大中型電動機插轉(zhuǎn)子機調(diào)平機構(gòu)的設(shè)計與研究

萬正喜， 彭立立

（中機國際工程設(shè)計研究院有限責任公司，長沙410007）

0 引言

大中型電動機品種多，批量少，產(chǎn)品變化大，其定子組裝、轉(zhuǎn)子組裝和總裝之前都還是沿用老的工藝和工裝，均采用臺位式裝配方式，裝配過程均為人工操作。自動化程度很低，裝配周期長，工人勞動強度大，裝配面積大，效率不高，裝配質(zhì)量不穩(wěn)定，且易造成各種傷害，本文詳細分析了插轉(zhuǎn)子機調(diào)平機構(gòu)的設(shè)計。

1 傳統(tǒng)裝調(diào)平方法

專利CN 102810949A公開了一種大中型電動機定子與轉(zhuǎn)子的裝配機，包括主梁及滑動設(shè)置于主梁上的主滑枕、副滑枕，主滑枕上設(shè)置中心檢測裝置，在整個轉(zhuǎn)子套裝定子過程中，通過中心檢測裝置對定子內(nèi)圓中心進行檢測，通過三向調(diào)整裝置對機座中心進行調(diào)整，通過調(diào)節(jié)滑環(huán)端托架和輸入端托架的高度調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的中心，從而實現(xiàn)定子和轉(zhuǎn)子的檢測對中[1]。但該文獻并未對其涉及的調(diào)整平臺進行具體介紹。

CN 202713088U公開了一種三層調(diào)平對中平臺，包括下層高低調(diào)整裝置、中層位移調(diào)整裝置、上層擺動調(diào)整裝置；中層位移調(diào)整裝置的直線導軌設(shè)在下層高低調(diào)整裝置的下方箱上平面上，中層位移調(diào)整裝置的位移方箱通過連接腿支撐于下層高低調(diào)整裝置的下方箱的正上方；上層擺動調(diào)節(jié)裝置的安裝座設(shè)在底座上，上層擺動調(diào)節(jié)裝置的擺動方箱通過第二連接腿支撐于中層位移調(diào)整裝置的位移方箱的正上方[2]。

其中，下層高低調(diào)整裝置是調(diào)節(jié)高度方向的移動，即調(diào)整電動機定子和轉(zhuǎn)子軸線的高度偏差。其主要依靠兩對凸輪機構(gòu)來調(diào)節(jié)，每對凸輪機構(gòu)由電動機驅(qū)動一根軸，軸上面有兩個凸輪機構(gòu)。但該下層高低調(diào)整裝置存在以下的不足：1）凸輪調(diào)節(jié)的范圍很小，一般在20 mm以內(nèi)，當使用該設(shè)備的時候更換不同中心高的電動機的時候，需要增減墊塊來調(diào)整中心高；2）安裝時候?qū)Π惭b工人的要求高，安裝復雜。安裝的時候需要保證在一根驅(qū)動軸上的兩個凸輪相對于驅(qū)動的位置相同，從而保證高低調(diào)整裝置穩(wěn)定性和精度；3）機加工件多，如凸輪等加工復雜，磨損后更換麻煩，影響生產(chǎn)。

中層位移調(diào)整裝置是調(diào)節(jié)水平方向的移動，即調(diào)整電動機定子和轉(zhuǎn)子軸線的水平偏差。其驅(qū)動電動機和減速之間通過同步帶連接，減速機與偏心凸輪相連接，偏心凸輪與拉桿相連接，拉桿固定在中層位移調(diào)整裝置上，中層位移調(diào)整裝置的下端有兩直線導軌，當驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動的時候，通過偏心凸輪及直線導軌即可實現(xiàn)水平方向位置的調(diào)整。但該中層位移調(diào)整裝置存在以下的不足：1）傳動系統(tǒng)復雜，電動機通過同步帶將動力傳給減速機，減速機將動力傳給偏心凸輪，偏心凸輪驅(qū)動拉桿，拉桿驅(qū)動水平方向的移動；2）調(diào)節(jié)的精度低，由于傳統(tǒng)鏈長并且復雜，機加工件多，調(diào)整精度低，需要壓縮彈簧及摩擦塊來調(diào)整其精度。摩擦塊作為易損件，需要經(jīng)常更換，影響設(shè)備的正常使用。

上層擺動調(diào)節(jié)裝置是調(diào)節(jié)水平方向的轉(zhuǎn)動，即調(diào)整電動機定子和轉(zhuǎn)子軸線的平行。其驅(qū)動電動機和減速機之間通過同步帶連接，減速機與偏心凸輪相連接，偏心凸輪與拉桿相連接，拉桿固定在擺動方箱上，擺動方箱的中心設(shè)有擺動軸，且可以繞擺動軸轉(zhuǎn)動，下部設(shè)有壓縮彈簧及摩擦塊的第二連接腿，擺動方箱通過拉桿、偏心凸輪進行調(diào)節(jié)。但該上層擺動調(diào)節(jié)裝置存在以下不足：1）傳動系統(tǒng)復雜。電動機通過同步帶將動力傳給減速機，減速機將動力傳給偏心凸輪，偏心凸輪驅(qū)動拉桿，拉桿驅(qū)動水平方向的移動。2）調(diào)節(jié)的精度低。由于傳統(tǒng)鏈長并且復雜，機加工件多，調(diào)整的時候精度低，需要壓縮彈簧及摩擦塊來調(diào)整其精度。摩擦塊作為易損件，需要經(jīng)常更換，影響設(shè)備的正常使用。

此外，上層擺動調(diào)節(jié)裝置和中層位移調(diào)整裝置的驅(qū)動部分均位于調(diào)整平臺主體結(jié)構(gòu)的外端，結(jié)構(gòu)布局臃腫，不緊湊，占用空間，影響美觀。由于下層高低調(diào)整裝置采用凸輪調(diào)整，其調(diào)節(jié)范圍小，當帶托盤的電動機進入調(diào)整平臺的時候，先通過滾道系統(tǒng)進入下降滾道系統(tǒng)，下降滾道系統(tǒng)再下降一定的高度將帶托盤的電動機定子放置在調(diào)整平臺上。該下降滾道系統(tǒng)分為左右兩組下降機構(gòu)，由兩套液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)升降，需保證左右兩組下降機構(gòu)同步。在使用的過程中出現(xiàn)兩組液壓系統(tǒng)不同步從而將下降滾道系統(tǒng)損壞的情況，并且液壓系統(tǒng)存在泄漏液壓油、維護不方便等問題。

由上述分析可知，現(xiàn)有的調(diào)平機構(gòu)雖然可以實現(xiàn)電動機定子和轉(zhuǎn)子的對中調(diào)整，但仍存在調(diào)節(jié)范圍小、調(diào)節(jié)精度低、機加工件多、生產(chǎn)安裝復雜、成本高等問題和不足。故亟需設(shè)計一種新型的電動機裝配用調(diào)平機構(gòu)。

2 新的調(diào)平機構(gòu)設(shè)計

本方案提供了一種用于電動機定子及轉(zhuǎn)子裝配的調(diào)平機構(gòu)，以解決現(xiàn)有的調(diào)整裝置存在調(diào)節(jié)范圍小、調(diào)節(jié)精度低、結(jié)構(gòu)復雜、生產(chǎn)及安裝成本高的技術(shù)問題。

參照圖1及圖2，本方案提供了一種用于電動機定子及轉(zhuǎn)子裝配的調(diào)平機構(gòu)，包括自下而上依次布置的底層調(diào)整平臺10、中層調(diào)整平臺20及頂層調(diào)整平臺30，其中，底層調(diào)整平臺10包括固定底座11及位于固定底座11之上且經(jīng)至少2個螺旋升降機構(gòu)15進行高度及傾斜角度調(diào)節(jié)的升降平臺16，升降平臺16之上經(jīng)擺動調(diào)整機構(gòu)17連接擺動平臺18，固定底座11與升降平臺16之間設(shè)有用于輔助支撐及縱向?qū)虻亩鄠€導桿14；中層調(diào)整平臺20包括中層平臺21，中層平臺21經(jīng)直線位移機構(gòu)連接擺動平臺18以相對擺動平臺18做直線位移；頂層調(diào)整平臺30包括用于支撐工件的上層平臺31，上層平臺31位于中層平臺21之上且二者之間經(jīng)用于驅(qū)動上層平臺31在中層平臺21所處平面上做周向位移的轉(zhuǎn)動連接機構(gòu)連接。

本方案調(diào)平機構(gòu)，通過底層調(diào)整平臺10實現(xiàn)高度及沿工件軸線的轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)及高度調(diào)節(jié)，通過中層調(diào)整平臺20實現(xiàn)工件水平方向直線位移的調(diào)節(jié)，通過頂層調(diào)整平臺30實現(xiàn)沿水平面轉(zhuǎn)動的調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)電動機裝配中定子安裝座與轉(zhuǎn)子之間的對中調(diào)節(jié)。本實施例中，在固定底座之上設(shè)置經(jīng)至少2個螺旋升降機構(gòu)進行調(diào)節(jié)的升降平臺，且升降平臺之上經(jīng)擺動調(diào)整機構(gòu)連接擺動平臺，當多個螺旋升降機構(gòu)同步動作時，可以進行工件對中的軸線高度調(diào)節(jié)，且當多個螺旋升降機構(gòu)異步動作時，可以實現(xiàn)沿軸線的轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)，該螺旋升降調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)高度范圍大，且通過驅(qū)動系統(tǒng)的精確控制可以實現(xiàn)精調(diào)及粗調(diào)的控制，從而既可以實現(xiàn)工件對中的高度調(diào)節(jié)控制，又可以起到更換電動機中心高時的高度差的調(diào)節(jié)，且經(jīng)導向桿的配合提高了高度調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性，現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)凸輪機構(gòu)調(diào)節(jié)高度，調(diào)節(jié)范圍受限，且傳動復雜，調(diào)整精度低，其在電動機型號進行安裝時，譬如，中心高為315、355、400、450、500、560或者630 mm的安裝座之間切換時，傳統(tǒng)操作需要更換墊塊來滿足相應的高度差的調(diào)節(jié)，本實施例減少相應的更換墊塊的操作，節(jié)省安裝成本，且提高了裝配速度，具有廣泛的推廣應用價值。

圖1 調(diào)平機構(gòu)的主視示意圖

圖2 調(diào)平機構(gòu)的側(cè)視示意圖

圖3 導桿的結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 轉(zhuǎn)動驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 下平臺的結(jié)構(gòu)示意圖

本方案中，固定底座11為鋼板和型材焊接而成，安裝的時候直接與地面預埋的鋼板焊接。固定底座11與升降平臺16之間設(shè)有下平臺13，下平臺13經(jīng)初調(diào)平機構(gòu)12相對固定底座11調(diào)節(jié)平整度。參照圖5，下平臺13為鋼板焊接而成的方形箱形梁結(jié)構(gòu)，其靠近4個邊角處有4個第一通孔131，用于4根導桿14通過，其靠近中間邊上位置有2個第二通孔132，便于螺旋升降機構(gòu)15的螺旋升降絲桿151通過。導桿14第一端貫通下平臺13且與下平臺13的底面固接；螺旋升降絲桿151的第一端貫通下平臺13后連接第一驅(qū)動機構(gòu)，螺旋升降絲桿151的第二端設(shè)有與其配合的絲桿螺母152，絲桿螺母152固定在升降平臺16的底面且在第一驅(qū)動機構(gòu)的作用帶動升降平臺16沿高度位移調(diào)節(jié)。本實施例中，第一驅(qū)動機構(gòu)包括伺服電動機、減速機，每個螺旋升降絲桿對應1個第一驅(qū)動機構(gòu)，絲桿螺母通過螺栓固定在升降平臺16的下面，第一驅(qū)動機構(gòu)固定在下平臺上，伺服電動機和減速器通過法蘭與螺旋升降絲桿連接。本實施例傳動結(jié)構(gòu)簡單，且通過對伺服電動機的控制，其調(diào)節(jié)精度高、調(diào)節(jié)范圍大，由于采用標準化、模塊化的零部件，傳動系統(tǒng)的傳動鏈短，傳動精度高，不需要壓縮彈簧及摩擦塊來調(diào)整精度。

圖6 升降平臺的結(jié)構(gòu)示意圖

圖7 擺動平臺的結(jié)構(gòu)示意圖

本方案中，初調(diào)平機構(gòu)12由多組調(diào)平裝置組成，每個調(diào)平裝置由1個調(diào)平座、2個固定螺栓，1個調(diào)平螺栓組成，調(diào)平座由鋼板焊接而成，初調(diào)平機構(gòu)的調(diào)平座通過焊接固定在下平臺13的側(cè)面，兩個固定螺栓穿過調(diào)平座的底板與下平臺的螺栓孔相連接，調(diào)平螺栓穿過調(diào)平座的底板，調(diào)平螺栓的端部直接支撐在下平臺面上；通過多個調(diào)平裝置的配合實現(xiàn)下平臺13的平整度調(diào)節(jié)。

本方案調(diào)平機構(gòu)還包括用于導入及導出工件的輥道輸送系統(tǒng)40，輥道輸送系統(tǒng)40包括分設(shè)于上層平臺31兩側(cè)的兩組輸送機構(gòu)，每組輸送機構(gòu)均經(jīng)輥道支撐機構(gòu)連接于導桿14的上端，底層調(diào)整平臺10、中層調(diào)整平臺20及頂層調(diào)整平臺30均位于輥道輸送系統(tǒng)40之下。本實施例省去了下降滾道系統(tǒng)，且本實施例的結(jié)構(gòu)件基本位于調(diào)整平臺主體的下面，占用空間少，布局緊促，美觀。輥道輸送系統(tǒng)40處于組裝加工的基準面上且由4根導桿14固定支撐，即同側(cè)的兩根導桿14支撐1組輸送機構(gòu)，底層調(diào)整平臺10、中層調(diào)整平臺20及頂層調(diào)整平臺30均位于2組輸送機構(gòu)之間且位于基準面之下，避免了在組裝現(xiàn)場對施工及運輸?shù)母缮妫煽啃愿?。?jīng)轉(zhuǎn)子輸送機構(gòu)將待安裝的轉(zhuǎn)子輸送至安裝位，定子安裝座經(jīng)外部輸送機構(gòu)導入輥道輸送系統(tǒng)40上，通過底層調(diào)整平臺10、中層調(diào)整平臺20及頂層調(diào)整平臺30的配合控制及動作實現(xiàn)定子與轉(zhuǎn)子的對中，以便于后續(xù)的組裝。

本方案中，參照圖3，導桿14為階梯軸，階梯軸兩端的軸徑尺寸小于其軸身的軸頸尺寸，且兩端均設(shè)有與螺母配合的螺紋段141，階梯軸的第一端經(jīng)螺母固接于下平臺13上，階梯軸的第二端經(jīng)螺母鎖緊于輥道支撐機構(gòu)上。本實施例中，輥道支撐機構(gòu)為由鋼板焊接而成的箱型梁，每個箱型梁上面有完全貫穿的兩個通孔，以便于導桿14通過，安裝的時候，箱型梁的下翼板端面，剛好置于導桿14的軸肩處，上翼板端面由螺母與導桿連接鎖緊。本實施例中，輸送機構(gòu)包括支撐架及鏈式滾輪，支撐架由三塊鋼板組成“雙T板”結(jié)構(gòu)，雙T板的翼板通過螺栓與輥道支撐機構(gòu)的箱型梁連接，鏈式滾輪位于支撐架上循環(huán)移動以帶動其上的工件移動及定位等控制。

參照圖2，擺動調(diào)整機構(gòu)17包括固接于升降平臺16上表面的軸承座171，軸承座171上設(shè)有軸承支撐軸172，軸承支撐軸172上套設(shè)有用于支撐擺動平臺18的軸承173。

參照圖6，本方案中，升降平臺16包括2個相對設(shè)置的箱型梁，每個箱型梁的中部設(shè)有供螺旋升降絲桿151通過的第三通孔161，以與1個螺旋升降機構(gòu)15配合；每個箱型梁的兩端設(shè)有供導桿14通過的第四通孔162；箱型梁的上表面設(shè)有用于安裝擺動調(diào)整機構(gòu)17的固定孔163；當2個螺旋升降機構(gòu)15同步升降動作時，2個箱型梁帶動擺動平臺18進行升降調(diào)節(jié)；當2個螺旋升降機構(gòu)15異步動作時，2個箱型梁帶動擺動平臺18沿其中心軸線擺動調(diào)節(jié)。

擺動平臺18與下平臺13之間還設(shè)有用于限制擺動平臺18的位移極限的限位機構(gòu)19，限位機構(gòu)19包括固接于下平臺13上的限位座191，限位座191上設(shè)有沿縱向開設(shè)的腰形槽192，擺動平臺18的中心軸線上固接有與腰形槽192相配合的限位軸193。參照圖7，擺動平臺18的底面經(jīng)的中心軸線經(jīng)2個支座固定一限位軸193，限位軸193的兩端各有一軸肩。參照圖5，下平臺13的上表面相對兩側(cè)設(shè)有限位座定位孔133，2個限位座191經(jīng)限位座定位孔133固接于下平臺13上。本實施例限位座191由鋼材焊接而成，在限位座191的中間有一腰形槽192，限位軸193的兩端伸入腰形槽192內(nèi)且軸肩與限位座抵靠。本實施例通過設(shè)置固設(shè)于擺動平臺18上的限位軸193及固設(shè)于下平臺13上的限位座191，且限位軸193與限位座191的腰形槽192配合以在其內(nèi)部滑動，從而實現(xiàn)了對擺動平臺18的擺動幅度的限制，提高了平臺運行的可靠性及安全性。

本方案直線位移機構(gòu)包括：固接于擺動平臺18上表面的兩條直線軌道23、設(shè)于中層平臺21下表面且與直線軌道23配合的接觸部及驅(qū)動中層平臺21相對擺動平臺18直線位移的直線位移驅(qū)動系統(tǒng)22。本實施例中，擺動平臺18的上表面固接有用于連接直線軌道23的直線導軌固定箱形梁24，直線導軌固定箱形梁24由兩組箱形梁組成，箱形梁的下端固定在擺動平臺18上，每個箱型梁之上對應設(shè)置一條直線軌道23，每個直線軌道23經(jīng)兩個導軌滑塊相配合固定于箱型梁上；中層平臺21的下表面經(jīng)兩條接觸部與直線軌道23配合以實現(xiàn)直線位移的導向，且中層平臺21在直線位移驅(qū)動系統(tǒng)22的驅(qū)動下進行直線位移，以調(diào)節(jié)軸線水平間的距離。本實施例中，直線位移驅(qū)動系統(tǒng)22由伺服電缸、伺服電缸固定座、伺服電缸驅(qū)動端連接座組成，伺服電缸固定座由鋼板焊接而成，固定在擺動平臺18上，伺服電缸固定在伺服電缸固定座上，伺服電缸驅(qū)動端連接座固定在中層平臺21上，伺服電缸驅(qū)動端連接座的一端與伺服電缸的伸出端相連接，經(jīng)伺服氣缸、伺服電缸或者伺服液壓缸驅(qū)動中層平臺21相對擺動平臺做直線位移。本實施例傳動結(jié)構(gòu)簡單，且通過對伺服電動機的控制，其調(diào)節(jié)精度高、調(diào)節(jié)范圍大，由于采用標準化、模塊化的零部件，傳動系統(tǒng)的傳動鏈短，傳動精度高，不需要壓縮彈簧及摩擦塊來調(diào)整精度。

本方案轉(zhuǎn)動連接機構(gòu)包括位于上層平臺31與中層平臺21之間的回轉(zhuǎn)支撐軸承32及驅(qū)動上層平臺31轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動驅(qū)動系統(tǒng)33。參照圖4，本實施例轉(zhuǎn)動驅(qū)動系統(tǒng)33包括固接于中層平臺21上的驅(qū)動安裝座333，驅(qū)動安裝座333上經(jīng)第一銷軸335連接驅(qū)動器332，且驅(qū)動器332的輸出端經(jīng)第二銷軸334連接驅(qū)動連接座331，驅(qū)動連接座331固接于上層平臺31；驅(qū)動器332為液壓、氣壓或者電動驅(qū)動機構(gòu)。本實施例傳動結(jié)構(gòu)簡單，且通過對驅(qū)動器332（譬如，伺服電動機）的控制，其調(diào)節(jié)精度高、調(diào)節(jié)范圍大，由于采用標準化、模塊化的零部件，傳動系統(tǒng)的傳動鏈短，傳動精度高，不需要壓縮彈簧及摩擦塊來調(diào)整精度。

本方案的中層平臺21由一塊厚度為30～80 mm鋼板直接加工而成長方體結(jié)構(gòu)，回轉(zhuǎn)支撐軸承32位于中層平臺21的正上方，回轉(zhuǎn)支撐軸承32的外圈通過螺栓與其相連接。上層平臺由一塊厚度為30～80 mm鋼板直接加工而成長方體結(jié)構(gòu)，其由螺栓固定在回轉(zhuǎn)支撐軸承32的內(nèi)圈，電動機定子機座的定位銷311固定在上層平臺31的4個邊角處。

圖8 應用現(xiàn)場

3 新的方案的優(yōu)點

本方案用于電動機定子及轉(zhuǎn)子裝配的調(diào)平機構(gòu)，在固定底座之上設(shè)置經(jīng)至少2個螺旋升降機構(gòu)進行調(diào)節(jié)的升降平臺，且升降平臺之上經(jīng)擺動調(diào)整機構(gòu)連接擺動平臺，當多個螺旋升降機構(gòu)同步動作時，可以進行工件對中的軸線高度調(diào)節(jié)，且當多個螺旋升降機構(gòu)異步動作時，可以實現(xiàn)沿軸線的轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)，該螺旋升降調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)高度范圍大，且通過驅(qū)動系統(tǒng)的精確控制可以實現(xiàn)精調(diào)及粗調(diào)的控制，從而既可以實現(xiàn)工件對中的高度調(diào)節(jié)控制，又可以起到更換電動機中心高時的高度差的調(diào)節(jié)，且經(jīng)導向桿的配合提高了高度調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性，其減少相應的更換墊塊的操作，節(jié)省安裝成本，且提高了裝配速度，具有廣泛的推廣應用價值[3]。

4 結(jié)語

針對傳統(tǒng)插轉(zhuǎn)子機調(diào)平機構(gòu)的不足，設(shè)計了一種新的調(diào)平機構(gòu)。該調(diào)平機構(gòu)調(diào)節(jié)高度范圍大、減少相應的更換墊塊的操作，節(jié)省安裝成本，且提高了裝配速度。并且該調(diào)平機構(gòu)應用于河北電動機股份有限公司取得了良好的效果，具有廣泛的推廣應用價值。

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