电机热套装配工艺*

董改花

（苏州经贸职业技术学院，江苏苏州215009）

电机热套装配工艺*

董改花

（苏州经贸职业技术学院，江苏苏州215009）

热套工艺是电机装配过程中最关键部分，针对常用各种电机热套工艺进行了综述，并对高效节能电机电磁感应热套工艺中存在的问题提出了解决方案。

电机热套工艺；电磁感应；电阻炉热套；卤素灯管热套

电机制造工业为电力工业提供发电设备，又为其他各种工业、交通运输和农业生产提供动力机械。电机装配工艺［1］是电机生产的主要工艺。在电机定转子装配中，热套工艺在电机厂检修与安装工艺中应用很多，如汽轮机转子叶轮的装配、电机定子的装配、联轴器的装配及轴承的装配等。

1　热套工艺

热套全称加热装配，热套工艺是在较高温度下完成的，要保证套装时的温度一定要高于工件温度，即热套工艺适合于工作在较低温度下工件的连接。在中小型电机转子热套配合中，一般均利用转子铸铝重新加热转子进行热套，采用热套工艺可以节省冷压设备，同时转子铁芯和轴的结合比较可靠。因为热套是利用热胀冷缩的原理，使包容件加热膨胀然后冷却，包容件孔收缩包住被包容件，它保证有足够的过盈值，可靠性较高。为了使热套工艺顺利进行，必须确定铸铝转子能松动地套到转轴上去所需的加热温度一般按照公式（1）［2］进行计算：

其中：δ：配合的最大过盈量，mm；

α：热套时必须的最小间隙，取0.003d；

a：线膨胀系数，取12×10-6K-1；

d：配合面的公称直径，mm；

t：转子需加热温度，℃。

根据公式（1）计算加热温度来控制铸铝时转子预热温度，控制拆模和退假轴切浇口的时间。在热套工艺过程中应先将套进行加热，加热的方法根据装配工件材质、尺寸、工作环境、配合过盈值而定。热套加工工艺既要保证安全和套装不能卡死，造成经济损失和生产周期延长；又要保证转子绝缘和零部件不受损伤或降低使用寿命甚至损毁，同时要降低工艺成本。故热套工艺一直是电机制造的关键技术和难点之一［3］。

2　常用电机热套工艺

电机热套工艺主要有电机电阻炉热套工艺、电机高效红外线卤素灯管热套工艺、电机电磁感应热套。

2.1电机电阻炉热套工艺

电机电阻炉热套工艺具有成本低、工艺简单、耗电量大等特点。我国早期机械制造行业中普遍采用电阻加热炉［4］。

电阻炉热套装置一般采用电阻丝作为加热器，电阻丝是一个通过耗电发热的高耗能元件，通过其自身发热来达到提高周围环境温度的目的，处在此环境中的包容件利用热胀冷缩的原理，使包容件加热膨胀然后冷却，当包容件孔收缩时抱住被包容件。

一方面，传统电阻炉加热方式空炉升温时间长，电阻丝温度控制存在一定滞后性、能耗消耗大、效率低等问题［5］。如何利用一些现代控制技术缩短电阻炉升温时间、提高电阻丝温度控制精度、降低一些不必要的能耗是当今电阻炉热套工艺发展的关键。

另一方面，电阻炉热套工艺采用的核心器件电阻丝，电阻丝要一直处在高温状态，极易以为高温氧化而被烧断，因此造成电阻炉维修费用高、使用寿命短、热套工件废品率高等问题［5］。针对此现象寻找优质的电阻丝加热器件替代品是热套工艺发展的关键。

2.2电机高效红外线卤素灯管热套工艺

电机高效红外线卤素灯管热套工艺是电机制造工艺发展的另一阶段。红外辐射加热是一门综合性的新技术，自20世纪70年代开始，高效红外线卤素灯管在电机定转子装配热套工艺中得到了广泛的应用。

卤素灯管是一种内部电阻丝，外部玻璃封装，内部充卤族元素的加热管。是电阻加热炉改进产品。卤素气体作用是保护电阻丝以免其氧化烧断，使电阻丝的寿命大大延长。卤素灯管内的电阻丝可以工作在更高温度，从而得到了更高的亮度和更高的发光效率。

红外加热技术具有高效、节能、环保及维护成本低、维修方便等优点。但随着新技术的迅速发展，也出现了种种弊端。具体缺点体现在：

（1）使用寿命低，正常使用寿命约1.5-2年；

（2）耗能大，由此带来的使用成本高；

（3）加热温度不精确，由此带来的质量报废成本比较高。

2.3电机电磁感应热套技术

随着人们对环保及节能意识的逐步提升，具有高效、环保的高新技术越来越受到人们的青睐。高效节能电机电磁感应热套技术在电机制造生产工艺中的应用也越来越广泛，相关研究资料也层出不穷，企业也从中获得了相应的经济效益。电机电磁感应热套技术是电机制造中高效节能的一个新技术。

感应加热的基本原理是利用电磁感应定律与焦耳热效应原理。当交变电流通过线圈，便会产生一个交变磁场，如果一个带电导体放置在此线圈中，就会感应出涡流。由于电导体是阻性材质，且电阻阻值较小，产生的涡流很大，当涡流通过时就会产生焦耳热，使周围的环境温度升高。感应热处理设备可在短时间内把电导体材料的工件加热到非常高的温度。

整块金属的涡流在一个周期内产生的平均热功率见公式（2）［6］所示。

其中：h、ρ、R分别为金属块厚度、电阻率、半径；B0为随时间交变的磁感应强度，磁场强度与电流强度、线圈匝数及与线圈距离远近有关，与线圈距离相等处的磁场强度相等。从公式（2）可以看出，所有感应加热设备获得的热功率与电源频率的平方、磁感应强度的平方、金属块尺寸大小成正比，与金属块电阻率成反比。所以要想获取较高的温度，高频交变的磁场及较低电阻率的金属是首选。

由于电机电磁感应热套工件与感应线圈通过磁场进行能量传递，减少了通过空气进行热能量传递的损耗，因此电磁感应热套工艺具有热损耗低、热效率高的优点，热效率很高，达85%以上，比电阻丝加热方式提高2～3倍［5］。随着热损耗的降低，向空气中辐射的热量也大幅降低，很大程度地降低了环境温度［7］，体现了节能高效的理念。

电机电磁感应加热装置一般采用线圈与半导体器件，使用寿命长，很大程度地降低了维修成本。电机电磁感应热套工件及电机定转子电阻都很低，很低的感应电动势即可产生较强的感应电流，其热效率又很高，所以热套工件升温非常快。与电阻丝加热时间相比，其温升时间大大缩短，很大程度地提高了生产效率。

电机电磁感应热套工艺具有热效率高、温升快、易于实现自动化等优点，是目前最节能环保的热处理工艺［8］。全面推广电磁感应加热技术，是改造我国传统产业的必然趋势［9］。

虽然电磁感应加热的原理相对简单，但实际应用中还是会取决于产品材质、壁厚、结构是均匀壁厚还是有台阶变化的壁厚、产品的硅钢片的长度、环境温度等因素。所以电机电磁感应热套装置对于具体加热的功率百分比及加热时间的选择，以及是步进式还是斜线式的加热方式都将影响电磁感应加热的实际效果。在正式生产之前，得做大量试验确定其加热的功率百分比及加热时间参数，保证正常生产报废率的降低。因此，电磁感应加热技术仅适用品种少、生产批量大的工件、一次性投入成本大等缺点［10］。目前，提出一种对电机热套工艺中电磁感应参数准确预测的方法，为企业降低电机热套工件的报废率，降低工作操作人员的劳动强度是关键。

3　电磁感应热套技术现状及解决方案

目前，电机装配电磁感应热套工艺已经替代能耗高效率低的电阻炉加热技术及红外卤素灯管加热技术。但是，电机电磁感应热套技术在使用过程中，当工件批次不同时，尺寸存在差异导致电磁感应功率百分比及加热时间参数设置存在差异，参数设置不当会导致工件被加热温度过高或过低，加热温度过高导致产品外壳表面烧焦，不必要的高温也增加了能耗；加热温度不均匀造成套不进、热套失败。这样就必须进行二次加热或可能致使其产品报废，很大程度影响了电机生产质量及生产进度。对此现状，企业为了降低批量产品的报废率，只能采取对每一批次产品在生产前做大量实验，测量大量数据：产品材质、壁厚、结构（是均匀壁厚还是有台阶变化的壁厚）、产品的硅钢片的长度，找出最大公差与最小公差，寻找一个电磁感应加热参数的折中点，逐一进行实验看热套工艺是否可行，直到能满足最大公差产品的工艺生产要求为止，然后按照实验结果值进行此批次的大批量生产。此种现状，导致电机电磁感应热套生产不适用于品种多、批量小的加热，仅适用于品种少、批量大的加热；而且在批量生产前大量的实验也导致部分产品的报废，同时实验人员也浪费了大量的时间及精力。

目前，电机电磁感应热套装配工艺出现了电磁感应加热功率百分比及加热时间等参数难以确定的问题，虽然这些参数也有一些经验公式可供参考，但在加热过程中，热套工件功率值与电源频率成平方关系，对频率参数的变化比较灵敏，热套工件最终达到的温度还受到周围环境、尺寸偏差、产品材质、壁厚、结构、产品硅钢片的长度等可变因素的影响，造成同一批次热套工件电磁加热后达到的温度值不同，所以必须通过大量的试验去寻找电磁感应功率百分比与加热时间等参数的折中值，既要满足最大偏差的工件也要满足最小偏差工件，参数找不准确将造成批量生产中大批产品报废，要找准确又得通过大量的产前试验，大量的产前试验也造成了企业生产成本的增加，以及试验人员劳动力的增加。对于此方面的研究目前我国还是空白。

在此背景下，利用粗集理论［11］对原有的各种不同批次电机电磁感应热套参数的海量历史数据库进行数据挖掘，筛选出规则，然后用神经网络［12-14］细化研究，预测出电磁感应热套参数值。能大大缩短电磁感应加热参数确定的时间，降低产前试验产品的报废率及试验人员的劳动力，提高企业生产效率，真正帮企业解决一个技术难题。

4　总结

本文对几种常用电机装配热套工艺方法进行分析，总结其优缺点。尤其针对目前最常用也是最高效节能的电磁感应电机热套工艺应用中的不足提出了一种解决途径，为今后该工艺在企业中应用领域的拓展具有一定的现实意义！

［1］方日杰.电机制造工艺学［M］.北京：机械工业出版社，1995.

［2］胡志强.电机制造工艺学［M］.北京：机械工业出版社，2011.

［3］王斌.大型电机电枢（转子）热套轴工艺［J］.上海大中型电机，2006（3）：26-32.

［4］刘宏，郭荣新.红外辐射加热技术在金属热处理炉上的应用试验研究［J］.国外金属热处理，1999（2）：46-48.

［5］常士家，何雪涛，谢鹏程，等.电磁感应加热技术在注射机温度控制系统上的应用［J］.塑料科技，2009（5）：74-76.

［6］鲁俊生，田志川，孙玉株.感应加热的原理与应用：自然科学［J］.通化师院学报，1996（4）：29-30.

［7］郭志成，李君，李亚瑜.电磁加热在PVC型材生产中的应用［J］.现代塑料加工应用，2013，25（1）：21-23.

［8］孙宁，吕德隆.感应加热技术的应用：热加工［J］.机械工人，2004（6）：21-23.

［9］全亚杰.感应加热电源的发展历程与动向［J］.电焊机，2001，31（11）：3-6.

［10］李韵豪.锻压工业中的感应加热：第十一讲锻压工业感应加热的技术经济分析［J］.机械工人，2007（12）：80-84.

［11］Ahn B S，Cho S S，Kin C Y.The integrated methodolo⁃gy rough set theory and artificial neural network for busi⁃ness failure pre2diction［J］.Expert Systems with Ap⁃plications，2000（1）：65-74.

［12］J.Farrell，Stability and Approximator Convergence in Neural net for Adaptive Control［J］.IEEE.All Neural Networks 9（1998），no.5，1008-1020.

［13］K.Hornik，M.Stintchcombe，and H.White.Multilayer feedforward networks are universal appoximators［J］. Neural Networks，1989（2）：350-366.

［14］张博.基于粗集和神经网络的数据挖掘技术在中药方剂配伍中的药效关系研究［J］.吉林化工学院学报，2012（7）：35-37.

（编辑：向飞）

2015年中国机械工程学会年会在广西南宁隆重举行

由中国机械工程学会、广西壮族自治区科学技术协会主办，广西机械工程学会承办的2015年中国机械工程学会年会于2015年11月19-21日在广西南宁隆重举行。本届年会以“创新引领发展迈向制造强国”为主题，精彩的主旨报告及丰富多彩的专题活动吸引了来自全国各地500多名机械科技工作者参加。

中国机械工程学会理事长、中国工程院院长周济院士，广西壮族自治区人大常委会副主任高雄出席开幕式并致辞。开幕式及颁奖典礼由中国机械工程学会副理事长兼秘书长张彦敏主持，周济理事长等领导和嘉宾颁发了2015年度中国机械工业科学技术奖、第5届“绿色制造科学技术进步奖”、第5届“上银优秀机械博士论文奖”和中国机械工程学会科技奖。

主旨报告会由中国机械工程学会常务理事、哈尔滨工业大学校长周玉院士主持。分别由：中国机械工程学会副理事长、华中科技大学教授李培根院士作《传统制造业转型浅析》报告；中国机械工程学会副理事长、西安交通大学教授卢秉恒院士作《中国制造2025与3D打印》报告；中国机械工程学会副理事长、浙江大学教授谭建荣院士作《设计与创新设计若干问题的思考与探索》报告；中国机械工程学会常务理事、中国科学院院士雒建斌教授作《我国摩擦学研究新进展》报告；广西南南铝集团董事长郑玉林作《从高端铝合金需求看汽车轻量化新能源带来的发展机遇》报告。

年会期间，召开了中国机械工程学会十届九次常务理事（扩大）会议、十届五次理事（扩大）会议，还举办了丰富多彩的专题活动，包括中国机械工程学会青年学术论坛，2015年绿色制造科技成果交流会、中国机械工程学会增材制造技术分会成立会议、第5届上银优秀机械博士论文颁奖典礼、3D打印专题报告会、中国机械工程技术路线图（2016版）专题研讨会、“工业工程与制造业核心竞争力提升”高级研修班、数字化无模铸造精密成形技术研讨会等。与会代表还参观了玉柴工程研究院、广西南南铝业有限公司。

（广东省机械工程学会秘书处综合报道）

The Summary on the Motor Hot-Sleeving Technics

DONG Gai-hua
（Suzhou Institute of Trade&Commerce，Suzhou 215009，China）

The motor hot-sleeving technics is the key of the motor assembly.The paper summarized all kinds of ways on the motor hot-sleeving technics，and put forward the solution to energy-saving electromagnetic induction heating process.

motor hot-sleeving technics；electromagnetic induction；resistance hot-sleeving；halogen lamp hot-sleeving

TM305

A文献标识码：1009-9492（2015）12-0053-04

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.12.015

董改花，女，1977年生，山西太谷人，硕士，副教授。研究领域：电机及机电控制。

*苏州经贸职业技术学院科研项目（编号：KY-ZR1408）；江苏省高等职业院校国内高级访问学者计划资助项目（编号：2015FX068）

2015-07-29