旋转部件热套紧量选取及仿真验证

肖 雷

（东方电气集团东方电机有限公司，四川 德阳 618000）

1 旋转部件离心力分析

1.1 集电环套筒离心应力和位移

集电环也称滑环，是同步电机的关键部件之一，与刷架、电刷、转子绕组和轴配合完成同步电机转子电能的输入，并提供转子旋转磁场。目前的同步电机集电环普遍为集电环套筒整体套装在轴上，然后在集电环套筒上包扎、固化绝缘，加工后将集电环套装到包有绝缘的集电环套筒上。其中，集电环、绝缘套筒和转轴之间都是典型的过盈配合结构，即热套结构。

该文以某同步电动机集电环套筒为例，并在超速工况下计算、讨论旋转部件热套紧量的选取问题。其中集电环套筒材料为Q235 钢，轴材料为高质量合金钢。集电环套筒外形如图1 所示，具体尺寸见表1。

图1 集电环套筒

表1 集电环套筒数据

集电环套筒承受离心力时的计算如公式（1）～公式（3）所示。

集电环套筒外圆表面径向位移如公式（5）所示。

集电环套筒内圆表面切应力如公式（6）所示。

从公式（1）到公式（7）可以看出，旋转部件应力、位移仅与材料密度和转速有关，与热套接触长度无关，即增大热套接触尺寸不能改善集电环套筒热套强度。热套长度会影响传递力矩的大小及拆卸难度，后文将详细论述。

在集电环套筒内圆确定的情况下，k越大，内圆与外圆尺寸越相近，内外圆应力、位移也越接近，材料的利用率也就越高。考虑既要满足材料应力要求，又要提高材料利用率，一般取k＞0.6，部分大型电机甚至取k＞0.8。……