電渦流測(cè)功機(jī)修復(fù)裝配技術(shù)

摘要：本文通過實(shí)例介紹了一種電渦流測(cè)功機(jī)的結(jié)構(gòu)原理及修復(fù)方法，對(duì)測(cè)功機(jī)的修復(fù)技術(shù)、修復(fù)步驟進(jìn)行了詳細(xì)介紹，由于測(cè)功機(jī)廣泛用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、柴油及內(nèi)燃機(jī)等設(shè)備的開發(fā)試驗(yàn)中。其過速能力、過距能力、過功能力較小，在試驗(yàn)中難免會(huì)出現(xiàn)問題，因此，研究電渦流測(cè)功機(jī)修復(fù)裝配技術(shù)具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。

Abstract： In this paper， the structural principle and repair method of an electric eddy current dynamometer are introduced through an example， and the repair technology and steps of the dynamometer are introduced in detail. Because dynamometer is widely used in the development and test of aircraft engine， gas turbine， diesel engine and internal combustion engine， etc. Its overspeed ability， overdistance ability and overpower ability are small， which will inevitably cause problems in the test. Therefore， it is of great practical significance to study the repair and assembly technology of eddy current dynamometer.

關(guān)鍵詞：輪盤轉(zhuǎn)子;動(dòng)平衡;裝配間隙;測(cè)功機(jī)裝配

Key words： wheel rotor;dynamic balance;assembly clearance;dynamometer assembly

中圖分類號(hào)：U467.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）23-0163-02

1? 測(cè)功機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及原理

①測(cè)功器的主體結(jié)構(gòu)：1感應(yīng)盤;2轉(zhuǎn)軸;3聯(lián)軸器;4出水管;5勵(lì)磁繞組;6冷卻室支撐;7冷卻室（渦流環(huán)）;8測(cè)速裝置;9底板;10軸承座;11進(jìn)水管等。

②測(cè)功機(jī)的基本原理。盤式電渦流測(cè)功器主要是由旋轉(zhuǎn)部分（感應(yīng)盤）和擺動(dòng)部分（電樞和勵(lì)磁繞組）組成。感應(yīng)盤形狀猶如直齒輪，一般由低碳鋼制成。而產(chǎn)生渦流的地方是冷卻室，它通常是由電工純鐵制成的。當(dāng)給勵(lì)磁繞組通上直流電以后，那么圍繞著勵(lì)磁繞組將產(chǎn)生一個(gè)閉合的磁通。當(dāng)感應(yīng)盤被拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣隙磁密隨感應(yīng)盤的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生周期變化。由此，在冷卻室的表面及一定深度的范圍內(nèi)將產(chǎn)生渦流電勢(shì)，即產(chǎn)生渦流。該渦流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)又與氣隙磁場(chǎng)相互作用，就產(chǎn)生了制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因此，當(dāng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)感應(yīng)盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，裝有冷卻室的定子就通過傳力臂把它產(chǎn)生的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩傳到測(cè)力裝置（拉壓傳感器）上，從而達(dá)到測(cè)轉(zhuǎn)速、測(cè)轉(zhuǎn)矩的目的，進(jìn)而測(cè)其功率。

2? 測(cè)功機(jī)的修復(fù)

2.1 輪盤轉(zhuǎn)子的檢查與修復(fù)

輪盤轉(zhuǎn)子的左端面與輪盤發(fā)生摩擦，端面磨損較嚴(yán)重。除了考慮輪盤端面的修復(fù)外，還要考慮軸的兩端軸承安裝表面的同軸度及其與輪盤端面的垂直度。因此決定在臥式車床上采用“一夾一頂”的方式裝夾零件，找正兩端軸承安裝表面的同軸度及其與輪盤右端面的垂直度不大于0.02，車加工左端面見光。

2.2 輪盤轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡檢查

①測(cè)功機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為5500rpm，屬于高速度，高精度旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，其由于機(jī)械振動(dòng)原因而受到的損害比例要大得多。在產(chǎn)生振動(dòng)的多個(gè)因素里，影響較大是“不平衡力”，轉(zhuǎn)子由于加工誤差，裝配誤差，零件材質(zhì)分布不均勻不對(duì)稱等原因，旋轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生不平衡的慣性力及力矩，其方向隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生周期性的變化。這種交變的不平衡力或力矩作用在轉(zhuǎn)子上，就會(huì)引起測(cè)功機(jī)的振動(dòng)，加速軸承磨損和產(chǎn)生噪音，造成轉(zhuǎn)子部件的高頻疲勞和強(qiáng)迫振動(dòng)損壞，降低機(jī)器壽命，甚至還會(huì)使測(cè)功機(jī)失校。測(cè)功機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為5500rpm，輪盤轉(zhuǎn)子在受磨損后可能會(huì)有變形發(fā)生，因此需進(jìn)行動(dòng)平衡檢查，對(duì)于平衡加工而言，首先要確定的是零件的公差范圍。

②輪盤轉(zhuǎn)子的不平衡量的計(jì)算。輪盤轉(zhuǎn)子零件工作轉(zhuǎn)速n=5500r/min，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量M為30KG，平衡精度等級(jí)為G2.5。

根據(jù)平衡計(jì)算，可以得出該盤的平衡公差的選擇范圍應(yīng)選擇50gmm至120gmm區(qū)間。不平衡度約為4gmm/kg。本零件采用SCHENCK臥式動(dòng)平衡機(jī)上進(jìn)行動(dòng)平衡加工。采用軸承安裝面作滾輪的支撐表面進(jìn)行平衡，采用在轉(zhuǎn)子外圓面鉆削局部去重的方法。

2.3 靜子機(jī)匣的檢測(cè)與修復(fù)

靜子機(jī)匣需檢測(cè)兩端軸承座的同軸度及其與機(jī)匣定位端面的垂直度，需修復(fù)與轉(zhuǎn)子摩擦所產(chǎn)生的磨損表面。難點(diǎn)一：由于零件較重，靜止機(jī)匣的重量約2噸左右，上下機(jī)匣各約1噸左右，在其兩端有軸承座突出其表面，外部沒有可供裝夾的表面，因此靜止機(jī)匣的裝夾找正是一個(gè)難題。解決方法：在受損機(jī)匣的外表面焊接四個(gè)均布圓柱支座，先以機(jī)匣端面為基準(zhǔn)，加工四個(gè)支座的底面見光，使其與機(jī)匣安裝端面平行。然后以支座的底面為基準(zhǔn)，找正下半機(jī)匣的內(nèi)止口，打表軸承安裝座內(nèi)孔的跳動(dòng)值不大于0.02，在外圓加工一找正環(huán)帶作為上下機(jī)匣合體后的找正基準(zhǔn)，然后將機(jī)匣軸向壓緊。將上半機(jī)匣與下半機(jī)匣通過止口定位合為一體。難點(diǎn)二：找正上半機(jī)匣軸承座的內(nèi)孔的跳動(dòng)值為0.1mm。這不符合上下軸承座內(nèi)孔同軸度0.03的要求。解決方法：通過加工下半機(jī)匣止口內(nèi)孔的方法將上下軸承座內(nèi)孔同軸度找正至0.03。合體前先將加工下半機(jī)匣止口內(nèi)孔去量直徑0.2mm，通過外圓找正環(huán)帶找正上下軸承座內(nèi)孔同軸度至0.03以內(nèi)后，將上下機(jī)匣的聯(lián)接螺栓擰緊，將此找正好的位置進(jìn)行固定。然后將組件卸下，在搖臂鉆上加工4個(gè)直徑16的銷孔。在裝配的時(shí)候，裝入配磨好的4個(gè)銷釘。這時(shí)上下軸承座內(nèi)孔同軸度0.03的要求得到了解決。

2.4 盤與靜子機(jī)匣軸向裝配間隙的測(cè)量與保證

轉(zhuǎn)子輪盤兩端面與機(jī)匣的間隙為1.3～1.4。難點(diǎn)1：由于輪盤轉(zhuǎn)子被封閉在由兩個(gè)機(jī)匣及銅線包形成的封閉空腔里，如何保證轉(zhuǎn)子輪盤兩端面與機(jī)匣的間隙為1.25～1.45。解決方法：①先裝配機(jī)匣的右半部分，因?yàn)橛覀?cè)軸承是兩個(gè)背靠背安裝的滾珠軸承（型號(hào)為SKF7213 BECEM），內(nèi)外圈都得到了完全定位，內(nèi)圈用螺母緊固，軸向沒有竄動(dòng)量。因?yàn)檩S的另一端未得到固定，因此軸會(huì)有一定的擺動(dòng)量，輪盤轉(zhuǎn)子與機(jī)匣的間隙間隙按1.3～1.4進(jìn)行測(cè)量。輪盤轉(zhuǎn)子與機(jī)匣的間隙通過1.3塞尺塞入邊緣，然后輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤轉(zhuǎn)子，與塞尺無刮碰現(xiàn)象發(fā)生。證明間隙大于1.3mm，而當(dāng)將1.4塞尺塞入邊緣后，輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤轉(zhuǎn)子會(huì)出現(xiàn)卡住或刮碰情況發(fā)生，證明間隙小于1.4mm。②在左側(cè)機(jī)匣的與轉(zhuǎn)子配合的端面上粘上Ф10×1.3的薄片，在其上圖上紅丹粉。然后將左右機(jī)匣合為一體，垂直放置，輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子，1.3的薄片發(fā)生了竄動(dòng)。難點(diǎn)2：如何調(diào)節(jié)左側(cè)機(jī)匣的與轉(zhuǎn)子配合的間隙。解決方法：通過尺寸鏈計(jì)算的辦法。左側(cè)機(jī)匣與轉(zhuǎn)子盤配合的間隙：

t=L-L1-L2=183.9-（33.5+5.2+63.75+10.1）-69.5=1.8（實(shí)測(cè)值）

如果t大于1.4mm，則在下半機(jī)匣A面去余量t-1.4;

如果t小于1.4mm，則在下半機(jī)匣B面去余量1.4-t。

實(shí)測(cè)驗(yàn)證：多于的余量在立車上加工去除。將加工好的機(jī)匣水平放置，以四個(gè)立柱支撐，在B面左側(cè)機(jī)匣的與轉(zhuǎn)子配合的端面上粘上Ф10×1.3及Ф10×1.4的薄片，在其上涂上紅丹粉。然后將左右機(jī)匣合為一體，垂直放置，輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子，如1.3的薄片沒有竄動(dòng)而Ф10×1.4的薄片有竄動(dòng)，則證明間隙在1.3～1.4之間。

2.5 軸承的選取與安裝

軸承的選取主要考慮如下因素：a軸承所占機(jī)械的空間和位置，通常小軸選用球軸承，大軸選用滾子軸承。b軸承所承受載荷的大小、方向和性質(zhì)，載荷是選用軸承的主要因素。滾子軸承用于承受較重的載荷，球軸承用于承受中等或較輕載荷。c軸承的剛性，是指軸承產(chǎn)生單位變形所需力之大小。當(dāng)對(duì)軸承剛性要求較高時(shí)，一般選用圓柱或圓錐滾子軸承。d軸承的轉(zhuǎn)速，每一個(gè)軸承型號(hào)都有其自身的極限轉(zhuǎn)速，它是由諸如尺寸、類型及結(jié)構(gòu)等物理特性所決定的。e軸承游動(dòng)和軸向位移。在測(cè)功機(jī)軸承的選擇上，由于轉(zhuǎn)子在勵(lì)磁線圈的作用下承受較大的軸向載荷和自重產(chǎn)生的徑向載荷，因此，在右端成對(duì)選擇了SKF7213 BECBM1i高精密、高轉(zhuǎn)速的角接觸球軸承，采用背對(duì)背的安裝方式，將軸的一端固定。另一端選用了SKFN213ECP滑動(dòng)軸承，滾子在軸承圈內(nèi)可軸向移動(dòng)，可以適應(yīng)軸和外殼不同程度的熱脹影響。

2.6 密封膠的清理與涂刷

由于勵(lì)磁繞組是一個(gè)圓盤型結(jié)構(gòu)，其兩個(gè)端面需要可靠的密封。選用了可賽新TS1587硅橡膠平面密封劑，它是一種藍(lán)色、中粘度、高強(qiáng)度、高延伸、耐油性能優(yōu)良、粘接性良好，適用于各類機(jī)械設(shè)備部件結(jié)合面密封的一種密封膠。

2.7 測(cè)功機(jī)的裝配技術(shù)

盤式渦流測(cè)功機(jī)不僅是精密和高速的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，也是精密的測(cè)量?jī)x器。在使用中既承受動(dòng)載，又承受靜載，因此，測(cè)功機(jī)的裝配精度會(huì)對(duì)其使用壽命有很大影響。

①下半機(jī)匣與勵(lì)磁繞組的裝配。由于兩者重量較大，各有400公斤左右，只有下半機(jī)匣有可供吊裝的螺孔，而勵(lì)磁繞組兩端面為光滑平面圓周為線圈纏繞，外圓、內(nèi)孔為配合面，沒有可供吊裝的地方。因此采用將勵(lì)磁繞組水平放置，下面墊起200mm的高度，在上端面涂好可賽新TS1587硅橡膠平面密封劑。然后將下半機(jī)匣垂直吊起，垂直落下與勵(lì)磁繞組進(jìn)行裝配，將勵(lì)磁繞組的連接線從機(jī)匣的線孔中甩出。然后，利用端面的螺釘孔，用4個(gè)壓板固定勵(lì)磁繞組，于中心穿帶將其翻轉(zhuǎn)完成二者裝配。裝配前用電表測(cè)量勵(lì)磁繞組的阻值大于200兆歐。

②上半機(jī)匣與輪盤轉(zhuǎn)子的裝配。將上半機(jī)匣與輪盤轉(zhuǎn)子進(jìn)行裝配，用兩個(gè)背靠背安裝的滾珠軸承進(jìn)行定位，調(diào)整好輪盤轉(zhuǎn)子與機(jī)匣的間隙間隙1.3～1.4mm。

③組合裝配。先將勵(lì)磁繞組與右半機(jī)匣接合面處涂好可賽新TS1587硅橡膠平面密封劑，然后將兩半機(jī)匣合為一體，保證左半機(jī)匣與輪盤的間隙（1.3～1.4mm），用銷子定位，螺釘鎖緊。然后裝好右側(cè)的軸承、襯套。

2.8 測(cè)功機(jī)在3000rpm時(shí)的試車檢查

試車的目的是檢查裝配好的測(cè)功機(jī)在3000rpm時(shí)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，主要是檢查轉(zhuǎn)子的軸向跳動(dòng)和端面串動(dòng)，以及轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的振動(dòng)、噪聲情況。將電機(jī)軸和測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)子軸通過彈性聯(lián)軸節(jié)相連，將電機(jī)和測(cè)功機(jī)通過一連接法蘭相連，通過法蘭的止口定位，用螺栓擰緊。將測(cè)功機(jī)放于平臺(tái)上，用焊好的四角支撐，軸向用壓板壓緊。固定連接后，通電測(cè)試，用變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，由慢到快。打表檢查轉(zhuǎn)子的軸向串動(dòng)情況，用聽診法檢查轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的振動(dòng)、噪聲情況。

3? 結(jié)語

修復(fù)好的電渦流測(cè)功機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)正常，使用效果良好，通過對(duì)電渦流測(cè)功機(jī)的修復(fù)實(shí)踐，找到了測(cè)功機(jī)的修復(fù)方法，總結(jié)了測(cè)功機(jī)的分解、修復(fù)、裝配技術(shù)，為今后測(cè)功機(jī)的修復(fù)加工和裝配積累了經(jīng)驗(yàn)。

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