支撐環(huán)裝配工具的設(shè)計(jì)

歐陽孔良

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

支撐環(huán)裝配工具的設(shè)計(jì)

歐陽孔良

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

介紹了核電主泵電機(jī)定子裝配過程中支撐環(huán)部分的安裝過程，詳細(xì)介紹了支撐環(huán)裝配工具的總體結(jié)構(gòu)、各主要部件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)、工作原理及所起作用、關(guān)鍵部件的強(qiáng)度分析、計(jì)算方法。最后介紹了整個(gè)工具的使用步驟、注意事項(xiàng)和應(yīng)用范圍等。

屏蔽電機(jī)；支撐環(huán)；支撐套筒；屏蔽套

0 引言

核電主泵電機(jī)是屏蔽電機(jī)。對于屏蔽電機(jī)來說，在定子端部線圈位置都安裝有屏蔽套，屏蔽套為薄壁的圓筒結(jié)構(gòu)。為了保護(hù)和支撐屏蔽套，在定子端部線圈和屏蔽套之間就要安裝支撐套筒。以往的屏蔽電機(jī)支撐套筒部分都是一個(gè)整體的圓筒形結(jié)構(gòu)，安裝時(shí)要在支撐套筒的端面上鉆吊攀孔，然后再通過吊攀孔將支撐套筒裝配到定子端部?，F(xiàn)在，改進(jìn)后的核電主泵電機(jī)中的支撐套筒部分是由多個(gè)單獨(dú)的支撐環(huán)組成的，不是一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，所以無法采用以往的吊裝方式進(jìn)行安裝。為此就急需設(shè)計(jì)一套核電主泵電機(jī)中的支撐環(huán)裝配工具。

1 支撐環(huán)裝配工具簡介

核電主泵電機(jī)中的支撐套筒部分，從外形上看是由多個(gè)單獨(dú)的圓環(huán)疊加起來的圓筒形結(jié)構(gòu)。這其中單獨(dú)的圓環(huán)就被稱為支撐環(huán)。這些個(gè)單獨(dú)的支撐環(huán)又分為端部支撐環(huán)、主支撐環(huán)和連接支撐環(huán)。各部分支撐環(huán)的內(nèi)外徑之差一般較小，厚度不完全相同。疊裝后的支撐環(huán)部分需要在整體的外圍纏繞一層絕緣層，然后再將其整體裝配到定子鐵心端部。裝配后的支撐環(huán)外圓和定子端部線圈內(nèi)孔之間的間隙較小。支撐環(huán)裝配后的整體高度大致在600 mm左右，最外端的支撐環(huán)基本和定子線圈的端部平齊。所以要想采用支撐環(huán)單個(gè)裝配后，再整體纏繞絕緣層的方法是無法實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)闆]有纏繞絕緣層的操作空間。所以只能通過工具將各支撐環(huán)按順序在定子鐵心外部疊裝成一整體，再纏繞上絕緣層，最后通過工具將其整體吊運(yùn)到定子鐵心端部。

下面就詳細(xì)的介紹一下支撐環(huán)裝配工具的整體結(jié)構(gòu)及各主要部件的結(jié)構(gòu)。

2 支撐環(huán)裝配工具的整體結(jié)構(gòu)，各主要部分的具體結(jié)構(gòu)、工作原理

支撐環(huán)及工具的整體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 支撐環(huán)及工具的整體結(jié)構(gòu)

整個(gè)支撐環(huán)裝配工具主要由4部分組成：上吊板部分、中心連接體部分、支撐弧板部分、底座部分等。

支撐環(huán)裝配工具整體結(jié)構(gòu)見圖2。

1.上吊板部分；2.中心連接體部分；3.支撐弧板部分；4.底座部分。 圖2 支撐環(huán)裝配工具整體結(jié)構(gòu)

2.1 上吊板部分

上吊板部分放大圖見圖3。

1.吊環(huán)螺釘；2.吊板；3.定位螺釘。圖3 上吊板部分放大圖

上吊板部分是由吊環(huán)螺釘、吊板、定位螺釘?shù)冉M成。上吊板部分位于工具的最上端，承受著整個(gè)工具和產(chǎn)品的總重量，同時(shí)又起到連接整個(gè)工具其它部件的作用。其中的吊環(huán)螺釘是安裝在吊板上的，起到吊裝整個(gè)工具體和產(chǎn)品的作用。吊板是個(gè)圓形的平板，中心有光孔用來安裝中心連接體部分的調(diào)整螺桿，圓周方向均布著三個(gè)腰形孔用來安裝支撐弧板部分。在設(shè)計(jì)時(shí)要求吊板的外圓要略小于產(chǎn)品支撐環(huán)的內(nèi)孔，以保證支撐環(huán)在疊裝時(shí)能順利的套到工具上。定位螺釘使用時(shí)需穿過吊板上的腰形孔把合到支撐弧板上。三個(gè)支撐弧板安裝完成后要求能沿著各自的徑向進(jìn)行滑動，已實(shí)現(xiàn)安裝和撐緊產(chǎn)品支撐環(huán)的作用。為此定位螺釘在設(shè)計(jì)時(shí)就要有一定的定位作用，保證把合后的支撐弧板和吊板之間存在一定間隙，以實(shí)現(xiàn)支撐弧板的滑動功能。所以就要求定位螺釘?shù)亩ㄎ欢伍L度和吊板的厚度尺寸之間有一定的公差要求。定位螺釘在使用時(shí)還承受著整個(gè)支撐弧板部分和產(chǎn)品部分的重量之和是主要的受力部件，所以其自身的強(qiáng)度也是設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的問題。

定位螺釘?shù)膹?qiáng)度校核與設(shè)計(jì)，按下列公式進(jìn)行計(jì)算。

校核計(jì)算公式：

(1)

設(shè)計(jì)計(jì)算公式：

(2)

許用應(yīng)力計(jì)算公式：

(3)

式中：F為單個(gè)定位螺釘承受的總載荷N；d為定位螺釘最小截面直徑(螺紋小徑)mm；σs為定位螺釘材料屈服強(qiáng)度MPa；σ為定位螺釘拉伸強(qiáng)度MPa；S為安全系數(shù)，取值范圍：S=1.2～1.7。

按上述公式計(jì)算后，根據(jù)d值的大小可以確定定位螺釘?shù)穆菁y直徑，根據(jù)σ值的大小可以確定定位螺釘?shù)牟牧虾退璧臒崽幚硪蟆?/p>

2.2 中心連接體部分

中心連接體部分放大圖見圖4。

1.調(diào)整螺母；2.調(diào)整螺桿；3.彈簧；4.防轉(zhuǎn)銷；5.擋板；6.中心體；7.連接板。圖4 中心連接體部分放大圖

中心連接體部分由調(diào)整螺母、調(diào)整螺桿、彈簧、防轉(zhuǎn)銷、擋板、中心體、連接板等組成。中心連接體部分在整個(gè)工具中起到連接三個(gè)支撐弧板的作用，同時(shí)還起到調(diào)節(jié)支撐弧板徑向位置的作用。安裝時(shí)需要先通過連接板和銷軸將三個(gè)支撐弧板部分裝配到中心體上。事先還需要將防轉(zhuǎn)銷安裝到調(diào)整螺桿上，再將安裝好防轉(zhuǎn)銷的調(diào)整螺桿裝配到中心體的內(nèi)孔處。同時(shí)要使防轉(zhuǎn)銷落到中心體底部的凹槽中防止調(diào)整螺桿轉(zhuǎn)動，再在中心體底部裝配上擋板擰上開槽螺母，防止防轉(zhuǎn)銷和調(diào)整螺桿從中心體上脫落。然后再在調(diào)整螺桿和中心體的上部安裝好彈簧，最后將調(diào)整螺桿穿過吊板的中心孔，再安裝上調(diào)整螺母。

使用時(shí)首先旋轉(zhuǎn)上端的調(diào)整螺母。通過調(diào)整螺母的運(yùn)動就會帶動調(diào)整螺桿。而由于調(diào)整螺桿上防轉(zhuǎn)銷的作用，使得調(diào)整螺桿無法沿著圓周方向做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。所以在旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺母后，調(diào)整螺桿只能做上下方向的移動。通過調(diào)整螺桿的上下移動和中心體下端擋板的作用，就會帶動中心體做上下的運(yùn)動。再通過連接板的連接作用，就會帶動三個(gè)支撐弧板的運(yùn)動。由于支撐弧板上部的吊板和定位螺釘?shù)淖饔?，使得支撐弧板只能沿水平方向做徑向移動。而本部分的設(shè)計(jì)難點(diǎn)就在于怎樣使三個(gè)支撐弧板的運(yùn)動步調(diào)一致。也就是怎樣使中心體做上下運(yùn)動的時(shí)候，三個(gè)支撐弧板的擴(kuò)張和收縮一致，時(shí)刻保證三個(gè)支撐弧板的最外邊在同一個(gè)節(jié)圓上。

為了解決這個(gè)問題，在設(shè)計(jì)中心體的時(shí)候就需要嚴(yán)格控制安裝連接板用銷孔的形位公差。同時(shí)還要求連接板上兩銷孔之間的距離尺寸公差，一般要控制在0.1 mm以內(nèi)。其中的彈簧是起到讓支撐弧板順利收縮作用的，所以彈簧應(yīng)有足夠的彈力。

2.3 支撐弧板部分

支撐弧板部分放大圖見圖5。

1.弧板；2.支撐塊；3.托板；4.托板架；5.調(diào)整螺釘。圖5 支撐弧板部分放大圖

支撐弧板部分由弧板、支撐塊、托板、托板架、調(diào)整螺釘?shù)冉M成。支撐弧板部分在整個(gè)工具中是唯一和產(chǎn)品接觸的部分，起到調(diào)整各產(chǎn)品支撐環(huán)之間的同軸度和支撐產(chǎn)品支撐環(huán)的作用。其中的弧板如圖5是一段圓弧形的長板。弧板的高度根據(jù)產(chǎn)品裝配后支撐環(huán)的整體高度而定?；“逶谑褂脮r(shí)其圓弧面直接和產(chǎn)品接觸。所以為了保護(hù)產(chǎn)品需要在弧板的圓弧面上粘接上一層橡膠板，以達(dá)到保護(hù)產(chǎn)品的作用。在弧板的背面沿高度方向開有通長的凹槽，用于安裝支撐塊用。設(shè)計(jì)時(shí)，對凹槽部分要有對稱度要求，以保證安裝后的支撐塊和弧板圓弧面的對中要求。同時(shí)，對凹槽底面和圓弧最高點(diǎn)之間還要有尺寸精度要求，以保證三個(gè)支撐弧板在運(yùn)動時(shí)的一致性要求。支撐塊是通過螺釘把合到弧板凹槽內(nèi)的，所以支撐塊和弧板凹槽之間需要有一個(gè)配合要求H7/h7。同時(shí)支撐塊還通過連接板用銷軸同中心體連接到一起。為了保證各支撐弧板運(yùn)動的一致性，設(shè)計(jì)時(shí)對支撐塊上的銷孔就要有嚴(yán)格的位置要求。要求各銷孔之間的位置要同中心體上的銷孔完全一致，各銷孔與支撐塊底面的距離也要保持一致。托板架和托板是安裝在支撐塊和弧板底部的，起到支撐產(chǎn)品的作用。安裝時(shí)需要先將托板通過調(diào)整螺釘裝配到托板架上，并保證旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺釘后托板能在托板架的凹槽內(nèi)自由滑動。然后將托板架把合到支撐塊的底部。這樣通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺釘后托板就可以在托板架內(nèi)沿著弧板的徑向進(jìn)行滑動。當(dāng)托板滑出弧板圓弧面時(shí)，托板的伸出部分就可以起到支撐產(chǎn)品的作用了。由于托板承受著整個(gè)產(chǎn)品的重量是主要的受力部件，所以托板的強(qiáng)度計(jì)算也是很關(guān)鍵的步驟。下面詳細(xì)地介紹一下托板的強(qiáng)度計(jì)算過程。

托板的強(qiáng)度按下列公式進(jìn)行計(jì)算。

彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式：

(4)

剪切強(qiáng)度計(jì)算公式：

(5)

式中：F為單個(gè)托板承受的總載荷N；L為產(chǎn)品作用在托板上的位置到托板在托板架上支撐面的距離mm；b為托板截面的寬度尺寸mm；h為托板截面的高度尺寸mm；[σb]托板材料的許用彎曲強(qiáng)度MPa；[τ]為托板材料的許用剪切強(qiáng)度MPa。

只有托板的計(jì)算結(jié)果同時(shí)滿足彎曲和剪切強(qiáng)度后，才能認(rèn)定托板的結(jié)構(gòu)符合設(shè)計(jì)要求。

2.4 底座部分

底座部分放大圖見圖6。

1. 底座體；2.吊環(huán)螺釘。圖6 底座部分放大圖

底座部分由底座體和吊環(huán)螺釘?shù)冉M成。底座部分是產(chǎn)品支撐環(huán)在外部疊裝時(shí)，臨時(shí)放置工具和產(chǎn)品使用的。其中吊環(huán)螺釘只是用來吊裝底座部分使用的。底座體整體為一圓環(huán)形，上面加工有凹止口，止口直徑略大于產(chǎn)品支撐環(huán)外徑。產(chǎn)品疊裝時(shí)工具和支撐環(huán)就放置在凹止口底面上。底座體沿圓周方向還均布著三個(gè)凹槽，是用來避讓托板架和托板的。另外在底座體的凹止口底平面上還需要粘接一層絕緣板，已達(dá)到保護(hù)產(chǎn)品的作用。還需要注意的是使用時(shí)，底座部分應(yīng)放置在較平穩(wěn)的平面上，以防止疊裝后的產(chǎn)品及工具整體發(fā)生傾倒。

3 支撐環(huán)裝配工具的使用方法、注意事項(xiàng)

首先應(yīng)按圖2的結(jié)構(gòu)，將支撐環(huán)裝配工具中的各部分裝配成一個(gè)整體。在產(chǎn)品疊裝之前還需要對工具進(jìn)行一些調(diào)整和準(zhǔn)備工作。首先要將底座部分放置在一個(gè)平穩(wěn)的平臺或基面上，以保證工具和產(chǎn)品疊裝時(shí)的穩(wěn)定性。然后再通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺釘將托板調(diào)整到弧板圓弧面外部，并保證托板的最外端要小于疊裝后產(chǎn)品支撐環(huán)的外圓，以保證支撐環(huán)能順利地安裝到定子端部上。然后將工具整體吊運(yùn)到底座部分上，旋轉(zhuǎn)上端的調(diào)整螺母，通過彈簧的作用使中心體向下移動。通過連接板和上吊板部分中定位螺釘?shù)墓餐饔?，使三個(gè)支撐弧板部分沿著弧板圓弧面的徑向，向內(nèi)做水平運(yùn)動。將三個(gè)支撐弧板的圓弧面調(diào)整到略小于產(chǎn)品支撐環(huán)內(nèi)徑的位置即可。做好以上準(zhǔn)備工作之后，就可以疊裝產(chǎn)品支撐環(huán)了。

將各產(chǎn)品支撐環(huán)按照連接支撐環(huán)、主支撐環(huán)和端部支撐環(huán)的順序分別套到工具的弧板上，最下端的支撐環(huán)座到工具的托板上。當(dāng)所有的支撐環(huán)都疊裝完畢后，再反方向旋轉(zhuǎn)工具上方的調(diào)整螺母，使三個(gè)支撐弧板向外運(yùn)動，達(dá)到撐緊產(chǎn)品支撐環(huán)和調(diào)整各支撐環(huán)同心的作用。然后在支撐環(huán)的外部纏繞上絕緣層后，通過工具上端的吊環(huán)螺釘，將工具和產(chǎn)品一同吊裝到定子端部，完成產(chǎn)品的安裝。最后再旋轉(zhuǎn)工具上方的調(diào)整螺母，使三個(gè)支撐弧板向內(nèi)運(yùn)動，同時(shí)帶動托板向內(nèi)運(yùn)動，調(diào)整到托板完全脫離產(chǎn)品支撐環(huán)即可，將工具吊出定子端部后放到底座上，至此就完成了整個(gè)產(chǎn)品支撐環(huán)的安裝。

4 結(jié)語

支撐環(huán)裝配工具在加工過程中也出現(xiàn)過一些小問題。對弧板外圓弧面選擇粘接橡膠材料時(shí)，在膠的選擇上走了一些彎路。開始設(shè)計(jì)時(shí)，對膠的類型沒有做明確的規(guī)定。車間使用的就是常規(guī)的粘接劑。粘接后發(fā)現(xiàn)橡膠輕易地就脫落了。經(jīng)查找資料和咨詢廠家，得知橡膠和金屬粘接大多都使用瞬干類的粘接劑。而本工具的粘接面積較大，瞬干類的粘接劑單只容量又很少，一般也就是20 ml或50 ml。本工具粘接用量要很大，成本會很高。為此，我們專門找來了一些不同類型的粘接劑做了一些試驗(yàn)。經(jīng)多次試驗(yàn)后找到了一種既便宜、又好用的粘接劑氯丁膠。使用后效果顯著，完全滿足使用要求且成本低廉。現(xiàn)工具已加工完成并交付給了使用車間。經(jīng)使用車間反映工具的使用效果很好，裝配精度和效率都滿足要求。此工具不僅可以使用在本機(jī)組上，同時(shí)也可以使用在其它類似結(jié)構(gòu)的機(jī)組上。本工具的設(shè)計(jì)成功，還為其它圓環(huán)類和薄壁圓筒類結(jié)構(gòu)零件的安裝提供了設(shè)計(jì)樣本，有長期的指導(dǎo)意義。