高功率密度高壓電機定子調(diào)同心度的工藝改進

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)高功率密度電機的關(guān)鍵制造工藝，不同調(diào)整方法的調(diào)整效果、耗費的人工都不相同。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，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)分析確認基于激光跟蹤儀的3D視圖評價法是定子調(diào)同心度的最佳工藝。

關(guān)鍵詞：高功率密度電機;同心度;氣隙;激光跟蹤儀

中圖分類號：TM30? ? 文獻標志碼：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具有同規(guī)格條件下功率大、結(jié)構(gòu)緊湊、性價比高的優(yōu)點，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，區(qū)別在于定子鐵芯的固定方式不同，一種是鐵芯與機座內(nèi)壁固定，另一種是鐵芯與機座底腳固定。其中鐵芯與機座底腳固定的電機結(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

鐵芯與機座底腳固定方式的定子簡稱吊入式定子，鐵芯和機座側(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座下部底腳板傳遞，能夠很好地減小電機的振動。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節(jié)容易引起鐵芯變形，此類電機裝配時需調(diào)整定子鐵芯內(nèi)圓與機座止口內(nèi)圓的同心度。同心度調(diào)整不到位會導(dǎo)致電機氣隙不均，電機試驗時容易產(chǎn)生電磁響聲和振動現(xiàn)象，氣隙均勻度差還會導(dǎo)致電機使用過程中故障頻發(fā)，嚴重縮短電機使用壽命[1]。

1.1? ? 氣隙調(diào)整法

電機裝配后通過測量電機氣隙的方式來調(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座，然后裝配電機，為了保證氣隙測量方便和提高氣隙測量準確度，裝機時不裝擋風(fēng)板和擋風(fēng)圈。如圖1所示，電機裝配后使用氣隙塞尺測量電機氣隙，根據(jù)測量結(jié)果拆機，通過增減定子鐵芯底腳處的墊片數(shù)量來調(diào)整定子鐵芯在機座中的上下位置，之后再裝機測量氣隙，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，拆機時應(yīng)注意盡量保護好軸承，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)測氣隙合格再進行試驗檢測。

1.2? ? 同心度調(diào)整法

高功率密度電機使用氣隙調(diào)整法安裝，氣隙調(diào)整合格后需再次拆機安裝擋風(fēng)板和擋風(fēng)圈，重復(fù)安裝不但耗費大量的人工和時間，還會增加零部件磕碰損傷風(fēng)險。為解決這個問題，可以使用定子鐵芯內(nèi)圓和機座止口內(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)整后直接裝機試驗，不需要再拆機。

具體方法是仔細清理定子鐵芯內(nèi)圓需要校正跳動的位置，將鐵芯吊入機座，再將機座吊上鑄鐵平臺，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)軸外圓到機座止口的距離，根據(jù)測量結(jié)果粗調(diào)機座的高度和左右位置。將工裝上的百分表支架移動到機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)整機座位置，機座上下位置使用墊片調(diào)整，左右位置通過平臺上設(shè)置的臨時頂絲調(diào)整，最終保證機座兩端止口內(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)圓與機座兩端止口內(nèi)圓同心度≤0.2 mm。定子鐵芯內(nèi)圓與機座止口內(nèi)圓同心度調(diào)整完畢后直接穿入轉(zhuǎn)子進行裝配，然后進行試驗檢測。

2? ? 傳統(tǒng)定子裝配工藝的缺點

2.1? ? 氣隙調(diào)整法缺點

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確性，以上因素會導(dǎo)致定子同心度調(diào)整精度不高，電機試驗時極易出現(xiàn)電磁響聲、電機振動大等問題。電機使用上述方法安裝需要多拆裝一次電機，試驗不合格返工也會增加電機拆裝次數(shù)，重復(fù)安裝增加了零部件磕碰損傷風(fēng)險和電機裝配時間。

2.2? ? 同心度調(diào)整法缺點

裝配時需要使用平臺，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確性，調(diào)整工裝加工保護難度大、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確性，電機試驗時也容易出現(xiàn)電磁響聲、電機振動大等問題。電機試驗不合格返工增加了電機拆裝次數(shù)，重復(fù)安裝增加了零部件磕碰損傷風(fēng)險和電機裝配時間。

3? ? 采用激光跟蹤儀調(diào)整定子同心度——3D視圖評價法

激光跟蹤儀具有極其強大的空間檢查能力，利用激光跟蹤儀采集相關(guān)數(shù)據(jù)創(chuàng)建3D視圖，可評價定子鐵芯內(nèi)圓和機座止口內(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：

在機座兩側(cè)止口內(nèi)圓上選取8個點并對稱均布，檢查8個點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個點自動分析出一個圓形及圓心信息，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個點，徹底清理4個點位置的漆膜、漆瘤，保證測量基準面干凈，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個點自動分析出一個圓形及圓心信息，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座的同心度。

4? ? 3種定子調(diào)同心度方法耗時對比

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)整方法的特點及消耗的工時進行統(tǒng)計，如表1所示。

采用氣隙調(diào)整法安裝電機，測量氣隙后定子鐵芯上下位置調(diào)整時，為了避免定轉(zhuǎn)子磕碰，需要拆機抽出轉(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。采用同心度調(diào)整法安裝的電機調(diào)整時受限制因素較多，定子同心度調(diào)整精度差，造成試驗返工率也較高，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。采用基于激光跟蹤儀的3D視圖評價法安裝后定子同心度精度很高，沒有因為同心度調(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，每種都可以實現(xiàn)同心度的調(diào)整，每種調(diào)節(jié)方法都有各自的特點。

（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，試驗返工率較高，主要是因為相關(guān)數(shù)據(jù)測量時受限制因素較多，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，測量時只需要保證測點位置清理干凈，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，試驗通過率極高。

[參考文獻]

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

[2] 方日杰.電機制造工藝學(xué)[M].北京：機械工業(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生產(chǎn)、工藝、質(zhì)量管理工作。

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