歐陽孔良

(哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

支撐環(huán)裝配工具的設(shè)計

歐陽孔良

(哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

介紹了核電主泵電機定子裝配過程中支撐環(huán)部分的安裝過程，詳細介紹了支撐環(huán)裝配工具的總體結(jié)構(gòu)、各主要部件的詳細結(jié)構(gòu)、工作原理及所起作用、關(guān)鍵部件的強度分析、計算方法。最后介紹了整個工具的使用步驟、注意事項和應(yīng)用范圍等。

屏蔽電機；支撐環(huán)；支撐套筒；屏蔽套

0 引言

核電主泵電機是屏蔽電機。對于屏蔽電機來說，在定子端部線圈位置都安裝有屏蔽套，屏蔽套為薄壁的圓筒結(jié)構(gòu)。為了保護和支撐屏蔽套，在定子端部線圈和屏蔽套之間就要安裝支撐套筒。以往的屏蔽電機支撐套筒部分都是一個整體的圓筒形結(jié)構(gòu)，安裝時要在支撐套筒的端面上鉆吊攀孔，然后再通過吊攀孔將支撐套筒裝配到定子端部?，F(xiàn)在，改進后的核電主泵電機中的支撐套筒部分是由多個單獨的支撐環(huán)組成的，不是一個整體結(jié)構(gòu)，所以無法采用以往的吊裝方式進行安裝。為此就急需設(shè)計一套核電主泵電機中的支撐環(huán)裝配工具。

1 支撐環(huán)裝配工具簡介

核電主泵電機中的支撐套筒部分，從外形上看是由多個單獨的圓環(huán)疊加起來的圓筒形結(jié)構(gòu)。這其中單獨的圓環(huán)就被稱為支撐環(huán)。這些個單獨的支撐環(huán)又分為端部支撐環(huán)、主支撐環(huán)和連接支撐環(huán)。各部分支撐環(huán)的內(nèi)外徑之差一般較小，厚度不完全相同。疊裝后的支撐環(huán)部分需要在整體的外圍纏繞一層絕緣層，然后再將其整體裝配到定子鐵心端部。裝配后的支撐環(huán)外圓和定子端部線圈內(nèi)孔之間的間隙較小。支撐環(huán)裝配后的整體高度大致在600 mm左右，最外端的支撐環(huán)基本和定子線圈的端部平齊。所以要想采用支撐環(huán)單個裝配后，再整體纏繞絕緣層的方法是無法實現(xiàn)的。因為沒有纏繞絕緣層的操作空間。所以只能通過工具將各支撐環(huán)按順序在定子鐵心外部疊裝成一整體，再纏繞上絕緣層，最后通過工具將其整體吊運到定子鐵心端部。

下面就詳細的介紹一下支撐環(huán)裝配工具的整體結(jié)構(gòu)及各主要部件的結(jié)構(gòu)。

2 支撐環(huán)裝配工具的整體結(jié)構(gòu)，各主要部分的具體結(jié)構(gòu)、工作原理

支撐環(huán)及工具的整體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 支撐環(huán)及工具的整體結(jié)構(gòu)

整個支撐環(huán)裝配工具主要由4部分組成：上吊板部分、中心連接體部分、支撐弧板部分、底座部分等。

支撐環(huán)裝配工具整體結(jié)構(gòu)見圖2。

1.上吊板部分；2.中心連接體部分；3.支撐弧板部分；4.底座部分。 圖2 支撐環(huán)裝配工具整體結(jié)構(gòu)

2.1 上吊板部分

上吊板部分放大圖見圖3。

1.吊環(huán)螺釘；2.吊板；3.定位螺釘。圖3 上吊板部分放大圖

上吊板部分是由吊環(huán)螺釘、吊板、定位螺釘?shù)冉M成。上吊板部分位于工具的最上端，承受著整個工具和產(chǎn)品的總重量，同時又起到連接整個工具其它部件的作用。其中的吊環(huán)螺釘是安裝在吊板上的，起到吊裝整個工具體和產(chǎn)品的作用。吊板是個圓形的平板，中心有光孔用來安裝中心連接體部分的調(diào)整螺桿，圓周方向均布著三個腰形孔用來安裝支撐弧板部分。在設(shè)計時要求吊板的外圓要略小于產(chǎn)品支撐環(huán)的內(nèi)孔，以保證支撐環(huán)在疊裝時能順利的套到工具上。定位螺釘使用時需穿過吊板上的腰形孔把合到支撐弧板上。三個支撐弧板安裝完成后要求能沿著各自的徑向進行滑動，已實現(xiàn)安裝和撐緊產(chǎn)品支撐環(huán)的作用。為此定位螺釘在設(shè)計時就要有一定的定位作用，保證把合后的支撐弧板和吊板之間存在一定間隙，以實現(xiàn)支撐弧板的滑動功能。所以就要求定位螺釘?shù)亩ㄎ欢伍L度和吊板的厚度尺寸之間有一定的公差要求。定位螺釘在使用時還承受著整個支撐弧板部分和產(chǎn)品部分的重量之和是主要的受力部件，所以其自身的強度也是設(shè)計時主要考慮的問題。

定位螺釘?shù)膹姸刃：伺c設(shè)計，按下列公式進行計算。

校核計算公式：

(1)

設(shè)計計算公式：

(2)

許用應(yīng)力計算公式：

(3)

式中：F為單個定位螺釘承受的總載荷N；d為定位螺釘最小截面直徑(螺紋小徑)mm；σs為定位螺釘材料屈服強度MPa；σ為定位螺釘拉伸強度MPa；S為安全系數(shù)，取值范圍：S=1.2～1.7。

按上述公式計算后，根據(jù)d值的大小可以確定定位螺釘?shù)穆菁y直徑，根據(jù)σ值的大小可以確定定位螺釘?shù)牟牧虾退璧臒崽幚硪蟆?/p>

2.2 中心連接體部分

中心連接體部分放大圖見圖4。

1.調(diào)整螺母；2.調(diào)整螺桿；3.彈簧；4.防轉(zhuǎn)銷；5.擋板；6.中心體；7.連接板。圖4 中心連接體部分放大圖

中心連接體部分由調(diào)整螺母、調(diào)整螺桿、彈簧、防轉(zhuǎn)銷、擋板、中心體、連接板等組成。中心連接體部分在整個工具中起到連接三個支撐弧板的作用，同時還起到調(diào)節(jié)支撐弧板徑向位置的作用。安裝時需要先通過連接板和銷軸將三個支撐弧板部分裝配到中心體上。事先還需要將防轉(zhuǎn)銷安裝到調(diào)整螺桿上，再將安裝好防轉(zhuǎn)銷的調(diào)整螺桿裝配到中心體的內(nèi)孔處。同時要使防轉(zhuǎn)銷落到中心體底部的凹槽中防止調(diào)整螺桿轉(zhuǎn)動，再在中心體底部裝配上擋板擰上開槽螺母，防止防轉(zhuǎn)銷和調(diào)整螺桿從中心體上脫落。然后再在調(diào)整螺桿和中心體的上部安裝好彈簧，最后將調(diào)整螺桿穿過吊板的中心孔，再安裝上調(diào)整螺母。

使用時首先旋轉(zhuǎn)上端的調(diào)整螺母。通過調(diào)整螺母的運動就會帶動調(diào)整螺桿。而由于調(diào)整螺桿上防轉(zhuǎn)銷的作用，使得調(diào)整螺桿無法沿著圓周方向做旋轉(zhuǎn)運動。所以在旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺母后，調(diào)整螺桿只能做上下方向的移動。通過調(diào)整螺桿的上下移動和中心體下端擋板的作用，就會帶動中心體做上下的運動。再通過連接板的連接作用，就會帶動三個支撐弧板的運動。由于支撐弧板上部的吊板和定位螺釘?shù)淖饔茫沟弥位“逯荒苎厮椒较蜃鰪较蛞苿?。而本部分的設(shè)計難點就在于怎樣使三個支撐弧板的運動步調(diào)一致。也就是怎樣使中心體做上下運動的時候，三個支撐弧板的擴張和收縮一致，時刻保證三個支撐弧板的最外邊在同一個節(jié)圓上。

為了解決這個問題，在設(shè)計中心體的時候就需要嚴(yán)格控制安裝連接板用銷孔的形位公差。同時還要求連接板上兩銷孔之間的距離尺寸公差，一般要控制在0.1 mm以內(nèi)。其中的彈簧是起到讓支撐弧板順利收縮作用的，所以彈簧應(yīng)有足夠的彈力。

2.3 支撐弧板部分

支撐弧板部分放大圖見圖5。

1.弧板；2.支撐塊；3.托板；4.托板架；5.調(diào)整螺釘。圖5 支撐弧板部分放大圖

支撐弧板部分由弧板、支撐塊、托板、托板架、調(diào)整螺釘?shù)冉M成。支撐弧板部分在整個工具中是唯一和產(chǎn)品接觸的部分，起到調(diào)整各產(chǎn)品支撐環(huán)之間的同軸度和支撐產(chǎn)品支撐環(huán)的作用。其中的弧板如圖5是一段圓弧形的長板?；“宓母叨雀鶕?jù)產(chǎn)品裝配后支撐環(huán)的整體高度而定?；“逶谑褂脮r其圓弧面直接和產(chǎn)品接觸。所以為了保護產(chǎn)品需要在弧板的圓弧面上粘接上一層橡膠板，以達到保護產(chǎn)品的作用。在弧板的背面沿高度方向開有通長的凹槽，用于安裝支撐塊用。設(shè)計時，對凹槽部分要有對稱度要求，以保證安裝后的支撐塊和弧板圓弧面的對中要求。同時，對凹槽底面和圓弧最高點之間還要有尺寸精度要求，以保證三個支撐弧板在運動時的一致性要求。支撐塊是通過螺釘把合到弧板凹槽內(nèi)的，所以支撐塊和弧板凹槽之間需要有一個配合要求H7/h7。同時支撐塊還通過連接板用銷軸同中心體連接到一起。為了保證各支撐弧板運動的一致性，設(shè)計時對支撐塊上的銷孔就要有嚴(yán)格的位置要求。要求各銷孔之間的位置要同中心體上的銷孔完全一致，各銷孔與支撐塊底面的距離也要保持一致。托板架和托板是安裝在支撐塊和弧板底部的，起到支撐產(chǎn)品的作用。安裝時需要先將托板通過調(diào)整螺釘裝配到托板架上，并保證旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺釘后托板能在托板架的凹槽內(nèi)自由滑動。然后將托板架把合到支撐塊的底部。這樣通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺釘后托板就可以在托板架內(nèi)沿著弧板的徑向進行滑動。當(dāng)托板滑出弧板圓弧面時，托板的伸出部分就可以起到支撐產(chǎn)品的作用了。由于托板承受著整個產(chǎn)品的重量是主要的受力部件，所以托板的強度計算也是很關(guān)鍵的步驟。下面詳細地介紹一下托板的強度計算過程。

托板的強度按下列公式進行計算。

彎曲強度計算公式：

(4)

剪切強度計算公式：

(5)

式中：F為單個托板承受的總載荷N；L為產(chǎn)品作用在托板上的位置到托板在托板架上支撐面的距離mm；b為托板截面的寬度尺寸mm；h為托板截面的高度尺寸mm；[σb]托板材料的許用彎曲強度MPa；[τ]為托板材料的許用剪切強度MPa。

只有托板的計算結(jié)果同時滿足彎曲和剪切強度后，才能認定托板的結(jié)構(gòu)符合設(shè)計要求。

2.4 底座部分

底座部分放大圖見圖6。

1. 底座體；2.吊環(huán)螺釘。圖6 底座部分放大圖

底座部分由底座體和吊環(huán)螺釘?shù)冉M成。底座部分是產(chǎn)品支撐環(huán)在外部疊裝時，臨時放置工具和產(chǎn)品使用的。其中吊環(huán)螺釘只是用來吊裝底座部分使用的。底座體整體為一圓環(huán)形，上面加工有凹止口，止口直徑略大于產(chǎn)品支撐環(huán)外徑。產(chǎn)品疊裝時工具和支撐環(huán)就放置在凹止口底面上。底座體沿圓周方向還均布著三個凹槽，是用來避讓托板架和托板的。另外在底座體的凹止口底平面上還需要粘接一層絕緣板，已達到保護產(chǎn)品的作用。還需要注意的是使用時，底座部分應(yīng)放置在較平穩(wěn)的平面上，以防止疊裝后的產(chǎn)品及工具整體發(fā)生傾倒。

3 支撐環(huán)裝配工具的使用方法、注意事項

首先應(yīng)按圖2的結(jié)構(gòu)，將支撐環(huán)裝配工具中的各部分裝配成一個整體。在產(chǎn)品疊裝之前還需要對工具進行一些調(diào)整和準(zhǔn)備工作。首先要將底座部分放置在一個平穩(wěn)的平臺或基面上，以保證工具和產(chǎn)品疊裝時的穩(wěn)定性。然后再通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺釘將托板調(diào)整到弧板圓弧面外部，并保證托板的最外端要小于疊裝后產(chǎn)品支撐環(huán)的外圓，以保證支撐環(huán)能順利地安裝到定子端部上。然后將工具整體吊運到底座部分上，旋轉(zhuǎn)上端的調(diào)整螺母，通過彈簧的作用使中心體向下移動。通過連接板和上吊板部分中定位螺釘?shù)墓餐饔茫谷齻€支撐弧板部分沿著弧板圓弧面的徑向，向內(nèi)做水平運動。將三個支撐弧板的圓弧面調(diào)整到略小于產(chǎn)品支撐環(huán)內(nèi)徑的位置即可。做好以上準(zhǔn)備工作之后，就可以疊裝產(chǎn)品支撐環(huán)了。

將各產(chǎn)品支撐環(huán)按照連接支撐環(huán)、主支撐環(huán)和端部支撐環(huán)的順序分別套到工具的弧板上，最下端的支撐環(huán)座到工具的托板上。當(dāng)所有的支撐環(huán)都疊裝完畢后，再反方向旋轉(zhuǎn)工具上方的調(diào)整螺母，使三個支撐弧板向外運動，達到撐緊產(chǎn)品支撐環(huán)和調(diào)整各支撐環(huán)同心的作用。然后在支撐環(huán)的外部纏繞上絕緣層后，通過工具上端的吊環(huán)螺釘，將工具和產(chǎn)品一同吊裝到定子端部，完成產(chǎn)品的安裝。最后再旋轉(zhuǎn)工具上方的調(diào)整螺母，使三個支撐弧板向內(nèi)運動，同時帶動托板向內(nèi)運動，調(diào)整到托板完全脫離產(chǎn)品支撐環(huán)即可，將工具吊出定子端部后放到底座上，至此就完成了整個產(chǎn)品支撐環(huán)的安裝。

4 結(jié)語

支撐環(huán)裝配工具在加工過程中也出現(xiàn)過一些小問題。對弧板外圓弧面選擇粘接橡膠材料時，在膠的選擇上走了一些彎路。開始設(shè)計時，對膠的類型沒有做明確的規(guī)定。車間使用的就是常規(guī)的粘接劑。粘接后發(fā)現(xiàn)橡膠輕易地就脫落了。經(jīng)查找資料和咨詢廠家，得知橡膠和金屬粘接大多都使用瞬干類的粘接劑。而本工具的粘接面積較大，瞬干類的粘接劑單只容量又很少，一般也就是20 ml或50 ml。本工具粘接用量要很大，成本會很高。為此，我們專門找來了一些不同類型的粘接劑做了一些試驗。經(jīng)多次試驗后找到了一種既便宜、又好用的粘接劑氯丁膠。使用后效果顯著，完全滿足使用要求且成本低廉?，F(xiàn)工具已加工完成并交付給了使用車間。經(jīng)使用車間反映工具的使用效果很好，裝配精度和效率都滿足要求。此工具不僅可以使用在本機組上，同時也可以使用在其它類似結(jié)構(gòu)的機組上。本工具的設(shè)計成功，還為其它圓環(huán)類和薄壁圓筒類結(jié)構(gòu)零件的安裝提供了設(shè)計樣本，有長期的指導(dǎo)意義。