Корпус микродвигателя с толщиной стенок 0,3 мм и допуск округлости в пределах 0,01 мм напрямую снижает дисбаланс ротора и рабочий шум. Использование глубокотянутого корпуса из нержавеющей стали 304 обеспечивает соосность седла подшипника. 0,02 мм , что снижает амплитуду вибрации на 30% по сравнению со стандартными алюминиевыми корпусами, обработанными на станке с ЧПУ, обеспечивая стабильный воздушный зазор и длительный срок службы щеток в бессердечниковых и шаговых двигателях.
Выбор материала для Корпуса микромоторов
Материал корпуса определяет магнитные характеристики, рассеивание тепла и коррозионную стойкость. В таблице ниже сравниваются три наиболее распространенных металла, используемых в корпусах миниатюрных двигателей.
| Материал | Плотность (г на кубический см) | Теплопроводность (Вт на мК) | Магнитная проницаемость |
|---|---|---|---|
| Нержавеющая сталь 304 | 7.9 | 16 | Незначительная (аустенитная) |
| Алюминий 6061 | 2.7 | 167 | Немагнитный |
| Латунь C360 | 8.5 | 116 | Немагнитный |
Нержавеющая сталь 304 предпочтительна, когда электромагнитное экранирование и коррозионная стойкость имеют решающее значение, поскольку ее немагнитная природа не искажает поле постоянного магнита. Алюминий 6061 предлагает Теплопроводность 167 Вт на мК , что более чем в десять раз выше, чем у нержавеющей стали, что делает его лучшим выбором для сильноточных двигателей дронов, где повышение температуры катушки должно оставаться ниже 15 градусов С выше окружающего.
Критические допуски на размеры и точность посадочного места подшипника
Оболочка является основным локатором подшипниковой системы. Любое отклонение посадочного места подшипника напрямую приводит к биению вала и акустическому шуму. Следующие допуски являются обязательными для микродвигателя, работающего выше 10 000 об/мин .
- Допуск внутреннего диаметра седла подшипника плюс 0,005 мм до плюс 0,012 мм над наружным кольцом подшипника, обеспечивая легкую запрессовку без деформации дорожки качения.
- Соосность отверстий переднего и заднего подшипников не более 0,015 мм ППИ . Несоответствие в 0,03 мм приводит к наклону вала, что увеличивает слышимый шум на от 4 до 6 дБ .
- Округлость внутреннего отверстия обечайки 0,008 мм или лучше поддерживать равномерный воздушный зазор. Погрешность круглости 0,025 мм создает пульсации крутящего момента зубчатого колеса. 8% номинального крутящего момента.
- Общий допуск на длину корпуса плюс минус 0,03 мм для предотвращения изменения осевого преднатяга подшипников после обжатия торцевой крышки или установки стопорного кольца.
Производственный цикл 20 000 корпусов из нержавеющей стали использование многостанционного трансферного штампа поддерживало Cpk на уровне 1.67 диаметра отверстия подшипника, демонстрируя, что глубокая вытяжка может значительно превосходить токарную обработку на станках с ЧПУ по возможностям обработки крупногабаритных деталей малого диаметра.
Управление температурным режимом за счет толщины стенки корпуса
Корпус действует как основной радиатор для микродвигателя. Уменьшение толщины стенок улучшает теплопроводность за счет снижения проводящего теплового сопротивления. Когда матовый двигатель выходит из строя 2 Вт непрерывно падение температуры на корпусе из нержавеющей стали толщиной 0,5 мм составляет примерно 12 градусов С , тогда как оболочка толщиной 0,3 мм уменьшает это падение до 7 градусов С , поддерживая температуру внутренней обмотки ниже предела класса изоляции 130 градусов С .
Алюминиевые корпуса с толщиной стенки 0,4 мм и черная анодированная отделка излучают тепло на 22% эффективнее чем голая нержавеющая сталь, что подтверждено инфракрасным тепловидением в установившемся состоянии. Анодный слой увеличивает излучательную способность поверхности примерно от 0,2 до 0,85 , позволяя двигателю работать на 9 градусов прохладнее в герметичном корпусе.
Сравнение производственного процесса
Глубокая вытяжка, токарная обработка с ЧПУ и литье под давлением металла производят корпуса микродвигателей, но их точность и профиль стоимости резко различаются. В таблице ниже показаны их практические ограничения.
| Процесс | Минимальная толщина стенки | Достижимая округлость | Пригодность годового объема |
|---|---|---|---|
| Прецизионная глубокая вытяжка | 0,15 мм | от 0,005 мм до 0,010 мм | Более 50 000 единиц |
| Швейцарская токарная обработка с ЧПУ | 0,25 мм | от 0,003 мм до 0,008 мм | Прототип до 5000 единиц |
| Литье металла под давлением | 0,35 мм | от 0,010 мм до 0,025 мм | от 20 000 до 100 000 единиц |
Глубокая вытяжка позволяет получать самые тонкие корпуса по самой низкой цене за штуку после амортизации прогрессивного инструмента, в то время как швейцарская токарная обработка остается необходимой для высокоточных прототипов или специальных двигателей небольшого объема, которые требуют круглости ниже 0,005 мм .
Обработка поверхности и защита от коррозии
Корпуса микродвигателей часто работают в условиях высокой влажности или солевых туманов. Правильная обработка поверхности предотвращает появление язв и сохраняет внешний вид, необходимый для медицинских и потребительских устройств.
Электрополировка нержавеющей стали
Электрополировка удаляет поверхностный слой 0,005 мм to 0.010 mm и оставляет пассивную пленку оксида хрома. Обработанная таким образом оболочка выдерживает 500 часов соляного тумана по ASTM B117 без красной ржавчины по сравнению с 120 часов для нарисованной оболочки.
Анодирование алюминия
Серное анодирование типа II создает от 5 до 15 микрометров толстый оксидный слой, который упрочняет поверхность примерно до 300 ВН . Этот слой также действует как электрический изолятор с напряжением пробоя диэлектрика выше 500 В , предотвращая короткое замыкание, если провод внутренней обмотки соприкасается с корпусом.
Интеграция сборки и удержание подшипников
Последняя функция корпуса — удерживать двигатель в сборе. Два основных метода фиксации подшипника и торцевой крышки, каждый из которых по-разному влияет на напряженное состояние корпуса.
- Термоусадочный фитинг нагревает корпус до 120 градусов С , позволяя подшипнику упасть с нулевой силой. Когда оболочка остывает, она сжимается и оказывает равномерное радиальное сжатие. от 15 до 25 МПа на наружном кольце подшипника, зафиксировав его без стопорного кольца.
- Обжимка или прокатка выступ на открытом конце удерживает концевую пластину. Усилие обжатия не должно превышать предел текучести оболочки 205 МПа для нержавеющей стали 304, иначе корпус прогнется внутрь и зажмет ротор.
Неправильная термоусадочная посадка, когда корпус перегревается до 200 градусов С приводит к постоянному размягчению зернистой структуры латуни или алюминия, уменьшая кольцевую прочность корпуса на 18% и приводит к выходу подшипника из строя после 1000 термических циклов .
