金云峰

（南昌海立電器有限公司，江西南昌 330013）

0 引言

旋轉式壓縮機在家用空調壓縮機市場上占據著絕對的市場份額[1]。目前空調壓縮機市場份額最大2家企業(yè)為自配套，且近幾年均不斷增加產能，行業(yè)內其它企業(yè)產能也是逐步增加，空調壓縮機行業(yè)的競爭日益激烈，為了應對激烈的市場競爭，降低成本、提高品質、技術創(chuàng)新等均是重要的手段。其中空調壓縮機質量水平已達到百萬分之（Parts Per Million，PPM）級，市場不允許存在異常的質量波動[3]，家用空調壓縮機的品質指標有很多，除了可靠性和壓縮機能效，就是壓縮機噪音了。壓縮機的噪音可分為機械噪音、電磁噪音和氣體動力性噪音[4]，機械噪音和氣體動力性噪音主要與初始設計相關，電磁噪音則與生產工藝過程息息相關[5]。

隨著空調壓縮機能效要求越來越高，電機疊高的增加是提升能效的主要方法，由于轉子加長，旋轉式壓縮機轉子又是懸臂結構，轉子旋轉時是柔性的；壓縮機運轉時磁場是一個旋轉力波，它的徑向力波使定子和轉子發(fā)生徑向變形和周期性震動，產生了電磁噪聲[6]。在定子和轉子間的間隙均衡的情況下電磁噪音很小，可以忽略。但實際情況更多的是電機中定子與轉子之間不均勻間隙會導致二者之間產生不均衡的磁拉力，電機不平衡磁拉力引起的波動對旋轉機械產生較大影響[8]。不平衡磁拉力會導致系統(tǒng)產生振動和噪聲，尤其是對懸臂機構的轉子，嚴重情況可能會造成定子和轉子接觸[9]。

在此背景下，本文以某電磁音高發(fā)產品入手，將定轉子間隙不良作為主要改善點，提出解決方法。通過一定的實踐，有效地解決電磁音問題。

1 轉子外徑跳動超差分析改善

定子和轉子之間的間隙主要由電機精度、轉子精度、殼體精度、整機裝配過程等因素所決定，生產線定子精度、殼體精度經過測量統(tǒng)計，確定基本可控，轉子精度測量統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，轉子外徑跳動存在不穩(wěn)定情況。

理論上定子的磁力中心軸線與轉子的轉動軸線完全重合，轉子外徑跳動超差將導致跳動最大點間隙偏小。在磁極經過小間隙時單向磁力大，經過大間隙時單向磁力小。兩個力方向不同，大小不等，形成不平衡力。當間隙不均勻到一定程度，將導致電磁音發(fā)生。

轉子在沖壓完成后需進行車削加工，車削的精度是保證轉子跳動的關鍵，轉子外徑車削車床尾架與主軸同心的理想狀態(tài)是主軸與頂針在一條線上，詳見圖1。但實際情況是主軸與頂針的中心線是有一定量的偏移及與中心線有一個偏斜角α，見圖2。一般情況主軸的同心度比較好控制；然而，尾架的同心尺寸比較難調。本研究針對G系列的轉子外徑車床尾架進行了相應改造[10]。

圖1 車床尾架與主軸同心的理想狀態(tài)

圖2 車床尾架與主軸同心的實際狀態(tài)

原尾架結構簡陋、剛性差，調整尾架的上下、左右及平行度幾乎沒有度量，調整困難。調整一次需要(4～5) h以上。由于剛性差，調整一次后短期內，其精度又會走失。見圖3。針對上述缺點，進行了針對性的設計；在不改變外形安裝尺寸的前提下，結構力求剛性良好，調整方便，不再出現(xiàn)精度走失的現(xiàn)象[11]，見圖4。

圖3 原尾架結構

圖4 新設計尾架結構

主要改善點如下：

1）增加尾架高度方向精準調節(jié)機構，尾架臺面分成上下兩部分，上下兩部分之間的連接部為斜契形配合，可通過螺栓進行調整尾架高度，由于斜度僅為10°，螺栓擰1 mm，尾架高度方向大約升降0.18 mm，既保證了系統(tǒng)的剛性，又能進行精準調節(jié)[12]；

2）增加尾架水平方向調節(jié)機構，可實現(xiàn)水平方向精準調節(jié)。

統(tǒng)計改善前后的轉子的圓跳動，規(guī)格值為0.05 mm，改善前連續(xù)加工的過程能力（Process Capability，CP）值為0.57（見圖5），不能滿足工序加工能力要求。改善后連續(xù)加工過程能力CP值為1.19[13]（見圖6），達到可接受范圍。跟蹤改善后轉子整機間隙不良的情況，A生產線X機種（間隙不良高發(fā)機種）間隙不良率由2.41%下降為1.53%，對整機間隙不良情況改善明顯。

圖5 改善前轉子圓跳動加工過程能力

圖6 改善后轉子圓跳動加工過程能力

2 裝配過程過定位對電磁音的分析改善

除了轉子的精度，另一個影響定轉子間隙的主要原因為整機裝配精度。該生產線壓縮機裝配工藝流程依次包括電機投入、泵體投入（帶間隙規(guī)）、殼體熱套、連接管壓入、三六點焊接、拔間隙規(guī)、間隙檢查、上殼蓋預裝、上殼蓋壓入和中間商用試驗（包含電磁音測試）；裝配過程中的三六點焊接狀態(tài)、整機冷卻等常見原因前期均已進行了較大研究改善，在調查過程中發(fā)現(xiàn)生產線三六點焊接時泵體存在過定位情況，懷疑為部分機種電磁音較高的主因。

根據六點定位原理，任何未定位的工件在空間直角坐標系中都具有6個自由度。工件定位的任務就是根據加工要求，限制工件的全部或部分自由度。工件的六點定位原理是指用6個支撐點來分別限制工件的6個自由度，從而使工件在空間得到確定定位的方法。工件的1個或幾個自由度被不同的定位元件重復限制的定位稱為過定位。當過定位導致工件或定位元件變形、影響加工精度時，應該嚴禁采用。

三六點焊接是將上缸蓋與殼體進行連接，理想狀態(tài)是焊接時，泵體僅依靠間隙規(guī)進行定位，無其它過定位情況，但實際生產中，為保證吸氣孔與殼體座圈同心，連接管可以順利壓入，連接管壓入時，泵體需用中心定位銷頂住，連接管壓入完，該定位銷失去作用，但現(xiàn)工藝連接管壓入與三六點焊接均為在線加工，使用同套工裝，三六點焊接時泵體定位工裝與泵體接觸，造成過定位[14]。三六點焊接時壓縮機的定位狀態(tài)如圖7所示。

一般認為有間隙片作為隔離，定子和轉子之間的間隙可控，但忽略了一點，受到過定位的泵體，盡管定子和轉子有間隙片約束被隔離，但此刻的轉子曲軸是處于強扭的彈性變形中，一旦間隙規(guī)拔出，曲軸釋放應力，定子和轉子間隙小于規(guī)格值，即泵體處于歪斜狀態(tài)，受到過定位影響，泵體在間隙規(guī)拔出前后的情況請見圖8。

圖7 三六點焊接時泵體的定位狀態(tài)

圖8 間隙規(guī)拔出前后泵體狀態(tài)

在實際生產中印證了上述提到的問題。由于B生產線的生產工藝與A生產線不一致，B生產線三六點焊接采用離線焊接，即連接管壓入與三六點焊接加工時不是一套工裝，泵體三六點焊接時不存在過定位情況，B生產線加工相同機種，間隙不良比例和電磁音不良比率均小于A生產線；A生產線間隙不良高發(fā)的X機種間隙不良率為1.53%；B生產線間隙不良率為0.14%。

由此可見，過定位對于電磁音的影響非常大。為此本研究對上述問題進行了討論與研究，提出以下改進方案。

方案1：托板配銷底部安裝一個凸輪機構[15]，在泵體投入工序生產線底部安裝1個旋轉氣缸[16]，使凸輪頂起配銷（2 mm）；在托板進入六點焊機前再安裝一個旋轉氣缸，使得焊接三六點時旋轉凸輪放下配銷，以此來避免過定位，詳見圖9；該方法不用改變原有生產線設備布局，僅改造線體使用托板，總體投入不大，由于實際生產過程中托板需經過焊接工序（在線焊接），托板易受焊塵、焊渣影響導致失效，影響線體開動率，所以使用該方法需提升托板清潔程度。

圖9 托板改造結構圖

方案2：改動原來的配銷座與配銷，增加一個壓簧，即可以成為一套浮動式配銷裝置[17]，該裝置圖示請見圖10，該裝置結構簡單，投入成本最低，但由于配銷需在連接管壓入時保證氣缸吸氣孔與座圈的同心，壓簧的選型和耐用度需經過實際使用驗證，且驗證所需耗費的時間較長，由于生產線一直處于滿產狀態(tài)，不具備長期試驗的條件，故該方案暫不考慮。

方案3：將在線設備改造為離線設備（與B生產線類似），該方案可比較徹底解決過定位問題，且B線體已有先例，可確保實施效果，但A線體為較老線體，如進行此改造，需新購設備和線體，整體投入較大，實施周期長，且原生產線其它設備均已布置得比較緊湊，難以實現(xiàn)合理的線體布局。

綜合以上3個方案，方案一在A生產線上改造的可行性較高，如果新購線體，建議采用方案3。

圖10 配銷改造結構圖

3 結論

本文針對家用空調壓縮機電磁音產生原因進行分析，研究重點放在壓縮機裝配過程中定子和轉子間隙保證，以轉子跳動改善和裝配過程中過定位作為改善點，得出如下結論。

1）通過轉子車削設備頂針裝置優(yōu)化，保證車削過程中頂針、芯棒、卡盤的同心，進而改善轉子跳動，同時方便生產過程中同心度的調整，保證長期質量穩(wěn)定，通過對轉子圓跳動改善前后電磁音不良分析，轉子圓跳動對電磁音有明顯的影響，保證轉子圓跳動可以有效控制電磁音不良的產生。

2）通過過定位分析，發(fā)現(xiàn)裝配線體托板中心配銷是導致過定位的主要原因，過定位導致三六點焊接時泵體處于歪斜狀態(tài)，間隙規(guī)拔出后由于塑性變形，轉子與電機的間隙偏移，通過對過定位進行改善，可以有效控制壓縮機間隙不良的產生。