一文了解电机轴承系统轴向尺寸的质量问题

 涵菡      

对于任何机械产品,当然电机也不例外,物理空间的构架和配合关系,是保证机械正常运行的关键。电动机产品的空间构架基本可以从轴向和径向进行归纳,径向各圆柱面的同轴度和配合关系,是电动机径向物理空间保证的基础,而对于轴向,同样由关联零部件的尺寸关系及尺寸链进行保证。


对于电机的定子部分,机座总长、与端盖配合的止口长度,端盖止口高度、轴承室长度,以及轴承系统涉及到的轴承内外盖止口高度,共同构成了定子部分的尺寸链。而对于电机转子部分,以轴肩为基础的轴伸位、轴承位、铁芯位,限定转子尺寸链与定子尺寸链匹配的同时,必须满足零部件局部轴向配合的符合性。



理论上要求,电机的定子与转子铁芯径向共轴,轴向平行且对正,但实际生产加工过程中,缘于定转子铁芯的齿部弹开、制造偏差,以及生产加工过程的失误,总会出现两者对不齐的事实。当定子与转子铁芯间发生轴向偏移时,将导致铁心有效长度减小,最直接的表现为空载电流增大,功率因数降低。该问题在电机的检查试验环节比较容易发现。



当电机轴承系统轴向尺寸不符合要求时,会导致电机运行时轴承发热或窜轴问题,对于轴承系统的轴向尺寸控制,由端盖轴承室长度及轴承内、外盖止口高度控制。


电机装配完成后,定子绕组端部与转子绕组或转子风叶之间的间距,对于电机噪声和温升控制都特别关键,但对于大多数的电机生产企业的大多数产品,定子绕组端部的尺寸控制都相对困难,往往会发生定子与转子端部相擦问题,或者由此而导致其他不良问题。



对于该类问题的控制,小电机的转子部分相对统一,解决起来也比较容易,但对于大规格电机,缘于转子铁芯与轴的配合关系及热套工艺,不时地会出现转子铁芯的“锅底”问题,该问题影响定子端部与转子端部间距的同时,也会导致电机的有效铁长不足问题,特别是对于铁长相对较短的电机,影响更为严重。


电机轴向尺寸的配合关系,不单单地涉及到机加工零部件,同时与铁芯、铸铝及装配各工序有关,要解决好电机轴向配合关系问题,工艺的综合分析和策划更为重要。因此,同样的设计方案,在不同的电机制造企业,或者是同一个企业的不同时段,都可能会有不同的结果,客观地讲,对于电机产品质量,一方面是设计方案的比拼,更多的时候则是制造工艺的较量。


延伸阅读


轴承系统机加工零部件问题可能引发电机的哪些质量故障?


上期我们谈了机加工零部件不符合最常见质量问题,以及对电机性能的影响,如比较常见的气隙不均匀和扫膛质量问题,定转子外径不符合导致的电机电流、效率和转矩不符合问题,转子部分基准发生偏离导致的不同轴问题等。今天我们讨论的重点内容为零部件的配合关系分析。


电机轴承系统的配合关系分析


简单地理解,电机轴承系统为包括轴、轴承、端盖轴承室和轴承内外盖的独立运行体系,在原来的话题中,我们谈过轴承系统的同轴关系要求,要保证电机轴承系统的良好运行,无论径向还是轴向配合,都必须满足轴承运行的要点。


对于中小型电动机的常用轴承中,可以承受联合负荷的深沟球轴承和角接触球轴承,要求轴承在运行过程中径向游隙为负游隙,而对于圆柱滚子轴承,则需要有适度的正游隙。为了达成这个效果,轴承系统关联零部件的加工精度控制就显得特别重要。



端盖轴承室和轴承档的尺寸精度与圆柱度超差,将使滚动轴承内外圈变形,电机运行时产生振动与噪声,轴承摩擦损耗变大,轴承温升增高。更为严重的是,当轴承位直径偏小时,则会导致电机运行过程轴承跑内圈;而当端盖轴承室直径偏大时,则会造成电机轴承跑外圈。无论跑内圈还是跑外圈,都会导致轴承系统严重发热问题,并在短时间内崩溃。


在此还要强调,轴承内外盖的止口问题。按照电机设计要求,轴承内外盖止口是控制轴承轴向定位及运行过程固定与浮动的关键,但在实际生产加工过程中,该尺寸控制比较粗略,因而容易造成电机轴的窜动,或轴承发热的质量问题。对于该类问题,因为涉及端盖轴承室的长度控制,因而不少的电机厂采用的控制方法不尽相同,对于不少的电机厂家,将轴承内外盖定位成通用标准件,而对于轴向的控制从轴及端盖的尺寸进行调整,这样就大大避免了加工和装配过程的差错问题。



影响电机轴承系统运行的另一个要素,是电机端盖与机座的配合关系,电机正常运行的必要条件是两端轴承系统均处于优良状态,为此,作为定位两端轴承系统的关键性要素,即电机机座与端盖的配合,特别是径向的配合关系特别重要,机械加工过程中,端盖止口与机座止口配合松动,同样会导致电机定子与转子和不同轴问题,严重时发生气隙不匀和扫膛质量问题。


延伸阅读二


紧抓“智能制造”时代契机,五洲新春力做轴承行业领跑者


十三五期间,我国“制造强国”建设迈上新台阶。“十四五”规划仍将“制造强国”作为重中之重。对于先进制造业中的上市公司来说,将迎来前所未有的发展机遇。几年前也还是名不见经传的恒立液压(601110),四年涨幅超过10倍碾压茅台;而在A股上市4年多的五洲新春(603667)为世界前7大轴承公司提供轴承套圈,通过生产设备数字化、智能化升级,今年打入特斯拉产业链。中国轴承工业协会副理事长、五洲新春集团董事长张峰近日表示,对未来的发展充满信心,28项汽车轴承项目正在进行,三个风电项目开始量产,2021年将继续重点投入汽车、风电等产品项目产能和研发的投入,做强产业链。


专注轴承主业,五洲新春不断扩宽护城河


在近期召开的第十九届五中全会上,“制造强国”的重要性提升到了“网络强国”之前,指出5G、人工智能、大数据、工业互联网等新技术要加速赋能实体经济,提升产业基础能力和产业链现代化水平。在《中国制造2025》文件中明确指出“智能制造”已成为我国现代先进制造业新的发展方向;在十四五规划中提出的“基本实现新型工业化”的目标将进一步加速推进智能制造发展。


这让不少许多机械设备行业中默默无闻的普通公司迎来了前所未有的机遇。在2011年底上市的恒立液压,不过是一个普通的油缸自主品牌商,市场占有率只有20%左右,在经历了四年的沉寂期,随着技术的成熟以及客户的开拓,公司业绩从2016年开始进入上升通道。公司2016年至2019年净利润增长了19倍,将近13亿;公司的市占率已经增长到50%以上。


而五洲新春(603667)也是这样专注主业,不断拓宽自身护城河的公司。在上市之前,五洲新春逐步形成从成品轴承到轴承套圈各工序纵向一体化产业链,为SKF、Schaeffler、NSK等世界前六大轴承大企业提供轴承套圈,同时生产成品轴承为中世界主机厂配套,并出口美国、巴西、韩国等国家和地区。


在2016年10月,五洲新春(603667)上市后进入发展快车道,目前在全球拥有五家成品轴承生产工厂。五洲新春集团董事长张峰表示,五洲新春2019年销售额是3.93亿美金,中国市场与海外市场的业务量比较平衡,大约各占50%;五洲新春在中国轴承行业排名第六位,是中国最大的轴承套圈生产基地,目前重点开发生产各类应用的成品轴承。


智能化升级不断,研发投入超过4000万美元


高研发不仅仅是医药和科技公司的专长,对于机械公司来说也一样,只有不断的研发投入才塑造了性能卓越的产品。


五洲新春(603667)的产品质量水平等同与世界顶级公司。据张峰表示,与行业其他公司对比,公司产品具有以下几个特点:第一,有从锻造、车加工、热处理到磨加工、装配完整轴承制造产业链,有世界级的磨前工艺水平,可提供最佳的工艺方案,更好地满足长寿命和高可靠性等要求;第二,注重为客户提供定制化的解决方案,经模拟仿真分析,找到最佳的设计方案;第三,能够做到快速反应客户的要求,新产品从产品设计、模具开发、样品生产到批量生产,基本上在90天内能够完成。


中国是全球增长速度最快的轴承需求市场,根据中国轴承协会统计,轴承市场的需求量大约在260亿美金以上。轴承在汽车、电梯、电机、农机、工程机械、风电、机床、工业机器人等领域都会广泛应用。


五洲新春开发生产的安全气囊气体发生器部件、风电滚子、球环滚针轴承产品等已实现进口替代,且主要供应给国内客户及跨国公司的中国厂区,助力经济内循环。这得益于公司致力于持续的创新。


五洲新春集团有国家级的轴承研发中心,研发投资的领域包含了特殊原材料、先进的加工工艺以及轴承性能的研究,目前已经完成的研发项目有:新能源汽车高速、风电滚动轴承滚动体工作表面特殊轮廓加工工艺研究等多项工艺技术。


五洲新春集团上市后,用于生产设备数字化、智能化升级的投资超过4000万美金,建立了从锻造、制管、车加工、热处理、磨加工、装配纵向一体化的产业链,实现自动生产、自动检测、在线防错数字化的生产系统,公司积极向智能化的生产管理系统升级,今年上半年完成了生产管理MES项目,实现生产数据和质量数据的实时监控以及物料全制程的可追溯等,提高了生产效率和确保产品质量的稳定可靠。


看好中国轴承行业前景,实现全球布局


新能源汽车是近年来最大的风口,特别是能打入国际巨头的供应链,就插上了腾飞的翅膀。


五洲新春的的轴承产品致力于为客户提供定制化、低碳化、智能化、轻量化、免维护的产品。


今年,公司成功打入了特斯拉供应链,为奥托立夫提供汽车头部气帘安全气囊气体发生器部件。奥托立夫获得特斯拉订单,为已经上市的国产版Model 3和即将上市的Model Y车型提供汽车安全产品。同时,公司的子公司新龙实业生产的汽车空调管路件已通过法雷奥为特斯拉供货。此外,公司生产的轴承套圈定位高端客户,稳定供应于世界排名前六位的轴承制造商,其中部分产品用于特斯拉等新能源汽车。


目前,五洲新春(603667)的产品有46%以上出口到北美、欧洲、亚洲20多个主要国家,公司在美国、德国、日本、巴西、新加坡设立了分公司。


“我们对中国轴承行业的发展前景看好”,张峰在接受世界轴承杂志(Bearing NEWS)(轴承行业唯一的全球性刊物和媒体公司)采访时表示,“中国的轴承制造企业随着多年的高质量生产设备的投入、管理水平的提升以及持续的研发和创新,尤其是像五洲新春这样的位于中国轴承行业前列的企业,已经越来越多的参与到世界级主机客户的配套体系中,这主要得益于我们的整体制造实力,生产定制化产品的快速反应能力,以及高性价比。”


来源:仨三搞笑说,仨三搞笑说,中国产业经济信息网

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