高功率密度高壓電機(jī)定子調(diào)同心度的工藝改進(jìn)

柳傳友 崔曄 陳磊

摘要：定子調(diào)同心度是吊入式定子結(jié)構(gòu)高功率密度電機(jī)的關(guān)鍵制造工藝，不同調(diào)整方法的調(diào)整效果、耗費(fèi)的人工都不相同。鑒于此，分析了氣隙調(diào)整法、同心度調(diào)整法調(diào)整定子同心度工藝的缺點(diǎn)，介紹了利用激光跟蹤儀調(diào)整定子同心度的具體方法，通過相關(guān)分析確認(rèn)基于激光跟蹤儀的3D視圖評價(jià)法是定子調(diào)同心度的最佳工藝。

關(guān)鍵詞：高功率密度電機(jī);同心度;氣隙;激光跟蹤儀

中圖分類號：TM30? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2022）04-0086-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.04.025

0? ? 引言

高功率密度高壓電機(jī)具有同規(guī)格條件下功率大、結(jié)構(gòu)緊湊、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)，因此深受國內(nèi)外客戶的喜愛。目前市面上主要有兩種結(jié)構(gòu)的高功率密度電機(jī)，區(qū)別在于定子鐵芯的固定方式不同，一種是鐵芯與機(jī)座內(nèi)壁固定，另一種是鐵芯與機(jī)座底腳固定。其中鐵芯與機(jī)座底腳固定的電機(jī)結(jié)構(gòu)特殊，裝配難度大，尤其是定子同心度的調(diào)整工藝，如果選擇不合理，不但會延長裝配時(shí)間，還會影響定子同心度的調(diào)整精度。定子同心度調(diào)整精度差會引起電機(jī)振動大、電磁響聲等故障，所以選取合適的定子同心度調(diào)整工藝尤為重要。

1? ? 傳統(tǒng)的定子裝配工藝方法

鐵芯與機(jī)座底腳固定方式的定子簡稱吊入式定子，鐵芯和機(jī)座側(cè)板不接觸，定子鐵芯的電磁力引起的振動通過定子鐵芯底腳向機(jī)座下部底腳板傳遞，能夠很好地減小電機(jī)的振動。定子鐵芯是通過幾根螺桿緊固的，片間壓力和剩余壓力的保證給定子提供了一定的剛性，但這種剛性是有限的，日常操作過程中不注意細(xì)節(jié)容易引起鐵芯變形，此類電機(jī)裝配時(shí)需調(diào)整定子鐵芯內(nèi)圓與機(jī)座止口內(nèi)圓的同心度。同心度調(diào)整不到位會導(dǎo)致電機(jī)氣隙不均，電機(jī)試驗(yàn)時(shí)容易產(chǎn)生電磁響聲和振動現(xiàn)象，氣隙均勻度差還會導(dǎo)致電機(jī)使用過程中故障頻發(fā)，嚴(yán)重縮短電機(jī)使用壽命[1]。

1.1? ? 氣隙調(diào)整法

電機(jī)裝配后通過測量電機(jī)氣隙的方式來調(diào)整定子位置、保證定子同心度的方法稱之為氣隙調(diào)整法。先把定子鐵芯吊入機(jī)座，然后裝配電機(jī)，為了保證氣隙測量方便和提高氣隙測量準(zhǔn)確度，裝機(jī)時(shí)不裝擋風(fēng)板和擋風(fēng)圈。如圖1所示，電機(jī)裝配后使用氣隙塞尺測量電機(jī)氣隙，根據(jù)測量結(jié)果拆機(jī)，通過增減定子鐵芯底腳處的墊片數(shù)量來調(diào)整定子鐵芯在機(jī)座中的上下位置，之后再裝機(jī)測量氣隙，利用定子鐵芯底腳處的調(diào)節(jié)螺絲調(diào)整定子鐵芯的左右位置，最終保證定子鐵芯與機(jī)座的同心度。定子鐵芯位置每調(diào)整一次都要再次測量氣隙，直至氣隙均勻度滿足圖紙、工藝要求為止。氣隙調(diào)整到位后再拆掉電機(jī)，拆機(jī)時(shí)應(yīng)注意盡量保護(hù)好軸承，防止重要零部件發(fā)生磕碰損傷，安裝定子擋風(fēng)圈、擋風(fēng)板后復(fù)測氣隙合格再進(jìn)行試驗(yàn)檢測。

1.2? ? 同心度調(diào)整法

高功率密度電機(jī)使用氣隙調(diào)整法安裝，氣隙調(diào)整合格后需再次拆機(jī)安裝擋風(fēng)板和擋風(fēng)圈，重復(fù)安裝不但耗費(fèi)大量的人工和時(shí)間，還會增加零部件磕碰損傷風(fēng)險(xiǎn)。為解決這個(gè)問題，可以使用定子鐵芯內(nèi)圓和機(jī)座止口內(nèi)圓同心度調(diào)整工裝來調(diào)整定子同心度，定子同心度調(diào)整后直接裝機(jī)試驗(yàn)，不需要再拆機(jī)。

具體方法是仔細(xì)清理定子鐵芯內(nèi)圓需要校正跳動的位置，將鐵芯吊入機(jī)座，再將機(jī)座吊上鑄鐵平臺，在平臺合適位置利用梯形塊固定同心度調(diào)整工裝的支座，使用量具測量工裝轉(zhuǎn)軸外圓到機(jī)座止口的距離，根據(jù)測量結(jié)果粗調(diào)機(jī)座的高度和左右位置。將工裝上的百分表支架移動到機(jī)座止口下方并安裝百分表，轉(zhuǎn)動手輪讀取百分表數(shù)值，測量機(jī)座止口內(nèi)圓相對于工裝轉(zhuǎn)軸外圓的跳動，按照工裝上百分表顯示的跳動值精確調(diào)整機(jī)座位置，機(jī)座上下位置使用墊片調(diào)整，左右位置通過平臺上設(shè)置的臨時(shí)頂絲調(diào)整，最終保證機(jī)座兩端止口內(nèi)圓與工裝同心，同心度≤0.1 mm。將工裝表面帶有百分表的支架移動到定子鐵芯兩端內(nèi)圓下方，測量定子鐵芯內(nèi)圓相對于工裝轉(zhuǎn)軸外圓的跳動，根據(jù)測量結(jié)果調(diào)整定子鐵芯的位置，定子鐵芯上下位置使用墊片調(diào)整，左右位置使用機(jī)座上固定的頂絲調(diào)整，最終保證定子鐵芯內(nèi)圓與工裝同心，同心度≤0.1 mm。整個(gè)調(diào)整過程如圖2所示。

通過上述方法可以保證鐵芯內(nèi)圓與機(jī)座兩端止口內(nèi)圓同心度≤0.2 mm。定子鐵芯內(nèi)圓與機(jī)座止口內(nèi)圓同心度調(diào)整完畢后直接穿入轉(zhuǎn)子進(jìn)行裝配，然后進(jìn)行試驗(yàn)檢測。

2? ? 傳統(tǒng)定子裝配工藝的缺點(diǎn)

2.1? ? 氣隙調(diào)整法缺點(diǎn)

定子嵌線浸漆后定子鐵芯內(nèi)圓殘留的漆瘤和漆膜、轉(zhuǎn)子浸漆后轉(zhuǎn)子外圓漆膜厚度不均、轉(zhuǎn)子外圓跳動、定子內(nèi)圓跳動等因素都會影響氣隙測量的準(zhǔn)確性[2]，工具精度及測量人員能力不同也增加了氣隙測量的不準(zhǔn)確性，以上因素會導(dǎo)致定子同心度調(diào)整精度不高，電機(jī)試驗(yàn)時(shí)極易出現(xiàn)電磁響聲、電機(jī)振動大等問題。電機(jī)使用上述方法安裝需要多拆裝一次電機(jī)，試驗(yàn)不合格返工也會增加電機(jī)拆裝次數(shù)，重復(fù)安裝增加了零部件磕碰損傷風(fēng)險(xiǎn)和電機(jī)裝配時(shí)間。

2.2? ? 同心度調(diào)整法缺點(diǎn)

裝配時(shí)需要使用平臺，平臺的平面度直接影響到同心度調(diào)整結(jié)果。機(jī)座止口與工裝外圓同心度調(diào)整到位以后才能調(diào)整定子鐵芯內(nèi)圓與工裝的同心度，調(diào)整時(shí)間過長。定子內(nèi)圓跳動、定子內(nèi)圓漆膜等因素都會影響同心度測量的準(zhǔn)確性，調(diào)整工裝加工保護(hù)難度大、測量工具的精度和測量人員能力不同也增加了同心度測量的不準(zhǔn)確性，電機(jī)試驗(yàn)時(shí)也容易出現(xiàn)電磁響聲、電機(jī)振動大等問題。電機(jī)試驗(yàn)不合格返工增加了電機(jī)拆裝次數(shù)，重復(fù)安裝增加了零部件磕碰損傷風(fēng)險(xiǎn)和電機(jī)裝配時(shí)間。

3? ? 采用激光跟蹤儀調(diào)整定子同心度——3D視圖評價(jià)法

激光跟蹤儀具有極其強(qiáng)大的空間檢查能力，利用激光跟蹤儀采集相關(guān)數(shù)據(jù)創(chuàng)建3D視圖，可評價(jià)定子鐵芯內(nèi)圓和機(jī)座止口內(nèi)圓同心度，通過測量結(jié)果調(diào)整鐵芯內(nèi)圓和機(jī)座止口內(nèi)圓同心度，保證同心度≤0.2 mm，相關(guān)步驟如下：

在機(jī)座兩側(cè)止口內(nèi)圓上選取8個(gè)點(diǎn)并對稱均布，檢查8個(gè)點(diǎn)位置是否有磕碰損傷，若有磕碰損傷需要改變測量位置;測量位置基準(zhǔn)面清理干凈，不能有污物。利用激光跟蹤儀探頭記錄位置并反饋到電腦軟件中，軟件會根據(jù)采集的8個(gè)點(diǎn)自動分析出一個(gè)圓形及圓心信息，兩圓心連接形成一條軸線。激光跟蹤儀探頭擺放位置如圖3左側(cè)視圖所示。

在定子鐵芯兩端內(nèi)圓上下左右先后選取4個(gè)點(diǎn)，徹底清理4個(gè)點(diǎn)位置的漆膜、漆瘤，保證測量基準(zhǔn)面干凈，利用激光跟蹤儀探頭記錄其位置并反饋到電腦軟件中，軟件會根據(jù)采集的4個(gè)點(diǎn)自動分析出一個(gè)圓形及圓心信息，兩圓心連接形成另一條軸線。激光跟蹤儀探頭擺放位置如圖3右側(cè)視圖所示。

通過調(diào)節(jié)墊片及頂絲裝置移動定子鐵芯上下左右位置，調(diào)整定子鐵芯內(nèi)圓軸線（即定子鐵芯C、D兩面圓心形成的軸線），如圖4所示，使其與機(jī)座兩側(cè)止口內(nèi)圓（即A、B兩面）圓心形成的軸線直線距離≤0.2 mm，從而保證定子鐵芯和機(jī)座的同心度。

4? ? 3種定子調(diào)同心度方法耗時(shí)對比

以上介紹了3種定子調(diào)同心度的方法，調(diào)整方法不同，調(diào)整的效率及精度也各不相同，下面列表對3種調(diào)整方法的特點(diǎn)及消耗的工時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表1所示。

采用氣隙調(diào)整法安裝電機(jī)，測量氣隙后定子鐵芯上下位置調(diào)整時(shí)，為了避免定轉(zhuǎn)子磕碰，需要拆機(jī)抽出轉(zhuǎn)子增減底腳處的墊片，增加了裝配工作量。這種方法調(diào)整的定子同心度精度較差，試驗(yàn)返工率較高，綜合考慮上述因素，工藝部門按照1.8倍的返工系數(shù)制訂了定額工時(shí)。采用同心度調(diào)整法安裝的電機(jī)調(diào)整時(shí)受限制因素較多，定子同心度調(diào)整精度差，造成試驗(yàn)返工率也較高，綜合考慮工藝部門按照1.5倍的返工系數(shù)制訂了定額工時(shí)。采用基于激光跟蹤儀的3D視圖評價(jià)法安裝后定子同心度精度很高，沒有因?yàn)橥亩日{(diào)整問題導(dǎo)致的返工，工藝部門沒有給返工系數(shù)。

從表1可以看出，利用激光跟蹤儀，使用3D視圖評價(jià)法調(diào)整定子同心度具有極高的效率和精度，能大量節(jié)約成本和人工。

5? ? 結(jié)論

（1）吊入式定子裝配時(shí)需要調(diào)整定子同心度，本文介紹了3種調(diào)整方法，每種都可以實(shí)現(xiàn)同心度的調(diào)整，每種調(diào)節(jié)方法都有各自的特點(diǎn)。

（2）使用氣隙調(diào)整法、同心度調(diào)整法調(diào)整的定子精度不高，試驗(yàn)返工率較高，主要是因?yàn)橄嚓P(guān)數(shù)據(jù)測量時(shí)受限制因素較多，浸漆殘留的漆膜漆瘤、測量工具精度、定子內(nèi)圓跳動、轉(zhuǎn)子外圓跳動、人員操作技能都是很重要的影響因素。

（3）利用激光跟蹤儀調(diào)整定子同心度的方法調(diào)整精度很高，測量時(shí)只需要保證測點(diǎn)位置清理干凈，所有數(shù)據(jù)生成都由電腦、遙控器互聯(lián)操作，避免了人員操作技能的干擾，調(diào)整精度很高，試驗(yàn)通過率極高。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 才家剛.電機(jī)組裝工藝及常規(guī)檢測[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[2] 方日杰.電機(jī)制造工藝學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

收稿日期：2022-01-07

作者簡介：柳傳友（1986—），男，江蘇連云港人，工程師，長期從事大中型電機(jī)生產(chǎn)、工藝、質(zhì)量管理工作。

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