大中型電動機插轉子機調平機構的設計與研究

萬正喜， 彭立立

（中機國際工程設計研究院有限責任公司，長沙410007）

0 引言

大中型電動機品種多，批量少，產品變化大，其定子組裝、轉子組裝和總裝之前都還是沿用老的工藝和工裝，均采用臺位式裝配方式，裝配過程均為人工操作。自動化程度很低，裝配周期長，工人勞動強度大，裝配面積大，效率不高，裝配質量不穩定，且易造成各種傷害，本文詳細分析了插轉子機調平機構的設計。

1 傳統裝調平方法

專利CN 102810949A公開了一種大中型電動機定子與轉子的裝配機，包括主梁及滑動設置于主梁上的主滑枕、副滑枕，主滑枕上設置中心檢測裝置，在整個轉子套裝定子過程中，通過中心檢測裝置對定子內圓中心進行檢測，通過三向調整裝置對機座中心進行調整，通過調節滑環端托架和輸入端托架的高度調節轉子的中心，從而實現定子和轉子的檢測對中[1]。但該文獻并未對其涉及的調整平臺進行具體介紹。

CN 202713088U公開了一種三層調平對中平臺，包括下層高低調整裝置、中層位移調整裝置、上層擺動調整裝置；中層位移調整裝置的直線導軌設在下層高低調整裝置的下方箱上平面上，中層位移調整裝置的位移方箱通過連接腿支撐于下層高低調整裝置的下方箱的正上方；上層擺動調節裝置的安裝座設在底座上，上層擺動調節裝置的擺動方箱通過第二連接腿支撐于中層位移調整裝置的位移方箱的正上方[2]。

其中，下層高低調整裝置是調節高度方向的移動，即調整電動機定子和轉子軸線的高度偏差。其主要依靠兩對凸輪機構來調節，每對凸輪機構由電動機驅動一根軸，軸上面有兩個凸輪機構。但該下層高低調整裝置存在以下的不足：1）凸輪調節的范圍很小，一般在20 mm以內，當使用該設備的時候更換不同中心高的電動機的時候，需要增減墊塊來調整中心高；2）安裝時候對安裝工人的要求高，安裝復雜。安裝的時候需要保證在一根驅動軸上的兩個凸輪相對于驅動的位置相同，從而保證高低調整裝置穩定性和精度；3）機加工件多，如凸輪等加工復雜，磨損后更換麻煩，影響生產。

中層位移調整裝置是調節水平方向的移動，即調整電動機定子和轉子軸線的水平偏差。其驅動電動機和減速之間通過同步帶連接，減速機與偏心凸輪相連接，偏心凸輪與拉桿相連接，拉桿固定在中層位移調整裝置上，中層位移調整裝置的下端有兩直線導軌，當驅動電動機轉動的時候，通過偏心凸輪及直線導軌即可實現水平方向位置的調整。但該中層位移調整裝置存在以下的不足：1）傳動系統復雜，電動機通過同步帶將動力傳給減速機，減速機將動力傳給偏心凸輪，偏心凸輪驅動拉桿，拉桿驅動水平方向的移動；2）調節的精度低，由于傳統鏈長并且復雜，機加工件多，調整精度低，需要壓縮彈簧及摩擦塊來調整其精度。摩擦塊作為易損件，需要經常更換，影響設備的正常使用。

上層擺動調節裝置是調節水平方向的轉動，即調整電動機定子和轉子軸線的平行。其驅動電動機和減速機之間通過同步帶連接，減速機與偏心凸輪相連接，偏心凸輪與拉桿相連接，拉桿固定在擺動方箱上，擺動方箱的中心設有擺動軸，且可以繞擺動軸轉動，下部設有壓縮彈簧及摩擦塊的第二連接腿，擺動方箱通過拉桿、偏心凸輪進行調節。但該上層擺動調節裝置存在以下不足：1）傳動系統復雜。電動機通過同步帶將動力傳給減速機，減速機將動力傳給偏心凸輪，偏心凸輪驅動拉桿，拉桿驅動水平方向的移動。2）調節的精度低。由于傳統鏈長并且復雜，機加工件多，調整的時候精度低，需要壓縮彈簧及摩擦塊來調整其精度。摩擦塊作為易損件，需要經常更換，影響設備的正常使用。

此外，上層擺動調節裝置和中層位移調整裝置的驅動部分均位于調整平臺主體結構的外端，結構布局臃腫，不緊湊，占用空間，影響美觀。由于下層高低調整裝置采用凸輪調整，其調節范圍小，當帶托盤的電動機進入調整平臺的時候，先通過滾道系統進入下降滾道系統，下降滾道系統再下降一定的高度將帶托盤的電動機定子放置在調整平臺上。該下降滾道系統分為左右兩組下降機構，由兩套液壓系統來實現升降，需保證左右兩組下降機構同步。在使用的過程中出現兩組液壓系統不同步從而將下降滾道系統損壞的情況，并且液壓系統存在泄漏液壓油、維護不方便等問題。

由上述分析可知，現有的調平機構雖然可以實現電動機定子和轉子的對中調整，但仍存在調節范圍小、調節精度低、機加工件多、生產安裝復雜、成本高等問題和不足。故亟需設計一種新型的電動機裝配用調平機構。

2 新的調平機構設計

本方案提供了一種用于電動機定子及轉子裝配的調平機構，以解決現有的調整裝置存在調節范圍小、調節精度低、結構復雜、生產及安裝成本高的技術問題。

參照圖1及圖2，本方案提供了一種用于電動機定子及轉子裝配的調平機構，包括自下而上依次布置的底層調整平臺10、中層調整平臺20及頂層調整平臺30，其中，底層調整平臺10包括固定底座11及位于固定底座11之上且經至少2個螺旋升降機構15進行高度及傾斜角度調節的升降平臺16，升降平臺16之上經擺動調整機構17連接擺動平臺18，固定底座11與升降平臺16之間設有用于輔助支撐及縱向導向的多個導桿14；中層調整平臺20包括中層平臺21，中層平臺21經直線位移機構連接擺動平臺18以相對擺動平臺18做直線位移；頂層調整平臺30包括用于支撐工件的上層平臺31，上層平臺31位于中層平臺21之上且二者之間經用于驅動上層平臺31在中層平臺21所處平面上做周向位移的轉動連接機構連接。

本方案調平機構，通過底層調整平臺10實現高度及沿工件軸線的轉動調節及高度調節，通過中層調整平臺20實現工件水平方向直線位移的調節，通過頂層調整平臺30實現沿水平面轉動的調節，可以實現電動機裝配中定子安裝座與轉子之間的對中調節。本實施例中，在固定底座之上設置經至少2個螺旋升降機構進行調節的升降平臺，且升降平臺之上經擺動調整機構連接擺動平臺，當多個螺旋升降機構同步動作時，可以進行工件對中的軸線高度調節，且當多個螺旋升降機構異步動作時，可以實現沿軸線的轉動調節，該螺旋升降調節方式調節高度范圍大，且通過驅動系統的精確控制可以實現精調及粗調的控制，從而既可以實現工件對中的高度調節控制，又可以起到更換電動機中心高時的高度差的調節，且經導向桿的配合提高了高度調節的穩定性，現有技術中經凸輪機構調節高度，調節范圍受限，且傳動復雜，調整精度低，其在電動機型號進行安裝時，譬如，中心高為315、355、400、450、500、560或者630 mm的安裝座之間切換時，傳統操作需要更換墊塊來滿足相應的高度差的調節，本實施例減少相應的更換墊塊的操作，節省安裝成本，且提高了裝配速度，具有廣泛的推廣應用價值。

圖1 調平機構的主視示意圖

圖2 調平機構的側視示意圖

圖3 導桿的結構示意圖

圖4 轉動驅動系統的結構示意圖

圖5 下平臺的結構示意圖

本方案中，固定底座11為鋼板和型材焊接而成，安裝的時候直接與地面預埋的鋼板焊接。固定底座11與升降平臺16之間設有下平臺13，下平臺13經初調平機構12相對固定底座11調節平整度。參照圖5，下平臺13為鋼板焊接而成的方形箱形梁結構，其靠近4個邊角處有4個第一通孔131，用于4根導桿14通過，其靠近中間邊上位置有2個第二通孔132，便于螺旋升降機構15的螺旋升降絲桿151通過。導桿14第一端貫通下平臺13且與下平臺13的底面固接；螺旋升降絲桿151的第一端貫通下平臺13后連接第一驅動機構，螺旋升降絲桿151的第二端設有與其配合的絲桿螺母152，絲桿螺母152固定在升降平臺16的底面且在第一驅動機構的作用帶動升降平臺16沿高度位移調節。本實施例中，第一驅動機構包括伺服電動機、減速機，每個螺旋升降絲桿對應1個第一驅動機構，絲桿螺母通過螺栓固定在升降平臺16的下面，第一驅動機構固定在下平臺上，伺服電動機和減速器通過法蘭與螺旋升降絲桿連接。本實施例傳動結構簡單，且通過對伺服電動機的控制，其調節精度高、調節范圍大，由于采用標準化、模塊化的零部件，傳動系統的傳動鏈短，傳動精度高，不需要壓縮彈簧及摩擦塊來調整精度。

圖6 升降平臺的結構示意圖

圖7 擺動平臺的結構示意圖

本方案中，初調平機構12由多組調平裝置組成，每個調平裝置由1個調平座、2個固定螺栓，1個調平螺栓組成，調平座由鋼板焊接而成，初調平機構的調平座通過焊接固定在下平臺13的側面，兩個固定螺栓穿過調平座的底板與下平臺的螺栓孔相連接，調平螺栓穿過調平座的底板，調平螺栓的端部直接支撐在下平臺面上；通過多個調平裝置的配合實現下平臺13的平整度調節。

本方案調平機構還包括用于導入及導出工件的輥道輸送系統40，輥道輸送系統40包括分設于上層平臺31兩側的兩組輸送機構，每組輸送機構均經輥道支撐機構連接于導桿14的上端，底層調整平臺10、中層調整平臺20及頂層調整平臺30均位于輥道輸送系統40之下。本實施例省去了下降滾道系統，且本實施例的結構件基本位于調整平臺主體的下面，占用空間少，布局緊促，美觀。輥道輸送系統40處于組裝加工的基準面上且由4根導桿14固定支撐，即同側的兩根導桿14支撐1組輸送機構，底層調整平臺10、中層調整平臺20及頂層調整平臺30均位于2組輸送機構之間且位于基準面之下，避免了在組裝現場對施工及運輸的干涉，可靠性高。經轉子輸送機構將待安裝的轉子輸送至安裝位，定子安裝座經外部輸送機構導入輥道輸送系統40上，通過底層調整平臺10、中層調整平臺20及頂層調整平臺30的配合控制及動作實現定子與轉子的對中，以便于后續的組裝。

本方案中，參照圖3，導桿14為階梯軸，階梯軸兩端的軸徑尺寸小于其軸身的軸頸尺寸，且兩端均設有與螺母配合的螺紋段141，階梯軸的第一端經螺母固接于下平臺13上，階梯軸的第二端經螺母鎖緊于輥道支撐機構上。本實施例中，輥道支撐機構為由鋼板焊接而成的箱型梁，每個箱型梁上面有完全貫穿的兩個通孔，以便于導桿14通過，安裝的時候，箱型梁的下翼板端面，剛好置于導桿14的軸肩處，上翼板端面由螺母與導桿連接鎖緊。本實施例中，輸送機構包括支撐架及鏈式滾輪，支撐架由三塊鋼板組成“雙T板”結構，雙T板的翼板通過螺栓與輥道支撐機構的箱型梁連接，鏈式滾輪位于支撐架上循環移動以帶動其上的工件移動及定位等控制。

參照圖2，擺動調整機構17包括固接于升降平臺16上表面的軸承座171，軸承座171上設有軸承支撐軸172，軸承支撐軸172上套設有用于支撐擺動平臺18的軸承173。

參照圖6，本方案中，升降平臺16包括2個相對設置的箱型梁，每個箱型梁的中部設有供螺旋升降絲桿151通過的第三通孔161，以與1個螺旋升降機構15配合；每個箱型梁的兩端設有供導桿14通過的第四通孔162；箱型梁的上表面設有用于安裝擺動調整機構17的固定孔163；當2個螺旋升降機構15同步升降動作時，2個箱型梁帶動擺動平臺18進行升降調節；當2個螺旋升降機構15異步動作時，2個箱型梁帶動擺動平臺18沿其中心軸線擺動調節。

擺動平臺18與下平臺13之間還設有用于限制擺動平臺18的位移極限的限位機構19，限位機構19包括固接于下平臺13上的限位座191，限位座191上設有沿縱向開設的腰形槽192，擺動平臺18的中心軸線上固接有與腰形槽192相配合的限位軸193。參照圖7，擺動平臺18的底面經的中心軸線經2個支座固定一限位軸193，限位軸193的兩端各有一軸肩。參照圖5，下平臺13的上表面相對兩側設有限位座定位孔133，2個限位座191經限位座定位孔133固接于下平臺13上。本實施例限位座191由鋼材焊接而成，在限位座191的中間有一腰形槽192，限位軸193的兩端伸入腰形槽192內且軸肩與限位座抵靠。本實施例通過設置固設于擺動平臺18上的限位軸193及固設于下平臺13上的限位座191，且限位軸193與限位座191的腰形槽192配合以在其內部滑動，從而實現了對擺動平臺18的擺動幅度的限制，提高了平臺運行的可靠性及安全性。

本方案直線位移機構包括：固接于擺動平臺18上表面的兩條直線軌道23、設于中層平臺21下表面且與直線軌道23配合的接觸部及驅動中層平臺21相對擺動平臺18直線位移的直線位移驅動系統22。本實施例中，擺動平臺18的上表面固接有用于連接直線軌道23的直線導軌固定箱形梁24，直線導軌固定箱形梁24由兩組箱形梁組成，箱形梁的下端固定在擺動平臺18上，每個箱型梁之上對應設置一條直線軌道23，每個直線軌道23經兩個導軌滑塊相配合固定于箱型梁上；中層平臺21的下表面經兩條接觸部與直線軌道23配合以實現直線位移的導向，且中層平臺21在直線位移驅動系統22的驅動下進行直線位移，以調節軸線水平間的距離。本實施例中，直線位移驅動系統22由伺服電缸、伺服電缸固定座、伺服電缸驅動端連接座組成，伺服電缸固定座由鋼板焊接而成，固定在擺動平臺18上，伺服電缸固定在伺服電缸固定座上，伺服電缸驅動端連接座固定在中層平臺21上，伺服電缸驅動端連接座的一端與伺服電缸的伸出端相連接，經伺服氣缸、伺服電缸或者伺服液壓缸驅動中層平臺21相對擺動平臺做直線位移。本實施例傳動結構簡單，且通過對伺服電動機的控制，其調節精度高、調節范圍大，由于采用標準化、模塊化的零部件，傳動系統的傳動鏈短，傳動精度高，不需要壓縮彈簧及摩擦塊來調整精度。

本方案轉動連接機構包括位于上層平臺31與中層平臺21之間的回轉支撐軸承32及驅動上層平臺31轉動的轉動驅動系統33。參照圖4，本實施例轉動驅動系統33包括固接于中層平臺21上的驅動安裝座333，驅動安裝座333上經第一銷軸335連接驅動器332，且驅動器332的輸出端經第二銷軸334連接驅動連接座331，驅動連接座331固接于上層平臺31；驅動器332為液壓、氣壓或者電動驅動機構。本實施例傳動結構簡單，且通過對驅動器332（譬如，伺服電動機）的控制，其調節精度高、調節范圍大，由于采用標準化、模塊化的零部件，傳動系統的傳動鏈短，傳動精度高，不需要壓縮彈簧及摩擦塊來調整精度。

本方案的中層平臺21由一塊厚度為30～80 mm鋼板直接加工而成長方體結構，回轉支撐軸承32位于中層平臺21的正上方，回轉支撐軸承32的外圈通過螺栓與其相連接。上層平臺由一塊厚度為30～80 mm鋼板直接加工而成長方體結構，其由螺栓固定在回轉支撐軸承32的內圈，電動機定子機座的定位銷311固定在上層平臺31的4個邊角處。

圖8 應用現場

3 新的方案的優點

本方案用于電動機定子及轉子裝配的調平機構，在固定底座之上設置經至少2個螺旋升降機構進行調節的升降平臺，且升降平臺之上經擺動調整機構連接擺動平臺，當多個螺旋升降機構同步動作時，可以進行工件對中的軸線高度調節，且當多個螺旋升降機構異步動作時，可以實現沿軸線的轉動調節，該螺旋升降調節方式調節高度范圍大，且通過驅動系統的精確控制可以實現精調及粗調的控制，從而既可以實現工件對中的高度調節控制，又可以起到更換電動機中心高時的高度差的調節，且經導向桿的配合提高了高度調節的穩定性，其減少相應的更換墊塊的操作，節省安裝成本，且提高了裝配速度，具有廣泛的推廣應用價值[3]。

4 結語

針對傳統插轉子機調平機構的不足，設計了一種新的調平機構。該調平機構調節高度范圍大、減少相應的更換墊塊的操作，節省安裝成本，且提高了裝配速度。并且該調平機構應用于河北電動機股份有限公司取得了良好的效果，具有廣泛的推廣應用價值。

[參考文獻]

[1] 劉合明,楚文劍.一種大中型電動機定子與轉子的裝配機：CN 201210308205.7[P].2012-08-28.

[2] 江清波,楊靜.一種三層調平對中平臺：CN201220428608.0[P].2012-08-28.

[3] 萬正喜,王林春.用于電動機定子及轉子裝配的調平機構：CN 201610589452.7[P].2016-07-25.