電機熱套裝配工藝*

董改花

（蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇蘇州215009）

電機熱套裝配工藝*

董改花

（蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇蘇州215009）

熱套工藝是電機裝配過程中最關(guān)鍵部分，針對常用各種電機熱套工藝進行了綜述，并對高效節(jié)能電機電磁感應(yīng)熱套工藝中存在的問題提出了解決方案。

電機熱套工藝；電磁感應(yīng)；電阻爐熱套；鹵素?zé)艄軣崽?/p>

電機制造工業(yè)為電力工業(yè)提供發(fā)電設(shè)備，又為其他各種工業(yè)、交通運輸和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供動力機械。電機裝配工藝［1］是電機生產(chǎn)的主要工藝。在電機定轉(zhuǎn)子裝配中，熱套工藝在電機廠檢修與安裝工藝中應(yīng)用很多，如汽輪機轉(zhuǎn)子葉輪的裝配、電機定子的裝配、聯(lián)軸器的裝配及軸承的裝配等。

1　熱套工藝

熱套全稱加熱裝配，熱套工藝是在較高溫度下完成的，要保證套裝時的溫度一定要高于工件溫度，即熱套工藝適合于工作在較低溫度下工件的連接。在中小型電機轉(zhuǎn)子熱套配合中，一般均利用轉(zhuǎn)子鑄鋁重新加熱轉(zhuǎn)子進行熱套，采用熱套工藝可以節(jié)省冷壓設(shè)備，同時轉(zhuǎn)子鐵芯和軸的結(jié)合比較可靠。因為熱套是利用熱脹冷縮的原理，使包容件加熱膨脹然后冷卻，包容件孔收縮包住被包容件，它保證有足夠的過盈值，可靠性較高。為了使熱套工藝順利進行，必須確定鑄鋁轉(zhuǎn)子能松動地套到轉(zhuǎn)軸上去所需的加熱溫度一般按照公式（1）［2］進行計算：

其中：δ：配合的最大過盈量，mm；

α：熱套時必須的最小間隙，取0.003d；

a：線膨脹系數(shù)，取12×10-6K-1；

d：配合面的公稱直徑，mm；

t：轉(zhuǎn)子需加熱溫度，℃。

根據(jù)公式（1）計算加熱溫度來控制鑄鋁時轉(zhuǎn)子預(yù)熱溫度，控制拆模和退假軸切澆口的時間。在熱套工藝過程中應(yīng)先將套進行加熱，加熱的方法根據(jù)裝配工件材質(zhì)、尺寸、工作環(huán)境、配合過盈值而定。熱套加工工藝既要保證安全和套裝不能卡死，造成經(jīng)濟損失和生產(chǎn)周期延長；又要保證轉(zhuǎn)子絕緣和零部件不受損傷或降低使用壽命甚至損毀，同時要降低工藝成本。故熱套工藝一直是電機制造的關(guān)鍵技術(shù)和難點之一［3］。

2　常用電機熱套工藝

電機熱套工藝主要有電機電阻爐熱套工藝、電機高效紅外線鹵素?zé)艄軣崽坠に嚒㈦姍C電磁感應(yīng)熱套。

2.1電機電阻爐熱套工藝

電機電阻爐熱套工藝具有成本低、工藝簡單、耗電量大等特點。我國早期機械制造行業(yè)中普遍采用電阻加熱爐［4］。

電阻爐熱套裝置一般采用電阻絲作為加熱器，電阻絲是一個通過耗電發(fā)熱的高耗能元件，通過其自身發(fā)熱來達到提高周圍環(huán)境溫度的目的，處在此環(huán)境中的包容件利用熱脹冷縮的原理，使包容件加熱膨脹然后冷卻，當(dāng)包容件孔收縮時抱住被包容件。

一方面，傳統(tǒng)電阻爐加熱方式空爐升溫時間長，電阻絲溫度控制存在一定滯后性、能耗消耗大、效率低等問題［5］。如何利用一些現(xiàn)代控制技術(shù)縮短電阻爐升溫時間、提高電阻絲溫度控制精度、降低一些不必要的能耗是當(dāng)今電阻爐熱套工藝發(fā)展的關(guān)鍵。

另一方面，電阻爐熱套工藝采用的核心器件電阻絲，電阻絲要一直處在高溫狀態(tài)，極易以為高溫氧化而被燒斷，因此造成電阻爐維修費用高、使用壽命短、熱套工件廢品率高等問題［5］。針對此現(xiàn)象尋找優(yōu)質(zhì)的電阻絲加熱器件替代品是熱套工藝發(fā)展的關(guān)鍵。

2.2電機高效紅外線鹵素?zé)艄軣崽坠に?/p>

電機高效紅外線鹵素?zé)艄軣崽坠に囀请姍C制造工藝發(fā)展的另一階段。紅外輻射加熱是一門綜合性的新技術(shù)，自20世紀(jì)70年代開始，高效紅外線鹵素?zé)艄茉陔姍C定轉(zhuǎn)子裝配熱套工藝中得到了廣泛的應(yīng)用。

鹵素?zé)艄苁且环N內(nèi)部電阻絲，外部玻璃封裝，內(nèi)部充鹵族元素的加熱管。是電阻加熱爐改進產(chǎn)品。鹵素氣體作用是保護電阻絲以免其氧化燒斷，使電阻絲的壽命大大延長。鹵素?zé)艄軆?nèi)的電阻絲可以工作在更高溫度，從而得到了更高的亮度和更高的發(fā)光效率。

紅外加熱技術(shù)具有高效、節(jié)能、環(huán)保及維護成本低、維修方便等優(yōu)點。但隨著新技術(shù)的迅速發(fā)展，也出現(xiàn)了種種弊端。具體缺點體現(xiàn)在：

（1）使用壽命低，正常使用壽命約1.5-2年；

（2）耗能大，由此帶來的使用成本高；

（3）加熱溫度不精確，由此帶來的質(zhì)量報廢成本比較高。

2.3電機電磁感應(yīng)熱套技術(shù)

隨著人們對環(huán)保及節(jié)能意識的逐步提升，具有高效、環(huán)保的高新技術(shù)越來越受到人們的青睞。高效節(jié)能電機電磁感應(yīng)熱套技術(shù)在電機制造生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用也越來越廣泛，相關(guān)研究資料也層出不窮，企業(yè)也從中獲得了相應(yīng)的經(jīng)濟效益。電機電磁感應(yīng)熱套技術(shù)是電機制造中高效節(jié)能的一個新技術(shù)。

感應(yīng)加熱的基本原理是利用電磁感應(yīng)定律與焦耳熱效應(yīng)原理。當(dāng)交變電流通過線圈，便會產(chǎn)生一個交變磁場，如果一個帶電導(dǎo)體放置在此線圈中，就會感應(yīng)出渦流。由于電導(dǎo)體是阻性材質(zhì)，且電阻阻值較小，產(chǎn)生的渦流很大，當(dāng)渦流通過時就會產(chǎn)生焦耳熱，使周圍的環(huán)境溫度升高。感應(yīng)熱處理設(shè)備可在短時間內(nèi)把電導(dǎo)體材料的工件加熱到非常高的溫度。

整塊金屬的渦流在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的平均熱功率見公式（2）［6］所示。

其中：h、ρ、R分別為金屬塊厚度、電阻率、半徑；B0為隨時間交變的磁感應(yīng)強度，磁場強度與電流強度、線圈匝數(shù)及與線圈距離遠近有關(guān)，與線圈距離相等處的磁場強度相等。從公式（2）可以看出，所有感應(yīng)加熱設(shè)備獲得的熱功率與電源頻率的平方、磁感應(yīng)強度的平方、金屬塊尺寸大小成正比，與金屬塊電阻率成反比。所以要想獲取較高的溫度，高頻交變的磁場及較低電阻率的金屬是首選。

由于電機電磁感應(yīng)熱套工件與感應(yīng)線圈通過磁場進行能量傳遞，減少了通過空氣進行熱能量傳遞的損耗，因此電磁感應(yīng)熱套工藝具有熱損耗低、熱效率高的優(yōu)點，熱效率很高，達85%以上，比電阻絲加熱方式提高2～3倍［5］。隨著熱損耗的降低，向空氣中輻射的熱量也大幅降低，很大程度地降低了環(huán)境溫度［7］，體現(xiàn)了節(jié)能高效的理念。

電機電磁感應(yīng)加熱裝置一般采用線圈與半導(dǎo)體器件，使用壽命長，很大程度地降低了維修成本。電機電磁感應(yīng)熱套工件及電機定轉(zhuǎn)子電阻都很低，很低的感應(yīng)電動勢即可產(chǎn)生較強的感應(yīng)電流，其熱效率又很高，所以熱套工件升溫非?？?。與電阻絲加熱時間相比，其溫升時間大大縮短，很大程度地提高了生產(chǎn)效率。

電機電磁感應(yīng)熱套工藝具有熱效率高、溫升快、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，是目前最節(jié)能環(huán)保的熱處理工藝［8］。全面推廣電磁感應(yīng)加熱技術(shù)，是改造我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的必然趨勢［9］。

雖然電磁感應(yīng)加熱的原理相對簡單，但實際應(yīng)用中還是會取決于產(chǎn)品材質(zhì)、壁厚、結(jié)構(gòu)是均勻壁厚還是有臺階變化的壁厚、產(chǎn)品的硅鋼片的長度、環(huán)境溫度等因素。所以電機電磁感應(yīng)熱套裝置對于具體加熱的功率百分比及加熱時間的選擇，以及是步進式還是斜線式的加熱方式都將影響電磁感應(yīng)加熱的實際效果。在正式生產(chǎn)之前，得做大量試驗確定其加熱的功率百分比及加熱時間參數(shù)，保證正常生產(chǎn)報廢率的降低。因此，電磁感應(yīng)加熱技術(shù)僅適用品種少、生產(chǎn)批量大的工件、一次性投入成本大等缺點［10］。目前，提出一種對電機熱套工藝中電磁感應(yīng)參數(shù)準(zhǔn)確預(yù)測的方法，為企業(yè)降低電機熱套工件的報廢率，降低工作操作人員的勞動強度是關(guān)鍵。

3　電磁感應(yīng)熱套技術(shù)現(xiàn)狀及解決方案

目前，電機裝配電磁感應(yīng)熱套工藝已經(jīng)替代能耗高效率低的電阻爐加熱技術(shù)及紅外鹵素?zé)艄芗訜峒夹g(shù)。但是，電機電磁感應(yīng)熱套技術(shù)在使用過程中，當(dāng)工件批次不同時，尺寸存在差異導(dǎo)致電磁感應(yīng)功率百分比及加熱時間參數(shù)設(shè)置存在差異，參數(shù)設(shè)置不當(dāng)會導(dǎo)致工件被加熱溫度過高或過低，加熱溫度過高導(dǎo)致產(chǎn)品外殼表面燒焦，不必要的高溫也增加了能耗；加熱溫度不均勻造成套不進、熱套失敗。這樣就必須進行二次加熱或可能致使其產(chǎn)品報廢，很大程度影響了電機生產(chǎn)質(zhì)量及生產(chǎn)進度。對此現(xiàn)狀，企業(yè)為了降低批量產(chǎn)品的報廢率，只能采取對每一批次產(chǎn)品在生產(chǎn)前做大量實驗，測量大量數(shù)據(jù)：產(chǎn)品材質(zhì)、壁厚、結(jié)構(gòu)（是均勻壁厚還是有臺階變化的壁厚）、產(chǎn)品的硅鋼片的長度，找出最大公差與最小公差，尋找一個電磁感應(yīng)加熱參數(shù)的折中點，逐一進行實驗看熱套工藝是否可行，直到能滿足最大公差產(chǎn)品的工藝生產(chǎn)要求為止，然后按照實驗結(jié)果值進行此批次的大批量生產(chǎn)。此種現(xiàn)狀，導(dǎo)致電機電磁感應(yīng)熱套生產(chǎn)不適用于品種多、批量小的加熱，僅適用于品種少、批量大的加熱；而且在批量生產(chǎn)前大量的實驗也導(dǎo)致部分產(chǎn)品的報廢，同時實驗人員也浪費了大量的時間及精力。

目前，電機電磁感應(yīng)熱套裝配工藝出現(xiàn)了電磁感應(yīng)加熱功率百分比及加熱時間等參數(shù)難以確定的問題，雖然這些參數(shù)也有一些經(jīng)驗公式可供參考，但在加熱過程中，熱套工件功率值與電源頻率成平方關(guān)系，對頻率參數(shù)的變化比較靈敏，熱套工件最終達到的溫度還受到周圍環(huán)境、尺寸偏差、產(chǎn)品材質(zhì)、壁厚、結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品硅鋼片的長度等可變因素的影響，造成同一批次熱套工件電磁加熱后達到的溫度值不同，所以必須通過大量的試驗去尋找電磁感應(yīng)功率百分比與加熱時間等參數(shù)的折中值，既要滿足最大偏差的工件也要滿足最小偏差工件，參數(shù)找不準(zhǔn)確將造成批量生產(chǎn)中大批產(chǎn)品報廢，要找準(zhǔn)確又得通過大量的產(chǎn)前試驗，大量的產(chǎn)前試驗也造成了企業(yè)生產(chǎn)成本的增加，以及試驗人員勞動力的增加。對于此方面的研究目前我國還是空白。

在此背景下，利用粗集理論［11］對原有的各種不同批次電機電磁感應(yīng)熱套參數(shù)的海量歷史數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)挖掘，篩選出規(guī)則，然后用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)［12-14］細化研究，預(yù)測出電磁感應(yīng)熱套參數(shù)值。能大大縮短電磁感應(yīng)加熱參數(shù)確定的時間，降低產(chǎn)前試驗產(chǎn)品的報廢率及試驗人員的勞動力，提高企業(yè)生產(chǎn)效率，真正幫企業(yè)解決一個技術(shù)難題。

4　總結(jié)

本文對幾種常用電機裝配熱套工藝方法進行分析，總結(jié)其優(yōu)缺點。尤其針對目前最常用也是最高效節(jié)能的電磁感應(yīng)電機熱套工藝應(yīng)用中的不足提出了一種解決途徑，為今后該工藝在企業(yè)中應(yīng)用領(lǐng)域的拓展具有一定的現(xiàn)實意義！

［1］方日杰.電機制造工藝學(xué)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1995.

［2］胡志強.電機制造工藝學(xué)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2011.

［3］王斌.大型電機電樞（轉(zhuǎn)子）熱套軸工藝［J］.上海大中型電機，2006（3）：26-32.

［4］劉宏，郭榮新.紅外輻射加熱技術(shù)在金屬熱處理爐上的應(yīng)用試驗研究［J］.國外金屬熱處理，1999（2）：46-48.

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［13］K.Hornik，M.Stintchcombe，and H.White.Multilayer feedforward networks are universal appoximators［J］. Neural Networks，1989（2）：350-366.

［14］張博.基于粗集和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在中藥方劑配伍中的藥效關(guān)系研究［J］.吉林化工學(xué)院學(xué)報，2012（7）：35-37.

（編輯：向飛）

2015年中國機械工程學(xué)會年會在廣西南寧隆重舉行

由中國機械工程學(xué)會、廣西壯族自治區(qū)科學(xué)技術(shù)協(xié)會主辦，廣西機械工程學(xué)會承辦的2015年中國機械工程學(xué)會年會于2015年11月19-21日在廣西南寧隆重舉行。本屆年會以“創(chuàng)新引領(lǐng)發(fā)展邁向制造強國”為主題，精彩的主旨報告及豐富多彩的專題活動吸引了來自全國各地500多名機械科技工作者參加。

中國機械工程學(xué)會理事長、中國工程院院長周濟院士，廣西壯族自治區(qū)人大常委會副主任高雄出席開幕式并致辭。開幕式及頒獎典禮由中國機械工程學(xué)會副理事長兼秘書長張彥敏主持，周濟理事長等領(lǐng)導(dǎo)和嘉賓頒發(fā)了2015年度中國機械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎、第5屆“綠色制造科學(xué)技術(shù)進步獎”、第5屆“上銀優(yōu)秀機械博士論文獎”和中國機械工程學(xué)會科技獎。

主旨報告會由中國機械工程學(xué)會常務(wù)理事、哈爾濱工業(yè)大學(xué)校長周玉院士主持。分別由：中國機械工程學(xué)會副理事長、華中科技大學(xué)教授李培根院士作《傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型淺析》報告；中國機械工程學(xué)會副理事長、西安交通大學(xué)教授盧秉恒院士作《中國制造2025與3D打印》報告；中國機械工程學(xué)會副理事長、浙江大學(xué)教授譚建榮院士作《設(shè)計與創(chuàng)新設(shè)計若干問題的思考與探索》報告；中國機械工程學(xué)會常務(wù)理事、中國科學(xué)院院士雒建斌教授作《我國摩擦學(xué)研究新進展》報告；廣西南南鋁集團董事長鄭玉林作《從高端鋁合金需求看汽車輕量化新能源帶來的發(fā)展機遇》報告。

年會期間，召開了中國機械工程學(xué)會十屆九次常務(wù)理事（擴大）會議、十屆五次理事（擴大）會議，還舉辦了豐富多彩的專題活動，包括中國機械工程學(xué)會青年學(xué)術(shù)論壇，2015年綠色制造科技成果交流會、中國機械工程學(xué)會增材制造技術(shù)分會成立會議、第5屆上銀優(yōu)秀機械博士論文頒獎典禮、3D打印專題報告會、中國機械工程技術(shù)路線圖（2016版）專題研討會、“工業(yè)工程與制造業(yè)核心競爭力提升”高級研修班、數(shù)字化無模鑄造精密成形技術(shù)研討會等。與會代表還參觀了玉柴工程研究院、廣西南南鋁業(yè)有限公司。

（廣東省機械工程學(xué)會秘書處綜合報道）

The Summary on the Motor Hot-Sleeving Technics

DONG Gai-hua
（Suzhou Institute of Trade&Commerce，Suzhou 215009，China）

The motor hot-sleeving technics is the key of the motor assembly.The paper summarized all kinds of ways on the motor hot-sleeving technics，and put forward the solution to energy-saving electromagnetic induction heating process.

motor hot-sleeving technics；electromagnetic induction；resistance hot-sleeving；halogen lamp hot-sleeving

TM305

A文獻標(biāo)識碼：1009-9492（2015）12-0053-04

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.12.015

董改花，女，1977年生，山西太谷人，碩士，副教授。研究領(lǐng)域：電機及機電控制。

*蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研項目（編號：KY-ZR1408）；江蘇省高等職業(yè)院校國內(nèi)高級訪問學(xué)者計劃資助項目（編號：2015FX068）

2015-07-29