一種永磁電機(jī)用轉(zhuǎn)子組件制作方法

闞榮

(寧波韻升股份有限公司，浙江 寧波315040)

一種永磁電機(jī)所使用的轉(zhuǎn)子組件，是由磁鋼與芯軸組裝而成，產(chǎn)品工作轉(zhuǎn)速80000 r/min，磁鋼相對于芯軸的同軸度要小于0.015 mm。現(xiàn)有的裝配方法是:先在芯軸兩端面制作中心孔，然后直接使用膠水將芯軸與磁鋼連接在一起，磁鋼與芯軸組裝好后，必須用專用機(jī)床進(jìn)行同軸度加工，以最終達(dá)到產(chǎn)品同軸度的精度要求。這種制作方法的缺陷在于:所采用的同軸度加工，對機(jī)床的精度要求相當(dāng)高，必須采用專用機(jī)床進(jìn)行加工，才能達(dá)到產(chǎn)品的同軸度要求，而且機(jī)床維護(hù)成本很高，否則機(jī)床精度稍有變化，將直接影響產(chǎn)品的制作精度;其次，由于同軸加工工序要求較高，所產(chǎn)生的報廢率高，統(tǒng)計合格率只有85%，最終使得產(chǎn)品的制作效率大為降低，產(chǎn)品的制作成本大幅提高;這種制造方法的另一個缺陷在于:為了防護(hù)磁鋼不被氧化腐蝕，再將同軸加工好的產(chǎn)品整體電鍍，既不方便，又容易在磁鋼與芯軸交界處因結(jié)合不牢而出現(xiàn)鍍層脫落，最終造成磁鋼被氧化腐蝕。

本文著重闡述了這種電機(jī)轉(zhuǎn)子使用膠粘劑對磁鋼和芯軸直接粘接的制造方法，不需要進(jìn)行同軸度機(jī)加工，并為這種制造方法提供了一種自動調(diào)心定位機(jī)構(gòu);并研究了磁鋼零件的同軸度與產(chǎn)品最終裝配后組件同軸度合格率的關(guān)系。

1 自動調(diào)心定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計與實(shí)施方式

如圖1 所示為用來裝配電機(jī)轉(zhuǎn)子的自動調(diào)心定位機(jī)構(gòu)，由調(diào)心桿、定位柱、外套、壓力棒、彈簧和調(diào)節(jié)棒組成。

如圖2 所示，調(diào)心桿帶有通孔，與定位柱的外徑為緊密配合，調(diào)心桿的上部四周沿軸向?qū)ΨQ開設(shè)有通槽，與通槽相對應(yīng)的外表面加工成“八”字錐度外表面，與外套的通孔“八”字錐度內(nèi)表面配合，調(diào)心桿的下部開一橫向通孔，壓力棒可以徑向橫插入此通孔。

定位柱上帶通孔，用來定位芯軸;定位柱還帶有沉孔，用來避免多余膠水流出，造成芯軸與定位柱粘接而難以取下轉(zhuǎn)子。

如圖3 所示，外套加工有內(nèi)孔，與調(diào)心桿為間隙配合，外套兩側(cè)對稱地加工二個長形槽，壓力棒可以徑向橫插入調(diào)心桿的通孔后，可在長形槽中上下移動，外套的下部分加工成螺紋結(jié)構(gòu)，與調(diào)節(jié)棒的螺紋配合，調(diào)節(jié)棒帶有彈簧定位座，用于定位彈簧用。

上述調(diào)節(jié)棒外端開有調(diào)節(jié)槽，可通過調(diào)節(jié)槽的調(diào)節(jié)，來改變彈簧的彈力大小。

如圖4，上述定位柱置于調(diào)心桿的通孔內(nèi)下部，然后將調(diào)心桿置于外套的內(nèi)孔中，再在外套的內(nèi)孔中裝入彈簧，用調(diào)節(jié)棒旋合在外套上，壓力棒穿過調(diào)心桿通孔，便裝好了自動調(diào)心定位機(jī)構(gòu)。

由于彈簧作用在調(diào)心桿上為向上的推力，調(diào)心桿的“八”字錐度外表面和外套“八”字錐度內(nèi)表面配合，此時外套施加在調(diào)心桿上的力為壓緊力，又由于調(diào)心桿的上部分四周對稱開設(shè)有通槽，調(diào)心桿通孔的上半部分由于彈性作用處于壓緊狀態(tài)。

裝配電機(jī)轉(zhuǎn)子時，先向下施加力在壓力棒上，壓力棒向下移動，通過調(diào)心桿的通孔，迫使調(diào)心桿也向下移動，外套施加在調(diào)心桿上半部分的壓力就隨之釋放，調(diào)心桿通孔的上半部分由于彈性，回復(fù)到最初的自由狀態(tài)，然后將電鍍防護(hù)好的磁鋼，完全清洗干凈，送到調(diào)心桿的通孔中，直到磁鋼的下表面與定位柱上表面貼合為止，此時將施加在壓力棒上的力完全釋放，由于彈簧的作用，調(diào)心桿上回到原來的位置，調(diào)心桿上半部分又處于夾緊狀態(tài)，將磁鋼緊緊抱牢。再將完全清洗干凈的芯軸在與磁鋼粘接的部位上均勻地涂上粘接劑，然后順著磁鋼的內(nèi)孔，將芯軸插進(jìn)，直到芯軸與壓力棒接觸為止，即完成一個電機(jī)轉(zhuǎn)子的粘接。當(dāng)取下轉(zhuǎn)子產(chǎn)品時，先向下施加力在壓力棒上，調(diào)心桿的上半部分就會將壓力釋放而又回到自由狀態(tài)，此時便可以輕松地將粘接好的電機(jī)轉(zhuǎn)子從自動調(diào)心定位機(jī)構(gòu)中取出，便可繼續(xù)進(jìn)行下一個產(chǎn)品的粘接。

組裝好的電機(jī)轉(zhuǎn)子，其磁鋼相對于芯軸同軸度最終由調(diào)心桿的通孔和定位柱的通孔兩者之間的同軸度決定，而調(diào)心桿的通孔和定位柱的通孔的同軸度可以加工到微米級。

2 自動調(diào)心定位機(jī)構(gòu)對磁鋼內(nèi)外徑同軸度要求

從理論上來講，如果磁鋼本身內(nèi)外徑的同軸度已加工得很高，比如說0.01 mm 以內(nèi)，完全可以不要上述自動調(diào)心定位機(jī)構(gòu)來進(jìn)行組裝，裝配時只要做個導(dǎo)向套，能將芯軸沿導(dǎo)向套自由放入磁鋼內(nèi)孔中，就能達(dá)到轉(zhuǎn)子組件的同軸度要求，然而轉(zhuǎn)子組件中所用到的磁鋼屬于永磁磁性材料領(lǐng)域，磁鋼的制作工藝實(shí)際上和傳統(tǒng)的粉末冶金工藝相類似，由于磁性材料制作工藝的特點(diǎn)，使提高同軸度(減小壁厚差)精度成為生產(chǎn)過程中較難解決的技術(shù)性問題，它與壓機(jī)精度，壓制模夾具的制造和裝配精度、壓形等因素有關(guān)系;尤其是永磁材料粉末成型工藝的特性，直接影響到坯料后續(xù)機(jī)加工精度的提高，不可能象鋼材那樣實(shí)現(xiàn)很高的加工精度;磁鋼經(jīng)過機(jī)加工后，電鍍防護(hù)工藝過程中，由于電鍍層的堆積現(xiàn)象，將再次對產(chǎn)品精度造成不利影響，所以很難實(shí)現(xiàn)磁鋼內(nèi)外徑同軸度加工高精度要求。

根據(jù)上述自動調(diào)心定位機(jī)構(gòu)的裝配原理，轉(zhuǎn)子組件的磁鋼相對于芯軸的同軸度最終由調(diào)心桿的通孔和定位柱的通孔兩者之間的同軸度決定，所以從理論上來講，使用上述自動調(diào)心定位機(jī)構(gòu)，只要磁鋼內(nèi)孔足夠大，不會在裝配過程中與芯軸干涉，對磁鋼零件內(nèi)外孔本身的同軸度不應(yīng)作什么要求。但是磁鋼內(nèi)孔太大，在裝配過程中，膠水會流出磁鋼內(nèi)孔，芯軸與磁鋼粘接不牢而脫落;而且該轉(zhuǎn)子組件的工作轉(zhuǎn)速為80000 r/min，對磁鋼與芯軸的粘接強(qiáng)度必須要足夠大。

如圖5 所示，是根據(jù)試驗(yàn)研究出膠水的粘接特性，從圖中得出結(jié)論:當(dāng)磁鋼內(nèi)孔與芯軸外徑間隙為0.025 mm 時，磁鋼與芯軸的粘接強(qiáng)度能達(dá)到最大(由于篇幅問題，這里不再就此問題展開闡述)，大于這個間隙時都不能達(dá)到膠水的最佳粘接強(qiáng)度，所以磁鋼內(nèi)孔最多允許比芯軸外徑大0.05 mm，也就是說，由于磁鋼內(nèi)孔與芯軸外徑間隙大小的限制，為保證裝配過程中，芯軸與磁鋼不會干涉，磁鋼內(nèi)外徑同軸度最大允許0.05 mm，超過這個值，芯軸會因與磁鋼間的間隙太小(0.05 mm)，而相互干涉，自動調(diào)心機(jī)構(gòu)不能對其進(jìn)行調(diào)整，這時制作出來的轉(zhuǎn)子組件同軸度就不合格。

3 結(jié)語

上述軸子組件，采用了自動調(diào)心定位機(jī)構(gòu)的制作方式，改變了傳統(tǒng)的同軸度機(jī)加工制作工藝，簡化了制作工藝，降低了制作成本，提高了產(chǎn)品的合格率，按上述設(shè)計要求設(shè)計的自動調(diào)心定位機(jī)構(gòu)使得產(chǎn)品合格率在99%以上;同時，在轉(zhuǎn)子制作前，可以對磁鋼進(jìn)行電鍍層保護(hù)，而后進(jìn)行粘接，避免了整體電鍍的煩瑣，同時有效改善了產(chǎn)品電鍍質(zhì)量和合格率。

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