電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡量的工藝設(shè)計(jì)

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2024-07-03 17:37

事實(shí)上，任何一個(gè)需要平衡的電機(jī)轉(zhuǎn)子，其不平衡點(diǎn)大小和位置都是未知數(shù)，無法進(jìn)行計(jì)算，只能用動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)，即在運(yùn)轉(zhuǎn)中測定兩平面上所應(yīng)加重或減重的平衡質(zhì)量的大小和相位。

動(dòng)平衡機(jī)的精度和轉(zhuǎn)子允許的動(dòng)平衡精度是兩種不同的概念，不可以混淆。動(dòng)平衡機(jī)是一種機(jī)電一體化的檢測設(shè)備，其機(jī)械部分是由底座、擺架（包括滾輪架）、傳動(dòng)裝置和傳感器等部件組成，即轉(zhuǎn)子在擺架上旋轉(zhuǎn)時(shí)，擺架上的微小振幅，通過傳感器將機(jī)械信號(hào)供給電測箱的過程稱為不平衡量的測試。動(dòng)平衡機(jī)的精度是機(jī)械部分上的各環(huán)節(jié)的質(zhì)量累加確認(rèn)檢出的。包含了零部件的加工誤差、裝配的同心度、傳動(dòng)裝置中萬向節(jié)和傳動(dòng)輪的誤差、接套公差間隙配合誤差及兩只傳感器的靈敏度和線性度匹配等影響因素。因此要最終獲得精確的不平衡值及所對(duì)應(yīng)的角度位置，要通過機(jī)械信號(hào)輸入到電測箱后，在電測箱中通過各環(huán)節(jié)的運(yùn)算、刪除濾去無用信號(hào)后獲得。電測箱的元器件質(zhì)量、程序軟件及線路設(shè)決定動(dòng)平衡機(jī)的精度。目前國內(nèi)企業(yè)均按照國際標(biāo)準(zhǔn) ISO2953：1999國際標(biāo)準(zhǔn)以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行產(chǎn)品的出廠檢驗(yàn)。對(duì)于通用平衡機(jī)檢定可以按照國家標(biāo)準(zhǔn)《通用臥式平衡機(jī)校驗(yàn)法》（GB4201-84）和《立式平衡機(jī)檢驗(yàn)法》（GB7622-87）為依據(jù)校驗(yàn)轉(zhuǎn)子。

而電機(jī)機(jī)械動(dòng)平衡品質(zhì)的重要因素是轉(zhuǎn)速，而影響轉(zhuǎn)速的因素共分為如下三大類：

第一類是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，影響它的因素有質(zhì)量、慣性矩、寸法、可允許剩余不平衡量、轉(zhuǎn)子特性、剛性、繞性等。

第二類是平衡機(jī)轉(zhuǎn)速，影響它的因素有工作范圍支承形式、驅(qū)動(dòng)形式、驅(qū)動(dòng)功率和測量系統(tǒng)等。

第三類是整體轉(zhuǎn)速，影響它的因素有準(zhǔn)備工作、循環(huán)時(shí)間、必需的保護(hù)裝置、校正、能源消耗等。

雖然轉(zhuǎn)子不平衡量是一項(xiàng)很復(fù)雜的工作，但是通過了解動(dòng)平衡機(jī)的電子原理，從幾個(gè)大方向進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)及改善，最終達(dá)到提高產(chǎn)品品質(zhì)，延長轉(zhuǎn)子壽命的目的。

圖 1 電子動(dòng)平衡原理圖

第一類是測量模式的選擇。一般不同平衡機(jī)的測量模式是不同，力檢測應(yīng)用“硬支撐”平衡機(jī)，而位移檢測應(yīng)用“軟支撐”平衡機(jī)。因此從工藝角度上分析驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)便成為設(shè)計(jì)的首要因素。目前動(dòng)平衡機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有皮帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、壓縮空氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、開式電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等幾類。制造企業(yè)可以根據(jù)自己的需求和成本選擇驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。（見下圖 5）

目前制造企業(yè)可以根據(jù)作業(yè)效率、穩(wěn)定性、作業(yè)性等因素選擇動(dòng)平衡的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

其中經(jīng)常應(yīng)用的是皮帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的切線式。原因設(shè)計(jì)簡單、取放制品作業(yè)方便、設(shè)備維護(hù)及皮帶更換方便，適合標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。也可以根據(jù)生產(chǎn)需求選擇上皮帶式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和下皮帶式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。雖然該兩項(xiàng)更穩(wěn)定但是由于治具之間摩擦影響對(duì)不平衡量有一定影響。同時(shí)作業(yè)員也不易操作。如下是皮帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模式模擬圖形。

圖2 特殊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模式圖

圖3皮帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模式

第二項(xiàng)工藝上需要關(guān)注的是擺架和支撐座的選擇。只有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、擺架和支撐座等外在因素越穩(wěn)定，則影響汽車電機(jī)的平衡量的測定精度就越高。圖（7）是我們經(jīng)常設(shè)計(jì)及應(yīng)用的擺架及支撐座設(shè)計(jì)模式。其中第 2處及第 3 處是最佳模式。

圖4 擺架和支撐座設(shè)計(jì)模式

第三項(xiàng)是從測量信號(hào)分析，通過傅立葉分析方法將振動(dòng)傳感器信號(hào)波形過濾輸入到測量系統(tǒng)中，進(jìn)行判定。雜波過濾得越徹底，則平衡測量數(shù)據(jù)精度越高。（見下圖 8）因此在電機(jī)轉(zhuǎn)子測定動(dòng)平衡時(shí)，都要首先確認(rèn)裝置的溫度、機(jī)械的穩(wěn)定度、過濾開關(guān)、接觸器發(fā)生電子脈沖的干擾及錯(cuò)誤的發(fā)生頻率及時(shí)間規(guī)律。即設(shè)備的初始化狀態(tài)。

第四項(xiàng)從測量系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)件校正分析。動(dòng)平衡機(jī)的測量值精確取決于動(dòng)平衡機(jī)初期標(biāo)準(zhǔn)件校正的精度。標(biāo)準(zhǔn)見本的基本做法是在鐵芯轉(zhuǎn)子同一面上標(biāo)刻出水平的 2處釘鉆孔。注意該面一定作成角度傳感器的水平面，然后將轉(zhuǎn)子修正為左右動(dòng)平衡均在 0.010g以下，越小越好。

圖 5 過濾振動(dòng)傳感器信號(hào)原理圖

最后選擇標(biāo)準(zhǔn)釘重對(duì)動(dòng)平衡機(jī)分別進(jìn)行速度、不平衡量、角度校正。該標(biāo)準(zhǔn)件準(zhǔn)確性越高則需要修正轉(zhuǎn)子的修正效率越高。

圖 6 標(biāo)準(zhǔn)見本事例

標(biāo)準(zhǔn)見本作為以后設(shè)備精度確認(rèn)及校正的關(guān)鍵產(chǎn)品，長期應(yīng)用。因此要特別注意其的精確度及狀態(tài)。

圖 7 制造商和用戶要求不平衡量標(biāo)準(zhǔn)

微電機(jī)的振動(dòng)和減小噪聲已越來越被廣大電機(jī)制造技術(shù)人員所重視。轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布對(duì)其軸線而言，不均勻不對(duì)稱的不平衡久存轉(zhuǎn)子中。影響發(fā)電機(jī)的性能，縮短其使用壽命。因此微電機(jī)制造業(yè)及設(shè)計(jì)都希望對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)電機(jī)能進(jìn)行精準(zhǔn)的判定及修正。由于動(dòng)平衡操作和計(jì)算復(fù)雜及因素過多，因此很多動(dòng)平衡機(jī)制造企業(yè)通過改善力學(xué)傳感器輸出信號(hào)放大驅(qū)動(dòng)學(xué)系統(tǒng)。將動(dòng)平衡機(jī)設(shè)計(jì)便利準(zhǔn)確滿足各類微電機(jī) 100%進(jìn)行測定及修正，達(dá)到提高產(chǎn)品品質(zhì)，延長產(chǎn)品壽命的作用。

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