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

北京三一電機系統有限責任公司 北京 102200

為了有效地減少軸電流對電機軸承的電蝕，提高軸承使用壽命，通常采用絕緣軸承來阻斷感應電流從軸承上流過的途徑，從而有效地起到保護軸承的作用。但因絕緣軸承相比普通軸承價格平均高2～3倍，使用并不經濟。所以，多數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，其結構和制造工藝都相同，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。生產工藝為：加工內、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、外套加工到要求的尺寸，保證兩結合面在套裝前有一定的間隙，以容納絕緣材料。如果此時不考慮絕緣材料的厚度，直接將內外套的尺寸設計成過盈配合，就會造成套裝后絕緣電阻值低或為零的現象，出現返工或廢品。我公司在最初的設計和制造中就發生過類似問題，經過分析，發現問題出在內外套尺寸配合公差上。因為聚酰亞胺薄膜的強度和密度遠低于鋼材，熱套時所有的絕緣材料都會被擠出配合面或直接被壓碎，造成內外套之間直接接觸，無法起到絕緣作用。所以在內、外套配合公差的設計上，應充分考慮絕緣材料的耐壓等級、機械強度，然后再結合不同的電機重量、功率、電壓等級等綜合因素，合理地選擇熱套時的過盈量，從而保證絕緣端蓋或絕緣軸承座的質量。

其次，在已加工好的內套外圓纏繞一定層數的聚酰亞胺薄膜。厚度需通過計算，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，太厚則不容易與內套外圓服貼，太薄則纏繞層數太多，制作周期長，且容易破損。所以厚度選擇應適中，纏繞時必須在薄膜上施加一定張緊力，以保證層間的緊密度，避免熱套時薄膜被擠出。

然后，將外套進行加熱，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），將膨脹量達到要求的外套從爐內取出，套入內套外圓，使內、外套端面平齊。待冷卻到常溫時，測量絕緣電阻值，此時絕緣電阻值應大于500 MΩ，合格則在兩端灌注環氧樹脂。環氧樹脂的調配比例一定要適中，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給出建議比例，按照參考配比即可，環氧樹脂如圖4所示。

圖4 環氧樹脂

調配時一定要攪拌均勻，否則容易產生氣泡，影響密封效果和外觀質量。絕緣電阻值的檢測必須待完全固化后進行，否則容易影響結果判定，合格則轉后工序終加工。

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。生產工藝為：加工內、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，使其與內套完全凝固為一體；第二，加工絕緣內套外圓，保證與外套內圓有一定的過盈量；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，然后轉機械加工。機械加工時要保證各個部位的加工要求，注意切削要素的控制，防止工件過熱嚴重，引起樹脂熔化。同時應避免切屑進入端部絕緣層間，引起導通。我公司在加工絕緣軸承座時曾多次出現夾屑，一般夾屑不容易被發現，只能通過檢測內外套之間的絕緣電阻值，此時絕緣電阻值極低，部分甚至為零。經過仔細觀察，在端部絕緣層間發現鐵屑，導致內、外套導通。所以，在最終加工時一定要嚴格控制切削用量，避免工件過熱，同時盡量采用帶狀或連續狀排屑，避免鐵屑進入絕緣夾層。

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劣，但從材料的價格和性能上，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好處：1）前者比后者更經濟；2）前者比后者可靠性更高,無緯帶經過加熱固化后，與內套的結合比聚酯亞胺的緊密度更好，不容易發生內、外套相對轉動的質量故障。所以，在方案選擇時，建議優選無緯帶制作方案。

2 常發質量問題、原因分析及預防措施

在絕緣端蓋或絕緣軸承座的制作過程中，不可避免的會出現質量問題，現將我公司在生產過程中發生頻率較高的幾項質量問題、產生原因、預防措施羅列，見表1。

表1 質量問題原因及預防措施

3 總結

隨著新材料、新工藝的出現和應用，將會有更多的工藝方案可供選擇。但是，無論選用那種方案，都必須把產品的可靠性和經濟性放在首位，才能夠有效降低電機制造成本，縮小生產周期，達到優質可靠的目的。

［1］ 王正茂，閻治安，崔新藝，等.電機學［M］.西安：西安交通大學出版社,2000.

［2］ 湘潭電機廠.交流電機設計手冊［M］.長沙：湖南人民出版社,1978.

［3］ 哈爾濱大電機研究所.大電機 水輪機標準匯編［M］.北京：中國標準出版社，1998.