亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：一种用于电机用滚珠轴承寿命评估的摩擦力矩测量方法
技术领域：
本发明涉及一种电机用滚珠轴承摩擦力矩的测量方法，尤其涉及一种用于额定エ作转速下电用滚珠轴承寿命评估的摩擦力矩测量方法，属于测量技术领域。
背景技术：
对于惯性领域用磁滞同步电机，考察电机产品质量好坏的指标主要是同步时间、惯性时间、起动电流、工作电流、动平衡、力学环境量验、高低温量验、温升、寿命等。陀螺中使用磁滞同步电机作为驱动电机，生产中出现的问题主要是滚珠轴承的使用，解决该问题对提高产品质量有现实意义。电机用滚珠轴承寿命评估测量方法及装置，是电机生产装配、验收量验、例行量验、贮存使用、质量监控、可靠性评估等环节中必不可少的测量手段。电机用滚珠轴承是否合格，其稳定性的好坏以至其能否满足使用要求，都是依靠测量设备对电机进行测量后才得出结论的。传统的測量方法是在电机装配验收及后续使用中，利用电机断电后的惯性时间作为技术指标对轴承装配质量进行把关，该方法存在针对性不强，把关不严格等缺点，在实际生产中亟需改迸。如图I所示，本发明主要建立在电机用滚珠轴承摩擦カ矩随工作寿命的关系曲线上。导致滚珠轴承摩擦カ矩的加速变化的原因很多，主要包括轴承质量和装配质量，也包括设计质量，现在出现的问题主要是装配和调量。电机在装配之初，电机滚珠轴承摩擦カ矩较大，随着跑合时间的增加，电机滚珠轴承摩擦力矩逐渐下降，据资料显示，大约可降到电机滚珠轴承初始摩擦カ矩的50%左右，然后，电机滚珠轴承摩擦カ矩在很长的时间范围内维持很小的变化范围，当滚珠轴承工作时间快达到工作寿命附近吋，电机滚珠轴承摩擦カ矩又开始逐渐増大，当电机滚珠轴承摩擦力矩增大到一定数值后，认为电机滚珠轴承达到了工作寿命。

发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种用于电机用滚珠轴承寿命评估的摩擦力矩测量方法，该方法简单方便，并且测量效率和精度高。本发明的技术解决方案一种用于电机用滚珠轴承寿命评估的摩擦力矩测量方法，步骤如下 (I)在电机断电瞬间，实时采集电机断电后的反电势信号或光电测速信号，将反电势信号或光电测速信号经滤波整形后转换得到方波信号，利用计数器对方波信号进行测频
得到电机在断电瞬间的角速度变化率·^，利用电机在断电瞬间的角速度变化率·^和电机
dt dt
转子的转动惯量J得到电机在断电瞬间的减速力矩M，M = | JきI；(2)分别在ー个大气压和真空状态下，其中真空度不大于lOOOPa，利用步骤(I)所述的方法分别计算得到电机在断电瞬间的减速力矩，其中Maik为ー个大气压下电机在断电瞬间的减速力矩，Mvaccum为真空状态下电机在断电瞬间的减速力矩，根据Mf = IMaie-MvaccuJ计算得到电机在断电瞬间的风阻カ矩吣;(3)分别在不去磁和去磁两种状态下，利用步骤(I)所述的方法分别计算得到电机在断电瞬间的涡流カ矩，其中Mia为去磁状态下电机在断电瞬间的涡流カ矩其中为不去磁状态下电机在断电瞬间的涡流カ矩，根据Mw= |Mia-Mm计算得到电机在断电瞬间的涡流カ矩Mw ；(4)利用步骤⑴得到的减速力矩M、步骤⑵得到的风阻カ矩ル和步骤(3)得到的涡流カ矩Mw计算得到电机在断电瞬间的轴承摩擦カ矩Mz，Mz = M-Mf-Mw ；(5)按照步骤(I)-⑷的方法，每隔一定时间间隔t測量得到一次电机在断电瞬间的轴承摩擦カ矩Mz，连续测量3次以上，得到对电机在断电瞬间的轴承摩擦カ矩序列Mz⑴，根据电机在断电瞬间的轴承摩擦カ矩序列Mz(i)求得电机在断电瞬间轴承摩擦力矩的变化
率,和轴承摩擦力矩的总变化量ΛΜζ，ΔΜζ = Mz (n)-Mz (I)，i = 1，2，3· . · · η ;求得的电
机在断电瞬间轴承摩擦力矩的变化率I和轴承摩擦力矩的总变化量AMz用于对电机用
滚珠轴承进行寿命评估。所述电机为磁滞同步电机。本发明与现有技术相比的优点在于本发明主要用于电机出厂前轴承磨合期的空载测量，可以在电机装配、验收量验、例行量验、贮存使用、质量监控、可靠性评估等多个环节中，在不返厂、不拆卸电机、不影响电机使用的情况下，利用电机的引出线对电机用滚珠轴承进行现场测量，主要利用电机断电后某一特定转速下的转速变化率測量电机轴承摩擦力矩增长变化率的快慢，该方法简单方便，无须专门的测量人员，并且测量效率和精度高，利用本发明测量出的滚珠轴承摩擦力矩可以对滚珠轴承的寿命进行评估，来评价该电机的寿命走向及性能好坏，本发明为电机生产中轴承的装配质量和产品质量控制提供測量依据，主要是针对电机中轴承的工作寿命而言的，其它因素引起的电机工作寿命缩短不在本发明之列。


图I为电机用滚珠轴承摩擦カ矩与寿命关系曲线图；图2为电机用滚珠轴承摩擦力矩测量流程图。
具体实施例方式本发明的測量原理是在电机跑合期间用测速方法确定各个电机轴承摩擦カ矩增长变化率的快慢。电机测速方法比较多，比如光电码盘测速、光电测速、反电势测速等。光电码盘安装于电机轴上会带来附加转动惯量；光电测速必须在电机表面喷涂或刻蚀某种不反光标记；反电势测速不会带来附加的影响，本发明采用断电后测反电势周期法或光电测速法測量电机转速，然后利用速度变化率求取滚珠轴承的摩擦カ矩，从而得到滚珠轴承摩擦カ矩随工作时间的变化率，进而据此给出电机用滚珠轴承使用寿命评估结论。如图2所示，首先利用测试计算机实现对被测电机的通断控制和数据采集信号同步触发，在电机断电后瞬间，对电机断电后反电势信号经整形转换得到方波信号(或光电测速信号)进行一定时间的计数器测频，并对采样值进行线性拟合，计算得出电机在额定工作转速下断电后瞬间的转速变化率，再转换为角速率变化率，电机处于正常工作状态下，
每隔一段时间t測量一次断电后的I，将电机的角速率变化率乘以电机的转动惯量，减去
该转速下的电机风阻力矩和电机转子剩磁在电机定子中产生的涡流カ矩，从而得到电机用滚珠轴承的摩擦カ矩。具体实现方法是(I)利用电机在额定工作转速下断电后瞬间的反电势信号采样分离出电机转速信号或光电测速信号,将反电势信号或光电测速信号经滤波整形后转换得到方波信号，
利用计数器对方波信号进行测频得到电机在断电瞬间的角速度变化率$，利用电机在断
电瞬间的角速度变化率·^和电机转子的转动惯量J得到电机在断电瞬间的减速力矩Μ，
dt M = I J— I；
'dt 1(2)分别在ー个大气压和真空状态下，其中真空度不大于lOOOPa，利用步骤(I)所述的方法分别计算得到电机在断电瞬间的减速力矩，其中Maik为ー个大气压下电机在断电瞬间的减速力矩，Mvaccum为真空状态下电机在断电瞬间的减速力矩，根据Mf = IMaie-MvaccuJ计算得到电机在断电瞬间的风阻カ矩吣；(3)分别在不去磁和去磁两种状态下，利用步骤(I)所述的方法分别计算得到电机在断电瞬间的涡流カ矩，其中Mia为去磁状态下电机在断电瞬间的涡流カ矩其中为不去磁状态下电机在断电瞬间的涡流カ矩，根据Mw= |Mia-Mm计算得到电机在断电瞬间的涡流カ矩Mw ；(4)利用步骤⑴得到的减速力矩M、步骤⑵得到的风阻カ矩ル和步骤(3)得到的涡流カ矩Mw计算得到电机在断电瞬间的轴承摩擦カ矩Mz，Mz = M-Mf-Mw ；(5)按照步骤(I)-⑷的方法，每隔一定时间间隔t測量得到一次电机在断电瞬间的轴承摩擦カ矩Mz，连续测量3次以上，得到对电机在断电瞬间的轴承摩擦カ矩序列Mz⑴，根据电机在断电瞬间的轴承摩擦カ矩序列Mz(i)求得电机在断电瞬间轴承摩擦力矩的变化
率’和轴承摩擦力矩的总变化量ΛΜζ，ΔΜζ = Mz (n)-Mz (I) ,i = I,2,3....η ;依据给定的
判据，利用求得的电机在断电瞬间轴承摩擦力矩的变化率I和轴承摩擦力矩的总变化量
AMJi工作一定时间t(t > T)后的电机用滚珠轴承进行寿命评估，有利于提高滚珠轴承电机寿命期内的可靠性。电机滚珠轴承摩擦力矩的测量装置主要包括真空測量台、采集系统、測量计算机、光电转速測量头。真空測量台用于对电机的风阻カ矩进行分离。采集系统用于对电机转速和反电势波形等进行信号调理及数据采集。測量计算机用于对测量软件提供硬件支持。光电转速測量头用于电机转速的信号采集。采集系统由光电转速采集和反电势信号频率采集两部分组成，电机转动惯量数值采用在力矩测量仪上测量同步后断电瞬间的阻力矩和转速变化率，二者相除得到电机转子的转动惯量，測量精度在优于1%，当然也可以利用转动惯量的定义得到。电机转速变化率可以采用两种方法测得，未去磁时可采用反电势测频，去磁后采用光电测速，填充脉冲频率为20MHz，采集电机断电后100个数据点拟合直线求取转速变化率。测量软件基于Windows操作系统在数据采集硬件上利用相关软件实现完成。
以上所描述的系统只是本发明的一种情况，本领域技术人员可以根据不同的要求和设计參数在不偏离本发明的情况下进行各种增补、改进和更换。
权利要求
1.一种用于电机用滚珠轴承寿命评估的摩擦力矩测量方法，其特征在于步骤如下(1)在电机断电瞬间，实时采集电机断电后的反电势信号或光电测速信号，将反电势信号或光电测速信号经滤波整形后转换得到方波信号，利用计数器对方波信号进行测频得到电机在断电瞬间的角速度变化率^:，利用电机在断电瞬间的角速度变化率キ和电机转子dt dt的转动惯量J得到电机在断电瞬间的减速力矩M，M =| I；(2)分别在ー个大气压和真空状态下，其中真空度不大于lOOOPa，利用步骤(I)所述的方法分别计算得到电机在断电瞬间的减速力矩，其中Maik为ー个大气压下电机在断电瞬间的减速力矩，Mvaccum为真空状态下电机在断电瞬间的减速力矩，根据Mf = IMaie-MvaccuJ计算得到电机在断电瞬间的风阻カ矩ル；(3)分别在不去磁和去磁两种状态下，利用步骤(I)所述的方法分别计算得到电机在断电瞬间的涡流カ矩，其中Mia为去磁状态下电机在断电瞬间的涡流カ矩其中为不去磁状态下电机在断电瞬间的涡流カ矩，根据Mw = Mia-Mm计算得到电机在断电瞬间的涡流力矩Mw ；(4)利用步骤(I)得到的减速力矩M、步骤(2)得到的风阻カ矩Mf和步骤(3)得到的涡流カ矩Mw计算得到电机在断电瞬间的轴承摩擦カ矩Mz，Mz = M-Mf-Mw ；(5)按照步骤(1)-(4)的方法，每隔一定时间间隔t測量得到一次电机在断电瞬间的轴承摩擦カ矩Mz，连续测量3次以上，得到对电机在断电瞬间的轴承摩擦カ矩序列Mz (i)，根据电机在断电瞬间的轴承摩擦カ矩序列Mz(i)求得电机在断电瞬间轴承摩擦力矩的变化率I和轴承摩擦力矩的总变化量ΛΜζ，Λ Mz = Mz (n)-Mz (I)，i = 1，2，3· . · · η ;求得的电机在断电瞬间轴承摩擦力矩的变化率^^和轴承摩擦力矩的总变化量AMz用于对电机用滚珠轴承进行寿命评估。
2.根据权利要求I所述的ー种用于电机用滚珠轴承寿命评估的摩擦力矩测量方法，其特征在于所述电机为磁滞同步电机。
全文摘要
本发明公开了一种用于电机用滚珠轴承寿命评估的摩擦力矩测量方法，对电机断电后反电势信号经换得到的方波信号(或光电测速信号)进行计数器测频，计算得出电机额定工作转速在断电后瞬间的转速变化率，每隔一段时间测量一次电机断电后的转速变化率，将电机的角速率变化率乘以电机的转动惯量，减去该转速下的电机风阻力矩和涡流力矩，从而得到电机用滚珠轴承的摩擦力矩，依据电机在断电瞬间轴承摩擦力矩的变化率和轴承摩擦力矩的总变化量对电机用滚珠轴承进行寿命评估。本发明利用电机的引出线对电机用滚珠轴承摩擦力矩进行现场测量，使用简单方便，无须专门的测量人员，一般技术人员经简短的培训即可使用，提高了测量效率和精度。
文档编号G01L3/00GK102829905SQ20121026437
公开日2012年12月19日 申请日期2012年7月27日 优先权日2012年7月27日
发明者钟如愚, 秦和平, 焦泽德, 肖跃华, 袁朝阳, 才小士 申请人:北京航天控制仪器研究所