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        淺談航天用步進電動機關(guān)鍵特性識別和控制

        2022-05-11 13:23:04秦倩倩劉明鑫田延榮
        微特電機 2022年4期
        關(guān)鍵詞:關(guān)鍵產(chǎn)品質(zhì)量

        秦倩倩,張 瑗,劉明鑫,田延榮

        (中國電子科技集團公司第二十一研究所,上海 200233)

        0 引 言

        隨著“探月工程”任務(wù)的圓滿完成,航天工程愈加舉世矚目。航天工程具有大系統(tǒng)、大協(xié)作、技術(shù)復(fù)雜等特點,且可靠性要求高,耗資巨大,而航天用步進電動機作為航天器的動作執(zhí)行機構(gòu),無疑是型號配套任務(wù)的重點關(guān)注對象。在航天配套產(chǎn)品研制過程中,有效地識別產(chǎn)品關(guān)鍵特性,掌握系統(tǒng)和產(chǎn)品裕度,將主要精力集中于滿足產(chǎn)品關(guān)鍵特性的要求是充分可行、且十分必要的,同時也是快速提高產(chǎn)品成熟度的重要途徑之一[1]。

        本文主要講述為某型衛(wèi)星配套的步進電動機,在設(shè)計時通過采用失效模式與效應(yīng)分析(以下簡稱FMEA)來識別產(chǎn)品關(guān)鍵特性和重要特性,從而確定關(guān)鍵件和重要件,并通過對關(guān)鍵件和重要件的采購、工藝、生產(chǎn)、檢驗試驗等過程實施質(zhì)量控制,來降低產(chǎn)品失效的風(fēng)險,從而提高產(chǎn)品的可靠性。文中形成幾點初步的認識,供讀者參考。

        1 步進電動機產(chǎn)品特點

        步進電動機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)角位移的電動機,輸入一個脈沖信號,轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動一個角度,是實現(xiàn)電量與機械量之間轉(zhuǎn)換的重要功能單機產(chǎn)品。其特點是輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比,轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。

        為提高步進電動機在航天器上的可靠性,需采用相對簡單的結(jié)構(gòu)形式。步進電機一般由轉(zhuǎn)子、軸承、定子、引出線和軸承蓋等幾部分組成,其中轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸、磁鋼等組成,定子由定子鐵心和繞組等組成,典型結(jié)構(gòu)如圖1所示,該結(jié)構(gòu)的特點是定轉(zhuǎn)子氣隙較小,結(jié)構(gòu)緊湊,質(zhì)量輕。

        圖1 航天用步進電動機結(jié)構(gòu)圖

        2 關(guān)鍵重要特性識別和控制

        2.1 關(guān)鍵重要特性分析和識別

        結(jié)合航天用步進電動機在某型衛(wèi)星配套機構(gòu)的應(yīng)用環(huán)境特點和任務(wù)剖面圖,并根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點進行FMEA分析[2],詳見表1。經(jīng)分析,如出現(xiàn)故障,將導(dǎo)致整機或系統(tǒng)功能失效的特性應(yīng)設(shè)定為關(guān)鍵特性,定轉(zhuǎn)子氣隙、定子繞組阻值、軸承游隙三項為產(chǎn)品關(guān)鍵特性;將導(dǎo)致整機或系統(tǒng)使命任務(wù)無法完成的非關(guān)鍵特性應(yīng)設(shè)定為重要特性,定轉(zhuǎn)子齒槽分度為重要特性,詳見表2。

        依據(jù)上述分析得出的關(guān)鍵特性、重要特性,確定關(guān)鍵件為軸承,重要件為運動部件的轉(zhuǎn)子。

        表1 航天用步進電動機FMEA

        表2 航天用步進電動機關(guān)鍵特性

        2.2 關(guān)鍵件、重要件控制

        關(guān)鍵件和重要件的質(zhì)量控制應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品特點來制定,形成相應(yīng)的管理規(guī)定,確保管理的一致性,同時還應(yīng)量化控制,確保質(zhì)量記錄的可追溯性。

        2.2.1 關(guān)鍵件控制

        軸承作為航天用步進電動機的關(guān)鍵件,應(yīng)該重點控制。首先明確軸承的使用條件和要求,如負載、轉(zhuǎn)速、安裝及精度、潤滑情況、壽命或可靠度要求、使用環(huán)境等,同時需充分考慮軸承的材料;其次與外協(xié)單位簽訂技術(shù)協(xié)議及產(chǎn)品質(zhì)量保證協(xié)議,將航天產(chǎn)品保證要求傳遞給外協(xié)單位,設(shè)計及工藝人員參加外協(xié)供方的設(shè)計評審,制定關(guān)鍵和強制檢驗點,并要求外協(xié)供方提供產(chǎn)品數(shù)據(jù)包;最后根據(jù)要求下廠監(jiān)造,進行強制檢驗點現(xiàn)場監(jiān)測,參加交付驗收試驗、審查產(chǎn)品數(shù)據(jù)包,組織產(chǎn)品質(zhì)量評審工作。

        2.2.2 重要件控制

        步進電動機的運動部件轉(zhuǎn)子作為重要件控制,需從以下幾方面進行:在設(shè)計圖紙上明確標(biāo)明轉(zhuǎn)子為重要件,并作出重要件標(biāo)識;形成經(jīng)過工藝和質(zhì)量部門共同會簽重要特性(件)明細表,詳如表3所示;重要件所使用的原材料必須選擇合格供方名單內(nèi)的供方定點采購,并進行相應(yīng)的驗證,如需要材料代用必須進行嚴格的審批;對于重要件需依據(jù)產(chǎn)品的成熟程度,列入產(chǎn)品的首件鑒定目錄,以確保產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性;涉及重要件轉(zhuǎn)子的外圓尺寸不合格的讓步接收審理,需經(jīng)用戶方同意。

        2.3 關(guān)鍵工序設(shè)定和控制

        根據(jù)QJ 2664-94《關(guān)鍵工序質(zhì)量控制》[3]中的規(guī)定,在重要件上形成重要特性的工序應(yīng)設(shè)置為關(guān)鍵工序,故設(shè)置航天用步進電動機的轉(zhuǎn)子外圓鐵心尺寸的精磨為關(guān)鍵工序。

        表3 航天用步進電動機重要特性(件)明細表

        關(guān)鍵工序工藝設(shè)置“工序控制點明細表”,并且編制“工序控制點操作指導(dǎo)卡”和“工序控制點檢驗指導(dǎo)卡”,按定人員崗位、定加工設(shè)備和定工藝方法的“三定管理”原則進行控制;轉(zhuǎn)子外圓鐵心尺寸進行全數(shù)測量并記錄實測值,當(dāng)數(shù)據(jù)累計到一定數(shù)量時設(shè)置關(guān)鍵工序合格率指標(biāo),采用成功包絡(luò)線的方式進行控制,確保關(guān)鍵工序參數(shù)控制的一致性。

        2.4 其他控制要求

        2.4.1 技術(shù)狀態(tài)控制

        航天用步進電動機的關(guān)鍵件和重要件應(yīng)實施全壽命周期的技術(shù)狀態(tài)管理,并根據(jù)各階段的特點和要求,開展技術(shù)狀態(tài)管理工作,并建立技術(shù)狀態(tài)紀實。當(dāng)產(chǎn)品的關(guān)鍵特性、重要特性需要更改時,必須進行系統(tǒng)性分析、充分論證和驗證,并提高審批等級,同時提交用戶方同意。

        2.4.2 多余物控制[4]

        多余物控制是航天配套產(chǎn)品的關(guān)鍵,航天用步進電動機關(guān)鍵件軸承必須在技術(shù)要求和質(zhì)量保證協(xié)議中,明確軸承的研制生產(chǎn)過程必須嚴格執(zhí)行多余物的防控措施,在驗收時需進行轉(zhuǎn)動靈活性和異常聲音的確認;裝配前各零部件需進行有效清洗和清理,并在凈化間的凈化操作臺進行,記錄軸承拆裝次數(shù)。重要件轉(zhuǎn)子使用的磁鋼具有較強的吸附性,易吸附金屬細屑,故在加工、試驗、轉(zhuǎn)運過程中必須加強防護,進行單獨或隔離存放。

        2.4.3 周轉(zhuǎn)防護控制

        關(guān)鍵件和重要件在周轉(zhuǎn)、儲存的過程中,必須采取有效的防護措施,防止磕碰、劃傷、擠壓變形、淋雨銹蝕等,運輸器具上應(yīng)做出明確的關(guān)鍵件、重要件標(biāo)識;存放場所應(yīng)滿足其技術(shù)條件及溫濕度、潔凈度等的要求。

        2.4.4 質(zhì)量記錄控制

        航天用步進電動機關(guān)鍵件和重要件的相關(guān)質(zhì)量記錄需納入航天產(chǎn)品數(shù)據(jù)包交付用戶,質(zhì)量記錄包括關(guān)鍵件和重要件的原材料采購和驗證、生產(chǎn)加工、檢驗試驗、加工及貯存場所環(huán)境條件、不合格品審理情況等,確保其具有可追溯性。

        3 結(jié) 語

        隨著我國逐步邁入航天強國的行列,航天器的發(fā)射數(shù)量將會越來越多,步進電動機在航天領(lǐng)域的應(yīng)用必將越來越廣泛。在產(chǎn)品設(shè)計時通過FMEA來識別產(chǎn)品關(guān)鍵特性和重要特性,確定關(guān)鍵件和重要件,并在生產(chǎn)全流程中實施質(zhì)量控制,將有效降低電機因關(guān)重特性識別、控制不到位造成的失效風(fēng)險,提高產(chǎn)品可靠性,為航天型號配套任務(wù)提供有力保障。

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