動平衡是旋轉類產品生產、制造過程中必須解決的一個基本共性問題,其優劣程度直接決定著產品的工作性能、使用壽命以及產品質量等,所以必需盡快制訂出一套儀器校準或儀器校正系統。而且,產品的動平衡測量及校正往往處于產品零件生產工序的末端,此前己經過初步鑄造到最終成形等多道復雜工序,其平衡性能和工作效率等指標將直接影響到產品的最終質量評定、總體生產效率以及企業的成本控制。
中/小型電機轉子是通過在硅鋼片上繞漆包線做成的。硅鋼片、風葉和換向環等均通過沖壓機裝配而成,裝配后的電機轉子由于漆包繞線以及毛坯質量、機械加工精度等原因造成質量分布不勻,是動不平衡的。當電機轉子高速旋轉時會產生振動,不僅帶來較大的噪聲,而且會縮短產品壽命等一系列的質量及穩定工作問題,因此必須進行動平衡校正。
目前國內電機制造廠的轉子動平衡,除了少數廠家斥資引進國外全自動平衡機外,大多數廠仍為手工加重或去重校正。手工校正效率低,平衡精度低,影響轉子的產品質量,不適應大批量生產的要求。隨著汽車和電動工具等行業的快速發展,普通民用電機轉子趨向于高速化和輕量化(發電機多為高速大型撓性轉子),競爭及用戶需求對此類產品的振動、噪聲等性能要求及高效率自動化批量生產越來越高,相應的電機轉子對動平衡技術也提出了更苛刻的要求。因此,在大規模批量生產中,手工動平衡法被機器自動加工代替稱為一種需求和必然。
雖然我國國內己有數十家平衡機制造廠家,其中不乏科研單位進行了電機轉子全自動平衡機的研制,但和世界上先進水平相比仍有一定差距,對于全自動平衡機的需求主要還是依靠國外進口。從引進設備和自主生產的設備對比來看,它們存在各自獨有弊端。國外引進設備,其技術比較先進,性能較好,但存在成本較高、維護困難等缺點,主要存在于資金雄厚的大中型企業。而國產設備一般定位于國內中小型企業運用,相對于引進設備而言,設備針對性設計,對不同規格轉子的適應能力較強,但存在測試性能不穩定、調整操作復雜以及機械系統設計自動化程度低等問題。
因此,在各型電機產品以前所未有的速度向著各個應用領域不斷擴展,自動化需求和高精度要求不斷提升的情況下,于自動動平衡領域,如何提高中/小型電機制造水平,甚或大型電機的制造水平,改進國產設備的設計,加大中、高檔產品制造比例,使其更好地適應并滿足國內企業的生產需求,對于提高國產設備的制造水平、擴大我國相關企業產品應用領域以及發展經濟具有重要的現實意義。
在研究國內外全自動平衡機的基礎上,開發一種可用于中小型電機轉子動平衡的高精度儀器校正和高生產效率的雙工位全自動平衡機。
由于目前國內外生產的全自動平衡機,通過軟硬件的改進,在信號采集、濾波等處理上提升性能,以提高測量系統及整機精度的研究頗多;此項研究偏重于去重校正系統部分的研究,力圖通過樣機實際生產制造的細節,提出一些理論觀點和實踐經驗,供全自動動動平衡測試設備生產研究相關人員討論參考,促進我國全自動平衡機的推廣和應用。
國內生產的電機轉子,普遍存在初始不平衡量較大的情況,加上現今生產批量加大、質量要求提高,如何在動平衡測量校正環節突破效率和精度這個遏制性瓶頸問題是十分迫切的,全自動平衡機是應運而生,但其精度控制以及由于精度控制而對立產生的效率和穩定性卻成為問題。
關于高精度全自動平衡機,不僅需要高精度的測量技術,校正系統的精度也同樣重要。目前國內外研究報道主要側重于測量系統精度的提高,如信號處理方面,而在高效率校正方式的選擇和高精度實現方面卻顯得過于簡化,存在較大誤差,是迫切需要解決的難點,也是提高我國全自動平衡機性能的關鍵。
對于電機轉子,目前應用的平衡校正方式多為銑削和鉆削去重。 R型和V型銑削校正因自動化容易、去重效率高而成為中小型電機全自動動平衡校正的主要應用模式;鉆削去重則通常用于手工校正或半自動平衡校正。
綜合考慮國內外全自動平衡機以及自動化程度不同的三類平衡機的優缺點,開發出一種可用于中小型電機轉子動平衡的高校正精度和生產效率的雙工位全自動平衡機,校正方式采用V型銑削方式。研究制造的樣機,具有操作方便、平衡精度高、價格適中、適應同類多規格轉子變換以及生產效率高的特點,具有廣闊的市場前景。研究內容涉及力學、機械、測試電子、計算機技術等多學科,細節主要包括:
1、系統總體結構設計及功能分析
2、系統精度控制目標分析,重點偏向于銑削的儀器校正系統,包括V型銑槽動不平衡量的多因素影響、相位誤差因素影響、校正平面位置偏差因素影響等。
3、系統精度控制實用方案提供,分為銑削校正系統數據可靠性保證和銑削校正系統設計兩方面,包括RTLS方法獲得實測aey-mu曲線內插外推進行校正預測、去重分解優化策略、以及銑床銑削用量的合理選擇細則等。
4、提出系統函待解決的問題,包括在線誤差反饋補償設計,銑刀、刀桿及對刀方法的優化設計,銑床高精度定位設計和數字輔助濾波等,為后一步工作開展提供建議。
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