CN114167280A - 一种陀螺中动压电机工作裕度的筛选测试方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种陀螺中动压电机工作裕度的筛选测试方法及系统。解决目前筛选方法在动压电机交付前、动压电机在装入浮子之前、陀螺测试阶段等均可能无法完全剔除存在启停隐患的产品的问题。本发明在不同工作阶段,通过降低启动力矩,使启动电压低于当前阶段工作电压,对不同阶段电机工作情况实现检测,对当前装配质量进行评价,剔除存在隐患的产品;降低制造过程成本,保障了陀螺可靠性和寿命,达到了风险管控目的。同时操作方法简单,易于实施,适用范围广。

Description

一种陀螺中动压电机工作裕度的筛选测试方法及系统
技术领域
本发明涉及一种陀螺中动压电机工作裕度的筛选测试方法及系统。
背景技术
二浮陀螺仪由于具有抗振动、耐冲击、可靠性高、寿命长等特点,被广泛应用于飞船、卫星、空间站、导弹、船舶等系统,作为敏感器的姿态敏感元件,用来测量运动载体的角运动,是非常重要的惯性敏感器。
二浮陀螺仪的可靠性和寿命,主要取决于其动压电机的启停次数及寿命,动压电机从工作原理上讲,一旦正常启动,即可一直正常运转,因此相对来说,电机启停次数是陀螺可靠性和寿命考核的重点。随着宇航产品任务需求,对启停次数要求越来越多,寿命要求越来越长,在产品生产过程寿命及启停试验不可能1:1进行。
影响动压电机不能多次启停和长期工作的主要原因是有机挥发物的污染。电机启停时,接触面间的有机物因接触动摩擦发热氧化,在接触面高压区出现半透明胶层环带,粘滞力大,导致电机难以启动。另外,电机长期运转时,由于电机有机挥发物,在气流死区沉积大量的松软白色粉团,在止推板与径向轴承间隙处形成有规则的白粉圆环,聚集在轴承的低压区,达到一定数量时,会导致电机突然停转。
动压电机交付前,虽然各零部组件的加工制造、检测及装配精度都在精密和超精密加工精度范围,零件的几何公差和形位公差都在微米或亚微米级,为了保障动压电机启停可靠性,都是通过一套完整的过程控制措施保障的,但是由于零件微观差异性、手工精密装配的不一致性、测试不准确度综合影响,往往无法保障产品一致性,会出现有启停隐患的动压电机。
另外,动压电机在装入浮子之前虽然经过充分筛选,但由于动压电机结构及工作原理,在浮子密封之前,动压电机会存在被污染的风险;因此如何通过一定的方法,浮子密封之前,筛选出被污染的、存在启停隐患的动压电机,也是一个值得考虑的问题。
另外,在浮子密封后,装配成陀螺后,如何在短期内通过一定的测试方法,剔除在长期使用过程中(交付使用后长达17年,20000次启停)存在隐患的产品,也是工程生产单位一直想要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种陀螺中动压电机工作裕度的筛选测试方法,解决目前筛选方法在动压电机交付前、动压电机在装入浮子之前、陀螺测试阶段等均可能无法完全剔除存在启停隐患的产品的问题。本发明在不同工作阶段,通过使启动电压低于当前阶段工作电压,降低启动力矩,对不同阶段电机工作情况实现检测,对当前装配质量进行评价,剔除存在隐患的产品;降低制造过程成本,保障了陀螺可靠性和寿命,达到了风险管控目的。同时操作方法简单,易于实施,适用范围广。
本发明的构思是:
为了保障动压电机类陀螺的可靠性,早期快速识别存在启停及寿命风险的产品,设计一种陀螺中动压电机工作裕度的筛选测试方法,在电机交付阶段、浮子组件装配阶段、陀螺测试阶段、陀螺交付前,设置相同频率、启动电压低于当前阶段动压电机工作电压,进行多个方向启动测试,观察各方向电机参数一致性,从而判定电机工作裕度充分性,若启动均正常,则认为电机工作裕度充分。从而保证交付时电机工作裕度充分可靠。该方法是支撑二浮陀螺仪批量生产解决陀螺启停及寿命可靠性的重要工艺措施,适用于气浮轴承类电机安装的液浮陀螺。
本发明的技术方案是:
一种陀螺中动压电机工作裕度的筛选测试方法,其特殊之处在于,包括以下步骤:
步骤1、动压电机交付阶段,动压电机工作裕度筛选测试;
步骤1.1、进行电机交付阶段的常规检测;
步骤1.2、根据动压电机交付阶段启动力矩衰减比例,计算当前阶段,动压电机测试时所需启动电压值;
步骤1.3、调整动压电机位姿,使得电机轴依次位于不同的方向,按步骤1.2确定的启动电压值启动动压电机,监测电机轴位于不同方向时的电机参数,并记录;
步骤1.4、若电机轴位于不同方向时动压电机均能够正常启动,则进入步骤1.5,否则认为该动压电机为存在隐患的产品;
步骤1.5、分析电机轴位于各个方向时的电机参数,若相应电机参数的之间的差值位于设定范围内,则判定该动压电机工作裕度充分,否则认为该动压电机为存在隐患的产品;
步骤2、浮子组件装配阶段,动压电机工作裕度筛选测试;
步骤2.1、进行浮子组件装配阶段时的常规检测;
步骤2.2、根据动压电机浮子组件装配阶段启动力矩衰减比例,计算当前阶段,动压电机测试时所需启动电压值;
步骤2.3、调整动压电机位姿,使得电机轴依次位于不同的方向,按步骤2.2确定的启动电压值启动动压电机,监测电机轴位于不同方向时的电机参数,并记录;
步骤2.4、若电机轴位于不同方向时动压电机均能够正常启动,则进入步骤2.5,否则认为该动压电机为存在隐患的产品;
步骤2.5、分析电机轴位于各个方向时的电机参数,若相应电机参数的之间的差值位于设定范围内,则判定该动压电机工作裕度充分,否则认为该动压电机为存在隐患的产品;
步骤3、陀螺测试阶段,动压电机工作裕度筛选测试;
步骤3.1、进行陀螺测试阶段时的常规检测;
步骤3.2、根据陀螺测试阶段,动压电机启动力矩衰减比例,计算当前阶段,动压电机测试时所需启动电压值;
步骤3.3、调整动压电机位姿,使得电机轴依次位于不同的方向,按步骤3.2确定的启动电压值启动动压电机,监测电机轴位于不同方向时电机参数,并记录;
步骤3.4、若电机轴位于不同方向时动压电机均能够正常启动,则进入步骤3.5,否则认为该动压电机为存在隐患的产品;
步骤3.5、分析电机轴位于各个方向时的电机参数,若相应电机参数的之间的差值位于设定范围内,则判定该动压电机工作裕度充分,否则认为该动压电机为存在隐患的产品;
步骤4、陀螺交付前,动压电机工作裕度筛选测试;
步骤4.1、进行常规稳定性测试;
步骤4.2、根据陀螺交付阶段,动压电机启动力矩衰减比例,计算当前阶段,动压电机测试时所需启动电压值;
步骤4.3、调整动压电机位姿,使得电机轴依次位于不同的方向,按步骤4.2确定的启动电压值启动动压电机,监测电机轴位于不同方向时电机参数,并记录;
步骤4.4、若电机轴位于不同方向时动压电机均能够正常启动,则进入步骤4.5,否则认为该动压电机为存在隐患的产品;
步骤4.5、分析电机轴位于各个方向时的电机参数,若相应电机参数的之间的差值位于设定范围内,则判定该动压电机工作裕度充分,否则认为该动压电机为存在隐患的产品。
进一步地,上述步骤中,电机参数包括电机启动电流、启动时间、工作电流及惯性时间。
进一步地,上述步骤中,调整动压电机位姿,使得电机轴位于以下5个方向:电机轴水平、电机轴向上、电机轴向下、电机轴斜向上、电机轴斜向下5个方向。
优选地,上述步骤中,为方便后续追溯,制定电机参数记录表。同时为了方便查找问题,还应记录所用仪器、电源型号及编号。
优选地,上述步骤中,根据启动力矩衰减比例,计算当前阶段,动压电机测试时所需启动电压值的具体过程为:
首先,利用反力矩测试方法测量启动力矩;
其次,根据启动力矩衰减比例,计算当前阶段,动压电机测试时所需启动电压值。
优选地,步骤1中确定的动压电机测试时所需启动电压值为启动力矩衰减到56%的电压值,步骤2中确定的动压电机测试时所需启动电压值为启动力矩衰减到68%的电压值,步骤3中确定的动压电机测试时所需启动电压值为启动力矩衰减到74%的电压值,步骤4中确定的动压电机测试时所需启动电压值为启动力矩衰减到74%的电压值。
进一步地,上述步骤1.5、步骤2.5、步骤3.5及步骤4.5中相应电机参数的之间的差值位于设定范围内,具体为:
启动电流差值不大于5mA;启动时间差值不大于5s;工作电流差值不大于10mA;惯性时间差异不大于5s。
本发明还提供一种实现上述方法的陀螺中动压电机工作裕度的筛选测试系统,其特殊之处在于:包括电机电源、转接盒、数字表和秒表;
电机电源、被测动压电机及数字表均与转接盒连接;
转接盒中装有开关,用于控制线路通断;
电机电源用于给被测动压电机供电;
数字表用于显示动压电机启动电流、工作电流及反电势;
秒表用于记录电机启动时间及惯性时间。
本发明的有益效果是:
1、本发明陀螺中动压电机工作裕度的筛选测试方法,在电机交付阶段、浮子组件装配阶段、陀螺测试阶段、陀螺交付前,均通过特定方法,进行多个方向启动测试,观察各方向电机参数一致性,从而判定电机在各个不同阶段的工作裕度充分性,保证交付时电机工作裕度充分可靠。该方法是支撑二浮陀螺仪批量生产解决陀螺启停可靠性的重要工艺措施,适用于气浮轴承类电机安装的液浮陀螺。
2、本发明在电机交付阶段,进行动压电机工作裕度筛选,实现早期甄别,剔除存在启停隐患的产品。
3、本发明在电机交付阶段,进行动压电机工作裕度筛选,对电机工作情况实现检测,能够对电机装配阶段质量进行评价。
4、本发明在浮子组件装配阶段,进行动压电机工作裕度筛选,实现浮子阶段早期甄别,剔除存在启停隐患的产品。
5、本发明在浮子组件装配阶段,进行动压电机工作裕度筛选,对电机工作情况实现检测,能够对浮子组件装配阶段质量进行评价。
6、本发明在陀螺测试阶段,进行动压电机工作裕度筛选,实现陀螺测试不同阶段早期甄别,剔除存在启停隐患的产品。
7、本发明在陀螺交付前,进行动压电机工作裕度筛选,通过该方法,剔除在长期使用过程中(交付使用后长达17年,20000次启停)存在隐患的产品。
8、通过本发明动压电机工作裕度筛选测试方法,剔除不同阶段存在启停隐患的产品,从根本上,降低了陀螺的制造过程成本,保障了陀螺可靠性和寿命,达到了风险管控目的。
9、本发明动压电机工作裕度筛选测试方法,操作简单,易于实施,适用于气浮轴承电机陀螺,适用范围。因此本发明动压电机工作裕度筛选方法,实现早期甄别、评价装配质量,剔除存在启停风险产品,降低制造过程成本,保障了陀螺可靠性和寿命,达到了风险管控目的,可降低加工成本,同时操作方法简单,易于实施,适用范围广。
附图说明
图1为本发明陀螺中动压电机工作裕度的筛选测试系统原理框图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明,显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次,此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在其他实施例中”并非均指同一个实施例,也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明为了保障动压电机类陀螺可靠性,早期快速识别存在启停及寿命风险的产品,公开一种陀螺中动压电机工作裕度的筛选测试方法,在电机交付阶段、浮子组件装配阶段、陀螺测试阶段、陀螺交付前,设置相同频率、逐渐增大启动电压,且启动电压低于产品工作电压,检测电机轴位于不同方向下的电机参数,即就是将电机在各阶段启动力矩不同程度衰减后进行启动测试筛选,从而保证交付时电机工作裕度充分可靠。由于启动力矩通过反力矩测试获得测量结果,根据启动力矩衰减比例,折算为电机供电电压值,便于实施。若启动均正常,且各方向电机参数一致,判定电机工作裕度充分。该方法是支撑二浮陀螺仪批量生产解决陀螺启停可靠性的重要工艺措施,适用于气浮轴承类电机安装的液浮陀螺。
测试时需要的仪器设备有电机电源、数字表、秒表、转接盒,如图1所示。陀螺启停测试时只需将电机电源、被测产品及数字表与转接盒连接,转接盒中装有开关用于控制线路通断,数字表用于显示电机启动电流、工作电流、反电势,秒表用于记录电机启动时间及惯性时间,电机电源用于给电机供电。
具体测试过程如下:
步骤1、动压电机交付阶段,动压电机工作裕度筛选测试;
电机交付时,完成常规检测后,根据动压电机交付阶段启动力矩衰减比例,计算当前阶段,动压电机测试时所需启动电压值,该阶段确定的启动电压为启动力矩衰减到56%时所对应的电压值;之后,调整动压电机位姿,使得电机轴位于以下5个方向:电机轴水平、电机轴向上、电机轴向下、电机轴斜向上、电机轴斜向下。按上述确定的启动电压值启动动压电机,监测电机轴位于不同方向时的电机启动电流、启动时间、工作电流及惯性时间,并记录。为方便后续追溯,制定电机参数记录表,如表1所示。同时为了方便查找问题,还应记录所用仪器、电源型号及编号。若启动均正常,且经分析,电机轴位于各个方向时的相应电机参数较为一致,则判定动压电机工作裕度充分,否则,判定为存在隐患产品。
表1电机参数记录表
序号 方向 启动电流(mA) 启动时间(s) 工作电流(mA) 惯性时间(s)
1 H→
2 H↑
3 H↓
4 H↗
5 H↘
例如,当各个方向均能正常启动,且启动电流差值不大于5mA;启动时间差值不大于5s;工作电流差值不大于10mA;惯性时间差异不大于5s,则判定该动压电机工作裕度充分。
步骤2、浮子组件装配阶段,动压电机工作裕度筛选测试;
浮子装配阶段,为了评价电机装框架是否对电机造成污染,同时评价装配质量,剔除存在启停隐患的产品,首先进行常规检测,之后根据动压电机交付阶段启动力矩衰减比例,计算当前阶段,动压电机测试时所需启动电压值,该阶段确定的启动电压为启动力矩衰减到68%时所对应的电压值;之后,调整动压电机位姿,使得电机轴位于以下5个方向:电机轴水平、电机轴向上、电机轴向下、电机轴斜向上、电机轴斜向下。按上述确定的启动电压值启动动压电机,监测电机轴位于不同方向时的电机启动电流、启动时间、工作电流及惯性时间,并记录。同时为了方便查找问题,还应记录所用仪器、电源型号及编号。若启动均正常,且经分析,电机轴位于各个方向时的相应电机参数较为一致,则判定动压电机工作裕度充分,否则,判定为存在隐患产品。
步骤3、陀螺测试阶段,动压电机工作裕度筛选测试;
陀螺测试阶段,在高低温后、振动后、温度循环后、稳定性测试每两个月,在经历温度、力学、阶段性温度激励后,定期快速对电机启动情况进行检测,从而反映电机在各种激励下,工作环境是否有下降,是否存在启停隐患问题。因此要求进行电机轴位于不同方向时,在特定启动电压下的参数测试试验,具体为:
首先,根据陀螺测试阶段,动压电机启动力矩衰减比例,计算当前阶段,动压电机测试时所需启动电压值,本实施例确定的启动电压值为启动力矩衰减到74%时的电压值;之后,调整动压电机位姿,使得电机轴位于以下5个方向:电机轴水平、电机轴向上、电机轴向下、电机轴斜向上及电机轴斜向下。按上述确定的启动电压值启动动压电机,监测电机轴位于不同方向时的电机启动电流、启动时间、工作电流及惯性时间,并记录。为方便后续追溯,制定电机参数记录表。同时为了方便查找问题,还应记录所用仪器、电源型号及编号。若启动均正常,且经分析,电机轴位于各个方向时的相应电机参数较为一致,则判定动压电机工作裕度充分,否则,判定为存在隐患产品。
步骤4、陀螺交付前,动压电机工作裕度筛选测试;
陀螺经历过长期稳定性测试后,除了陀螺各项参数测试外,还要进行启动电压衰减的多方向启停测试,剔除存在启停隐患的产品。具体方法为,根据陀螺交付阶段,动压电机启动力矩衰减比例,计算当前阶段,动压电机测试时所需启动电压值;本实施例确定的启动电压值为启动力矩衰减到74%时的电压值;之后,调整动压电机位姿,使得电机轴位于以下5个方向:电机轴水平、电机轴向上、电机轴向下、电机轴斜向上及电机轴斜向下。按上述确定的启动电压值启动动压电机,监测电机轴位于不同方向时的电机启动电流、启动时间、工作电流及惯性时间,并记录。为方便后续追溯,制定电机参数记录表。同时为了方便查找问题,还应记录所用仪器、电源型号及编号。若启动均正常,且经分析,电机轴位于各个方向时的相应电机参数较为一致,则判定动压电机工作裕度充分,否则,判定为存在隐患产品。
通过产品批产验证及飞行试验考核(SJ20卫星、TZ-2、SZ-12、TZ-3、SZ-13飞船及空间站核心舱配套的二浮陀螺和其他的中高精度液浮陀螺验证)。本发明简单巧妙,符合实际需求进步显著且实用性强,能够大规模推广使用。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种陀螺中动压电机工作裕度的筛选测试方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、动压电机交付阶段,动压电机工作裕度筛选测试;
步骤1.1、进行动压电机交付阶段的常规检测;
步骤1.2、根据动压电机交付阶段启动力矩衰减比例,计算当前阶段,动压电机测试时所需启动电压值;
步骤1.3、调整动压电机位姿,使得电机轴依次位于不同的方向,按步骤1.2确定的启动电压值启动动压电机,监测电机轴位于不同方向时的电机参数,并记录;
步骤1.4、若电机轴位于不同方向时,动压电机均能够正常启动,则进入步骤1.5,否则认为该动压电机为存在隐患的产品;
步骤1.5、分析电机轴位于各个方向时的电机参数,若相应电机参数的之间的差值位于设定范围内,则判定该动压电机工作裕度充分,否则认为该动压电机为存在隐患的产品;
步骤2、浮子组件装配阶段,动压电机工作裕度筛选测试;
步骤2.1、进行浮子组件装配阶段时的常规检测;
步骤2.2、根据动压电机浮子组件装配阶段启动力矩衰减比例,计算当前阶段,动压电机测试时所需启动电压值;
步骤2.3、调整动压电机位姿,使得电机轴依次位于不同的方向,按步骤2.2确定的启动电压值启动动压电机,监测电机轴位于不同方向时的电机参数,并记录;
步骤2.4、若电机轴位于不同方向时动压电机均能够正常启动,则进入步骤2.5,否则认为该动压电机为存在隐患的产品;
步骤2.5、分析电机轴位于各个方向时的电机参数,若相应电机参数的之间的差值位于设定范围内,则判定该动压电机工作裕度充分,否则认为该动压电机为存在隐患的产品;
步骤3、陀螺测试阶段,动压电机工作裕度筛选测试;
步骤3.1、进行陀螺测试阶段时的常规检测;
步骤3.2、根据陀螺测试阶段,动压电机启动力矩衰减比例,计算当前阶段,动压电机测试时所需启动电压值;
步骤3.3、调整动压电机位姿,使得电机轴依次位于不同的方向,按步骤3.2确定的启动电压值启动动压电机,监测电机轴位于不同方向时电机参数,并记录;
步骤3.4、若电机轴位于不同方向时动压电机均能够正常启动,则进入步骤3.5,否则认为该动压电机为存在隐患的产品;
步骤3.5、分析电机轴位于各个方向时的电机参数,若相应电机参数的之间的差值位于设定范围内,则判定该动压电机工作裕度充分,否则认为该动压电机为存在隐患的产品;
步骤4、陀螺交付前,动压电机工作裕度筛选测试;
步骤4.1、进行常规稳定性测试;
步骤4.2、根据陀螺交付阶段,动压电机启动力矩衰减比例,计算当前阶段,动压电机测试时所需启动电压值;
步骤4.3、调整动压电机位姿,使得电机轴依次位于不同的方向,按步骤4.2确定的启动电压值启动动压电机,监测电机轴位于不同方向时电机参数,并记录;
步骤4.4、若电机轴位于不同方向时动压电机均能够正常启动,则进入步骤4.5,否则认为该动压电机为存在隐患的产品;
步骤4.5、分析电机轴位于各个方向时的电机参数,若相应电机参数的之间的差值位于设定范围内,则判定该动压电机工作裕度充分,否则认为该动压电机为存在隐患的产品。
2.根据权利要求1所述的陀螺中动压电机工作裕度的筛选测试方法,其特征在于:上述步骤1至步骤4中所述电机参数包括电机启动电流、启动时间、工作电流及惯性时间。
3.根据权利要求2所述的陀螺中动压电机工作裕度的筛选测试方法,其特征在于:上述步骤1至步骤4中,调整动压电机位姿,使得电机轴位于以下5个方向:电机轴水平、电机轴向上、电机轴向下、电机轴斜向上、电机轴斜向下5个方向。
4.根据权利要求3所述的陀螺中动压电机工作裕度的筛选测试方法,其特征在于:上述步骤1至步骤4中,制定电机参数记录表,记录电机参数。
5.根据权利要求4所述的陀螺中动压电机工作裕度的筛选测试方法,其特征在于:上述步骤1至步骤4中,根据启动力矩衰减比例,计算当前阶段,动压电机测试时所需启动电压值的具体过程为:
首先,利用反力矩测试方法测量启动力矩;
其次,根据启动力矩衰减比例,计算当前阶段,动压电机测试时所需启动电压值。
6.根据权利要求5所述的陀螺中动压电机工作裕度的筛选测试方法,其特征在于:步骤1中确定的动压电机测试时所需启动电压值为启动力矩衰减到56%的电压值,步骤2中确定的动压电机测试时所需启动电压值为启动力矩衰减到68%的电压值,步骤3中确定的动压电机测试时所需启动电压值为启动力矩衰减到74%的电压值,步骤4中确定的动压电机测试时所需启动电压值为启动力矩衰减到74%的电压值。
7.根据权利要求6所述的陀螺中动压电机工作裕度的筛选测试方法,其特征在于:上述步骤1.5、步骤2.5、步骤3.5及步骤4.5中相应电机参数的之间的差值位于设定范围内,具体为:
启动电流差值不大于5mA;启动时间差值不大于5s;工作电流差值不大于10mA;惯性时间差异不大于5s。
8.一种实现权利要求1-7任一所述方法的陀螺中动压电机工作裕度的筛选测试系统,其特征在于:包括电机电源、转接盒、数字表和秒表;
电机电源、被测动压电机及数字表均与转接盒连接;
转接盒中装有开关,用于控制线路通断;
电机电源用于给被测动压电机供电;
数字表用于显示动压电机启动电流、工作电流及反电势;
秒表用于记录电机启动时间及惯性时间。
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