動(dòng)壓馬達(dá)裝配難點(diǎn)及控制方法探討

李凱 譚少軒 劉康 馮春陽(yáng)

摘要：動(dòng)壓馬達(dá)因其可以實(shí)現(xiàn)陀螺儀表的長(zhǎng)壽命、高精度及低噪音的目標(biāo)，被各個(gè)國(guó)家廣泛應(yīng)用于航天、航空等多個(gè)領(lǐng)域，作為慣性系統(tǒng)的核心組件，由于其裝配環(huán)境和裝配條件要求高等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模批產(chǎn)有較大難度。本文通過對(duì)動(dòng)壓馬達(dá)裝配難點(diǎn)及控制的方法的描述，為相關(guān)生產(chǎn)單位提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：精度? 配合間隙? 邊界潤(rùn)滑? 螺旋槽

引言

動(dòng)壓馬達(dá)作為慣性產(chǎn)品的核心組件，其廣泛應(yīng)用于航天、航空等慣性產(chǎn)品的各分系統(tǒng)中，它是以動(dòng)壓軸承取代滾珠軸承，其余結(jié)構(gòu)保持不變，采用動(dòng)壓軸承可以實(shí)現(xiàn)陀螺儀的長(zhǎng)壽命、高精度及低噪音的目標(biāo)。由于滾珠軸承含有有機(jī)油脂（潤(rùn)滑脂），在受到核輻射后易影響其性能，進(jìn)而影響馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，造成儀表精度受到影響而發(fā)生變化。動(dòng)壓軸承則無(wú)此缺點(diǎn)，但它的加工精度、裝配和使用條件要求都較高。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外動(dòng)壓馬達(dá)的生產(chǎn)情況來看，目前國(guó)內(nèi)動(dòng)壓馬達(dá)主要有以下幾種結(jié)構(gòu)形式：柱（H型）（圖1（a））、對(duì)置半球形（圖1（b））、對(duì)置錐體形（圖1（c））、整球形（圖1（d））。

1.動(dòng)壓馬達(dá)主要結(jié)構(gòu)

動(dòng)壓馬達(dá)與滾珠馬達(dá)組成結(jié)構(gòu)基本相同，其由兩部分組成：一是電機(jī)部分，電機(jī)通電后可以提供轉(zhuǎn)子體的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力矩;另一部分為：軸承部分，該軸承為動(dòng)壓氣浮軸承，一般由一對(duì)左右對(duì)稱的零件構(gòu)成。

1.1 動(dòng)壓氣浮軸承

動(dòng)壓馬達(dá)是根據(jù)流體力學(xué)的密度其原理設(shè)計(jì)，動(dòng)壓氣浮軸承是支撐其工作的基本結(jié)構(gòu)，其利用粘性氣隙構(gòu)成的支撐就是動(dòng)壓氣浮軸承。動(dòng)壓氣浮軸承按其軸承表面形狀特征分為：螺旋槽軸承、人字槽軸承，階梯軸承，傾斜瓦軸承，箔帶軸承等。

1.2 動(dòng)壓軸承剛度

動(dòng)壓軸承剛度指流體動(dòng)壓軸承每單位位移所產(chǎn)生的恢復(fù)力（矩），動(dòng)壓軸承除了與流體動(dòng)壓軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)外，還與流體的粘度、壓力、溫度、可壓縮性等有關(guān)，動(dòng)壓軸承剛度的測(cè)量一般是通過電容測(cè)微儀測(cè)量流體動(dòng)壓軸承被施加載荷后軸承間隙的變化量后計(jì)算得到。

1.3螺旋槽

在流體動(dòng)壓軸承表面加工的槽線為等角螺旋線的凹槽稱為螺旋槽，螺旋槽分為泵入式和泵出式兩種。具有螺旋槽的流體動(dòng)壓軸承其承載能力和穩(wěn)定性較其他形式更優(yōu)越，螺旋槽主要有平面螺旋槽、球面螺旋槽、柱面螺旋槽 。

2 動(dòng)壓馬達(dá)技術(shù)難點(diǎn)

動(dòng)壓馬達(dá)設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程涉及電磁學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料學(xué)、摩擦學(xué)、熱力學(xué)等多種學(xué)科，由于其高可靠性，高精度，高環(huán)境要求等特點(diǎn)，在生產(chǎn)過程中技術(shù)要求高，測(cè)試環(huán)境復(fù)雜。

2.1 邊界潤(rùn)滑關(guān)鍵技術(shù)

邊界潤(rùn)滑技術(shù)為動(dòng)壓馬達(dá)產(chǎn)品加工過程的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，由于動(dòng)壓馬達(dá)在起、停瞬間，兩個(gè)相對(duì)面要進(jìn)行接觸，產(chǎn)生低副（線接觸）或高副（面接觸），邊界潤(rùn)滑技術(shù)是利用物理吸附或化學(xué)反應(yīng)的方法，在摩擦副表面形成厚度在幾個(gè)分子層的表面膜，進(jìn)一步降低摩擦副之間的摩擦系數(shù)，有利于提高動(dòng)壓馬達(dá)的啟動(dòng)性能和壽命[2]。

2.2材料表面鍍膜技術(shù)

鍍膜技術(shù)是利用各種物理的、化學(xué)的或機(jī)械的方法，使金屬表面獲得特殊的物理性能、組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分，從而提高馬達(dá)的耐摩擦磨損性能，從而提高馬達(dá)的使用壽命。

2.3 加工生產(chǎn)技術(shù)

由于柱形動(dòng)壓馬達(dá)采用高精度氣浮止推軸承，馬達(dá)的軸向間隙、徑向間隙一般要求為微米級(jí)，零件的形位精度達(dá)到了亞微米級(jí)，因此對(duì)馬達(dá)的裝配及使用環(huán)境要求極高。故動(dòng)壓馬達(dá)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中零件的精密加工和裝配環(huán)境（潔凈度、相對(duì)濕度）控制是產(chǎn)品加工的技術(shù)難點(diǎn)。

1）潔凈度;如果裝配潔凈度不滿足要求，多余物會(huì)隨馬達(dá)內(nèi)部氣流循環(huán)沉積在微小的軸承工作間隙，造成馬達(dá)摩擦力矩增大，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生馬達(dá)卡死。

2）濕度;若裝配環(huán)境的空氣濕度很大，水漬的存在會(huì)形成彎月面力，從而增大了軸承表面的摩擦系數(shù)，進(jìn)而增大摩擦力矩，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成馬達(dá)不起動(dòng)。

3）軸承零件表面形貌精度;由于表面平面度要求較高，如果是特殊的表面形貌，且在馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的情況下會(huì)存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用力。當(dāng)長(zhǎng)期靜置存放和垂直方向受力作用下會(huì)產(chǎn)生吸附現(xiàn)象，既發(fā)生“類塊規(guī)效應(yīng)”。

3 動(dòng)壓馬達(dá)生產(chǎn)控制方法

3.1轉(zhuǎn)子組合件精度與測(cè)量控制方法

動(dòng)壓馬達(dá)轉(zhuǎn)子組合件由轉(zhuǎn)子體（包含磁鋼、飛輪、端環(huán)）、蓋、螺釘?shù)攘慵M成，由于精度要求太高，造成加工與測(cè)量不易掌握。

1）要保證動(dòng)壓馬達(dá)轉(zhuǎn)子組合件生產(chǎn)的圓柱度、同軸度的尺寸精度，主要依靠研磨棒進(jìn)行保證。研磨棒要定期更換與修研，根據(jù)技術(shù)圖紙要求的圓柱度要求及尺寸圖，進(jìn)行針對(duì)性修研。

3）轉(zhuǎn)子組合體的軸、徑向配合間隙決定了馬達(dá)的剛度大小，因此測(cè)量過程中待研磨后的零件冷卻后放置到位，同時(shí)兼顧平行度，采用測(cè)量棒與軸對(duì)比測(cè)量（力度的把握，尺子的有效用法）。

3.2半球動(dòng)壓馬達(dá)球碗精度與測(cè)量控制方法

球碗是對(duì)置半球型動(dòng)壓馬達(dá)的關(guān)鍵零件，它的主要精度要求是球碗五個(gè)截面的圓度10-4mm，同時(shí)要需要保證軸向和兩個(gè)徑向的間隙均等10-3mm。球碗由于要求測(cè)量參數(shù)較多，在測(cè)量過程中需要注意采用換位測(cè)量的思路進(jìn)行，在裝配過程中需要從兩個(gè)方面進(jìn)行掌控：

1）要把軸向間隙控制在一個(gè)有效的范圍內(nèi);

2）當(dāng)兩端球碗出現(xiàn)較大差值時(shí)或即將超差，采取有效的補(bǔ)救方法。

3.3半球動(dòng)壓馬達(dá)球碗精度與測(cè)量控制方法

影響動(dòng)壓馬達(dá)功能正常的主要原因是多余物，針對(duì)多余物引起的動(dòng)壓馬達(dá)故障，應(yīng)加強(qiáng)動(dòng)壓馬達(dá)裝配過程中多余物來源的排查、定位制定標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程和排故指南，通過馬達(dá)表現(xiàn)出來的性能故障，準(zhǔn)確判斷多余物性質(zhì)[3]。

4 總結(jié)

動(dòng)壓馬達(dá)作為慣性產(chǎn)品的核心高精度組件，其問題故障復(fù)雜，定位難度大，本文只是闡述了動(dòng)壓馬達(dá)裝配難點(diǎn)和通用的一些控制手段，要實(shí)現(xiàn)動(dòng)壓馬達(dá)的高合格率和大批量生產(chǎn)，磁性能材料選材、加工、處理，鍍膜的技術(shù)改進(jìn)，引用新的檢測(cè)設(shè)備等措施都是重點(diǎn)研究和改進(jìn)的方向，只有通過從設(shè)計(jì)、工藝、管理上不斷的改進(jìn)和探索，才能攻克動(dòng)壓馬達(dá)生產(chǎn)的瓶頸問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸元九.慣性器件.北京：宇航出版社.1993

[2]譚映戈，張渝懷.關(guān)于降低動(dòng)壓馬達(dá)氣浮軸承摩擦系數(shù)和磨損的研究[J].航與控制.2014.8

[3]孫文勝，?？∠玻瑥埛?.動(dòng)壓馬達(dá)不啟動(dòng)模式及故障樹研究[J].軍代表技術(shù).2009.05

作者簡(jiǎn)介：李凱，1978.1.男，漢族，陜西寶雞，大專，特級(jí)技師，研究方向：電機(jī)裝調(diào)專業(yè)