专利名称：一种标准派生异步笼型起重电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及机电领域中一种标准派生的异步笼型起重电机。
背景技术：
异步笼型电机主要有导磁材料制成的定转子、用导线绕组嵌入导磁材料制成的定子中产生旋转磁场驱动铸铝转子工作，有转子和轴组合、轴与滚动轴承通过固定件前后端 盖与外壳的组合而成。由于现代基础工业的全球化、快速化、自动化，基础产品通用性、批量 性、专用性及质量的可靠性要求不断提高，致使基础产品中电机使用要求及变化也随之增 多。特别是不同的地区及使用场合变化，都可能会产生在标准范围内的变化。这就要求有 相当部份电机产品基础件，能够适应产品配合变化的应用，同时在此基础上设计出符合要 求的新产品。按照以往的通用设计，由于专业性分类太细，同样的中、小型电机设计与生产， 往往一个系列的电机品种就有一套班子及企业生产。容易形成基础派生产品中不少可以通 用的零部件无法采用，相应会影响产品进入全球化市场时间、现代企业开发产品就必须尽 可能达到快速化与产品零部件通用性，从而决定零部件生产的批量性，而生产的批量性也 容易达到产品质量的可靠性。专用设计主要是针对自动化特定要求或其它要求专用性及质 量的可靠性。但派生电机一般都能符合产品使用要求。专用设计与派生相比，无疑派生电 机更适合现代社会产业的需求，又可节约新产品开发费用。现我国普通标准异步笼型电机 产品中至今就缺乏标准派生异步笼型起重电机。异步起重及冶金电机的市场需求量和批量性生产相对比普通异步铸铝转子电机 少，因此在社会需求变化快、环保节能要求高、产品不断升级更新、产品应用专用化的今天。 往往原设计产品转换速度会慢于普通电机。我国目前生产的起重电机，还在使用淘汰的高 能耗热轧矽钢片。其主要原因也涉及设计问题。同时电机的电磁设计已经很成熟，对于不 同的材料要求变化都可在原有的结构上派生完成设计，但由于技术普及程度差与理解方式 不同，明明可以合并归类的技术却进行分化放大，各方面均另行设计开发，相应也就增加了 基础化产业技术的复杂性。增加了产品设计与生产的成本，影响了新材料、新工艺、新产品 的发展。同样的电机或其它含轴承机电产品，由于品种规格类型不同，决定了使用材料有 些会有所变化，材料膨胀系数不同又会引起公差变化，往往容易导致机电产品中轴承内受 材料膨胀压缩，形成轴承无油沫干摩擦升温而过热损毁。可电机旋转部位公差是决定电机 无故障运行时间的关键。但目前国际、国内采用的公差配合标准较粗，应用解析不细。经常 造成产品在公差范围内的批量性运行时间质量差。目前在设计电机轴配合标准时，可参考 “GB5371-XX公差与配合过盈配合的计算和选用”，但选择轴承外圈与轴承室配合孔的公差 时，只能选择参考没有计算方式的“GB1801-XX公差与配合尺寸至500mm孔、轴公差带配合” 等、“GB/T275-XX滚动轴承与轴和外壳的配合”。关于配合，包括最新的200620047860. 1专 利也可以进行进一步的深化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种符合异步起重电机标准、质量、能及时适应市场进步变化要求，並能有效地提高电机无故障运行时间的标准派生异步笼型起重电机。本发明的技术方案是这样实现的一种标准派生异步笼型起重电机，其特征在 于电机外壳、定转子等零部件，除有特定要求的外，基本使用普通IEC标准异步电机 零部件并可以互换；电磁设计均按标准设计，也可按客户要求的电机标准及专用起重电机 特定要求派生规范性设计。电机端盖轴承室孔与轴承外圈的配合，按照不同的配合材料在自然装配状态、正 常工作状态、特殊工作状态三种不同状态下，由于膨胀系数产生的间隙变动量差，选择正常 工作状态为公差配合偏差计算依据，用计算方式取代以往的选择方式确定设计加工偏差。 始终以保证轴承在有油沫状态下的运行。当膨胀变动量差较大时，加装0型圈调节。因此 电机端盖轴承室公差配合数据以计算、原理分析及再参考GB等标准并细化原标准，应用从 设计到生产便于理解识别术语。将原有标准的“间隙配合”定义细化为间隙就是中间有空 间概念的中文原义，引入轴承公差中“游隙配合”概念，增加在原间隙配合与过盈配合中缺 乏的“游盈配合”概念。达到提高无故障运行时间、质量，以适应现代企业生产和概念。本发明电机的定转子材料全部淘汰高能耗工艺的热轧矽钢片，优选采用各类高性 能节能工艺轧制的矽钢片。本发明的优点在于本发明发现了原有设计的不合理性和缺陷，改进后具有以下 两方面优、特点。一、本发明异步笼型起重电机完全按IEC标准普通异步笼型电机常规派生设计。 电机外壳、定转子等零部件，除有特定要求的外，基本可以使用普通丫、丫 2、丫 3系列IEC标 准异步电机模具生产零部件并可以互换，电机定转子材料全部淘汰高能耗工艺的热轧矽钢 片，可采用各类高性能节能工艺轧制的矽钢片。一方面明确了本发明可按现有起重电机性 能标准使用各类矽钢片材料及随矽钢片节能新产品更新。电磁设计均按标准设计，也可按 客户要求的电机标准及专用起重电机特定要求派生规范性设计。另一方面明确了在提高产 品质量的同时，适合应用普通IEC标准异步电机的主要零部件派生设计制造，既缩短新品 开发周期，又可达到了节省投入的目的。二、提高电机无故障运行时间、质量的关键公差配合中本发明电机端盖轴承室孔 与轴承外圈的配合，以不同的配合材料在自然装配状态、正常工作状态、特殊工作状态三种 不同状态下，由于膨胀系数产生的间隙变动量差。选择正常工作状态为公差配合偏差计算 依据，用计算方式取代以往的选择方式确定设计加工偏差。始终以保证轴承在有油沫状态 下的运行，当膨胀变动量差较大时，加装0型圈调节。从而使产品达到提高无故障运行时 间、质量。将现有电机端盖轴承室公差配合数据以计算、原理分析及再参考GB等标准并细 化原标准，应用设计到生产便于理解识别术语。将原有标准的间隙配合定义细化为间隙就 是中间有空间概念的中文原义，本发明间隙定义取消原标准零与零接触属间隙的范畴；以 零与零接触游动扩大至间隙的定义，应用轴承公差中游隙配合名词作为概念；增加在原间 隙配合与过盈配合中缺乏的，从零与零接触游动扩大至过盈的定义为游盈配合概念；同理 过盈配合不存在过盈量零的概念。公差配合的细化发明应用可有效地便于基层加工识别，达到从设计到生产都能清楚以数据、定义为标准的制造，这是质量控制中必须要熟知的基 础知识。本发明以原理分析及再参考公差配合的细化，同时也适合其它机电产品中滚动轴 承与外壳的配合计算和选用。从而可使众多机电产品普及性地达到提高无故障运行时间、 质量，以适应现代社会企业生产和使用。
图1 为本发明一种标准派生异步笼型起重电机结构图。图2 为本发明一种标准派生异步笼型起重电机电磁图。图3 为本发明一种标准派生异步笼型起重电机端盖轴承室公差图。图4 为本发明一种标准派生异步笼型起重电机端盖轴承室与轴承间添加0形圈 或带压盖图。
具体实施例方式下面结合附图1至图4中1至10标号与实施例对本发明作进一步详细说明一种标准派生异步笼型起重电机，它包括电机外壳5、定转子1、前后端盖2等零 部件，除有特定要求的外，基本优选使用普通IEC标准异步电机模具生产零部件并可以互 换，形成一个标准的派生笼型起重电机。电机定转子1材料全部优选淘汰高能耗工艺的热 轧矽钢片，可采用各类高性能节能工艺轧制的矽钢片；电磁4设计均按标准设计，也可按客 户要求的电机标准及专用起重电机特定要求派生规范性设计；电机端盖2轴承室7公差8 配合数据以计算、原理分析及再参考标准细化选择确立基础如下本发明计算以理论值为 标准，将轴承1直径假设为零，同时以轴6在过盈装配后，轴承3内滚动部位必须保持轴承 转动必须有的游隙。当轴承室7材质线膨胀系数低于轴承钢时，设电机轴承3正常工作时 温升值温度为A，轴承3允许最高耐温值为a，为温度基本计算数据A、a，轴承钢膨胀系数为 b，轴承室7材料膨胀系数为c，轴承3直径为d。首先以电机轴承室7正常工作温升值与轴 承3正常工作温度A为设计参考加工零线X1,同时又是设计分析选择公差8关键数据；轴承 3允许最高耐温值a为设计参考加工另一零线X2，与X1相同X2也是设计分析选择关键数据； 达到电机轴承室7在正常工作温升时与轴承3正常工作温度下，该轴承3仍可在低于轴承 3材质的压缩延伸力状况下含油旋转运行。求出公差8加工零线直径DX1 = d · A · (b-c)， 然后以轴承3允许最高耐温工作温度a为另一偏差加工零线直径公差8数值，应用计算依 据DX2 = d · (b-c)，放弃原习惯标准中上、下偏差数值，将该规格产品轴承室7正常工作 时由于温升造成的膨胀系数差，形成的间隙变化量设为一极限偏差&。X1 = DX1-Cl ；轴承3 允许最高耐温工作时膨胀系数差设为另一极限偏差X2。X2 = DX2-CL (DX-表示轴承3常温 直径与该配合计算温升膨胀系数差的和)当轴承室7材质强度与膨胀系数与轴承3产生或 选择间隙较大时，则可在轴承室7与轴承3间添加膨胀调节0形圈9，也可按常规装配轴承 外圈压盖10，达到降低受热后振动噪声与避免轴承外圈旋转。实施例1按180-6机座加工的电机。电机定转子1材料有热轧矽钢片改用冷轧矽钢片后与原相同功率比较。由于冷轧矽钢片电磁4感应强度等优于热轧片，可节约铜材4. 5%，节约 铁6%，电磁噪声也低于热轧片制作的电机。
实施例2原异步笼型起重电机专用设计与现改用派生设计相比，同样180-6机座异步笼型 起重电机，标准派生异步笼型起重电机按要求规范性设计，测试结果性能完全可以达到起 重电机标准。现由于是按标准派生设计，除转子1铸铝成份改变外，基本上采用普通异步笼 型电机外壳5、定转子1、前后端盖3等模具，从而缩短了开发周期，节约了大量模具资金投 入。实施例3“间隙配合”应用当轴承室7材料为铸铁时，由于膨胀系数小于轴承3钢，最终在机械旋转运行产生 温升后，若轴承3外圈与轴承室7孔的配合在公差8标准零公差状态下，轴承室7势必会压 缩轴承3外圈，从而造成减小轴承3运行内部游隙值及应有的润滑油沫层，当轴承3运行无 游隙时就会造成干摩擦加剧温升，从而形成缺油摩损或压缩性硬摩损损毁。按照112机座电机选用306轴承3，轴承3外圈Φ72mm，根据GB/T275_xx标准轴承 室7常用公差8配合可采用H6、H7、J7、K7或M7，目前中国Y2、Y3电机使用H6、H7公差8， 按GB/T275-XX选择公差8，同时参照GB1801_XX选用，按标准应查基孔制配合。但基孔制下 公差8带基本上都是零或负的标准选择。按本发明先计算电机轴承3与轴承室7在正常工 作温升值下，由于膨胀系数差产生的间隙变动量差为加工零线X1，轴承3允许最高耐温值的 间隙变动量差为设计参考加工另一零线X2。取轴承3钢线膨胀系数b = 12X10—6，铸铁件线 膨胀系数c = 8. 7 X ΙΟ"6,电机轴承3正常工作温升A = 50°C，轴承3允许最高温升值a = 80°C。由于轴承3钢膨胀系数大于铸铁件，则铸铁轴承室7，D = Φ72πιπι在温升设计范围内 会产生X1 = 0. 01188、X2 = 0. 019的间隙不同变化量。同批次电机中若采用原公差8标准 中下偏差为零的合格品将会在使用过程中，由于运行温升轴承室7将会压缩轴承3外圈，减 小了轴承3运行内部游隙值及应有的润滑油沫层，当轴承3运行无游隙时就会造成干摩擦 加剧温升，从而形成缺油摩损或压缩性硬摩损损毁，造成同批次产品可靠性运行质量差。按 本发明采用X1膨胀系数差为公差8下偏差中设为加工零线，X2为上偏差加工零线并酌情调 整，采用有间隙值的“间隙配合”。即監8为初始计算标准，若要考虑加工精度， 可以按精度要求调整上偏差，但在加工时向下偏差偏移。以上由于下偏差存在一定的间隙值，可弥补一些轴承室7的圆度、径向跳动偏差， 减少装配冲击力。同时初始轴承3外圈无压缩性使用，可提高轴承3内滚动部位表面压缩 硬化均勻性，弥补了转动部位在特定状况下，由于最高温升时的膨胀系数差造成的间隙减少量。同时为保证质量，当间隙增大时，该材质类型可在轴承室7与轴承3间添加橡胶0 形圈9，达到降低初始间隙过大产生振动噪声与避免轴承3外圈旋转，充分应用橡胶0型圈 9受热后会产生收缩可平衡间隙减小的特点，弥补膨胀系数差。也可按常规装配轴承3外圈 压盖10或压片。实施例4“游隙配合”应用当轴承室7材料为不锈钢时，由于膨胀系大于轴承3钢，最终在机械旋转运行产生 温升后，若轴承3外圈与轴承室7孔的配合在公差8标准间隙状态下，轴承室7孔势必会大于轴承3外圈，从而增大轴承3外圈与轴承室7孔间隙配合值，易引起轴承3外圈旋转及轴承室7孔摩损性扩大，形成摩损性升温、孔扩大变形损毁。按照112机座电机选用306轴承3，轴承3外圈Φ72mm，按优选方式先计算电机轴 承3与轴承室7在正常工作温升值下，由于膨胀系数差产生的间隙变动量差为加工零线X1, 取轴承3钢线膨胀系数b= 12 X 10_6，不锈钢线膨胀系数c = 16. 6 X 10_6，电机轴承3正常 工作温升A = 50°C。由于轴承3钢膨胀系数小于不锈钢，则不锈钢轴承室7，D = Φ72πιπι在 温升设计范围内会产生X1 = 0. 01656的间隙增加量。该间隙变动量若在配合中不分析考 虑，按原常规公差8同批次电机中某些靠近上偏差的合格品将会在使用过程中，由于运行 温升轴承室7将会间隙增大易引造成轴承3外圈旋转，从而导致轴承3外圈与轴承室7形 成干摩擦加剧温升，造成轴承3与轴承室7硬磨损损毁。造成同批次电机可靠性运行质量 差。按本发明采用X膨胀系数差在公差8中设为加工零线并酌情调整，根据不锈钢轴承室 7总强度高于轴承3外圈，延伸率高于轴承3钢，为防轴承3外圈压缩变形和在电机工作温 升后将会产生的膨胀间隙，易使轴承室7内配合轴承3外圈旋转。所以采用以零为标准的 “游隙配合”，使用GB标准Η6、Η7的下偏差0. 00为加工零线，但上偏差的数值按在保证温升 状态下运行是矛盾的。因此为避免温升产生间隙过大，同时平衡轴承室7圆度、跳动公差， 压缩上偏差取Η5为0. 013，以零与零接触游动扩大至间隙的定义，应用轴承3公差8中“游 隙配合”名词作为概念，即轴承室7为Φ721&3 8为初始计算标准，若要考虑加工精度，则 可根据精度要求调整上偏差，但在加工时向下偏差偏移。“游隙配合”与“间隙配合”应用选择为保证质量，该材质类型可在轴承室7与轴承3间添加热膨胀0形圈9，达到降低 受热后振动噪声与避免轴承3外圈旋转，公差8可根据0型圈9膨胀系数与强度计算选择 “游隙配合”或“间隙配合”，也可按常规装配轴承3外圈压盖10或压片。“游盈配合”应用选择按实施例3计算则为φY^mil6 8，形成在常温下有过盈量的“过盈配合”，形 成轴承3外圈在初始装配状态，就易产生随轴承室7加工圆度、跳动性的压缩性变形。为 减少压缩变形量，考虑到轴承室7加工圆度、跳动性偏差的因素可减少过盈量，以上偏差 0. 01656改为下偏差，以0为上偏差，即轴承室7 O72-0.01S56 8，形成从零与零接触游动扩大 至过盈的“游盈配合”。由于在装配中同样存在压缩的现实，在选择配合轴承3时必须将压 缩量加入轴承3游隙值内，应选择比实施例3轴承3游隙大的标准进行配合，可使轴承3外 圈在受压缩后仍有间隙，保证轴承3始终可在有油沫状态下的无故障运行。实施例5“游盈配合”应用选择当轴承室7材料为铝时，由于膨胀系大于轴承3钢最终在机械旋转运行产生温升 后，若轴承3外圈与轴承室7孔的配合在公差8标准间隙状态下，轴承室7孔势必会大于轴 承3外圈，再加一般合金铝硬度低于轴承3，从而增大轴承3外圈与轴承室7孔间隙配合值， 易引起轴承3外圈旋转及轴承室7孔磨损性扩大，形成磨损性升温、孔扩大变形损毁。按照112机座电机选用306轴承3，轴承3外圈Φ72mm，按优选方式先计算电机轴 承3与轴承室7在正常工作温升值下，由于膨胀系数差产生的间隙变动量差为加工零线X1,取轴承3钢线膨胀系数b = 12 X 10_6，合金铝线膨胀系数c = 20 X 10_6，电机轴承室7正常工作温升值与轴承3正常工作温升A = 50°C。由于轴承3钢膨胀系数小于合金铝，则合金铝轴 承室7D= Φ 72mm在温升设计范围内会产生X = O. 0288大于轴承3的膨胀系数差。该系数 若在配合中不分析考虑，同批次电机中某些采用上偏差的合格品将会在使用过程中，由于 运行温升轴承室7将会间隙增大易引造成轴承3外圈旋转，从而导致轴承3外圈与轴承室 7造成干摩擦加剧温升，形成硬磨损损毁，造成同批次可靠性运行质量差。按本发明采用X 膨胀系数差产生的间隙变动量差设为一加工零线并酌情调整，另一公差8偏差线根据合金 铝轴承室7往往强度低于轴承3外圈，延伸率高于轴承3钢，过盈配合不易使轴承3外圈压 缩。在轴承室7强度低于轴承3外圈时，同时压缩回弹性差，可采用过盈配合。但过盈量不 宜取过大，取在电机轴承3正常工作温升后产生的间隙变动量为最大过盈量即可，采用以 零为标准的由零至过盈的“游盈配合”。使用公差8上偏差0. 00为一加工零线，但下偏差的 数值按在保证温升状态下运行，材料压缩后再升温的回弹量。即轴承室7为φ Ylla2SS 8。“游隙配合”应用选择若采取“游隙配合”轴承室7为φ 72 1"0SS 8，为保证质量必须在轴承室？与轴承 3间添加热膨胀0形圈9，达到降低受热后振动噪声与避免轴承3外圈旋转，公差8可根据0 型圈9膨胀系数与强度计算选择。也可按常规装配轴承3外圈压盖10或压片。根据需求 也可在轴承室7嵌入强度、硬度较高的材质，根据材质另行计算公差8。实施例6“游隙配合”应用当轴承室7材料膨胀系数接近轴承3时，由于膨胀系数接近轴承3钢，所以该公差 8选择与装配时，主要避免不能过盈装配，以免过盈装配造成轴承室7压缩轴承3外圈，形成 轴承3运行无游隙时就会形成干摩擦加剧温升，从而形成缺油或压缩性硬磨损损毁。为保 证轴承3运行内部游隙值及应有的润滑油沫层可采取“游隙配合”，对公差8要求一般的产 品可采用“间隙配合”。按照112机座电机选用306轴承3，轴承3外圈Φ72πιπι，根据GB/T275_xx标准轴 承室7常用公差8配合可采用H6、H7、J7、K7或M7，目前中国Y2、Y3电机使用H6、H7公差 8，按GB/T275-XX选择公差8，同时参照GB1801_XX选用，按标准应查基孔制配合。但基孔制 下偏差是零的标准选择为主。轴承室7D= Φ72πιπι该系数若在配合中不分析考虑，轴承室 7将会压缩轴承3外圈，从而减小轴承3运行内部游隙值及应有的润滑油沫层，当轴承3运 行无游隙时就会造成干摩擦加剧温升，从而形成缺油磨损或压缩性硬磨损损毁，造成同批 次电机可靠性运行质量差。按本发明采用X膨胀系数差产生的间隙变动量差设为一加工零 线并酌情调整，另一公差8偏差线可根据轴承室7加工中圆度、跳动偏差累加为上偏差。由 于膨胀系数接近，无膨胀系数差，但要避免轴承室7压缩轴承3外圈，因此下偏差采用本发 明“游隙配合”慨念中以零为零线的公差8值，上偏差累加误差选择0. 013。若采用有间隙 值的间隙配合，下偏差则可取0. 01加工件累加公差8，上偏差按GB标准Η6为0. 019。即游
隙配合轴承室7偏差为Φ72’ 3 8;间隙配合轴承室7偏差为Φ72忠Si3 8。根据以上分 析说明了在加工中上、下偏差主要可以往上或往下偏移的依据。为初始计算标准，若要考虑 加工精度，则可调整上偏差，在加工时向下偏差偏移。
综上所述根据以上实施例分析了本发明一种符合异步起重电机标准、质量、并能缩短开发周期、节约材料及资金投入，並能及时适应市场进步变化要求，可有效地提高电机无故障运 行时间的标准派生异步笼型起重电机。特别是电机端盖2轴承室7孔与轴承3外圈的配合 中，应用了不同的配合材料在自然装配状态、正常工作状态、特殊工作状态三种不同环境状 态下，由于膨胀系数产生的间隙变动量差。优选选择正常工作状态为公差8配合偏差计算 依据，用计算方式取代以往的选择方式确定设计加工偏差。当膨胀变动量差较大时，加装0 型圈9调节，始终优选保证轴承3在有油沫状态下运行的特点。可使产品达到提高无故障 运行时间、质量，以适应现代社会企业生产和使用。
权利要求
一种标准派生异步笼型起重电机，其特征在于电机外壳(5)、定转子(1)等零部件，除有特定要求的外，基本使用普通IEC标准异步电机零部件并可以互换；电磁(4)设计均按标准设计，也可按客户要求的电机标准及专用起重电机特定要求规范性设计；电机端盖(2)轴承室(7)孔与轴承(3)的配合，按照不同材料在自然装配、正常工作、特殊工作三种不同状态下，优选选择正常工作状态为公差(8)配合偏差依据；当膨胀变动量差较大时，加装O型圈(9)调节，始终以保证轴承(3)在有油沫状态下的运行。
2.根据权利1所述的电机，其特征是电机外壳(5)、定转子(1)主要零部件是普通丫、 丫 2、丫 3系列IEC标准异步电机零件。
3.根据权利1所述的电机，其特征是电机端盖(2)轴承室(7)孔与轴承(3)的公差配 合，是根据材料膨胀系数产生的间隙变动量差，用计算方式取代以往的选择标准方式确定 轴承室(7)公差(8)零线偏差。
4.根据权利1所述的电机，其特征是电机定转子(1)材料选用各类高性能节能工艺轧 制的矽钢片。
全文摘要
本发明公开了一种标准派生异步笼型起重电机。其电机外壳，定、转子等零部件，除有特定要求的外，基本使用普通IEC标准异步电机零部件并可以互换；电机定、转子材料采用高性能节能工艺轧制的矽钢片；电磁设计均按电机标准及专用起重电机特定要求规范性设计。电机端盖轴承室孔与轴承外圈的配合，按照不同的配合材料在自然装配、正常工作、特殊工作三种不同状态下，根据膨胀系数产生的间隙变动量差，选择正常工作状态为首选配合偏差计算依据，用计算方式取代以往的选择方式确定设计加工偏差。当膨胀变动量差较大时，加装O型圈调节。始终以保证轴承在有油沫状态下的运行。从而达到提高电机的无故障运行时间与质量。
文档编号H02K5/04GK101814785SQ20091004640
公开日2010年8月25日 申请日期2009年2月20日 优先权日2009年2月20日
发明者叶礼明, 汤学华, 葛良璞, 陈丹 申请人:上海电机学院;浙江光陆振动器有限公司