CN107528409B - 一种转轴末端与轴承间隙/过盈切换的电机结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种转轴末端与轴承间隙/过盈切换的电机结构，包括电机本体以及壳体，所述电机本体包括转轴、转子以及绕组定子，所述壳体包括机座、前端盖、前轴承以及后轴承，所述前端盖与机座固定连接，前轴承与前端盖固定连接，后轴承与机座固定连接；前轴承与转轴之间通过胀紧套固定连接，转轴的末端与后轴承的内圈通过一变径衬套连接，变径衬套为一圆环形金属衬套，变径衬套的外缘与后轴承内圈的内缘过盈配合,变径衬套的内缘与转轴间隙/过盈切换配合；转轴末端的轴径范围为30～80mm；转轴与变径衬套的内缘为间隙配合，间隙范围为0.03～0.05mm；变径衬套的外缘的直径范围为79～215mm。
Description
技术领域
本发明属于电机领域，具体涉及一种电机结构，尤其涉及一种转轴末端与轴承间隙/过盈切换的电机结构。
背景技术
众所周知，电机的主要作用是产生驱动转矩，为电器或各种机械设备提供动力。电机的应用领域很广，有新能源汽车领域、风力发电领域、轨道交通领域等。所以市场对电机的需求量巨大，企业要不断提高生产效率才能不断满足市场的需求。
其中，电机的轴承是保证电机正常运转的关键零部件之一，也是电机异常的关键故障点。现在市面上的电机轴承绝大多数是从电机端盖内侧安装，轴承外圈与端盖间隙配合，轴承内圈与电机转轴过盈配合。在这种情况下，电机轴承出现问题需要更换时，就需要打开电机端盖，将转子抽出用专用工具才能将轴承取下，安装时也需要将轴承加热，采用热套工艺才能将轴承安装到转轴上，费时费力。加热温度和时间也要控制好，不然会给轴承带来不可逆的损伤。
因此，为了解决上述问题，提供一种转轴末端与轴承间隙/过盈切换的电机结构是本发明所要研究的课题。
发明内容
本发明提供一种转轴末端与轴承间隙/过盈切换的电机结构，其目的是为了解决现有技术的电机轴承等问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种转轴末端与轴承间隙/过盈切换的电机结构，包括转子和壳体，其中，所述转子具有一转轴，所述转轴具有一轴伸端和一末端，所述转轴在轴伸端通过一前轴承转动支撑在壳体上，且转轴与前轴承内圈过盈配合，所述转轴在末端通过一后轴承转动支撑在壳体上；
所述转轴的末端与后轴承的内圈通过一变径衬套连接，该变径衬套为一圆环形金属衬套，变径衬套的热膨胀系数大于后轴承的内圈的热膨胀系数，且变径衬套的热膨胀系数为18.8×10-6/℃～24×10-6/℃，所述变径衬套的外缘与后轴承的内圈的内缘过盈配合,所述变径衬套的内缘与转轴间隙/过盈切换配合；
所述转轴末端的轴径范围为30～80mm；在装配状态下，所述转轴与所述变径衬套的内缘为间隙配合，该间隙范围为0.03～0.05mm；所述变径衬套的外缘的直径范围为79～215mm；
在工作状态下，电机起步时，转轴与变径衬套的内缘间隙配合，随着转速上升，当变径衬套温度升高至临界温度时，转轴与所述变径衬套的内缘切换至过盈配合状态；随着转速下降，当变径衬套温度低于所述临界温度时，转轴与变径衬套的内缘由过盈配合状态切换至间隙配合状态。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述前端盖中设有冷却水道。
2、上述方案中，所述前轴承与转轴之间通过胀紧套固定连接。
3、上述方案中，所述前轴承的外圈的边缘沿周向设有前轴承翻边，所述前轴承通过前轴承翻边与前端盖固定连接。
4、上述方案中，所述后轴承的外圈的边缘沿周向设有后轴承翻边，所述后轴承通过后轴承翻边与机座固定连接。
5、上述方案中，所述转轴和后轴承之间增设有O型密封圈。
6、上述方案中，还包括一前轴承盖板，该前轴承盖板设于前轴承的外侧，并与前轴承采用螺栓连接。
7、上述方案中，所述后轴承的内圈采用轴承钢内圈，所述变径衬套采用黄铜衬套。
8、上述方案中，所述前端盖和机座之间的连接处安装有密封圈，所述前轴承盖板中套设有骨架密封圈。
9、上述方案中，所述转轴末端的轴径为69.977mm；在装配状态下，所述转轴与所述变径衬套的内缘为间隙配合，该间隙为0.036mm；所述变径衬套的外缘的直径为120mm。
10、上述方案中，还包括一防护罩，所述防护罩设于前轴承盖板的外侧，并与前轴承盖板采用螺栓连接。
11、上述方案中，所述转轴具有一轴伸端和一末端，所述轴伸端为电机的输出端，即电机的前端，而末端为与电机输出端相反的后端。
12、上述方案中，所述变径衬套材料采用黄铜（H62），还可以采用铝合金（ADC12）等。
本发明原理、构思和效果如下：
本发明提供的一种转轴末端与轴承间隙/过盈切换的电机结构，转轴的末端与后轴承的内圈通过一变径衬套连接，该变径衬套为一圆环形金属衬套，变径衬套的热膨胀系数远大于后轴承的内圈的热膨胀系数，且变径衬套的热膨胀系数为18.8×10-6/℃～24×10-6/℃，变径衬套的外缘与后轴承的内圈的内缘过盈配合,变径衬套的内缘与转轴间隙/过盈切换配合；在工作状态下，电机起步时，转轴与变径衬套的内缘间隙配合，随着转速上升，当变径衬套温度升高至临界温度时，转轴与变径衬套的内缘切换至过盈配合状态；随着转速下降，当变径衬套温度低于临界温度时，转轴与变径衬套的内缘由过盈配合状态切换至间隙配合状态。也就是说，当变径衬套温度升高至临界温度时，转轴与变径衬套之间为过盈配合，即变径衬套将转轴抱死，从而有效固定住转轴，防止转轴震动产生的巨大噪音，当变径衬套温度降低至临界温度下时，转轴与变径衬套之间为间隙配合，从而方便将后轴承拆开。
与现有技术相比，实现快拆快装的目的，减小电机拆装维护难度，提高工作效率。当轴承温度低于临界温度时，转轴与变径衬套的内缘为间隙配合，此时，当轴承需要更换时，操作人员不需要像以前一样拆开端盖，抽出转子才能用专用工具将轴承拉出来，而是直接拧下固定螺栓，即可对轴承进行更换、维护。而当温度高于临界温度时，转轴与变径衬套的内缘为过盈配合，此时，变径衬套膨胀将转轴抱死，从而有效固定住转轴，防止转轴震动产生的巨大噪音。
另外，在转轴和后轴承之间增设有O型密封圈，从而当转速为低速，即轴承温度低于临界温度时，通过O型密封圈以增加转轴和后轴承之间的摩擦力，从而实现减震效果。
附图说明
附图1为本实施例电机的结构示意图；
附图2为本实施例前轴承的剖视图；
附图3为本实施例前轴承的俯视图；
附图4为本实施例后轴承的剖视图；
附图5为本实施例后轴承的俯视图；
附图6为本实施例前轴承的立体图；
附图7为本实施例后轴承的立体图。
以上附图中，1、接线盒组件；2、前端盖；3、前轴承；30、前轴承内圈；31、前轴承外圈；32、前轴承翻边；4、防护罩；5、甩水环；6、胀紧套；7、传动法兰；8、前轴承盖板；9、胀紧套；10、旋变定子；11、旋变转子；12、卡簧；13、编码器保护罩盖板；14、编码器保护罩；15、后轴承；150、变径衬套；151、后轴承的内圈；152、后轴承的外圈；153、后轴承翻边；16、转轴；160、O型密封圈；17、转子；18、绕组定子；19、机座；20、旋变定子压板。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：一种转轴末端与轴承间隙/过盈切换的电机结构
参见附图1-7所示，包括接线盒组件1、前端盖2、前轴承3、防护罩4、甩水环5、胀紧套6、传动法兰7、前轴承盖板8、胀紧套9、旋变定子10、旋变转子11、卡簧12、编码器保护罩盖板13、编码器保护罩14、后轴承15、转子17、绕组定子18、机座19、旋变定子压板20。
本实施例中，所述电机只有一个端盖2，与机座19采用螺栓连接，机座19与前端盖2中均设有冷却水道。前轴承3和后轴承15的外圈152做成一个特殊形态的法兰，分别与前端盖2和机座19用螺栓连接，连接处装有O型橡胶密封圈从而实现防水防尘。其中，所述前轴承3的外圈31的边缘沿周向设有前轴承翻边32，所述前轴承3通过前轴承翻边32与前端盖2通过螺栓固定连接。
前轴承3与转轴16之间用胀紧套9进行连接，直接起到前轴承3的内圈30的轴向和径向的定位。前轴承盖板8中套有骨架密封圈用来防水防尘，并与前轴承3用螺栓连接。防护罩4与前轴承盖板8用螺栓进行连接。传动法兰7与转轴16之间用胀紧套6进行连接。甩水环5与传动法兰7之间采用过盈配合。
还包括旋转编码器、编码器保护罩14以及编码器保护罩盖板13，旋转编码器包括旋变定子10和旋变转子11，所述旋变转子11与转轴16同轴，针对旋变定子10设有一旋变定子压板20，所述旋变定子10、编码器保护罩14、旋变定子压板20以及编码器保护罩盖板13均通过螺栓固定于后轴承15的外侧面上，形成一个整体。
所述转子17具有一转轴16，所述转轴16具有一轴伸端和一末端，所述转轴16在轴伸端通过前轴承3转动支撑在壳体上，且转轴16与前轴承3的内圈30通过胀紧套6过盈配合，所述转轴16在末端通过一后轴承15转动支撑在壳体上。
所述转轴16的末端与后轴承内圈151通过一变径衬套150连接，该变径衬套为一圆环形金属衬套，所述变径衬套150的热膨胀系数为18.8×10-6/℃～24×10-6/℃，所述变径衬套150的外缘与后轴承内圈151的内缘过盈配合,所述变径衬套150的内缘与转轴16间隙/过盈切换配合。本实施例中，所述变径衬套150采用黄铜（H62）衬套，其热膨胀系数为α2=20.8×10-6/℃，后轴承内圈151采用轴承钢（SUJ2），其热膨胀系数为α1=12.5×10-6/℃，转轴１６的材料为42CrMo，热膨胀系数为α3=11.1×10-6/℃。
所述后轴承15还包括后轴承外圈152，所述后轴承外圈152的边缘沿周向设有后轴承翻边153，所述后轴承15通过后轴承翻边153与机座19固定连接。
所述转轴16末端的轴径范围为30～80mm；在装配状态下，所述转轴16与所述变径衬套150的内缘为间隙配合，该间隙范围为0.03～0.05mm；所述变径衬套150的外缘的直径范围为79～215mm。其中，具体地，所述转轴16末端的轴径为69.977mm；在装配状态下，所述转轴16与所述变径衬套150的内缘为间隙配合，该间隙为0.036mm；所述变径衬套150的外缘的直径为120mm，后轴承内圈151外缘的直径为150mm。
在工作状态下，电机起步时，转轴16与变径衬套150的内缘间隙配合，随着转速上升，当变径衬套150温度升高至临界温度时，转轴16与变径衬套150的内缘切换至过盈配合状态；随着转速下降，当变径衬套150温度低于所述临界温度时，转轴16与变径衬套150的内缘由过盈配合状态切换至间隙配合状态，即当转速较低时，后轴承15不会跑内圈，当转速较高时，散发热量较大，变径衬套150受热膨胀，由于后轴承内圈151和变径衬套150采用两种热膨胀系数的材料，而靠近转轴16的变径衬套150材料热膨胀系数较大，所以变径衬套150与转轴16抱死，解决了跑内圈的问题。旋变转子11与转轴16之间用键进行连接，再用卡簧12对其进行轴向定位。
本实施例中，所述转轴16和后轴承15之间增设有O型密封圈160，其主要在转轴16的外表面开设有两条平行的环形凹槽，在凹槽中设置O型密封圈160，从而用于转轴16和后轴承15之间的密封，增加两者之间的摩擦，从而在低速的时候也能起到减震的作用。
当需要拆卸前轴承3时，采用以下步骤操作：第一步，采用专用工具将甩水环5从传动法兰7上取下；第二步，用内六角扳手松开胀紧套6，取下胀紧套6和传动法兰7；第三步，松开防护罩4与前轴承盖板8的连接螺栓，取下防护罩4；第四步，松开前轴承盖板8与前轴承3的连接螺栓，取下前轴承盖板8；第五步，之后松开胀紧套9并取出；第六步，松开前轴承3与前端盖2的连接螺栓，取下前轴承3。
当需要拆卸后轴承15时，采用以下步骤操作：第一步，松开编码器保护罩盖板13与编码器保护罩14的连接螺栓，并取下；第二步，松开编码器保护罩14与后轴承15的连接螺栓，并取下；第三步，松开旋变定子压板20与后轴承15的连接螺栓，取下旋变定子10和旋变定子压板20；第四步，用卡簧钳取下卡簧12，取出旋变转子11；第五步，松开后轴承15与机座19连接螺栓，取下后轴承15。
还包括一旋转编码器、一控制器、一驱动电路以及一报警器，所述旋转编码器由光栅盘和光电检测装置组成，所述光栅盘与转轴16同轴布置，所述旋转编码器的光电检测装置的输出端与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端连接驱动电路的控制端，所述驱动电路的输出端连接所述报警器。
实施例2：一种转轴末端与轴承间隙/过盈切换的电机结构
其余与实施例1相同，不同之处在于：所述转轴16末端的轴径为49.98mm；在装配状态下，所述转轴16与所述变径衬套150的内缘为间隙配合，该间隙为0.036mm；所述变径衬套150的外缘的直径为101mm，后轴承内圈151外缘的直径为121mm。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种转轴末端与轴承间隙/过盈切换的电机结构，包括转子和壳体，其中，所述转子具有一转轴（16），所述转轴（16）具有一轴伸端和一末端，所述转轴（16）在轴伸端通过一前轴承（3）转动支撑在壳体上，且转轴（16）与前轴承（3）的内圈（30）过盈配合，所述转轴（16）在末端通过一后轴承（15）转动支撑在壳体上；
其特征在于：所述转轴（16）的末端与后轴承（15）的内圈（151）通过一变径衬套（150）连接，该变径衬套（150）为一圆环形金属衬套，变径衬套（150）的热膨胀系数大于后轴承（15）的内圈（151）的热膨胀系数，且变径衬套（150）的热膨胀系数为18.8×10-6/℃～24×10-6/℃;所述变径衬套（150）的外缘与后轴承（15）的内圈（151）的内缘过盈配合,所述变径衬套（150）的内缘与转轴（16）间隙/过盈切换配合；
所述转轴（16）末端的轴径范围为30～80mm；在装配状态下，所述转轴（16）与所述变径衬套（150）的内缘为间隙配合，该间隙范围为0.03～0.05mm；所述变径衬套（150）的外缘的直径范围为79～215mm；
在工作状态下，电机起步时，转轴（16）与变径衬套（150）的内缘间隙配合，随着转速上升，当变径衬套（150）温度升高至临界温度时，转轴（16）与所述变径衬套（150）的内缘切换至过盈配合状态；随着转速下降，当变径衬套（150）温度低于所述临界温度时，转轴（16）与变径衬套（150）的内缘由过盈配合状态切换至间隙配合状态。
2.根据权利要求1所述的转轴末端与轴承间隙/过盈切换的电机结构，其特征在于：所述前轴承（3）与转轴（16）之间通过胀紧套（9）固定连接。
3.根据权利要求1或2所述的转轴末端与轴承间隙/过盈切换的电机结构，其特征在于：所述前轴承（3）的外圈（31）的边缘沿周向设有前轴承翻边（32），所述前轴承（3）通过前轴承翻边（32）与前端盖（2）固定连接。
4.根据权利要求3所述的转轴末端与轴承间隙/过盈切换的电机结构，其特征在于：所述后轴承（15）的外圈（152）的边缘沿周向设有后轴承翻边（153），所述后轴承（15）通过后轴承翻边（153）与机座（19）固定连接。
5.根据权利要求1所述的转轴末端与轴承间隙/过盈切换的电机结构，其特征在于：所述转轴（16）和后轴承（15）之间增设有O型密封圈（160）。
6.根据权利要求3所述的转轴末端与轴承间隙/过盈切换的电机结构，其特征在于：还包括一前轴承盖板（8），该前轴承盖板（8）设于前轴承（3）的外侧，并与前轴承（3）采用螺栓连接。
7.根据权利要求1所述的转轴末端与轴承间隙/过盈切换的电机结构，其特征在于：所述后轴承（15）的内圈（151）采用轴承钢内圈，所述变径衬套（150）采用黄铜衬套。
8.根据权利要求６所述的转轴末端与轴承间隙/过盈切换的电机结构，其特征在于：所述前端盖（2）和机座（19）之间的连接处安装有密封圈，所述前轴承盖板（8）中套设有骨架密封圈。
9.根据权利要求5所述的转轴末端与轴承间隙/过盈切换的电机结构，其特征在于：所述转轴（16）末端的轴径为69.977 mm；在装配状态下，所述转轴（16）与所述变径衬套（150）的内缘为间隙配合，该间隙为0.036mm；所述变径衬套（150）的外缘的直径为120mm。
10.根据权利要求６或８所述的转轴末端与轴承间隙/过盈切换的电机结构，其特征在于：还包括一防护罩（4），所述防护罩（4）设于前轴承盖板（8）的外侧，并与前轴承盖板（8）采用螺栓连接。
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- 2017-08-24 CN CN201710733629.0A patent/CN107528409B/zh active Active
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