САМОДЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ПАРОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Раздел: Образование

Для больших моделей кораблей, шагающих экскаваторов, электровозов и т. п. нужны особенно мощные электродвигатели. Для них даже наш двигатель с пятипо- люсным якорем слишком слаб. Но теперь мы уже знаем, как увеличить мощность электродвигателя. В нашем новом, шестом двигателе будет набивной пятиполюсный якорь. И полюсные башмаки статора мы тоже сделаем набивными, а толщину кольца увеличим. Теперь не только якорь, но и статор будет гораздо сильнее. Чтобы еще больше повысить мощность двигателя, мы увеличим длину якоря до 50 мм. Сделанный нами двигатель ( 64 и 65) получился настолько сильным, что почти не уступает фабричным двигателям такого же размера.

 Осевая длина кольца 50 мм, внутренний диаметр 70 мм. Кольцо сверните на болванке. Если круглой болванки нужного диаметра не подберете, возьмите болванку потоньше и оклеивайте ее бумажной лентой до нужной толщины. Первый слой жести спаяйте внакладку; дальше прикладывайте полосы встык и навертывайте туго, закрепляя концы полос пайкой, до толщины в 3—4 мм. Количество слоев зависит от толщины жести, которая у разных банок бывает различна. Свернув кольцо/стяните его туго проволокой, аккуратно пропаяйте торцы и подровняйте напильником. Проволоку снимите.

Заготовив обоймы полюсных башмаков по размерам на  67, согните их и пропаяйте каждую на стыке. Разделив окружность кольца статора точно на четыре части, подгоните выпуклые стороны обойм к внутренней стороне кольца и припаяйте, оставив с каждого края по 5 мм.

Полоску жести шириной 40 мм и длинной 135 мм сверните на болванке в трубку диаметром 42 мм и закрепите пайкой внакладку. Нарежьте мягкую железную проволоку или гвозди кусками такой длины, чтобы они свободно укладывались в башмаки, и заполните ими вн-утенность башмаков заподлицо с вогнутой кромкой. Можно набивать и железными опилками. Набивку башмаков залейте каким-нибудь лаком (асфальтовым, шеллачным, глифталевым и т. п.) или силикатным клеем. Вдвиньте между башмаками заготовленную трубку так, чтобы ее спаянный шов пришелся не на башмак, а на промежуток ( 68). Трубку припаяйте с торцов к обоймам башмаков и аккуратно удалите ножницами промежутки между башмаками. Выровняв кромки, пропаяйте продольные швы.

Подберите восемь болтиков с резьбой 4 мм и длиной 20 мм с гайками и шайбами и отпилите у них головки. Приложите их точно в серединах промежутков между башмаками так, чтобы нарезные концы выступали за края кольца статора на 8 мм, и предварительно прихватите пайкой. Заготовив из жести полоски размером 20 X 6 мм, согните из них восемь скобочек. Наложив их на винты, припаяйте лапками к кольцу статора, пропаяйте стыки скобочек с винтами и окончательно припаяйте винты к кольцу ( 69). Теперь винты надежно укреплены и не отломаются при закреплении крышек.

Лапки статора изготовьте из жести потолще по размерам, указанным на  70, и припаяйте их к кольцу так, чтобы обе стояли на столе всей плоскостью, а кольцо при этом не касалось бы стола. Рым сделайте из толстой проволоки и впаяйте его в отверстие в верхней части статора.

Щечки якоря вырежьте из жести от консервной банки по размерам на  71. Когда будете их размечать, обозначьте положение центров. По намеченным центрам просверлите отверстия под ось. Сначала нужно тщательно вырезать наружные окружности и проверить щечки на оси. Они должны быть правильно отцентрированы. После этого вырежьте пазы.

Снова посадив щечки на ось на расстоянии 50 мм друг от друга, вырежьте кусок жести размером 50 X X 130 мм и сверните из него трубку по диаметру щечек. Надвиньте трубку на щечки и стяните сверху тонкой проволокой или ниткой. Края трубки должны плотно охватывать окружности щечек. Стык должен приходиться на паз. Места соединения как следует пропаяйте. Удалите ножницами части трубки, закрывающие пазы. Подвиньте ось в якоре так, чтобы она выступала с одной стороны на 35 мм. Здесь будет коллектор. Припаивать щечки к оси не обязательно: когда зальете набивку лаком, он будет держать лучше всякой пайки.

Нарежьте пять полосок жести длиной по 50 мм и шириной по длине кромки паза. Каждая полоска сгибается по форме паза, закладывается в него и припаивается. Один паз пока не закрывайте. Через него нужно набить якорь обрезками мягкой железной проволоки или железными опилками и залить лаком. После этого заложите полоску в последний паз и пропаяйте.

Пока лак не затвердел, отбалансируйте якорь на контрольном станочке (см.  26).

Положите якорь концами оси в вырезы стоек. На более легкой стороне якоря, которая будет оказываться наверху, осторожно просверлите в щечке небольшое отверстие и забивайте в него кусочки проволоки, пока якорь не уравновесится. После этого отверстие запаяйте.

Для изготовления коллектора подберите отрезок латунной или медной трубки диаметром около 15 мм и длиной тоже 15 мм. Разделите трубку по окружности на пять равных частей и прочертите продольные рис|си. В середине каждого продольного деления начертите у одного конца трубки лепесток размером 3 X 4 мм и промежутки между лепестками удалите напильником, как показано на  72. В каждом лепестке просверлите отверстие, чтобы лучше держались концы обмотки якоря.

Для коллектора нужны еще два изоляционных цилиндрика длиной по 11 мм. Меньший из них должен плотно надеваться на ось двигателя; большой — плотно садиться на меньший и при этом точно входить внутрь подобранной металлической трубки.

Постарайтесь подобрать готовые цилиндрики из эбонита или другого изоляционного материала или выточите их на токарном станке. В крайнем случае цилиндрики можно сделать из бумаги с клеем. Вырезав из писчей бумаги полоску шириной 20 мм, навертывайте ее на ось двигателя, промазывая жидким столярным клеем, пока не намотаете цилиндрик диаметром 9 мм. Верхний виток должен быть снаружи сухим. Оторвав полоску, на первом цилиндрике намотайте таким же образом второй такого диаметра, чтобы на него плотно садилась металлическая трубка. Сняв цилиндрики с оси и вынув один из другого, положите их сохнуть. Когда высохнут, снова соберите их на оси и острым ножом обрежьте у обоих сразу неровные края так, чтобы длина оставшейся части была 11 мм. Цилиндрики готовы. Насадите верхний цилиндрик на толстый карандаш или деревянную палочку. Сверху насадите металлическую трубку на клею. Лучше всего взять клей БФ-2, который продается в керосиновых лавках.

Подберите медную проволоку диаметром 1,5—2 мм и сделайте из нее заклепки.

Против каждого лепестка просверлите через металлическую трубку и цилиндрик по два отверстия под заклепки. Снимите заусенцы с внутренней стороны изоляционного цилиндрика и с наружной стороны трубки. Заложите изнутри заклепки и, надев цилиндрик на толстый гвоздь, откусите наружные концы заклепок и расклепайте. Аккуратно заровняйте внутренние концы заклепок маленьким круглым, а наружные — плоским напильником. Вставьте внутренний цилиндрик на клею.

После этого дайте коллектору просохнуть в течение суток и, насадив его на гвоздь, пропилите металлическую трубку по рискам.

Получится пять отдельных пластин, изолированных друг от друга. Чтобы щетки шли по коллектору ровнее и не стучали, заполните щели между пластинами клеем БФ-2.

Якорь перед намоткой оклейте плотной бумагой. Для оклейки пазов вырежьте пять полос длиной по 55 мм и шириной по длине кромки паза. По концам сделайте надрезы через каждые 2—3 мм и, вложив намазанные клеем полосы в пазы, отогните получившиеся лепестки на щечки якоря.

Сверху на щечки наклейте по бумажному кружку диаметром 40 мм с вырезами по форме пазов, но несколько меньшего размера. Выступающие по краям пазов кромки бумаги осторожно замните пальцем внутрь паза. Это нужно для того, чтобы надежно закрыть край паза, о который легче всего повредить изоляцию провода при обмотке.

На ось якоря надвиньте с обоих концов изоляционные трубочки из резины, хлорвинила или кембрика и приступайте к обмотке. Мотать нужно проводом ПЭ или ПЭЛ диаметром 0,6—0,65 мм. Начинайте обмотку с той стороны якоря, где будет коллектор и где конец вала выступает на 35 мм. Оставив свободный конец проволоки длиной не менее 30 мм, намотайте плотно 50 витков через паз, то-есть из первого паза в третий, минуя второй, как показано на  73. Конец проволоки не обрывайте, а сложите в петлю и слегка скрутите, после чего продолжайте мотать дальше, снова через паз: из второго паза в четвертый. Намотав еще 50 витков, опять выведите петлю и мотайте в том же направлении из третьего паза в пятый. Обмотка в третьем пазу ляжет рядом с уже имеющейся там первой обмоткой. Оставив петлю, следующие 50 витков мотайте из четвертого паза в первый и, наконец, из пятого во второй. Конец последней обмотки соедините с началом первой.

Нарезав полоски картона длиной 50 мм и шириной 12 мм, вдвиньте их в пазы поверх обмотки ( 74).

Укоротив изоляционную трубку, надетую на ось якоря, насадите с клеем БФ-2 коллектор так, чтобы свободный конец оси выступал из него на 8 мм. Если коллектор будет сидеть свободно, снимите его и насадите снова, проложив вдоль отверстия несколько суровых ниток. Лишние концы ниток потом обрежьте. Поверните коллектор на оси так, чтобы пропилы между его пластинами приходились против пазов якоря. Выведенные петли обмоток якоря очистите от изоляции, залудите и, пропустив в отверстия соответствующих пластин коллектора, пропаяйте и обрежьте лишние концы.

Осталось отбалансировать якорь с обмоткой. Снова установите его на станочек и в паз более легкой стороны вдвиньте полоску какого-нибудь металла (только не железа!), подогнав ее по весу так, чтобы якорь уравновесился. Лучше всего разрезать и развернуть свинцовую оболочку телефонного провода. Ее можно заложить в паз под картонную полоску, потому что мягкий свинец не повредит изоляцию обмотки. Если не достанете свинца, можете взять листовую медь, латунь или цинк. Их придется вдвигать поверх картона.

Если подшипники у двигателя шариковые, то их нужно насадить на ось якоря. Со стороны коллектора наденьте на ось упорное кольцо шириной 3 мм из металлической трубочки или нескольких витков медной проволоки. Уперев ось якоря в стол коллектором вверх, насаживайте на конец оси подшипник, нажимая на его внутреннее кольцо тупым концом карандаша. Если подшипник надевается слишком туго, можете осторожно постучать по карандашу легким молотком ( 75).

Второй подшипник нужно насадить не на самый конец оси, а продвинуть на 20 мм. Но внутренний диаметркольца подшипника рассчитан так, чтобы кольцо плотно садилось на ось диаметром 4 мм. Продвинуть его будет нелегко. В таких случаях у настоящих машин конец оси до места посадки подшипника протачивают на токарном станке до чуть меньшего диаметра.

Мы сделаем иначе: туго обернем конец оси на длине 20 мм наждачной бумагой и будем с усилием проворачивать ось, придерживая бумагу, Вскоре диаметр конца оси достаточно уменьшится, и подшипник будет надеваться. Смотрите только, не захватите наждачной бумагой больше 20 мм, иначе подшипник не будет держаться на нужном месте.

Подшипники оси двигателя укрепляются в двух крышках: передней и задней. Основной частью каждой крышки является крестовина, которую нужно вырезать из толстой жести. Размеры выкройки показаны на  76. В центре крестовины для передней крышки нужно просверлить отверстие диаметром 6 мм для пропуска конца оси. Согните обоймы для подшипников из полосок жести шириной 5 мм.

Лапки крышек согните из медной проволоки толщиной 2—2,5 мм. Длина заготовок под наружные части лапок передней крышки 100 мм. Обогнув средние части заготовок вокруг винтов, припаянных к кольцу статора, вложите между ними, в упор к винту, внутренние стерженьки длиной по 35 мм и пропаяйте по всей длине. Выступающие концы наружной части разогните в стороны.

Поставив лапки на место, обогните их ушками крестовины. Вдвинув обойму, пропаяйте все места соединений. Если подшипник входит в обойму недостаточно плотно, слегка постукайте по краям обоймы легким молотком. Лапки изогните, как показано на  76, чтобы они надевались на винты статора. Лапку, приходящуюся на верхний винт, обозначьте какой-нибудь отметкой.

Лапки задней крышки делаются таким же способом. Длина заготовок под наружные части этих лапок 130 мм, длина внутренних стерженьков 50 мм. В крестовине задней крышки делать отверстия под ось не надо. Чтобы конец оси и внутреннее кольцо подшипника не упирались в стенку, заложите внутрь обоймы проволочное колечко.

Изогнув лапки и подогнав их к винтам статора, поставьте обе крышки и якорь на место и затяните гайки. Осторожно подгибая лапки плоскогубцами, отрегулируйте крышки так, чтобы якорь вращался, не цепляясь за статор.

Щеткодержатель в этом двигателе устанавливается в задней крышке. Хороший материал для щеткодержателя — листовое оргстекло толщиной 2—3 мм. Можно сделать его и из текстолита, гетинакса или даже из тонкой фанеры, пропитанной парафином. Диаметр внутреннего отверстия щеткодержателя 20 мм. Наружный диаметр должен быть такой, чтобы щеткодержатель точно входил между лапками задней крышки. Согните из проволоки толщиной 2—2,5 мм кольцо и припаяйте его между лапками задней крышки на одном уровне с краем обоймы.

Согните также четыре упора и припаяйте их к лапкам на таком расстоянии от кольца, чтобы в зазор мог пройти по толщине щеткодержатель. Обчертите на щеткодержателе положение и размеры всех четырех упоров и сделайте вырезы. Продвиньте щеткодержатель за упоры и ггро- верните его. Он должен свободно поворачиваться между кольцом и упорами.

По наружному краю щеткодержателя сделайте насечки, а к верхней лапке крышки припаяйте пружинный фиксатор (см.  66, справа). Теперь щеткодержатель можно будет поворачивать от руки, устанавливая его под любым углом, а сам он сдвигаться не будет.

Щетки сделайте из щеток настоящего электродвигателя. Лучше всего подойдут медно-графитные щетки, но годятся и угольные. Выпилите два кубика размером 5X8X8 мм. В одной из широких (8 X 8) сторон каждого кубика выберите, напильником полукруглое углубление под коллектор. Вдоль кромок углубления снимите фаски. В серединах углублений просверлите сквозные отверстия диаметром 2 мм под заклепки ( 77).

Заготовьте две пружинки для крепления щеток. Вырежьте полоски размером 72 X 8 мм из тонкой листовой латуни. Если латунь недостаточно пружинит, то ее нужно сначала отгартовать, то-есть осторожно проковать легким молотком на наковальне. Отступя 6 мм от одного конца, просверлите в пружинках отверстия диаметром 2 мм и приклепайте щетки.

Заклепки должны быть алюминиевые, с потайной головкой. Отверстия в щетках расширьте под головки заклепок со стороны углубления. Заложив заклепку, обоприте щетку углублением на металлический стержень диаметром несколько меньше коллектора и расклепайте конец, выступающий над пружинкой.

Подберите для крепления щеток два винта с резьбой 2,6 или 3 мм и длиной 18 мм, каждый с двумя гайками. Обогните пружинки серединой вокруг винтов, а концы изогните, как показано на  77. Кончик пружинки, выступающий за край щетки, осторожно отогните на щетку. Получившийся бортик не даст щетке поворачиваться на заклепке.

Соберите щетки на щеткодержателе и установите на место. Проворачивая от руки ось двигателя, придавите пружинку каждой щетки по очереди так, чтобы щетка хорошо прилегала к коллектору, но вращение почти не затруднялось. Найденные положения пружинок обчертите на щеткодержателе карандашом. Вынув щеткодержатель, просверлите в нем по одному отверстию на контуре каждой пружинки. Согнув из проволоки от конторской скрепки прижимы, наденьте их под головки винтов, крепящих щетки. Концы прижимов пропустите в отверстия. Теперь пружинки будут надежно прижимать щетки к коллектору.

Обмотки для полюсов статора удобнее заготовить отдельно и потом установить на место. Так делают и на заводах, где строят настоящие электродвигатели: катушки для обмоток не только статора, но и якоря закладывают на место в готовом виде.

Заготовьте прямоугольную деревянную болванку сечением 22 X 42 мм и две туго надевающиеся картонные щечки. Насадите щечки на болванку на расстоянии 8 мм одну от другой. Чтобы щечки при намотке не раздвинулись, укрепите каждую из них снаружи гвоздями, вбитыми со всех четырех сторон болванки. Чтобы готовая обмотка не развалилась при снятии с болванки, заложите между щечками четыре обрезка нитки. Концы должны торчать поверх щечек ( 78).

Плотно намотайте между щечками 50 витков эмалированного провода диаметром 0,9—1,0 мм. Выводной провод от начала обмоток заверните кольцом, чтобы потом не спутать его с проводом от конца. Стяните обмотку, связав концы ниток. Сняв одну щечку, стащите обмотку с болванки' и туго обверните ее изоляционной лентой, оставив свободными выводные концы. Одна катушка готова. Таким же образом заготовьте остальные три, мотая их все в одну и ту же сторону. Наденьте катушки на полюсы статора.

Узкие стороны катушек с торчащими выводными концами должны быть обращены к коллектору.

Для подключения двигателя к источнику тока сделайте панель с клеммами. Панель размером 20 X 50 мм вырежьте из изоляционного материала. Клеммы сделайте из винтов с двумя гайками. Приклепайте две стойки. Концы стоек подожмите под гайки поверх лапок передней и задней крышки.

  Поджав под головку одной из клемм гибкий изолированный проводник, припаяйте его другим концом к пружинке щетки у верхнего винта щеткодержателя. Про-

водник от пружинки другой щетки присоедините к началу обмотки левого нижнего полюса статора. Конец обмотки этого полюса соедините с концом обмотки правого нижнего полюса; начало этой обмотки — с началом следующей; конец следующей — с концом последней, левой верхней обмотки. Начало левой верхней обмотки соедините со второй клеммой панели. Схема здесь такая же, как на  59, слева. Места соединения обмоток изолируйте лентой.

Щетки надо установить так, чтобы якорь вращался по ходу пружинок (от винта — к щетке).

Двигатель может питаться переменным током через трансформатор, понижающий напряжение до 4—6 вольт, или постоянным током того же напряжения от аккумуляторной батареи. Гальванические элементы для питания этого двигателя использовать не следует: он потребляет слишком большой ток. Если модель, на которую вы установите двигатель, должна иметь задний ход, используйте схемы соединений, приведенные на  61—62. Для удобства подключения двигателя панель на нем сделайте не на две клеммы, а на четыре и выведите отдельно щетки и концы обмоток статора.

Не достанете для двигателя шариковых подшипников — сделайте подшипники из медной проволоки диаметром 2—2,5 мм, свернув ее на оси спиралью в три витка. Сняв спираль с оси, прихватите ее пайкой снаружи и крайние витки спилите постепенно на нет так, чтобы спираль на обоих торцах стояла прямо ( 80).

Конструкцию обеих крышек придется немного изменить. Крестовина останется такой же, но обоймы не нужно совсем. Внутренние стерженьки всех лапок возьмите на 8 мм длиннее. Теперь уже наружные части не будут выступать за концы внутренних стерженьков, а окажутся

с ними на одном уровне. Поставив лапки и подшипник на место, пропаяйте все стыки. Чтобы припой не попал внутрь подшипника, временно заложите туда деревянную палочку. Наши самодельные подшипники, конечно, уступают шариковым, но и в них ось вращается легко.