絕緣端蓋與絕緣軸承座的制作工藝方法探討

□ 羅永梁 □ 姚振宇

北京三一電機(jī)系統(tǒng)有限責(zé)任公司 北京 102200

為了有效地減少軸電流對電機(jī)軸承的電蝕，提高軸承使用壽命，通常采用絕緣軸承來阻斷感應(yīng)電流從軸承上流過的途徑，從而有效地起到保護(hù)軸承的作用。但因絕緣軸承相比普通軸承價(jià)格平均高2～3倍，使用并不經(jīng)濟(jì)。所以，多數(shù)廠家采用絕緣端蓋或絕緣軸承座（如圖1、圖2所示）來代替絕緣軸承，起到隔絕作用，從而降低電機(jī)成本。

圖1 絕緣端蓋

圖2 絕緣軸承座

1 工藝方案探討

無論采用端蓋絕緣還是軸承座絕緣，其結(jié)構(gòu)和制造工藝都相同，所不同的是絕緣材料的選擇，有的廠家使用聚酰亞胺薄膜，有的廠家采用無緯帶，還有的使用其它絕緣材料。本文以最普遍的兩種材料——聚酰亞胺薄膜和無緯帶為例，來討論其制作工藝，為有相同需求的同行提供參考。

1.1 使用聚酰亞胺薄膜作絕緣

使用聚酰亞胺薄膜作為絕緣材料，如圖3所示。生產(chǎn)工藝為：加工內(nèi)、外套→纏繞聚酰亞胺薄膜→熱套→端部密封→精加工。

圖3 聚酰亞胺薄膜繞包材料

首先，將端蓋或軸承座內(nèi)、外套加工到要求的尺寸，保證兩結(jié)合面在套裝前有一定的間隙，以容納絕緣材料。如果此時(shí)不考慮絕緣材料的厚度，直接將內(nèi)外套的尺寸設(shè)計(jì)成過盈配合，就會(huì)造成套裝后絕緣電阻值低或?yàn)榱愕默F(xiàn)象，出現(xiàn)返工或廢品。我公司在最初的設(shè)計(jì)和制造中就發(fā)生過類似問題，經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)問題出在內(nèi)外套尺寸配合公差上。因?yàn)榫埘啺繁∧さ膹?qiáng)度和密度遠(yuǎn)低于鋼材，熱套時(shí)所有的絕緣材料都會(huì)被擠出配合面或直接被壓碎，造成內(nèi)外套之間直接接觸，無法起到絕緣作用。所以在內(nèi)、外套配合公差的設(shè)計(jì)上，應(yīng)充分考慮絕緣材料的耐壓等級(jí)、機(jī)械強(qiáng)度，然后再結(jié)合不同的電機(jī)重量、功率、電壓等級(jí)等綜合因素，合理地選擇熱套時(shí)的過盈量，從而保證絕緣端蓋或絕緣軸承座的質(zhì)量。

其次，在已加工好的內(nèi)套外圓纏繞一定層數(shù)的聚酰亞胺薄膜。厚度需通過計(jì)算，既要保證絕緣電阻值，又要保證過盈量。薄膜的厚度有一定要求，一般建議厚度在0.1～0.15 mm之間，太厚則不容易與內(nèi)套外圓服貼，太薄則纏繞層數(shù)太多，制作周期長，且容易破損。所以厚度選擇應(yīng)適中，纏繞時(shí)必須在薄膜上施加一定張緊力，以保證層間的緊密度，避免熱套時(shí)薄膜被擠出。

然后，將外套進(jìn)行加熱，外套的加熱溫度一般要控制合適（既要保證熱脹量，又不能高于聚酰亞胺薄膜的耐受溫度），將膨脹量達(dá)到要求的外套從爐內(nèi)取出，套入內(nèi)套外圓，使內(nèi)、外套端面平齊。待冷卻到常溫時(shí)，測量絕緣電阻值，此時(shí)絕緣電阻值應(yīng)大于500 MΩ，合格則在兩端灌注環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂的調(diào)配比例一定要適中，固化劑太多則易脆，太少則不容易固化，一般廠家在包裝上會(huì)給出建議比例，按照參考配比即可，環(huán)氧樹脂如圖4所示。

圖4 環(huán)氧樹脂

調(diào)配時(shí)一定要攪拌均勻，否則容易產(chǎn)生氣泡，影響密封效果和外觀質(zhì)量。絕緣電阻值的檢測必須待完全固化后進(jìn)行，否則容易影響結(jié)果判定，合格則轉(zhuǎn)后工序終加工。

1.2 使用無緯帶作絕緣

使用無緯帶作為絕緣材料，如圖5所示。生產(chǎn)工藝為：加工內(nèi)、外套→纏繞無緯帶→固化絕緣→加工絕緣套→熱套→端部密封→精加工。

圖5 無緯帶繞包材料

第一，在已加工好的端蓋或軸承座的內(nèi)套外圓纏繞5～6 mm厚度的無緯帶，在100～120℃溫度下加熱固化，使其與內(nèi)套完全凝固為一體；第二，加工絕緣內(nèi)套外圓，保證與外套內(nèi)圓有一定的過盈量；第三，加熱端蓋或軸承座外套，保證足夠膨脹量，將膨脹到位的外套放入內(nèi)套，保證端面平齊，冷卻到常溫后測量絕緣電阻值；第四，用絕緣樹脂將內(nèi)外套端部縫隙密封住，大約在20～24 h后，待樹脂完全固化，再次檢測絕緣電阻值。到此，絕緣端蓋或絕緣軸承座的坯件制作完成，然后轉(zhuǎn)機(jī)械加工。機(jī)械加工時(shí)要保證各個(gè)部位的加工要求，注意切削要素的控制，防止工件過熱嚴(yán)重，引起樹脂熔化。同時(shí)應(yīng)避免切屑進(jìn)入端部絕緣層間，引起導(dǎo)通。我公司在加工絕緣軸承座時(shí)曾多次出現(xiàn)夾屑，一般夾屑不容易被發(fā)現(xiàn)，只能通過檢測內(nèi)外套之間的絕緣電阻值，此時(shí)絕緣電阻值極低，部分甚至為零。經(jīng)過仔細(xì)觀察，在端部絕緣層間發(fā)現(xiàn)鐵屑，導(dǎo)致內(nèi)、外套導(dǎo)通。所以，在最終加工時(shí)一定要嚴(yán)格控制切削用量，避免工件過熱，同時(shí)盡量采用帶狀或連續(xù)狀排屑，避免鐵屑進(jìn)入絕緣夾層。

1.3 兩種工藝方案對比

以上兩種方案都能夠很好地起到絕緣效果，難以從功能上比較優(yōu)劣，但從材料的價(jià)格和性能上，筆者覺得使用無緯帶比使用聚酯亞胺薄膜作為層間絕緣有以下兩點(diǎn)好處：1）前者比后者更經(jīng)濟(jì)；2）前者比后者可靠性更高,無緯帶經(jīng)過加熱固化后，與內(nèi)套的結(jié)合比聚酯亞胺的緊密度更好，不容易發(fā)生內(nèi)、外套相對轉(zhuǎn)動(dòng)的質(zhì)量故障。所以，在方案選擇時(shí)，建議優(yōu)選無緯帶制作方案。

2 常發(fā)質(zhì)量問題、原因分析及預(yù)防措施

在絕緣端蓋或絕緣軸承座的制作過程中，不可避免的會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問題，現(xiàn)將我公司在生產(chǎn)過程中發(fā)生頻率較高的幾項(xiàng)質(zhì)量問題、產(chǎn)生原因、預(yù)防措施羅列，見表1。

表1 質(zhì)量問題原因及預(yù)防措施

3 總結(jié)

隨著新材料、新工藝的出現(xiàn)和應(yīng)用，將會(huì)有更多的工藝方案可供選擇。但是，無論選用那種方案，都必須把產(chǎn)品的可靠性和經(jīng)濟(jì)性放在首位，才能夠有效降低電機(jī)制造成本，縮小生產(chǎn)周期，達(dá)到優(yōu)質(zhì)可靠的目的。

［1］ 王正茂，閻治安，崔新藝，等.電機(jī)學(xué)［M］.西安：西安交通大學(xué)出版社,2000.

［2］ 湘潭電機(jī)廠.交流電機(jī)設(shè)計(jì)手冊［M］.長沙：湖南人民出版社,1978.

［3］ 哈爾濱大電機(jī)研究所.大電機(jī) 水輪機(jī)標(biāo)準(zhǔn)匯編［M］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.