專利名稱：一種用于電機用滾珠軸承壽命評估的摩擦力矩測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機用滾珠軸承摩擦力矩的測量方法，尤其涉及一種用于額定エ作轉(zhuǎn)速下電用滾珠軸承壽命評估的摩擦力矩測量方法，屬于測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對于慣性領(lǐng)域用磁滯同步電機，考察電機產(chǎn)品質(zhì)量好壞的指標(biāo)主要是同步時間、慣性時間、起動電流、工作電流、動平衡、力學(xué)環(huán)境量驗、高低溫量驗、溫升、壽命等。陀螺中使用磁滯同步電機作為驅(qū)動電機，生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題主要是滾珠軸承的使用，解決該問題對提高產(chǎn)品質(zhì)量有現(xiàn)實意義。電機用滾珠軸承壽命評估測量方法及裝置，是電機生產(chǎn)裝配、驗收量驗、例行量驗、貯存使用、質(zhì)量監(jiān)控、可靠性評估等環(huán)節(jié)中必不可少的測量手段。電機用滾珠軸承是否合格，其穩(wěn)定性的好壞以至其能否滿足使用要求，都是依靠測量設(shè)備對電機進(jìn)行測量后才得出結(jié)論的。傳統(tǒng)的測量方法是在電機裝配驗收及后續(xù)使用中，利用電機斷電后的慣性時間作為技術(shù)指標(biāo)對軸承裝配質(zhì)量進(jìn)行把關(guān)，該方法存在針對性不強，把關(guān)不嚴(yán)格等缺點，在實際生產(chǎn)中亟需改迸。如圖I所示，本發(fā)明主要建立在電機用滾珠軸承摩擦カ矩隨工作壽命的關(guān)系曲線上。導(dǎo)致滾珠軸承摩擦カ矩的加速變化的原因很多，主要包括軸承質(zhì)量和裝配質(zhì)量，也包括設(shè)計質(zhì)量，現(xiàn)在出現(xiàn)的問題主要是裝配和調(diào)量。電機在裝配之初，電機滾珠軸承摩擦カ矩較大，隨著跑合時間的增加，電機滾珠軸承摩擦力矩逐漸下降，據(jù)資料顯示，大約可降到電機滾珠軸承初始摩擦カ矩的50%左右，然后，電機滾珠軸承摩擦カ矩在很長的時間范圍內(nèi)維持很小的變化范圍，當(dāng)滾珠軸承工作時間快達(dá)到工作壽命附近吋，電機滾珠軸承摩擦カ矩又開始逐漸増大，當(dāng)電機滾珠軸承摩擦力矩增大到一定數(shù)值后，認(rèn)為電機滾珠軸承達(dá)到了工作壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于電機用滾珠軸承壽命評估的摩擦力矩測量方法，該方法簡單方便，并且測量效率和精度高。本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種用于電機用滾珠軸承壽命評估的摩擦力矩測量方法，步驟如下 (I)在電機斷電瞬間，實時采集電機斷電后的反電勢信號或光電測速信號，將反電勢信號或光電測速信號經(jīng)濾波整形后轉(zhuǎn)換得到方波信號，利用計數(shù)器對方波信號進(jìn)行測頻
得到電機在斷電瞬間的角速度變化率·^，利用電機在斷電瞬間的角速度變化率·^和電機
dt dt
轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量J得到電機在斷電瞬間的減速力矩M，M = | JきI；(2)分別在ー個大氣壓和真空狀態(tài)下，其中真空度不大于lOOOPa，利用步驟(I)所述的方法分別計算得到電機在斷電瞬間的減速力矩，其中Maik為ー個大氣壓下電機在斷電瞬間的減速力矩，Mvaccum為真空狀態(tài)下電機在斷電瞬間的減速力矩，根據(jù)Mf = IMaie-MvaccuJ計算得到電機在斷電瞬間的風(fēng)阻カ矩吣;(3)分別在不去磁和去磁兩種狀態(tài)下，利用步驟(I)所述的方法分別計算得到電機在斷電瞬間的渦流カ矩，其中Mia為去磁狀態(tài)下電機在斷電瞬間的渦流カ矩其中為不去磁狀態(tài)下電機在斷電瞬間的渦流カ矩，根據(jù)Mw= |Mia-Mm計算得到電機在斷電瞬間的渦流カ矩Mw ；(4)利用步驟⑴得到的減速力矩M、步驟⑵得到的風(fēng)阻カ矩ル和步驟(3)得到的渦流カ矩Mw計算得到電機在斷電瞬間的軸承摩擦カ矩Mz，Mz = M-Mf-Mw ；(5)按照步驟(I)-⑷的方法，每隔一定時間間隔t測量得到一次電機在斷電瞬間的軸承摩擦カ矩Mz，連續(xù)測量3次以上，得到對電機在斷電瞬間的軸承摩擦カ矩序列Mz⑴，根據(jù)電機在斷電瞬間的軸承摩擦カ矩序列Mz(i)求得電機在斷電瞬間軸承摩擦力矩的變化
率,和軸承摩擦力矩的總變化量ΛΜζ，ΔΜζ = Mz (n)-Mz (I)，i = 1，2，3· . · · η ;求得的電
機在斷電瞬間軸承摩擦力矩的變化率I和軸承摩擦力矩的總變化量AMz用于對電機用
滾珠軸承進(jìn)行壽命評估。所述電機為磁滯同步電機。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于本發(fā)明主要用于電機出廠前軸承磨合期的空載測量，可以在電機裝配、驗收量驗、例行量驗、貯存使用、質(zhì)量監(jiān)控、可靠性評估等多個環(huán)節(jié)中，在不返廠、不拆卸電機、不影響電機使用的情況下，利用電機的引出線對電機用滾珠軸承進(jìn)行現(xiàn)場測量，主要利用電機斷電后某一特定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)速變化率測量電機軸承摩擦力矩增長變化率的快慢，該方法簡單方便，無須專門的測量人員，并且測量效率和精度高，利用本發(fā)明測量出的滾珠軸承摩擦力矩可以對滾珠軸承的壽命進(jìn)行評估，來評價該電機的壽命走向及性能好壞，本發(fā)明為電機生產(chǎn)中軸承的裝配質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量控制提供測量依據(jù)，主要是針對電機中軸承的工作壽命而言的，其它因素引起的電機工作壽命縮短不在本發(fā)明之列。


圖I為電機用滾珠軸承摩擦カ矩與壽命關(guān)系曲線圖；圖2為電機用滾珠軸承摩擦力矩測量流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明的測量原理是在電機跑合期間用測速方法確定各個電機軸承摩擦カ矩增長變化率的快慢。電機測速方法比較多，比如光電碼盤測速、光電測速、反電勢測速等。光電碼盤安裝于電機軸上會帶來附加轉(zhuǎn)動慣量；光電測速必須在電機表面噴涂或刻蝕某種不反光標(biāo)記；反電勢測速不會帶來附加的影響，本發(fā)明采用斷電后測反電勢周期法或光電測速法測量電機轉(zhuǎn)速，然后利用速度變化率求取滾珠軸承的摩擦カ矩，從而得到滾珠軸承摩擦カ矩隨工作時間的變化率，進(jìn)而據(jù)此給出電機用滾珠軸承使用壽命評估結(jié)論。如圖2所示，首先利用測試計算機實現(xiàn)對被測電機的通斷控制和數(shù)據(jù)采集信號同步觸發(fā)，在電機斷電后瞬間，對電機斷電后反電勢信號經(jīng)整形轉(zhuǎn)換得到方波信號(或光電測速信號)進(jìn)行一定時間的計數(shù)器測頻，并對采樣值進(jìn)行線性擬合，計算得出電機在額定工作轉(zhuǎn)速下斷電后瞬間的轉(zhuǎn)速變化率，再轉(zhuǎn)換為角速率變化率，電機處于正常工作狀態(tài)下，
每隔一段時間t測量一次斷電后的I，將電機的角速率變化率乘以電機的轉(zhuǎn)動慣量，減去
該轉(zhuǎn)速下的電機風(fēng)阻力矩和電機轉(zhuǎn)子剩磁在電機定子中產(chǎn)生的渦流カ矩，從而得到電機用滾珠軸承的摩擦カ矩。具體實現(xiàn)方法是(I)利用電機在額定工作轉(zhuǎn)速下斷電后瞬間的反電勢信號采樣分離出電機轉(zhuǎn)速信號或光電測速信號,將反電勢信號或光電測速信號經(jīng)濾波整形后轉(zhuǎn)換得到方波信號，
利用計數(shù)器對方波信號進(jìn)行測頻得到電機在斷電瞬間的角速度變化率$，利用電機在斷
電瞬間的角速度變化率·^和電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量J得到電機在斷電瞬間的減速力矩Μ，
dt M = I J— I；
'dt 1(2)分別在ー個大氣壓和真空狀態(tài)下，其中真空度不大于lOOOPa，利用步驟(I)所述的方法分別計算得到電機在斷電瞬間的減速力矩，其中Maik為ー個大氣壓下電機在斷電瞬間的減速力矩，Mvaccum為真空狀態(tài)下電機在斷電瞬間的減速力矩，根據(jù)Mf = IMaie-MvaccuJ計算得到電機在斷電瞬間的風(fēng)阻カ矩吣；(3)分別在不去磁和去磁兩種狀態(tài)下，利用步驟(I)所述的方法分別計算得到電機在斷電瞬間的渦流カ矩，其中Mia為去磁狀態(tài)下電機在斷電瞬間的渦流カ矩其中為不去磁狀態(tài)下電機在斷電瞬間的渦流カ矩，根據(jù)Mw= |Mia-Mm計算得到電機在斷電瞬間的渦流カ矩Mw ；(4)利用步驟⑴得到的減速力矩M、步驟⑵得到的風(fēng)阻カ矩ル和步驟(3)得到的渦流カ矩Mw計算得到電機在斷電瞬間的軸承摩擦カ矩Mz，Mz = M-Mf-Mw ；(5)按照步驟(I)-⑷的方法，每隔一定時間間隔t測量得到一次電機在斷電瞬間的軸承摩擦カ矩Mz，連續(xù)測量3次以上，得到對電機在斷電瞬間的軸承摩擦カ矩序列Mz⑴，根據(jù)電機在斷電瞬間的軸承摩擦カ矩序列Mz(i)求得電機在斷電瞬間軸承摩擦力矩的變化
率’和軸承摩擦力矩的總變化量ΛΜζ，ΔΜζ = Mz (n)-Mz (I) ,i = I,2,3....η ;依據(jù)給定的
判據(jù)，利用求得的電機在斷電瞬間軸承摩擦力矩的變化率I和軸承摩擦力矩的總變化量
AMJi工作一定時間t(t > T)后的電機用滾珠軸承進(jìn)行壽命評估，有利于提高滾珠軸承電機壽命期內(nèi)的可靠性。電機滾珠軸承摩擦力矩的測量裝置主要包括真空測量臺、采集系統(tǒng)、測量計算機、光電轉(zhuǎn)速測量頭。真空測量臺用于對電機的風(fēng)阻カ矩進(jìn)行分離。采集系統(tǒng)用于對電機轉(zhuǎn)速和反電勢波形等進(jìn)行信號調(diào)理及數(shù)據(jù)采集。測量計算機用于對測量軟件提供硬件支持。光電轉(zhuǎn)速測量頭用于電機轉(zhuǎn)速的信號采集。采集系統(tǒng)由光電轉(zhuǎn)速采集和反電勢信號頻率采集兩部分組成，電機轉(zhuǎn)動慣量數(shù)值采用在力矩測量儀上測量同步后斷電瞬間的阻力矩和轉(zhuǎn)速變化率，二者相除得到電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，測量精度在優(yōu)于1%，當(dāng)然也可以利用轉(zhuǎn)動慣量的定義得到。電機轉(zhuǎn)速變化率可以采用兩種方法測得，未去磁時可采用反電勢測頻，去磁后采用光電測速，填充脈沖頻率為20MHz，采集電機斷電后100個數(shù)據(jù)點擬合直線求取轉(zhuǎn)速變化率。測量軟件基于Windows操作系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集硬件上利用相關(guān)軟件實現(xiàn)完成。
以上所描述的系統(tǒng)只是本發(fā)明的一種情況，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)不同的要求和設(shè)計參數(shù)在不偏離本發(fā)明的情況下進(jìn)行各種增補、改進(jìn)和更換。
權(quán)利要求
1.一種用于電機用滾珠軸承壽命評估的摩擦力矩測量方法，其特征在于步驟如下(1)在電機斷電瞬間，實時采集電機斷電后的反電勢信號或光電測速信號，將反電勢信號或光電測速信號經(jīng)濾波整形后轉(zhuǎn)換得到方波信號，利用計數(shù)器對方波信號進(jìn)行測頻得到電機在斷電瞬間的角速度變化率^:，利用電機在斷電瞬間的角速度變化率キ和電機轉(zhuǎn)子dt dt的轉(zhuǎn)動慣量J得到電機在斷電瞬間的減速力矩M，M =| I；(2)分別在ー個大氣壓和真空狀態(tài)下，其中真空度不大于lOOOPa，利用步驟(I)所述的方法分別計算得到電機在斷電瞬間的減速力矩，其中Maik為ー個大氣壓下電機在斷電瞬間的減速力矩，Mvaccum為真空狀態(tài)下電機在斷電瞬間的減速力矩，根據(jù)Mf = IMaie-MvaccuJ計算得到電機在斷電瞬間的風(fēng)阻カ矩ル；(3)分別在不去磁和去磁兩種狀態(tài)下，利用步驟(I)所述的方法分別計算得到電機在斷電瞬間的渦流カ矩，其中Mia為去磁狀態(tài)下電機在斷電瞬間的渦流カ矩其中為不去磁狀態(tài)下電機在斷電瞬間的渦流カ矩，根據(jù)Mw = Mia-Mm計算得到電機在斷電瞬間的渦流力矩Mw ；(4)利用步驟(I)得到的減速力矩M、步驟(2)得到的風(fēng)阻カ矩Mf和步驟(3)得到的渦流カ矩Mw計算得到電機在斷電瞬間的軸承摩擦カ矩Mz，Mz = M-Mf-Mw ；(5)按照步驟(1)-(4)的方法，每隔一定時間間隔t測量得到一次電機在斷電瞬間的軸承摩擦カ矩Mz，連續(xù)測量3次以上，得到對電機在斷電瞬間的軸承摩擦カ矩序列Mz (i)，根據(jù)電機在斷電瞬間的軸承摩擦カ矩序列Mz(i)求得電機在斷電瞬間軸承摩擦力矩的變化率I和軸承摩擦力矩的總變化量ΛΜζ，Λ Mz = Mz (n)-Mz (I)，i = 1，2，3· . · · η ;求得的電機在斷電瞬間軸承摩擦力矩的變化率^^和軸承摩擦力矩的總變化量AMz用于對電機用滾珠軸承進(jìn)行壽命評估。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種用于電機用滾珠軸承壽命評估的摩擦力矩測量方法，其特征在于所述電機為磁滯同步電機。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于電機用滾珠軸承壽命評估的摩擦力矩測量方法，對電機斷電后反電勢信號經(jīng)換得到的方波信號(或光電測速信號)進(jìn)行計數(shù)器測頻，計算得出電機額定工作轉(zhuǎn)速在斷電后瞬間的轉(zhuǎn)速變化率，每隔一段時間測量一次電機斷電后的轉(zhuǎn)速變化率，將電機的角速率變化率乘以電機的轉(zhuǎn)動慣量，減去該轉(zhuǎn)速下的電機風(fēng)阻力矩和渦流力矩，從而得到電機用滾珠軸承的摩擦力矩，依據(jù)電機在斷電瞬間軸承摩擦力矩的變化率和軸承摩擦力矩的總變化量對電機用滾珠軸承進(jìn)行壽命評估。本發(fā)明利用電機的引出線對電機用滾珠軸承摩擦力矩進(jìn)行現(xiàn)場測量，使用簡單方便，無須專門的測量人員，一般技術(shù)人員經(jīng)簡短的培訓(xùn)即可使用，提高了測量效率和精度。
文檔編號G01L3/00GK102829905SQ20121026437
公開日2012年12月19日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者鐘如愚, 秦和平, 焦?jié)傻? 肖躍華, 袁朝陽, 才小士 申請人:北京航天控制儀器研究所