电机转子入轴液压压力机研制及机身计算机辅助三维设计.pdf

业信 D OI 1 0 ． 3 9 6 9／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 4 ． 0 6 ． 0 1 3 电机转子入轴液压压力机研制及机身计算机辅助三维设计 周锦添 广东工程职业技术学院， 广东广州 5 1 0 5 2 0 摘要根据电机行业中各种电机转子轴的长度和大小不同、不同型号电机的转子轴在转子铁芯的定位不同以及轴与铁芯孔的配 合 不同等技术要求 ，研制一种 电机转子人 轴液压压力机 ，并针对 电机 自动化生产工序之一 电机转子入轴工序 的设备设计 ，提 出 一 种基于计算机三维软件设计电机转子铁芯入轴小型液压压力机的模式，采用S o l i d w o r d s Z维绘图软件，达到直观、 高效设计压 力机机身结构和夹具，并根据不同技术要求，利用计算机辅助三维绘图软件强大功能， 可快速地改变主机机身、夹具的设计。 关键词电机转子入轴机；计算机辅助设计；S o l i d w o r d s 三维绘图软件 ；液压压力机 ； 机身结构；夹具；转子轴；转子铁芯 中图分类号 T P 3 9 1 ．7 文献标识码 B 文章 编号1 0 0 99 4 9 2 2 0 1 40 60 0 4 90 4 M o t o r Ro t o r S h a f t i n t o Hy d r a u l i c P r e s s Re s e a r c h a n d De s i g n Co mp u t e r - Ai d e d 3 D De s i g n ZHOU J i n t i a n Gu a n g d o n g E n g i n e e r i n g P o l y t e c h n i c ，G u a n g z h o u 5 1 0 5 2 0，C h i n a Ab s t r a c t Th e mo t o r i n d u s t r y i n t h e mo t o r r o t o r s h a f t l e n g t h a n d s i z e i s d i f f e r e n t ， a n d d i f f e r e n t mo d e l s o f t h e mo t o r r o t o r s h a f t i n t h e r o t o r i r o n c o r e o f t h e d i f f e r e n t a n d t h e s h a f t a n d s t e e l c o r e h o l e s wi t h d i f f e r e n t t e c h n o l o g i e s ， s u c h a s r e q u i r e me n t s ， d e v e l o p a mo t o r r o t o r s h a f t i n h y d r a u l i c p r e s s e s， a z l d f o r mo t o r a u t o ma t i o n p r o d u c t i o n pr o c e s s e s o ne mo t o r r o t o r i n t o a x i s p r o c e s s e s o f e q u i p me n t d e s i g n， ma d e a b a s e d o n c o mp u t e r t h r e e d i me n s i o na l s o f t wa r e d e s i g n mo t o r r o t o r i r o n c o r e i n t o a x i s s ma l l h y d r a u l i c p r e s s u r e ma c h i n e o f mo d e， u s e d S o l i d wo r ds t h r e e d i me n s i o n a l d r a wi n g s o f t wa r e，r e a c h e d i n t u i t i v e， a n d e ffi c i e n t d e s i g n p r e s s u r e ma c h i n e f u s e l a g e s t r uc t u r e a n d f i x t ur e， a n d a c c o r d i n g t o d i ff e r e n t t e c h n o l o g y r e q u i r e s ， u s e s c o mp u t e r a u x i l i a ry t h r e e d i me n s i o n a l d r a wi n g s o f t wa r e p o we r f u l f e a t u r e s ， c a n f a s t t o c h a n g e h o s t s f u s e l a g e， a n d f i x t u r e o f d e s i g n ． K e y wo r ds mo t o r r o t o r i n t o t h e s h a f t c o mpu t e r a i d e d d e s i g n； S o l i d wo r d s 3 d d r a wi n g s o ft wa r e； h y d r a u l i c p r e s s e s ； b o d y s t ruc t u r e ； c l a mp s ； r o t o r s h a f t ； r o t o r i r o n c o r e ． 0引言 我国多年来十分重视制造技术提高与改造 ， 引进 了大量先进技术和设备 ，电机行业的电机生 产和测试 目前 已经初步具备了大规模 自动化生产 的特点。 就区域及企业发展情况看 ，市场需求旺 盛及 占据地理优势 的沿海地区和企业发展尤为迅 速 ，电机生 产企 业数 量 占全 国 8 0 ％的广 东 、浙 江 、江苏三大省份在未来竞争中具绝对优势 。 虽然中国已成为世界电机 的生产大 国和出 口 大 国 ，但 生 产 自动化程 度 比较 低 、技术 含量 不 高，许多技术含量高的设备，目前仍处于依赖进 口的状态。近几年，中国电机自动化制造设备实 用率也有 了超速 的提高 ，但在设计装备上与发达 国家相比仍然处于弱势。就长期发展趋势看 ，未 来 1 O 年 中国电机行业重点发展的是 自动化生产制 造设备 ，如 电机铁芯片高速 自动 冲床 、电机转 子入轴机 、电机转子 自动绕线机 、电机转子整流 子 自动焊接机、定子铁芯 自动氩弧焊设备等等。 基于自动化设备的引进 、消化、吸收，从设计上 要 紧贴 国际先进水平 ，针对 电机 自动化生产工序 之一电机转子入轴工序，研制一种自动人轴的自 动化设备 ，并在设计上提出一种基于计算机三维 软件设计电机转子铁芯人轴小型液压压力机的模 式 ，采用 S o l i d Wo r k s 三维绘 图软件 ，直观 、高效 收稿 日期 2 0 1 404 2 3 匝皿丑 I 、 制造业信息化 地设计压力机主机结构和液压站 ，并根据不同技 术要求 ，利用计算机辅助三维软件的强大功能， 快速地改变主机 、夹具和小型液压站的设计 。 研究 电机转子入轴液压压力机计算机辅助 三维设计 ，正是为了达到电机生产系列设备的 高效设计 ，快速研制出入轴设备 ，推广电机的 自动化生产，提高电机行业 自动化设备的设计 水平 。 1 入轴设 备总体 方案确定 1 ． 1 入轴设备总体方案 在各类 电机 中 ，微 电机 、分 马力 电机 的转 子 轴 径 大 多 1 8 m m，轴 长 3 0 0 mm。 经 过 试 验 ，转子 轴与 转子铁 芯孔装 配时最 大下压力 为 2 0 0 0 0 N ，下压过程时间为4 s 。因此，机器应采 用液压系统 ，具有压力稳定 ，下行运行平稳 ，转 子轴向定位精确，质量稳定可靠等特点。确定机 器为小 型液 压压 力机 ，液 压缸下 行 时间 为 4 s ， 液压 缸下 压力 为 3 0 0 0 0 N，液 压 缸最 大行 程为 3 0 0 m m，为垂直上下运动 ，需要独立的液压站 设计 。 国内外大多数 自动化程度高的微 电机 、分 马 力电机在转子入轴机上压轴工序如下 人工或 自 动分叠好转子硅钢片铁芯厚度装夹在压力机 工作台上按设计图纸铁芯槽方向夹紧铁芯 按图纸要求将转子轴的上下方向装夹在具有 自动夹 紧功能的压头上启动液压缸动作带动 压头下行轴压人铁芯孔 的 自动装配过程 入轴到位并压力保持过程压头返回上行至停 止取 出入轴的转子铁芯 工件 重复下 一 人轴工序 。因此 ，压人轴的整个过程是 自动完 成的。 1 ． 2确定主要技术参数 1 工作压力可调，最高 1 6 M P a ，下行速度 可调； 2 轴芯定长压人 ； 3 装压力最大3 0 0 0 0 N； 4 最大行程 3 0 0 m m； 5 额定输人压 三相五线 3 8 0 V； 6 额定功率 4 k V A； 7 机体 外 形 尺 寸 mm4 2 0 宽 7 0 0 高x 4 7 5 长 ； 重量 约 1 5 0 k g 。 1 ． 3 液压压力机的动作流程 人轴设备设计方案整体结构如图 l 所示，自 动控制流程方案如下 1 初始状态 液压缸上 位状态一 2 按启动按钮 ，油泵电机启动 ，同 时低压电磁 阀同时得 电一 3 液压缸开始下行 ， 时间继电器开始计时一 4 压轴到位，保压时间 计时停止一 5 低压 电磁换向阀得电 ，液压缸快 速返回一 6 返 回到位 ，碰快压紧电器限位行程 开关一 7 电磁阀复位 ，处中位卸荷 ，完成一个 压轴过程。 手动控制时 ，设手动控制三位旋钮 1 个 ，分 别控制主机油缸上升 、停止 、下降 。液压缸动作 可设为点动 ，主要用于安装调试时操作方便 ，不 作为工作使用。 2 液压机机身结构的三维设计 2 ． 1 液压机机身结构确定 液压机机身结构有立式和卧式两种 ，立式机 身结构又有单柱式 、双柱式和四柱式 ，小型液压 机机身结构适合采用整体单柱式结构，本设计最 大装压力较小 ，仅为3 0 0 0 0 N ，因此 ，结构采用 整体单柱式 “ C ”型焊接式结构 ，如图 2 所示。其 上部悬臂梁设计 主要有液压缸安装孔 ，中部设计 成 四块立板拼焊而成的空心方立柱 ，下部梁为液 压机工作 台面 ，面板上设有 “ T ”型槽 和落料孔 ， 供 安装夹具 使用 。该结构 优点是 可三 面为工作 区，装拆夹具及工件方便，特别适合电机压轴工 序 ，缺点是液压缸带动下行机构，下行机构无精 确定位。但为弥补下行精确定位，机身设计增加 了直线导轨导 向滑动机构 。为防止上部悬臂梁受 力变形 ，影 响工作精度 ，在方立柱两侧面 ，增加 两筋板 ，以增强刚度。如 图 1 所示 为三维实体设 计 。 2 ． 2三维建模 ，实现快速的参数化设计 为解决生产制造 的困难 ，同时也为适应 电机 轴 身长度和轴径大小不同 ，要求机身 闭合高度和 落料孔的变化 ，设计 时采用 了 S o l i d Wo r k s 三维绘 图软件建模，建模时采用零件造型功能和装配造 型功能建立三维结构模型I ” ，模型设计成模块式分 体机身结构。三维分体式机身结构装配体由多个 板形零件装配成型 ，每个零 件的几何形状及装配 关系都和其他零件相互关联。 采用三维建模 ，上部悬臂梁 、中部方立柱和 业信息化 紧方式； 2 铁芯槽槽口的对齐定位； 3 铁芯 叠厚分片。针对以上情况 ，设计下夹模的结构形 式 如 图 4 示 ，它是 由一气 动 系统气 缸提 供推 动 力 ，此图为实物图片。 图5 人轴机液压原理图 图6 入轴机电路原理图 4液压 系统和 电路设计 液压系统原理图- z 如图 5 所示 ；液压压力机的 电路图如图6 。 5 结语 经过多年生产 ，不断完善设计 ，该设备 已经 被上百家用户使用 ，受到用户极好评价。 1 电机转子液压压力人轴机的研制和批量 生产 ，使得转子铁芯分片和齐片的手工操作变成 机器 自动操作 ，提高 了转子入轴的效率和压装精 度。 2 机身设计采用了三维设计 ，实现了参数 化驱动设计，使得对于不同样轴，对应的机身设 计变得高效和容易 ，同时 ，也可方便生成二维工 程图 包括每个的零件 图和机身装配图 。并可通 过三维软件功能 ，精确计算金属耗材重量 ，以便 进行产品快速报价 。 3 采 用液 压系 统进行 人轴 ，保 证 了压装 力 ，同时采用气动系统夹紧铁芯转子 ，使得整个 系统成本下降，提高了产品竞争力。 参考文献 [ 1 ]江洪． S o l i d w o r d s 2 0 1 1 基础教程 [ M]． 北京机械工业 出版 社 。2 01 3 ． [ 2 ]张利平．液 压站 [ M]． 北京 化学 工业 出版 社 ， 20 08 作者简介 周锦添，男，1 9 6 5 年生 ，广东新兴人 ，大学本 科 ，高级工程师。研究领域机电设备研发 、机械设计 、 机电一体化技术。已发表论文3 篇。 编辑 阮毅 上接 第 1 6页 如用熟练 C A E工程师进行多软件协调操作 ，至少 需要 3 0 分钟 ，提高工效达 1 0 倍以上。 软件通过 A P D L 宏 文件 和J o u rna l 宏文件操控 A N S Y S和 F L U E N T，实现 了参数化的液压锥 阀流 场分析前处理和流场计算，完成了前处理和求解 过程的无缝连接，有效地融合与集成了锥阀流场 计算分析过程 中的各种数据和信息 ，形成了一体 化的快速仿真平台。软件使操作者完全避开了对 C A E 专业软件 包括前处理和求解软件的繁琐 操作和软件间的数据转换 ，大大降低了对操作者 专业软件技能的要求，提高了设计分析效率，缩 短了产 品开发周期 ，可广泛应用于锥 阀的工程设 计 和仿真测试 。如果修改几何模型和相关特征参 数，该软件的设计思路还可推广至更多产品的设 计和仿真领域。 参考文献 [ 1 ]张利平． 液压阀原理、使用与维护 [ M]． 北京化学 工业 出版 社 ．2 0 0 9 ． [ 2 ]高红． 溢流 阀阀 口气穴与气穴噪声的研 究 [ D]． 杭 州浙江大学，2 0 0 3 ． 1 3 J A N S Y S I n c ．A N S YS F l u e n t 1 2 ．0 U s e r s G u i d e [ Z ]． 2 00 9． [ 4 ]韩 占忠． F L U E N T流体 工程 仿 真计 算 实例 与 应 用 [ M]． 北京北京理工大学出版社，2 0 0 9 ． [ 5 ]A N S Y S I n c ．A N S Y S AN S Y S L S D Y N A U s e r S G u i d e [ Z ]． 2 0 0 9 ． [ 6 ] A N S Y S I n c ．A N S Y S F l u e n t 1 2 ． 0 T e x t C o m ma n d L i s t [ Z]． 2 0 0 9 ． 第一作者简介谭剑波，男，1 9 7 8 年生 ，广东江门人 ，硕 士研究生。研究领域机电工程技术。 编辑 阮毅