電機的設(shè)計是一項系統(tǒng)工程，為設(shè)計而設(shè)計的方案不是一個好方案，應(yīng)結(jié)合制造工藝、設(shè)計成本、工業(yè)美感等實際使用效果等綜合考量。電機設(shè)計的全過程，按照工作進程，大體上分為初步設(shè)計、電磁設(shè)計和施工設(shè)計三個階段；按照工作性質(zhì)，則可分為結(jié)構(gòu)設(shè)計和電磁設(shè)計兩個方面。

初步設(shè)計主要是確定電機的總體結(jié)構(gòu)型式，這是電磁設(shè)計的基礎(chǔ)，而施工設(shè)計則是實現(xiàn)電磁設(shè)計的保證，二者統(tǒng)稱為電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計。目前，電機已普遍地應(yīng)用于從外層空間的宇宙航行到深海的石油鉆探，從工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)到人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€領(lǐng)域和各個部門，其使用環(huán)境和技術(shù)要求千差萬別。它們不但要求電機有優(yōu)良的、與負荷相匹配的電氣性能，而且要求有形態(tài)各異、耐用美觀的結(jié)構(gòu)與之相適應(yīng)。

近百年來電機的發(fā)展表明，它既有賴于電磁理論的研究，設(shè)計計算方法的進步，又有賴于各種材料的不斷進步和電機結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新，以及工藝上的改進。一般電機的設(shè)計工作中，結(jié)構(gòu)設(shè)計的工作量往往占70%以上。Ms.參今天就來與大家談?wù)勲姍C的結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本內(nèi)容、原則和方法。

1）確定電機的總體結(jié)構(gòu)型式。包括電機的防護型式、軸承型式和數(shù)目、軸伸型式和數(shù)目、安裝方式和冷卻系統(tǒng)等。

2）確定某一零部件的結(jié)構(gòu)型式、形狀和具體尺寸，使用的材料。

3）確定某些有機械聯(lián)接的零部件（例如，轉(zhuǎn)子鐵心和軸、機座和端蓋等）之間的聯(lián)接方式。

4）核算零件的機械性能，包括強度、剛度等的計算。

其中，1）至3）各項的一些主要內(nèi)容，通常在初步設(shè)計階段完成，另一些與電磁計算密切相關(guān)的部分，則在電磁設(shè)計過程中加以確定。

1）所有總體結(jié)構(gòu)應(yīng)符合有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，以及國際電工委員會（IEC)所推薦的有關(guān)電機文件中的相應(yīng)規(guī)定，并滿足使客戶提出的要求，如電機的中心高、外形尺寸、安裝尺寸、出線盒位置等。

2）所選結(jié)構(gòu)能夠保證電機有效部分（定、轉(zhuǎn)子鐵心及繞組）的準(zhǔn)確和可靠運行。如鐵心的固緊，繞組的絕緣結(jié)構(gòu)，帶電部分和接地部分之間的絕緣距離，定、轉(zhuǎn)子同心度的保證等等。

3）要切實注意結(jié)構(gòu)的工藝性。結(jié)構(gòu)應(yīng)該力求簡單，能夠加工且易于加工，加工成本低。

在保證安全可靠的前提下，盡可能地減少原材料的消耗：還須考慮工廠已有的工藝裝備，工藝水平和合理與先進的工藝傳統(tǒng)，并注意到產(chǎn)品的系列性、產(chǎn)品批量和對生產(chǎn)周期的要求。

4）盡可能地采用標(biāo)準(zhǔn)的零部件、常規(guī)材料并注意它們的通用性，采用特殊材料（特殊性能或特殊規(guī)格）時，應(yīng)注意供應(yīng)條件、價格和供貨時間等。

5）考慮安裝和拆卸、維護和檢修方便，以及使用單位的技術(shù)水平。對于大型電機，還應(yīng)注意到運輸條件。

1）在初步設(shè)計時，選定電機的總體結(jié)構(gòu)型式和所用材料，畫出結(jié)構(gòu)草圖。

2）根據(jù)電磁計算中所確定的電機有效部分的形狀和尺寸，以及與之相關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)，例如由定、轉(zhuǎn)子鐵心的內(nèi)外徑，鐵心軸向長度和每疊鐵心長則可面出鐵心，計算出繞組端部伸長后，在考慮通風(fēng)系統(tǒng)、絕緣距離的要求、允許的外限和安裝尺寸等等，逐步畫出機座和端蓋等，則構(gòu)成了電機的總裝配圖。

3）根據(jù)總裝配圖繪出部件分裝圖，即把每個部件（如定子、轉(zhuǎn)子、換向器等）分別畫出，具體化某些尺寸，提出配合面的配合等級及公差要求和某些技術(shù)要求。

4）將各部件中各零件（除標(biāo)準(zhǔn)件外）的形狀、尺寸進一步具體化，確定所有的加工尺寸和公差、加工精度、表面粗糙度，提出非標(biāo)準(zhǔn)材料的技術(shù)要求等，構(gòu)成了零件加工圖。

5）根據(jù)零件圖，可能要修改分裝圖，并相應(yīng)地要修改總裝配圖。

6）進行機械計算。結(jié)構(gòu)零部件中，除某些計算上還存在困難、計算方法不夠準(zhǔn)確或不夠可靠，或僅涉及工藝上要求而不進行機械計算的以外，一般都要核算其機械性能。即電機的零件在運行時（或加工過程中，甚至考慮到運輸和安裝過程），在可能承受到的各種力的作用下，零件中的應(yīng)力及其所產(chǎn)生的相應(yīng)變形的大小，要求它們既不超過所用材料的許用應(yīng)力，又不致有危害電機準(zhǔn)確及可靠運行的變形。

機械計算應(yīng)按最不利的情況進行。例如計算離心力時，應(yīng)取零件在運行或制造過程中的最高可能轉(zhuǎn)速；計算幾個力同時作用時，應(yīng)按可能出現(xiàn)的“相加”作用考慮；某一截面上，力的作用比較復(fù)雜時，應(yīng)同時計算所產(chǎn)生的幾種應(yīng)力（如拉、剪切等），然后按材料力學(xué)中的強度理論相加，力的作用表面上看來似乎是“分布”，但由于加工、裝配等因素有可能成為“集中”時，應(yīng)按集中載荷來處理等等。計算時，首先確定所有作用力或轉(zhuǎn)矩，并計算各自的數(shù)值，其次分析各力對零件的作用（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等）和零件本身的力學(xué)模型（如簡支渠、臂梁、薄環(huán)等），力的作用是集中或分布，以及力是否具有周期性、沖擊（動態(tài)）性等等。于是，根據(jù)“材料力學(xué)”或“機械設(shè)計”課程中和應(yīng)的情況進行計算。

還應(yīng)指出，在經(jīng)驗設(shè)計階段，機械計算常采用安全系數(shù)法，即為了方便計算，將零部件的復(fù)雜受力情況簡單化，動態(tài)載荷靜態(tài)化，周期性載荷采用其平均值等等。為了符合實際情況，則降低許用應(yīng)力值，即用大于1的安全系數(shù)來計及。

在當(dāng)前計算手段不斷更新的條件下，應(yīng)積極研究采用數(shù)值計算方法，解決一些以前未能計算的零件受力和變形，或提高現(xiàn)有某些原來只進行簡化計算的構(gòu)件的機械計算精度。

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