电涡流测功机修复装配技术

摘要：本文通过实例介绍了一种电涡流测功机的结构原理及修复方法，对测功机的修复技术、修复步骤进行了详细介绍，由于测功机广泛用于航空发动机、燃气轮机、柴油及内燃机等设备的开发试验中。其过速能力、过距能力、过功能力较小，在试验中难免会出现问题，因此，研究电涡流测功机修复装配技术具有较大的现实意义。

Abstract： In this paper， the structural principle and repair method of an electric eddy current dynamometer are introduced through an example， and the repair technology and steps of the dynamometer are introduced in detail. Because dynamometer is widely used in the development and test of aircraft engine， gas turbine， diesel engine and internal combustion engine， etc. Its overspeed ability， overdistance ability and overpower ability are small， which will inevitably cause problems in the test. Therefore， it is of great practical significance to study the repair and assembly technology of eddy current dynamometer.

关键词：轮盘转子;动平衡;装配间隙;测功机装配

Key words： wheel rotor;dynamic balance;assembly clearance;dynamometer assembly

中图分类号：U467.4                                   文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2020）23-0163-02

1  测功机的基本结构及原理

①测功器的主体结构：1感应盘;2转轴;3联轴器;4出水管;5励磁绕组;6冷却室支撑;7冷却室（涡流环）;8测速装置;9底板;10轴承座;11进水管等。

②测功机的基本原理。盘式电涡流测功器主要是由旋转部分（感应盘）和摆动部分（电枢和励磁绕组）组成。感应盘形状犹如直齿轮，一般由低碳钢制成。而产生涡流的地方是冷却室，它通常是由电工纯铁制成的。当给励磁绕组通上直流电以后，那么围绕著励磁绕组将产生一个闭合的磁通。当感应盘被拖动旋转时，气隙磁密随感应盘的旋转而发生周期变化。由此，在冷却室的表面及一定深度的范围内将产生涡流电势，即产生涡流。该涡流所产生的磁场又与气隙磁场相互作用，就产生了制动转矩。因此，当原动机拖动感应盘旋转时，装有冷却室的定子就通过传力臂把它产生的制动转矩传到测力装置（拉压传感器）上，从而达到测转速、测转矩的目的，进而测其功率。

2  测功机的修复

2.1 轮盘转子的检查与修复

轮盘转子的左端面与轮盘发生摩擦，端面磨损较严重。除了考虑轮盘端面的修复外，还要考虑轴的两端轴承安装表面的同轴度及其与轮盘端面的垂直度。因此决定在卧式车床上采用“一夹一顶”的方式装夹零件，找正两端轴承安装表面的同轴度及其与轮盘右端面的垂直度不大于0.02，车加工左端面见光。

2.2 轮盘转子的动平衡检查

①测功机的最高转速为5500rpm，属于高速度，高精度旋转的转子，其由于机械振动原因而受到的损害比例要大得多。在产生振动的多个因素里，影响较大是“不平衡力”，转子由于加工误差，装配误差，零件材质分布不均匀不对称等原因，旋转时就会产生不平衡的惯性力及力矩，其方向随着转子的转动而发生周期性的变化。这种交变的不平衡力或力矩作用在转子上，就会引起测功机的振动，加速轴承磨损和产生噪音，造成转子部件的高频疲劳和强迫振动损坏，降低机器寿命，甚至还会使测功机失校。测功机的最高转速为5500rpm，轮盘转子在受磨损后可能会有变形发生，因此需进行动平衡检查，对于平衡加工而言，首先要确定的是零件的公差范围。

②轮盘转子的不平衡量的计算。轮盘转子零件工作转速n=5500r/min，转子的质量M为30KG，平衡精度等级为G2.5。

根据平衡计算，可以得出该盘的平衡公差的选择范围应选择50gmm至120gmm区间。不平衡度约为4gmm/kg。本零件采用SCHENCK卧式动平衡机上进行动平衡加工。采用轴承安装面作滚轮的支撑表面进行平衡，采用在转子外圆面钻削局部去重的方法。

2.3 静子机匣的检测与修复

静子机匣需检测两端轴承座的同轴度及其与机匣定位端面的垂直度，需修复与转子摩擦所产生的磨损表面。难点一：由于零件较重，静止机匣的重量约2吨左右，上下机匣各约1吨左右，在其两端有轴承座突出其表面，外部没有可供装夹的表面，因此静止机匣的装夹找正是一个难题。解决方法：在受损机匣的外表面焊接四个均布圆柱支座，先以机匣端面为基准，加工四个支座的底面见光，使其与机匣安装端面平行。然后以支座的底面为基准，找正下半机匣的内止口，打表轴承安装座内孔的跳动值不大于0.02，在外圆加工一找正环带作为上下机匣合体后的找正基准，然后将机匣轴向压紧。将上半机匣与下半机匣通过止口定位合为一体。难点二：找正上半机匣轴承座的内孔的跳动值为0.1mm。这不符合上下轴承座内孔同轴度0.03的要求。解决方法：通过加工下半机匣止口内孔的方法将上下轴承座内孔同轴度找正至0.03。合体前先将加工下半机匣止口内孔去量直径0.2mm，通过外圆找正环带找正上下轴承座内孔同轴度至0.03以内后，将上下机匣的联接螺栓拧紧，将此找正好的位置进行固定。然后将组件卸下，在摇臂钻上加工4个直径16的销孔。在装配的时候，装入配磨好的4个销钉。这时上下轴承座内孔同轴度0.03的要求得到了解决。

2.4 盘与静子机匣轴向装配间隙的测量与保证

转子轮盘两端面与机匣的间隙为1.3～1.4。难点1：由于轮盘转子被封闭在由两个机匣及铜线包形成的封闭空腔里，如何保证转子轮盘两端面与机匣的间隙为1.25～1.45。解决方法：①先装配机匣的右半部分，因为右侧轴承是两个背靠背安装的滚珠轴承（型号为SKF7213 BECEM），内外圈都得到了完全定位，内圈用螺母紧固，轴向没有窜动量。因为轴的另一端未得到固定，因此轴会有一定的摆动量，轮盘转子与机匣的间隙间隙按1.3～1.4进行测量。轮盘转子与机匣的间隙通过1.3塞尺塞入边缘，然后轻轻转动轮盘转子，与塞尺无刮碰现象发生。证明间隙大于1.3mm，而当将1.4塞尺塞入边缘后，轻轻转动轮盘转子会出现卡住或刮碰情况发生，证明间隙小于1.4mm。②在左侧机匣的与转子配合的端面上粘上Ф10×1.3的薄片，在其上图上红丹粉。然后将左右机匣合为一体，垂直放置，轻轻转动转子，1.3的薄片发生了窜动。难点2：如何调节左侧机匣的与转子配合的间隙。解决方法：通过尺寸链计算的办法。左侧机匣与转子盘配合的间隙：

t=L-L1-L2=183.9-（33.5+5.2+63.75+10.1）-69.5=1.8（实测值）

如果t大于1.4mm，则在下半机匣A面去余量t-1.4;

如果t小于1.4mm，则在下半机匣B面去余量1.4-t。

实测验证：多于的余量在立车上加工去除。将加工好的机匣水平放置，以四个立柱支撑，在B面左侧机匣的与转子配合的端面上粘上Ф10×1.3及Ф10×1.4的薄片，在其上涂上红丹粉。然后将左右机匣合为一体，垂直放置，轻轻转动转子，如1.3的薄片没有窜动而Ф10×1.4的薄片有窜动，则证明间隙在1.3～1.4之间。

2.5 轴承的选取与安装

轴承的选取主要考虑如下因素：a轴承所占机械的空间和位置，通常小轴选用球轴承，大轴选用滚子轴承。b轴承所承受载荷的大小、方向和性质，载荷是选用轴承的主要因素。滚子轴承用于承受较重的载荷，球轴承用于承受中等或较轻载荷。c轴承的刚性，是指轴承产生单位变形所需力之大小。当对轴承刚性要求较高时，一般选用圆柱或圆锥滚子轴承。d轴承的转速，每一个轴承型号都有其自身的极限转速，它是由诸如尺寸、类型及结构等物理特性所决定的。e轴承游动和轴向位移。在测功机轴承的选择上，由于转子在励磁线圈的作用下承受较大的轴向载荷和自重产生的径向载荷，因此，在右端成对选择了SKF7213 BECBM1i高精密、高转速的角接触球轴承，采用背对背的安装方式，将轴的一端固定。另一端选用了SKFN213ECP滑动轴承，滚子在轴承圈内可轴向移动，可以适应轴和外壳不同程度的热胀影响。

2.6 密封胶的清理与涂刷

由于勵磁绕组是一个圆盘型结构，其两个端面需要可靠的密封。选用了可赛新TS1587硅橡胶平面密封剂，它是一种蓝色、中粘度、高强度、高延伸、耐油性能优良、粘接性良好，适用于各类机械设备部件结合面密封的一种密封胶。

2.7 测功机的装配技术

盘式涡流测功机不仅是精密和高速的旋转机械，也是精密的测量仪器。在使用中既承受动载，又承受静载，因此，测功机的装配精度会对其使用寿命有很大影响。

①下半机匣与励磁绕组的装配。由于两者重量较大，各有400公斤左右，只有下半机匣有可供吊装的螺孔，而励磁绕组两端面为光滑平面圆周为线圈缠绕，外圆、内孔为配合面，没有可供吊装的地方。因此采用将励磁绕组水平放置，下面垫起200mm的高度，在上端面涂好可赛新TS1587硅橡胶平面密封剂。然后将下半机匣垂直吊起，垂直落下与励磁绕组进行装配，将励磁绕组的连接线从机匣的线孔中甩出。然后，利用端面的螺钉孔，用4个压板固定励磁绕组，于中心穿带将其翻转完成二者装配。装配前用电表测量励磁绕组的阻值大于200兆欧。

②上半机匣与轮盘转子的装配。将上半机匣与轮盘转子进行装配，用两个背靠背安装的滚珠轴承进行定位，调整好轮盘转子与机匣的间隙间隙1.3～1.4mm。

③组合装配。先将励磁绕组与右半机匣接合面处涂好可赛新TS1587硅橡胶平面密封剂，然后将两半机匣合为一体，保证左半机匣与轮盘的间隙（1.3～1.4mm），用销子定位，螺钉锁紧。然后装好右侧的轴承、衬套。

2.8 测功机在3000rpm时的试车检查

试车的目的是检查装配好的测功机在3000rpm时的实际运行状态，主要是检查转子的轴向跳动和端面串动，以及转动过程中的振动、噪声情况。将电机轴和测功机转子轴通过弹性联轴节相连，将电机和测功机通过一连接法兰相连，通过法兰的止口定位，用螺栓拧紧。将测功机放于平台上，用焊好的四角支撑，轴向用压板压紧。固定连接后，通电测试，用变频器调节电机转速，由慢到快。打表检查转子的轴向串动情况，用听诊法检查转动过程中的振动、噪声情况。

3  结语

修复好的电涡流测功机实际运转正常，使用效果良好，通过对电涡流测功机的修复实践，找到了测功机的修复方法，总结了测功机的分解、修复、装配技术，为今后测功机的修复加工和装配积累了经验。

参考文献：

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