加工成本低。

在保证安全可靠的前提下，尽可能地减少原材料的消耗：还须考虑工厂已有的工艺装备，工艺水平和合理与先进的工艺传统，并注意到产品的系列性、产品批量和对生产周期的要求。

4）尽可能地采用标准的零部件、常规材料并注意它们的通用性，采用特殊材料（特殊性能或特殊规格）时，应注意供应条件、价格和供货时间等。

5）考虑安装和拆卸、维护和检修方便，以及使用单位的技术水平。对于大型电机，还应注意到运输条件。

结构设计的一般方法

1）在初步设计时，选定电机的总体结构型式和所用材料，画出结构草图。

2）根据电磁计算中所确定的电机有效部分的形状和尺寸，以及与之相关零部件的结构，例如由定、转子铁心的内外径，铁心轴向长度和每叠铁心长则可面出铁心，计算出绕组端部伸长后，在考虑通风系统、绝缘距离的要求、允许的外限和安装尺寸等等，逐步画出机座和端盖等，则构成了电机的总装配图。

3）根据总装配图绘出部件分装图，即把每个部件（如定子、转子、换向器等）分别画出，具体化某些尺寸，提出配合面的配合等级及公差要求和某些技术要求。

4）将各部件中各零件（除标准件外）的形状、尺寸进一步具体化，确定所有的加工尺寸和公差、加工精度、表面粗糙度，提出非标准材料的技术要求等，构成了零件加工图。

5）根据零件图，可能要修改分装图，并相应地要修改总装配图。

6）进行机械计算。结构零部件中，除某些计算上还存在困难、计算方法不够准确或不够可靠，或仅涉及工艺上要求而不进行机械计算的以外，一般都要核算其机械性能。即电机的零件在运行时（或加工过程中，甚至考虑到运输和安装过程），在可能承受到的各种力的作用下，零件中的应力及其所产生的相应变形的大小，要求它们既不超过所用材料的许用应力，又不致有危害电机准确及可靠运行的变形。

机械计算应按最不利的情况进行。例如计算离心力时，应取零件在运行或制造过程中的最高可能转速；计算几个力同时作用时，应按可能出现的“相加”作用考虑；某一截面上，力的作用比较复杂时，应同时计算所产生的几种应力（如拉、剪切等），然后按材料力学中的强度理论相加，力的作用表面上看来似乎是“分布”，但由于加工、装配等因素有可能成为“集中”时，应按集中载荷来处理等等。计算时，首先确定所有作用力或转矩，并计算各自的数值，其次分析各力对零件的作用（拉伸、压缩、弯曲、扭转等）和零件本身的力学模型（如简支渠、臂梁、薄环等），力的作用是集中或分布，以及力是否具有周期性、冲击（动态）性等等。于是，根据“材料力学”或“机械设计”课程中和应的情况进行计算。