电机装配中轴向尺寸链的分析与计算

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(佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯 154002)

电机装配中轴向尺寸链的分析与计算

郑伟，马强

(佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯 154002)

以电动机装配为例，根据尺寸链原理对其轴向尺寸公差进行校核，并修改部分链环的尺寸公差。用有效的工艺方法，将定子铁心与转子铁心中心的轴向距离偏差控制在较小的范围内，达到改善电动机性能，提高电动机装配质量的目的。

尺寸链；装配精度；定子铁心；转子铁心

0 引言

在电动机装配关系中，由相关零部件的轴向尺寸所组成的尺寸链称为电动机的轴向装配尺寸链。轴向装配尺寸链的分析与计算，对保证电动机各零部件的装配精度，消除各零部件累计误差，以及电动机性能与质量造成的影响起到重要作用。

1 电机装配中保留间隙公差

电机采用滚动轴承时，为了防止灰尘进入轴承，在轴承内外侧设有轴承内外盖加以密封。内外轴承盖通过螺栓将其拉紧，这时轴承外圈也被加紧固定。这种结构可防止电机运行时可能产生轴向窜动。因为内外轴承盖止口的轴向尺寸与轴承外圈轴向尺寸之和一定要大于端盖轴承室的轴向尺寸，才可能通过轴承盖止口将轴承外圈夹紧，相应的尺寸形成一个间隙，为了计算定转子轴向尺寸的相对关系，应确定一个基准面，如图1所示。图1中A-A平面控制定子铁心端面至机座端面的距离l1及相应端盖的轴向尺寸，同时控制转子铁心端面至轴承定位台肩处之轴向尺寸l2，就能保证定转子铁心轴向尺寸的中心线相重合，l1，l2的尺寸要经过计算，且要加以一定的公差控制。

图1基准面平面图

图1中左侧轴承的固定情况就与右侧轴承不同，右侧轴承与定子固死，左侧轴承就不能同样固死了。因为电机运行时定转子温升是不同的，一般定子散热条件较好，定子部分机座、端盖温升低于转子的温升，转轴的热膨胀要大于定子部件轴向尺寸的热膨胀变形。若左轴承也固死，转轴不能自由热膨胀会产生热应力，此应力为压应力，当定转子温升差别大于一定数值时，热应力会引起轴线的弯曲变形，此变形类似于压杆失去稳定后的挠曲变形。此时轴的热应力就是轴承的轴向载荷，滚动轴承承受较大轴向载荷会增加损耗，减少寿命。轴线弯曲易产生定转子相摩擦的“扫膛”现象，使电机不能正常工作。

为避免热应力的产生，应使内外轴承盖止口与左侧轴承外圈间存在轴向尺寸间隙，如图1中δ1、δ2所示。所有部件的轴向尺寸都有一定公差范围，为了在所有产品装配时，确定保证间隙δ1、δ2的数值，在计算间隙δ2的数值时，应选用机座长度公差范围内的最小长度及两个端盖相应轴向尺寸的最小值。这些尺寸之和称为定子轴向尺寸最小值。实际就是从A-A基准面出发，沿定子部件轴向尺寸算到间隙δ2的左侧平面，可能出现的最小尺寸。同时两个转轴轴承台肩之距离应选尺寸公差范围内的最大尺寸，再加上俩个轴承外圈的轴向尺寸的最大值，称为转子轴向尺寸最大值。实际就是从A-A基准面出发，沿转子部件轴向尺寸算到间隙δ2的右侧平面，可能出现的最大尺寸。一定要使定子轴向尺寸最小值大于转子轴向尺寸最大值，才能保证所有产品δ2间隙的存在。同理从A-A基准面出发，沿定子部件轴向尺寸计算到间隙的右侧平面，可能出现的最大尺寸称为定子轴向尺寸最大值。同理从A-A基准面出发，沿转子部件轴向尺寸计算到间隙δ3的左侧平面，可能出现的最小尺寸成为转子轴向尺寸最小值。转子轴向尺寸最小值一定要大于定子轴向尺寸最大值，才能保证所有产品间隙δ3的存在。

在计算δ2，δ3间隙数值时，要计算相应定转子结构部件轴向尺寸的叠加，这些计算统称为轴向尺寸链的计算，简称尺寸链。为了间隙值留得适量，对轴向尺寸的控制也是相当严格的。

由于机座、端盖、轴承盖结构形式及连接止口定位方式的不同，具体都有哪些尺寸参与尺寸链的计算需要具体分析，图1只是给出了一个最简单的情况做定性分析，起到建立概念的作用。

2 电动机轴向装配尺寸链分析

2.1 图2为YB2 355-4电动机非轴伸端装配图。设计意图是在装配时，要求非轴伸端的轴承盖把深沟球轴承的外圈固定，使得定子铁心与转子铁心轴向对齐(即中心重合)。电动机轴向尺寸链图如图3所示。

图2 YB2 355-4电动机非轴伸端装配图

图3 YB2 355-4电动机轴向尺寸链图

国内统一设计的图样中标注：轴承盖止口高度尺寸C；端盖的轴承室左端面至止口端面尺寸；机座端面至定子铁心的端面距离A1；1/2定子铁心长度L1；主轴的轴承挡轴肩至转子铁心端面距离A2；1/2转子铁心长度L2。图3为YB2 355-4电动机轴向装配支持链图。定子铁心中心与转子铁心中心的轴向距离偏差δ为封闭环，从C、B、A1、L1尺寸增大将使δ加大，故为增环，而A2、L2尺寸增加，将使δ减小，故应为减环。通过轴向装配尺寸链计算可知，如果按照设计图标注的尺寸公差装配，各零部件累积误差造成定、转子铁心中心轴向距离偏差δ在5.1～6.35之间，约占铁心长度的2.1%。定转子铁心中心轴向距离偏差对电动机性能造成的影响，相当于铁心有效长度减小了2.1%，气隙有效截面积减小，相当于激磁电流增大，功率因数降低；同时定子电流大，定子铜耗大，则效率降低，温升增高；另外转子受到一个轴向力，加快了轴承磨损。为改善电动机性能，必须缩小定转子中心轴向距离偏差。

2.2 减小中心轴向偏差的工艺方法

分析各个链环尺寸公差可知，轴承盖止口高度尺寸C和端盖的轴承室左端面止口端面尺寸B是由机械加工获得；1/2定子铁心长L1和1/2转子铁心长L2是由铁心压装获得，他们的尺寸公差都在对应工序的经济精度范围内。缩小这些尺寸公差都会增加制造成本。因此，仅能从定子铁心压入机座与转子铁心热套工艺入手，修改机座的端面至定子铁心的端面距离A1和主轴的轴承挡轴肩至转子的铁心端面距离A2的尺寸公差，以缩小定转子中心轴向距离偏差。

图4为定子铁心压入机座示意图。机座安放在压力机底盘上，由底盘止口定位，与上端的压装胎具对正。定子铁心在嵌线浸烘后压入机座，其在机座中的轴向位置靠压装胎具上尺寸A3予以保证。通过工艺验证，压装后机座的端面至定子铁心的端面距离A1的精度可达到0.1mm。

图4定子铁心压入机座示意图

图5为转子铁心热套示意图。先调整好定位套端面在主轴上距离后固紧，然后把已加热的转子铁心直立于底环上，将主轴插入转子铁心，待铁心冷至室温与主轴紧固后卸去定位套。主轴的轴承挡轴肩至转子铁心端面距离A2靠定位套在主轴上的位置予以保证。通过工艺验证，热套后A2的经济精度可达到0.15mm。

图5转子铁心热套示意图

2.3 修改链环的尺寸公差后的效果

修改尺寸公差后的装配图如图6所示。

图6修改尺寸公差后的装配图

定、转子中心轴向距离偏差由5.1～6.35cm之间缩小到1.82mm，电动机的电气性能和机械性能将得到较大改善。

3 结语

YB2 355-4电动机轴向装配尺寸链的分析与计算，对保证电动机各零部件的装配精度，消除各零部件累积误差对电动机性能与质量造成的影响，有着重要的作用。

YB2 355-4电动机装配时，在定子铁心压入机座工序中采取压装胎具限位的措施，以及在转子铁心热套工序中采取定位套限位的措施，能提高工序的经济精度从而修改轴向装配尺寸链相关链环的尺寸公差，将定、转子中心的轴向距离偏差限制在较小的范围内，电动机的电气性能和机械性能都得到较大改善。

[1] 电机制造工艺学(教材).1996.

[2] 汪书萍. 高效高压异步电动机的设计与分析研究[D].北京:机械工业出版社，1998:209-220.

[3] 陶方明. 电机设计存在的问题及未来发展趋势[J]. 黑龙江科学, 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

郑伟男1980年生；毕业于佳木斯大学计算机科学与技术专业，现从事质量、生产与技术管理工作.

2016-11-28