专利名称：一种大型电机组合式转轴及其组装方法
技术领域：
本发明涉及一种大型电机组合式转轴及其组装方法。
背景技术：
如今，大功率、低转速变频调速轧钢电机已被运用在越来越多的工程场合中，作为一种大型电机，其制造难度大，制造成本也居高不下，尤其是此类电机的转子的制造，若采用传统的叠片式磁轭或整体锻件磁轭(转轴)，则仅转轴的重量就将超过百吨，不仅锻造难度大、成本高，而且转轴的刚度和强度也无法保障；因此，此类电机多采用三段式组合轴 (磁轭)，其中，中间轴(磁轭部分)为空心式，但三段轴的连接和固定要求非常高，若采用传统焊接的方式连接，则对焊接工艺和设备的要求颇高，从而造成制造工艺复杂，成本下降困难等问题。在申请号为200710038566. 3中公开了专利《大型粗轧电机三段式转轴及其组装方法》，该专利采用了通过螺杆、螺母及定位销连接三段轴的方法，该技术虽然能降低制造成本并能保证转轴的刚度和强度，但是却存在这样的隐患，即由于轴组装止口是间隙配合， 如组合轴产生严重偏心时则会影响电机电磁气隙，进而影响电机电气性能，同时影响转子平衡，从而造成机械振动超标；另外，上述的转轴在转子在运行过程中还存在螺母会松动的隐患，因此，需要对此类转轴的结构和组装方法进行改进。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种大型电机组合式转轴及其组装方法，以实现在既能保持转轴刚性又能降低制造成本的基础上，对组合轴轴中心进行精确校调、提高转轴组装时的安全性和转子运行可靠性的目的，从而确保了电机电气性能和转子平衡，避免了机械振动超标的问题。本发明之一所述的一种大型电机组合式转轴，它包括依次连接的非负载端轴、中空轴和负载端轴，所述中空轴的两端分别设有凹止口，并沿一圆周均布有若干个螺孔和若干个定位销孔；所述非负载端轴与中空轴连接的端面上设有与中空轴的凹止口匹配的凸止口、螺孔和定位销孔，且该端面上位于所述凸止口内侧沿一圆周均布有若干个通孔，所述非负载端轴的另一端面设有凹止口和若干个螺孔；所述负载端轴与中空轴连接的端面上设有与中空轴的凹止口匹配的凸止口、螺孔和定位销孔，其另一端面设有凸止口和一字键槽；所述非负载端轴和负载端轴分别通过凸止口与中空轴上的凹止口装合，并以螺杆和定位销轴向固定的方式与中空轴紧固连接。在上述的大型电机组合式转轴中，所述中空轴采用厚度范围为170-190mm的钢板滚圆及焊接后制成。
本发明之二所述的一种大型电机组合式转轴的组装方法，包括下列步骤步骤一，加工上述的非负载端轴、中空轴和负载端轴，包括加工其外圆及凹、凸止口，加工各段轴之间的配合面及非配合面上的螺孔、通孔和键槽；步骤二，将中空轴竖直放置在装配平台上，将非负载端轴的凸止口竖直向下地的嵌配进中空轴的凹止口中，并在非负载端轴和中空轴的连接处预装工艺螺栓、垫圈和螺母后，加工两者连接面上的定位销孔，最后拆除所述工艺螺栓、垫圈和螺母，并吊走非负载端轴；步骤三，将中空轴翻身竖直放置在装配平台上，将负载端轴的凸止口竖直向下地的嵌配进中空轴的凹止口中，并通过旋紧设备在中空轴和负载端轴的连接处安装产品螺杆和产品螺母后，加工两者连接面上的定位销孔；步骤四，将连接好的中空轴和负载端轴水平且不能滚动地放置在装配平台上，在非负载端轴和中空轴的连接处等间隔地预装若干工艺螺栓和螺母，同时将非负载端轴的凸止口沿水平方向地嵌配进中空轴的凹止口中；步骤五，通过旋紧设备分别在非负载端轴和中空轴以及中空轴和负载端轴的连接处安装定位销和定位销螺母；步骤六，通过旋紧设备在中空轴和非负载端轴的连接处安装产品螺杆和产品螺母；步骤七，先通过圆柱销分别在定位销螺母和产品螺母外套接一钢圈，再在每两个或三个相邻的钢圈外缘连接一钢条。在上述的大型电机组合式转轴的组装方法中，所述步骤一中还包括加工非负载端轴和中空轴以及中空轴和负载端轴的配合面的凹、凸止口的倒角。在上述的大型电机组合式转轴的组装方法中，在所述步骤二和步骤三中的非负载端轴和中空轴以及中空轴和负载端轴的凹、凸止口嵌配后还进行止口间隙的检测和调整。在上述的大型电机组合式转轴的组装方法中，所述的旋紧设备包括一支撑件和一液压拉伸器，其中，所述支撑件套在产品螺母上且其一端抵在非负载端轴或负载端轴的法兰端面上，其另一端插入液压拉伸器内孔。由于采用了上述的技术解决方案，本发明的组合式转轴既能保持一定刚性又具有转动惯量较小、便于调速的特点，而且结构简单，成本较低；本发明的组装方法即使得转轴在运行中能够承受2. 25倍额定转矩和轧机频繁正、反转轧制产生的巨大冲击负荷，而且能有效防止转子在运行过程中螺母松动的情况，大大提高转子工作的可靠性；同时，由于对非负载端轴和负载端轴结构上的优化和改进，使得在转轴组装过程中，对组合轴轴中心的校调更为精确，操作也更为方便，从而减少了由于组合轴严重偏心而对电机电磁气隙的影响， 进而确保了电机电气性能和转子平衡，避免了机械振动超标的问题；另外，也使得这种大型电机转子转轴的吊运过程更为安全便捷。
图1 (a)是本发明一种大型电机组合式转轴的结构示意图；图1 (b)是图1 (a)中A方向的视图；图1 (c)是图1 (a)中B方向的视图2是本发明一种大型电机组合式转轴的组装方法中步骤二的状态示意图；图3是本发明一种大型电机组合式转轴的组装方法中校调轴中心的状态示意图；图4是本发明一种大型电机组合式转轴的组装方法中步骤三的状态示意图；图5是本发明一种大型电机组合式转轴的组装方法中安装产品螺杆和产品螺母的状态示意图；图6是本发明一种大型电机组合式转轴的组装方法中安装定位销和定位销螺母的状态示意图；图7是本发明一种大型电机组合式转轴的组装方法中步骤四的状态示意图；图8(a)是本发明一种大型电机组合式转轴的组装方法中步骤七的状态示意图；图8(b)是图8(a)中的A-A向旋转示意图；图8(c)是图8(a)中的B向旋转示意图；图8(d)是图8(a)中的C向旋转示意图。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明的具体实施例进行详细说明。请参阅图1 (a)至(C)，本发明的一种大型电机组合式转轴包括依次连接的非负载端轴1 (即小轴)、中空轴2和负载端轴3 (即法兰轴)，其中，中空轴2的两端分别设有凹止口 20，并沿一圆周均布有若干个螺孔(图中未示) 和若干个定位销孔(图中未示)；非负载端轴1与中空轴2连接的端面上设有与中空轴2的凹止口 20匹配的凸止口 10、螺孔和定位销孔，且该端面上位于凸止口 10内侧沿一圆周均布有4个直径为500mm 的通孔11，以便于轴组装后人进入轴中工作，如轴较小，则可设置3个直径为440mm的通孔 11 ；非负载端轴1的另一端面设有凹止口 12和若干个螺孔13，用于在组装时与起吊工具连接；负载端轴3与中空轴2连接的端面上设有与中空轴2的凹止口 20匹配的凸止口 30、螺孔和定位销孔，其另一端面设有凸止口(图中未示)和斜度为1 10的一字键槽31， 并通过键和连接螺栓、螺母同传动端法兰(图中未示)连接带动负载(图中未示)，该端面的凸止口可同传动端法兰的凹止口对接以确保轴系同心；非负载端轴1和负载端轴3分别通过凸止口 10、30与中空轴2上的凹止口 20装合，并以螺杆和定位销轴向固定的方式与中空轴2紧固连接。在本实施列中，中空轴2采用厚度范围为170-190mm(最佳的厚度为180mm)的钢板经滚圆、焊接、打磨、磁粉探伤、着色探伤合格后精加工成形，从而使整体轴不仅机械强度及结构刚性好，且重量轻，转轴(磁轭)成本低；非负载端轴1和负载端轴3均采用锻钢件； 由于电机在运行中承受着2. 25倍额定转矩和轧机频繁正、反转轧制产生的巨大冲击负荷， 因此在本实用新型中，非负载端轴1和中空轴2、负载端轴3和中空轴2分别通过16个M80 高强度螺栓连接，并且在负载端轴3设有有8个定位销，非负载端轴1设有4个定位销，定位销安装于轴连接端面并沿一节圆均布。基于上述大型电机组合式转轴的结构，其组装方法，包括下列步骤步骤一，加工非负载端轴1、中空轴2和负载端轴3，包括加工每段轴相互连接处的的止口 10、20、30、螺孔以及非负载端轴1 一端面上的通孔11以及另一端面上的凹止口 12、 螺孔13，负载端轴3的与传动端法兰连接端上的凸止口和一字键槽31，还包括在每段轴的结合面用油石打磨平整。步骤二，请参阅图2至图3 先将中空轴2竖直放置在装配平台4上，用框式水平仪5校正水平，并控制中空轴 2的水平度在0. 02mm以内，如超差则用垫片垫；然后在非负载端轴1的一端安装小轴起吊工具6，通过与非负载端轴1端面凹止口 12连接确保将非负载端轴1垂直吊起，将非负载端轴1的凸止口 10竖直向下地的嵌配进中空轴2的凹止口 20中(为了确保轴装合止口进入有导向，以便于组装，可在非负载端轴1的凸止口 10预先加工0.5X45°的倒角，在中空轴2的凹止口 20预先加工2X45°的倒角)；由于轴组装止口是间隙配合，如组合轴产生严重偏心时会影响电机电磁气隙，进而影响电机电气性能，或者影响转子平衡，从而造成机械振动超标，故要校调正组合轴轴中心，具体操作时，人员通过非负载端轴1的通孔11进入，用塞尺测止口 10、20的间隙120 (对应非负载端轴1法兰止口端面，即与中空轴2的接触面上沿一圆周均布的8个螺孔位置，米字形做标记测8点)，要求180°位置间隙值差< 0. 04mm,如超差，则利用检测间隙120小处法兰止口端面上的螺孔(表面刮有沉孔)，在螺孔中装起顶装置7，顺时针扳扳手8进行微调间隙，使之符合要求，另外，在轴外圆用塞尺检查轴接触面间隙应< 0. 04mm ；接着在非负载端轴1和中空轴2的连接处预装工艺螺栓、垫圈和螺母，对称交替紧固好螺母后，上数控镗床加工两者连接面上的定位销孔；最后拆除所述工艺螺栓、垫圈和螺母，并吊走非负载端轴1。步骤三，请参阅图4至图5 先将中空轴2翻身竖直放置在装配平台4上，用框式水平仪5校正水平，并控制中空轴2的水平度在0. 02mm以内，如超差则用垫片垫；然后在负载端轴3的一端安装法兰轴起吊工具6’，在起吊过程中，用葫芦9调整负载端轴3垂直度，要求控制在0. 02mm以内，将负载端轴3的凸止口 30竖直向下地的嵌配进中空轴2的凹止口 20中，安装前对负载端轴3的凸止口 30、中空轴2的凹止口 20的倒角加工以及安装后止口间隙的检测和调整均可按步骤二中所述进行；接着在中空轴2和负载端轴3的连接处安装产品螺杆101和产品螺母102，即先清理螺孔，在产品螺杆101的螺纹处涂二硫化钼油脂后，旋入螺孔中，并使产品螺杆101的端面伸出负载端轴3的法兰端面(即与中空轴2的接触面)距离为H，H = 145 147mm(产品螺杆101端面的扁身便于用开口扳手扳紧)，然后将产品螺母102套装在产品螺杆101的伸出段上使之压紧负载端轴3的法兰端面，再通过旋紧设备施压拉伸产品螺杆101，旋紧设备包括一支撑件103和一具有连接高压油管105的油缸106的液压拉伸器104，支撑件103 套在产品螺母102上且其一端抵在负载端轴3 (或非负载端轴2、的法兰端面上，其另一端插入液压拉伸器104的内孔中；旋紧设备依次加压至80Mpa、90Mpa、100Mpa，每加压一次，对称交替紧固产品螺母102，旋紧产品螺母102后卸压，拆除旋紧设备；最后上数控镗床加工中空轴2和负载端轴3连接面上的定位销孔。步骤四，如图7所示，先利用垫块40(垫块40表面有凹槽防止轴转动)将连接好的中空轴2和负载端轴3平放在装配平台4上，调整轴使之搁置水平并且不能滚动，清理干净全部定位销孔后，用钢丝41、葫芦9吊住非负载端轴1，并在非负载端轴1和中空轴2的连接处按四等分预装四只工艺螺栓42，非负载端轴1法兰面根据标记调整好径向位置套装轴，期间，通过拉动葫芦9调整非负载端轴1水平，在将非负载端轴1的凸止口 10沿水平方向地嵌配进中空轴2的凹止口 20中后，装四只工艺螺母44，非负载端轴1的法兰端底部装千斤顶43调节上下高度，四只工艺螺母要44同时均勻缓慢扳紧使止口 10、20装合，预紧螺母。步骤五，如图6所示，通过旋紧设备分别在非负载端轴1和中空轴2以及中空轴2 和负载端轴3的连接处安装定位销107和定位销螺母，即先在定位销107的一端车制螺纹并加工成锥度，在该端上装带锥度内径的弹性钢套筒108后，装入定位销孔，并使之端面伸出非负载端轴1或负载端轴3的法兰端面(即与中空轴2的接触面)距离为H，H = 145 147mm ；再参考步骤三中的方法，用液压拉伸器104加压20_25Mpa，拉动定位销107使套筒 108与定位销孔胀紧，起到销孔作用。步骤六，完全按照步骤三中的方法，在中空轴2和非负载端轴1的连接处安装产品螺杆101和产品螺母102。步骤七，请参阅图8 (a)至图8 (d)，为防止转子在运行过程中螺母松动采取了下列措施，即在非负载端轴1或负载端轴3的法兰端面上的产品螺母和定位销螺母外套特制钢圈109，钢圈109上销孔和螺母上销孔对准后打入圆柱销111，圆柱销111外端部同钢圈109 冲毛固定，在每两个或三个相邻的钢圈109外缘焊接一钢条110，从而确保转子运行产品螺杆101和定位销107不松动。以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种大型电机组合式转轴，它包括依次连接的非负载端轴、中空轴和负载端轴，其特征在于，所述中空轴的两端分别设有凹止口，并沿一圆周均布有若干个螺孔和若干个定位销孔；所述非负载端轴与中空轴连接的端面上设有与中空轴的凹止口匹配的凸止口、螺孔和定位销孔，且该端面上位于所述凸止口内侧沿一圆周均布有若干个通孔，所述非负载端轴的另一端面设有凹止口和若干个螺孔；所述负载端轴与中空轴连接的端面上设有与中空轴的凹止口匹配的凸止口、螺孔和定位销孔，其另一端面设有凸止口和一字键槽；所述非负载端轴和负载端轴分别通过凸止口与中空轴上的凹止口装合，并以螺杆和定位销轴向固定的方式与中空轴紧固连接。
2.根据权利要求1所述的大型电机组合式转轴，其特征在于，所述中空轴采用厚度范围为170-190mm的钢板滚圆及焊接后制成。
3.一种大型电机组合式转轴的组装方法，其特征在于，所述组装方法包括下列步骤 步骤一，加工权利要求1所述的非负载端轴、中空轴和负载端轴，包括加工其外圆及凹、凸止口，加工各段轴之间的配合面及非配合面上的螺孔、通孔和键槽；步骤二，将中空轴竖直放置在装配平台上，将非负载端轴的凸止口竖直向下地的嵌配进中空轴的凹止口中，并在非负载端轴和中空轴的连接处预装工艺螺栓、垫圈和螺母后，加工两者连接面上的定位销孔，最后拆除所述工艺螺栓、垫圈和螺母，并吊走非负载端轴；步骤三，将中空轴翻身竖直放置在装配平台上，将负载端轴的凸止口竖直向下地的嵌配进中空轴的凹止口中，并通过旋紧设备在中空轴和负载端轴的连接处安装产品螺杆和产品螺母后，加工两者连接面上的定位销孔；步骤四，将连接好的中空轴和负载端轴水平且不能滚动地放置在装配平台上，在非负载端轴和中空轴的连接处等间隔地预装若干工艺螺栓和螺母，同时将非负载端轴的凸止口沿水平方向地嵌配进中空轴的凹止口中；步骤五，通过旋紧设备分别在非负载端轴和中空轴以及中空轴和负载端轴的连接处安装定位销和定位销螺母；步骤六，通过旋紧设备在中空轴和非负载端轴的连接处安装产品螺杆和产品螺母； 步骤七，先通过圆柱销分别在定位销螺母和产品螺母外套接一钢圈，再在每两个或三个相邻的钢圈外缘连接一钢条。
4.根据权利要求3所述的大型电机组合式转轴的组装方法，其特征在于，在所述步骤一中还包括加工非负载端轴和中空轴以及中空轴和负载端轴的配合面的凹、凸止口的倒
5.根据权利要求3所述的大型电机组合式转轴的组装方法，其特征在于，在所述步骤二和步骤三中的非负载端轴和中空轴以及中空轴和负载端轴的凹、凸止口嵌配后还进行止口间隙的检测和调整。
6.根据权利要求3所述的大型电机组合式转轴的组装方法，其特征在于，所述的旋紧设备包括一支撑件和一液压拉伸器，其中，所述支撑件套在产品螺母上且其一端抵在非负载端轴或负载端轴的法兰端面上，其另一端插入液压拉伸器内孔。
全文摘要
本发明涉及一种大型电机组合式转轴及其组装方法，其中转轴包括依次连接的非负载端轴、中空轴和负载端轴，所述中空轴的两端分别设有凹止口，并沿一圆周均布有若干个螺孔和若干个定位销孔；所述非负载端轴与中空轴连接的端面以及负载端轴与中空轴连接的端面上分别设有与中空轴的凹止口匹配的凸止口、螺孔和定位销孔；所述非负载端轴和负载端轴分别通过凸止口与中空轴上的凹止口装合，并以螺杆和定位销轴向固定的方式与中空轴紧固连接。本发明能有效防止转子在运行过程中螺母松动的情况，大大提高转子工作的可靠性；同时，使得对组合轴轴中心的校调更为精确，操作也更为方便，进而确保了电机电气性能和转子平衡，避免了机械振动超标的问题。
文档编号H02K7/00GK102195396SQ20101012767
公开日2011年9月21日 申请日期2010年3月19日 优先权日2010年3月19日
发明者滕文江, 王赋 申请人:上海电气集团上海电机厂有限公司