鼠笼型转子动平衡工艺研究及分析

高　亮，高云霞，王　宁

(成都南车电机有限公司，四川 成都 610051)



鼠笼型转子动平衡工艺研究及分析

高亮，高云霞，王宁

(成都南车电机有限公司，四川 成都 610051)

摘要：为提高转子动平衡工艺质量，结合JD113电动机的鼠笼型转子制造工艺，从铁心叠压、端环导条组装焊接和转子动平衡等关键工序方面开展分析研究，提出了如何降低转子初始不平衡量和提升转子动平衡试验过程质量的相应控制措施和改进方案，为相同类型的鼠笼型转子制造提升提供了参考。

关键词：鼠笼型转子；工艺分析；改进措施

牵引电动机转子是通过承受电磁力来输出动能的重要部件，当发生转子不平衡质量故障时，往往会导致轴承负荷的增加，磨损加剧，形成剧烈振动和噪声，极大缩短电动机的使用寿命；因而，提高转子动平衡工序质量是提升电动机转子制造质量中的一个重要关键过程。

提升转子动平衡工序质量的主要措施是降低转子初始不平衡量，和提升转子动平衡试验过程质量。转子初始不平衡量偏大，则转子的动平衡试验校正时存在如下问题：一是所切削量过大损坏转子或添加平衡块过多而存在安全隐患；二是转子校正次数多，校正效率低下。转子动平衡试验过程质量低，试验不精确，则导致转子剩余不平衡量测量不准确，造成电动机振动大，转子动平衡试验过程失效[1]。

1工艺分析及措施改进

JD113交流牵引电动机鼠笼型结构转子主要是由转轴、压圈、转子冲片铁心、多根导条和端环等组成。导条均匀分布于靠近电动机转子外圆面的铁心槽内，导条两端与端环构成2组对称T型焊缝(见图1)。JD113电动机的转子制造工艺流程图如图2所示。

图1　交流牵引电动机鼠笼型结构转子示意图

图2　JD113交流牵引电动机转子制造工艺流程

基于生产实际，确认铁心叠压、端环导条组装焊接和转子动平衡为交流牵引电动机转子生产制造过程的关键工序，本文对其进行了研究分析，同时提出了转子动平衡工艺的优化方案。

1.1铁心叠压

JD113电动机转子铁心是由900多片0.5 mm厚的转子冲片经叠压组成。而制造转子冲片的过程一般为先用自动剪板机下料，将1 m宽的硅钢片卷料裁剪成方料，再用冲床冲压成圆形转子冲片。硅钢片卷料宽度方向上普遍存在中间厚、两边薄的现象，所制造转子冲片也厚薄不均。如果硅钢片下料、冲压和叠压过程中相对位置均保持不变，转子铁心经叠压后，铁心的总厚度累计偏差会较大，造成转子铁心两端面的不平行度，两端面不垂直于轴线，转子叠压紧密度不均，以及铁心套轴时，油压机作用于铁心端面压力不平行于转轴轴线，从而使转轴受垂直轴线方向力而弯曲；同时，由于铁心叠压总厚度不均导致质量分布不均，增大了转子初始不平衡量[2]。

对于上述问题，可以采用如下方法进行改进：在硅钢片下料时，将相同数量的方形硅钢片按照顺次旋转90°叠放在一起(例如，要求下料时每5片旋转角度依次为0°、90°、180°和270°)，使方形硅钢片制造成转子冲片并叠压成铁心后(叠压过程中不旋转转子冲片)其总厚度基本一致，质量分部均匀，保证转子铁心两端面平行以及降低转子初始不平衡量。

1.2端环导条组装焊接

JD113电动机鼠笼型结构转子的端环导条组装过程，是在铁心周边槽内插入导条，导条两端扣上端环，再用端环焊接压紧工装压紧端环固定，导条轴向长度尺寸通过工装来定位，之后采用银焊料将端环与导条钎焊在一起(见图3)。由于导条要插进铁心槽内，铁心槽与导条都存在一定间隙，槽满率非100%，导致导条转轴径向方向上不固定，再安装端环后端环不定性也很高，并且焊接时焊料添加不合理，都会导致转子组装焊接后转子端环、导条和焊料的质量相对转子旋转轴线分布对称，质量分布不均，转子初始不平衡量大(见图4)。

图3　端环导条组装焊接示意图

图4　转子结构改进前示意图

基于端环导条径向方向上无法定位的问题，对转子的结构进行了改进(见图5)。相比之前的结构，此种转子结构改进措施为在转子铁心两端压圈上对称位置伸出4个起径向定位作用的支臂，使压圈外部的支臂可以精确定位端环位置，同时利用导条胀紧方式使所有导条向内靠拢。焊接时，焊料分布均匀添加，端环应水平，放置焊料流向一侧，使端环和导条、焊料位置成轴中心线对称，质量分布均匀。

图5　转子结构改进后示意图

1.3转子动平衡试验

很多鼠笼型结构转子校验动平衡时，都是通过在转子前、后端2个校正平面添加平衡块，消除转子不平衡量，平衡块固定方式主要有如下2种。

1)平衡块用非焊接方式固定，如螺钉固定方式。螺钉固定是转子压圈上加工有燕尾状梯形槽，平衡块从上面看呈矩形，从侧面看呈梯形状，嵌入燕尾状梯形槽内，放置数个平衡块后，将螺钉拧紧使平衡块向外顶出固定，平衡块数量根据初始不平衡量测量值确定(见图6)。

图6　螺钉固定方式

2)平衡块用焊接方式固定。JD113电动机转子的平衡块用焊接方式固定，转子平衡块为圆环状，在平衡槽添加一段平衡块，平衡块紧贴在转子校正面内圆弧面上，将平衡块与转子焊接在一起固定，根据不平衡量测量值确定平衡块长度(见图7)。

图7　平衡块焊接固定方式

为测试2种平衡块固定方式的区别，分别以2种平衡块固定方式的转子进行如下试验。

1)选取3个平衡块焊接固定方式的转子1#、2#和3#进行动平衡试验，并将不平衡量值校正至合格，之后每隔一段时间测量不平衡质量值，记录结果见表1。前、后端的不平衡质量测量结果都≤12 g时，判定为合格。

表1　3个转子不平衡质量测量结果

2)选取2个转子：4#转子为焊接固定方式的转子，但试验时平衡块不焊接，仅采用粘胶固定(注意此方式应考虑到平衡块旋转时的安全问题)；5#转子为螺钉固定方式的转子，试验时平衡块用螺钉固定。2个转子进行动平衡试验，并将不平衡量值校正至合格，再每隔一段时间测量不平衡质量值，测量结果见表2。前、后端的不平衡质量测量结果都≤12 g时，判定为合格。

表2　两转子不平衡质量测量结果

从试验数据可以看出，1#、2#和3#转子校正后的不平衡量重复测量值都随时间变化不断上升，平衡块焊接固定后3 h内，不平衡量值变化较大，3 h之后趋于稳定；无论平衡块采用粘接固定还是螺钉固定，4#、5#转子经校正合格后，不平衡量重复测量值均一直保持稳定，且数值都在合格范围内。

根据上述试验分析，平衡块采用焊接固定时，由于平衡块较小，受热变形较大，加之不可控的焊接应力等因素，导致焊接后短时间内平衡块质量分布变化大，转子不平衡量重复测量值就变化大，不稳定；而采用螺栓固定或粘接固定的平衡块均无变形，其质量分布相对转子无变化，因此，不平衡量测量值保持稳定。

根据上述现象提出2种工艺改进方案：一是如果平衡块仍采用焊接固定，转子进行动平衡试验，每次添加平衡块焊接固定后至少冷却3 h以上才能进行再次测量校正；二是将转子平衡块的固定方式确定为非焊接固定方式，即螺钉固定或粘接固定等方式，这种方法操作方便，工作效率高，且如果发生异常，平衡块可以取出重装，方便返工及维修。

2结语

根据上述对鼠笼型结构转子动平衡工艺的分析和论证，可以得出如下结论：1)电动机转子铁心叠压前，下料时采用旋转叠放，叠压后可以减小转子冲片带来的尺寸和质量偏差；2)转子铁心两端安装增加支臂压圈的结构，可以更好地定位转子端环位置，导条全部胀紧，可以使转子质量分布相对旋转轴线对称，均匀分布；3)平衡块采用非焊接固定方式的转子动平衡试验后，不平衡量测量值的重现性较焊接固定方式更好，操作更方便，效率更高；4)对于平衡块采用焊接固定方式的转子，在动平衡试验时，每次添加平衡块焊接固定后，应放置一定时间后再进行测量，以保证测量的数据准确。

参考文献

[1] 万军红.电动机转子动平衡工艺的设计[J].电机与控制技术，2008(10): 55-59.

[2] 徐君贤.电机与电器制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，2000.

责任编辑郑练

The Crafts Analyzing and Improving Measures for the Squirrel Cage Rotor Manufacturing

GAO Liang, GAO Yunxia, WANG Ning

(Chengdu CSR Motor Co., Ltd., Chengdu 610051, China)

Abstract：To improve the quality of the rotor dynamic balancing process, based on the squirrel rotor manufacturing process of the JD113 motor, this article mainly analyzes some key manufacturing processes including the core laminating, the rings welding and the assembling. Then present some relevant measures with the improved scheme which could reduce the initial unbalance and improve the quality of the rotor dynamic balance experiment technology. It provides some references for the other sane types of squirrel rotor.

Key words:squirrel rotor, crafts analyzing, measures improving

收稿日期：2015-05-11

作者简介：高亮(1986-)，男，工程师，大学本科，主要从事铁路机车配套电动机制造工艺等方面的研究。

中图分类号：TH 113.2

文献标志码:A