CN105449938B - 过盈配合结构和过盈配合方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及过盈配合结构和过盈配合方法。具体地，本发明提供了一种过盈配合结构，其包括圆柱形的第一部件和圆筒形的第二部件，第一部件和第二部件均沿着中心轴线延伸，第二部件的轴向长度大于第一部件的轴向长度，第一部件通过过盈配合工艺设置在第二部件内，沿着中心轴线在所述第一部件外侧的第二部件的一部分中设有至少两个凹槽，所述至少两个凹槽每个均沿着所述第二部件的径向方向延伸，所述至少两个凹槽中的第一凹槽朝向所述第二部件的径向内侧开口，而所述至少两个凹槽中的第二凹槽朝向第二部件的径向外侧开口。此外，本发明还提供了一种相关的过盈配合方法。根据本发明的过盈配合结构和过盈配合方法，能减小过盈配合工艺中引起的变形。

Description

过盈配合结构和过盈配合方法

技术领域

本发明涉及一种过盈配合结构，尤其是一种可用于电动机的过盈配合结构；并且本发明还涉及一种将圆筒形的第二部件过盈配合到圆柱形的第一部件上的方法。

背景技术

在机械领域中，过盈配合工艺被广泛应用于一个外侧部件和一个穿过该外侧部件的内侧部件的装配过程中。特别地，当前，过盈配合工艺被广泛应用于电动机的动力传动系统的装配过程中。例如，过盈配合工艺可以被应用于装配电动机的定子和电动机的冷却水套；或者可以被应用于装配电动机的转子轮毂和电动机的转子。本领域已知的的一种过盈配合工艺是把内侧部件冷却到很低的温度(例如零下80℃或更低)以使其发生冷缩，然后将该冷缩后的内侧部件再装入外侧部件中。等内侧部件恢复温度之后，内侧部件和外侧部件之间就形成了牢固的过盈配合。

对于水冷式电动机而言，在采用过盈配合工艺来装配电动机的定子和电动机的冷却水套的情况下，冷却水套的内周和定子的外周之间的干涉量可以大约为0.25毫米。在过盈配合工艺完成之后，冷却水套会随之膨胀得很厉害。图1是现有技术中在采用过盈配合工艺来装配电动机的定子和电动机的冷却水套的情况下的定子和冷却水套的一部分的变形模拟图。在图1中，附图标记100表示定子，附图标记200表示冷却水套，图1是沿着过盈配合的定子100和冷却水套200的中心轴线剖开的、在中心轴线之上的定子100和冷却水套200的示意图。由图1可以看出，冷却水套200在定子100和冷却水套200的过盈配合区域的径向位移量大且应力较为集中，而在两个端部区域300处的径向位移量小，由此冷却水套200的沿着轴向方向的两个端部区域300呈现出了朝向冷却水套200的内侧的弯曲变形，从而端部区域300和冷却水套200的中心轴线之间形成了一个锥角。有时，端部区域300发生的变形太大，会导致端部区域300的锥角太大，从而可能会超过装配的容许误差上限。

在采用过盈配合工艺来装配电动机的转子轮毂和电动机的转子的情况下，转子轮毂过盈配合在转子的内周内，因而也会出现上述的相同的问题。

当前，对于现有技术的上述问题的通常的解决方法是在过盈配合工艺之后再进行另外的机械加工，以便减小过盈配合导致的外侧部件的端部区域所形成的锥角。然而，现有技术的上述方法具有如下缺点：

1.它需要增加一个额外的机械加工步骤；

2.在装配电动机的定子的情况下，在定子相关结构的机械加工过程中很可能会损坏到定子的绕组头部；

3.在装配电动机的转子的情况下，因为转子中通常具有带有强磁场的磁铁，普通机器难以适应强磁场环境，所以很难进行机械加工；

4.以上三点使得进行另外的机械加工的制造成本非常高。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺点，本发明的目的在于开发一种过盈配合结构和一种过盈配合方法，其能够减小过盈配合工艺中引起的变形。

本发明提供了一种过盈配合结构，其包括圆柱形的第一部件和圆筒形的第二部件，所述第一部件和所述第二部件均沿着中心轴线延伸，所述第二部件的轴向长度大于所述第一部件的轴向长度，所述第一部件通过过盈配合工艺而设置在所述第二部件内，其特征在于，沿着所述中心轴线在所述第一部件外侧的所述第二部件的一部分中设有至少两个凹槽，所述至少两个凹槽每个均沿着所述第二部件的径向方向延伸，且所述至少两个凹槽中的第一凹槽朝向所述第二部件的径向内侧开口，而所述至少两个凹槽中的第二凹槽朝向所述第二部件的径向外侧开口。

优选的是，所述至少两个凹槽中的各个凹槽具有相同的结构尺寸。

优选的是，所述至少两个凹槽为两个凹槽，即，所述第一凹槽和所述第二凹槽。

优选的是，所述第一凹槽的位置沿着所述中心轴线比所述第二凹槽的位置更靠近所述第一部件，或者所述第二凹槽的位置沿着所述中心轴线比所述第一凹槽的位置更靠近所述第一部件。

优选的是，所述第二部件由穿透淬火钢制成。

优选的是，所述至少两个凹槽中的各凹槽之间的间距、各凹槽的宽度、各凹槽的深度以及各凹槽距所述第一部件和所述第二部件的过盈配合区域的距离被选定，以使得通过所述第一部件和所述第二部件的过盈配合而导致的所述第二部件的端部区域所形成的锥角最小。

优选的是，所述第一部件是电动机的定子，而所述第二部件是电动机的冷却水套；或者所述第一部件是电动机的转子轮毂，而所述第二部件是电动机的转子。

本发明还提供了一种过盈配合方法，该方法用于将圆筒形的第二部件过盈配合到圆柱形的第一部件上，所述第一部件和所述第二部件沿着中心轴线延伸，所述第二部件的轴向长度大于所述第一部件的轴向长度，该方法包括如下步骤：

提供所述第一部件；

提供所述第二部件；以及

通过过盈配合工艺将所述第一部件设置在所述第二部件内，

其特征在于，沿着所述第二部件的中心轴线在所述第一部件外侧的所述第二部件的一部分中设置至少两个凹槽，所述至少两个凹槽每个均沿着所述第二部件的径向方向延伸，且所述至少两个凹槽中的第一凹槽朝向所述第二部件的径向内侧开口，而所述至少两个凹槽中的第二凹槽朝向所述第二部件的径向外侧开口。

优选的是，所述至少两个凹槽中的各个凹槽具有相同的结构尺寸。

优选的是，所述至少两个凹槽为两个凹槽，即，所述第一凹槽和所述第二凹槽。

优选的是，所述第一凹槽的位置沿着所述中心轴线比所述第二凹槽的位置更靠近所述第一部件，或者所述第二凹槽的位置沿着所述中心轴线比所述第一凹槽的位置更靠近所述第一部件。

优选的是，由穿透淬火钢制成所述第二部件。

优选的是，选定所述至少两个凹槽中的各凹槽之间的间距、各凹槽的宽度、各凹槽的深度以及各凹槽距所述第一部件和所述第二部件的过盈配合区域的距离，以使得通过所述第一部件和所述第二部件的过盈配合而导致的所述第二部件的端部区域所形成的锥角最小。

优选的是，所述第一部件是电动机的定子，而所述第二部件是电动机的冷却水套；或者所述第一部件是电动机的转子轮毂，而所述第二部件是电动机的转子。

根据本发明的过盈配合结构和过盈配合方法，在要过盈配合的两个部件中的外侧部件的端部区域中加入了机械顺应性机构，具体地，至少两个凹槽，由此能够减小过盈配合工艺中引起的变形。

特别地，本发明的方案具有如下优点：

1.在过盈配合工艺之后不需增加额外的机械加工步骤，这能够消除在机械加工定子相关结构时会损坏绕组头部的风险，并且还可以消除在机械加工转子相关结构时处理强磁场问题的麻烦。

2.对于电动机的组装而言组装工艺的效率得到了提高。

3.由于以上两点，使得本发明的工艺的成本也可得到极大降低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是现有技术中在采用过盈配合工艺来装配电动机的定子和电动机的冷却水套的情况下的定子和冷却水套的一部分的变形模拟图。

图2是根据本发明在采用过盈配合工艺来装配电动机的定子和电动机的冷却水套的情况下的定子和冷却水套的一部分的剖视示意图。

图3是冷却水套的设置有凹槽的端部区域的放大示意图。

图4示出了具有第一种凹槽布置方式的本发明的过盈配合结构的示意图。

图5示出了具有第二种凹槽布置方式的本发明的过盈配合结构的示意图。

图6是示出了根据本发明的一个实施例的凹槽的深度对变形引起的锥角的影响的模拟结果图表。

图7是根据本发明的一个实施例的过盈配合结构的设置凹槽的部分的剖视图。

图8是根据本发明的一个实施例的过盈配合结构的部分剖开的透视图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明的基本构思是在要过盈配合的两个部件中的外侧部件的端部区域中加入机械顺应性机构，具体地，至少两个凹槽，以便减小过盈配合而导致的外侧部件的端部区域所形成的锥角，其中，在所述外侧部件的内侧和外侧两侧各设置至少一个凹槽。

图2是根据本发明在采用过盈配合工艺来装配电动机的定子和电动机的冷却水套的情况下的定子和冷却水套的一部分的剖视示意图。图2是沿着过盈配合的定子1和冷却水套2的中心轴线10剖开的、在中心轴线10之上的定子1和冷却水套2的示意图。

如图2所示，本发明的过盈配合结构可以应用于电动机的定子装配中，该过盈配合结构包括圆柱形的定子1和圆筒形的冷却水套2，所述定子1和所述冷却水套2共轴并且沿着中心轴线10延伸，所述冷却水套2的轴向长度大于所述定子1的轴向长度，所述定子1通过过盈配合工艺而以过盈配合的方式设置在所述冷却水套2内。本领域普通技术人员能够理解，图2仅仅示出了定子1和冷却水套2的上半部分，定子1和冷却水套2是围绕着中心轴线10形成的大致圆柱/圆筒形物体。

根据本发明，沿着所述中心轴线10在所述定子1外侧的所述冷却水套2的一部分(即，图2中的冷却水套2的左侧端部区域)中设有两个凹槽，即，第一凹槽3和第二凹槽4，第一凹槽3和第二凹槽4每个均沿着所述冷却水套2的径向方向(即，图2中的上下方向)延伸，且第一凹槽3朝向所述冷却水套2的径向内侧开口，因而第一凹槽3也可以称为内侧凹槽；而第二凹槽4朝向所述冷却水套2的径向外侧开口，因而第二凹槽4也可以称为外侧凹槽。在图2中，冷却水套2具有沿着所述中心轴线10在冷却水套一端处的端部区域7，该端部区域7沿着中心轴线10的方向突出超过定子1，第一凹槽3和第二凹槽4设置在该端部区域7中。本领域普通技术人员能够理解，第一凹槽3和第二凹槽4不会沿着冷却水套2的径向方向穿透该端部区域7，而是应该存在有凹槽底部，以便使得凹槽两侧的部分相互连接起来。

根据本发明，在端部区域7中设置的凹槽的数量不限于两个，也可以为多于两个。在存在多于两个凹槽的情况下，所述凹槽中应至少包括有两个开口方向彼此相反的凹槽。

图3是冷却水套的设置有凹槽的端部区域的放大示意图。如图3所示，第一凹槽3和第二凹槽4设置在冷却水套2的端部区域7中，第二凹槽4具有沿着冷却水套2的中心轴线10的方向测得的宽度W，并且具有沿着冷却水套2的径向方向测得的深度D2。此外，第一凹槽3和第二凹槽4沿着冷却水套2的中心轴线10的方向的间距为D1。第一凹槽3和第二凹槽4优选具有相同的结构尺寸。即，第一凹槽3和第二凹槽4优选具有相同的宽度W和深度D2。在存在多于两个凹槽的情况下，所述多于两个凹槽也优选具有相同的结构尺寸。

根据本发明，凹槽的设置可以存在多种方式。图4示出了具有第一种凹槽布置方式的本发明的过盈配合结构的示意图。图5示出了具有第二种凹槽布置方式的本发明的过盈配合结构的示意图。

如图5所示，第一凹槽3朝向所述冷却水套2的径向内侧开口，因而第一凹槽3也可以称为内侧凹槽；而第二凹槽4朝向所述冷却水套2的径向外侧开口，因而第二凹槽4也可以称为外侧凹槽；所述第一凹槽3的位置沿着所述冷却水套2的中心轴线10比所述第二凹槽4的位置更靠近所述定子1。图5也示意性示出了定子1和冷却水套2的径向位移情况。

如图4所示，第一凹槽6朝向所述冷却水套2的径向内侧开口，因而第一凹槽6也可以称为内侧凹槽；而第二凹槽5朝向所述冷却水套2的径向外侧开口，因而第二凹槽5也可以称为外侧凹槽；所述第二凹槽5的位置沿着所述冷却水套2的中心轴线10比所述第一凹槽6的位置更靠近所述定子1。图4也示意性示出了定子1和冷却水套2的径向位移情况。

如图4和图5中所示的两种凹槽设计方式均可以减小过盈配合导致的冷却水套2的端部区域所形成的锥角。

在本发明中，在冷却水套2的端部区域中设有至少两个凹槽，这些凹槽中的各凹槽之间的间距、各凹槽的宽度、各凹槽的深度以及各凹槽距所述定子1和所述冷却水套2的过盈配合区域的距离优选被选定，以使得通过所述定子1和所述冷却水套2的过盈配合而导致的所述冷却水套2的端部区域所形成的锥角最小。

在本发明中，冷却水套2的端部区域形成的锥角是各凹槽之间的间距D1、各凹槽的宽度W、各凹槽的深度D2以及各凹槽距所述定子1和所述冷却水套2的过盈配合区域的距离的函数。特别地，各凹槽之间的间距D1越大，则变形引起的锥角就越小；各凹槽的宽度W越小，则变形引起的锥角就越小；各凹槽距所述定子1和所述冷却水套2的过盈配合区域的距离越小，则变形引起的锥角就越小。

图6是示出了根据本发明的一个实施例的凹槽的深度对变形引起的锥角的影响的模拟结果图表。如图6所示，冷却水套(第二部件)的壁厚为14mm，在没有凹槽的时候，即在凹槽深度为0mm的时候，变形引起的锥角为0.157°；而当凹槽深度是13mm的时候，变形引起的锥角为0.023°。

在本发明中，冷却水套2的端部区域7至少设有第一凹槽3和第二凹槽4，所以端部区域7的强度自然会有所降低。本发明的这种双凹槽设计的能力受限于结构强度。然而，根据本发明，同时仍然需要足够的凹槽深度以便获得具有足够柔性的结构构件，从而获得特定的变形模式。在特定的应用场合中和在最大干涉量的情况下，在本发明的凹槽的底部处的应力将会非常高，这就要求冷却水套2最好由高强度材料制成，例如，冷却水套2可以由穿透淬火钢制成。图7是根据本发明的一个实施例的过盈配合结构的设置凹槽的部分的剖视图，其示出了相关部分的等效应力分布。图8是根据本发明的一个实施例的过盈配合结构的部分剖开的透视图，其也以示意的方式示出了相关部分的应力分布。

以上所述的实施例涉及采用过盈配合工艺来装配电动机的定子1和电动机的冷却水套2的情况。本领域普通技术人员应该明白，本发明也同样适用于采用过盈配合工艺来装配电动机的转子轮毂和电动机的转子的情况。

此外，根据本发明的一个实施例，还提供了一种过盈配合方法，该方法可以用于将圆筒形的冷却水套2过盈配合到圆柱形的定子1上，所述定子1和所述冷却水套2沿着中心轴线10延伸，所述冷却水套2的轴向长度大于所述定子1的轴向长度，该方法可以包括如下步骤：

提供定子1；

提供冷却水套2；以及

通过过盈配合工艺将所述定子1设置在所述冷却水套2内，

其中，沿着所述冷却水套2的中心轴线10在所述定子1外侧的所述冷却水套2的一部分中设置第一凹槽3和第二凹槽4，所述第一凹槽3和第二凹槽4每个均沿着所述冷却水套2的径向方向延伸，且所述第一凹槽3朝向所述冷却水套2的径向内侧开口，而第二凹槽4朝向所述冷却水套2的径向外侧开口。

在本发明的上述方法中，在冷却水套2的端部区域7中设置的凹槽的数量不限于两个，也可以为多于两个。在存在多于两个凹槽的情况下，所述凹槽中应至少包括有两个开口方向彼此相反的凹槽。

在本发明的上述方法中，各个凹槽可以具有相同的结构尺寸。

在本发明的上述方法中，可以选定所述凹槽中的各凹槽之间的间距、各凹槽的宽度、各凹槽的深度以及各凹槽距所述定子1和所述冷却水套2的过盈配合区域的距离，以使得通过所述定子1和所述冷却水套2的过盈配合而导致的所述冷却水套2的端部区域所形成的锥角最小。

此外，本发明的上述方法也可以适用于装配电动机的转子轮毂和电动机的转子的情况。

本发明的方案具有如下优点：

1.在过盈配合工艺之后不需增加额外的机械加工步骤，这能够消除在机械加工定子相关结构时会损坏绕组头部的风险，并且还可以消除在机械加工转子相关结构时处理强磁场问题的麻烦。

2.对于电动机的组装而言组装工艺的效率得到了提高。

3.由于以上两点，使得本发明的工艺的成本也可得到极大降低。

以上所述仅是本发明的一些具体实施例。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理和构思的前提下，还可以对上述实施例进行各种组合或做出若干改进和变型，这些组合、改进和变型也应视为落在本发明的保护范围和构思之内。

Claims (16)

1.一种过盈配合结构，包括圆柱形的第一部件(1)和圆筒形的第二部件(2)，所述第一部件(1)和所述第二部件(2)均沿着中心轴线(10)延伸，所述第二部件(2)的轴向长度大于所述第一部件(1)的轴向长度，所述第一部件(1)通过过盈配合工艺而设置在所述第二部件(2)内，

其特征在于，沿着所述中心轴线(10)在所述第一部件(1)外侧的所述第二部件(2)的一部分中设有至少两个凹槽(3、4、5、6)，所述至少两个凹槽(3、4、5、6)每个均沿着所述第二部件(2)的径向方向延伸，且所述至少两个凹槽(3、4、5、6)中的第一凹槽(3、6)朝向所述第二部件(2)的径向内侧开口，而所述至少两个凹槽(3、4、5、6)中的第二凹槽(4、5)朝向所述第二部件(2)的径向外侧开口。

2.根据权利要求1所述的过盈配合结构，其特征在于，

所述至少两个凹槽(3、4、5、6)中的各个凹槽具有相同的结构尺寸。

3.根据权利要求1或2所述的过盈配合结构，其特征在于，

所述至少两个凹槽(3、4、5、6)为两个凹槽，即，所述第一凹槽(3、6)和所述第二凹槽(4、5)。

4.根据权利要求1或2所述的过盈配合结构，其特征在于，

所述第一凹槽(3)的位置沿着所述中心轴线(10)比所述第二凹槽(4)的位置更靠近所述第一部件(1)，或者所述第二凹槽(5)的位置沿着所述中心轴线(10)比所述第一凹槽(6)的位置更靠近所述第一部件(1)。

5.根据权利要求1或2所述的过盈配合结构，其特征在于，

所述第二部件(2)由穿透淬火钢制成。

6.根据权利要求1或2所述的过盈配合结构，其特征在于，

所述至少两个凹槽(3、4、5、6)中的各凹槽之间的间距、各凹槽的宽度、各凹槽的深度以及各凹槽距所述第一部件(1)和所述第二部件(2)的过盈配合区域的距离被选定，以使得通过所述第一部件(1)和所述第二部件(2)的过盈配合而导致的所述第二部件(2)的所述一部分所形成的锥角最小。

7.根据权利要求1或2所述的过盈配合结构，其特征在于，

所述第一部件(1)是电动机的定子，而所述第二部件(2)是电动机的冷却水套；或者所述第一部件(1)是电动机的转子轮毂，而所述第二部件(2)是电动机的转子。

8.根据权利要求1或2所述的过盈配合结构，其特征在于，

所述第二部件(2)的所述一部分是所述第二部件(2)的端部区域。

9.一种过盈配合方法，该方法用于将圆筒形的第二部件(2)过盈配合到圆柱形的第一部件(1)上，所述第一部件(1)和所述第二部件(2)沿着中心轴线(10)延伸，所述第二部件(2)的轴向长度大于所述第一部件(1)的轴向长度，该方法包括如下步骤：

提供所述第一部件(1)；

提供所述第二部件(2)；以及

通过过盈配合工艺将所述第一部件(1)设置在所述第二部件(2)内，

其特征在于，沿着所述第二部件(2)的中心轴线(10)在所述第一部件(1)外侧的所述第二部件(2)的一部分中设置至少两个凹槽(3、4、5、6)，所述至少两个凹槽(3、4、5、6)每个均沿着所述第二部件(2)的径向方向延伸，且所述至少两个凹槽(3、4、5、6)中的第一凹槽(3、6)朝向所述第二部件(2)的径向内侧开口，而所述至少两个凹槽(3、4、5、6)中的第二凹槽(4、5)朝向所述第二部件(2)的径向外侧开口。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

所述至少两个凹槽(3、4、5、6)中的各个凹槽具有相同的结构尺寸。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，

所述至少两个凹槽(3、4、5、6)为两个凹槽，即，所述第一凹槽(3、6)和所述第二凹槽(4、5)。

12.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，

所述第一凹槽(3)的位置沿着所述中心轴线(10)比所述第二凹槽(4)的位置更靠近所述第一部件(1)，或者所述第二凹槽(5)的位置沿着所述中心轴线(10)比所述第一凹槽(6)的位置更靠近所述第一部件(1)。

13.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，

由穿透淬火钢制成所述第二部件(2)。

14.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，

选定所述至少两个凹槽(3、4、5、6)中的各凹槽之间的间距、各凹槽的宽度、各凹槽的深度以及各凹槽距所述第一部件(1)和所述第二部件(2)的过盈配合区域的距离，以使得通过所述第一部件(1)和所述第二部件(2)的过盈配合而导致的所述第二部件(2)的所述一部分所形成的锥角最小。

15.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，

所述第一部件(1)是电动机的定子，而所述第二部件(2)是电动机的冷却水套；或者所述第一部件(1)是电动机的转子轮毂，而所述第二部件(2)是电动机的转子。

16.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，

所述第二部件(2)的所述一部分是所述第二部件(2)的端部区域。

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