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        微型電機(jī)生產(chǎn)過程的常見不良分析及檢測方法探討

        2020-12-20 19:18:58劉仁武
        通信電源技術(shù) 2020年24期
        關(guān)鍵詞:振動(dòng)檢測

        趙 倩,劉仁武

        (1.深圳清研裝備科技有限公司,廣東 深圳 518000;2.深圳市菲森科技有限公司,廣東 深圳 518000)

        0 引 言

        近年來,隨著電子、計(jì)算機(jī)以及控制技術(shù)的迅速發(fā)展,微型電機(jī)行業(yè)取得了迅猛發(fā)展,長三角和珠三角地區(qū)誕生了諸多電機(jī)制造企業(yè)。電機(jī)廠每天生產(chǎn)成千上萬個(gè)甚至幾十萬個(gè)電機(jī),如何保證質(zhì)量與如何檢測是一個(gè)不容忽視的問題。傳統(tǒng)的檢測方法是通過聽和看的方法,然后采用萬用表或示波器的波形圖顯示,由專業(yè)的人員觀看與判斷電機(jī)的好壞。這種測試方法不僅麻煩,而且效率極其低下,再加上專業(yè)的測試人員需要多年的檢測經(jīng)驗(yàn)積累,才能從細(xì)微的波形變化中識別出電機(jī)的好壞。隨著電機(jī)產(chǎn)量的增大也造成了檢測人員的工作量增大,對于人力成本也是一種負(fù)擔(dān)。如若出現(xiàn)節(jié)假日或者工人離職等不可抗的因素,會(huì)造成產(chǎn)線的大面積停滯,給工廠的造成的損失相當(dāng)巨大[1]。因此自動(dòng)化檢測對于實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自動(dòng)化生產(chǎn)、減低人工成本以及提高生產(chǎn)良率具有十分重要的意義。

        本文根據(jù)微型電機(jī)的組成及生產(chǎn)工序特點(diǎn),分析電機(jī)生產(chǎn)過程中的不良因素,并根據(jù)不良因素產(chǎn)生的常見現(xiàn)象來探討相應(yīng)的檢測方法,結(jié)合自動(dòng)化產(chǎn)線特點(diǎn),為保證微型電機(jī)的大批量和合格生產(chǎn)提供一些指導(dǎo)性意見和思路。

        1 幾種常見的不良現(xiàn)象

        微型電機(jī)在生產(chǎn)過程中存在不良現(xiàn)象,但不良現(xiàn)象對應(yīng)的誘因不盡相同。電機(jī)產(chǎn)生的不良因素很多,根據(jù)生產(chǎn)過程分析,不良的因素包括但不限于換向器不同心、繞線斷線、換向片焊腳焊接不良(虛焊)、絕緣線破損、定位圈不同心、轉(zhuǎn)子不平衡以及組裝不達(dá)標(biāo)等[2]。幾種常見的不良現(xiàn)象如下。

        1.1 空載電流過大

        電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)從接入電源開始響應(yīng)至額定轉(zhuǎn)速為止的過程。啟動(dòng)電流過大將帶來以下不良后果,使驅(qū)動(dòng)電路電壓產(chǎn)生波動(dòng),從而造成信號干擾或者旁路擾動(dòng),繞組發(fā)熱老化,加劇電動(dòng)機(jī)使用壽命的衰減等。但是如果啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩則電動(dòng)機(jī)也將無法啟動(dòng)。因此,為了減小電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流,應(yīng)當(dāng)采用適當(dāng)?shù)膯?dòng)方法。

        電動(dòng)機(jī)空載電流過大的原因有組裝和返工不當(dāng)或空隙過大、鐵芯性能不良、硅鋼片沖模、磨損飛邊明顯以及絕緣噴涂不良等,造成片間絕緣損壞,誘發(fā)空載電流大。

        1.2 軸向竄動(dòng)量不良

        電機(jī)軸向竄動(dòng)的主要原因有定轉(zhuǎn)子磁場中心超差明顯、風(fēng)冷系統(tǒng)軸向分力、外力作用以及裝配異常等,也可以是以上因素的任意組合。電機(jī)定轉(zhuǎn)子磁力中心線自對正調(diào)節(jié)工序加劇竄動(dòng)量的顯性,即在反復(fù)調(diào)節(jié)的過程中,可能造成部分配合失準(zhǔn)或失效而造成竄動(dòng)量明顯。因配合問題出現(xiàn)軸與轉(zhuǎn)子間有相對運(yùn)動(dòng)或整體位移都是竄動(dòng)的一種表現(xiàn)。鐵芯與軸安裝采用過盈配合實(shí)現(xiàn),一般軸的加工尺寸超差影響與鐵芯軸孔的配合時(shí)會(huì)顯性轉(zhuǎn)子鐵芯與軸之間的相對位置變化(軸向與徑向),竄動(dòng)量過大時(shí)會(huì)出現(xiàn)端蓋與轉(zhuǎn)子端部磨損擠壓變形和繞組變形磨損絕緣失效等。同時(shí)軸承室配合異常造成軸承失效竄動(dòng),這一現(xiàn)象一般采用孔用止動(dòng)擋圈和增加波形彈墊的方式來改善。風(fēng)冷系統(tǒng)軸向分力的波動(dòng)也會(huì)造成竄動(dòng)量顯性,如風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)特性波動(dòng)明顯、扇葉損傷以及靜平衡不佳等。

        1.3 動(dòng)平衡不良

        由靜不平衡導(dǎo)致的離心力在兩個(gè)支座上產(chǎn)生大小相等和相位相同的振動(dòng),由動(dòng)不平衡導(dǎo)致的離心力的力偶在兩個(gè)支座上產(chǎn)生大小相等和相位相反的振動(dòng)。實(shí)際中最常碰到的還是混合不平衡,這是殘余靜不平衡離心力和動(dòng)不平衡離心力偶合共同作用在兩個(gè)支座上產(chǎn)生大小不等與相位不同的振動(dòng)。轉(zhuǎn)子的機(jī)械不平衡可以通過校平衡來加以消除。

        1.4 電機(jī)異響

        異響產(chǎn)生的可能原因有磨擦、撞擊、對流、放電以及共振等。摩擦有電刷與換向器軸和軸承、軸與小殼、軸承與介子、電刷和換向器以及其他異常摩擦情景,撞擊有轉(zhuǎn)子的竄動(dòng),裝配游隙不合理等,對流現(xiàn)象受有機(jī)體類擾動(dòng)氣流的影響,放電一般在環(huán)境濕度大的情景下且電磁聲更明顯,共振多發(fā)生在機(jī)體跨越其共振頻率時(shí)。振動(dòng)與噪聲在電機(jī)運(yùn)行過程較為常見,誘發(fā)因素很多。多數(shù)情況下,在轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡檢測工段綜合分析振動(dòng)和由振動(dòng)導(dǎo)致的噪聲來源,常見的異響(機(jī)械振動(dòng)和噪聲)有動(dòng)平衡不良產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲、軸承類的噪聲(自身振動(dòng)和激振)等。

        2 微型電機(jī)生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化檢測探討

        電機(jī)自動(dòng)化檢測包含兩類,一類是依托工序,在特定工序后設(shè)置一道檢測工序。另一類檢測是根據(jù)表征量,電機(jī)裝配完畢至出廠前,檢測電機(jī)的綜合性能是否達(dá)到出廠標(biāo)準(zhǔn)。

        2.1 依托工序自動(dòng)化檢測

        永磁直流微型電機(jī)的主要由定子、轉(zhuǎn)子以及端蓋3大基本結(jié)構(gòu)組件組成。根據(jù)永磁直流微型電機(jī)的結(jié)構(gòu),生產(chǎn)過程分為四段式生產(chǎn),即轉(zhuǎn)子段、定子段、端蓋段以及電機(jī)組裝段。

        2.1.1 轉(zhuǎn)子段

        一般測量電機(jī)繞組絕緣電阻時(shí)分為繞組間絕緣電阻和對機(jī)殼絕緣電阻兩大類。當(dāng)中性點(diǎn)不易分離時(shí),應(yīng)測量所有連在一起的繞組對機(jī)殼的絕緣電阻,有條件的可在繞線階段對個(gè)繞組進(jìn)行阻值篩查分選,以提高繞組集成良率。測試過程中,不參加測試部分應(yīng)與機(jī)殼連接并接地,測量結(jié)束后繞組放電處置。繞組絕緣電阻的自動(dòng)檢測策略如下,在繞線至中性點(diǎn)連接前可追加各繞組電阻值自動(dòng)測定以及工裝基準(zhǔn)絕緣電阻的測定,以便進(jìn)一步篩選出繞組不良的定位,如繞線斷絲、絕緣層不良以及其他繞線機(jī)導(dǎo)入干擾等。試走電測電阻工序可以防止圈仔焊接不良等問題。轉(zhuǎn)子段很關(guān)鍵的一道檢測工序?yàn)閯?dòng)平衡測試,電機(jī)在旋轉(zhuǎn)過程中,若轉(zhuǎn)子質(zhì)心與軸心不重合且轉(zhuǎn)動(dòng)慣量過大時(shí),那么會(huì)造成電機(jī)出現(xiàn)異響,嚴(yán)重影響電機(jī)的壽命。

        動(dòng)平衡測試就是為了檢測質(zhì)心,確定不平衡量的位置和大小,然后根據(jù)測量結(jié)果進(jìn)行校正,包括去重和加重兩種方式,關(guān)鍵技術(shù)是如何測試轉(zhuǎn)子不平衡量。文獻(xiàn)[3]提出了對不平衡的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的振動(dòng)量和波形監(jiān)測,根據(jù)算法找出不平衡量及不平衡相位。文獻(xiàn)[4]采用永久標(biāo)定法,通過測量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速信號和振動(dòng)信號,經(jīng)公式計(jì)算確定不平衡量的位置和大小。

        2.1.2 定子段

        生產(chǎn)包含的過程為鐵殼上料、壓入銅杯士(軸承)、搽膠、磁鐵彈簧夾上料、壓入磁鐵和彈簧夾、焗干以及充磁。在充磁工序后面可增加一道檢測磁通的工序,以免出現(xiàn)磁極同性,或者由于機(jī)械損傷產(chǎn)生的磁碎而無法充磁,造成不穩(wěn)定的磁場,使電機(jī)性能不良。

        2.1.3 端蓋段

        生產(chǎn)包含的過程為插頭沖壓、電刷片沖壓、插頭組裝、炭精組裝、電刷片整形、電容組裝以及焊錫等。電刷片整形工序后可以增加電刷片角度檢測工序,以免因電刷片的整形不良造成電刷片與換向器接觸不良,無法穩(wěn)定換向,最終影響電機(jī)的性能。

        2.1.4 組裝段

        組裝段是組裝定子、轉(zhuǎn)子以及端蓋的過程,它包含的過程為測量膠蓋撥片、測磁底端面到定位圈、膠蓋撥片檢測、底端面到定位圈檢測、電樞入介子(墊片)、端蓋入電樞、預(yù)裝磁底和端蓋、電機(jī)封裝以及出廠前性能測試。工序比較多,關(guān)鍵組件的組裝工序后都有一個(gè)檢測到位工序。一些電機(jī)有裝配扭簧的工序,扭簧用于壓緊碳刷與換向器,裝配完成后需要用一個(gè)治具固定電機(jī),使用直線位移傳感器接觸扭簧的裝配位,符合預(yù)定值范圍則為合格品。

        軸突虛位對于電機(jī)是非常重要的參數(shù),虛位過大,電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)松動(dòng)會(huì)產(chǎn)生噪音,虛位過小,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)不良,在使用過程中會(huì)容易卡死,損壞電機(jī),轉(zhuǎn)測測試時(shí)電機(jī)性能測試中最為常見的檢測手段之一。安裝完成后要測量軸突虛位,主要測試辦法為固定電機(jī),測試夾具抱緊軸枝,并帶動(dòng)軸枝分別向磁底方向和端蓋方向運(yùn)動(dòng)到極限位置,分別用直線位移傳感器測量其位移值,與初始值進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算,得到虛位值,符合預(yù)定值范圍則為合格品。而且電機(jī)軸枝上的齒輪裝配,裝配工序后也需要一個(gè)位移傳感器測量齒輪到軸端的距離的工序,以確保齒輪裝配合格。

        異響測試可以用共鳴箱擴(kuò)大聲音。轉(zhuǎn)速作為電機(jī)性能表征值之一時(shí),其測試覆蓋面不限于空載測試、流速測試、風(fēng)葉負(fù)載測試、測靜態(tài)扭矩、測空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩、試圈仔、試電壓、試電流以及NI性能測試等。業(yè)界較為常見的有閃光測試儀和激光測速儀等。

        2.2 根據(jù)表征量自動(dòng)化檢測

        隨著中小功率直流電機(jī)市場需求的大幅增加,相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也跟著增加并日趨完善,因此也對電機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)有了更高要求,對其出廠試驗(yàn)要求也更加嚴(yán)格。電機(jī)出廠前的試驗(yàn)包括電機(jī)噪聲、機(jī)械特性等參數(shù)測量和性能測量[5]。主要性能有NI性能、K特性、機(jī)械特性以及靜態(tài)扭矩等。測試電機(jī)負(fù)載下的機(jī)械特性方法主要有兩種,一種采用測功機(jī),整個(gè)測試過程不需人工調(diào)節(jié),機(jī)器自動(dòng)完成所有測試,可以得到單負(fù)載點(diǎn)性能或電機(jī)機(jī)械特性曲線和效率曲線等,另一種采用單負(fù)載點(diǎn)加載負(fù)載的形式[6]。

        3 結(jié) 論

        隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,微型電機(jī)行業(yè)的市場需求量逐步擴(kuò)大,在汽車、儀器設(shè)備、精密制造、智能制造領(lǐng)域以及小型化、智能化、微控等都得到廣泛應(yīng)用。在市場經(jīng)濟(jì)環(huán)境下,在微型電機(jī)生產(chǎn)制造技術(shù)革新的同時(shí),對其質(zhì)控的要求越發(fā)追求高標(biāo)準(zhǔn),以確保電機(jī)質(zhì)量。依托不良因素的特征現(xiàn)象,分析及精準(zhǔn)檢測定位,是電機(jī)生產(chǎn)制造體系中不可或缺的部分。

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