定子铁芯叠装的固的可靠性设计探索.doc

定子铁芯叠装的固的可靠性设计探索2008/8/14/09:44摘要：从具体讨论定子铁芯叠装的可靠性设计谈起，提出了产品要获得良好的固有可靠性，是由产品总体设计、制造工序设计、工序间相互配合设计综合决定的关键词：定子铁芯叠装产品总体设计制造工序设计工序之间相互配合设计 Abstract：This paper first discusses the stability design of the stator-core superpose.Then it concludes that the good inherent reliability of a product is determined by its overall design,process design and inter-process design of the product.Keywords：stator-core superposeoverall designprocess designinter-process design1概述电机定子铁芯叠装，人们往往认为它的可靠性设计是由电机设计师完成的，只要有铁芯的设计图、定子铁芯的叠装图和必要的技术条件，其可靠性设计就已经完成；或者认为定子铁芯叠装纯属于制造范围，只要工艺设计的可靠度好也就完成了然而，定子铁芯是电机中的一个关键部件，影响着整机的功能它的固有可靠性是设计和制造过程中，已经确定并最终在产品上实现的可靠性，可以用下式描述：R=RR式中RI产品的固有可靠性；RD设计过程中赋予产品的潜在可靠度；Rm制造过程所形成的由工程能力所决定的制造可靠度从上式可知，产品要获得良好的固有可靠性，设计环节与制造环节必须紧密配合，因为每道工序加工前都存在产品的总体设计、工序设计与工序间相互配合设计问题，所以以上的两种看法都是不全面的本文仅对这些问题进行一些探讨2定子铁芯成形设计定子铁芯叠装的设计，可以选择不同的制造方法下面例举几种方法进行可行性和可靠性分析2.1定子铁芯的叠装扣或铆装定子铁芯叠装后，传统的设计是在铁芯片上设计扣槽，采用扣片扣装当叠厚超过40mm时，为了保证定子叠装强度和避免变形应在其上设计铆钉孔而不用槽，采用铆钉铆装这两种方法加工后，其垂直度、端面平面度、铁芯内孔，嵌线槽的形状往往达不到设计要求，内孔必须磨削加工，铁芯片间易相互搭接，增加了电机的缺损因此，这种设计已不适应电机技术发展的需要2.2定子铁芯氩弧焊装设计2.2.1焊道设计在定子铁芯外缘的表面这种设计，进行氩弧焊时，加热体积大，热变形大，焊道分布不均匀，个别处有时高于铁芯外缘，当其要压入电机机壳时，内外圆都需要加工，因此这种设计可靠性差2.2.2定子铁芯外缘设计焊道槽对于这种设计，焊接时可以提高氩气的保护效果和加热的集中性焊接后，外缘不用加工，但热变形仍然大，内孔必须加工，因此也不可取2.2.3焊道设计在定子铁芯齿顶轭部中心线上的可行性分析焊道设计在齿的轭部，设计师分析时认为焊接部位的体积是齿的体积与其轭部体积之和，热的传导主要是沿直线传导，因而热容量大，焊接加热后热变形将会变小其设计图样如图1所示1.喷嘴2.气罩3.钨电极4.铁芯轭5.熔池6.热影区7.热传导方向8.突片9.齿图1焊道在齿的轭部中心的示意图焊接实验和生产实践证明：焊接时，当氩气从喷嘴中流出后，在喷嘴与焊接区形成保护气罩而提前送气；引弧时，高频通过电极与铁芯的间隙使空气电离引燃电弧；电弧热量使焊接处熔化，并形成热影响区；由于铁芯是纯铁或硅钢片，热传导能力大于空气，因此铁芯受热沿箭头的方向传导，使齿膨胀；冷却时，因熔池暴露在空气中，所以冷却快，使铁芯向内收缩，在夹具的压力作用下向齿部铁芯内孔和其槽内扩展引起突片同时，定子铁芯冷却后，也达不到垂直度和平面度的要求嵌线时，由于定子铁芯有突片存在，易引起绕组对地击穿，使产品不合格因此，焊道设计在定子铁芯齿顶轭部中心线上是不适宜的2.2.4正确设计焊道位置外缘是方形的定子焊道设计应远离定子铁芯的槽与齿部，如图2所示焊接时，使其铁芯的槽和齿部远离热影响区，不受或少受焊接热量的影响，从而减少热变形1.喷嘴2.钨电极图2焊道远离槽部示意图外缘为圆形的定子焊道设计可以按图3所示，设计在定子槽的轭部中心线上，便于热量向周边传导，减少焊后变形1.凸点2.焊道槽3.槽4.齿5.轭6.铁芯片图3焊道的正确设计示意图焊道应设计为槽形焊道，并在槽中设计凸点（见图3），这种设计不但能增强氩气的保护效果，而且因凸点高于两边的槽，加热体积小，热熔量小，热影响区小，焊接电流可相应的减小，焊接时间也可以适当缩短因此，焊后定子铁芯变形量小，定子铁芯内孔不需加工，避免了原来设计上存在的缺陷这时，产品的图样设计才是适应氩弧焊的可靠性设计3氩弧焊的工艺设计可靠性3.1单台氩弧焊机对定子进行氩弧焊使用手弧焊接时，焊缝直线度差，设计了专用运行轨道，焊缝可以达到直线度要求，但是装夹费时费工，定子加热和冷却时不均匀不对称，热变形大，也难免片间间隙大小不一致因此，定子铁芯的平面度和内孔尺寸很难保证，必须采用内圆磨床磨削内孔，才能保证定子与电机转子的配合气隙因此这种方法也是不可取的为此，在收集了国内外的大量信息分析处理后，研究了三梁四立柱焊机DYH-200型焊机组对定子铁芯进行多道焊缝一次焊接成形的设计工艺3.2DYH-200型焊机组焊接定子的可行性分析在DYH-200型焊机组中，氩弧焊机的触发电路设计了负反馈电路，保证了焊接电弧的稳定燃烧高频振荡器又具有良好的抗干扰装置，在可编程序控制器的控制下，多把焊枪可以同步引弧且焊接夹具又设有引弧圈、过弧圈、熄弧圈保证了引弧、过弧、熄弧的统一和焊缝分布的均匀与对称性其中的膨胀心轴装置夹持、压紧了定子铁芯焊接时，加热和冷却同时进行，因而焊后变形极微或不变形，保证了定子的平面度、垂直度、内孔的尺寸与精度要求，使之得到良好的内在质量和外观质量3.3多把焊枪同时焊接的工艺设计工艺设计应先选定能一次完成多道焊缝的焊接设备，然后在能达到设计要求的前提下设计具体的工艺方法3.3.1电极的设计电极材料定子铁芯氩弧焊时工件接正极，焊接有效热量大，阴极采用不熔化的电极，要求材料熔点高，蒸发低和发射电子能力强等，一般选用钨基材料作电和极电极直径与锥度一般采用25mm的棒料；其锥度为15303.3.2氩气氩不仅容易电离，容易起弧，在给定电流下，氩弧的工作电压低，弧长改变引起弧压变化较小因而选用氩气作保护气体氩气纯度要求水和氢的含量极少一般选用99.99%的精氩氩气流量氩气流量太大时易将空气卷入保护区形成紊流，影响氩气的保护效果同时，因氩气昂贵，增加了生产成本氩气的流量太小时，它的流速小于焊接区空气的对流速度，不能在焊接区形成层流保护罩，也将失去保护作用设计这个参数时必须避免上述问题综合考虑各种因素，氩气流量可在310L/min内选择3.3.3喷嘴选用具有平稳、宽流量范围内保护效果好的圆管形导出管喷嘴3.3.4电极的伸出长度和引弧间隙电极的伸出长度和引弧间隙决定了氩气罩的长度，气流的刚度和气体的分散度，影响焊接区的保护效果电极的伸出长度从喷嘴小端面到电极工作端面的距离为电极的伸出长度它直接影响焊接电流的流程电极伸出长度越长，电阻越大，大电流经过时，发红程度越明显，越容易烧损，钍的蒸发也加剧而且使喷嘴到焊接处的距离增大，使氩气的保护效果降低电极伸出的长度太短，弧离瓷嘴的距离则越近，容易烧损瓷嘴，破坏了瓷嘴的内圆度（或内锥面），影响了气罩的正常形成和保护效果因此，电极的伸出长度一般控制在37mm引弧间隙引弧间隙是电极工作面到焊接面的距离它决定了焊接的弧长间隙越长，弧长越长，高频引弧时需要的能量就越高，对高频电压的有效值要求也就越大，只有这样氩气才能被电离在这种情况下高频变压器易被击穿，增加了高频变压器的制造难度由于氩气流经的有效路程（气罩的长度）决定于电极的伸出长度和引弧气隙，因此间隙越大，气罩的长度增加，氩气的散布面增大，氩气的密度减少，弧的度减小易产生飘移，使氩气的保护效果降低设计多把焊枪的引弧间隙时，应在1.52.5mm之间选择因此，设计工艺时应要求间隙调整采用塞尺对多把焊枪进行统一性调整3.3.5焊接速度焊接速度的设计应根据焊件的强度要求，变形要求，氩气罩的保护效果，生产效率等决定一般可在3.55mm/s范围内选择3.3.6焊接电流在满足焊缝熔深、焊接速度要求的前提下，可在80120A的范围里选择3.3.7油压机的压力设计油压机压力时，应根据不同定子的尺寸精度要求选择压力的大小，可在610MPa内选择4相关工艺的设计4.1铁芯冲片设计冲片工艺时，除设计本工序的操作规程外，还应增加工位器具的要求，明确操作者冲片时应将冲片按落料顺序、刃口方向放置于工位器具中，并在工位器具上标明顺序、模具号、工号，以免首末件，不同模具的冲片混片4.2叠片在设计定子铁芯叠片程序时，必须明确铁芯片的表面清理，保证铁芯片无油无锈；必须按同一模具的落料顺序、刃口方向叠片，不允许首末件和不同模具的冲片混片最好能使用自动叠片机叠片只有这样，在定子铁芯叠片后焊接，才能克服错片、断焊、熔深不合格、突片等现象，保证定子铁芯的尺寸与精度要求5讨论从以上的探索可知，定子铁芯叠装的固有可靠性设计，它包含电器设计的可靠度，叠装工艺设计的可靠度与叠装工艺有关的工艺设计的可靠度而