怎样提高电机质量——干电机的要看完！

电机CAD 2018-04-15

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【摘要】在保证质量的常规措施上，着眼于提高产品质量，侧重剖析对质量影响较大的隐患性因素。这些隐患性因素潜伏在产品中，不易被察觉，且伴随产品终生。其中设计环节尤为重要，既直接影响到产品的性能，又直接、间接地对加工工艺、制造质量起到不可忽视的作用。因此强调设计要“精心”。而制造，对于提高产品质量仍然是加工中不易被发现，且对质量影响较大的工序，如浸漆、铁心加工、机座时效、轴承装配等，加工中不可掉以轻心。提高产品质量，对于任何企业都是一项难度较大的工程，必须从管理、设计、制造全方位入手。管理上涉及到方方面面,现仅从其影响面,表现形式及对保障、提高产品质量的重要性上予以阐述，有待深层次地探讨。

0 引言

电机是电动机、发电机的通称。电动机又分交流电动机、直流电动机两种。交流电动机又有异步电动机、同步电动机两大类。因异步电动机衍生的品种最多，应用面最广、产量最大——消耗全国总发电量的60%以上，故本文以异步电动机(以下简称电机)为例论述怎样提高电机产品质量(以下简称质量)。

衡量电机“好”的标准主要是两个方面：一是“耐用”；二是“好用”。“耐用”指的是能安全无故障地运行(易损件的正常更换，不应属于故障)，虽然性能差点，但电机能无故障地连续运行；“好用”主要指电机的性能好，如效率、功率因数高，振动、噪声小，便于维护……本文阐述的“提高质量”则是包含：无故障、性能好两个方面。

质量是一个牵涉民族素质及企业的管理、设计、制造的大课题。前者是研究社会、人文科学专家们的课题，本文不涉及；后者是企业内部的管理、设计、制造是本文论述的主要内容。

1 科学管理

本文对科学管理的定义是：从人的素质入手，以培训、教育，提高员工主人翁责任感及业务水平为主，结合本企业的实际情况，并考虑社会上正、反两个方面思潮对员工的影响，辅以便于操作的章法。围绕提高质量，科学管理应该把握以下几个关键环节。

1.1 提高员工素质

企业的教育、培训对提升员工素质的重要性。由此可以解读在企业间的激烈竞争中，忙里偷闲仍不忘“企业文化”的深层次原因。企业领导要充分考虑到社会上一些不利因素对员工产生的影响。因人、因时施教，提高员工素质，使员工心系企业、安于本职、钻研业务、努力工作。

1.2 各级领导要重视质量

领导对质量的态度在员工中会产生潜移默化的影响。比如电机振动的出厂限度是2.8mm/s，当产品出厂实测值为2.9mm/s时，若领导认为仅超标少许可以出厂，这是一种态度；反之若实测值为2.7mm/s时，虽然合格，但领导认为已接近限度就大声疾呼，这又是一种态度。这显然要对员工心里产生截然不同的两种影响。因此若领导视质量为企业的生命，员工对质量就不敢掉以轻心，工作中也不会玩忽职守。

1.3 电机质量问题分类

电机的质量问题，按其对使用的影响由轻到重可分为5类，见表1。

表1 电机质量问题的分类质量问题分类

上述问题都是质量问题，都不是合格品中应该出现的问题。但分清它们对使用的影响，做到心中有数，则是十分必要的。

1.4 培养能把住质量关的业务骨干

每道工序都要有素质好、业务精的技术骨干，带好一班操作者，把住质量关。

1.5 要向员工灌输质量是“干”出来的，不是“检”出来的。不能只依赖检查员的检查，操作者必须以主人翁责任感自己把住质量关。

1.6 要根据本企业实际情况，制定奖罚分明、便于操作的章法。

1.7 提高标准化水平，既能提高质量；又可以收到降低成本的效果。

1.8 采用先进的监测系统及行之有效的内部通讯、联络网。

1.9 鼓励技术革新；引导技术部门采用先进的设计、加工及检测技术。

1.10 采用先进的加工设备及加工技术。

1.11 永葆正常的经营节奏；均衡生产。

1.12 扎扎实实地实施“企业文化”。

2 精心设计

设计上给电机带来的缺陷，往往要伴随“终生”。为提高电机质量，设计者务必做到“精心”。

以下从电磁、机械及通风散热三个主要方面阐述怎样从设计上提高电机质量。

2.1 电磁设计

电磁设计有现成的程序。本文侧重阐述设计者容易忽略、对电机性能又有较大影响的隐患性的关键环节。

2.1.1 气隙

定、转子单边间隙——即气隙值，选得小，从计算结果上直接显示的是电机的功率因数cosφ提高了，但隐藏的因素——噪声、温升、杂耗、振动都要增加。设计时要权衡诸多因素，不宜仅从计算结果上求得较高的cosφ而使气隙选得过小。

2.1.2 定子绕组节距Y1

(1)双层绕组可利用短节距消弱5次、7次谐波(在三相制中，3次谐波基本上自行消除了)。特别是5次谐波，因振幅较大，对磁场畸变的推波助澜作用也大，它应列为设计者首选的消弱目标。为达到这一目的，应使绕组的β=短距绕组所跨的槽数/整距时所跨的槽数=4/5为宜，如图1所示。此时5次谐波的两“+”、“-”刚好抵消。若因槽配合的局限，β=4/5时，选用接近4/5或5/6也较理想。

图1 短距β=4/5时削弱5次谐波示意图

因为每极磁通

式中，E—定子绕组每相感应电势(V)；f—电机电源频率(Hz)；Nφ1—定子绕组每相串联匝数；Kdp1—定子绕组的绕组系数。

β值越大Kdp1也越大。在电机的基本参数及铁心已确定的情况下，则磁通密度B较低，则可以使cosφ提高。正如此，设计人员往往将β值选得偏大，大于理想的4/5或5/6。结果因5、7次谐波含量高，使磁场波形畸变较大，使转矩—转差(T-S)曲线出现明显的凹陷，见图2。

一台Y225-4 45kW电机，定子48槽，因选了Y1=1-12，即β=11/12，远离了4/5、5/6，使磁场中5次谐波较强，磁场波形畸变较大，T-S曲线出现了明显的凹陷，合闸后，因电机最小转矩Mmin过低而不能投入正常运行。将Y1改为1-11，β=10/12=5/6后，电机投入了正常运行。

图2时 β=11/12时T-S曲线产生严重凹陷示意图

(2)单层绕组收不到短节距的改善磁场波形的效果，同样也可以采取一些补救措施。如德国西门子公司纽伦堡电机厂，为节省工时，将单层绕组的应用范围扩充到较大的机座号，为改善磁场波形，将铸铝转子设计成“人字扭斜”型，见图3。

图3 人字扭斜铸铝转子示意图

2.1.3 定、转子槽配合

定、转子槽配合对性能的影响虽然从计算结果上很难显示出来，但成熟的文献比较多，避开不良的槽配合即可。但下列两种情况应予注意：

(1)2极电机几乎不存在理想的槽配合，设计者应从其他参数的选择上予以弥补，如气隙选得略大一点；转子扭斜；齿磁密选得略低一些；对于在性能上要求较苛刻、功率较大的电机，可在目前常用的48/40槽配上考虑选用54/46、60/48、72/60，等等。

(2)制造厂为了节省模具，常将6、8极电机冲后合为一个，这就存在其中一个要亏一点，表现在短距系数β值及气隙磁密上。比如当定子为72槽时，8极的β值就很难靠近4/5或5/6这样的最佳值。此时与2极电机同样，也应在气隙、磁密等方面采取点弥补措施。对于性能要求较高、功率较大的电机，可选96/72，这就可以获得较理想的β值。

2.1.4 定、转子槽形

(1)定、转子槽形尽量不要带尖角

尖角除使模具寿命降低外，还因尖角处对冲后磁畴的排列破坏较大，使铁耗增加；磁路也因此不畅，这也要使cosφ降低。因此在设计定、转子槽形时，尖角处可带有R1～R3的圆角，见图4。

(2)刀形槽br2不宜过窄

为获得较高的启动转矩Tst，有的设计者往往将br2选得过小。当铁心较长、转子扭斜，采用离心式铸铝工艺时，br2过小会使该处浇注不满或铝条疏松，这就是细、断条的隐患(见图5)。

采用离心式铸铝工艺时，180机座号以下应使br2>2.5～3(mm)：200～355机座号应使br2>3.0～3.5(mm)；再大的机座号应使br2>4.5～5.0mm。

图4 定、转子槽形设计图

图5 刀形槽br2设计图

2.1.5 铸铝转子端环

铸铝转子端环的形状、尺寸应保证浇注后在导条之后逐渐凝固。否则容易将槽中的铝条拉细。

2.1.6 转子扭斜

铸铝转子均能做到扭斜，但插铜条的转子则困难。因转子扭斜后可使电机的振动、噪声降低，提高起动过程中的最小转矩，所以铜条转子也应该扭斜，其办法是：

(1)转子冲片在冲槽时，按计算的位移度，每片移过一个微小的角度，叠装成转子铁心后，则自然形成一个符合预期扭斜度的斜槽转子，槽形也比较光滑，不至于给穿铜条带来困难。西门子公司纽伦堡电机厂即采用此工艺。

(2)转子仍保持直槽，便于插铜条，将定子槽扭斜一个转子齿距，也可以获得同样效果。

2.1.7 定子绕组并联路数a1

a1应尽量选得大些，有利于磁路对称、均匀，对降低电磁噪声、轴电压均有益。

2.1.8 电密、磁密的匹配要合理

(1)转子电密不宜偏高

无论何种通风方式，转子热量都要很大一部分通过定子散热。因早期的电机温升计算公式中未计入转子部分的发热，故仍有部分设计忽略转子电流产生的热量。

对于自扇冷转子铸纯铝的电机，定子电密J1、转子导条电密JB、转子端环电密JR参照下列比例关系比较合适

J1:JB:JR≈4:2:1

铜条转子、绕线转子也可以参照这一比例关系，按照转子铜耗的比例(即转子导条、端环与纯铝电阻的比值关系)选取导条、端环部分的电密。

(2)铁心部分磁密

①当定、转子冲片为平行槽时，计算单显示的是距齿部最窄处1/3高度上的磁密，若该处磁密大于1.55T(对于平行齿，1.6T左右均为正常值)，则最窄处磁密要大于2.2T，这会使铁心脉振损耗(它含在杂散损耗中)明显增加；cosφ降低电磁噪声增大，这在计算单上是显示不出来的。因此在选用平行槽时，应核算一下最窄处的磁密，将它控制在小于2.2T为宜。

②对于多极电机，铁心中轭部磁密比较小，应视为正常，不要在此处挖潜。否则虽然在正常值范围内铁耗增加的不明显，但轭部过窄会使铁心乃至装压后的整个定子的刚度降低，铁心变形要大，电磁噪声也要增加；若铁心受到不均匀的挤压，铁耗也要增加，这都是计算单上显示不出来的隐患因素。

2.1.9 成型绕组端部线圈间的间隙Xi

Xi不宜过小。电磁计算时，Xi作为输入数据输入到计算机中。Xi小，线圈端部短省铜线，这是看得见的利益。但Xi小了，绕组端部线圈之间间隙小，不利于散热；同时绕组端部的弹性也小了，嵌线时容易损伤导线的绝缘。

2.2.10 杂散损耗Ps

Ps作为输入数据输入到计算机时，程序中推荐的经验值为Ps=0.5%P1(P1为电机在额定功率PN时的输入功率)。此值随产品的不同而在一个较大的范围内波动，特别是2极电机，实际的Ps值要远远大于0.5%P1。当电机效率的实测值比计算值小时，这就是其中一个主要原因。

Ps的很大一部分隐藏在电机的铁耗之中，主要由铁心中的表面损耗和脉振损耗构成。适当地降低气隙磁密；减小定、转子槽口宽度；采用闭口槽的铸铝转子等措施即可降低Ps。

2.2 机械设计

与电磁设计思路一样，以下也是针对设计者容易忽略，对质量又有较大影响的几个隐患性环节，按不同部位阐述如下。

2.2.1 轴承结构

电机行业将轴承及与之相关的零部件，如端盖、轴承套、轴承内外盖、挡油盘等组合在一起称之为本文的“轴承结构”，并非狭义的轴承本身的结构。

在上个世纪60年代的全国防爆电机调研报告中显示：在电机的全部故障中，电气部分和机械部分约各占50%。随着近几十年绝缘材料、绝缘工艺水平、质量的提高，机械部分故障的比例已大于电气部分。而机械部分的故障大部分集中在轴承处，尤其是隔爆电机，因受轴贯穿处间隙W(直径差)的制约，该处的故障比普通电机要多一些。

轴承是一个易损部件。对于采用滚动轴承的电机，在其轴承结构的设计中，要想让它安全地运转，应该做到以下的“八不要”

(1)不要使轴承受到挤压

滚珠或滚子在滚道中能轻松自如地旋转，是因为它们与轴承内、外套间有游隙存在。若轴承套受到挤压，游隙就会变小，因为轴承游隙的数值很小，所以对游隙的变化很敏感。因此，轴承最怕受到挤压。在轴承诸多的损坏原因中，挤压居首位。防止挤压的对策如下

①轴承室内径的公差要由“±”、“+,0”改为”+,+”［1］

为避免轴承外套在轴承室中滑动，可使端盖或轴承套与轴承内、外盖止口深度在轴向累计公差为”+”，且累计在内、外盖的平面接合面处，以保证用内、外盖夹紧轴承外套，见图6。

图6 轴承内、外盖、端盖及轴承外圈间隙示意图

对于隔爆型电机，此间隙不要大于0.2mm。数控或数显机床均可以保证此公差。

②卧式电机尽量选用一个深沟球轴承、一个短圆柱滚子轴承(以下简称“球轴承”、“柱轴承”)。

目前国产的2极中小型电机多采用两个球轴承。由于轴承外套的线膨胀系数比承担轴承室的铸铁件(端盖或轴承套)的大，加之运行时轴承外套处的温度也比较高，即使是在室温下轴承外套可以在轴承室中蠕动一点，在热态下也难蠕动。这就很难消化因转子热膨胀加在该处的力，滚珠在承受这样一个额外的轴向力的作用下导致轴承很快损坏。北京某厂拆检选用两个球轴承的电机时，发现损伤部位如图7所示，这显然是受到额外的轴向力使轴承受到挤压所致。

图7 轴承因转子热膨胀承受轴向力而损坏的示意图

转轴在热膨胀时的伸长量Δl按下式计算Δl=0．0000117(t2－t1)l

式中，t2—热态时转轴温度；t1—电机装配时环境温度；l—轴承距。

以200kW左右的2极电机为例，通常t2≈90℃，t1≈20℃，l≈1000mm，代入上式后得Δl=0.819mm。若选用两个6320轴承，其轴向游隙S按下式计算

S=0.2*(gH*dw)^0.5

式中，gH=0.02～0.046mm，为基本组的径向游隙；dw=38mm，为钢球直径。

代入上式后，得到最大的轴向游隙Smax

Smax =0.2*(0.046*38)^0.5=0.264(mm)。

两个轴承的最大游隙之和0.528mm仍小于Δl。即便是选用最大游隙的第4辅助组的轴承，代入gHmax值后算得的Smax=0.394mm，两个轴承的最大轴向游隙之和0.788，仍然小于Δl=0.819mm。而此时代入gH值后的S值分别为原始径向、轴向游隙，装到电机上形成的装配游隙要小于此值，工作时因发热而形成的工作游隙就更小了。这就意味着当轴承外套不能在轴承室中蠕动时，轴承势必要因滚珠受到挤压而加速损坏。

在高压4极电机上实测：当将轴承公差由-0.005修理到+0.04时，轴承温度降低8℃。若选用一个球轴承、一个柱轴承，则可避免上述故障。1983年佳木斯电机厂将JB560机座号中的2极高压防爆电机，由原来采用2个6220球轴承改为一个6220、一个N220(老牌号为220、2220)即改后为一个球轴承、一个柱轴承。改后在天津炼油厂一直运行良好，几次去现场在轴承外盖处测得的温度均不超过30℃～40℃。为解决柱轴承的极限转速，可选用轻系列柱轴承。若轴承号码再大，可将脂润滑改为稀油润滑。佳木斯电机厂将355kW 2极高压防爆电机由脂润滑改为稀油润滑，在石家庄炼油厂试用，未发现质量问题。

③对于立式电机也同理，不管上、下两端的轴承怎样搭配，总应该使转子能在热胀冷缩的范围内自由地伸缩。

图8为拖动筒带泵中型立式电机的轴承搭配。因起动时有瞬间向上的轴向力，故选用两个对装的径向推力球轴承，放在非负荷端。负荷端(下面)则放一个柱轴承。

图8 在中型筒带泵用2极防爆电机上推荐的轴承选用方案

对于小型筒带泵用2极电机，用一个普通的球轴承、一个柱轴承即可。若嫌承受的轴向力小(未被利用的径向负荷的1/3)，可将号码选大。尽量不用两个对装的径向推力球轴承，拆装困难且容易发热。

若仅有向下的轴向力，且功率比较大的2极立式电机，可采用图9的结构：一端为2个或3个串联的径向推力球轴承，稀油润滑；另一端仍用一个柱轴承，可用轻系列小号码的，采用脂润滑。柱轴承在上，在下均可。

1、进油孔；2、径向推力球轴承；3、排油孔；4、油池；5、甩油环

图9 立式电机稀油润滑轴承结构

(2)不要使轴承过热

要想使轴承不过热，除轴承处的散热状况好，减少本身的发热外，还要尽量让它远离热源——定、转子绕组。

①改善轴承处的通风散热状况

通风散热结构及路径应考虑轴承处的冷却；带有内循环通风的电机，应使经过热交换被冷却的内循环气流，优先考虑吹拂到轴伸端的轴承；与轴承配合的零部件尽量加些散热筋；安装尺寸允许时，外风路的气流在逸散到电机周围之前，可以借助挡风板先吹拂到轴伸端的轴承外盖处再逸散到周围。

②尽量不要采用“三轴承”结构，如图10所示。

1、端盖；2、轴承套；3、轴承外盖；4、挡油盘；5、密封圈

图10 防爆电机采用的“三轴承”结构

“三轴承”结构源于德国隔爆等级较高的2极电机。2极电机因转速高，轴承发热量大，需要选用大游隙轴承。而大游隙又与隔爆间隙小相悖，无奈之下选用三个轴承：两个轻系列的柱轴承，承受径向力，也起径向定位作用；一个球轴承仅承受轴向力(外套与轴承室有间隙)，起轴向定位作用。若将该结构用到隔爆等级低、隔爆间隙较大的产品上，则大可不必；特别是用在YKK等普通产品，拖动离心式风机、水泵等负荷的电机，选用“三轴承”更是没有必要。既便是电机拖动具有轴向力的负荷，如拖动对旋式风机的YBF电机，将球轴承的号码选大点，仍用传统的两个轴承也能满足使用要求。采用这样传统结构的YBF电机已有服役5年以上的产品，未见异常。“三轴承”结构有两个缺点：容易发热；不便拆装。因此，尽量不用。

③润滑脂的质量、牌号及加注量

a．选用润滑脂时要用优质品，不要嫌贵。否则会因小失大(涂到轴承上的并不多，见c)。

b．润滑脂的牌号要能胜任电机的转速及使用环境。

c．加脂量要适当。若润滑脂不流失、不变质，在役的润滑脂仅是很少的一部分，形象点说，就是一层膜在工作。若轴承结构、润滑脂牌号能保证电机在运行时润滑脂能被含住，或者流失的很少，则修理后重新装配的电机，润滑脂未必“多多益善”。过多的润滑脂粘在轴承两侧，不利于轴承的散热。在高压4极电机上将多余润滑脂去掉后，轴承温度降低9℃。加脂量G可参照下式计算[1]

G=B*D/(100～150) (g)

式中，B—轴承宽度，mm；D—轴承外径，mm。高速电机取小值，低速取大值。

④其他

a．皮带轮张力过大时应调节到合适的状态；

b．若轴承游隙小，必要时更换大游隙轴承；

c．加强监控，在轴承室较热的部位埋入热敏元件，用继电保护系统将温度控制在某一值上(不超过70℃～75℃为宜)。

d．轴承受挤压和别劲也是发热的隐患，应及早排除。

(3)不要别劲

要保证使用中轴承不别劲，应注意以下3点(其中①、③与加工的关系较密切)：

①与轴承有关的零部件的同轴度要保证

电机装成后，两端轴承必须在同一条轴线上。这就要求转子或转轴、端盖、轴承套、机座在加工时要精心，同轴度务必保证。其中轴承套这个零件，从保证同轴度着眼，能不用最好不用。因为有它时，轴承先装入轴承套，轴承套再装入端盖中，多一道径向配合的尺寸链，对于保证同轴度来说，显然不如将轴承直接装入端盖中好。

②轴承距l不宜太大。

l尽量遵循l＜10d

式中，d—轴承内径，mm。

若设计时，保证不了上式，应设法使l小一点。同时采取些补救措施。如：提高转子刚度(铁心与转轴采用热套配合)；提高动平衡精度。

③使用中机座不要变形

较大的铸铁机座及钢板焊接机座，时效必须到位。尤其是形状不对称，结构上又比较“单薄”的焊接机座，在时效上决不可含糊，否则后患无穷。

(4)不要“干研”

“干研”指轴承滚道中无润滑脂(油)。电机出厂或修后重新组装时，加注润滑时都比较“慷慨”，不敢慢怠轴承。虽然有些偶然原因，如现场工人没及时加润滑脂，招致轴承干研，但主要原因是以下两个。

①润滑脂牌号不能满足使用要求

润滑脂对于转速、温度比较敏感。应按照不同的使用状况选用不同牌号的润滑脂，几乎不存在“万能”润滑脂。德国FAG公司按照不同温度、转速、负载种类选用的5种润滑脂用在不同的电机上，见表2。

表2 润滑脂牌号及适用范围

注：D为滚动轴承外径(mm)

②轴承结构未能含住润滑脂

在带有注、排油的轴承结构中，在轴承的外侧通常带个甩油盘，它的功能是将废旧润滑脂“甩”到外盖下部的储油室中。但有的产品加上它要起到负作用。比如煤矿主井风机用的YBF电机，因风机为对旋式，运行中要出现“喘振”现象。喘振严重时能将叶轮在根部“抖”裂。轴承润滑脂也在这种高频“抖动”下流失。这是YBF电机轴承损坏的主要原因。将甩油盘改为挡油盘后，含住了润滑脂，轴承因干研而损坏的故障就明显减少了。图11(a)是带挡油盘的轴承结构，图11(b)是带甩油盘的结构。

图11 带挡油盘、甩油盘的轴承结构

(5)不要被污染

防止污染可以采取以下措施

①电机的防护等级应能满足使用要求润滑脂中决不允许有灰尘混入。除粉尘防爆及潜水电机外，国内电机的防护等级绝大部分是IP44、IP54，后者允许在有粉尘场所中使用。对于轴承部分的防护，应注意以下五点。

a．电机装配现场要清洁无尘。涂上润滑脂后应立即将轴承内、外盖装好，不能间歇。

b．IP54的主要措施是在外盖处加橡胶密封圈。橡胶密封圈有两种，见图12(a)、(b)，两种结构的摩擦表面的粗糙度务必保证。

图12 IP54两种橡胶密封圈示意图

c．橡胶密封圈容易老化，要按时更换。

d．轴承内盖处的防护也不容忽视，一是防止润滑脂进入电机内腔；二是防止电机内腔的灰尘进入轴承室。

e．户外用的电机，应在外盖处加甩水环，见图13。

图13 户外电机轴承结构示意图

此外，对密封有特殊要求时，还可以采用“气动密封”—将过压空气充入轴承室。

②润滑脂应能抵御现场的腐蚀性介质

可采用-25℃，3号锂基脂或-40℃，200-Ⅰ型高低温润滑脂。

(6)不要选用伪劣轴承

(7)不要使轴承受到意外的损伤

①轴承应加热用套筒推到轴上。

②较大的电机应将转子两端同时吊起装端盖。特别2极电机，气隙较大。若将一端的轴承、端盖先装好(有些厂家图省事，经常是先装好一端)，转子靠定子铁心内径支撑，则转子呈倾斜状态。除可调心的调心球轴承及调心滚子轴承外，在弯矩作用下的轴承均要受到损伤。

③较大的电机运输时，装车时最好让电机轴线与车行方向垂直，以免急刹车时啃伤轴承。

④大、中型电机出厂时最好加设使转子轴向固定的装置。

(8)不要使轴承内，外盖与轴相擦

采取以下措施可以减少或避免内、外盖与轴相擦的故障

①适当提高轴承内、外盖同轴度及内孔的加工精度，可以将间隙略微放大一点点。

②对于隔爆型电机，隔爆等级满足实际要求即可，隔爆等级切勿攀高，以免轴贯穿处间隙过小，增加内盖与轴相擦的或然率。

③在需要选隔爆等级高或电机较大的情况下，设计轴贯穿处结构时可以采取以下措施：

a．增加隔爆接合面长度L使轴贯穿处间隙W值加大；

比如在25mm≤L＜40mm时，不同容积的W值为0.45mm、0.4mm、0.3mm；

当40mm≤L时，W=0.6、0.45、0.4mm(采用滚动轴承，ⅡB级隔爆)。

b．采用“曲路”或“推盖”结构[2]。

c．使内、外盖止口增加一段紧配合，以提高同轴度，见图14；或在轴贯穿处采用“浮动轴封”结构，见图15。

图14 带紧配合的内、外盖

图15 浮动轴封隔爆结构

以上是滚动轴承在轴承结构设计时为避免或减少故障，提高质量应采取的“八不要”措施。

对于滑动轴承，其轴承结构已标准化，设计时可参见文献[2]采取减少故障的措施。

2.2.2 焊接机座

焊接机座有隔爆型、普通型两大类。前者因隔爆电机隔爆特性的要求，机座的刚度、强度均绰绰有余；后者一般焊成“方箱”形。

方箱形机座若在结构形状及尺寸上对于承受变形的能力考虑不周，则容易对使用上潜伏着隐患性的质量问题：比如有的机座号，加工后下部剩余的有效部分很小，见图16。

图16 加工后剩余部分过小的方箱机座

这样的机座，若时效不到位，在使用中机座要产生不均匀的变形，随之也将定子铁心沿圆周不同方向挤压成尺寸不同的变形。如果多极铁心轭部径向尺寸较小，气隙又不太大，则很容易产生定、转子相摩擦的故障。

对于这样的产品—中心高低、定子铁心外径较大，宜采用上、下“分瓣”式机座：由于定子可以不从机座止口方向装入机座，而从上方装入分瓣机座的下半部分，焊接机座上的承重的环形筋—壁板的内径就可以小些，即加工后剩余的部分就可以多些，机座承受变形能力也就提高了，见图17。

图17 方箱分瓣式机座示意图

加工内径时，可将上、下两瓣机座临时焊在一起，装定子时将上、下先分开，装好后再焊在一起。也可用铰孔定位、螺栓紧固的工艺操作上、下两半的分与合。

2.2.3 焊接轴

焊接轴即焊筋的轴。设计时应注意以下几点

(1)轴的材质应选用焊接性能好的圆钢或煅钢，如20MnSi。

(2)轴上筋不宜过多，当轴的直径约为Φ350mm时，焊4根厚度为25～40mm的筋即可，不必太厚；亦毋须过多。因为焊接处轴的金相组织要遭到破坏，使该处轴的物理性能下降。若筋的数目较多，遭破坏的区域若连成一片，轴就有可能在此处断裂，见图18。在返修的电机中，有过不止一例，转轴不在较细的轴伸处，而在较粗的焊筋处断裂。

图18 筋与轴相焊时，轴的金相结构遭到破坏示意图

(3)对于焊接轴，应在技术要求中注明

①筋与轴先点焊到一起，加热到200℃～400℃时趁热焊在一起。

②因该处焊缝比较大，应分几次(一般2～3次即可)焊成，每次焊接时均应在200℃～400℃时操作。

③焊成后时效处理：加热到600℃～700℃，保温1～2h，然后自然冷却。

2.3 通风散热

通风散热方式对电机的质量、性能、寿命及成本的构成均至关重要。设计时，首先应按照电机温度场的分布状况，选用对铁心、绕组、轴承都能有恰到好处冷却效果的风路走向。比如，成型绕组端部线圈间应留有风道，见图19。对于2、4极电机，端部较长，尽量按(b)的方式绑扎，以形成较宽裕的风道。若按(a)，风道就要小。其次，还应使产生的风摩耗及通风噪声减至最小。比如，对于拖动风机、泵等有固定转向的电机，应选用轴流式或后倾离心式风扇。最后，风路设计时，还应考虑维修中便于清理。

图19 成型绕组端部绑扎示意图

由于异步电机的用途、结构型式繁多，通风散热方式、结构也五花八门：散热部件的主体—机座，有浇注的、焊接的；冷却介质有空气、水；通风散热方式有自冷、自扇冷、水冷及他冷四大类；其中以自扇冷花样最多：有带与不带内循环风路的；前者的内风路又分轴向、径向及混合式；而其外风路的冷却器又有空/空及空/水两种。本节将其分述如下。

2.3.1 采用铸铁机座的通风散热方式，见表3

表3 采用铸铁机座的通风散热方式的电机

2.3.2 采用钢板焊接筒式机座的通风散热方式，见表4、表5。

表4 采用钢板焊接机座的通风散热方式(焊管机座)

表5 采用钢板焊接机座的通风散热方式(涨管机座)

2.3.3 采用“方箱”式钢板焊接机座的通风散热方式，见表6

表6 采用“方箱”式钢板焊接机座的通风散热方式

2.3.4 采用水冷机座的通风散热方式，见表7

表7 采用水冷机座的通风散热方式

2.3.5 采用水冷机座的通风散热方式，见表8

表 8 他冷式通风散热方式

3 精心制造

对于制造，本文仍侧重阐述对电机性能影响较大的几个隐患性、关键性的因素。

3.1 焊接机座时效

若焊接机座时效不到位，机座又存在图16的弊病，使用中极易产生定、转子相擦及因机座两止口不同轴带来的质量问题。由于机座的变形要有个较长的时间，在生产中，如果工期较短，很难检查出因时效不到位而产生的变形。致使原本合格的产品，因机座逐渐变形，在运行中就可能出现“扫膛”、振动、噪声突然增加等故障。

3.2 铁心加工

铁心的质量对电机至关重要，不但直接影响到电机的温升、效率、功率因数、噪声；还要影响到绝缘材料的耗量—若铁心质量好，电机的主绝缘就可以适当地减薄。

3.3 铁心装配

定、转子铁心均以热装为宜。对于定子，可将机座加热到100℃～150℃装入有绕组的定子铁心；转子则将本身加热后热装到轴上。铜条转子也应热套到轴上，或将冲片加热叠装到轴上，以免因运行时转子热膨胀使铁心与轴产生间隙，继而产生振动，定、转子相擦。

3.4 绝缘处理

电机的整体绝缘由匝间、相间，对地绝缘及绕组端部的绑扎和最后的浸漆、烘干(浸烘)几道工序完成。其中，有些工序，如相间、对地绝缘因有成型的操作、检验规范，其质量容易监控。而匝间、浸烘的质量则不太容易察觉。但这两项在因绝缘引起的故障中却占有较大的比例。特别是浸漆质量及烘干，对电机的温升、耐蚀、耐潮及绕组的电气、机械强度，直至电机的寿命，都是十分重要的。

3.5 动平衡

在保障电机的安全运行中，动平衡的精度不可小视。对于高速或有特殊要求的电机，可采取带外风扇校动平衡；或整机在额定转速下校动平衡。

3.6 同轴度

同轴度与轴承寿命、振动、噪声均息息相关。几个关键零部件—机座、端盖、转子及轴承套、轴承内、外盖在加工时，对同轴度要求较高的部位，如机座的两端止口与铁心档，最好一次加工成。

3.7 温度监控

目前，绕组的温度监控已不成问题。这里提示的是轴承温度的监控。

说明书上规定滚动轴承温度不超过95℃，这个温度很难测得到。因此，在端盖或轴承套中埋设的测温元件，其继电报警温度，即设置的“整定值”，不宜超过70℃～75℃左右。为使轴承能很好地运转，在外盖处测得的温度不宜超过50℃～55℃。

滑动轴承温度的三个数值—允许的极限温度、继电保护的“整定值”及保障日常安全运行时较为“放心”的温度(如滚动轴承的＜50℃～55℃)也应按使用状况予以分别对待。

3.8 轴承零部件的加工、装配

轴承部位的故障率较大，零部件的加工及电机装配时，尽量参照本文提及的“八不要”。

4 结语

本文在探讨无故障运行的同时，兼顾提高性能指标，侧重剖析了不易察觉的隐患性因素，从管理、设计、制造三个方面论述怎样提高电机质量。