摘要：介紹了汽車(chē)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡自動(dòng)去重系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)比了兩種實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，有針對(duì)地提出了系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)方法，為提高汽車(chē)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子自動(dòng)動(dòng)平衡設(shè)備的制造水平提出了實(shí)用方法。
關(guān)鍵詞：汽車(chē)發(fā)電機(jī)；轉(zhuǎn)子；自動(dòng)動(dòng)平衡
隨著汽車(chē)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的提高，對(duì)轉(zhuǎn)子不平衡的控制要求越來(lái)越嚴(yán)格，因此，轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡越來(lái)越受到發(fā)電機(jī)生產(chǎn)單位和發(fā)動(dòng)機(jī)主機(jī)生產(chǎn)單位的重視。
對(duì)汽車(chē)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡，目前普遍還是采用手工動(dòng)平衡的方法，這種方法有如下缺點(diǎn)： ① 效率低。由于操作員憑經(jīng)驗(yàn)操作，因而往往一臺(tái)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡要反復(fù)多次； ② 精度差。由于加工中人的因素，因而平衡品質(zhì)不可避免地會(huì)受人的情緒等影響； ③ 操作員勞動(dòng)強(qiáng)度大。因此，在大規(guī)模生產(chǎn)中手工動(dòng)平衡方法必然被機(jī)器自動(dòng)加工所代替，目前，國(guó)內(nèi)只有一些條件較好的發(fā)電機(jī)生產(chǎn)單位配備了相關(guān)設(shè)備，其中有國(guó)內(nèi)科研單位開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的，也有引進(jìn)的，但它們各自存在不足。從引進(jìn)設(shè)備來(lái)講，雖然其技術(shù)比較先進(jìn)，性能較好，但存在成本較高、維護(hù)困難和不太適合中國(guó)國(guó)情等缺點(diǎn)。就國(guó)產(chǎn)設(shè)備來(lái)講，也主要存在測(cè)試穩(wěn)定性不夠、調(diào)整操作復(fù)雜和機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化程度低等不足。因此，如何改進(jìn)國(guó)產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)，使其更好地滿足國(guó)內(nèi)需要，對(duì)節(jié)約外匯，提高國(guó)產(chǎn)設(shè)備的制造水平和發(fā)展經(jīng)濟(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1汽車(chē)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡自動(dòng)去重方法
汽車(chē)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡一般采用的是去重法［1,2］。圖1為某一汽車(chē)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(六爪極)的結(jié)構(gòu)示意圖，一般利用其左右端面作為去重校正平面，其去重過(guò)程如下：首先利用動(dòng)平衡測(cè)試儀測(cè)試，給出不平衡量等效到兩校正平面的量，即在兩端面上的去重位置(相對(duì)基準(zhǔn)位置的相位角度)和去重量，去重量是以“重徑積”的形式給出的，即被去質(zhì)量與其距離轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)中心的距離的乘積［3］。
圖1轉(zhuǎn)子外形及去重位置示意圖
由圖1可見(jiàn)，在轉(zhuǎn)子左右端面上比較方便的去重位置為端面和端面肩部，采用這兩種在左右兩端面上校正時(shí)，可以采用去重鉆頭不動(dòng)而通過(guò)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)位來(lái)獲得去重的相位位置，也可以采用轉(zhuǎn)子固定而鉆頭在以轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)中心為圓心的圓周上運(yùn)動(dòng)來(lái)獲得去重的相位位置。第一種方法動(dòng)力頭設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，但轉(zhuǎn)子夾緊的夾具設(shè)計(jì)復(fù)雜，兩動(dòng)力頭不能同時(shí)進(jìn)給，因而加工效率較低；第二種方法必須保證鉆頭的運(yùn)動(dòng)軌跡圓嚴(yán)格地以轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)中心為回轉(zhuǎn)中心，這是此方法加工的主要誤差來(lái)源。此方法有如下的優(yōu)點(diǎn)：①兩動(dòng)力頭可以同時(shí)進(jìn)給，效率較高；②鉆頭工進(jìn)量控制方便。但它存在著動(dòng)力頭設(shè)計(jì)復(fù)雜，控制系統(tǒng)要求較高、較為復(fù)雜，因而制造成本高，在實(shí)際使用中采用這種方案的設(shè)備較少，而大多采用端面肩部的去重方案。
采用左右端面肩部去重時(shí)，去重鉆頭只在進(jìn)給方向運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子上去重位置只能由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)位獲得。該方法的優(yōu)點(diǎn)是，①動(dòng)力頭設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可直接采用通用的動(dòng)力頭；②去重位置在端面肩部，接近于轉(zhuǎn)子的最大外圓，因而單位質(zhì)量的去重量大；③沒(méi)有同時(shí)動(dòng)作要求，也就沒(méi)有相應(yīng)的控制要求，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。其缺點(diǎn)是，①動(dòng)力頭不能同時(shí)進(jìn)給，效率較低；②實(shí)現(xiàn)去重鉆頭的精確工進(jìn)困難。但總的來(lái)說(shuō)，這種方案系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠，設(shè)備制造成本低，比較有競(jìng)爭(zhēng)力。
2汽車(chē)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡自動(dòng)去重關(guān)鍵設(shè)計(jì)
轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡自動(dòng)去重設(shè)計(jì)，關(guān)鍵要解決高精度和高效率兩方面的問(wèn)題。提高轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡精度的關(guān)鍵在于：
① 提高測(cè)量精度。測(cè)量精度取決于測(cè)試設(shè)備，轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡自動(dòng)去重系統(tǒng)中，測(cè)試設(shè)備是最為關(guān)鍵的部分之一。動(dòng)平衡測(cè)試方法很多，應(yīng)用在生產(chǎn)中，要求其測(cè)試穩(wěn)定性好，調(diào)整簡(jiǎn)單方便，目前它的發(fā)展方向是向信號(hào)處理的全數(shù)字化，即整個(gè)測(cè)試信號(hào)處理完全由數(shù)字處理系統(tǒng)取代模擬電路［4］。
圖2動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)示意圖
② 提高去重加工精度。影響去重加工的因素歸納起來(lái)有如下兩方面：一方面是去重加工的相位位置，另一方面是去重量。提高去重重量的精度控制關(guān)鍵是要精確控制去重鉆頭的工進(jìn)位置(即動(dòng)力頭剛接觸轉(zhuǎn)子時(shí)開(kāi)始工進(jìn))及鉆頭進(jìn)給深度，此時(shí)可采用圖2所示的動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)［5］。
要提高生產(chǎn)效率，就是要縮短一個(gè)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡加工時(shí)間，包括測(cè)試時(shí)間、加工裝夾時(shí)間、加工時(shí)間和復(fù)測(cè)時(shí)間。這可采取如下措施：
① 加快測(cè)試過(guò)程。這一部分和測(cè)試方法直接相關(guān)，采用快速穩(wěn)定的測(cè)試方法，是縮短測(cè)試時(shí)間的主要途徑。
圖3轉(zhuǎn)子自動(dòng)裝夾機(jī)構(gòu)示意圖
② 縮短裝夾時(shí)間。在轉(zhuǎn)子去重加工前應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行必要的裝夾，對(duì)于動(dòng)力頭中鉆頭轉(zhuǎn)位的端面去重方法，轉(zhuǎn)子在加工過(guò)程中是固定不動(dòng)的，只需在加工前對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行周向定位，裝夾過(guò)程較為簡(jiǎn)單；對(duì)于加工中轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)位的端面肩部去重方法，因在去重時(shí)靠轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)位來(lái)確定去重位置，所以必須對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行很好的裝夾處理，以保證轉(zhuǎn)子精確轉(zhuǎn)位。而人工完成這些操作是比較費(fèi)時(shí)的，可采用如圖3所示的自動(dòng)裝夾機(jī)構(gòu)。其操作過(guò)程如下：
當(dāng)機(jī)構(gòu)檢測(cè)到轉(zhuǎn)子放下的信息后，由氣缸1將轉(zhuǎn)子推至轉(zhuǎn)位活套，活套內(nèi)有彈性楔塊，用于捕捉轉(zhuǎn)子上的基準(zhǔn)鍵槽，轉(zhuǎn)子由氣缸1推到位后，由轉(zhuǎn)位電機(jī)(步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī))帶動(dòng)活套旋轉(zhuǎn)；當(dāng)活套楔塊旋轉(zhuǎn)至鍵槽位置時(shí)，彈性楔塊自動(dòng)插入鍵槽，利用楔塊帶動(dòng)轉(zhuǎn)子做轉(zhuǎn)位旋轉(zhuǎn)；當(dāng)轉(zhuǎn)子平衡加工完成后，由頂出氣缸2將轉(zhuǎn)子頂出活套至初始位置，由卸料機(jī)構(gòu)取走轉(zhuǎn)子(氣缸2的缸徑要大于氣缸1的缸徑，以保證在氣缸1不卸載的情況下能順利地將轉(zhuǎn)子頂回)。利用這一機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)子的定位裝夾均是自動(dòng)完成的，省去了人工操作時(shí)間。
③ 縮短平衡加工時(shí)間。平衡加工時(shí)間由鉆頭鉆削時(shí)間決定，對(duì)于采用端面肩部去重方法，因去重部位只能在轉(zhuǎn)子爪極上進(jìn)行，因此最后的去重位置必須落實(shí)到某幾個(gè)爪極上完成。這里就需有一套算法［3］，要將左右端面上任意角度和大小的不平衡量分別分配到爪極上。如六爪極的轉(zhuǎn)子，在某一端面最多有3個(gè)相鄰的爪極上分配有去重量，利用它們的矢量和來(lái)合成其端面上的總的去重量和去重角度位置。由于這種方法去重時(shí)轉(zhuǎn)子必須通過(guò)轉(zhuǎn)位才能使動(dòng)力頭在要求的爪極上去重，動(dòng)力頭重復(fù)運(yùn)動(dòng)的次數(shù)較多，所以這種方法需要的加工時(shí)間較長(zhǎng)，但可以通過(guò)縮短動(dòng)力頭退刀時(shí)間來(lái)縮短整個(gè)加工過(guò)程的時(shí)間。
