摘要：介紹了汽車發(fā)電機轉(zhuǎn)子動平衡自動去重系統(tǒng)設(shè)計，對比了兩種實際應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)缺點，有針對地提出了系統(tǒng)各部分設(shè)計方案的改進方法，為提高汽車發(fā)電機轉(zhuǎn)子自動動平衡設(shè)備的制造水平提出了實用方法。
關(guān)鍵詞：汽車發(fā)電機；轉(zhuǎn)子；自動動平衡
隨著汽車發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的提高，對轉(zhuǎn)子不平衡的控制要求越來越嚴(yán)格，因此，轉(zhuǎn)子的動平衡越來越受到發(fā)電機生產(chǎn)單位和發(fā)動機主機生產(chǎn)單位的重視。
對汽車發(fā)電機轉(zhuǎn)子的動平衡，目前普遍還是采用手工動平衡的方法，這種方法有如下缺點： ① 效率低。由于操作員憑經(jīng)驗操作，因而往往一臺轉(zhuǎn)子動平衡要反復(fù)多次； ② 精度差。由于加工中人的因素，因而平衡品質(zhì)不可避免地會受人的情緒等影響； ③ 操作員勞動強度大。因此，在大規(guī)模生產(chǎn)中手工動平衡方法必然被機器自動加工所代替，目前，國內(nèi)只有一些條件較好的發(fā)電機生產(chǎn)單位配備了相關(guān)設(shè)備，其中有國內(nèi)科研單位開發(fā)生產(chǎn)的，也有引進的，但它們各自存在不足。從引進設(shè)備來講，雖然其技術(shù)比較先進，性能較好，但存在成本較高、維護困難和不太適合中國國情等缺點。就國產(chǎn)設(shè)備來講，也主要存在測試穩(wěn)定性不夠、調(diào)整操作復(fù)雜和機械系統(tǒng)設(shè)計自動化程度低等不足。因此，如何改進國產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計，使其更好地滿足國內(nèi)需要，對節(jié)約外匯，提高國產(chǎn)設(shè)備的制造水平和發(fā)展經(jīng)濟具有重要的現(xiàn)實意義。
1汽車發(fā)電機轉(zhuǎn)子動平衡自動去重方法
汽車發(fā)電機轉(zhuǎn)子動平衡一般采用的是去重法［1,2］。圖1為某一汽車發(fā)電機轉(zhuǎn)子(六爪極)的結(jié)構(gòu)示意圖，一般利用其左右端面作為去重校正平面，其去重過程如下：首先利用動平衡測試儀測試，給出不平衡量等效到兩校正平面的量，即在兩端面上的去重位置(相對基準(zhǔn)位置的相位角度)和去重量，去重量是以“重徑積”的形式給出的，即被去質(zhì)量與其距離轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)中心的距離的乘積［3］。
圖1轉(zhuǎn)子外形及去重位置示意圖
由圖1可見，在轉(zhuǎn)子左右端面上比較方便的去重位置為端面和端面肩部，采用這兩種在左右兩端面上校正時，可以采用去重鉆頭不動而通過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)位來獲得去重的相位位置，也可以采用轉(zhuǎn)子固定而鉆頭在以轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)中心為圓心的圓周上運動來獲得去重的相位位置。第一種方法動力頭設(shè)計較為簡單，但轉(zhuǎn)子夾緊的夾具設(shè)計復(fù)雜，兩動力頭不能同時進給，因而加工效率較低；第二種方法必須保證鉆頭的運動軌跡圓嚴(yán)格地以轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)中心為回轉(zhuǎn)中心，這是此方法加工的主要誤差來源。此方法有如下的優(yōu)點：①兩動力頭可以同時進給，效率較高；②鉆頭工進量控制方便。但它存在著動力頭設(shè)計復(fù)雜，控制系統(tǒng)要求較高、較為復(fù)雜，因而制造成本高，在實際使用中采用這種方案的設(shè)備較少，而大多采用端面肩部的去重方案。
采用左右端面肩部去重時，去重鉆頭只在進給方向運動，轉(zhuǎn)子上去重位置只能由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)位獲得。該方法的優(yōu)點是，①動力頭設(shè)計簡單，可直接采用通用的動力頭；②去重位置在端面肩部，接近于轉(zhuǎn)子的最大外圓，因而單位質(zhì)量的去重量大；③沒有同時動作要求，也就沒有相應(yīng)的控制要求，控制系統(tǒng)設(shè)計簡單。其缺點是，①動力頭不能同時進給，效率較低；②實現(xiàn)去重鉆頭的精確工進困難。但總的來說，這種方案系統(tǒng)設(shè)計簡單可靠，設(shè)備制造成本低，比較有競爭力。
2汽車發(fā)電機轉(zhuǎn)子動平衡自動去重關(guān)鍵設(shè)計
轉(zhuǎn)子動平衡自動去重設(shè)計，關(guān)鍵要解決高精度和高效率兩方面的問題。提高轉(zhuǎn)子動平衡精度的關(guān)鍵在于：
① 提高測量精度。測量精度取決于測試設(shè)備，轉(zhuǎn)子動平衡自動去重系統(tǒng)中，測試設(shè)備是最為關(guān)鍵的部分之一。動平衡測試方法很多，應(yīng)用在生產(chǎn)中，要求其測試穩(wěn)定性好，調(diào)整簡單方便，目前它的發(fā)展方向是向信號處理的全數(shù)字化，即整個測試信號處理完全由數(shù)字處理系統(tǒng)取代模擬電路［4］。
圖2動力頭結(jié)構(gòu)示意圖
② 提高去重加工精度。影響去重加工的因素歸納起來有如下兩方面：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關(guān)鍵是要精確控制去重鉆頭的工進位置(即動力頭剛接觸轉(zhuǎn)子時開始工進)及鉆頭進給深度，此時可采用圖2所示的動力頭結(jié)構(gòu)［5］。
要提高生產(chǎn)效率，就是要縮短一個轉(zhuǎn)子的動平衡加工時間，包括測試時間、加工裝夾時間、加工時間和復(fù)測時間。這可采取如下措施：
① 加快測試過程。這一部分和測試方法直接相關(guān)，采用快速穩(wěn)定的測試方法，是縮短測試時間的主要途徑。
圖3轉(zhuǎn)子自動裝夾機構(gòu)示意圖
② 縮短裝夾時間。在轉(zhuǎn)子去重加工前應(yīng)對轉(zhuǎn)子進行必要的裝夾，對于動力頭中鉆頭轉(zhuǎn)位的端面去重方法，轉(zhuǎn)子在加工過程中是固定不動的，只需在加工前對轉(zhuǎn)子進行周向定位，裝夾過程較為簡單；對于加工中轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)位的端面肩部去重方法，因在去重時靠轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)位來確定去重位置，所以必須對轉(zhuǎn)子進行很好的裝夾處理，以保證轉(zhuǎn)子精確轉(zhuǎn)位。而人工完成這些操作是比較費時的，可采用如圖3所示的自動裝夾機構(gòu)。其操作過程如下：
當(dāng)機構(gòu)檢測到轉(zhuǎn)子放下的信息后，由氣缸1將轉(zhuǎn)子推至轉(zhuǎn)位活套，活套內(nèi)有彈性楔塊，用于捕捉轉(zhuǎn)子上的基準(zhǔn)鍵槽，轉(zhuǎn)子由氣缸1推到位后，由轉(zhuǎn)位電機(步進電機或伺服電機)帶動活套旋轉(zhuǎn)；當(dāng)活套楔塊旋轉(zhuǎn)至鍵槽位置時，彈性楔塊自動插入鍵槽，利用楔塊帶動轉(zhuǎn)子做轉(zhuǎn)位旋轉(zhuǎn)；當(dāng)轉(zhuǎn)子平衡加工完成后，由頂出氣缸2將轉(zhuǎn)子頂出活套至初始位置，由卸料機構(gòu)取走轉(zhuǎn)子(氣缸2的缸徑要大于氣缸1的缸徑，以保證在氣缸1不卸載的情況下能順利地將轉(zhuǎn)子頂回)。利用這一機構(gòu)，轉(zhuǎn)子的定位裝夾均是自動完成的，省去了人工操作時間。
③ 縮短平衡加工時間。平衡加工時間由鉆頭鉆削時間決定，對于采用端面肩部去重方法，因去重部位只能在轉(zhuǎn)子爪極上進行，因此最后的去重位置必須落實到某幾個爪極上完成。這里就需有一套算法［3］，要將左右端面上任意角度和大小的不平衡量分別分配到爪極上。如六爪極的轉(zhuǎn)子，在某一端面最多有3個相鄰的爪極上分配有去重量，利用它們的矢量和來合成其端面上的總的去重量和去重角度位置。由于這種方法去重時轉(zhuǎn)子必須通過轉(zhuǎn)位才能使動力頭在要求的爪極上去重，動力頭重復(fù)運動的次數(shù)較多，所以這種方法需要的加工時間較長，但可以通過縮短動力頭退刀時間來縮短整個加工過程的時間。
