一種高速磁懸浮電機組件測試臺的製作方法
2023-09-22 08:05:00 8
一種高速磁懸浮電機組件測試臺的製作方法
【專利摘要】一種高速磁懸浮電機組件試驗臺，在電機組件性能測試以及電機總體性能試驗中，對高速磁懸浮電機各組件起到夾持定位作用。其結構主要包括平臺基座部分和平臺基座上可以自動對中並且中心同軸的的大小兩種通孔八爪卡盤。平臺基座上固定有用於支撐和定位這兩種通孔八爪卡盤的滾動導軌以及用於移動卡盤架的滾珠絲槓機構。兩種通孔八爪卡盤結構相同，通過中心錐齒輪帶動兩側渦旋槽同時旋轉，從兩側推動八個活動卡爪同步向心運動夾持待測組件。本發明在試驗中夾持穩定、對中精度高，而且操作方便、適用範圍廣，可以方便得用於電機各個組件的性能測試以及電機總體的性能試驗。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種高速磁懸浮電機組件的機械試驗臺，在電機組件性能測試以及電 機總體性能測試中，對高速磁懸浮電機各組件起到夾持定位作用。 一種高速磁懸淳電機組件測試臺
【背景技術】
[0002] 對高速磁懸浮電機各個組件進行性能測試無論對於研發過程還是生產過程都有 非常重要的意義。電機轉子組件包含零件較多且裝配關係複雜，需要通過試驗來研究其在 高轉速載荷下的力學特性。在磁軸承的設計中，需要對磁軸承的性能進行試驗獲取相關反 饋數據。而且在高速磁懸浮電機的生產過程中也需要測試檢驗電機各個組件的性能是否可 靠。這些測試試驗由於電機轉數高、功率大、控制精度要求高等特點，對夾具的對中精度與 夾持強度也提出了較高要求。目前還沒有進行此類試驗的通用試驗臺，以往通常對單個零 件設計加工單一的夾具，不僅成本較高、通用性差，而且延長了研發周期。在高速磁懸浮電 機的整體性能測試時，以往的各個組件夾具之間很難保證對中精度，需要將磁懸浮電機各 組件與電機殼體裝配全部完成後進行各種測試，試驗成本較高，觀察性較差。
【發明內容】
[0003] 本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一款對中精度高、夾持穩 定、操作方便、通用性好的高速磁懸浮電機組件試驗臺。
[0004] 本發明的技術解決方案是：高速磁懸浮電機組件試驗臺，包括平臺基座、滾動導 軌、滾珠絲槓、絲槓螺母、擋板、絲槓支撐部件、絲槓固定部件、大通孔八爪卡盤和小通孔八 爪卡盤，其中滾珠絲槓置於平臺基座的中央用於移動兩種通孔八爪卡盤，高行走精度的滾 動導軌對稱布置於滾珠絲槓兩側用於定位兩種通孔八爪卡盤。滾珠絲槓左側通過深溝球軸 承與絲槓支撐部件相連，右側通過兩個角接觸球軸承與絲槓固定部件相連。絲槓螺母與滾 珠絲槓配合併且可以在平臺基座上表面滑動，可拆卸的擋板安裝在絲槓螺母卡槽內。滾動 導軌與絲槓支撐部件、絲槓固定部件通過螺釘與平臺基座相連。
[0005] 大通孔八爪卡盤和小通孔八爪卡盤結構相同，主要包括：卡盤架、卡盤機芯、端 蓋、滾珠滑塊。卡盤機芯安裝在卡盤架內，並且通過端蓋軸向固定。在卡盤架底部對稱安裝 兩個滾珠滑塊，通過滾珠滑塊與對稱固定於平臺基座的滾動導軌配合來定位兩種通孔八爪 卡盤。
[0006] 所述的卡盤機芯包括：中心錐齒輪、左渦旋盤、左錐齒輪、右渦旋盤、右錐齒輪、活 動卡爪和卡爪保持架。為了保證在大直徑下的夾持強度和對中精度，本發明採用八個活動 卡爪同步夾持組件。八個活動卡爪周向安裝在卡爪保持架的導向槽內，活動卡爪軸向通過 兩側的渦旋槽分別與左右渦旋盤配合。左右渦旋盤上分別通過螺釘安裝左右錐齒輪，左右 錐齒輪同時與卡爪保持架頂端的中心錐齒輪嚙合，從而實現由中心錐齒輪依次驅動左右錐 齒輪盤、左右渦旋盤、中間八個活動卡爪。中心錐齒輪下端安裝在卡爪保持架上，上端與卡 盤架相連。左右渦旋盤外徑與卡盤架內孔間隙配合。卡爪保持架外徑與卡盤架內孔配合併 且用螺釘固定。
[0007] 所述兩種通孔八爪卡盤是結構相同，大小不同的兩種規格，從而擴寬了試驗臺可 夾持組件的外徑範圍，大通孔八爪卡盤最大夾持直徑為300_可用來夾持電機定子組件和 磁懸浮軸承組件，小通孔八爪卡盤最大夾持直徑為150_可用來夾持機械保護軸承和傳感 器安裝架。
[0008] 所述的滾珠絲槓在絲槓固定部件外接一個伺服電機來驅動其正反轉，從而帶動絲 槓螺母在平臺基座上表面左右滑動。絲槓螺母通過一個可拆卸的厚擋板來單獨移動某個卡 盤架而不影響其他通孔八爪卡盤的定位。在平臺基座長度方向安裝標尺，這樣可以通過電 機方便的移動通孔八爪卡盤來調節試驗組件的軸向間隙。
[0009] 本發明的原理是：高速磁懸浮電機內的各個組件的外表面為不同直徑的圓柱面， 在試驗中要求各個組件保證較高的同軸度。本發明設計了大小兩種自動對中的通孔八爪 卡盤，採用了兩側渦旋槽同時驅動八個活動卡爪的方式，不僅保證了對中精度，而且保證了 夾持大直徑組件的夾持強度。使用扳手順時針轉動位於兩種通孔八爪卡盤頂部的中心錐 齒輪，通過中心錐齒輪嚙合左右錐齒輪推動與之相連的左右兩個渦旋盤分別向兩個方向轉 動，左右兩側渦旋盤通過渦旋槽分別從兩個旋向推動八個活動卡爪，使得八個活動卡爪同 步向中心移動夾緊試驗組件。左右渦旋盤是完全相同的零件，其渦旋槽的旋向都為順時 針。當左右渦旋盤在中心錐齒輪的推動下分別朝兩個方向轉動時，由於兩個渦旋盤面面相 對，因此分別在面向渦旋槽的方向上，兩個渦旋盤都是進行順時針轉動。活動卡爪兩側的渦 旋槽均為逆時針，八個活動卡爪可以由一個兩側刻有逆時針渦旋槽的盤狀零件等分切割而 成。卡盤架通過底部對稱的滾珠滑塊安裝於滾動導軌定位，不僅保證了不同通孔八爪卡盤 之間的對中精度，而且便於藉助滾珠絲槓實現通孔八爪卡盤的軸向移動。平臺基座上表面 固定有伺服電機驅動的滾珠絲槓結構，絲槓螺母通過一個可拆分的擋板與卡盤架連接。當 取下擋板時，絲槓旋轉帶動絲槓螺母左右移動不與任何通孔八爪卡盤幹涉。當需要移動某 個卡盤架時，只需要將絲槓螺母移動到卡盤架下並安裝擋板，由擋板推動其軸向移動。
[0010] 本發明與現有技術相比的優點在於：
[0011] (1)本發明所述的試驗臺，兩種通孔八爪卡盤內徑為通孔，結構的軸向長度也盡可 能的縮短，從而對被夾持組件的軸向長度限制較少。由於包含了大小兩種規格的通孔八爪 卡盤，徑向方向可夾持的尺寸範圍大。可以方便地夾持電機定子組件、磁懸浮軸承組件、傳 感器安裝架、機械保護軸承等一系列組件，具有較強的通用性和擴展性。使用多組不同規格 的通孔八爪卡盤安置在試驗臺上可以方便的布置實現不同的試驗。
[0012] (2)本發明所述的兩種通孔八爪卡盤軸向長度較短，不僅方便試驗設備的軸向布 置，而且便於觀察試驗現象及數據的採集。
[0013] (3)本發明所述的試驗臺，通過扳手轉動兩種通孔八爪卡盤頂端的中心錐齒輪可 以同時驅動兩側渦旋盤轉動，從而分別在活動卡爪的兩側從兩個旋向同時驅動八個活動卡 爪夾緊組件，不僅操作方便而且使組件夾持更加穩定。
[0014] (4)本發明所述的兩種通孔八爪卡盤結構簡單，其中左右渦旋盤以及左右錐齒輪 都為完全相同零件，使得整個八爪卡盤零件種類較少，便於零件加工裝配和使用維護。影響 對中精度的重要尺寸，例如卡盤架內孔及卡盤架底部的滾動滑塊安裝面、渦旋盤外徑等尺 寸，可以通過同種零件組合加工來最大程度地減少零件之間的尺寸誤差，保證不同通孔八 爪卡盤之間的對中精度。
[0015] (5)本發明所述的兩種通孔八爪卡盤通過滾珠滑塊固定在高行走精度的滾動導軌 上，通過絲槓螺母進行移動，定位精度高，軸向間隙調節更加方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發明的高速磁懸浮電機組件試驗臺整體結構簡圖；
[0017] 圖2為本發明所述的大通孔八爪卡盤及其卡盤機芯的結構爆炸圖，其中圖2a為大 通孔八爪卡盤結構爆炸圖，圖2b為卡盤機芯結構爆炸圖；
[0018] 圖3為本發明在具體應用實例中，本試驗臺連同被測試電機的結構示意圖；
[0019] 圖4為圖3所示應用的二維工程圖，其中圖4a為主視旋轉半剖視圖，圖4b為左視 半剖圖。
【具體實施方式】
[0020] 如圖1所示，本發明的磁懸浮電機組件試驗臺包括平臺基座1、滾動導軌2、滾珠絲 槓4、絲槓螺母6及擋板7、絲槓支撐部件3、絲槓固定部件5、大通孔八爪卡盤8和小通孔八 爪卡盤9,其中滾動導軌2、絲槓支撐部件3和絲槓固定部件5全部通過螺釘與平臺基座1 相連；滾珠絲槓4左側通過深溝球軸承與絲槓支撐部件3相連，右側通過兩個角接觸球軸承 與固定部件5相連；絲槓螺母6與滾珠絲槓4配合併且在平臺基座上表面滑動；可拆卸的 擋板7安裝在絲槓螺母6卡槽內。大通孔八爪卡盤8和小通孔八爪卡盤9放置在平臺基座 1上，其中大通孔八爪卡盤8可用來夾持電機定子組件和磁懸浮軸承組件，小通孔八爪卡盤 架9可用來夾持機械保護軸承和傳感器安裝架。
[0021] 圖2為本發明所述的大通孔八爪卡盤8及其卡盤機芯82的結構爆炸圖，如圖2a 所示大通孔八爪卡盤主要包括：卡盤架81、卡盤機芯82、端蓋83、滾珠滑塊84,卡盤機芯82 安裝在卡盤架81內，並且通過端蓋83軸向固定。在卡盤架81底部對稱安裝兩個滾珠滑塊 84與對稱固定於平臺基座1的滾動導軌2配合。
[0022] 如圖2b所示，所述的卡盤機芯82包括：中心錐齒輪821、左渦旋盤822、左錐齒輪 823、右錐齒輪826、右渦旋盤827、活動卡爪825和卡爪保持架824。本發明採用八個活動卡 爪825同步夾持組件，八個活動卡爪825周向安裝在卡爪保持架824的導向槽內，軸向兩側 通過兩側的渦旋槽分別與左右渦旋盤822、827配合。左右渦旋盤822、827上分別通過螺釘 安裝左右錐齒輪823、826,左右錐齒輪823、826同時與卡爪保持架824頂端的中心錐齒輪 821嚙合。從而實現由中心錐齒輪821同時驅動兩側錐齒輪盤823、826,兩側錐齒輪盤823、 826分別帶動兩側渦旋盤822、827,兩側渦旋盤822、827 -起驅動中間八個活動卡爪825來 夾緊組件。中心錐齒輪821下端安裝在卡爪保持架824上，上端與卡盤架81相連。左右渦 旋盤822、827外徑分別與卡盤架81內孔間隙配合。卡爪保持架824外徑與卡盤架81內孔 配合併且用螺釘固定。
[0023] 圖3為應用本發明的試驗臺測試某型號磁懸浮電機組件時，試驗臺布置方式的結 構示意圖。如圖3所示，在該應用中，採用四個大通孔八爪卡盤8分別夾持高速磁懸浮電機 的軸向磁軸承組件12、軸伸端徑向磁軸承組件13、非軸伸端徑向磁軸承組件14、電機定子 組件15,採用兩個小八爪卡盤9分別夾持軸伸端機械保護軸承11和非軸伸端機械保護軸 承10,電機轉子組件16放置在電機中心孔內，並與軸伸端機械保護軸承11和非軸伸端機 械保護軸承10留有保護間隙。各個組件的對中精度由大通孔八爪卡盤8、小通孔八爪卡盤 9和滾動導軌2保證，組件的軸向布置間隙通過滾珠絲槓4移動調節。本次應用中，採用軸 向磁軸承組件12、軸伸端徑向磁軸承組件13、非軸伸端徑向磁軸承組件14懸浮電機轉子組 件16,由電機定子組件15加載扭矩，軸伸端機械保護軸承11和非軸伸端機械保護軸承10 起輔助保護作用，可以測試電機各個組件的運行情況及電機總體的性能。圖4為圖3所示 應用的二維工程圖，其中圖4a為主視圖，圖4b為左視圖。如圖4a所示，四個大通孔八爪卡 盤8沿軸向布置於平臺基座1上，依次夾持高速磁懸浮電機的軸向磁軸承組件12、軸伸端 徑向磁軸承組件13、非軸伸端徑向磁軸承組件14、電機定子組件15,兩個小通孔八爪卡盤9 分別夾持軸伸端機械保護軸承11和非軸伸端機械保護軸承10,電機轉子組件16放置在電 機中心孔內。圖4a中局部放大圖所示為夾持電機定子組件15的大通孔八爪卡盤8的縱剖 圖結構，如圖所示夾持電機定子組件15的活動卡爪825與左右渦旋盤822、827嚙合，左右 渦旋盤上分別安裝左右錐齒輪823、826,整個卡盤機芯82安裝在卡盤架81內由端蓋83通 過螺釘壓緊。如橫向半剖圖4b所示，大通孔八爪卡盤8通過滾珠滑塊84與對稱固定於平 臺基座1的滾動導軌2配合定位，滾珠絲槓4置於兩個滾動導軌2中間。大通孔八爪卡盤 8的八個活動卡爪825通過卡爪保持架824頂端的中心錐齒輪821驅動同時夾緊非軸伸端 徑向磁軸承組件14。本發明的試驗臺也可用於電機單個組件的性能測試試驗，比如電機轉 子組件的力學特性試驗以及磁懸浮軸承組件的性能測試等。
[0024] 本發明說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。
【權利要求】
1. 一種高速磁懸浮電機組件試驗臺，其特徵在於：包括平臺基座（1)、滾動導軌（2)、滾 珠絲槓（4)、絲槓螺母￠)、擋板（7)、絲槓支撐部件（3)、絲槓固定部件（5)、大通孔八爪卡 盤⑶和小通孔八爪卡盤（9)，其中滾珠絲槓（4)置於平臺基座⑴的中央，高行走精度的 滾動導軌（2)對稱布置於滾珠絲槓（4)兩側；滾珠絲槓（4)左側通過深溝球軸承與絲槓支 撐部件（3)相連，右側通過兩個角接觸球軸承與絲槓固定部件（5)相連；絲槓螺母（6)與滾 珠絲槓（4)配合併且可以在平臺基座（1)上表面滑動，可拆卸的擋板（7)安裝在絲槓螺母 (6)的卡槽內；高行走精度的滾動導軌（2)與絲槓支撐部件（3)、絲槓固定部件（5)通過螺 釘與平臺基座（1)相連； 所述的大通孔八爪卡盤（8)主要包括卡盤架（81)、卡盤機芯（82)、端蓋（83)、滾珠滑 塊（84);其中卡盤機芯（82)安裝在卡盤架（81)內，並且通過端蓋（83)軸向固定；在卡盤 架（81)底部對稱安裝兩個滾珠滑塊（84)與對稱固定於平臺基座（1)的滾動導軌（2)配 合；所述的卡盤機芯（82)包括中心錐齒輪（821)、左渦旋盤（822)、左錐齒輪（823)、右錐齒 輪（826)、右渦旋盤（827)、八個活動卡爪（825)和卡爪保持架（824);八個活動卡爪（825) 沿周向安裝在卡爪保持架（824)的導向槽內，軸向兩側通過兩側的渦旋槽分別與左右渦旋 盤（822)、（827)配合；左右渦旋盤（822)、（827)上分別通過螺釘安裝左右錐齒輪（823)、 (826)，左右錐齒輪（823)、（826)同時與卡爪保持架（824)頂端的中心錐齒輪（821)嚙合； 中心錐齒輪（821)下端安裝在卡爪保持架（824)上，上端與卡盤架（81)相連；左右渦旋盤 (822)、（827)外徑分別與卡盤架（81)內孔間隙配合；卡爪保持架（824)外徑與卡盤架（81) 內孔配合併且用螺釘固定。
2. 根據權利要求1所述的高速磁懸浮電機組件試驗臺，其特徵在於：所述的大通孔八 爪卡盤（8)和小通孔八爪卡盤（9)結構相同、大小不同，擴寬了試驗臺可夾持組件的外徑範 圍，其中大通孔八爪卡盤（8)最大夾持直徑為300_，可用來夾持電機定子組件和磁懸浮軸 承組件，小通孔八爪卡盤（9)最大夾持直徑為150_，可用來夾持機械保護軸承和傳感器安 裝架。
3. 根據權利要求1所述的高速磁懸浮電機組件試驗臺，其特徵在於：所述大通孔八爪 卡盤（8)和小通孔八爪卡盤（9)通過兩個高行走精度的滾動導軌（2)定位，通過滾珠絲槓 機構（4)完成軸向移動，並且通過絲槓螺母（6)與一個可拆卸的擋板（7)配合來實現單獨 移動某個卡盤架而不影響其他卡盤的定位。
4. 根據權利要求1所述的高速磁懸浮電機組件試驗臺，其特徵在於：所述的卡盤機芯 (82)由中心錐齒輪（821)同時驅動左右錐齒輪（823)、（826)，左右錐齒輪（823)、（826)分 別帶動左右渦旋盤（822)、（827)，左右渦旋盤（822)、（827)再同時驅動中間八個活動卡爪 (825)來一起夾緊組件。
【文檔編號】G01R1/04GK104101741SQ201410350405
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月22日 優先權日:2014年7月22日
【發明者】劉剛, 董寶田, 韓邦成, 王坤, 鄭世強 申請人:北京航空航天大學