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电机转子不平衡量的工艺设计

电机转子不平衡量的工艺设计

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【摘要】:
动平衡机的精度和转子允许的动平衡精度是两种不同的概念,不可以混淆。动平衡机是一种机电一体化的检测设备,其机械部分是由底座、摆架(包括滚轮架) 、传动装置和传感器等部件组成,即转子在摆架上旋转时,摆架上的微小振幅,通过传感器将机械信号供给电测箱的过程称为不平衡量的测试。

事实上,任何一个需要平衡的电机转子,其不平衡点大小和位置都是未知数,无法进行计算,只能用动平衡试验机,即在运转中测定两平面上所应加重或减重的平衡质量的大小和相位。

动平衡机的精度和转子允许的动平衡精度是两种不同的概念,不可以混淆。动平衡机是一种机电一体化的检测设备,其机械部分是由底座、摆架(包括滚轮架) 、传动装置和传感器等部件组成,即转子在摆架上旋转时,摆架上的微小振幅,通过传感器将机械信号供给电测箱的过程称为不平衡量的测试。动平衡机的精度是机械部分上的各环节的质量累加确认检出的。包含了零部件的加工误差、装配的同心度、传动装置中万向节和传动轮的误差、接套公差间隙配合误差及两只传感器的灵敏度和线性度匹配等影响因素。因此要最终获得精确的不平衡值及所对应的角度位置,要通过机械信号输入到电测箱后,在电测箱中通过各环节的运算、删除滤去无用信号后获得。电测箱的元器件质量、程序软件及线路设决定动平衡机的精度。目前国内企业均按照国际标准 ISO29531999国际标准以及行业标准进行产品的出厂检验。对于通用平衡机检定可以按照国家标准《通用卧式平衡机校验法》(GB4201-84)和《立式平衡机检验法》 (GB7622-87)为依据校验转子。

而电机机械动平衡品质的重要因素是转速,而影响转速的因素共分为如下三大类:

第一类是转子转速,影响它的因素有质量、惯性矩、寸法、可允许剩余不平衡量、转子特性、刚性、绕性等。

第二类是平衡机转速,影响它的因素有工作范围支承形式、驱动形式、驱动功率和测量系统等。

第三类是整体转速,影响它的因素有准备工作、循环时间、必需的保护装置、校正、能源消耗等。

虽然转子不平衡量是一项很复杂的工作,但是通过了解动平衡机的电子原理,从几个大方向进行工艺设计及改善,最终达到提高产品品质,延长转子寿命的目的。

 

1 电子动平衡原理图

 

第一类是测量模式的选择。一般不同平衡机的测量模式是不同,力检测应用“硬支撑”平衡机,而位移检测应用“软支撑”平衡机。因此从工艺角度上分析驱动系统便成为设计的首要因素。目前动平衡机驱动系统有皮带驱动系统、压缩空气驱动系统、开式电磁驱动系统、自驱动系统等几类。制造企业可以根据自己的需求和成本选择驱动系统。(见下图 5

目前制造企业可以根据作业效率、稳定性、作业性等因素选择动平衡的驱动系统。

其中经常应用的是皮带驱动系统中的切线式。原因设计简单、取放制品作业方便、设备维护及皮带更换方便,适合标准化生产。也可以根据生产需求选择上皮带式驱动系统和下皮带式驱动系统。虽然该两项更稳定但是由于治具之间摩擦影响对不平衡量有一定影响。同时作业员也不易操作。如下是皮带驱动系统模式模拟图形。

 

2 特殊驱动系统模式图

 

3皮带驱动系统模式

 

第二项工艺上需要关注的是摆架和支撑座的选择。只有驱动系统、摆架和支撑座等外在因素越稳定,则影响汽车电机的平衡量的测定精度就越高。图(7)是我们经常设计及应用的摆架及支撑座设计模式。其中第 2处及第 3 处是最佳模式。

  

4 摆架和支撑座设计模式

 

第三项是从测量信号分析,通过傅立叶分析方法将振动传感器信号波形过滤输入到测量系统中,进行判定。杂波过滤得越彻底,则平衡测量数据精度越高。 (见下图 8)因此在电机转子测定动平衡时,都要首先确认装置的温度、机械的稳定度、过滤开关、接触器发生电子脉冲的干扰及错误的发生频率及时间规律。即设备的初始化状态。

第四项从测量系统标准件校正分析。动平衡机的测量值精确取决于动平衡机初期标准件校正的精度。标准见本的基本做法是在铁芯转子同一面上标刻出水平的 2处钉钻孔。注意该面一定作成角度传感器的水平面,然后将转子修正为左右动平衡均在 0.010g以下,越小越好。

  

5 过滤振动传感器信号原理图

 

最后选择标准钉重对动平衡机分别进行速度、不平衡量、角度校正。该标准件准确性越高则需要修正转子的修正效率越高。

 

6 标准见本事例

 

标准见本作为以后设备精度确认及校正的关键产品,长期应用。因此要特别注意其的精确度及状态。

  

7 制造商和用户要求不平衡量标准

 

微电机的振动和减小噪声已越来越被广大电机制造技术人员所重视。转子的质量分布对其轴线而言,不均匀不对称的不平衡久存转子中。影响发电机的性能,缩短其使用寿命。因此微电机制造业及设计都希望对现有设计电机能进行精准的判定及修正。由于动平衡操作和计算复杂及因素过多,因此很多动平衡机制造企业通过改善力学传感器输出信号放大驱动学系统。将动平衡机设计便利准确满足各类微电机 100%进行测定及修正,达到提高产品品质,延长产品寿命的作用。