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(佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯 154002)

電機裝配中軸向尺寸鏈的分析與計算

鄭偉，馬強

(佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯 154002)

以電動機裝配為例，根據尺寸鏈原理對其軸向尺寸公差進行校核，并修改部分鏈環(huán)的尺寸公差。用有效的工藝方法，將定子鐵心與轉子鐵心中心的軸向距離偏差控制在較小的范圍內，達到改善電動機性能，提高電動機裝配質量的目的。

尺寸鏈；裝配精度；定子鐵心；轉子鐵心

0 引言

在電動機裝配關系中，由相關零部件的軸向尺寸所組成的尺寸鏈稱為電動機的軸向裝配尺寸鏈。軸向裝配尺寸鏈的分析與計算，對保證電動機各零部件的裝配精度，消除各零部件累計誤差，以及電動機性能與質量造成的影響起到重要作用。

1 電機裝配中保留間隙公差

電機采用滾動軸承時，為了防止灰塵進入軸承，在軸承內外側設有軸承內外蓋加以密封。內外軸承蓋通過螺栓將其拉緊，這時軸承外圈也被加緊固定。這種結構可防止電機運行時可能產生軸向竄動。因為內外軸承蓋止口的軸向尺寸與軸承外圈軸向尺寸之和一定要大于端蓋軸承室的軸向尺寸，才可能通過軸承蓋止口將軸承外圈夾緊，相應的尺寸形成一個間隙，為了計算定轉子軸向尺寸的相對關系，應確定一個基準面，如圖1所示。圖1中A-A平面控制定子鐵心端面至機座端面的距離l1及相應端蓋的軸向尺寸，同時控制轉子鐵心端面至軸承定位臺肩處之軸向尺寸l2，就能保證定轉子鐵心軸向尺寸的中心線相重合，l1，l2的尺寸要經過計算，且要加以一定的公差控制。

圖1基準面平面圖

圖1中左側軸承的固定情況就與右側軸承不同，右側軸承與定子固死，左側軸承就不能同樣固死了。因為電機運行時定轉子溫升是不同的，一般定子散熱條件較好，定子部分機座、端蓋溫升低于轉子的溫升，轉軸的熱膨脹要大于定子部件軸向尺寸的熱膨脹變形。若左軸承也固死，轉軸不能自由熱膨脹會產生熱應力，此應力為壓應力，當定轉子溫升差別大于一定數值時，熱應力會引起軸線的彎曲變形，此變形類似于壓桿失去穩(wěn)定后的撓曲變形。此時軸的熱應力就是軸承的軸向載荷，滾動軸承承受較大軸向載荷會增加損耗，減少壽命。軸線彎曲易產生定轉子相摩擦的“掃膛”現(xiàn)象，使電機不能正常工作。

為避免熱應力的產生，應使內外軸承蓋止口與左側軸承外圈間存在軸向尺寸間隙，如圖1中δ1、δ2所示。所有部件的軸向尺寸都有一定公差范圍，為了在所有產品裝配時，確定保證間隙δ1、δ2的數值，在計算間隙δ2的數值時，應選用機座長度公差范圍內的最小長度及兩個端蓋相應軸向尺寸的最小值。這些尺寸之和稱為定子軸向尺寸最小值。實際就是從A-A基準面出發(fā)，沿定子部件軸向尺寸算到間隙δ2的左側平面，可能出現(xiàn)的最小尺寸。同時兩個轉軸軸承臺肩之距離應選尺寸公差范圍內的最大尺寸，再加上倆個軸承外圈的軸向尺寸的最大值，稱為轉子軸向尺寸最大值。實際就是從A-A基準面出發(fā)，沿轉子部件軸向尺寸算到間隙δ2的右側平面，可能出現(xiàn)的最大尺寸。一定要使定子軸向尺寸最小值大于轉子軸向尺寸最大值，才能保證所有產品δ2間隙的存在。同理從A-A基準面出發(fā)，沿定子部件軸向尺寸計算到間隙的右側平面，可能出現(xiàn)的最大尺寸稱為定子軸向尺寸最大值。同理從A-A基準面出發(fā)，沿轉子部件軸向尺寸計算到間隙δ3的左側平面，可能出現(xiàn)的最小尺寸成為轉子軸向尺寸最小值。轉子軸向尺寸最小值一定要大于定子軸向尺寸最大值，才能保證所有產品間隙δ3的存在。

在計算δ2，δ3間隙數值時，要計算相應定轉子結構部件軸向尺寸的疊加，這些計算統(tǒng)稱為軸向尺寸鏈的計算，簡稱尺寸鏈。為了間隙值留得適量，對軸向尺寸的控制也是相當嚴格的。

由于機座、端蓋、軸承蓋結構形式及連接止口定位方式的不同，具體都有哪些尺寸參與尺寸鏈的計算需要具體分析，圖1只是給出了一個最簡單的情況做定性分析，起到建立概念的作用。

2 電動機軸向裝配尺寸鏈分析

2.1 圖2為YB2 355-4電動機非軸伸端裝配圖。設計意圖是在裝配時，要求非軸伸端的軸承蓋把深溝球軸承的外圈固定，使得定子鐵心與轉子鐵心軸向對齊(即中心重合)。電動機軸向尺寸鏈圖如圖3所示。

圖2 YB2 355-4電動機非軸伸端裝配圖

圖3 YB2 355-4電動機軸向尺寸鏈圖

國內統(tǒng)一設計的圖樣中標注：軸承蓋止口高度尺寸C；端蓋的軸承室左端面至止口端面尺寸；機座端面至定子鐵心的端面距離A1；1/2定子鐵心長度L1；主軸的軸承擋軸肩至轉子鐵心端面距離A2；1/2轉子鐵心長度L2。圖3為YB2 355-4電動機軸向裝配支持鏈圖。定子鐵心中心與轉子鐵心中心的軸向距離偏差δ為封閉環(huán)，從C、B、A1、L1尺寸增大將使δ加大，故為增環(huán)，而A2、L2尺寸增加，將使δ減小，故應為減環(huán)。通過軸向裝配尺寸鏈計算可知，如果按照設計圖標注的尺寸公差裝配，各零部件累積誤差造成定、轉子鐵心中心軸向距離偏差δ在5.1～6.35之間，約占鐵心長度的2.1%。定轉子鐵心中心軸向距離偏差對電動機性能造成的影響，相當于鐵心有效長度減小了2.1%，氣隙有效截面積減小，相當于激磁電流增大，功率因數降低；同時定子電流大，定子銅耗大，則效率降低，溫升增高；另外轉子受到一個軸向力，加快了軸承磨損。為改善電動機性能，必須縮小定轉子中心軸向距離偏差。

2.2 減小中心軸向偏差的工藝方法

分析各個鏈環(huán)尺寸公差可知，軸承蓋止口高度尺寸C和端蓋的軸承室左端面止口端面尺寸B是由機械加工獲得；1/2定子鐵心長L1和1/2轉子鐵心長L2是由鐵心壓裝獲得，他們的尺寸公差都在對應工序的經濟精度范圍內?？s小這些尺寸公差都會增加制造成本。因此，僅能從定子鐵心壓入機座與轉子鐵心熱套工藝入手，修改機座的端面至定子鐵心的端面距離A1和主軸的軸承擋軸肩至轉子的鐵心端面距離A2的尺寸公差，以縮小定轉子中心軸向距離偏差。

圖4為定子鐵心壓入機座示意圖。機座安放在壓力機底盤上，由底盤止口定位，與上端的壓裝胎具對正。定子鐵心在嵌線浸烘后壓入機座，其在機座中的軸向位置靠壓裝胎具上尺寸A3予以保證。通過工藝驗證，壓裝后機座的端面至定子鐵心的端面距離A1的精度可達到0.1mm。

圖4定子鐵心壓入機座示意圖

圖5為轉子鐵心熱套示意圖。先調整好定位套端面在主軸上距離后固緊，然后把已加熱的轉子鐵心直立于底環(huán)上，將主軸插入轉子鐵心，待鐵心冷至室溫與主軸緊固后卸去定位套。主軸的軸承擋軸肩至轉子鐵心端面距離A2靠定位套在主軸上的位置予以保證。通過工藝驗證，熱套后A2的經濟精度可達到0.15mm。

圖5轉子鐵心熱套示意圖

2.3 修改鏈環(huán)的尺寸公差后的效果

修改尺寸公差后的裝配圖如圖6所示。

圖6修改尺寸公差后的裝配圖

定、轉子中心軸向距離偏差由5.1～6.35cm之間縮小到1.82mm，電動機的電氣性能和機械性能將得到較大改善。

3 結語

YB2 355-4電動機軸向裝配尺寸鏈的分析與計算，對保證電動機各零部件的裝配精度，消除各零部件累積誤差對電動機性能與質量造成的影響，有著重要的作用。

YB2 355-4電動機裝配時，在定子鐵心壓入機座工序中采取壓裝胎具限位的措施，以及在轉子鐵心熱套工序中采取定位套限位的措施，能提高工序的經濟精度從而修改軸向裝配尺寸鏈相關鏈環(huán)的尺寸公差，將定、轉子中心的軸向距離偏差限制在較小的范圍內，電動機的電氣性能和機械性能都得到較大改善。

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[2] 汪書萍. 高效高壓異步電動機的設計與分析研究[D].北京:機械工業(yè)出版社，1998:209-220.

[3] 陶方明. 電機設計存在的問題及未來發(fā)展趨勢[J]. 黑龍江科學, 2013(19):145-146.

AnalysisandCalculationonAxialAssemblyDimensionChainofMotor

ZhengWeiandMaQiang

(Jiamusi Electric Machine Co.,Ltd.,Jiamusi 154002, China)

Taking the assembled motor as an example, the axial dimension tolerance is checked according to dimension chain principle, and the dimensional tolerances of some chain links are modified. The effective process measures are taken to limit the axial distance deviation between centers of stator core and rotor core in a smaller range. They can achieve the purposes of improving performance and assembly quality of motor.

Dimension chain；assembly accuracy；stator core；rotor core

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2017.05.08

TM305.1

B

1008-7281(2017)05-0026-003

鄭偉男1980年生；畢業(yè)于佳木斯大學計算機科學與技術專業(yè)，現(xiàn)從事質量、生產與技術管理工作.

2016-11-28