CN101908794A - 一种电机端面换向器组件的粘接方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机端面换向器组件的粘接方法及装置，该装置由定位部分、上拉紧部分和下压紧部分组成，以定位部分为衔接载体，连接上拉紧部分和下压紧部分；采用装置实行两级夹紧的工艺方法：先夹紧换向器与壳体，再反向推进夹紧铁芯组件与壳体，将换向器组件粘接到壳体内，形成机壳定子。该发明与现有技术相比较，用便捷的方法实现了换向器组件与壳体在无法直观的壳体内端面与内圆上的粘接工艺，保证了粘接的垂直度、同轴度及轴向尺寸精度以及灌封绝缘性能，满足了新品研制生产的需求。

Description

一种电机端面换向器组件的粘接方法及装置

技术领域

本发明属于产品装配成型技术，特别涉及一种新型电机端面换向器组件与壳体粘接的方法及装置。

背景技术

通常的电机换向器都是单片式，是通过其尾部针状杆件直接***铁芯下线槽中定位。而某新产品由其性能和功能所需，产品结构设计为：铁芯与线包形成的铁芯部件从一端引出若干根导线，这若干根导线与具有相应若干数量个弯爪的整体换向器(图1)通过一对一点焊连成一体，形成一个换向器位于铁芯部件端面的换向器组件(图2)，换向器组件与壳体再经过内端面与内圆的粘接，从而最终形成机壳定子。

按设计要求，如图3所示，该换向器组件与壳体的粘接必须满足：①换向器的若干个片与壳体端面完全贴合，粘接牢固，以满足粘接后的端面形位精度要求和后续加工不至于开裂；②铁芯部件中铁芯外圆单侧长出线包外轮廓圆0.2mm的铁芯端面必须与壳体内圆表面中的台阶止端面接平，以满足换向器刷压要求；③换向器组件的下线包端面必须低于壳体大口端面0.2mm，以确保灌封绝缘性能。

由于换向器属薄壁弯曲件，弹性较大，经过焊接后其被粘接面呈凹球面形状。与该换向器粘接的壳体材料是铁镍软磁合金1J50，特性很软，且壳体被粘接处壁厚仅有1.7mm。两者从材料和结构两方面都促使其在粘接过程很容易变形。如果按照常规方法直接将两者粘接，则很难同时满足上述①②③的设计要求。原因是：换向器与铁芯部件焊接后的总高度尺寸不能确定，无论选用换向器端面定位还是铁芯部件端面定位，都会造成其中另一处不接触或虚接触，结果是要么粘不住，要么是在零件受力变形状态下粘接，这将为后续应用造成质量隐患。而且上述要求②是在无法看见的内部结构中，所以如何选择定位基准面，采取什么样的粘接工艺方法成为必须攻克的关键技术。

发明内容

本发明的目的：设计提供一种用于端面换向器组件在壳体上粘接的工艺方法及装置，保证粘接的垂直度、同轴度及轴向尺寸精度，且铁芯部件的铁芯端面与壳体内止端面接平，粘接后铁芯部件的外露线包端面的最高点低于壳体大口端面，确保灌封绝缘性能。

本发明的技术方案是：设计一种电机端面换向器组件的粘接装置，该装置结构由三部分组成：定位部分、上拉紧部分和下压紧部分，以定位部分为衔接载体，连接上拉紧部分和下压紧部分，使粘接装置在应用过程形成一整体；

定位部分由换向器组件定位轴7、壳体定位轴11和垫板17组成，换向器组件定位轴和壳体定位轴通过直径为Φd的孔与轴的过渡配合及3处均布螺钉8连接形成同轴定位组件，直径为ΦD的轴与换向器组件中铁芯内孔间隙配合，直径为Φd的轴与壳体中心孔间隙配合；ΦD与Φd同轴度小于0.01mm，保证换向器组件与壳体的同轴度；垫板17放于定位部分上端面，定位换向器内端面；垫板17放在端面上后形成的换向器组件定位轴向总高度H_定位应高于焊接后的换向器组件高度H_理论(图4)约0.5mm，以满足换向器内端面完全定位，换向器组件下面线包端面与垫板5端面有约0.5mm间隙，处于虚接触状态。

上拉紧部分由拉紧螺钉1、凸球形垫片2、凹球形垫片3、垫板4组成；拉紧螺钉和定位部分的壳体定位轴用螺纹连接；凸球形垫片2、凹球形垫片3、垫板4垫在拉紧螺钉和被粘接的壳体之间，起到保护零件的作用；

下压紧部分由下推压板9、加强板6、四条支撑腿10及限位板5组成。下推压板、加强板、四条支撑腿形成下压组件，四条支撑腿的中心圆直径与换向器组件定位轴中的环槽中径等圆，并与下推压板过盈配合形成一体，其高度轮廓的平行度为0.01mm；四条支撑腿与换向器组件定位轴上对应的四个孔间隙配合，在下压过程起导向作用；加强板与换向器组件定位轴间隙配合，嵌套在换向器组件定位轴上设计的环槽中，对限位板5起支撑加强作用；限位板5的端面设计0.2～0.3mm台阶，当下压施力时此台阶具有限位作用。

同时提供一种电机端面换向器组件的粘接方法，采取两级推进的工艺方法，其操作步骤是：

1)定位：使用装置将换向器组件和壳体分别定位，保证同轴性。将换向器组件定位轴7与壳体定位轴11通过Φd孔与轴H7/g6的配合关系装配，3处螺钉紧固连接，如图5示，形成ΦD与Φd同轴度为Φ0.01mm的同轴定位组件。先装换向器组件，使其中的铁芯内孔与定位轴ΦD配合，再装壳体，使其中心孔与定位轴Φd配合。因为定位组件ΦD与Φd同轴度为Φ0.01mm，所以换向器组件和壳体Φ0.03的同轴度也就得以保证。

2)上拉紧：使用装置夹紧换向器与壳体端面，保证粘接紧固要求。在

上述1)定位基础上，依次将垫板4、凹球形垫片3、凸球形垫片2通过与定位组件中壳体定位轴Φd间隙配合套在其上。拉紧螺钉1与壳体定位轴的内螺纹连接，拧紧螺钉1，通过球形垫片、垫板4将力均匀传递到壳体端面上。因壳体与定位轴Φd配合，只能平行下移，直至与已定好位的换向器端面接触、夹紧，夹紧时壳体的大口端面距离垫板5的台阶端面仍会有0.5mm～1mm的间隙。这一过程仅确保了壳体内端面与换向器粘接紧固。

3)下压紧：使用装置推压铁芯部件，确保铁芯部件与壳体的相对位置，按要求的粘接紧固。在操作完上述1)、2)步骤后，铁芯部件的下端线包仍然高出壳体的大口端面，所以还有必要进行下压紧。首先安装下压组件，使其四条支腿与定位部分的换向器组件定位轴环槽中的相应四个孔配合，连同1)、2)步骤后形成的整体放在手搬平行压床上，手动旋压下压组件，使垫板5上的台阶端面与壳体大口端面接触，从而确保铁芯部件中铁芯端面与壳体内止端面接平，线包端面低于壳体大口端面0.2mm。(图3)

本发明的优点和有益效果：突破传统思维模式的局限，采取两级推进的工艺方法和相应装置，确保换向器组件和壳体粘接满足设计的技术要求，即：粘接后换向器端面平面度小于0.02mm，并与壳体中心孔的垂直度小于0.03mm；铁芯部件的0.2mm铁芯端面与壳体内止端面接平，满足后续试验中刷压要求；粘接后的换向器组件中外露线包端面低于壳体大口端面0.2mm，满足灌封工艺需求。

附图说明

图1是本发明换向器及其局部放大图；

图2是本发明换向器与铁芯部件焊接后的换向器组件图；

图3是本发明换向器组件与壳体粘接后的机壳定子及其局部放大图；

图4是本发明粘接装置总装图；

图5是本发明换向器组件轴向定位尺寸关系示意图；

图6是本发明粘接装置中的同轴定位组件示意图；

图7是本发明粘接装置中的下压组件示意图；

图8是本发明粘接装置中的氟塑料限位板5结构及其局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明：

设计一种电机端面换向器组件的粘接装置，该装置结构由三部分组成：定位部分、上拉紧部分和下压紧部分，以定位部分为衔接载体，连接上拉紧部分和下压紧部分，使粘接装置在应用过程形成一整体；

定位部分由换向器组件定位轴7、壳体定位轴11和垫板17组成，换向器组件定位轴和壳体定位轴通过直径为Φd的孔与轴的过渡配合及3处均布螺钉8连接形成同轴定位组件，直径为ΦD的轴与换向器组件内孔间隙配合，直径为Φd的轴与壳体内孔间隙配合；ΦD与Φd同轴度小于Φ0.01mm，保证了换向器组件与壳体的同轴度Φ0.03mm；垫板17放于定位部分上端面，为换向器端面定位；垫板17放在端面上后形成的换向器组件轴向定位总高度H_定位高于焊接后的换向器组件高度H_理论0.5mm(图4)，使换向器内端面完全定位时，换向器组件下面线包端面与垫板5端面仍有约0.5mm间隙，处于似接非接的虚接触状态。

上拉紧部分由拉紧螺钉1、凸球形垫片2、凹球形垫片3、氟塑料垫板4组成；拉紧螺钉和定位部分的壳体定位轴用螺纹连接；凸球形垫片2、凹球形垫片3、氟塑料垫板4垫在拉紧螺钉和被粘接的壳体之间，起到保护零件的作用；

下压紧部分由下推压板9、加强板6、四条支撑腿10及氟塑料限位板5组成，下推压板、加强板、四条支撑腿形成下压组件，四条支撑腿的中心圆直径与换向器组件定位轴中的环槽中径等圆，并与下推压板过盈配合形成一体，其高度轮廓的平行度为0.01mm；四条支撑腿与换向器组件定位轴上对应的四个孔间隙配合，在下压过程起导向作用；加强板与换向器组件定位轴间隙配合，嵌套在换向器组件定位轴上设计的环槽中，对限位板5起支撑加强作用；限位板5的端面设计0.2～0.3mm台阶，当下压施力时此台阶具有限位作用。

同时提供一种电机端面换向器组件的粘接方法，采取两级推进的工艺方法，其操作步骤是：

1)定位：使用图4装置将换向器组件和壳体分别定位，保证同轴要求

将换向器组件定位轴7与壳体定位轴11通过Φd孔与轴H7/g6的配合关系装配，3处螺钉紧固连接，如图6示，形成ΦD与Φd同轴度为Φ0.01mm的同轴定位组件。在定位组件ΦD轴上依次安装加强板6和限位板5，加强板6完全放入定位组件环槽底，使两者在底平面处完全接触，保证平行要求。放垫板17于ΦD定位轴上端面，垫板17外圆与ΦD圆贴合，目测不要偏心即可。然后将换向器组件中铁芯内孔与定位轴ΦD配合，轻轻旋转换向器组件使其沿ΦD自由下滑，直至换向器内端面与垫板17完全接触，此时目测换向器组件下端线包端面与垫板5应该仍有约0.5mm以上间隙。定位好换向器组件，接着使壳体中心孔与定位轴Φd配合，水平放正壳体并轻轻旋转落下，壳体就定位好了。因为定位组件ΦD与Φd同轴度为Φ0.01mm，所以换向器组件和壳体Φ0.03的同轴度也就得以保证。

2)上拉紧：使用装置夹紧换向器与壳体端面，保证粘接紧固要求；

在上述1)定位基础上，依次将垫板4、凹球形垫片3、凸球形垫片2通过与定位组件中壳体定位轴Φd间隙配合套在其上，用拉紧螺钉1与壳体定位轴的内螺纹连接。用手动扳手拧螺钉1上设计的外六方，定位组件保持不动，则螺钉端面将推压球形垫片，球形垫片的球面则分解、分散此向下的推力，通过垫板4将力均匀传递到壳体端面上。壳体有定位轴的限制，只能平行下移，与已定好位的换向器端面接触后继续拧紧螺钉，直至壳体的大口端面距离限位板5的台阶端面约0.2mm的间隙。这一过程仅确保壳体内端面与换向器粘接紧固。

3)下压紧：使用装置推压铁芯部件，确保铁芯部件与壳体的相对位置

在操作完上述1)、2)步骤后，铁芯部件的下端线包仍然高出壳体的大口端面，所以还有必要进行下压紧。首先安装下压组件，使其四条支腿与定位部分的换向器组件定位轴环槽中的相应四个孔配合，连同1)、2)步骤后形成的整体放在手搬平行压床上，手动压紧下压组件，使限位板5上的台阶端面与壳体大口端面接触，从而确保铁芯部件中铁芯端面与壳体内止端面接平，线包端面低于壳体大口端面0.2mm。

具体实施例：

参见图1至图3，可以看出换向器组件有3处属于手工操作保证：2处线包高度、换向器与线包引出线的焊接高度，其尺寸具有不确定性，所以增加粘接定位难度。为解决此问题，还要保证粘接技术要求，我们采取两级推进的工艺方法，设计了实施该工艺方法的装置。

1、此粘接装置具体实施如下：

(1)拉紧螺钉和定位组件靠M10螺纹连接，拧紧螺纹过程换向器组件及其定位组件不动，螺钉就向下推紧壳体，施加足够力以夹紧换向器和壳体。这样避免了定位组件上移而给换向器施加向上力而使之变形；

(2)设计球形垫片，由凹凸球面结合形成的球面副部分投影圆应大于换向器被粘接面的外圆约1mm，球形垫片垫在拉紧螺钉和壳体之间，作用是为了在夹紧过程让壳体与换向器被粘接部分能均匀受力，而不至于使壁厚仅有1.7mm的壳体端面变形，影响精度要求；

(3)同轴定位组件(图6)做成分体式结构，使通用刀具不能加工的窄、深、高精度尺寸的环槽得以实现。并且满足按设计要求的壳体基准孔定位，还尽可能增加了作用于换向器端面的施力面积，确保粘接可靠。这两处具有高精度的同轴圆柱面是所有轴向的定位基准，从而保证了上拉紧、下压紧两个环节能平行施加作用力，保证换向器组件装进壳体时，两者仅有的0.02mm间隙均匀，不会因些许倾斜使两者相互挤压而变形或者损伤线包，破坏绝缘性能等；

(4)下压组件(图7)与换向器定位轴中的4处对应均布的孔H7/g6配合起导向作用，确保将压紧力平行传递到换向器组件中线包端面，使换向器组件中的铁芯部件与壳体粘接，不会产生装配过程倾斜；

(5)选用非金属材料氟塑料板保护零件不被划伤。与换向器接触的垫板17还有其它用意：①氟塑料具有与粘接用抗蠕变胶HY-917不粘的特性，能防止与零件粘连。②利用氟塑料具有的弹性和塑性，起到一定程度的密封作用，防止粘接胶溢出过多不易清除而影响换向器表面镀层钯的导电性。

与线包端面接触的限位板5的台阶(图8)尺寸设计为0.2～0.3mm，确保铁芯端面刚好能接触壳体内止端面时而停止推进，使不能直观看见而要保证的技术要求得以控制。此时线包端面低于壳体大口端面约0.2mm，线包内部结构也不会因过量施压而变形、损伤等。

2、本方案工艺方法具体实施如下：

(1)设计图4粘接装置，应能同时满足同轴定位、上夹紧、下压紧功能。

(2)选择能满足粘接要求及密封作用的非金属材料作垫板

根据加工经验，氟塑料(学名：聚四氟乙烯SFBN)具有和此粘接用抗蠕变胶HY-917不粘的特性，而且具有一定弹性和塑性，通过试验分析，它能满足使用要求，所以选用该材料。

(3)借助实施装置，粘接换向器组件和壳体

1)将垫板17置于定位组件上，再将换向器组件套入其定位组件轴上，使换向器焊接后形成的凹形端面完全与垫板17接触，以实现换向器端面平整。此时换向器组件(图2)的下线包端面与带台阶的垫板5端面距离约0.5mm，处于似接非接的虚接触状态。

2)将壳体套入其定位轴上，与铁芯保持有给定间隙并同轴。接着套上垫板4、球形垫片，连接拉紧螺钉并拧紧，实施上拉夹紧换向器与壳体端面。

3)安装下压紧组件，借助辅助设备——手动平行压床施加下压力，反推铁芯部件，直至垫板5的台阶端面与壳体大口端面接触，常温保压4小时，待胶稳定后再松卸外力，卸掉下压组件。

4)将其余部分中外露的线包端面朝上，整体放入烘箱，在120摄氏度下烘烤4小时，随炉冷却至室温即可。

Claims (6)

1.一种电机端面换向器组件的粘接装置，该装置结构由定位部分、上拉紧部分和下压紧部分三部分组成，其特征在于：以定位部分为衔接载体，连接上拉紧部分和下压紧部分，使粘接装置在应用过程形成一整体；定位部分由换向器组件定位轴7、壳体定位轴11和垫板17组成，换向器组件定位轴和壳体定位轴通过直径为Φd的孔与轴的过渡配合及3处均布螺钉8连接形成同轴定位组件；垫板17放于定位部分上端面，为换向器组件端面定位；上拉紧部分由拉紧螺钉1、凸球形垫片2、凹球形垫片3、氟塑料垫板4组成；拉紧螺钉和定位部分的壳体定位轴用螺纹连接；凸球形垫片2、凹球形垫片3、氟塑料垫板4垫在拉紧螺钉和被粘接的壳体之间，分散夹紧力，使薄壁壳体零件不变形；下压紧部分由下推压板9、加强板6、四条支撑腿10及氟塑料限位板5组成，下推压板、加强板、四条支撑腿形成下压组件，氟塑料限位板5的端面为0.2～0.3mm台阶，下压施力时具有限位作用，确保铁芯组件与壳体接触的盲区在此得以显现，保证两者最终接触。

2.根据权利要求1所述的电机端面换向器组件的粘接装置，其特征在于：所述定位部分同轴定位组件中，直径为ΦD的轴与换向器组件铁芯内孔间隙配合，直径为Φd的轴与壳体内孔间隙配合；ΦD与Φd同轴度小于0.01mm，保证换向器组件与壳体的同轴度。

3.根据权利要求1所述的电机端面换向器组件的粘接装置，其特征在于：垫板17放置在换向器组件定位轴上后两者的轴向总高度与焊接后的换向器组件高度匹配，以达到换向器内端面完全定位，换向器组件下面线包端面与限位板5端面有约0.5mm间隙，处于似接非接的虚接触状态。

4.根据权利要求1所述的电机端面换向器组件的粘接装置，其特征在于：四条支撑腿的中心圆直径与换向器组件定位轴中的环槽中径等圆，并与下推压板过盈配合形成一体，其高度轮廓的平行度为0.01mm；四条支撑腿与换向器组件定位轴上对应的四个孔间隙配合，在下压过程起导向作用；加强板与换向器组件定位轴间隙配合，嵌套在换向器组件定位轴上设计的环槽中，对限位板5起支撑加强作用。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的电机端面换向器组件的粘接装置，其特征在于：所述的垫板17、垫板4或限位板5为非金属材料氟塑料板，起防止零件划伤和密封作用。

6.一种电机端面换向器组件的粘接方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)定位：使用上述装置将换向器组件和壳体分别定位，确保同轴性。将换向器组件定位轴7与壳体定位轴11通过Φd孔与轴H7/g6的配合关系装配，3处螺钉紧固连接，形成ΦD与Φd同轴度为Φ0.01mm的同轴定位组件；在定位组件ΦD轴上依次安装加强板6和限位板5，加强板6完全放入定位组件环槽底，使两者在底平面处完全接触，保证平行要求；放垫板17于ΦD定位轴上端面，然后使换向器组件与定位轴ΦD配合，轻轻旋转换向器组件，使其垂直自由下落至换向器内端面与垫板17完全接触；接着将壳体中心孔与定位轴Φd配合，水平放正壳体并轻轻旋转落下，使壳体大口端面与限位板5台阶面保持有间隙。

2)上拉紧：使用装置夹紧换向器与壳体端面，保证粘接紧固要求。在上述1)定位基础上，依次将垫板4、凹球形垫片3、凸球形垫片2通过与定位组件中壳体定位轴Φd间隙配合套在其上，用拉紧螺钉1与壳体定位轴的内螺纹连接；拧紧螺钉1时定位组件保持不动，螺钉端面将推压球形垫片，再通过垫板4将力均匀传递到壳体端面上；壳体下移直至与已定好位的换向器端面接触、夹紧，夹紧时壳体的大口端面距离限位板5的台阶端面会有约0.5mm以上的间隙。这一过程仅确保了壳体内端面与换向器粘接紧固。

3)下压紧：使用装置推压铁芯部件，确保铁芯部件与壳体的相对位置。在操作完上述1)、2)步骤后，铁芯部件的下端线包仍然高出壳体的大口端面，所以还有必要进行下压紧。首先安装下压组件，使其四条支腿与定位部分的换向器组件定位轴环槽中的相应四个孔配合，连同(1)、(2)步骤后形成的整体放在手搬平行压床上，手动压紧下压组件，使限位板5上的台阶端面与壳体大口端面接触，从而确保铁芯部件中铁芯端面与壳体内止端面接平，线包端面低于壳体大口端面0.2mm。

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