富永亮 張淇 叢涵松

　　摘　要：某試驗臺首次將磁力軸承應用到離心壓縮機當中，在安裝磁力軸承疊片時，轉子發生了彎曲，采取加熱、高轉速釋放應力措施后轉子無校直跡象。分析了轉子彎曲產生的原因，重新梳理了工藝方法，制定了預防轉子再彎曲的有效方案，通過優化主軸結構、優化設計安裝工具等一系列措施解決了轉子彎曲問題。
　　關鍵詞：磁力軸承；彎曲；液壓機構
　　1　背景
　　因磁懸浮高效能、無接觸、無損耗、節省空間、低噪音及結構緊湊特點，曼透平，西門子等知名壓縮機生產商已經廣泛將磁懸浮軸承應用到壓縮機當中取代油軸承。而在國內，壓縮機行業中的領軍企業（如沈鼓，上鼓，陜鼓），對于磁懸浮的應用還屬于技術空白階段，與先進企業存在較大差距。近幾年來，我公司快速發展，為了在未來快速占有市場，投入了大量科研經費致力于磁懸浮技術的研究。為了填補企業空白，率先與國外先進的磁軸承制造商展開密切合作，期望在磁懸浮軸承領域有更大的突破。
　　我公司首臺磁力軸承轉子簡圖如圖1所示。磁力軸承的結構特性之一是轉子需安裝增加磁場力的疊片套（硅鋼片組）。主軸與疊片套為過盈配合，將疊片套安裝到主軸上需進行熱裝配。因疊片之間沖壓有絕緣漆，疊片套的加熱溫度不得超過300℃。技術要求規定了安裝后的疊片套與軸肩的間隙小于0.02mm，疊片套熱裝后需施加軸向力來保證其間隙值。

　　首臺磁力軸承的主軸已精加工到圖樣尺寸，采用壓板工裝對疊片套施加軸向力，在安裝磁力軸承葉輪側疊片套后，按工序要求對主軸進行徑向跳動檢測，發現裝套后的主軸發生了彎曲，跳動值達到了0.06mm（允許跳動值為0.01mm）。
　　熱應力釋放是校直主軸彎曲的常規手段，即采用乙炔火焰（溫度在1000℃以上）加熱裝配件，使其內孔漲大，對主軸產生均勻的包容力，達到主軸校直目的。然而受制于疊片套加熱溫度不能超過300℃的特性，不能采取熱應力釋放手段。采用了以下幾種方法：
　　（1）使用Z高溫度能達到600℃的熱噴槍（類似電吹風）對疊片套加熱2小時，疊片套的溫度升至100℃，此時主軸的溫度已升到70℃，未產生較大溫差，此種校直方法失效。
　　（2）轉子安裝到高速平衡機內，將轉子升速到高轉速，在高速下長時間運轉，通過離心力的作用，期望疊片套與主軸之間的過盈減少，應力釋放，疊片套重新包容主軸達到校直目的。轉子經過高速運轉后，徑向跳動測量結果無任何變化，此種方法失效。
　　Z終的結果是進口疊片套報廢，重新采購了疊片套，重新備料并制造主軸。不僅造成了較大的經濟損失，還影響的生產進度。
　　2　原因分析
　　轉子發生了彎曲，可能有以下兩個原因：
　　（1）轉子疊片套熱安裝后，為了保證軸向間隙，對疊片套處軸肩位置進行了水冷。疊片套與軸在冷卻過程中發生包裹力不均勻，Z終導致轉子彎曲。
　　（2）為了保證軸向間隙值，在疊片套的安裝過程中，轉子受擠壓力，工裝底板受力翹起，工裝上對稱螺栓旋緊過程中不能保證同步一致性，轉子受到不均衡擠壓力，轉子被壓彎。
　　3　優化設計
　　根據上述發生的可能原因，重新梳理了工藝路線和工藝方法：
　　（1）工藝路線由原來的加工-裝配優化為加工-裝配-加工。即將疊片套安裝位置的軸徑先加工到圖樣尺寸，其余主軸的軸徑留2mm余量。將疊片套安裝后，再按照精加工圖對主軸進行Z終加工。通過工藝路線的更改和主軸留余量方法有效地解決了即便安裝過程中主軸發生了彎曲，主軸還有修正量，保證轉子的順利安裝。
　　（2）轉子發生彎曲的一部分原因是裝配過程中壓緊工裝產生的。期望通過設計一套能夠提供均勻軸向力的液壓機構代替傳統的壓緊工裝這個思路，對主軸進行了優化設計。在葉輪側軸頭處設計了工藝螺紋（見圖2）偏于安裝液壓機構，待疊片套安裝完畢后，車掉工藝螺紋，再按精加工圖進行主軸的深加工。

　　（3）設計的液壓機構（見圖3）由液壓泵、墊套、液壓千斤頂組成。通過液壓泵緩慢升高壓力推動液壓千斤頂作用到墊套上，Z終對主軸施加均勻可靠的拉伸力完成疊片套的安裝并能夠保證設計技術要求。

　　4　結論
　　（1）通過對轉子裝配工藝路線的優化設計和主軸留余量措施有效解決了磁力軸承疊片套安裝后即使轉子發生彎曲問題，也能保證轉子順利安裝。
　　（2）通過對主軸的優化設計和液壓機構的應用可保證轉子受力均勻不發生人為導致的彎曲。上述方法提高了轉子的裝配效率，減少了裝配強度，使裝配工作更加安全、可靠。
　　參考文獻
　　[1]白城均，宋方臻，邵海燕.磁力軸承的發展及應用[J].濟南大學學報（自然科學版），2007，（04）：325-331.
　　[2]張鋼，虞烈，謝友柏.電磁軸承的發展與研究[J].軸承，1997，（10）：13-17+44.

來源：《現代商貿工業》2018年12期