一种气浮轴承电机间隙评价方法

技术领域

本发明涉及一种间隙评价方法，具体涉及一种气浮轴承电机间隙评价方法。

背景技术

陀螺仪作为主要的惯性元件，广泛应用于舰艇、飞机、导弹、卫星和武器控制等工程项目中，陀螺轴承电机作为陀螺仪的核心部件，用于产生动量矩，而动量矩的大小和稳定性直接关系到陀螺仪的精度、可靠性与寿命。陀螺轴承电机的自转轴轴承是极其关键的零件，它支承着陀螺电机转子，为转子提供一个稳定的、刚性的旋转轴线。陀螺轴承电机包括气浮轴承电机和液浮轴承电机，其中气浮轴承电机的间隙对电机的承载能力和可靠性有重要影响。

如图1所示，为一种现有气浮轴承电机，包括转轴01、左止推板02、右止推板03、转子04、定子05、轴套06和螺母07；而在实际装配过程中，由于转子04内圈和轴套06外圈的加工误差，会产生不同类型的径向装配误差，如图2-5所示；同时，如图6和图7所示，由于止推板(即左止推板02和右止推板03)的微变形以及转子04和轴套06端面的加工误差，会产生不同类型的轴向装配误差；由于上述多种不同类型误差的存在，导致气浮轴承电机间隙的准确性、有效性和真实性不易确定。

为实现气浮轴承电机间隙测量的准确性、有效性和真实性，亟需一种客观、准确、多维度的评价方法，来有效、准确评价气浮轴承电机间隙，从而提高气浮轴承电机的工作可靠性。

发明内容

本发明的目的是解决现有气浮轴承电机的间隙难以进行有效、准确的评价，导致气浮轴承电机工作可靠性较低的技术问题，而提供一种气浮轴承电机间隙评价方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

1.一种气浮轴承电机间隙评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据待装配气浮轴承电机的尺寸、形状和数量，选择多个相应的轴套和转子进行一一配对组装，完成气浮轴承电机中轴套和转子的装配，并分别对多个气浮轴承电机的径向间隙进行评价，得到径向间隙的结果；

S2、在多个轴套和对应转子上分别安装止推板，完成气浮轴承电机的装配，并分别对多个气浮轴承电机的轴向间隙进行评价，得到轴向间隙的结果；

S3、获取气浮轴承电机在不同组合间隙下的理论刚度值G；所述组合间隙是指径向间隙和轴向间隙的组合；依次获取所有气浮轴承电机径向和轴向的实际刚度值D；

依次根据多个气浮轴承电机的径向间隙和轴向间隙，将其径向和轴向的实际刚度值D分别与对应组合间隙下的理论刚度值G进行比对，获取径向和轴向的刚度误差值F，依次判断每个气浮轴承电机径向和轴向的刚度误差值F是否均满足预设误差条件；若均满足，则完成气浮轴承组合间隙评价；若任一不满足或均不满足，则拆卸气浮轴承电机，并返回S1，直至满足要求。

进一步地，S1具体为：

S1.1、根据待装配气浮轴承电机的尺寸、形状和数量，选择多个相应的轴套和转子；

S1.2、获取多个转子内圈的圆柱度和最大不平行度，以及多个轴套外圈的圆柱度和最大不平行度，并筛选出圆柱度和最大不平行度均符合预设条件的转子和轴套；

S1.3、依次根据转子内圈的圆柱度和最大不平行度匹配对应圆柱度和最大不平行度的轴套，配对后再将两者组装，完成所有气浮轴承电机中转子和对应轴套的组装；

S1.4、计算每个转子内圈理论尺寸与对应轴套外圈理论尺寸之差，记为理论径向间隙A；并依次测量每个转子和对应轴套的实际径向间隙B，再将每个转子和对应轴套的理论径向间隙A与实际径向间隙B做差获得实际径向误差值C；依次判断每个转子和对应轴套的实际径向误差值C是否大于预设径向误差值，若大于，则返回S1.3，直至获取的实际径向误差值C不大于预设径向误差值；若不大于，则完成对轴套和转子径向间隙的测量，也即完成对气浮轴承的径向间隙的评价。

进一步地，S1.2中，所述预设条件为：

转子和轴套的圆柱度均不大于0.5um，最大不平行度均不大于0.6um；

S1.4中，所述预设径向误差值为0.2um。

进一步地，S1.3具体为：

S1.3.1、根据圆柱度将多个转子和轴套分别划分为N个不同圆柱度区间的组别，再根据最大不平行度将多个转子和轴套分别划分为M个不同最大不平行度区间的组别；

S1.3.2、依次将圆柱度在同一组别，及最大不平行度在同一或相邻组别的转子和轴套进行一一配对，配对后再将两者组装，完成所有转子和对应轴套的组装。

进一步地，S2具体为：

S2.1、根据止推板的设计要求，设计并制造尺寸相同的基准止推板，且基准止推板的平面度和平行度均满足预设条件，变形量均不大于预设变形量；

S2.2、依次测量多个转子和对应轴套端面与轴线之间的实际垂直度，并要求所有转子和对应轴套端面与轴线之间的实际垂直度的实际垂直度满足预设垂直度条件；若不满足，则将该转子和对应轴套做淘汰处理；

S2.3、分别对多个实际止推板的变形量进行测量，获取所有实际止推板的实际变形量，并筛选出实际变形量不大于标准变形量的实际止推板；

S2.4、依次对多个转子与对应轴套之间的轴向高度差进行测量，获取所有转子与对应轴套的实际高度差；

步骤2.5、依次在多个转子和对应轴套上安装基准止推板，并依次对气浮轴承电机的轴向间隙进行测量，获取所有气浮轴承电机的第一轴向间隙；

S2.6、依次拆卸多个转子和对应轴套上的基准止推板，依次在多个转子和对应轴套上安装实际止推板，完成所有气浮轴承电机的装配，并依次对每个气浮轴承电机的轴向间隙进行测量，获取所有气浮轴承电机的第二轴向间隙；

S2.7、依次计算所有转子与对应轴套的实际高度差和对应第一轴向间隙的差值，依次记为Δ

进一步地，S2.1中，所述预设条件为平面度不大于0.2um，平行度不大于0.3um；

S2.2中，所述预设垂直度条件为垂直度不大于0.2um；

S2.1和S2.3中，所述标准变形量为0.2um；

S2.7中，Δ

进一步地，在S3中，根据如下公式计算气浮轴承电机理论上在不同组合间隙下的理论刚度值G；

式中：R

进一步地，在S3中，根据如下公式获取刚度误差值F：

F＝|D-G|/G；

所述预设误差条件为：

F≤15％。

进一步地，在S3中，将气浮轴承电机安装在外部的刚度测试仪上，分别对气浮轴承电机进行径向和轴向的刚度测试，从而获取气浮轴承电机径向和轴向的实际刚度值D。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明从气浮轴承电机的径向间隙、轴向间隙和组合间隙，三个不同的维度对气浮轴承电机的间隙进行评价，形成了一个准确性较高的评价体系；并且可以适用于各种类型的气浮轴承电机，适用范围广。

2、本发明将转子和轴套的圆柱度划分为N个连续的区间，再将转子和轴套的最大不平行度划分为M个连续的区间；最后将圆柱度的区间在同一区间，及最大不平行度的区间最接近的转子和轴套进行匹配，完成配对后再将两者组装，从而降低了两者的装配误差。

3、本发明通过高精度基准止推板，有效降低形位精度和止推板变形对轴向间隙测试的影响，提高轴向间隙测试的稳定性。

4、本发明从气浮轴承电机轴承零件形位公差的控制、轴承零件匹配到组合间隙和刚度的验证，系统性的解决气浮轴承电机轴承可靠性评价问题，具有较强的实用性。

附图说明

图1是现有气浮轴承电机的结构示意图；

图2是现有气浮轴承电机中腰鼓形内孔形状误差的结构示意图；

图3是现有气浮轴承电机中喇叭形内孔形状误差的结构示意图；

图4是现有气浮轴承电机中锥形内孔形状误差的结构示意图；

图5是现有气浮轴承电机中弯曲形内孔形状误差的结构示意图；

图6是现有气浮轴承电机中倾斜形端面形状误差的结构示意图；

图7是现有气浮轴承电机中塌边形端面形状误差的结构示意图；

图8是本发明实施例中气浮轴承电机间隙和理论刚度值的对应曲线图。

图中，01-转轴，02-左止推板，03-右止推板，04-转子，05-定子，06-轴套，07-螺母。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种气浮轴承电机间隙评价方法作进一步详细说明。根据下面具体实施方式，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的；其次，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。

本实施例提供了一种气浮轴承电机间隙评价方法，包括以下步骤：

S1、根据待装配气浮轴承电机的尺寸、形状和数量，选择多个相应的轴套和转子进行一一配对组装，完成气浮轴承电机中轴套和转子的装配，并分别对多个气浮轴承电机的径向间隙进行评价，得到径向间隙的结果；

S1.1、根据待装配气浮轴承电机的尺寸、形状和数量，选择多个相应的轴套和转子；

S1.2、获取多个转子内圈的圆柱度和最大不平行度，以及多个轴套外圈的圆柱度和最大不平行度，并筛选出圆柱度和最大不平行度均符合预设条件的转子和轴套；预设条件为：转子和轴套的圆柱度均不大于0.5um，最大不平行度均不大于0.6um；

具体的，利用圆度测量仪对转子的圆柱度和最大不平行度进行测量；以圆柱外圆母线等分测量7条圆周圆度曲线(去除上、下各一条，剩余5条)，沿圆柱轴线做横截面，横截面与前述5条圆周圆度曲线相交有左侧5个点、右侧5个点，将左右5个点分别进行拟合直线(最小二乘法)，以拟合直线作为新的母线，即可得到在该横截面下的最大不平行度差值，沿圆柱轴向可以按照不同位置做多个横截面，其最大值即为最大不平行度。采用同样的方法即可获得轴套的最大不平行度。圆柱度为任一垂直截面最大尺寸与最小尺寸差，可通过两点法、三点法、三坐标测量法、数据采集仪连接百分表测量方法等方法进行测量。

S1.3、依次根据转子内圈的圆柱度和最大不平行度匹配对应圆柱度和最大不平行度的轴套，配对后再将两者组装，完成所有气浮轴承电机中转子和对应轴套的组装；

S1.3.1、根据圆柱度将多个转子和轴套分别划分为N个不同圆柱度区间的组别，再根据最大不平行度将多个转子和轴套分别划分为M个不同最大不平行度区间的组别；

具体的，对多个转子内圈的圆柱度进行组别划分，以0.35um为临界点，划分P1[0,0.35]，P2(0.35,0.5]两个不同区间段的组别。对多个转子内圈的最大不平行度进行组别划分，以0.1um为基础区间段，划分Q1[0,0.1]，Q2(0.1,0.2]，Q3(0.2,0.3]，Q4(0.3,0.4]，Q5(0.4,0.5]，Q6(0.5,0.6]六个不同区间段的组别。

对多个轴套外圈的圆柱度进行组别划分，以0.35um为临节点，划分为p1[0,0.35]，p2(0.2,0.5]两个不同区间段的组别。对多个轴套外圈的最大不平行度进行组别划分，以0.1um为基础区间段，划分为q1[0,0.1]，q2(0.1,0.2]，q3(0.2,0.3]，q4(0.3,0.4]，q5(0.4,0.5]，q6(0.5,0.6]六个不同区间段的组别。

S1.3.2、依次将圆柱度在同一组别，及最大不平行度在同一或相邻组别的转子和轴套进行一一配对，配对后再将两者组装，完成所有转子和对应轴套的组装；

具体的，根据形位误差对等配对原则：圆柱度组别一一对应，最大不平行度就近选配(同一组别或相邻组别)进行配对：

1)若转子内圈圆柱度位于P1[0,0.35]区间内，最大不平行度在Q1[0,0.1]区间内，可以选配的轴套为：p1[0,0.35]、q1[0,0.1]或者p1[0,0.35]、q2(0.1,0.2]。

2)若转子内圈圆柱度位于P2(0.35,0.5]区间内，最大不平行度在Q1[0,0.1]区间内，可以选配的轴套为：p1[0,0.35]、q1[0,0.1]或者p1[0,0.35]、q2(0.1,0.2]。

3)若转子内圈圆柱度位于P1[0,0.35]区间内，最大不平行度在Q2(0.1,0.2]区间内，可以选配的轴套为：p1[0,0.35]、q1[0,0.1]或者p1[0,0.35]、q2(0.1,0.2]或者p1[0,0.35]、q3(0.2,0.3]。

4)若转子内圈圆柱度位于P1[0,0.35]区间内，最大不平行度在Q3(0.2,0.3]区间内，可以选配的轴套为：p1[0,0.35]、q2(0.1,0.2]或者p1[0,0.35]、q3(0.2,0.3]或者p1[0,0.35]、q4(0.3,0.4]。

5)若转子内圈圆柱度位于P1[0,0.35]区间内，最大不平行度在Q4(0.3,0.4]区间内，可以选配的轴套为：p1[0,0.35]、q3(0.2,0.3]或者p1[0,0.35]、q4(0.3,0.4]或者p1[0,0.35]、q5(0.4,0.5]。

6)若转子内圈圆柱度位于P1[0,0.35]区间内，最大不平行度在Q5(0.4,0.5]区间内，可以选配的轴套为：p1[0,0.35]、q4(0.3,0.4]或者p1[0,0.35]、q5(0.4,0.5]。

7)若转子内圈圆柱度位于P1[0,0.35]区间内，最大不平行度在Q6(0.5,0.6]区间内，可以选配的轴套为：p1[0,0.35]、q5(0.4,0.5]。

S1.4、依次计算每个转子内圈理论尺寸与对应轴套外圈理论尺寸之差，记为理论径向间隙A；并依次测量每个转子和对应轴套的实际径向间隙B，再将每个转子和对应轴套的理论径向间隙A与实际径向间隙B做差获得实际径向误差值C；依次判断每个转子和对应轴套的实际径向误差值C是否大于预设径向误差值，预设径向误差值为0.2um；若大于，则返回S1.3，直至获取的实际径向误差值C不大于预设径向误差值；若不大于，则完成对轴套和转子径向间隙的测量，也即完成对气浮轴承的径向间隙的评价。

S2、在多个轴套和转子上分别安装止推板，完成气浮轴承电机的装配，并分别对多个气浮轴承电机的轴向间隙进行评价，得到轴向间隙的结果；

S2.1、根据止推板的设计要求，设计并制造尺寸相同的基准止推板，且基准止推板的平面度和平行度均满足预设条件，变形量均不大于预设变形量。

S2.2、依次测量多个转子和对应轴套端面与轴线之间的实际垂直度，并要求所有转子和对应轴套端面与轴线之间的实际垂直度的实际垂直度满足预设垂直度条件；若不满足，则将该转子和对应轴套做淘汰处理；预设垂直度条件为垂直度不大于0.2um。

S2.3、分别对多个实际止推板的变形量进行测量，获取所有实际止推板的实际变形量，并筛选出实际变形量不大于标准变形量的实际止推板，标准变形量为0.2um。

S2.4、依次对多个转子与对应轴套之间的轴向高度差进行测量，获取所有转子与对应轴套的实际高度差；

具体的，为了保证测量的准确性，按照如下方式测量转子和轴套的实际高度差：沿圆周方向共测量六个不同的点，相邻两个点间隔60°，并记录测量值，去除最大值和最小值后，对剩余四个测量值取平均值，作为转子和轴套的实高度差。

步骤2.5、依次在多个转子和对应轴套上安装基准止推板，用0.6N/m的力矩将螺母锁紧，依次利用电机组合间隙测试工装对气浮轴承电机的轴向间隙进行测量，一共测量四次，每转动90°测量一次，取四次测量的平均值记为第一轴向间隙，获取所有气浮轴承电机的第一轴向间隙。

S2.6、依次拆卸多个转子和对应轴套上的基准止推板，再依次在多个转子和对应轴套上安装实际止推板，用0.6N/m的力矩将螺母锁紧，依次利用电机组合间隙测试工装对对气浮轴承电机的轴向间隙进行测量，一共测量四次，每转动90°测量一次，取四次测量的平均值记为第二轴向间隙，获取所有气浮轴承电机的第二轴向间隙。

S2.7、依次计算所有转子与对应轴套的实际高度差和对应第一轴向间隙的差值，依次记为Δ

S3、获取气浮轴承电机理论上在不同组合间隙下的理论刚度值G，该组合间隙是指径向间隙和轴向间隙的组合，例如：径向间隙为2um，轴向间隙为4um，则组合间隙则为(2um,3um)，在下述计算组合间隙的理论刚度值时，依次计算径向间隙和轴向间隙的理论刚度值，所得径向间隙和轴向间隙的理论刚度值组合即为组合间隙的理论刚度值；

根据如下公式计算气浮轴承电机理论上在不同组合间隙下的理论刚度值G；

式中：R

一般情况下，气浮轴承电机的径向间隙在2um～4um之间，轴向间隙在3-6um之间，本发明计算了间隙在2um～6um范围内的理论刚度值，其对应关系可参考图8，并建立如下表所示的对应计算结果，可供后续获得多个气浮轴承电机在其径向间隙和轴向间隙下的实际刚度值后，将径向和轴向的实际刚度值分别与对应的理论刚度值进行对比计算；

表1轴承组合间隙与理论刚度的对应计算结果

例如，若测得径向间隙为3.2、轴向间隙为4.2的气浮轴承电机，其径向实际刚度值为24，轴向实际刚度值为10，则先按照径向间隙为3.2，查询上表，将间隙为3.2的理论刚度值与测得的径向实际刚度值进行比对计算，再将间隙为4.2的理论刚度值与测得的轴向实际刚度值进行比对计算。

依次将气浮轴承电机安装在外部的刚度测试仪上，并依次对气浮轴承电机进行径向和轴向的刚度测试，从而获取所有气浮轴承电机径向和轴向的实际刚度值D；

依次根据多个气浮轴承电机的径向间隙和轴向间隙，将其径向和轴向的实际刚度值D与对应组合间隙下的理论刚度值G进行比对，获取径向和轴向的刚度误差值F，根据如下公式获取刚度误差值F：F＝|D-G|/G；依次判断每个气浮轴承电机的径向和轴向刚度误差值F是否均满足预设误差条件；预设误差条件为：F≤15％；若均满足，则完成气浮轴承组合间隙评价；若任一不满足或均不满足，则拆卸气浮轴承电机，并返回S1，直至满足要求。