三相異步高效電動機軸跳超差的原因分析及改進

夏任楓，周楠

(中達電機股份有限公司，江蘇無錫214145)

三相異步高效電動機軸跳超差的原因分析及改進

夏任楓，周楠

(中達電機股份有限公司，江蘇無錫214145)

三相異步電機的軸跳動問題是普遍存在的問題。超差會對電機整體造成極大的損害，如電機工作時的噪聲增大、電機運行的抖動、在充滿粉塵的環(huán)境下工作，電機軸跳動超差甚至可能產(chǎn)生火花發(fā)生爆炸等故障。從電機轉(zhuǎn)子制造工藝的角度出發(fā)，對可能造成轉(zhuǎn)子軸跳動超差的各種成因進行對比驗證，找出對轉(zhuǎn)子軸跳動影響較大的因素，并對其工藝進行改進，從而穩(wěn)定轉(zhuǎn)子制造質(zhì)量，最終確保電機的持續(xù)穩(wěn)定運行。

三相異步高效電動機;軸跳動;工藝;改進

0 引言

三相異步高效電動機的轉(zhuǎn)子由無軸鑄鋁轉(zhuǎn)子(以下簡稱鑄鋁轉(zhuǎn)子)和轉(zhuǎn)軸組成。鑄鋁轉(zhuǎn)子是用鑄鋁的方法，把鋁液通過壓鑄機鑄入疊壓好的轉(zhuǎn)子沖片中，壓鑄出轉(zhuǎn)子的端環(huán)、風葉、平衡柱和槽內(nèi)導(dǎo)條，使鑄鋁轉(zhuǎn)子成為一個堅實的整體；轉(zhuǎn)軸是電機的重要零部件之一，一般采用45鋼材質(zhì)，它不僅要承受這軸上每個傳動零部件的重量，還承受著轉(zhuǎn)子不平衡量引起的彎曲力矩和氣隙不均勻引起的單邊磁拉力。成品轉(zhuǎn)軸由圓鋼通過一系列的加工，包括銑端面、鉆中心孔、粗車、精車、鉆CM孔、磨外圓和銑鍵槽等工藝環(huán)節(jié)。

1 軸跳情況

我廠電機整機存在軸跳超差問題，自2015年年初至6月份每月約有40～70臺；2015年7月份以后，隨著客戶訂單的增加，整機軸跳超差問題日益嚴重，每月約有150臺。圖1折線圖為2015年每個月份的軸跳超差臺數(shù)。為了找出造成軸跳超差的主要原因并進行改善，進行了為期幾個月的過程跟蹤驗證：成品軸測量跳動→鑄鋁轉(zhuǎn)子壓軸后測量跳動→壓裝軸承后測量跳動→整機裝配后測量軸伸跳動。

圖1 各月份超差匯總圖

2 軸跳超差

根據(jù)國家標準，Y2系列標準電機軸伸跳動按直徑區(qū)分，直徑在19mm到30mm的跳動不大于0.04mm；直徑在30mm到50mm的跳動不大于0.05mm；直徑在50mm到80mm的跳動不大于0.06mm。為了進一步提升轉(zhuǎn)子制造質(zhì)量，以國家標準為參考基準，對轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸的軸伸跳動做了內(nèi)控，見表1。在電機的制造工序中，有很多可能的因素會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子跳動超差，通過實驗跟蹤，數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論。

表1 軸跳內(nèi)控標準

2.1 轉(zhuǎn)子裝配成整機因素

在裝配過程中，冷壓軸承變形、磕碰裝配不到位、螺栓預(yù)緊力不均等都有可能造成整機跳動超差。為了驗證對軸跳的影響，現(xiàn)場跟蹤抽檢了YE3-180-4轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)軸磨加工后，以兩端軸承檔為基準，在V型鐵上測量軸伸1/2處，跳動均在0.01mm以內(nèi)，滿足圖紙要求；后利用鑄鋁轉(zhuǎn)子余溫壓軸及裝配后測量數(shù)據(jù)見表2。通過對表2中的記錄數(shù)據(jù)分析，雖然這一批次的電機軸跳超差比較多，但裝配對軸伸跳動的影響非常小，所以整機軸跳超差攻關(guān)的主要對象還是轉(zhuǎn)子，確保了轉(zhuǎn)子軸跳動超差問題，基本也就保證了整機。

表2 冷壓后轉(zhuǎn)子和整機跳動

2.2 熱塞與余溫冷壓因素

鑄鋁轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)軸之間一般采用過盈配合，鑄鋁轉(zhuǎn)子軸孔一般比轉(zhuǎn)軸直徑小0.04mm以上。目前我司外協(xié)鑄鋁轉(zhuǎn)子、H160及以下轉(zhuǎn)子采用熱塞工藝，H180～H280為余溫冷壓(以下簡稱冷壓)工藝。

熱塞一般把鑄鋁轉(zhuǎn)子放到電爐里加熱，加熱溫度為550℃，并保溫一段時間，待鑄鋁轉(zhuǎn)子軸孔受熱膨脹后，可以輕松將轉(zhuǎn)軸塞入。冷壓是直接把壓鑄好的鑄鋁轉(zhuǎn)子，利用其余溫直接把軸壓入。從表2可知，直接冷壓的轉(zhuǎn)子合格率只有30%，現(xiàn)場利用冷壓軸的轉(zhuǎn)子軸跳超差現(xiàn)象普遍多于熱塞軸,為了驗證熱塞與冷壓對軸跳的影響，在跟蹤過程中發(fā)現(xiàn)有一批外協(xié)的鑄鋁轉(zhuǎn)子存在直接冷壓軸的情況，對這批轉(zhuǎn)子也進行了軸跳驗證，具體數(shù)據(jù)見表3。從記錄數(shù)據(jù)分析，鑄鋁轉(zhuǎn)子直接冷壓軸的軸跳全部超差。為了能更加直接的做對比驗證，跟蹤同型號YE3-255-4分別冷壓和熱塞之后的軸跳情況，見表4。從表4中可以看出，熱塞的全部合格，而冷壓的有一半超差。可以得出結(jié)論，冷壓鑄鋁轉(zhuǎn)子對軸跳超差有很大的影響。

表3 鑄鋁轉(zhuǎn)子外協(xié)直接冷壓

表4 鑄鋁轉(zhuǎn)子冷壓與熱塞對比

通過結(jié)論分析，結(jié)合現(xiàn)場存在軸冷壓節(jié)拍時間大于每臺壓鑄時間，每班幾乎一半的鑄鋁轉(zhuǎn)子塞軸時余溫已接近室溫，軸孔受熱膨脹不明顯，軸在壓入的過程中收到的力比較大，加上工裝等可能存在傾斜度，從而導(dǎo)致軸跳超差，最終影響整機的軸跳。目前對于現(xiàn)場整機軸伸跳動超差的，采用火焰加熱熱脹冷縮原理，找跳動最低點加熱冷卻后讓其反彈，這種校正方法也只是滿足軸伸跳動的要求，對于轉(zhuǎn)子二端軸承檔內(nèi)跳動是無法修正的，今后電機長期的運轉(zhuǎn)，對于電機震動、軸承異響、軸承溫度高等都是隱患，所以控制軸跳，還得從源頭做起。由于冷壓出的轉(zhuǎn)子軸跳很不穩(wěn)定，為了提升轉(zhuǎn)子的制造質(zhì)量，決定拋棄冷壓工藝，全部采用熱塞軸工藝。

2.3 轉(zhuǎn)軸中心孔因素

軸的中心孔打不好，利用中心孔兩頂尖磨加工之后的軸，也有可能造成軸跳超差。在跟蹤過程中，發(fā)現(xiàn)一批軸的中心孔粗糙，與頂尖接觸只有孔口邊緣處；與標準中心孔少120°倒角，如圖2所示。檢測這批軸的形位公差，通過V型鐵支撐兩端軸承檔作為基準，測量軸伸跳動均在0.02mm～0.03mm，明顯不符合圖紙要求。

為了找出這批軸中心孔問題的來源，追蹤到鉆中心孔工序，發(fā)現(xiàn)所用的刀具已經(jīng)有磨損。為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，擬采購進口刀具并要求磨損及時報廢更換。

圖2 問題中心孔

2.4 散熱不均勻因素

鑄鋁轉(zhuǎn)子熱塞之后冷卻過程中的散熱不均勻也有可能導(dǎo)致軸跳超差。當軸從電爐里拿出塞軸的時候，溫度可以達到500℃左右，當塞完軸之后，通常會將轉(zhuǎn)子放在地面上自動冷卻，轉(zhuǎn)子接觸地面的部分散熱必然比其他部分速度快，同一根軸兩側(cè)溫度不一樣，可能會使軸產(chǎn)生變形，見圖3。為了驗證這種因素對軸跳的影響到底有多大，取同型號轉(zhuǎn)子，一半直接與地面接觸散熱，一半放于隔熱板上散熱，等完全冷卻之后測量其軸跳見表5。從表5中可知，放在隔熱板上冷卻轉(zhuǎn)子的軸跳數(shù)值差異很小，基本可以忽略，所以這并不是引起軸跳超差主要的原因。

圖3 轉(zhuǎn)子直接放地面(左)與放隔熱板(右)

表5 地面接觸與隔熱板接觸

3 軸跳問題解決方案及效果

通過這么多的跟蹤及數(shù)據(jù)匯總，中心孔質(zhì)量問題和軸冷壓問題是引起轉(zhuǎn)子軸跳超差的主要成因，2016年初開始，我公司對鑄鋁轉(zhuǎn)子壓軸基本全部采取熱塞軸工藝，對鉆孔刀具也采購了某進口刀具并及時換新，圖4是2016年1月份到11月份統(tǒng)計的軸跳超差數(shù)據(jù)，每月的訂單數(shù)基本與2015年相同，從透視圖中，軸跳超差數(shù)每月明顯穩(wěn)定在40臺以內(nèi)，證明了以上兩種措施發(fā)揮了預(yù)期的作用。

圖4 軸跳超差數(shù)量

4 結(jié)語

對于電機軸跳超差問題，并不是由每一道工序所造成的，需要每道工序逐一排查尋找主要原因。本文涉及到的幾點因素，并不能完全包含所有，還有很多未知的因素值得我們研究探討，比如熱塞轉(zhuǎn)子中H250及H280-2級長鐵心也存在一定比例的軸跳超差問題， 在后續(xù)也會做相應(yīng)的跟蹤以及制定解決措施。

[1] 龔垌．電機制造工藝學(xué)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1984．

[2] 機械電子工業(yè)部．轉(zhuǎn)子鑄鋁工藝學(xué)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1990．

Cause Analysis and Improvement on Shaft Runout Out-of-Tolerance of High-Efficiency Three-Phase Induction Motor

XiaRenfengandZhouNan

(Zhongda Electrical Machine Co., Ltd., Wuxi 214145, China)

Shaft runout of three-phase induction motor is a commonly- occurred problem. Out-of-tolerance of shaft runout can cause great damage to the whole motor, such as the increased noise of motor at work, the shaking of motor in running, operation in dust environment, and even spark explosion. From the perspective of rotor manufacturing technology, various reasons which possibly cause out-of-tolerance of rotor shaft runout are contrastively verified, the factors of greatly impacting rotor shaft runout are found out and the manufacturing technology is improved. Therefore, stable manufacturing quality of rotor is achieved, and continuous and stable operation of motor is finally ensured.

High-efficiency three-phase induction motor；shaft runout；technology；improvement

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2017.03.15

TM303.5

B

1008-7281(2017)03-0047-004

夏任楓 男 1992年生；畢業(yè)于無錫太湖學(xué)院機械工程及自動化專業(yè)，現(xiàn)從事電機機械加工工藝、工裝設(shè)計工作.

2017-02-17