високочастотні електродвигуни
Застосування з метою підвищення швидкості ремінних передач обмежена гранично допустимими швидкостями ременя. Швидкість обертання шпинделів з ремінним приводом зазвичай не перевищує 10 000 об / хв, причому ремені прослизають, швидко виходять з ладу (через 150-300 год.) І створюють вібрації під час роботи.
Високошвидкісні пневматичні турбинки теж не завжди придатні внаслідок досить значною м'якості їх механічної характеристики.
Проблема створення високошвидкісних шпинделів має особливе значення для виробництва кулькових підшипників, де потрібно високоякісне внутрішнє і Жолобне шліфування. У зв'язку з цим в верстатобудівної та шарикопідшипникової промисловості застосовуються численні моделі так званих Електрошпинделі зі швидкостями обертання 12 000-50 000 об / хв і більше.
Електрошпинделі (рис. 1) являє собою шліфувальний шпиндель з трьома опорами і вбудованим короткозамкненим високочастотним двигуном. Ротор двигуна поміщається між двома спорами на кінці шпинделя, протилежному шліфувального круга.
Рідше застосовують конструкції з двома або чотирма опорами. В останньому випадку вал електродвигуна з'єднується зі шпинделем за допомогою зчіпний муфти.
Статор двигуна електрошпинделя збирається з електротехнічної листової сталі. На ньому розташовується двополюсна обмотка. Ротор двигуна при швидкостях обертання до 30-50 тис. Об / хв набирається також з листової сталі і забезпечується звичайною коротко-замкнутої обмоткою. Діаметр ротора прагнуть по можливості зменшити.
При швидкостях, великих 50 000 об / хв, внаслідок значних втрат встали, статор постачають сорочкою з охолодженням проточною водою. Ротори двигунів, призначених для роботи з такими швидкостями, виконують у вигляді суцільного сталевого циліндра.
Особливе значення для роботи Електрошпинделі має вибір типу підшипників. При швидкостях обертання до -50 000 об / хв застосовуються кулькові підшипники підвищеної точності. Такі підшипники повинні мати максимальний зазор, що не перевищує 30 мк, що досягається належної комплектування. Підшипники працюють з попереднім натягом, створюваним за допомогою тарованих пружин. Таруванні пружин попереднього натягу кулькових підшипників і вибору їх посадкового натягу повинно бути приділено велику увагу.
При швидкостях обертання, великих 50 000 об / хв, задовільно працюють підшипники ковзання при інтенсивному охолодженні їх проточних маслом, що подається спеціальним насосом. Іноді мастило подають в розпиленому стані.
Будувалися також високочастотні Електрошпинделі на 100 000 об / хв на аеродинамічних опорах (підшипники з повітряним мастилом).
При виробництві високочастотних електродвигунів потрібно дуже точне виготовлення окремих деталей, динамічне балансування ротора, точна збірка і забезпечення суворої рівномірності зазору між статором і ротором.
У зв'язку з викладеним, виготовлення Електрошпинделі проводиться за спеціальними технічними умовами.
Рис.1. Високочастотний шліфувальний Електрошпинделі.
Коефіцієнт корисної дії високочастотних двигунів відносно малий. Це пояснюється наявністю підвищених втрат в сталі і втрат на тертя в підшипниках.
Розміри і вага високочастотних електродвигунів відносно невеликі.
Мал. 2. Сучасний високочастотний Електрошпинделі
Застосування Електрошпинделі натомість приводів з ремінним приводом в умовах виробництва кулькових підшипників збільшує продуктивність праці при роботі на внутрішньошліфувальних верстатах не менше ніж па 15-20%, різко зменшує шлюб по конусности, овальними і по чистоті поверхні. Довговічність шліфувальних шпинделів збільшується в 5-10 разів і більше.
Великий інтерес представляє також застосування високошвидкісних шпинделів при свердлінні отворів діаметром менше 1 мм.
Частота струму, що живить високочастотний електродвигун, вибирається в залежності від необхідної швидкості обертання n електродвигуна за формулою
Для харчування високочастотних двигунів раніше застосовували спеціальні генератори підвищеної частоти. Зараз для цих цілей використовують статичні перетворювачі частоти на швидкодіючих польових транзисторах.
На рис. 3 представлений синхронний індукційний генератор трифазного струму вітчизняного виробництва (тип ГІС-1). Як видно з креслення, на статорі такого генератора є широкі і вузькі пази. Обмотка збудження, котушки якої розміщені в широких пазах статора, живиться постійним струмом. Магнітне поле цих котушок замикається через зубці статора і виступи ротора так, як це показано на рис. 3 пунктиром.
Мал. 3. Індукційний генератор струму підвищеної частоти.
При обертанні ротора магнітне поле, переміщаючись разом з виступами ротора, перетинає витки обмотки змінного струму, розміщеної у вузьких пазах статора, і наводить в них змінну е. д. з. Частота цієї е. д. з. залежить від швидкості обертання і числа виступів ротора. Електрорушійні сили, наведені тим же потоком в котушках обмотки збудження, взаємно компенсуються внаслідок зустрічного включення котушок.
Харчування обмотки збудження проводиться через селеновий випрямляч, приєднаний до мережі змінного струму. Як статор, так і ротор мають магнітопроводи, виготовлені з листової сталі.
Генератори описаної конструкції виготовляються на номінальні потужності 1,5; 3 і 6 кВт і на частоти 400, 600, 800 і 1200 Гц. Номінальна швидкість обертання синхронних генераторів дорівнює 3000 об / хв.