电机转子轴径向跳动检测系统的研究

1、第32卷 第1期2010年2月武汉理工大学学报 信息与管理工程版J OURNAL OF WUT (I N FORM AT I ON &MANAGE M ENT E NG I NEER I NG V o.l 32N o .1Feb .2010文章编号:1007-144X (201001-0081-04文献标志码:A电机转子轴径向跳动检测系统的研究江宝玉1,吉孔武2,屠岳明3,叶 锋2,4,肖金生1,2(1.武汉理工大学计算机科学与技术学院,湖北武汉430070;2.武汉理工大学汽车工程学院,湖北武汉430070;3.宁波恒特汽车零部件有限公司,浙江宁波315177;4.江汉大学数学与计算机学院,

2、湖北武汉430056摘 要:针对目前汽车电动玻璃升降器用电机转子轴径向跳动检测设备的落后状态,研究开发出一种新型的车用电机转子轴径向跳动在线检测系统。该系统使用高精度的测量仪表,根据W i n32型R S232C 专用接口的协议,实现测量仪表与计算机的串口通信,提高了电机转子轴径向跳动测量的精确度。同时使用两个步进电机作为测量和校直的驱动装置,从而大大提高了电机转子轴的检测精度和校直效率。应用结果表明,该系统运行稳定可靠,较好地完成了对产品的检测和校直任务。关键词:电机转子;串口通信;R S232C 协议;径向跳动中图分类号:TP273DO I :10.3963/.j issn .1007-1

3、44X.2010.01.022 收稿日期:2009-07-17.作者简介:江宝玉(1984-,女,福建龙岩人,武汉理工大学计算机科学与技术学院硕士研究生.电动窗升降器使用的电机转子由于转子轴的长径比很大,生产过程中容易产生弯曲变形,使其径向跳动量增大,从而使电机工作时噪声增大,输出功率减小,电机使用寿命缩短1-2。因此,对电机转子轴径向跳动的检测与校直是电机生产过程中至关重要的一个步骤。目前,电机转子轴径向跳动的检测方法大多数是由工作人员使用普通千分表进行测量,测量结果不准确。而校直电机转子轴径向跳动的工作人员靠工作经验根据普通千分表的目测值使用人力校直,校直效果不佳。为此,笔者开发出了一套新

4、的检测系统,实现电机转子轴径向跳动的智能检测,并校直不合格转子,大大提高了生产效率和精确度。1 电机转子轴径向跳动检测系统原理1.1 原理图图1为电机转子轴的径向跳动检测系统原理图,它来源于笔者参与设计的汽车零部件生产检测系统,目的是检测电机转子轴的径向跳动并对不合格电机转子进行校直。图1中工件压紧气缸和锁紧气缸的作用是固定电机转子,防止电机转子在测量和校直过程中移动。测量驱动装置和校直驱动装置由计算机通过控制器控制,前者属于测量机构,工作时将推动图1 电机转子轴的径向跳动检测系统原理图电机转子旋转,后者属于校直机构,垂直放置于电机转子轴顶端下方。测量仪表的触头可以在校直驱动装置的推杆头内上下

5、移动。测量时测量仪表的数据变化量即为转子轴径向跳动。系统检测结果可以由打印机打印输出。1.2 步进电机笔者选用步进电机作为测量驱动装置和校直驱动装置的动力源。步进电机3-4是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号,就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为步距角,其旋转是以固定的角度一步一步运行的,可以通过脉冲个数控制角位移量,从而达到准确定位的目的。由于电机转子轴的直径非常小,研究的难点之一就是如何准确测量出转子轴的径向跳动值。另一个难点是由于转子轴的长径比很大,校直时的压紧力稍微偏大就会引起转子弯曲变形,而压紧力太小又不能起到校直作用。因此,测量径向跳动

6、时使用步进电机能够准确测量出转子轴在整个圆周范围内的径向跳动,校直时使用步进电机可以精确设定校直力大小。1.3 测量仪表径向跳动的测量方法一般有非接触测量和接触测量两大类5。由于笔者所用的电机转子轴直径很小,非接触测量方法不能满足测量要求,因此笔者采用接触测量方法,选用由桂林广陆数字测控股份有限公司生产的数显千分表。该数显千分表产品规格为06.5mm ,具有输出接口,通过专用适配器可实现RS232C 的接口功能,它通过W i n 32型RS232C 专用接口与PC 机相连接。RS232C 接口是一种常见的异步通信标准接口,它定义了按位串行传输的数据终端设备(DTE 与数据通信设备(DCE 之间

7、的接口信息6-7,因此,可以利用VC +对RS232C 串口编程实现数据采集。该数显千分表RS232C 接口的波特率为4800波特,数据位为8位,停止位为1位,无校验。数据以ASC II 码,即文本格式发送,每个测量数据结束后以回车符结束,不间断主动发送。数据帧格式如图2 所示。图2 数据帧格式测量数据的ASC II 码有10个位,即开头是正号或负号,然后是8位数字(其中包括1位小数点,最后1位是回车符的ASC II 码。2 电机转子轴径向跳动检测系统的实现首先计算机发出测试信号,测量机构开始工作。测量驱动装置推动电机转子转动,计算机在转子转动过程中不断记录径向跳动的测量数据和转子转过的角度。

8、当转子转动一周后,计算机处理测量数据,判断径向跳动是否符合相应的标准(转子轴径向跳动 0.03mm 。若不符合标准,计算机将驱动校直机构对电机转子校直。校直机构开始工作时,计算机根据所测得的径向跳动最大偏差值用胡克定律计算出校直时所需的行程值。计算机给出信号,由校直驱动装置在电机转子径向跳动最大偏差值位置进行反向校直。校直完成之后驱动测量机构再次测量径向跳动以检验校直结果。该系统的实现步骤大致可以简述为检测、校直和再检测。具体实现步骤如下:(1将电机转子放入工件槽中,压紧电机转子使其在测试的过程中不会滑动。(2打开串口,并进行初始化。笔者采用M i crosoft 公司提供的简化W i n d

9、ow s 下串行通信编程的MSCo mm 控件8,根据数显千分表接口的数据传输协议对串口进行初始化:m _co mm 1.SetSet ti n gs(!4800,n ,8,1。处理通信问题时采用M SCo mm 控件提供的事件驱动方法9。驱动方法为每当串口接收缓冲区中有多于或等于10个字符时将引发一个接收数据的OnCo mm 事件10:m _co mm 1.Set R Thresho l d (10。(3根据电机转子的直径计算转子旋转一周步进电机所需的脉冲数,然后将该脉冲数平均分为N 组发送给测量步进电机。如所需脉冲总数为33510,将其分为30组,每组有1117个脉冲,发送指令为:GT_L

10、nXYZ(1117,0,0,每次执行完这个指令就通过串口采集测量仪表数据,储存该数据以及已经发送的脉冲总数。(4关闭串口,同时找出N 组径向跳动数据中的最大值与最小值并计算两个值之差,若该值小于或等于0.03mm,记为!合格退出检测;否则记为!不合格转至步骤(5进行校直。(5将径向跳动最大值位置所对应的脉冲数发给测量步进电机,驱动其反向运动从而推动电机转子反向旋转至径向跳动最大偏差值位置。(6根据径向跳动最大偏差值,用胡克定律计算出校直步进电机校直时所需的脉冲数发送给校直步进电机,驱动其对电机转子进行校直。(7按照步骤(3、(4的方法再次检测电机转子轴的径向跳动并判断径向跳动是否合格。在测量和

11、校直的过程中,计算机存储并可实时绘出电机转子轴的径向跳动与电机转子旋转角度的关系曲线以及校直力与时间的关系曲线,其系统流程图如图3所示。82武汉理工大学学报 信息与管理工程版2010年2月图3 系统流程图3 运行测试将系统运用于国内某汽车零部件有限公司的汽车电动玻璃升降器用电机的生产线,以该公司HT型电机为测试对象。在测试的过程中,笔者发现因为工艺、材质的差异性,具有相同径向跳动偏差程度的电机转子在相同校直力的作用下产生的效果不同,有些能将电机转子的径向跳动偏差值校直到0.03mm以下,有些则是随着校直次数的增加偏差程度增大。同时还发现径向跳动偏差程度比较大的电机转子轴所用材料的特性偏差较大,

12、不容易校直。为此,可以将径向跳动偏差值分成几个阶段分别进行处理,在原来校直力的基础上对不同的跳动偏差值用不同的系数加以修正。经过多次的抽样测试和系数的调整之后,试验结果如表1所示,大部分径向跳动偏差值大于0.03 mm的电机转子都能校直到0.03mm以下,一次校直成功率达85%以上。4 结论系统利用步进电机准确定位的特性,将其用作测量和校直驱动装置的动力源,不仅可以准确测量出电机转子轴的径向跳动,而且能够准确找出径向跳动最大的位置并进行校直,一次校直成表1 试验结果对照表校直前径向跳动偏差值/mm校直力/N校直后径向跳动偏差值/mm校直前径向跳动偏差值/mm校直力/N校直后径向跳动偏差值/mm

13、0.03112.2100.0280.05825.1500.0220.07839.5600.0160.07232.7200.0220.06729.3000.0260.09643.4700.0200.05824.6500.0290.08239.8000.0200.03411.7200.0240.03712.7000.0270.04316.3600.0320.07233.9400.0240.06228.5700.0220.05423.6900.0240.06730.7700.0140.14045.6700.0300.09147.1300.0180.07032.2300.0260.13967.4000

14、.0760.06130.7700.0170.08544.6900.0300.05223.9300.0170.08343.7100.0240.06329.7900.0330.03613.9200.0280.05425.4000.0080.05324.6600.0150.05526.3700.0250.07938.1000.0180.10547.6200.0350.05022.4700.0180.07536.8700.0150.07435.6500.0250.06831.9900.0250.06430.5300.0990.04119.2900.0210.07436.6300.0120.05927.

15、1100.010功率可达85%以上。数显千分表的使用也大大提高了测量的精确度,其RS232C接口在使用过83第32卷 第1期江宝玉,等:电机转子轴径向跳动检测系统的研究 程中性能稳定,极少出现数据丢失现象。目前,该系统已成功地应用于国内某汽车零部件有限公司的汽车零部件生产检测系统,较好地完成了对产品的检测和校直任务,大大地提高了生产质量和生产效率。参考文献:1 马宏忠.电机状态监测与故障诊断M.北京:机械工业出版社,2007:518-550.2 阎治安,崔新艺,苏少平.电机学M.西安:西安交通大学出版社,2006:100-300.3 叶云岳.直线电机原理与应用M.北京:机械工业出版社,2000

16、:86-103.4 固高科技(深圳有限公司.GE系列运动控制器编程手册DB/OL.2009-07-17.h ttp:/www.googo .5 许廖.电机与电气控制技术M.北京:机械工业出版社,2003:15-140.6 黄同愿,甘利杰,刘涛.微型计算机原理与常用接口技术M.北京:中国水利水电出版社,2006:266-316. 7 李现勇.V isua l C+串口通信技术与工程实践M.北京:人民邮电出版社,2002:56-88.8 赵军,袁中凡,杨春生.利用V i sual C+下M SComm开发的串口通信软件J.中国测试技术,2006,23(11:97-99.9 陈传波,杜娟,张智杰.W

17、 I N32下基于R S232C协议的串口通信方法及应用研究J.南昌大学学报:工科版,2005(3:71-75.10 Q I AO Y,W ANG C,TAO W Q.The i m p l em enta tion o fmode m co mmunicati on w it h the M SCOMM contro lJ.Control&A utom ati on,2004(1:56-103.Radial Ju mpiness T est System ofM otor RotorJIANG B aoyu,JI K ong w u,TU Yue m ing,Y E F eng,X IAO

18、J ins hengAbstrac t:A new t ype o f rad i a l j ump i ness test syste m was developed for roto r usi ng seria l-port co mm un ica ti on me t hod.A cco rd i ng to RS232C pro t o co l under W i n32,co mm un ica ti on bet w een m easure m ent instru m ent and compu ter w as rea lized usi ng hi gh-accu

19、ra te m easurem ent i nstru m ent.The syste m accuracy w as there fore i m proved.T he use o f step-f o r w ard m ach i nes f o r mov i ng has i m proved the straighten i ng effic i ency and prec isi on g reatly.T he app licati on show ed t hat t h is syste m ran stably and accura tely and a ch i ev

20、ed t he testi ng and stra i ghten i ng work successfull y.K ey word s:mo tor rotor;ser i a l-port comm un i cation;R S232C protoco;l rad ial j u m pinessJI ANG B aoyu:Postgradua te;School o f Co m pute r Sc i ence and T echno logy,WU T,W uhan430070,China.编辑:王志全(上接第61页3-D FEM Analysis of ConicalM agn

21、etic Beari n gLI J iliang,GAO L in,LOU J ianyong,L I LichuanAbstrac t:Conical m agneti c bearings require on l y t w o rad i a l bear i ngs to f u lfill shaft contro l i n bo t h ax i a l and radial directi on.D ue to coupli ng bet w een ax i a l and radial directi on,t he ana l ysis and calculati ng for con i ca lm agnetic beari ngs becom e m ore comp l ex.A 3-D FE M model w as se t up for the ana l ysis of electro m agne ti c fi e l d.The3-D FE M ca lcu l a tion based on so ft wa re AN S Y S f o r con i ca lm agnetic