基於高剛度轉子結構的高速電機的製作方法
2023-05-01 23:38:16 1
本實用新型涉及高速電機，尤其涉及基於高剛度轉子結構的高速電機。
背景技術：
高速電機是一種取代「傳統低速電機+齒輪箱或皮帶傳動系統」的新型產品，可廣泛應用於蒸汽壓縮機、製冷壓縮機、空氣壓縮機、鼓風機、膨脹機、燃氣輪機發電、餘熱發電、脫硫除塵等高速透平機械領域。由於高速電機克服了「傳統低速電機+齒輪箱或皮帶傳動系統」的能耗高、噪音大、振動大、故障點多等不足，可以獲得顯著的增效、節能、降噪的效果，因而近年來市場對高速電機的需求越來越迫切。
但高速電機要在工業領域廣泛應用，首先需要解決高速電機轉子軸系高速旋轉時的運動穩定性問題。如果穩定性解決得不好，高速電機不但不能帶來增效、節能、降噪的好處，反而會產生劇烈的振動和噪聲，嚴重時甚至會發生轉軸斷裂、電機轉子掃膛、高速運轉的葉輪或渦輪飛出等惡性事故，進而造成重大的設備安全和人身安全事故。
而要提高高速電機轉子軸系高速旋轉時的穩定性，最行之有效的辦法是增加電機轉子軸系的剛度。目前增加電機轉子軸系剛度的辦法主要有：增加轉軸直徑；縮短軸承跨距；提高主軸材料強度；將電機轉子與轉軸過盈聯結；採用「拉杆轉子」結構等等。
「增加轉軸直徑；縮短軸承跨距；提高主軸材料強度」的方法目前在工程領域已被廣泛應用。但當材料性能和機械結構尺寸空間挖掘到一定限度後，就很難再繼續進一步提高軸系的剛度。
「將電機轉子與轉軸過盈聯結」的方法，也是目前高速電機領域增強轉軸剛度廣泛應用的方法。該方法的主要不足是：轉子過盈聯結到轉軸上之後，很難拆卸；即使採用專門的工裝設備，也存在拆卸成本高、操作時間長、容易損壞電機轉子內孔和轉軸外表面的缺點。
「拉杆轉子」是國內外高速透平機械領域已經採用的一種方法，它將電機轉子套在前後兩個「半軸」之上，兩個「半軸」之間採用拉杆聯結，轉子軸系在拉杆的拉力作用下變成一個整體。由於拉杆作用增加了電機轉子端面的抗彎剛度，這種結構也能夠起到增加轉子軸系剛度的效果。但是「拉杆轉子」結構也存在著明顯不足：一是需要專門的工裝設備，裝配工藝過程複雜，對裝配師傅的技能要求較高，對拉杆的拉力和變形控制要求很嚴格；二是軸系裝配好之後一般很難再拆卸，如果拆卸通常會採取「破壞」某個零件的形式來保全其他零件；三是一旦拉杆出現質量問題，將面臨導致轉子軸系斷裂、發生惡性事故的風險。
由於現有的高速電機轉子軸系存在著上述缺點，導致高速電機未能在壓縮機、鼓風機、膨脹機、燃氣輪機發電、餘熱發電、脫硫除塵等高速透平機械領域廣泛應用。
技術實現要素：
本實用新型要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種軸系抗彎剛度高、整體性強、高速運轉風險低的基於高剛度轉子結構的高速電機。
為解決上述技術問題，本實用新型採用以下技術方案：
一種基於高剛度轉子結構的高速電機，包括轉軸和裝設於轉軸上的轉子，所述轉子與轉軸過盈配合，所述轉軸上於轉子兩端均裝設有向轉子施加軸向壓力的預緊組件。
作為上述技術方案的進一步改進：
所述預緊組件包括預緊螺母和調整環，所述預緊螺母與轉軸螺紋連接，所述調整環套設於轉軸上，且調整環壓緊於預緊螺母與轉子之間。
所述調整環與轉軸緊配合。
所述調整環與轉子的接觸面積大於所述預緊螺母與調整環的接觸面積。
所述轉軸上於調整環與轉子接觸處設有環槽。
所述轉子與轉軸之間的過盈配合為錐面過盈配合。
與現有技術相比，本實用新型的優點在於：
本實用新型的基於高剛度轉子結構的高速電機，轉子與轉軸過盈配合具有過盈連接增強剛度的效果，同時，轉軸上於轉子兩端均裝設有向轉子施加軸向壓力的預緊組件具有拉杆轉子的增強剛度的效果，兩者綜合使得軸系的抗彎剛度比單獨的過盈連接轉子或拉杆轉子的剛度都更高；在增加轉子軸系剛度的同時，本結構保證了轉軸零件整體結構的完整性，避免了拉杆轉子「半軸」結構帶來的高速運轉風險。轉子兩端裝設的預緊組件包括預緊螺母和調整環，預緊螺母與轉軸螺紋連接，調整環套設於轉軸上，且調整環壓緊於預緊螺母與轉子之間，預緊螺母和調整環可以方便地在轉軸上左右移動，既可調整調整環與電機轉子端面之間的間隙，又可以對電機轉子端面進行壓緊和壓力調整，解決了傳統結構採用轉軸軸肩作為一端止推所造成的軸向間隙難控制、過盈套裝冷卻後間隙變化、軸系剛度不能獲得理想效果的一系列難題。轉子與轉軸之間的過盈配合為錐面過盈配合，可以方便地實現電機轉子從轉軸錐面上脫離，解決了傳統柱面過盈配合帶來的電機轉子拆卸難題，避免了拆卸過程中易造成轉軸外圓和電機轉子內孔表面損傷的風險；同時，配合轉子兩端的預緊組件，可通過預緊組件輔助轉子的快速拆卸，無需配備專用工裝壓出轉子。
附圖說明
圖1是本實用新型基於高剛度轉子結構的高速電機實施例的結構示意圖。
圖2是圖1中I處的放大圖。
圖中各標號標示：
1、轉軸；11、環槽；2、轉子；3、預緊組件；31、預緊螺母；32、調整環。
具體實施方式
如圖1和圖2所示，本實施例的基於高剛度轉子結構的高速電機，包括轉軸1和裝設於轉軸1上的轉子2，轉子2與轉軸1過盈配合，轉軸1上於轉子2兩端均裝設有向轉子2施加軸向壓力的預緊組件3。本實用新型的基於高剛度轉子結構的高速電機，轉子2與轉軸1過盈配合具有過盈連接增強剛度的效果，同時，轉軸1上於轉子2兩端均裝設有預緊組件3具有拉杆轉子的增強剛度的效果，兩者綜合使得軸系的抗彎剛度比單獨的過盈連接轉子或拉杆轉子的剛度都更高；在增加轉子軸系剛度的同時，本結構保證了轉軸零件整體結構的完整性，避免了拉杆轉子「半軸」結構帶來的高速運轉風險。
本實施例中，預緊組件3包括預緊螺母31和調整環32，預緊螺母31與轉軸1螺紋連接，調整環32套設於轉軸1上，且調整環32壓緊於預緊螺母31與轉子2之間，預緊螺母31和調整環32可以方便地在轉軸1上左右移動，既可調整調整環32與電機轉子2端面之間的間隙，又可以對電機轉子2的端面進行壓緊和壓力調整，解決了傳統結構採用轉軸軸肩作為一端止推所造成的軸向間隙難控制、過盈套裝冷卻後間隙變化、軸系剛度不能獲得理想效果的一系列難題。同時，調整環32又兼作軸系動平衡環，通過加重或減重對軸系動平衡進行調整。
本實施例中，調整環32與轉軸1緊配合，調整環32與轉子2的接觸面積大於預緊螺母31與調整環32的接觸面積，轉軸1上於調整環32與轉子2接觸處設有環槽11，該環槽11既用於加工時的退刀，又可確保調整環32與轉子2的充分接觸。
本實施例中，轉子2與轉軸1之間的過盈配合為錐面過盈配合，錐面角度確保電機轉子2的錐面與轉軸1的錐面能實現摩擦自鎖。錐面過盈配合可以方便地實現電機轉子2從轉軸1的錐面上脫離，解決了傳統柱面過盈配合帶來的電機轉子拆卸難題，避免了拆卸過程中易造成轉軸外圓和電機轉子內孔表面損傷的風險；同時，配合轉子2兩端的預緊組件3，可通過預緊組件3輔助轉子2的快速拆卸，無需配備專用工裝壓出轉子2。本實施例中，轉子2與轉軸1的錐面長度基本相等，且錐面兩端基本對齊，在其他實施例中，轉子2與轉軸1的錐面長度可不相等，且錐面的兩端可不對齊。
雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本實用新型。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案範圍的情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本實用新型技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應落在本實用新型技術方案保護的範圍內。