電機軸承壓裝的問題分析

摘 要：軸承壓裝是生產電機的關鍵工序。將軸承壓裝的方法、軸承壓裝的受力、伺服壓床壓裝的過程作為壓裝曲線判斷的理論依據，用伺服壓床得到某型號電機軸承壓裝的壓裝曲線，分析軸承壓裝過程存在的問題和壓裝曲線的異常原因，同時對壓裝過程出現的問題提出了一些改進措施。

關鍵詞：軸承壓裝 理論依據 壓力曲線 分析 改進措施

1 引言

軸承壓裝是生產電機的關鍵工序，因此軸承裝配質量的好壞對電機性能及其可靠性有很大影響。由于精密微特電機經常處于極端環境下工作，這就對軸承壓裝質量提出了更高的要求。而廠內的軸承壓裝以手工作業為主，還沒有完整的軸承壓裝質量判斷依據。本文從某型號轉子軸軸承壓裝的出現問題著手，對軸承壓裝進行了簡要分析。

2 軸承壓裝的理論依據

2.1軸承壓裝方法

由于轉子軸和軸承是過盈配合，產生的摩擦力較大，所以可以有效的保證電機的傳遞載荷。常見的過盈配合裝配方法有：機械壓入法，漲縮法（熱脹法和冷縮法），油壓法，螺母壓緊法。[1]目前我廠軸承壓裝主要采用機械壓入法。機械壓入法的優點是壓裝方便、簡單可靠，缺點是易擦傷結合面、降低傳遞載荷的能力。車間內常用的壓裝設備有螺旋式壓床、杠桿式壓床、氣動式壓床、油壓機和伺服壓床。在伺服壓床進行軸承壓裝時，采用的壓裝工裝見圖3.1，轉子軸換向器端軸承壓裝需要人工扶正進行壓裝。

2.2軸承壓裝受力

當軸承壓入轉子軸時，壓裝力F主要包括兩部分：一部分是軸承內圈與轉子軸外圓配合部位因徑向正壓力產生的滑動摩擦力F1;另一部分是轉子軸、軸承引導端斜角分別克服軸承、轉子軸彈性變形產生的軸向力F2[2]。F1主要與轉子軸直徑、結合面長度、徑向正壓力、摩擦系數等因素有關，具體公式如式（1）。從計算公式可以看出，一旦轉子軸和軸承尺寸確定，Pfmax、df、u均為定值。隨著結合面長度Lf的增加，F1也開始逐漸增加，直到軸承完全壓入到達最大值。

2.3軸承壓裝過程

根據伺服壓床壓裝特點，軸承壓裝過程大概分為快進、探測、預壓、壓裝、保壓、回退。壓頭快速到達指定的探測位置，探測速度要慢便于找正。當轉子軸找正壓入軸承后，開始快速進入預壓階段，壓裝結束前壓裝速度要慢，避免壓力過沖導致壓裝臺階面受力過大。此外，進入預壓階段速度不宜過快，速度過快會導致摩擦系數增大，壓裝過程壓力曲線斜率增大，曲線出現快速陡升。

3 軸承壓裝的問題

本廠首次利用伺服壓床得到某型號電機軸承壓裝的壓力曲線，其中某型號電機軸承型號為NMB公司的R-1350ZZ。轉子軸安裝軸承的軸徑為?5mm，上偏差為0mm，下偏差為-0.004mm，垂直度為0.015mm，圓跳動為0.005mm/0.006mm。根據軸承壓裝的壓力曲線發現：

（1）轉子軸兩端安裝軸承的壓力曲線有很大差別。壓入后剛開始壓力急劇上升又下降（跳噸現象），隨后逐漸緩慢上升到最大，末端壓力有下降趨勢。轉子軸輸出端壓力，壓力緩慢上升到最大值，然后逐漸下降。

（2）對比轉子軸兩端，兩端需要裝配的軸承和轉子軸過盈量、形狀公差完全一樣，但是整個壓力曲線卻差別很大。

（3）對比40件產品壓裝曲線，軸承壓裝過程中壓力在一定范圍內波動，其中轉子軸輸出端末端壓力大致為20kgf，轉子軸換向器端壓力大致為30kgf，末端壓力誤差在10kgf。

（4）轉子軸換向器端壓力曲線出現跳噸現象比較普遍，而轉子軸輸出端壓力曲線趨勢比較平緩沒有跳噸現象。

4軸承壓裝的問題分析

（1）從設計方面分析：

a.對于壓裝引入段，轉子軸倒角為C0.35mm、軸承倒角為R0.2mm。根據零件倒圓與倒角GB/T6403.4-2008標準查到推薦的C或R為0.4mm，設計的倒角或倒圓偏小。

b.轉子軸輸出端首先插入一段，轉子軸與軸承通過一段間隙配合，很好的保證轉子軸和軸承的同心，當伺服機進行壓裝時，壓力緩慢上升直到最大值，由于F2逐漸減小，F1滑動摩擦不變。將轉子軸的間隙配合段切掉并倒角C0.35，重新進行壓裝實驗，發現兩端的壓力曲線幾乎重合，末端壓力大致為30kgf。說明轉子軸輸出端一段長的導向不僅能減少壓力集中和跳噸現象，而且還可以減小壓裝末端的最大壓力。

（2）從裝配誤差方面分析：

a.在壓裝時，轉子軸換向器端需要手工扶正進行壓裝，壓裝的工裝采用轉子軸外圓定位，而轉子軸外圓人工刷漆，漆面厚度不一致。工裝用轉子軸外圓定位，壓裝工裝不能保證轉子軸和軸承有很好的同心。

b.如果出現跳噸現象，轉子軸和軸承表面很容易出現表面刮傷，嚴重的會影響軸承裝配質量，降低傳遞的載荷，因此應盡量避免跳噸現象的出現。

（3）從形狀誤差方面分析：由于轉子軸或軸承自身存在缺陷，轉子軸的中心線和軸承的中心線不重合，壓裝過程出現曲線頻繁波動。因此在壓裝之前要保證轉子軸和軸承的尺寸在公差范圍內，不允許有不合格品進行壓裝。

（4）從潤滑方面分析：目前轉子軸和軸承壓裝沒有涂抹潤滑油，壓裝時又沒有很好對正，接觸面摩擦系數很大，造成壓裝的實際壓裝力比理論壓力大。

（5）從壓裝速度方面分析：壓裝速度的大小直徑影響摩擦系數，接觸面的性質，接觸面的溫度等[3]。適當降低探測時的速度，減輕壓裝過程由于沒有對中而帶來的應力集中。壓裝結束前的壓裝速度不能過大，避免壓裝末端出現壓力陡升超出保護壓力的現象。

5 軸承壓裝的改進措施

（1）轉子軸表面加工質量要一致，發現有不良品及時挑出，避免進入壓裝環節影響壓裝質量;

（2）轉子軸換向端引入段長度不宜過短，要能形成良好的導向對中，避免出現壓裝應力集中或跳噸現象;

（3）轉子軸和軸承壓裝時打磨過渡圓角和引入錐段，必要時涂抹潤滑油;

（4）軸承壓裝工裝要有自適應功能，保證壓裝過程轉子軸和軸承同心。

參考文獻：

[1]機械設計手冊.單行本.聯結與緊固[M].成大先.2004，1（1）： 242-245，化學工業出版社.

[2]SDB80型地鐵車輛軸箱軸承壓裝問題分析[J].李茂原.2019，17：194，現代商貿工業.

[3]軸承壓裝仿真與試驗以及液力變矩導論的熱裝配變形分析研究[D].布圖格奇.2016，3： 61.

作者簡介：

程明輝 籍貫：河南洛陽 公司：貴州航天林泉電機有限公司 學歷：碩士研究生 研究方向：數字化設計 出生年月：1987年11月 郵箱cmhjd1101@126.com