CN103411764B - 一种内转子型陀螺电机测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内转子型陀螺电机测试装置，锁紧螺母（2）、（10）通过螺纹连接陀螺电机转子（9）的大、小轴端，测试支架（8）与螺母压块（11）配合形成用于容纳锁紧螺母的圆柱形空腔；并且通过两个螺母压块（11）将锁紧螺母固定于测试支架（8）上；陀螺电机定子（6）安装在定子上安装座（5）内，陀螺电机转子（9）安装于定子（6）内，并且陀螺电机转子（9）的大轴端端面与定子上安装座（5）底面配合定位，陀螺电机转子（9）的小轴端端面与定子下安装座（7）底面配合定位；定子下安装座（7）通过连接螺栓（14）与上安装座（5）锁紧。本发明的测试装置能够测试振动加速度及轴承刚度，测试方法简单、准确。

Description

一种内转子型陀螺电机测试装置

技术领域

本发明涉及一种陀螺电机测试装置，尤其是涉及一种对内转子型陀螺电机振动加速度及轴承刚度进行测试的装置。

背景技术

陀螺电机振动加速度及轴承刚度是惯性仪表运转稳定性及精度的关键技术参数之一，陀螺电机按结构分为外转子型陀螺电机和内转子型陀螺电机。目前，国内外采用的陀螺电机振动加速度及轴承刚度测试设备或装置主要是针对外转子型陀螺电机，而内转子型陀螺电机由于定子位于转子外部，测试时需要特殊的固定装置，并且由于转子裸露部分有效测量部位尺寸、空间有限，只有1.5mm～2mm，因此，对于内转子型陀螺电机的振动加速度及轴承刚度一直无法直接测量，只能通过单轴转台耐回转试验和离心试验间接验证。并且常用的电机安装方式为采用燕尾槽或V型槽装夹，带来的电机轴与传感器不垂直度误差大，测试精度低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种直接测试、计算内转子型陀螺电机振动加速度及轴承刚度的内转子型陀螺电机测试装置，测量精度高。

本发明包括如下技术方案：一种内转子型陀螺电机测试装置，包括测试支架、分度头、定子安装座，第一锁紧螺母、第二锁紧螺母和两个螺母压块；第一锁紧螺母通过螺纹连接陀螺电机转子的大轴端、第二锁紧螺母通过螺纹连接陀螺电机转子的小轴端，测试支架和其中一个螺母压块配合形成用于容纳第一锁紧螺母的圆柱形空腔，测试支架和另一个螺母压块配合形成用于容纳第二锁紧螺母的圆柱形空腔；并且通过两个螺母压块将第一锁紧螺母、第二锁紧螺母固定于测试支架上；测试支架上形成能够与分度头的三爪接触的上部圆柱形装卡结构和右侧圆柱形装卡结构，测试支架通过分度头的三爪装夹在分度头上；定子安装座位于测试支架内；定子安装座包括定子上安装座、定子下安装座、和连接螺栓；陀螺电机定子安装在定子上安装座内，陀螺电机转子安装于定子内，并且陀螺电机转子的大轴端端面与定子上安装座底面配合定位，陀螺电机转子的小轴端端面与定子下安装座底面配合定位；定子下安装座通过连接螺栓与上安装座锁紧；在定子下安装座上形成用于容纳径向刚度传感器或者振动传感器的第一孔，以及用于容纳轴向刚度传感器的第二孔，其中第一孔的轴向与陀螺电机转子的轴向垂直，第二孔的轴向与陀螺电机转子的轴向平行。

振动传感器穿过测试支架以及定子下安装座上的第一孔；并通过顶丝将振动传感器固定于测试支架上。

径向刚度传感器穿过测试支架以及定子下安装座上的第一孔；调整径向刚度传感器端面与陀螺电机转子外圆距离，以确保在刚度传感器线形测量区域内，并通过顶丝将径向刚度传感器固定于测试支架上。

轴向刚度传感器穿过测试支架以及定子下安装座上的第二孔；调整轴向刚度传感器端面与陀螺电机转子端面距离，以确保在刚度传感器线形测量区域内，并通过顶丝将径向刚度传感器固定于测试支架上。

所述的径向刚度传感器、轴向刚度传感器的测量敏感精度为0.001μm。

所述径向刚度传感器的测量端为两边带扁结构，轴向刚度传感器的测量端为一边带扁结构。

测试支架上形成用于用于容纳陀螺电机引出线的过线孔。

所述振动传感器为激光传感器，并且振动传感器的测量端为两边带扁结构。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明的定子安装座由定子上安装座和定子下安装座两部分组成，用于安装、固定陀螺电机定子，解决了陀螺电机测试时定子无法安装的问题。同时，在定子下安装座上留有径向传感器和轴向传感器的安装孔，解决了陀螺电机内部空间狭小，而无法测试的问题。

(2)本发明的测试支架在横向和纵向侧面方向上均具有圆柱形装夹结构，即可用于测试陀螺电机径向刚度和振动加速度，又可用于测试陀螺电机轴向刚度。

(3)本发明采用螺母压块与测试支架配合形成用于装卡锁紧螺母的圆柱孔，相比于传统的燕尾槽和V形槽装卡方式，提高了测试传感器与陀螺电机轴的垂直度和平行度，提高了测试精度。

(4)本发明适用于H10、H20等内转子型陀螺电机振动加速度及轴承刚度测试，测试方法简单、准确。

附图说明

图1为本发明的测试装置测试陀螺电机径向刚度时的安装示意图；

图2为本发明的测试装置测试陀螺电机轴向刚度时的安装示意图；

图3为本发明的测试装置测试陀螺电机振动加速度时的安装示意图；

图4为本发明的刚度传感器和振动加速度传感器测头结构示意图，其中图4a为径向刚度传感器测头结构示意图，图4b为轴向刚度传感器测头结构示意图，图4c为振动加速度测头结构示意图；

图5为本发明的测试支架结构示意图，其中图5a为主视图，图5b为右视图，图5c为仰视图，图5d为俯视图；

图6为本发明的螺母压块结构示意图；

图7为本发明的定子安装座组件示意图。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，本发明的测试装置包括测试支架8、分度头、定子安装座，第一锁紧螺母2、第二锁紧螺母10和两个螺母压块11；第一锁紧螺母2通过螺纹连接陀螺电机转子9的大轴端、第二锁紧螺母10通过螺纹连接陀螺电机转子9的小轴端，测试支架8和其中一个螺母压块11配合形成用于容纳第一锁紧螺母2的圆柱形空腔，测试支架8和另一个螺母压块11配合形成用于容纳第二锁紧螺母10的圆柱形空腔；并且通过两个螺母压块11将第一锁紧螺母2、第二锁紧螺母10固定于测试支架8上；测试支架8通过分度头的三爪1装夹在分度头上；定子安装座位于测试支架内。如图7所示，定子安装座包括定子上安装座5、定子下安装座7和连接螺栓14；陀螺电机定子6安装在定子上安装座5内，陀螺电机转子9安装于定子6内，并且陀螺电机转子9的大轴端端面与定子上安装座5底面配合定位，陀螺电机转子9的小轴端端面与定子下安装座7底面配合定位；定子下安装座7通过连接螺栓14与上安装座5锁紧；在定子下安装座7上形成用于容纳径向刚度传感器或者振动传感器的第一孔，以及用于容纳轴向刚度传感器的第二孔，其中第一孔的轴向与陀螺电机转子9的轴向垂直，第二孔的轴向与陀螺电机转子9的轴向平行。

如图4所示，所述径向刚度传感器3、振动传感器15的测量端为两边带扁结构，轴向刚度传感器13的测量端为一边带扁结构，三个传感器的有效测量部分32、33、34的直径为φ0.8mm，从而避免了陀螺电机内部空间狭小，与其余结构干涉无法测量的难题。其中径向刚度传感器3、轴向刚度传感器13可以为电容传感器。振动传感器15可以为激光传感器。

如图5所示，测试支架外部形成用于与分度头的三爪装夹的上部圆柱形装卡结构21和右侧圆柱形装卡结构23；测试支架内部形成用于容纳定子安装座的通槽19；同时测试支架上形成用于容纳径向刚度传感器或振动传感器的孔25，用于容纳轴向刚度传感器的孔28，用于固定径向刚度传感器的顶丝孔24，用于固定轴向刚度传感器的顶丝孔26，用于固定螺母压块的螺纹孔20、27，用于容纳螺母压块的T形槽30和与T形槽30相接的半圆柱形槽29；用于容纳陀螺电机引出线的过线孔22。

如图6所示，螺母压块的一端具有与T形槽30相对应的T型结构，另一端为半圆柱形孔31；螺母压块安装到测试支架的T形槽30上后形成用于容纳所述锁紧螺母的圆柱形空腔。

本发明采用的径向刚度传感器、轴向刚度传感器，其测量精度0.001μm，测试精度比外转子型动压马达高一倍。

本发明的测试装置安装、测量步骤如下：

(1)将精密分度头1放置于大理石平台上，使分度头轴线处于水平状态。

(2)将定子6安装于定子上安装座5内，通过定子端面与定子上安装座5台阶面定位。

(3)将陀螺电机转子9大轴端装于定子6内，并由轴端端面与定子上安装座5底面定位，将定子下安装座7与定子上安装座5组装，并且陀螺电机转子9小轴端端面与定子下安装座7底面定位，用连接螺栓14连接定子上安装座5、定子下安装座7；所述转子9的轴是固定不动的。

(4)第一锁紧螺母2通过螺纹连接陀螺电机转子9的大轴端、第二锁紧螺母10通过螺纹连接陀螺电机转子9的小轴端，将其中一个一个螺母压块11安装在测试支架8上，两者配合形成用于容纳第一锁紧螺母2的圆柱形空腔，将另一个螺母压块11安装在测试支架8上，两者配合形成用于容纳第二锁紧螺母10的圆柱形空腔；并且通过螺栓将两个螺母压块11固定在测试支架上8；从而将第一锁紧螺母2、第二锁紧螺母10固定于测试支架8上；进而可以实现将定子安装座固定于测试支架8上。

(5)测量陀螺电机径向刚度时(如图1所示)，径向刚度传感器3穿过测试支架8的孔25以及定子下安装座7上的第一孔；调整径向刚度传感器3端面与陀螺电机转子(9)外圆距离，以确保在刚度传感器线形测量区域内，并通过顶丝(4)将径向刚度传感器固定于测试支架8上。将测试支架8的上部圆柱形装卡结构21(见图5a)通过三爪安装于精密分度头1上；接通陀螺电机定子6的电源，使电机转子处于同步运转状态；调整分度头1角度，使径向刚度传感器3处于竖直状态，记为0°位置；均匀、慢速转动分度头1，分别在传感器处于0°、90°、180°、270°位置时，读出与传感器相连的电容测微仪数值，分别记为C₀、C₉₀、C₁₈₀、C₂₇₀，应多次测量(不少于7次)。

(6)测量陀螺电机轴向刚度时(如图2所示)，轴向刚度传感器13穿过测试支架8的孔28以及定子下安装座7上的第二孔；调整轴向刚度传感器13端面与陀螺电机转子9端面距离，以确保在刚度传感器线形测量区域内，并通过顶丝12将径向刚度传感器固定于测试支架8上；将测试支架8的右侧圆柱形装卡结构23(见图5a)通过三爪安装于精密分度头1上；调整分度头1角度，使轴向刚度传感器13处于竖直状态，记为0°位置；均匀、慢速转动分度头1，分别在传感器处于0°、180°位置时，读出与传感器相连的电容测微仪数值，分别记为S₀、S₁₈₀，应多次测量(不少于7次)。

(7)测试振动加速度时(如图3所示)，振动传感器15穿过测试支架8的孔25以及定子下安装座7上的第一孔；并通过顶丝4将振动传感器固定于测试支架8上；将精密分度头1安装固定于激光测振仪工作台面上，使分度头轴线处于水平状态；将测试支架8的上部圆柱形装卡结构21(见图5a)通过三爪安装于精密分度头1上，并用顶丝4固定；陀螺电机通电运转，根据测量数据即可计算、分析其振动加速度。

陀螺电机轴承刚度及姿态角计算方法为：

(1)测量径向刚度时，电机负载方向(电机转子径向方向)的气膜变化为：(C₁₈₀-C₀)/2；垂直于马达负载方向的气膜变化为：(C₂₇₀-C₉₀)/2，取多次测量的平均值。

(2)测量轴向刚度时，电机负载方向(电机转子轴向方向)的气膜变化为：(S₀-S₁₈₀)/2，取多次测量的平均值。

(3)假设马达转子重量为M，单位为N，则内转子陀螺电机轴承径向刚度为： $\frac{2M}{C_{180}-C_0};$ 姿态角为： $\tan \mathrm{\Φ}=\frac{C_{270}-C_{90}}{C_{180}-C_0};$ 轴向刚度为： $\frac{2M}{S_0-S_{180}}.$ 其中轴向刚度和径向刚度的单位为N/μm。

以上所描述的测试装置只是本发明的一种情况，本领域技术人员可以根据不同的内转子陀螺电机结构和尺寸要求在不偏离本发明的情况下进行各种改进和更换，因此，本发明是广泛的。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种内转子型陀螺电机测试装置，其特征在于：包括测试支架(8)、分度头、定子安装座，第一锁紧螺母(2)、第二锁紧螺母(10)和两个螺母压块(11)；第一锁紧螺母(2)通过螺纹连接陀螺电机转子(9)的大轴端、第二锁紧螺母(10)通过螺纹连接陀螺电机转子(9)的小轴端，测试支架(8)和其中一个螺母压块(11)配合形成用于容纳第一锁紧螺母(2)的圆柱形空腔，测试支架(8)和另一个螺母压块(11)配合形成用于容纳第二锁紧螺母(10)的圆柱形空腔；并且通过两个螺母压块(11)将第一锁紧螺母(2)、第二锁紧螺母(10)固定于测试支架(8)上；测试支架(8)上形成能够与分度头(1)的三爪接触的上部圆柱形装卡结构(21)和右侧圆柱形装卡结构(23)，测试支架(8)通过分度头(1)的三爪装夹在分度头上；定子安装座位于测试支架内；定子安装座包括定子上安装座(5)、定子下安装座(7)和连接螺栓(14)；陀螺电机定子(6)安装在定子上安装座(5)内，陀螺电机转子(9)安装于定子(6)内，并且陀螺电机转子(9)的大轴端端面与定子上安装座(5)底面配合定位，陀螺电机转子(9)的小轴端端面与定子下安装座(7)底面配合定位；定子下安装座(7)通过连接螺栓(14)与定子上安装座(5)锁紧；在定子下安装座(7)上形成用于容纳径向刚度传感器或者振动传感器的第一孔，以及用于容纳轴向刚度传感器的第二孔，其中第一孔的轴向与陀螺电机转子(9)的轴向垂直，第二孔的轴向与陀螺电机转子(9)的轴向平行。

2.根据权利要求1所述的内转子型陀螺电机测试装置，其特征在于：振动传感器(15)穿过测试支架(8)以及定子下安装座(7)上的第一孔；并通过顶丝(4)将振动传感器固定于测试支架(8)上。

3.根据权利要求1所述的内转子型陀螺电机测试装置，其特征在于：径向刚度传感器(3)穿过测试支架(8)以及定子下安装座(7)上的第一孔；调整径向刚度传感器(3)端面与陀螺电机转子(9)外圆距离，以确保在刚度传感器线形测量区域内，并通过顶丝(4)将径向刚度传感器固定于测试支架(8)上。

4.根据权利要求1所述的内转子型陀螺电机测试装置，其特征在于：轴向刚度传感器(13)穿过测试支架(8)以及定子下安装座(7)上的第二孔；调整轴向刚度传感器(13)端面与陀螺电机转子(9)端面距离，以确保在刚度传感器线形测量区域内，并通过顶丝(12)将径向刚度传感器固定于测试支架(8)上。

5.根据权利要求3所述的内转子型陀螺电机测试装置，其特征在于：所述径向刚度传感器(3)的测量敏感精度为0.001μm。

6.根据权利要求4所述的内转子型陀螺电机测试装置，其特征在于：所述轴向刚度传感器(13)的测量敏感精度为0.001μm。

7.根据权利要求3所述的内转子型陀螺电机测试装置，其特征在于：所述径向刚度传感器(3)的测量端为两边带扁结构。

8.根据权利要求4所述的内转子型陀螺电机测试装置，其特征在于：所述轴向刚度传感器(13)的测量端为一边带扁结构。

9.根据权利要求1所述的内转子型陀螺电机测试装置，其特征在于：测试支架(8)上形成用于容纳陀螺电机引出线的过线孔(22)。

10.根据权利要求2所述的内转子型陀螺电机测试装置，其特征在于：所述振动传感器为激光传感器，并且振动传感器的测量端为两边带扁结构。