Муниципальное образовательное учреждение
дополнительного образования детей
Детско-юношеский центр октябрьского района г. Кирова
Клуб юных техников им. Г. С. Титова
Технология усовершенствования и переделки
стандартного микро-электродвигателя
(методическое пособие для педагогов)
Автор: Сергей Петрович Солодилов,
педагог дополнительного образования,
руководитель детского объединения
«Автотрассовый моделизм»
клуба юных техников им. Г. Титова,
первая квалификационная категория
г. Киров 2005 г.
ОГЛАВЛЕНИЕ
- Введение
- Характеристика Клуба юных техников им. Г. С. Титова
- Описание методического пособия
- Технология переделки двигателя:
- 1 этап разборка двигателя
- 2 этап осмотр и составление плана модернизации узлов и деталей
- двигателя.
- 3 этап изготовление коллектора
- 4 этап изготовление щеточного узла
- 5 этап изготовление обмоток катушек возбуждения ротора.
- Выводы и результаты
- Заключение
- Список литературы
- Приложение. Результаты воспитанников объединения «Автотрассовый моделизм»
Введение
Характеристика клуба юных техников им. Г. С. Титова
Клуб юных техников им. Г. С. Титова является структурным подразделением Детско-юношеского центра Октябрьского района г. Кирова и одним из немногих клубов по месту жительства города, в котором бережно сохраняются традиции приобщения детей и подростков к техническому творчеству.
Клуб юных техников им. Титова Г. С. создан в 1956 году приказом по министерству авиационной промышленности, при оборонном предприятии «Завод им. ХХ партийного съезда» для улучшения работы с подростками, детьми и школьниками, проживающими в прилегаемом к заводу микрорайоне. В микрорайоне, где расположен клуб, находятся средние школы №№ 18, 36, 56. МУК образовательных школ Октябрьского района г. Кирова, учащиеся которых и являются в основном воспитанниками клуба. В данное время клуб расположен по адресу: г. Киров, ул. Дзержинского, 64 и является практически единственным местом в микрорайоне, где дети и подростки могут реализовать свои способности в области технического творчества. Лаборатории клуба оснащены всем необходимым для успешной работы с детьми. В 2004 году при поддержке администрации Октябрьского района г. Кирова в клубе построена современная автомодельная трасса, удовлетворяющая требованиям проведения соревнований Российского уровня.
Цель деятельности клуба — развитие творческих способностей учащихся через формирование их познавательных интересов, самостоятельности мышления и подготовки к свободному осознанному выбору направления будущей профессиональной деятельности.
Задачи:
- создание условий для развития личности каждого учащегося, раскрытие его способностей к творчеству на пользу общества;
- включение учащихся в практическую деятельность, позволяющую
формулировать стоящие перед ними задачи и находить целесообразные варианты их решения, прогнозировать возможные ситуации и получать желаемый результат; - повышение профессионального уровня педагогов клуба;
Сегодня в состав клуба входят различные детские объединения технической направленности: «Автотрассовый моделизм», «Судомоделизм», «Авиамоделизм». В настоящее время в клубе занимается около 200 учащихся.
«Изюминкой» обучения является воспитание детей творчески мыслящих, подготовка их к трудовой жизни путем привития занимающимся трудовых навыков, воспитание у них чувства ответственности за порученное дело, чувство коллективизма и патриотизма. Этому способствует добровольность посещения объединений и право выбора направления своей деятельности, дифференцированный подход к обучающимся в освоении программ.
Команды клуба регулярно принимают участие в районных, городских, областных, Российских соревнованиях по техническому творчеству и всегда занимают призовые места (результаты воспитанников см. в Приложении). В клубе ежегодно организуются и проводятся районные, городские, межобластные соревнования по автотрассовому моделизму.
Одним из самых любимых и популярных среди детей и подростков объединением является «Трассовый моделизм». С 1987 года руководителем данного объединения работает Сергей Петрович Солодилов, который с 2000 года является руководителем Клуба юных техников им. Титова. Сергей Петрович творческий педагог, который постоянно ищет новые формы совершенствования образовательного процесса как в клубе в целом, так и в объединении, в частности.
Сергей Петрович занимался автотрассовым моделизмом в клубе юных техников «Родина» г. Кирова с 4-го класса — сначала у Даровских Виктора Николаевича, затем у Левинсона Андрея Александровича — известных педагогов города, области, России. Занимался кордовыми радиоуправляемыми моделями автомобилей. В 1987 году, придя работать в КЮТ им. Титова, вместе с воспитанниками построил автомодельную трассу. которая просуществовала в клубе до 2003 года. В 2004 году под непосредственным руководством Солодилова С. П., по разработанной им конструкции, выстроена новая автотрасса с использованием новейших технологий и в соответствии с требованиями стандартов.
В данное время в объединении «Трассовый моделизм» занимается 30 детей и подростков в возрасте от 10 до 16 лет.
Описание методического пособия
Актуальность проблемы: в течение длительного времени в объединении «Автотрассовый моделизм» на трассовых моделях автомобилей (в классах «Чайник», грузовик «GM») воспитанниками использовались микро-электродвигатели различной конструкции собственного изготовления, но практически очень немногие из них удовлетворяли необходимым требованиям, предъявляемым к данному типу двигателей. Таким образом, назрела необходимость изготовления доступного, технологичного, а, главное, дешевого двигателя для трассовой модели автомобиля.
В результате в 1999 году было решено найти прототип микро- электродвигателя, который можно было бы взять за основу для изготовления двигателя для трассовой модели автомобиля, а в некоторых случаях для воспитанников первого года занятий использовать его непеределанным ным то есть нужен был базовый двигатель. Такой двигатель был найден в приводах сигнализации для автомобиля (устройство, запирающие двери). Двигатель устраивал по всем параметрам (размеры, напряжение питания, мощность), но главным его качеством оказалась его доступность, так как данное устройство можно найти практически в любом автосервисе, или, в крайнем случае, приобрести в магазине (цена от 50 до 100 рублей за весь механизм в сравнении с импортными 165 самый дешёвый).
Взяв за основу данный тип двигателя, нами была разработана технология переделки этого двигателя. В результате она позволила значительно увеличить моторесурс двигателя (некоторые работают уже в течение пяти лет), повысить мощность, увеличить обороты (с 5000 до 65000), несколько изменить размеры двигателя. Все это позволило более качественно использовать его на трассовых моделях автомобиля и не только в вышеуказанных классах.
B течение года технология была отработана, были подобраны материалы, изготовлены образцы, а в дальнейшем начато изготовление двигателей для моделей по данной технологии.
Методическое пособие является приложением к авторской образовательной программе «Автотрассовый моделизм» (автор-составитель Солодилов С. П.) и используется при изучении раздела «Разработка и изготовление двигателя с магнитами из ферритовых сплавов».
Цель методического пособия — помощь педагогам в поиске новых идей и подходов к совершенствованию технологий изготовления микроэлектродвигателей для достижения воспитанниками более высоких результатов на соревнованиях различных уровней.
Периодичность использования: технология может быть использована на занятиях с воспитанниками на протяжении 2-го и последующих годов обучения.
Структура методического пособия: пособие представляет собой подробное пошаговое описание технологии усовершенствования и переделки стандартного микро-электродвигателя (с постоянными магнитами из ферритовых сплавов) от игрушек или других приводов в двигатель для грассовой модели автомобиля.
Результативность использования пособия:
- предлагаемая технология способствует совершенствованию образовательного процесса в объединениях технического творчества;
- пособие позволяет педагогам более подробно познакомить воспитанников объединения с устройством, назначением, конструкцией, узлами, принципом работы микро-электродвигателя с постоянными магнитами, основами электротехники, материаловедения;
- воспитанники приобретают навыки конструкторской работы и навыки работы на оборудовании различного типа;
- использование пособия способствует привитию навыков и умений, необходимых для переделки и изготовления микро-электродвигателя и необходимой оснастки в условиях технического объединения;
- воспитанники знакомятся с типами обмоточных проводов, изоляции, видами и способами укладывания обмоток ротора (якоря), и многими другими материалами, необходимыми для изготовления микро-электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами;
- участие в поисково-конструкторской, исследовательской работе, постройка собственными силами двигателей дают будущему рабочему, технику, инженеру, научному работнику навыки коллективного творческого труда;
- знакомство с данной технологией и изготовление необходимой оснастки позволяет, в некоторых случаях, исключить приобретение достаточно дорогостоящих импортных микро-электродвигателей, предназначенных для использования на трассовых моделях автомобилей (авиа, судомоделях).
Достоинство методического пособия и его перспективность в том, что, используя данную технологию и несколько модернизировав оснастку, можно переделывать микро-электродвигатели не только вышеуказанной модели. Технология является универсальной, так как ее можно дорабатывать, совершенствовать, видоизменять в зависимости от материально-технических возможностей объединения, конструкторских и изобретательских способностей педагога и воспитанников.
Источники опыта знаний автора: многолетние занятия в автотрассовом объединении, учеба в Кировском механико-технологическом техникуме, изготовление скоростных радиоуправляемых автомоделей с самодельными электродвигателями и участие с ними в соревнованиях различных уровней и, наконец, работа в качестве педагога дополнительного образования 19 лет.
Технология переделки двигателя
1 этап — разборка двигателя
Порядок разборки двигателя:
- отогнув на корпусе усики крепления крышки, аккуратно снять заднюю крышку микро-электродвигателя со щёточным узлом
- вынуть ротор (якорь) из корпуса статора
- произвести замер внутреннего диаметра между магнитами двигателя
- удалить пружину, удерживающую магниты в корпусе
- вынуть магниты из из корпуса статора
- произвести замер внутреннего диаметра статора
2 этап осмотр — и составление плана модернизации узлов и деталей двигателя
2.1. После полной разборки двигателя производим осмотр деталей и узлов на предмет их целостности и качества для дальнейшего использования (скорее всего коллектор ротора придётся заменить на самодельный, так как стандартный изготавливается на полиэтиленовой основе, которая при наших требованиях нас не устраивает).
2.2. В трёх-кулачковом патроне, на токарновинторезном станке изготовить необходимые оправки (одна по внутреннему диаметру статора — длиной 19мм, вторая по внутреннему диаметру магнитов — длиной по пакету ротора, в неё нужно вставить ось диаметром 2мм, материал для оправок лучше всего использовать Д16Т, или прутковый текстолит). При определённых навыках токарных работ воспитанник данные детали может изготовить сам. Обе оправки должны вставляться достаточно плотно небольшим усилием, так как от этого во многом зависит качество переделки двигателя.
2.3. В оправке для статора необходимо сделать вдоль два пропила под технологические выступы на корпусе статора. Вставив оправку в корпус статора, в трёх-кулачковом патроне на токарновинторезном станке обрезаем статор (со стороны задней крышки) по длине, длиннее оправки на 0,5мм. Данную операцию можно произвести с помощью ножовки по металлу и напильника в настольных тисах, но в таком случае достаточно сложно будет выдержать размер по длине и перпендикулярность торца к оси двигателя. Сняв заусенцы, вынимаем оправку из корпуса статора. Длина корпуса должна получиться примерно 20мм.
2.4. Изготавливаем оправку для изменения конфигурации корпуса статора по диаметру. Оправка должна быть изготовлена из стали. Её изготавливает руководитель, так как необходимо выполнять фрезерные работы на станке и выдержать точные размеры и параллельность плоскостей. Длина рабочей поверхности оправки должна составлять примерно 50мм, размер оправки между плоскостями определяется по диаметру ротора плюс 0.5мм на каждую сторону относительно оси оправки.
2.5. После изготовления оправки вставляем её в корпус статора и производим необходимую разметку на корпусе статора (по форме и размеру плоскостей на оправке). Произведя разметку, зажимаем корпус статора со вставленной в него оправкой в слесарные тисы и ножовкой по металлу. Производим пропилы сначала в передней стенке корпуса статора, кромки
обрабатываем напильником, снимаем заусенцы.
2.6. Аккуратно делаем пропил вдоль корпуса статора сначала с одной стороны, затем с другой — удаляем часть корпуса статора, кромки на корпусе обрабатываем напильником (обязательно необходимо выдержать параллельность пропила относительно плоскости оправки) до плоскости оправки.
2.7. Из лужёной жести изготавливаем прямоугольную пластину по размеру удалённого сектора (она будет служить стенкой корпуса статора). При помощи паяльника припаиваем пластинку к кромкам статора. Для большей вентиляции двигателя в пластинке можно сделать отверстия с последующим удалением заусенец.
2.8. После того как произведена переделка корпуса статора с одной стороны, повторяем со второй стороной корпуса статора. Данные операции желательно производить, не вынимая оправки из корпуса статора, соблюдая, чтобы во время пайки боковых стенок из жести к корпусу не произошло случайное припаивание статора к оправке. После выполнения вышеуказанных операций оправку из корпуса статора можно вынуть. Если все требования к выполнению работ были соблюдены, то в результате мы получаем практически готовый корпус статора для микро-электродвигателя, Зазор между ротором и боковыми плоскими стенками корпуса должен быть около 0,5мм. Боковые стенки можно изготовить из самого корпуса статора, делая пропил с одной стороны и загибая сектор по вставленной оправке молотком (но в данном случае довольно сложно выдержать точные размеры зазоров).
2.9. Обрабатываем магниты микро-электродвигателя по длине и ширине на электронаждаке с помощью камня для обработки твёрдых сплавов или с помощью алмазного отрезного камня (но для последнего нужны специальные приспособления и оснастка), периодически смачивая магниты водой и следя за тем, чтобы не было больших сколов магнитов. По ширине обработанные магниты должны плотно вставляться в корпус статора, а пo длине — на 2-3мм длиннее пакета ротора. После обработки магнитов удаляем с них прилипшие опилки, грязь.
2.10. Производим примерку магнитов с оправкой — они должны вставляться в корпус статора с небольшим нажимом.
2.11. Обезжириваем корпус статора изнутри и магниты снаружи (растворителем для нитрокрасок). Смазываем поверхности клеем (можно ЭД20, но опыт показал, что наиболее прочно магниты держаться на клее БФ2), придерживаясь технологии, указанной на упаковке с клеем. Вставляем магниты с оправкой в корпус статора и даём высохнуть клею до полного естественного отвердения (в случае с клеем БФ2 необходимо применить термосушку при температуре около 160°С выдержать в течении часа. В данном случае происходит наиболее полная полимеризация клея). После высыхания клея вынимаем оправку из магнитов.
2.12. Производим замену переднего подшипника скольжения на подшипник качения (2х6х2). Для этого необходимо отверстие, в которое был установлен штатный подшипник, развернуть развёрткой диаметром 6мм.
Данную операцию лучше произвести до установки магнитов. Если подшипник оставить штатный, то обороты двигателя будут несколько ниже, чем с подшипником качения.
3 этап — изготовление коллектора
3.1. Для изготовления коллектора необходимо изготовить оправки и оснастку. Также нам понадобится медная или латунная трубка наружным диаметром 5-6мм и диаметром отверстия 4-5мм соответственно (если трубки с таким отверстием нет, то придётся отверстие в трубке рассверлить на токарновинторезном станке), текстолит или стеклотекстолит для изготовления втулки и обжимного кольца.
3.2. Изготавливаем оправки — кольцо для распил