Comprendre les spécifications du collecteur : Pas, diamètre et alésage
Commutateur Les spécifications semblent simples sur le papier. Elles ne le sont pas. Le pas, le diamètre et l'alésage sont liés, et ils échouent généralement ensemble. Un dessin peut indiquer un diamètre extérieur correct et donner un comportement instable du balai si l'alésage n'est pas correct. Un collecteur peut être tourné proprement et être encore erroné parce que le pas a été rongé. C'est là le véritable problème.
Table des matières
Principaux enseignements
- Le pas n'est pas seulement un espacement. Il s'agit de la largeur du cuivre, de la marge d'isolation et de la marge de brossage laissée après la fabrication et les retouches.
- Le diamètre détermine la vitesse de la surface, le temps de commutation, le comportement à la chaleur et la durée de vie restante après le tournage.
- L'alésage est le point de référence. Si la relation entre l'alésage et la piste est erronée, un “bon” diamètre ne sauvera pas la pièce.
Ce que signifie le pas du commutateur
Le pas du commutateur est le pas circonférentiel d'un segment au niveau de la piste de balai finie :
tau_c = (pi x D_c) / S
Où ?
- tau_c = pas du collecteur
- D_c = diamètre fini du collecteur
- S = nombre de segments
C'est le chiffre que les gens considèrent comme la disposition. C'est plus qu'une mise en page.
La hauteur de chute détermine la quantité de cuivre que reçoit chaque segment. Il détermine la quantité d'isolant qui peut exister entre les barres sans devenir fragile. Il affecte la facilité avec laquelle le balai enjambe les segments lors de la commutation. Il se rétrécit également lorsque le diamètre fini diminue. Cette partie est souvent oubliée.
Une limite inférieure pratique, souvent utilisée dans les travaux de conception, est d'environ 4 mm. En dessous de ce seuil, la résistance mécanique et l'isolation commencent à être limitées. Dans de nombreuses conceptions conventionnelles, ce minimum est considéré comme étant environ 3,2 mm de cuivre plus 0,8 mm d'isolation. Les largeurs typiques des segments extérieurs se situent souvent dans la fourchette suivante 4 à 20 mm gamme. Si votre conception se situe en dessous de cette limite inférieure, la charge de la preuve incombe au dessin et au plan de traitement, et non à l'atelier de réparation.
Comment calculer le pas du commutateur
Le calcul est court.
Si le diamètre du collecteur fini est 140 mm et le commutateur a 84 segments:
tau_c = (pi x 140) / 84 = 5,24 mm
Il n'y a rien d'inhabituel.
Maintenant, faites passer ce même collecteur à la valeur suivante 136 mm pendant la réparation, avec les mêmes 84 segments :
tau_c = (pi x 136) / 84 = 5,09 mm
Encore utilisable, peut-être. Mais l'important n'est pas le nombre exact. Ce qui compte, c'est que chaque coup de pinceau enlève de la hauteur. La reprise ne réduit pas seulement le diamètre. Elle réduit la marge du segment.
C'est pourquoi la hauteur doit être vérifiée à partir du diamètre fini réel, et non du diamètre nominal indiqué sur un vieux dessin ou une liste de pièces.
Comment le diamètre du commutateur affecte la vitesse de la surface et la chaleur
La vitesse de la surface du commutateur est :
v_c = (pi x D_c x N) / 60
Où ?
- v_c = vitesse périphérique en m/s
- D_c = diamètre fini du collecteur en m
- N = vitesse de rotation en tr/min
Selon une fourchette de départ courante, le diamètre du collecteur est d'environ 60% à 80% du diamètre de l'armature. Ce n'est qu'un point de départ. Le contrôle le plus utile est celui de la vitesse de surface.
Pour de nombreuses conceptions de machines à courant continu conventionnelles, les concepteurs essaient de maintenir la vitesse périphérique du collecteur autour ou en dessous de 15 m/s dans la mesure du possible. Des valeurs plus élevées sont utilisées. Parfois beaucoup plus. Mais la marge de commutation devient plus étroite car l'intervalle d'inversion devient plus court et le terme de tension de réactance augmente avec di/dt. La piste des balais est donc moins tolérante. Les petites erreurs de géométrie sont plus importantes. Les erreurs locales de hauteur de barre sont plus importantes. L'instabilité du contact des balais cesse d'être mineure.
Diameter modifie également le comportement des services.
Lorsqu'un collecteur est tourné lors d'une réparation, trois choses se produisent en même temps :
- Le diamètre de la piste de brossage diminue.
- La hauteur de la voix diminue.
- L'indemnité de reprise future disponible diminue.
C'est pourquoi le dessin ne doit jamais s'arrêter à diamètre nominal. Il doit également indiquer diamètre de service minimum ou diamètre de rejet. Sans ce chiffre, les gens continuent d'usiner jusqu'à ce que la surface soit belle alors que la géométrie est déjà mauvaise.
Un deuxième détail : après le tournage, la position du porte-balai peut devoir être réinitialisée parce que la relation entre le balai et la piste a changé. Ignorer ce détail crée un problème qui semble électrique mais qui a commencé par être géométrique.
L'importance de la tolérance de l'alésage du collecteur
L'alésage n'est pas seulement un trou pour l'arbre. Il s'agit de l'axe de référence pour l'ensemble de la pièce.
Les brosses ne se soucient pas de savoir si le diamètre extérieur a été mesuré correctement de manière isolée. Elles se soucient de savoir si la piste de la brosse est conforme à l'axe de rotation. Cela signifie que l'alésage, la surface du balai et la pile de segments doivent concorder.
Deux erreurs sont à signaler :
- Excentricité : l'axe de l'alésage et l'axe du chemin de brosse sont décalés.
- Obliquité : les barres ne sont pas correctement parallèles à l'axe de l'alésage.
L'un ou l'autre peut produire une charge cyclique des balais, un film de contact non uniforme, des marques de frottement, une usure inégale ou des étincelles récurrentes à une position angulaire donnée. Ces symptômes sont souvent attribués aux balais. Souvent, la relation entre l'alésage et le balai est la première chose qui aurait dû être vérifiée.
Une spécification d'alésage utilisable ne doit donc pas se limiter à la taille. Elle doit inclure :
- diamètre de l'alésage
- tolérance de l'alésage
- intention d'adéquation
- relation géométrique entre la piste de brossage et l'alésage
- le point de référence de la face ou de l'épaulement si l'emplacement axial est important
Sans cela, l'inspection est obligée de deviner ce que signifie “vrai”.
Ajustement de dégagement, ajustement de transition ou ajustement d'interférence ?
Un alésage de collecteur ne peut être spécifié de manière intelligente sans indiquer la stratégie d'ajustement.
Il existe trois modes d'ajustement de base :
- Ajustement par jeu : l'arbre est toujours plus petit que l'alésage
- Ajustement transitoire : l'assemblage peut se faire avec un léger jeu ou une légère interférence.
- Ajustement par interférence : l'arbre est toujours légèrement plus grand que l'alésage.
Pour les joints clavetés, le jeu ou l'interférence peuvent être valables. Pour les assemblages sans clavette, l'interférence est généralement requise.
Une mauvaise adaptation entraîne des problèmes de terrain très familiers :
- Trop lâche : fluage, fretting, oscillation, bandes témoins polies, débris rouge-brun, usure de la rainure de clavette.
- Trop serré : dommages à l'assemblage, contraintes résiduelles, problèmes thermiques, moyeux fissurés, géométrie déformée
“Le ”fluage“ désigne ici un mouvement relatif lent entre le moyeu et l'arbre sous l'effet d'une charge. Ce n'est pas dramatique. Juste assez pour laisser des marques et modifier l'état d'ajustement au fil du temps. ”L'usure de contact est un dommage causé par un micro-mouvement à l'interface. Débris d'oxyde fin. Détérioration de la surface. Puis perte d'ajustement.
Donc, non, l'appel de l'alésage ne peut pas s'arrêter à Ø12.000. Il faut de l'intention.
Interaction entre le pas, le diamètre et l'alésage
C'est là que de nombreux dessins tombent à plat.
Un collecteur n'est pas spécifié par trois dimensions isolées. Il se comporte comme un système couplé.
- Augmenter le nombre de segments et maintenir le diamètre fixe. Le pas diminue.
- Tourner le collecteur pendant la réparation. Le diamètre diminue et le pas diminue aussi.
- Le diamètre doit rester dans les limites de la tolérance, mais l'alésage doit être excentré. Le pinceau voit toujours une mauvaise pièce.
- Choisissez un ajustement qui permette des micro-mouvements. L'alésage peut être acceptable au départ et s'éloigner de la vérité en service.
C'est alors que le mica entre en scène.
Après le tournage, l'isolation entre les barres doit généralement être coupée en dessous de la surface du cuivre. S'il est laissé en hauteur, le contact des brosses est perturbé. Si la fente est mal nettoyée ou si les arêtes des barres restent vives, la piste ne se fixe pas correctement. Une règle de réparation courante consiste à faire en sorte que la profondeur de la contre-dépouille soit d'environ 1 à 1,5 fois la largeur de la fente, avec un biseautage des bords par la suite. Certaines normes de réparation industrielle fonctionnent également dans une bande de profondeur étroite, proche de la limite d'âge. 1,25 mm, selon la famille de conception. Le nombre exact doit figurer dans la spécification du produit. Le dessin ne doit pas le laisser entendre.
Tableau comparatif pratique
| Spécifications | Ce qu'il contrôle | Ce qui ne va pas lorsqu'elle est faible | Ce que le dessin doit indiquer |
|---|---|---|---|
| Pitch | Résistance des segments, terre d'isolation, chevauchement des brosses, marge après retouche | Barres minces, terre d'isolation faible, contact instable, perte précoce de tolérance | Pas fini, nombre de segments, diamètre fini utilisé pour le calcul |
| Diamètre | Vitesse de surface, intervalle de commutation, comportement thermique, durée de vie restante de la retouche | Augmentation de la chaleur après un tournage répété, réduction de la marge de service, acceptation erronée basée uniquement sur le diamètre extérieur nominal. | Diamètre extérieur nominal, diamètre extérieur minimal de service, contrôle de la vitesse de surface, exigence de faux-rond de la piste de brossage |
| Alésage | Référence de rotation, ajustement de l'arbre, vérité de la piste de brossage | Fluage, usure de contact, fonctionnement excentrique, usure liée à l'obliquité, étincelles cycliques | Taille de l'alésage, tolérance, intention d'ajustement, relation de référence, concentricité/excentricité par rapport à la piste de brossage |
Erreurs de dessin courantes dans les spécifications du commutateur
Ceux-ci reviennent sans cesse.
1. Seule l'indication du diamètre nominal
C'est incomplet. Un collecteur réparable a également besoin d'un diamètre de service minimum.
2. Affichage du nombre de segments mais pas de vérification de la hauteur de chute
Le nombre de segments à lui seul ne dit presque rien. Le pas doit être vérifié par rapport au diamètre fini réel.
3. Donner la taille de l'alésage sans intention d'ajustement
Une taille sans ajustement est la moitié d'un appel.
4. Contrôle du diamètre extérieur mais pas de la relation entre le diamètre extérieur et l'alésage
Le balai voit le faux-rond par rapport à l'axe, et non le diamètre dans le vide.
5. Exclusion de l'exigence de contre-dépouille de la note de processus
Cela invite à un travail de service incohérent.
6. Systèmes d'unités de mélange sans unité primaire déclarée
Conserver un seul système primaire. N'ajoutez des conversions que là où l'atelier en a besoin.
Des contrôles d'inspection qui ont de l'importance
Voici la liste restreinte.
Recalculer l'assiette après le virage
Ne partez pas du principe que l'argumentaire initial est toujours valable.
Mesure du faux-rond par rapport au point de référence réel
Pour les travaux de réparation, il s'agit généralement de l'alésage ou des portées de roulement, et non d'une surface extérieure pratique.
Vérifier l'état local barre à barre, et pas seulement le faux-rond total
Un collecteur peut passer le cap du faux-rond moyen tout en présentant des erreurs de pas locales qui perturbent les balais.
Vérifier l'état des contre-dépouilles et des arêtes des barres
Il ne suffit pas qu'elles soient plates. Les fentes doivent être propres. L'isolation doit se situer en dessous du cuivre courant. Les bords de la barre ne doivent pas être tranchants.
Recherchez les défauts d'ajustement au niveau de l'alésage
La poudre rouge, les bandes polies, les lignes témoins décalées, les marques de mouvement ou l'usure anormale des rainures de clavette ne sont pas des éléments cosmétiques. Ce sont des preuves d'ajustement.
En tant que référence au niveau de l'atelier, les normes de réparation maintiennent souvent le faux-rond total indiqué dans une fourchette d'environ 0,076 mm à des vitesses périphériques plus faibles et environ 0,038 mm à des vitesses périphériques plus élevées, avec une variation locale des barres adjacentes beaucoup plus étroite. Il ne s'agit pas de valeurs de conception universelles. Il s'agit d'une discipline d'inspection utile.
FAQ
Qu'est-ce que le pas du collecteur ?
Le pas du collecteur est la distance circonférentielle occupée par un segment au niveau de la piste de balai finie, y compris l'espace d'isolation entre les segments. Dans la pratique, il est généralement vérifié à partir du diamètre fini et du nombre de segments.
Comment calcule-t-on le pas du collecteur ?
Utiliser :
tau_c = (pi x D_c) / S
Où D_c est le diamètre fini du collecteur et S le nombre de segments.
Que se passe-t-il si le pas du collecteur est trop faible ?
Vous perdez la largeur du cuivre, la marge d'isolation et la marge mécanique. L'empilement de segments devient moins tolérant, en particulier après les retouches. La stabilité de la brosse devient également plus difficile à maintenir.
Pourquoi le diamètre du collecteur a-t-il une importance si la vitesse de la machine est fixe ?
Parce que la vitesse de surface varie toujours en fonction du diamètre. La vitesse de la surface affecte l'intervalle de commutation, le comportement du contact et la chaleur. Le diamètre définit également la quantité de matière restante pour un tournage ultérieur.
La tolérance de l'alésage est-elle vraiment importante si le diamètre extérieur est conforme à la tolérance ?
Oui, l'alésage définit l'axe. Si le chemin de brosses n'est pas conforme à cet axe, la machine peut présenter un broutage, une usure irrégulière ou des étincelles, même si le diamètre extérieur lui-même est mesuré correctement.
L'alésage d'un collecteur doit-il être ajusté par jeu ou par interférence ?
Cela dépend du couple, de la vitesse, de la méthode d'assemblage et du fait que l'articulation soit avec ou sans clavette. Les joints sans clavette nécessitent normalement une interférence. Les joints clavetés peuvent utiliser le jeu ou l'interférence en fonction des conditions de service.
Quand faut-il tourner un collecteur et quand faut-il le remplacer ?
Le tourner lorsque l'état de surface peut être corrigé sans enfreindre le diamètre de service minimum et sans que le pas, le faux-rond ou la contre-dépouille ne sortent des limites. Le remplacer lorsque la géométrie, l'ajustement ou le matériau restant ne permet plus d'assurer un service stable.
Note finale
Un dessin de collecteur devient beaucoup plus utile lorsqu'il indique clairement quatre choses :
- la géométrie finie,
- la géométrie minimale du service,
- la stratégie d'adaptation à l'alésage,
- la relation géométrique entre le chemin de brosse et l'alésage.
Sans ces éléments, un collecteur est facile à usiner et difficile à contrôler.
