汽车发电机转子动平衡自动去重设计

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随着汽车发电机转子转速的提高，对转子不平衡的控制要求越来越严格，因此，转子的动平衡越来越受到发电机生产单位和发动机主机生产单位的重视。
     对汽车发电机转子的动平衡，目前普遍还是采用手工动平衡的方法，这种方法有如下缺点： ① 效率低。由于操作员凭经验操作，因而往往一台转子动平衡要反复多次； ② 精度差。由于加工中人的因素，因而平衡品质不可避免地会受人的情绪等影响； ③ 操作员劳动强度大。因此，在大规模生产中手工动平衡方法必然被机器自动加工所代替，目前，国内只有一些条件较好的发电机生产单位配备了相关设备，其中有国内科研单位开发生产的，也有引进的，但它们各自存在不足。从引进设备来讲，虽然其技术比较先进，性能较好，但存在成本较高、维护困难和不太适合中国国情等缺点。就国产设备来讲，也主要存在测试稳定性不够、调整操作复杂和机械系统设计自动化程度低等不足。因此，如何改进国产设备的设计，使其更好地满足国内需要，对节约外汇，提高国产设备的制造水平和发展经济具有重要的现实意义。

1　汽车发电机转子动平衡自动去重方法
     汽车发电机转子动平衡一般采用的是去重法。图1为某一汽车发电机转子(六爪极)的结构示意图，一般利用其左右端面作为去重校正平面，其去重过程如下：首先利用动平衡测试仪测试，给出不平衡量等效到两校正平面的量，即在两端面上的去重位置(相对基准位置的相位角度)和去重量，去重量是以“重径积”的形式给出的，即被去质量与其距离转子回转中心的距离的乘积。

               

                               
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                    图1　转子外形及去重位置示意图

    为使得去重设备在设计上有较大的差异。由图1可见，在转子左右端面上比较方便的去重位置为端面和端面肩部，采用这两种在左右两端面上校正时，可以采用去重钻头不动而通过转子转位来获得去重的相位位置，也可以采用转子固定而钻头在以转子回转中心为圆心的圆周上运动来获得去重的相位位置。第一种方法动力头设计较为简单，但转子夹紧的夹具设计复杂，两动力头不能同时进给，因而加工效率较低；第二种方法必须保证钻头的运动轨迹圆严格地以转子回转中心为回转中心，这是此方法加工的主要误差来源。此方法有如下的优点：①两动力头可以同时进给，效率较高；②钻头工进量控制方便。但它存在着动力头设计复杂，控制系统要求较高、较为复杂，因而制造成本高，在实际使用中采用这种方案的设备较少，而大多采用端面肩部的去重方案。

    采用左右端面肩部去重时，去重钻头只在进给方向运动，转子上去重位置只能由转子转位获得。该方法的优点是，①动力头设计简单，可直接采用通用的动力头；②去重位置在端面肩部，接近于转子的最大外圆，因而单位质量的去重量大；③没有同时动作要求，也就没有相应的控制要求，控制系统设计简单。其缺点是，①动力头不能同时进给，效率较低；②实现去重钻头的精确工进困难。但总的来说，这种方案系统设计简单可靠，设备制造成本低，比较有竞争力。

2　汽车发电机转子动平衡自动去重关键设计
     转子动平衡自动去重设计，关键要解决高精度和高效率两方面的问题。提高转子动平衡精度的关键在于：
　　 ① 提高测量精度。测量精度取决于测试设备，转子动平衡自动去重系统中，测试设备是最为关键的部分之一。动平衡测试方法很多，应用在生产中，要求其测试稳定性好，调整简单方便，目前它的发展方向是向信号处理的全数字化，即整个测试信号处理完全由数字处理系统取代模拟电路［4］。

                               
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图2　动力头结构示意图

　　② 提高去重加工精度。影响去重加工的因素归纳起来有如下两方面：一方面是去重加工的相位位置，另一方面是去重量。提高去重重量的精度控制关键是要精确控制去重钻头的工进位置(即动力头刚接触转子时开始工进)及钻头进给深度，此时可采用图2所示的动力头结构。
　　 要提高生产效率，就是要缩短一个转子的动平衡加工时间，包括测试时间、加工装夹时间、加工时间和复测时间。这可采取如下措施：
　　① 加快测试过程。这一部分和测试方法直接相关，采用快速稳定的测试方法，是缩短测试时

图3　转子自动装夹机构示意图

                               
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    ② 缩短装夹时加工对转子进行必要的装夹，对于动力头中钻头转位的端面去重方法，转子在加工过程中是固定不动的，只需在加工前对转子进行周向定位，装夹过程较为简单；对于加工中转子转位的端面肩部去重方法，因在去重时靠转子转位来确定去重位置，所以必须对转子进行很好的装夹处理，以保证转子精确转位。而人工完成这些操作是比较费时的，可采用如图3所示的自动装夹机构。其操作过程如下：
　　当机构检测到转子放下的信息后，由气缸1将转子推至转位活套，活套内有弹性楔块，用于捕捉转子上的基准键槽，转子由气缸1推到位后，由转位电机(步进电机或伺服电机)带动活套旋转；当活套楔块旋转至键槽位置时，弹性楔块自动插入键槽，利用楔块带动转子做转位旋转；当转子平衡加工完成后，由顶出气缸2将转子顶出活套至初始位置，由卸料机构取走转子(气缸2的缸径要大于气缸1的缸径，以保证在气缸1不卸载的情况下能顺利地将转子顶回)。利用这一机构，转子的定位装夹均是自动完成的，省去了人工操作时间。
　　③ 缩短平衡加工时间。平衡加工时间由钻头钻削时间决定，对于采用端面肩部去重方法，因去重部位只能在转子爪极上进行，因此最后的去重位置必须落实到某几个爪极上完成。这里就需有一套算法，要将左右端面上任意角度和大小的不平衡量分别分配到爪极上。如六爪极的转子，在某一端面最多有3个相邻的爪极上分配有去重量，利用它们的矢量和来合成其端面上的总的去重量和去重角度位置。由于这种方法去重时转子必须通过转位才能使动力头在要求的爪极上去重，动力头重复运动的次数较多，所以这种方法需要的加工时间较长，但可以通过缩短动力头退刀时间来缩短整个加工过程的时间。

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