大直径空心轴转子结构设计及机械强度计算.
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４１００ｋｗ（５７５０ｋＷ），额定电压７５０Ｖ（１０００Ｖ）；基速
４０ｒ／ｍｉｎ，基速及以下恒转矩调压调速，２．５倍额定电流过载，２．７５倍额定电流切断；高速８０ｒ／ｍｉｎ，基速至高速恒功率弱磁调速，１．８倍额定电流过载，２倍额定电流切断；他励３００Ｖ（１００Ｖ），绝缘等级为Ｆ级绝缘和Ｂ级温升考核，ｓ１工作制连续运行；总重量１３３３００ｋｇ（２１１０００ｋｇ），转子单件重量６１２２０ｋｇ（８９６００ｋｇ），转子直径口３１５０ｍｍ，转子铁心长度
不同材料组成，其中中间圆筒部分由９０ｍｍ厚的Ｑ２３５一Ａ普通厚钢板滚圆成内径为巧１７４０ｍｍ的圆筒。要求滚圆后圆度控制在２ｍｍ左右，否则将会影响到转子的动、静平衡校正及圆筒上的焊接和加工。
而与空心轴圆筒相配的两端法兰材料则采用１６Ｍｎ
优质合金锻钢。这种材料经过调质及回火处理，机
械强度高，焊接性能好，便于与圆筒部分的焊接。
度，该电机的制造只能采用组合式空心轴结构。组合式空心轴选用材料方便，容易找到两种焊接性能差别不大的材料来做空－１、５＇轴圆筒和空心轴法兰盘，且焊接时占地空间、面积小，对设备的要求不是很高。但是组合式空心轴结构要比全焊接空心轴结构多一次两侧实心轴的装、拆轴工艺。这种结构必须要有大量的高强度螺栓、圆柱销等配合连接零件，且金加工工序多、周期长、精度高、技术难度大，同时要严格控制转
１．前言
随着电机的单机容量及整机尺寸越来越大，但受电机制造工艺及装备的影响，较多地采用双电枢或双电机串联传动方式。这种结构方式由于存在电磁及负荷不平衡乃至不同步，且联接结构复杂、轴系较长、占地面积大、使用维护工作量增加，因而总体投资及后续费用与单电机相比也不经济合理。因此迫切需要直接传动的低速大直径、短铁心结构电动机，避免大直径高速电机加齿轮箱减速的方案，以减少电机的传动损耗和占地面积，还可以减少整个设备的成本和维护费用，提高运转的可靠性。
－－－——９・－－——
万方数据
上海大中型电机
轴承承重性能改善也是很显著的。
３．空心轴结构转子制造特点
转子空心轴结构大致可分为二种百度文库一是空心轴中间圆筒制成后，两端配法兰连接，然后用螺栓和圆
柱销将两端实心轴配合紧固成一体，国外也有采用螺栓和圆柱销合二为一的锥形超级把合螺栓紧固的，这种空心轴结构简称为“组合式空心轴”（见图３
生产的大型直流电机（ＺＤ３１５／１３４，４１００ｋＷ）上采用
了国内外罕见的空心轴结构，获得了较为良好的制
造和使用效果。本文就此结合直流电机空心轴转子
制造实例对空心轴结构和机械强度设计计算进行探讨。
２．电机的基本技术参数
为了便于比较给出了两种型号大型直流电机
ＺＤ３１５／１３４和ＺＤ３１５／１４２的基本技术参数，其中括号中的数据为型号ＺＤ３１５／１４２的参数；转子轴空心轴（实心轴）结构（如图１和２所示），额定功率
和４）。
图３组合式空心轴
图４螺栓、销钉连接
另一种转子空心轴结构是将空心轴的中间空心圆筒制成后直接和两端实心轴相焊接，这种空心轴结构称为“全焊接空心轴”。这种结构与组合式空心轴相比，结构较为简单，其中间空心轴部分其实就是一个空心薄壁圆筒，设计时只须在两侧加工好焊接用的坡口即可，但对焊接的技术要求很高。
以上三段材料分别经过端部坡口、定位止口加工后，采用自动埋弧焊的工艺焊接，焊接时的工艺流程同全焊接空心轴相类似。但由于两端法兰是平底圆盘结构且轴向尺寸较短，因此其对加热、旋转等所需设备要求相对较低，但焊接时同样要求保持工件加热、旋转。焊接结束后，还须经多次焊缝探伤检查，证实焊接良好，无砂孔、夹杂或虚焊。
子轴系加工、连接及装配产生的误差。
空心轴的中间部分圆筒加工由于大型滚圆机的
应用变得非常简单，且只须根据机械强度和电机制
造工艺的要求，选用一定厚度、规格、品种的厚钢板滚圆成一定的直径并焊接拼缝即可。这种结构的空
心轴，与同直径的实心轴相比，飞轮转矩小，结构牢
固和强度好，承受重负荷能力强。
根据ＺＤ３１５／１３４，４１００ｋＷ，４０／８０ｒ／ｍｉｎ电机的实际工况，最终确定电机空心轴的本体是由三段两种
１３４０ｍｍ（１４２０ｍｍ），转子总长度６７８５ｍｍ（７４００ｍｍ）。
中空轴部分
图１电机转子轴的空心轴结构
图２电机转子轴的实心轴结构
由上述数据可看出，电机转子直径相同，总长及
铁心本体长度相差不大（约６％），转子单件重相差
２８３８０ｋｇ，空心轴与实心轴相比轻达３１．７％，因此采
用空心轴结构即使不计其性能改善，仅节约材料及
对大直径、大转矩的电动机来说，电机制造难
度、造价的增加主要还在于转子轴及转子支架。因
为转轴要锻造、轴径要粗，还要有充分的冷却，转子铁心压装要求高，加工困难。因此如何改进电机的结构，特别是改进电机转子、转子轴的结构已成为电机行业的一大课题。上海电机厂于二十世纪六十年代末就对转子空心轴的结构在大型直流电机上的应用进行攻关研究，最近为国内钢铁厂热轧工程轧机
由于空心轴结构是一种大直径的薄壳圆筒结构，因此它与转子支架的配合就不宜采用热套过盈配合的结构。根据转子支架上需叠压的转子扇形冲片的结构，采用了在空心轴圆筒上焊接１５件“板凳”式支架筋的方式。且这些“板凳”式支架筋均是预先采用自动埋弧焊的方式焊接成形后再采用自动埋弧焊焊接到空心轴圆筒本体上去的（见图５和６）。１５件“板凳”式支架筋之间焊接有立筋，且在换向器端一侧焊接有一块整圆幅板，以使１５根支架筋相互连
２００５．Ｎｏ．１
大直径空心轴转子结构设计及机械强度计算
大直径空心轴转子结构设计及机械强度计算
陈明镜谢宝昌上海交通大学
摘要：针对大直径高转矩电机制造难度大且造价高的问题，本文介绍了用于钢铁厂轧机的大型电机
空心轴转子结构设计和机械强度计算。与同功率实心轴转子相比较，结果显示空心轴具有明显的优越
性。
关键词：电机大型空心轴机械强度计算结构设计
现代大型电机的制造均要求转子采用绝缘性能优越、能提高绝缘强度和机械强度、减小吊装、浸漆吨位及尺寸的真空压力整体浸漆工艺。上海电机厂拥有目前亚洲最大的０４８００ｍｍ真空压力整体浸漆罐，但该罐及其附属设备也只能浸漆５０吨以下，单体总长
不超过５２００ｍｍ的电机转子。而ＺＤ３１５／１３４４１００ｋＷ
电机若设计采用实心轴的话，其转子总重量将达８０吨，总长为６７８５ｒｒａｎ，为此只能采用空心轴结构。全焊接空心轴因为在浸漆前就已将两端的两段实心轴部分联接在一起，因此加大了转子浸漆的吨位及整体长一１０一
４０ｒ／ｍｉｎ，基速及以下恒转矩调压调速，２．５倍额定电流过载，２．７５倍额定电流切断；高速８０ｒ／ｍｉｎ，基速至高速恒功率弱磁调速，１．８倍额定电流过载，２倍额定电流切断；他励３００Ｖ（１００Ｖ），绝缘等级为Ｆ级绝缘和Ｂ级温升考核，ｓ１工作制连续运行；总重量１３３３００ｋｇ（２１１０００ｋｇ），转子单件重量６１２２０ｋｇ（８９６００ｋｇ），转子直径口３１５０ｍｍ，转子铁心长度
不同材料组成，其中中间圆筒部分由９０ｍｍ厚的Ｑ２３５一Ａ普通厚钢板滚圆成内径为巧１７４０ｍｍ的圆筒。要求滚圆后圆度控制在２ｍｍ左右，否则将会影响到转子的动、静平衡校正及圆筒上的焊接和加工。
而与空心轴圆筒相配的两端法兰材料则采用１６Ｍｎ
优质合金锻钢。这种材料经过调质及回火处理，机
械强度高，焊接性能好，便于与圆筒部分的焊接。
度，该电机的制造只能采用组合式空心轴结构。组合式空心轴选用材料方便，容易找到两种焊接性能差别不大的材料来做空－１、５＇轴圆筒和空心轴法兰盘，且焊接时占地空间、面积小，对设备的要求不是很高。但是组合式空心轴结构要比全焊接空心轴结构多一次两侧实心轴的装、拆轴工艺。这种结构必须要有大量的高强度螺栓、圆柱销等配合连接零件，且金加工工序多、周期长、精度高、技术难度大，同时要严格控制转
１．前言
随着电机的单机容量及整机尺寸越来越大，但受电机制造工艺及装备的影响，较多地采用双电枢或双电机串联传动方式。这种结构方式由于存在电磁及负荷不平衡乃至不同步，且联接结构复杂、轴系较长、占地面积大、使用维护工作量增加，因而总体投资及后续费用与单电机相比也不经济合理。因此迫切需要直接传动的低速大直径、短铁心结构电动机，避免大直径高速电机加齿轮箱减速的方案，以减少电机的传动损耗和占地面积，还可以减少整个设备的成本和维护费用，提高运转的可靠性。
－－－——９・－－——
万方数据
上海大中型电机
轴承承重性能改善也是很显著的。
３．空心轴结构转子制造特点
转子空心轴结构大致可分为二种百度文库一是空心轴中间圆筒制成后，两端配法兰连接，然后用螺栓和圆
柱销将两端实心轴配合紧固成一体，国外也有采用螺栓和圆柱销合二为一的锥形超级把合螺栓紧固的，这种空心轴结构简称为“组合式空心轴”（见图３
生产的大型直流电机（ＺＤ３１５／１３４，４１００ｋＷ）上采用
了国内外罕见的空心轴结构，获得了较为良好的制
造和使用效果。本文就此结合直流电机空心轴转子
制造实例对空心轴结构和机械强度设计计算进行探讨。
２．电机的基本技术参数
为了便于比较给出了两种型号大型直流电机
ＺＤ３１５／１３４和ＺＤ３１５／１４２的基本技术参数，其中括号中的数据为型号ＺＤ３１５／１４２的参数；转子轴空心轴（实心轴）结构（如图１和２所示），额定功率
和４）。
图３组合式空心轴
图４螺栓、销钉连接
另一种转子空心轴结构是将空心轴的中间空心圆筒制成后直接和两端实心轴相焊接，这种空心轴结构称为“全焊接空心轴”。这种结构与组合式空心轴相比，结构较为简单，其中间空心轴部分其实就是一个空心薄壁圆筒，设计时只须在两侧加工好焊接用的坡口即可，但对焊接的技术要求很高。
以上三段材料分别经过端部坡口、定位止口加工后，采用自动埋弧焊的工艺焊接，焊接时的工艺流程同全焊接空心轴相类似。但由于两端法兰是平底圆盘结构且轴向尺寸较短，因此其对加热、旋转等所需设备要求相对较低，但焊接时同样要求保持工件加热、旋转。焊接结束后，还须经多次焊缝探伤检查，证实焊接良好，无砂孔、夹杂或虚焊。
子轴系加工、连接及装配产生的误差。
空心轴的中间部分圆筒加工由于大型滚圆机的
应用变得非常简单，且只须根据机械强度和电机制
造工艺的要求，选用一定厚度、规格、品种的厚钢板滚圆成一定的直径并焊接拼缝即可。这种结构的空
心轴，与同直径的实心轴相比，飞轮转矩小，结构牢
固和强度好，承受重负荷能力强。
根据ＺＤ３１５／１３４，４１００ｋＷ，４０／８０ｒ／ｍｉｎ电机的实际工况，最终确定电机空心轴的本体是由三段两种
１３４０ｍｍ（１４２０ｍｍ），转子总长度６７８５ｍｍ（７４００ｍｍ）。
中空轴部分
图１电机转子轴的空心轴结构
图２电机转子轴的实心轴结构
由上述数据可看出，电机转子直径相同，总长及
铁心本体长度相差不大（约６％），转子单件重相差
２８３８０ｋｇ，空心轴与实心轴相比轻达３１．７％，因此采
用空心轴结构即使不计其性能改善，仅节约材料及
对大直径、大转矩的电动机来说，电机制造难
度、造价的增加主要还在于转子轴及转子支架。因
为转轴要锻造、轴径要粗，还要有充分的冷却，转子铁心压装要求高，加工困难。因此如何改进电机的结构，特别是改进电机转子、转子轴的结构已成为电机行业的一大课题。上海电机厂于二十世纪六十年代末就对转子空心轴的结构在大型直流电机上的应用进行攻关研究，最近为国内钢铁厂热轧工程轧机
由于空心轴结构是一种大直径的薄壳圆筒结构，因此它与转子支架的配合就不宜采用热套过盈配合的结构。根据转子支架上需叠压的转子扇形冲片的结构，采用了在空心轴圆筒上焊接１５件“板凳”式支架筋的方式。且这些“板凳”式支架筋均是预先采用自动埋弧焊的方式焊接成形后再采用自动埋弧焊焊接到空心轴圆筒本体上去的（见图５和６）。１５件“板凳”式支架筋之间焊接有立筋，且在换向器端一侧焊接有一块整圆幅板，以使１５根支架筋相互连
２００５．Ｎｏ．１
大直径空心轴转子结构设计及机械强度计算
大直径空心轴转子结构设计及机械强度计算
陈明镜谢宝昌上海交通大学
摘要：针对大直径高转矩电机制造难度大且造价高的问题，本文介绍了用于钢铁厂轧机的大型电机
空心轴转子结构设计和机械强度计算。与同功率实心轴转子相比较，结果显示空心轴具有明显的优越
性。
关键词：电机大型空心轴机械强度计算结构设计
现代大型电机的制造均要求转子采用绝缘性能优越、能提高绝缘强度和机械强度、减小吊装、浸漆吨位及尺寸的真空压力整体浸漆工艺。上海电机厂拥有目前亚洲最大的０４８００ｍｍ真空压力整体浸漆罐，但该罐及其附属设备也只能浸漆５０吨以下，单体总长
不超过５２００ｍｍ的电机转子。而ＺＤ３１５／１３４４１００ｋＷ
电机若设计采用实心轴的话，其转子总重量将达８０吨，总长为６７８５ｒｒａｎ，为此只能采用空心轴结构。全焊接空心轴因为在浸漆前就已将两端的两段实心轴部分联接在一起，因此加大了转子浸漆的吨位及整体长一１０一