影響壓縮機(jī)電磁音的加工與裝配工藝研究

金云峰

（南昌海立電器有限公司，江西南昌 330013）

0 引言

旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)在家用空調(diào)壓縮機(jī)市場上占據(jù)著絕對的市場份額[1]。目前空調(diào)壓縮機(jī)市場份額最大2家企業(yè)為自配套，且近幾年均不斷增加產(chǎn)能，行業(yè)內(nèi)其它企業(yè)產(chǎn)能也是逐步增加，空調(diào)壓縮機(jī)行業(yè)的競爭日益激烈，為了應(yīng)對激烈的市場競爭，降低成本、提高品質(zhì)、技術(shù)創(chuàng)新等均是重要的手段。其中空調(diào)壓縮機(jī)質(zhì)量水平已達(dá)到百萬分之（Parts Per Million，PPM）級，市場不允許存在異常的質(zhì)量波動[3]，家用空調(diào)壓縮機(jī)的品質(zhì)指標(biāo)有很多，除了可靠性和壓縮機(jī)能效，就是壓縮機(jī)噪音了。壓縮機(jī)的噪音可分為機(jī)械噪音、電磁噪音和氣體動力性噪音[4]，機(jī)械噪音和氣體動力性噪音主要與初始設(shè)計(jì)相關(guān)，電磁噪音則與生產(chǎn)工藝過程息息相關(guān)[5]。

隨著空調(diào)壓縮機(jī)能效要求越來越高，電機(jī)疊高的增加是提升能效的主要方法，由于轉(zhuǎn)子加長，旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子又是懸臂結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)是柔性的；壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)磁場是一個旋轉(zhuǎn)力波，它的徑向力波使定子和轉(zhuǎn)子發(fā)生徑向變形和周期性震動，產(chǎn)生了電磁噪聲[6]。在定子和轉(zhuǎn)子間的間隙均衡的情況下電磁噪音很小，可以忽略。但實(shí)際情況更多的是電機(jī)中定子與轉(zhuǎn)子之間不均勻間隙會導(dǎo)致二者之間產(chǎn)生不均衡的磁拉力，電機(jī)不平衡磁拉力引起的波動對旋轉(zhuǎn)機(jī)械產(chǎn)生較大影響[8]。不平衡磁拉力會導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生振動和噪聲，尤其是對懸臂機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)子，嚴(yán)重情況可能會造成定子和轉(zhuǎn)子接觸[9]。

在此背景下，本文以某電磁音高發(fā)產(chǎn)品入手，將定轉(zhuǎn)子間隙不良作為主要改善點(diǎn)，提出解決方法。通過一定的實(shí)踐，有效地解決電磁音問題。

1 轉(zhuǎn)子外徑跳動超差分析改善

定子和轉(zhuǎn)子之間的間隙主要由電機(jī)精度、轉(zhuǎn)子精度、殼體精度、整機(jī)裝配過程等因素所決定，生產(chǎn)線定子精度、殼體精度經(jīng)過測量統(tǒng)計(jì)，確定基本可控，轉(zhuǎn)子精度測量統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子外徑跳動存在不穩(wěn)定情況。

理論上定子的磁力中心軸線與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動軸線完全重合，轉(zhuǎn)子外徑跳動超差將導(dǎo)致跳動最大點(diǎn)間隙偏小。在磁極經(jīng)過小間隙時(shí)單向磁力大，經(jīng)過大間隙時(shí)單向磁力小。兩個力方向不同，大小不等，形成不平衡力。當(dāng)間隙不均勻到一定程度，將導(dǎo)致電磁音發(fā)生。

轉(zhuǎn)子在沖壓完成后需進(jìn)行車削加工，車削的精度是保證轉(zhuǎn)子跳動的關(guān)鍵，轉(zhuǎn)子外徑車削車床尾架與主軸同心的理想狀態(tài)是主軸與頂針在一條線上，詳見圖1。但實(shí)際情況是主軸與頂針的中心線是有一定量的偏移及與中心線有一個偏斜角α，見圖2。一般情況主軸的同心度比較好控制；然而，尾架的同心尺寸比較難調(diào)。本研究針對G系列的轉(zhuǎn)子外徑車床尾架進(jìn)行了相應(yīng)改造[10]。

圖1 車床尾架與主軸同心的理想狀態(tài)

圖2 車床尾架與主軸同心的實(shí)際狀態(tài)

原尾架結(jié)構(gòu)簡陋、剛性差，調(diào)整尾架的上下、左右及平行度幾乎沒有度量，調(diào)整困難。調(diào)整一次需要(4～5) h以上。由于剛性差，調(diào)整一次后短期內(nèi)，其精度又會走失。見圖3。針對上述缺點(diǎn)，進(jìn)行了針對性的設(shè)計(jì)；在不改變外形安裝尺寸的前提下，結(jié)構(gòu)力求剛性良好，調(diào)整方便，不再出現(xiàn)精度走失的現(xiàn)象[11]，見圖4。

圖3 原尾架結(jié)構(gòu)

圖4 新設(shè)計(jì)尾架結(jié)構(gòu)

主要改善點(diǎn)如下：

1）增加尾架高度方向精準(zhǔn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，尾架臺面分成上下兩部分，上下兩部分之間的連接部為斜契形配合，可通過螺栓進(jìn)行調(diào)整尾架高度，由于斜度僅為10°，螺栓擰1 mm，尾架高度方向大約升降0.18 mm，既保證了系統(tǒng)的剛性，又能進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)節(jié)[12]；

2）增加尾架水平方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)水平方向精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。

統(tǒng)計(jì)改善前后的轉(zhuǎn)子的圓跳動，規(guī)格值為0.05 mm，改善前連續(xù)加工的過程能力（Process Capability，CP）值為0.57（見圖5），不能滿足工序加工能力要求。改善后連續(xù)加工過程能力CP值為1.19[13]（見圖6），達(dá)到可接受范圍。跟蹤改善后轉(zhuǎn)子整機(jī)間隙不良的情況，A生產(chǎn)線X機(jī)種（間隙不良高發(fā)機(jī)種）間隙不良率由2.41%下降為1.53%，對整機(jī)間隙不良情況改善明顯。

圖5 改善前轉(zhuǎn)子圓跳動加工過程能力

圖6 改善后轉(zhuǎn)子圓跳動加工過程能力

2 裝配過程過定位對電磁音的分析改善

除了轉(zhuǎn)子的精度，另一個影響定轉(zhuǎn)子間隙的主要原因?yàn)檎麢C(jī)裝配精度。該生產(chǎn)線壓縮機(jī)裝配工藝流程依次包括電機(jī)投入、泵體投入（帶間隙規(guī)）、殼體熱套、連接管壓入、三六點(diǎn)焊接、拔間隙規(guī)、間隙檢查、上殼蓋預(yù)裝、上殼蓋壓入和中間商用試驗(yàn)（包含電磁音測試）；裝配過程中的三六點(diǎn)焊接狀態(tài)、整機(jī)冷卻等常見原因前期均已進(jìn)行了較大研究改善，在調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線三六點(diǎn)焊接時(shí)泵體存在過定位情況，懷疑為部分機(jī)種電磁音較高的主因。

根據(jù)六點(diǎn)定位原理，任何未定位的工件在空間直角坐標(biāo)系中都具有6個自由度。工件定位的任務(wù)就是根據(jù)加工要求，限制工件的全部或部分自由度。工件的六點(diǎn)定位原理是指用6個支撐點(diǎn)來分別限制工件的6個自由度，從而使工件在空間得到確定定位的方法。工件的1個或幾個自由度被不同的定位元件重復(fù)限制的定位稱為過定位。當(dāng)過定位導(dǎo)致工件或定位元件變形、影響加工精度時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)禁采用。

三六點(diǎn)焊接是將上缸蓋與殼體進(jìn)行連接，理想狀態(tài)是焊接時(shí)，泵體僅依靠間隙規(guī)進(jìn)行定位，無其它過定位情況，但實(shí)際生產(chǎn)中，為保證吸氣孔與殼體座圈同心，連接管可以順利壓入，連接管壓入時(shí)，泵體需用中心定位銷頂住，連接管壓入完，該定位銷失去作用，但現(xiàn)工藝連接管壓入與三六點(diǎn)焊接均為在線加工，使用同套工裝，三六點(diǎn)焊接時(shí)泵體定位工裝與泵體接觸，造成過定位[14]。三六點(diǎn)焊接時(shí)壓縮機(jī)的定位狀態(tài)如圖7所示。

一般認(rèn)為有間隙片作為隔離，定子和轉(zhuǎn)子之間的間隙可控，但忽略了一點(diǎn)，受到過定位的泵體，盡管定子和轉(zhuǎn)子有間隙片約束被隔離，但此刻的轉(zhuǎn)子曲軸是處于強(qiáng)扭的彈性變形中，一旦間隙規(guī)拔出，曲軸釋放應(yīng)力，定子和轉(zhuǎn)子間隙小于規(guī)格值，即泵體處于歪斜狀態(tài)，受到過定位影響，泵體在間隙規(guī)拔出前后的情況請見圖8。

圖7 三六點(diǎn)焊接時(shí)泵體的定位狀態(tài)

圖8 間隙規(guī)拔出前后泵體狀態(tài)

在實(shí)際生產(chǎn)中印證了上述提到的問題。由于B生產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝與A生產(chǎn)線不一致，B生產(chǎn)線三六點(diǎn)焊接采用離線焊接，即連接管壓入與三六點(diǎn)焊接加工時(shí)不是一套工裝，泵體三六點(diǎn)焊接時(shí)不存在過定位情況，B生產(chǎn)線加工相同機(jī)種，間隙不良比例和電磁音不良比率均小于A生產(chǎn)線；A生產(chǎn)線間隙不良高發(fā)的X機(jī)種間隙不良率為1.53%；B生產(chǎn)線間隙不良率為0.14%。

由此可見，過定位對于電磁音的影響非常大。為此本研究對上述問題進(jìn)行了討論與研究，提出以下改進(jìn)方案。

方案1：托板配銷底部安裝一個凸輪機(jī)構(gòu)[15]，在泵體投入工序生產(chǎn)線底部安裝1個旋轉(zhuǎn)氣缸[16]，使凸輪頂起配銷（2 mm）；在托板進(jìn)入六點(diǎn)焊機(jī)前再安裝一個旋轉(zhuǎn)氣缸，使得焊接三六點(diǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)凸輪放下配銷，以此來避免過定位，詳見圖9；該方法不用改變原有生產(chǎn)線設(shè)備布局，僅改造線體使用托板，總體投入不大，由于實(shí)際生產(chǎn)過程中托板需經(jīng)過焊接工序（在線焊接），托板易受焊塵、焊渣影響導(dǎo)致失效，影響線體開動率，所以使用該方法需提升托板清潔程度。

圖9 托板改造結(jié)構(gòu)圖

方案2：改動原來的配銷座與配銷，增加一個壓簧，即可以成為一套浮動式配銷裝置[17]，該裝置圖示請見圖10，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，投入成本最低，但由于配銷需在連接管壓入時(shí)保證氣缸吸氣孔與座圈的同心，壓簧的選型和耐用度需經(jīng)過實(shí)際使用驗(yàn)證，且驗(yàn)證所需耗費(fèi)的時(shí)間較長，由于生產(chǎn)線一直處于滿產(chǎn)狀態(tài)，不具備長期試驗(yàn)的條件，故該方案暫不考慮。

方案3：將在線設(shè)備改造為離線設(shè)備（與B生產(chǎn)線類似），該方案可比較徹底解決過定位問題，且B線體已有先例，可確保實(shí)施效果，但A線體為較老線體，如進(jìn)行此改造，需新購設(shè)備和線體，整體投入較大，實(shí)施周期長，且原生產(chǎn)線其它設(shè)備均已布置得比較緊湊，難以實(shí)現(xiàn)合理的線體布局。

綜合以上3個方案，方案一在A生產(chǎn)線上改造的可行性較高，如果新購線體，建議采用方案3。

圖10 配銷改造結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)論

本文針對家用空調(diào)壓縮機(jī)電磁音產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，研究重點(diǎn)放在壓縮機(jī)裝配過程中定子和轉(zhuǎn)子間隙保證，以轉(zhuǎn)子跳動改善和裝配過程中過定位作為改善點(diǎn)，得出如下結(jié)論。

1）通過轉(zhuǎn)子車削設(shè)備頂針裝置優(yōu)化，保證車削過程中頂針、芯棒、卡盤的同心，進(jìn)而改善轉(zhuǎn)子跳動，同時(shí)方便生產(chǎn)過程中同心度的調(diào)整，保證長期質(zhì)量穩(wěn)定，通過對轉(zhuǎn)子圓跳動改善前后電磁音不良分析，轉(zhuǎn)子圓跳動對電磁音有明顯的影響，保證轉(zhuǎn)子圓跳動可以有效控制電磁音不良的產(chǎn)生。

2）通過過定位分析，發(fā)現(xiàn)裝配線體托板中心配銷是導(dǎo)致過定位的主要原因，過定位導(dǎo)致三六點(diǎn)焊接時(shí)泵體處于歪斜狀態(tài)，間隙規(guī)拔出后由于塑性變形，轉(zhuǎn)子與電機(jī)的間隙偏移，通過對過定位進(jìn)行改善，可以有效控制壓縮機(jī)間隙不良的產(chǎn)生。