湖州越球电机有限公司 浙江省湖州市 313009
摘要：电磁调速电机电枢与内转子动平衡工序是加工中的重要流程。平衡水平可以由整机运行中的噪音、振动情况来进行反应。机械平衡会受到非常多因素的影响，比如零部件质量、设备精度、元器件等，另外，装配工艺也会对其平衡产生非常重大的影响。本文提出了一种新的设计方式，对员工装进行了改进，通过生产实践证实，该改进具有重要价值。
关键词：小功率；电磁调速；带的农机；平衡
一、电动机常见故障及其诊断方法
电动机振动故障的主要原因有电气和机械两个方面。区分电气和机械因素产生的振动比较容易，在电动机断电瞬间，如果振动马上消失，则是电气方面的问题；如果振动缓慢消失，则是机械因素引起的。如果是两种因素共同作用，则可以观察断电瞬间什么故障消失了，什么故障仍在起作用。电动机常见电气振动故障有转子、定子故障和气隙不均匀等。
1.1不平衡故障
转子不平衡是电动机最常见的振动故障，转子或多或少总是存在不平衡的，只是不平衡只能控制在标准范围内，超过标准就是故障，它在各类转子故障中占很高的比例。不平衡有多种情况，有力不平衡、偶不平衡和动不平衡等。磨损和结垢是产生转子不平衡的两大主要原因。转子不平衡时，转子的质心与转子几何轴心不重合，存在着一个偏心矩，转子转动时偏心矩将会产生离心力、离心力矩或两者兼而有之。不平衡振动的频率与转速相一致，振动值的大小与转速相关。
（1）不平衡故障的振动诊断
振动大小与转速平方成正比；振动波形接近正弦波；轴心轨迹近似圆形；振动以径向为主，一般水平方向幅值大于垂直方向的幅值；力不平衡的振动相位稳定，两个轴承处相位接近。同一轴承垂直水平方向的相位相差接近900度，两个轴承处相位相差180°。悬臂转子的不平衡在轴向和径向均出现较大振动；启动过程振动大，且具有再现性；初定速振动大，且振值基本稳定。一般来说，如果单纯的水平方向振值较大，可以初步判断是转子不平衡故障；转子轴弯曲时，径向振动大，轴向同时也有较大的工频振动。
（2）现场动平衡校正
转子不平衡可通过拆卸转子后在平衡机上实施离线平衡，或采用现场平衡的方法。因刚性转子与柔性转子的现场动平衡方法有较大区别，因此在实施现场动平衡前，首先要确定须校正的转子是刚性转子还是柔性转子。刚性转子的平衡方法有幅值法和影响系数法，其中幅值法又包括三圆法和两圆法；柔性转子的平衡方法有振型平衡法、影响系数法及谐分量影响系数法等。因篇幅所限，仅介绍常用的影响系数法。
1.2松动故障
振动幅值的大小是由激励力和机械阻尼两方面共同决定的。松动使连接刚度下降，极小的不平衡或不对中都会导致设备产生很大的振动。根据松动的部位不同，具体分为三类。基础松动是设备底座、台板等存在结构松动，或水泥灌浆不实以及结构或基础的变形。此状态下，垂直方向上的振动值会更大些。结合面紧固螺栓松动是指轴承座、支座、底座、台板、基础之间结合面上的紧固螺栓强度不足、断裂或松动，以及支座变形或出现裂纹等。此类振动是由于结合面上存在间隙，导致支承系统产生不连续位移。轴承套松动是指轴承套或可倾瓦的衬套与轴承座的配合间隙误差过大，形成间隙过大或轴承紧力不足。轴承套松动时，在转子离心力的作用下，轴承套沿圆周方向产生周期性变形，剖分形式的衬套则是沿剖分面垂直方向产生松动位移，从而改变了轴承的几何参数，进而影响到油膜的稳定性。
1.3轴承故障
轴承的常见故障有点蚀、磨损、胶合、断裂、锈蚀、电蚀、保持架损坏、凹坑及压痕等。在滚动轴承的实际应用中最常见和最有代表性的故障类型为点蚀、磨损和胶合。其中，胶合从发生到轴承完全损坏的过程往往极短暂，因此一般很难通过定期检查及时发现。对采用滚动轴承支撑的设备，必须加上加速度参数的检测，因为滚动轴承故障特征一般在高频率区域。在滚动轴承新安装初期，需重点跟踪其振值及温度值，运转稳定后，振动加速度大则是滚动轴承损坏的一个充分条件。轴承每一种零件有其特殊的故障特征频率。
二、改进前的工艺
（1）由于联轴器与带锥度的芯轴配合，安装时要用力敲平衡芯轴，这样平衡芯轴容易变形、弯曲、电枢轴孔产生拉毛和涨大等现象时有发生，使电枢轴孔失去精度。
（2）制造过程中加工对称键槽的不对称性、联轴器与平衡芯轴配合轴径的不一致，造成每个平衡芯轴配一个联轴器才能确保工装自身平衡，一个系列不同的电枢，内转子芯轴就需要配一批结构完全一样的联轴器，很不经济。
（3）联轴器与万向节是止口联接，靠两只螺钉紧固，由于万向节一面螺栓操作空间很小，操作极不便，经常发生螺栓没拧紧或只拧紧一只螺栓即开机的现象，影响平衡机读数的正确性。
（4）平衡芯轴与联轴器组成的工装对平衡机床有负向作用，平衡机床的支承轮，传递动力的万向节等自身的平衡精度都很高，在平衡试验过程中，每一个电枢每去重一次就要拆装一次，较好的一只电枢要多次拆装，这样万向节止口易磨损影响配合精度，新配一个万向节成本较高，支承滚轮磨损后修理也很困难，如果平衡机试验过程频繁，拆装容易造成机床精度下降。
三、改进后的工艺
根据原工艺存在的一些问题，经生产中的反复实践，对联轴器与配套的平衡芯轴结构大胆改进，在原工艺基础上设计为开式联轴器与相配的平衡芯轴，其特点是：
（1）原联轴器直接与芯轴相连，而现在改为联轴器与万向节相连，这样就不用再拆卸，万向节止口就不会磨损，把联轴器设计成开式，在固向时只要紧一个螺丝既省力又便于操作，见图1。
图1 改进示意图
（2）止口部份与平衡芯轴配合轴径在联轴器装配好紧固后一次装夹精加工，保证了联轴器的精度。
（3）虽然机床万向节大小规格不一，而设计的联轴器与平衡芯轴配合处的轴径完全一致，这样只要两个联轴器就可以对YCT系列的20多个电枢进行平衡试验，不需要一个联轴器配一个平衡芯轴。提高了效益，降低了成本。
（4）开式联轴器解决了平衡件材料必需对称的要求，而只要开一个槽就可以传递动力，联轴器在使用前已经过平衡试验，消除了联轴器不平衡问题。
在设计开式联轴器芯轴时又作了新的改进：
（1）开式联轴器与平衡芯轴相连处轴径尺寸全部统一，这样就可以在不同的机床上进行平衡试验。
（2）小型号平衡芯轴在原来锥度芯轴的基础上增加了一处导向段和轴孔过大时饱和段，主要是导向段除了起导向作用外对电枢轴孔尺寸接近公差下偏差的电枢在安装后不会偏转，过大饱和段主要是对轴孔尺寸接近上偏差的电枢套进锥度后还能向前一段距离夹紧防止偏转和松脱。在芯轴装入电枢时无需重力敲击，只要带动转子一起旋转即行，对小型号电枢只要稍加压力，而且对芯轴的弯曲变形有了改善。
（3）对大型号的平衡芯轴，在按小型号平衡芯轴设计的基础上再在锥度卜加键槽，靠键槽传递动力，这样既可避免电枢因重量重而芯轴难敲紧，又解决了旋转同心度问题，新设计的芯轴为防止弯曲、变形，比原来的轴设计时尽量要短些，这样方便操作，减轻了劳动强度。
四、结语
开式联轴器与配套的平衡芯轴的新结构设计是在原来的基础上取其精华、改进不合理部分，经反复多次试验和一年多来的生产实践，基本上解决了原平衡工装存在的一系列问题，取得了较好的效果，但还存在一些尚未解决的问题：小平衡机上对开式联轴器的重量有特殊要求，开式联轴器开启频繁，周向紧固螺钉容易乏牙损坏等。所有这些还需要不断改进完善，使开式联轴器与配套的平衡芯轴在生产实践中进一步发展提高。
参考文献：
[1]沈宏谋，陈菊芬. 电磁调速电动机平衡专用工装工艺新结构设计的探讨[J]. 中小型电机，1994（6）：22-23.
[2]徐惠珍. 整体型小功率电磁调速电动机简介[J]. 日用电器，1991（2）：9-10.
[3]叶朝东，王涛，汪卫平. 电磁调速电动机电枢动平衡的改进[J]. 机械工人：冷加工，2003（4）：12-12.
论文作者:张建军,钟大志
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/26
标签：联轴器论文; 转子论文; 电枢论文; 不平衡论文; 故障论文; 万向节论文; 轴承论文; 《防护工程》2019年第1期论文;