CN104135097B - 补偿式脉冲发电机转子加工工艺 - Google Patents

Abstract

补偿式脉冲发电机转子包括转子冲片组成的转子铁芯、励磁绕组、转子轴和补偿筒，转子铁芯固定安装在转子轴上，励磁绕组安装在转子铁芯表面的对称槽中，补偿筒紧密套装在固定有励磁绕组的转子铁芯外侧，安装有补偿筒的补偿式脉冲发电机转子外表面圆且平滑对称；一种补偿脉冲发电机转子以及利用机床、工艺手段、工装模具三者相结合的加工方法，经过转子轴加工、转子冲片加工、总装和动平衡试验，最终得到动平衡量小于1.0g的补偿式脉冲发电机转子。

Description

补偿式脉冲发电机转子加工工艺

技术领域：

本发明涉及发电机加工制造领域，尤其是补偿式脉冲发电机转子加工工艺。

背景技术：

目前使用的补偿脉冲发电机作为一种惯性储能高功率脉冲电源，是借助电磁感应和磁通补偿原理，向负载提供大电流脉冲的旋转发电机。与其它储能形式的脉冲功率源相比，采用空芯补偿脉冲发电机具有能量密度和功率密度高的综合优势，它的高效率、高转速、高能量，在电磁炮、电热化学炮、定向能炮等新概念武器的驱动电源中具有重要的应用，备受军方的关注，补偿式脉冲发电机具有好的市场前景。

补偿脉冲发电机转子转速高，动平衡量要求高，对于转子的加工质量要求高，补偿式脉冲发电机转子的整体设计、零件设计、部件安装都与常规电机不同，所以在补偿式脉冲发电机转子部件的加工过程中存在很多技术问题需要克服：因为对称和平衡要求较高，如果使用现有技术很多转子冲片叠压在一起，转子很难达到质量技术要求；转子冲片的槽，对称度要高，且要求槽内的绕组要在高速旋转下不松动变形；转子的动平衡要求高，补偿式脉冲发电机转子整体同轴度、圆度、重心位置等等要求很高。

综上所述，因补偿脉冲发电机具有良好的市场前景，它的高效率、高转速、高能量斗取决于定子和转子的加工质量，需要提供一种保证补偿式脉冲发电机转子加工精度及质量的加工工艺，使补偿式脉冲发电机正常运转。

发明内容：

本发明是为了提供一种加工方便同时成本低，能保证产品质量的补偿脉冲发电机高速旋转的转子加工方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种补偿式脉冲发电机转子的加工工艺，补偿式脉冲发电机转子包括转子冲片组成的转子铁芯、励磁绕组、转子轴，转子铁芯固定安装在转子轴上，励磁绕组安装在转子铁芯表面的对称槽中，补偿筒紧密套装在固定有励磁绕组的转子铁芯外侧，转子冲片以圆面的圆心为中点，上下左右四个方向各有一组对称槽，转子冲片中心对称；补偿式脉冲发电机转子还包括补偿筒，补偿筒紧密套装在固定有励磁绕组的转子铁芯外侧，安装有补偿筒的补偿式脉冲发电机转子外表面圆且平滑对称，包括以下步骤：

A转子轴加工：

将转子轴正火处理，接着留量两端面，粗车转子轴轴体，在转子轴的一端车个内圆锥，另一端车过线孔，然后整体调质处理，然后车基准转子轴轴体并且车内锥面留磨量，然后半精车转子轴轴体，然后进行钻孔并攻丝，再整体进行时效处理，然后粗磨各个圆面，再次整体时效处理，然后精磨各个圆面，再次整体时效处理，然后配磨两轴承台及转子轴轴体，然后镗内锥面的两个对称键槽，然后铣出转子轴上的键槽，最后对转子轴尺寸及精度检测校正，得到合格的转子轴；

B转子冲片加工：

先将转子冲片正火处理，接着粗车内径留量和外圆留量后进行回火处理，然后粗车两个端面留量，然后钻出线切割用预制孔，然后再进行回火处理，磨成两个端面，磨内径留量，以内径和端面为基准，钼丝穿入预制孔内，在转子冲片外周面上切割线型的对称槽和孔，两端面和对称槽底为基准，磨成内径，得到合格的转子冲片；

C总装：

将加热至温度达到摄氏度180℃～200℃的转子冲片以键槽定位固定在转子轴上，将转子冲片安装完成后压紧并卡死组成一个完整的转子铁芯，完成转子铁芯与转子轴的安装；将励磁线圈装入转子铁芯上的对称槽内，使用对称槽匹配的槽楔固定励磁线圈，之后将槽楔突出转子铁芯的部分磨平，然后整体退磁处理，整个转子铁芯外表面圆且平滑对称，励磁线圈引出的线通过过线孔后与集电环相对应的引线连接，然后在转子铁芯外部用热装的方式紧密套装补偿筒，安装有补偿筒的补偿式脉冲发电机转子外表面圆且平滑对称；

D动平衡试验：

整个组装完成的补偿式脉冲发电机转子要在动平衡机上进行动平衡试验，最终动平衡量小于1.0g，得到最终的补偿式脉冲发电机转子。

最佳的，在转子冲片上切割的槽，对称度要在0.005mm之内，槽形直线度在0.02mm以内。

最佳的，在励磁绕组外侧缠绕有碳纤维环氧树脂绷带；励磁线圈引出的线通过过线孔与集电环相对应的引线连接后，将过线孔中注满橡胶。

最佳的，转子轴加工时，两轴承台及转子轴轴体同轴度在0.003mm以内。

最佳的，转子轴加工时，内锥面的两个对称键槽的对称度在0.03mm以内。

最佳的，进行动平衡试验时是利用在铝补偿筒的两个端部放置铝制端部环来调节补偿式脉冲发电机转子的动平衡。

最佳的，转子冲片由30Cr2Ni4MoV材料制成，厚度为120mm。

最佳的，使用与对称槽匹配的槽楔固定励磁线圈在转子铁芯的对称槽内，安装槽楔后的转子铁芯外表面圆且平滑对称。

最佳的，补偿筒是在工业纯铝的基础上添加硼元素，控制对导电性有害的铁、硅、锑、钒、锰或铬元素制成的高导电率铝合金补偿筒。

由上述技术方案可知，本发明有以下优点：

其一，得到尺寸精度很高同时动平衡精度很高的补偿式脉冲发电机转子。加工过程中转子冲片外周面上切割的线型对称槽，对称度要在0.005mm之内，槽形直线度在0.02mm以内；转子轴和转子冲片均采用至少一次热时效，应力去除效果较好的同时工件变形最小，进而保证各孔径及轴台的同轴度和圆柱度；转子轴加工时，两轴承台及转子轴轴体同轴度在0.003mm以内，内锥面的两个对称键槽的对称度在0.03mm以内；最后经过动平衡试验，补偿式脉冲发电机转子动平衡量控制在1.0g以下才是符合质量要求的。

其二，对补偿筒的材料需要从强度、导电性、重量和成本等因素综合起来考虑，要最终得到强度和导电性都符合要求的由导电率和强度较高的补偿筒，本发明决定采用在工业纯铝的基础上，添加可增加力学性能和导电性的硼元素，控制对导电性有害的铁、硅、锑钒、锰和铬等元素，优化加工工艺制成的高导电率铝合金制造补偿筒，保证补偿筒对强度和导电性的双重要求。

其三，对细节要求一样高。为了降低转子质量，提高转子的储能密度，转子轭采用玻璃纤维复合材料制成；防止高速旋转时，励磁绕组受过大的离心力，在励磁绕组外侧缠绕有增加其强度的碳纤维环氧树脂绷带；为了保证整个转子铁芯外表面圆且平滑对称，将励磁线圈装入转子铁芯上的对称槽内，使用与对称槽匹配的槽楔固定励磁线圈，之后将槽楔突出转子铁芯的部分磨平，整个转子铁芯外表面圆且平滑对称，然后整体退磁处理；为了稳固引线不会在高速旋转的时候甩动，在励磁绕组外侧缠绕有碳纤维环氧树脂绷带，励磁线圈引出的线通过过线孔与集电环相对应的引线连接后，将过线孔中注满橡胶；然后在转子铁芯外部用热套或者冷压或者间隙安装的方式紧密套装补偿筒，补偿筒在发挥作用的同时不会松动，安装有补偿筒的补偿式脉冲发电机转子外表面圆且平滑对称；以上所有操作都是为了保证了补偿式脉冲发电机转子的精细度和质量，满足补偿式脉冲发电机每分钟15000转的需要。

附图说明：

附图1是补偿式脉冲发电机转子整体结构示意图。

附图2是转子冲片结构示意图。

图中，转子铁芯1、励磁绕组2、转子轴3、补偿筒4、内圆锥5、过线孔6、集电环7、转子冲片8。

具体实施方式：

结合本发明实施例中的附图，对发明实施例的技术方案做进一步的详细阐述。

补偿脉冲发电机每分钟转速是15000转，所以对补偿式脉冲发电机转子加工精度及质量要求都很高，本发明是补偿脉冲发电机转子以及利用机床、工艺手段、工装模具三者相结合的补偿脉冲发电机转子的加工方法。

补偿式脉冲发电机转子的加工工艺，包括以下步骤：

第一步，转子轴3加工：

将转子轴3正火处理，接着留量两端面，粗车转子轴3轴体，在转子轴3的一端车个内圆锥5，另一端车过线孔6，然后整体调质处理，然后车基准转子轴3轴体并且车内圆锥5面留磨量，然后半精车转子轴3轴体，然后进行钻孔并攻丝，再整体进行时效处理，然后粗磨各个圆面，再次整体时效处理，然后精磨各个圆面，再次整体时效处理，然后配磨两轴承台及转子轴3轴体，然后镗内锥面的两个对称键槽，然后铣出转子轴3上的键槽，最后对转子轴3尺寸及精度检测校正，两轴承台及转子轴3轴体同轴度在0.003mm以内，内锥面的两个对称键槽的对称度在0.03mm以内，最终得到合格的转子轴3。

转子轴3采用至少一次热时效，应力去除效果较好的同时工件变形最小，进而保证各孔径及轴台的同轴度和圆柱度，得到合格的转子轴3。

第二步，转子冲片8加工：

先将转子冲片8正火处理，接着粗车内径留量和外圆留量后进行回火处理，然后粗车两个端面留量，然后钻出线切割用预制孔，然后再进行回火处理，磨成两个端面，磨内径留量，以内径和端面为基准，钼丝穿入预制孔内，在转子冲片8外周面上切割线型的对称槽和孔，对称度要在0.005mm之内，槽形直线度在0.02mm以内，两端面和对称槽底为基准，磨成内径，得到合格的转子冲片8。

转子冲片8采用至少一次回火处理，应力去除效果较好的同时工件变形最小，进而保证转子冲片8的同轴度和圆柱度，得到合格的转子轴3。脉冲发电机作为惯性储能电机，转子高速旋转存储惯性能，为了降低转子质量，提高转子的储能密度，转子轭采用玻璃纤维复合材料制成。

第三步，总装：

将加热至温度达到摄氏度180℃～200℃的转子冲片8以键槽定位固定在转子轴3上，转子冲片8由30Cr2Ni4MoV材料制成，厚度为120mm，将转子冲片8安装完成后压紧并卡死组成一个完整的转子铁芯1，完成转子铁芯1与转子轴3的安装；将励磁线圈装入转子铁芯1上的对称槽内，使用与对称槽匹配的槽楔固定励磁线圈，之后将槽楔突出转子铁芯1的部分磨平，然后整体退磁处理，整个转子铁芯1外表面圆且平滑对称，励磁线圈引出的线通过过线孔6与集电环7相对应的引线连接后，将过线孔6中注满橡胶，然后在转子铁芯1外部用热套或者冷压或者间隙安装的方式紧密套装补偿筒4，安装有补偿筒4的补偿式脉冲发电机转子外表面圆且平滑对称。

本发明决定采用在工业纯铝的基础上，添加可增加力学性能和导电性的硼元素，控制对导电性有害的铁、硅、锑钒、锰和铬等元素，优化加工工艺制成的高导电率铝合金制造补偿筒4，保证补偿筒4对强度和导电性的双重要求。

D动平衡试验：

整个组装完成的补偿式脉冲发电机转子要在动平衡机上进行动平衡试验，利用在铝补偿筒4的两个端部放置铝制端部环来调节补偿式脉冲发电机转子的动平衡，最终动平衡量小于1.0g，得到最终的补偿式脉冲发电机转子。

加工得到的补偿式脉冲发电机转子包括转子冲片8组成的转子铁芯1、励磁绕组2、转子轴3和补偿筒4。转子轴3的两轴承台及转子轴3轴体同轴度在0.003mm以内，转子轴3内锥面的两个对称键槽的对称度在0.03mm以内。励磁绕组2线圈用扁铜母线，在励磁绕组2外侧缠绕有碳纤维环氧树脂绷带。

转子铁芯1由30Cr2Ni4MoV材料制成的，厚度为120mm的转子冲片8组成，转子冲片8以圆面的圆心为中点，上下左右四个方向各有一组对称槽，对称槽上有与槽楔相匹配的安装槽，在转子冲片8上切割的所有槽，对称度要在0.005mm之内，槽形直线度在0.02mm以内，转子冲片8中心对称；将转子冲片8安装完成后压紧并卡死组成一个完整的转子铁芯1，转子铁芯1键连接固定安装在转子轴3上，转子铁芯1表面同方向上有十六个对称槽，励磁绕组2安装在转子铁芯1表面的对称槽中，使用与对称槽匹配的槽楔固定励磁线圈，之后将槽楔突出转子铁芯1的部分磨平，使安装槽楔后的转子铁芯1外表面圆且平滑对称，励磁线圈引出的线通过过线孔6与集电环7相对应的引线连接后，将过线孔6中注满橡胶。

补偿筒4紧密套装在固定有励磁绕组2和槽楔后的转子铁芯1外侧，补偿筒4是在工业纯铝的基础上添加硼元素，控制对导电性有害的铁、硅、锑、钒、锰或铬元素制成的高导电率铝合金补偿筒4，安装有补偿筒4的补偿式脉冲发电机转子外表面圆且平滑对称。

上述补偿式脉冲发电机转子的加工过程中转子轴3和转子冲片8均采用至少一次热时效，应力去除效果较好的同时工件变形最小，进而保证各孔径及轴台的同轴度和圆柱度，补偿式脉冲发电机转子整体尺寸精度很高，进行动平衡试验时是利用在铝补偿筒4的两个端部放置铝制端部环来调节补偿式脉冲发电机转子的动平衡，补偿式脉冲发电机转子动平衡量控制在1.0g以下才是符合质量要求。

上述补偿式脉冲发电机转子的加工工艺，是机床、工艺手段、工装模具三者结合的补偿脉冲发电机转子的加工方法，高质量、高精度的得到了满足补偿式脉冲发电机每分钟转速15000转的质量要求的补偿式脉冲发电机转子。

Claims (9)

1.一种补偿式脉冲发电机转子的加工工艺，补偿式脉冲发电机转子包括转子冲片组成的转子铁芯、励磁绕组、转子轴和补偿筒，转子铁芯固定安装在转子轴上，励磁绕组安装在转子铁芯表面的对称槽中，补偿筒紧密套装在固定有励磁绕组的转子铁芯外侧，其特征在于，转子冲片以圆面的圆心为中点，上下左右四个方向各有一组对称槽，转子冲片中心对称；补偿式脉冲发电机转子还包括补偿筒，补偿筒紧密套装在固定有励磁绕组的转子铁芯外侧，安装有补偿筒的补偿式脉冲发电机转子外表面圆且平滑对称，包括以下步骤：

A转子轴加工：

将转子轴正火处理，接着留量两端面，粗车转子轴轴体，在转子轴的一端车个内圆锥，另一端车过线孔，然后整体调质处理，然后车基准转子轴轴体并且车内锥面留磨量，然后半精车转子轴轴体，然后进行钻孔并攻丝，再整体进行时效处理，然后粗磨各个圆面，再次整体时效处理，然后精磨各个圆面，再次整体时效处理，然后配磨两轴承台及转子轴轴体，然后镗内锥面的两个对称键槽，然后铣出转子轴上的键槽，最后对转子轴尺寸及精度检测校正，得到合格的转子轴；

B转子冲片加工：

先将转子冲片正火处理，接着粗车内径留量和外圆留量后进行回火处理，然后粗车两个端面留量，然后钻出线切割用预制孔，然后再进行回火处理，磨成两个端面，磨内径留量，以内径和端面为基准，钼丝穿入预制孔内，在转子冲片外周面上切割线型的对称槽和孔，两端面和对称槽底为基准，磨成内径，得到合格的转子冲片；

C总装：

将加热至温度达到摄氏度180℃～200℃的转子冲片以键槽定位固定在转子轴上，将转子冲片安装完成后压紧并卡死组成一个完整的转子铁芯，完成转子铁芯与转子轴的安装；将励磁线圈装入转子铁芯上的对称槽内，使用与槽的开口相匹配的槽楔固定励磁线圈，之后将槽楔突出转子铁芯的部分磨平，然后整体退磁处理，整个转子铁芯外表面圆且平滑对称，励磁线圈引出的线通过过线孔后与集电环相对应的引线连接，然后在转子铁芯外部用热装的方式紧密套装补偿筒，安装有补偿筒的补偿式脉冲发电机转子外表面圆且平滑对称；

D动平衡试验：

整个组装完成的补偿式脉冲发电机转子要在动平衡机上进行动平衡试验，最终动平衡量小于1.0g，得到最终的补偿式脉冲发电机转子。

2.根据权利要求1所述的补偿式脉冲发电机转子的加工工艺，其特征在于:在转子冲片上切割的槽，对称度要在0.005mm之内，槽形直线度在0.02mm以内。

3.根据权利要求1所述的补偿式脉冲发电机转子的加工工艺，其特征在于:在励磁绕组外侧缠绕有碳纤维环氧树脂绷带；励磁线圈引出的线通过过线孔与集电环相对应的引线连接后，将过线孔中注满橡胶。

4.根据权利要求1所述的补偿式脉冲发电机转子的加工工艺，其特征在于:转子轴加工时，两轴承台及转子轴轴体同轴度在0.003mm以内。

5.根据权利要求1所述的补偿式脉冲发电机转子的加工工艺，其特征在于:转子轴加工时，内锥面的两个对称键槽的对称度在0.03mm以内。

6.根据权利要求1所述的补偿式脉冲发电机转子的加工工艺，其特征在于:进行动平衡试验时是利用在铝补偿筒的两个端部放置铝制端部环来调节补偿式脉冲发电机转子的动平衡。

7.一种补偿式脉冲发电机转子，是由权利要求1～6中任意一项所述的补偿式脉冲发电机转子的加工工艺制成的，其特征在于:转子冲片由30Cr2Ni4MoV材料制成，厚度为120mm。

8.根据权利要求7所述的补偿式脉冲发电机转子，其特征在于:使用与对称槽匹配的槽楔固定励磁线圈在转子铁芯的对称槽内，安装槽楔后的转子铁芯外表面圆且平滑对称。

9.根据权利要求7所述的补偿式脉冲发电机转子，其特征在于:补偿筒是在工业纯铝的基础上添加硼元素，控制对导电性有害的铁、硅、锑、钒、锰或铬元素制成的高导电率铝合金补偿筒。