動壓馬達裝配難點及控制方法探討

李凱 譚少軒 劉康 馮春陽

摘要：動壓馬達因其可以實現陀螺儀表的長壽命、高精度及低噪音的目標，被各個國家廣泛應用于航天、航空等多個領域，作為慣性系統的核心組件，由于其裝配環境和裝配條件要求高等特點，實現大規模批產有較大難度。本文通過對動壓馬達裝配難點及控制的方法的描述，為相關生產單位提供一定的參考。

關鍵詞：精度? 配合間隙? 邊界潤滑? 螺旋槽

引言

動壓馬達作為慣性產品的核心組件，其廣泛應用于航天、航空等慣性產品的各分系統中，它是以動壓軸承取代滾珠軸承，其余結構保持不變，采用動壓軸承可以實現陀螺儀的長壽命、高精度及低噪音的目標。由于滾珠軸承含有有機油脂（潤滑脂），在受到核輻射后易影響其性能，進而影響馬達運轉狀態，造成儀表精度受到影響而發生變化。動壓軸承則無此缺點，但它的加工精度、裝配和使用條件要求都較高。

根據國內外動壓馬達的生產情況來看，目前國內動壓馬達主要有以下幾種結構形式：柱（H型）（圖1（a））、對置半球形（圖1（b））、對置錐體形（圖1（c））、整球形（圖1（d））。

1.動壓馬達主要結構

動壓馬達與滾珠馬達組成結構基本相同，其由兩部分組成：一是電機部分，電機通電后可以提供轉子體的旋轉驅動力矩;另一部分為：軸承部分，該軸承為動壓氣浮軸承，一般由一對左右對稱的零件構成。

1.1 動壓氣浮軸承

動壓馬達是根據流體力學的密度其原理設計，動壓氣浮軸承是支撐其工作的基本結構，其利用粘性氣隙構成的支撐就是動壓氣浮軸承。動壓氣浮軸承按其軸承表面形狀特征分為：螺旋槽軸承、人字槽軸承，階梯軸承，傾斜瓦軸承，箔帶軸承等。

1.2 動壓軸承剛度

動壓軸承剛度指流體動壓軸承每單位位移所產生的恢復力（矩），動壓軸承除了與流體動壓軸承的結構參數有關外，還與流體的粘度、壓力、溫度、可壓縮性等有關，動壓軸承剛度的測量一般是通過電容測微儀測量流體動壓軸承被施加載荷后軸承間隙的變化量后計算得到。

1.3螺旋槽

在流體動壓軸承表面加工的槽線為等角螺旋線的凹槽稱為螺旋槽，螺旋槽分為泵入式和泵出式兩種。具有螺旋槽的流體動壓軸承其承載能力和穩定性較其他形式更優越，螺旋槽主要有平面螺旋槽、球面螺旋槽、柱面螺旋槽 。

2 動壓馬達技術難點

動壓馬達設計生產過程涉及電磁學、流體動力學、結構力學、材料學、摩擦學、熱力學等多種學科，由于其高可靠性，高精度，高環境要求等特點，在生產過程中技術要求高，測試環境復雜。

2.1 邊界潤滑關鍵技術

邊界潤滑技術為動壓馬達產品加工過程的一項關鍵技術，由于動壓馬達在起、停瞬間，兩個相對面要進行接觸，產生低副（線接觸）或高副（面接觸），邊界潤滑技術是利用物理吸附或化學反應的方法，在摩擦副表面形成厚度在幾個分子層的表面膜，進一步降低摩擦副之間的摩擦系數，有利于提高動壓馬達的啟動性能和壽命[2]。

2.2材料表面鍍膜技術

鍍膜技術是利用各種物理的、化學的或機械的方法，使金屬表面獲得特殊的物理性能、組織結構和化學成分，從而提高馬達的耐摩擦磨損性能，從而提高馬達的使用壽命。

2.3 加工生產技術

由于柱形動壓馬達采用高精度氣浮止推軸承，馬達的軸向間隙、徑向間隙一般要求為微米級，零件的形位精度達到了亞微米級，因此對馬達的裝配及使用環境要求極高。故動壓馬達產品生產過程中零件的精密加工和裝配環境（潔凈度、相對濕度）控制是產品加工的技術難點。

1）潔凈度;如果裝配潔凈度不滿足要求，多余物會隨馬達內部氣流循環沉積在微小的軸承工作間隙，造成馬達摩擦力矩增大，嚴重時發生馬達卡死。

2）濕度;若裝配環境的空氣濕度很大，水漬的存在會形成彎月面力，從而增大了軸承表面的摩擦系數，進而增大摩擦力矩，嚴重時會造成馬達不起動。

3）軸承零件表面形貌精度;由于表面平面度要求較高，如果是特殊的表面形貌，且在馬達旋轉的情況下會存在相對運動的作用力。當長期靜置存放和垂直方向受力作用下會產生吸附現象，既發生“類塊規效應”。

3 動壓馬達生產控制方法

3.1轉子組合件精度與測量控制方法

動壓馬達轉子組合件由轉子體（包含磁鋼、飛輪、端環）、蓋、螺釘等零件組成，由于精度要求太高，造成加工與測量不易掌握。

1）要保證動壓馬達轉子組合件生產的圓柱度、同軸度的尺寸精度，主要依靠研磨棒進行保證。研磨棒要定期更換與修研，根據技術圖紙要求的圓柱度要求及尺寸圖，進行針對性修研。

3）轉子組合體的軸、徑向配合間隙決定了馬達的剛度大小，因此測量過程中待研磨后的零件冷卻后放置到位，同時兼顧平行度，采用測量棒與軸對比測量（力度的把握，尺子的有效用法）。

3.2半球動壓馬達球碗精度與測量控制方法

球碗是對置半球型動壓馬達的關鍵零件，它的主要精度要求是球碗五個截面的圓度10-4mm，同時要需要保證軸向和兩個徑向的間隙均等10-3mm。球碗由于要求測量參數較多，在測量過程中需要注意采用換位測量的思路進行，在裝配過程中需要從兩個方面進行掌控：

1）要把軸向間隙控制在一個有效的范圍內;

2）當兩端球碗出現較大差值時或即將超差，采取有效的補救方法。

3.3半球動壓馬達球碗精度與測量控制方法

影響動壓馬達功能正常的主要原因是多余物，針對多余物引起的動壓馬達故障，應加強動壓馬達裝配過程中多余物來源的排查、定位制定標準作業流程和排故指南，通過馬達表現出來的性能故障，準確判斷多余物性質[3]。

4 總結

動壓馬達作為慣性產品的核心高精度組件，其問題故障復雜，定位難度大，本文只是闡述了動壓馬達裝配難點和通用的一些控制手段，要實現動壓馬達的高合格率和大批量生產，磁性能材料選材、加工、處理，鍍膜的技術改進，引用新的檢測設備等措施都是重點研究和改進的方向，只有通過從設計、工藝、管理上不斷的改進和探索，才能攻克動壓馬達生產的瓶頸問題。

參考文獻：

[1]陸元九.慣性器件.北京：宇航出版社.1993

[2]譚映戈，張渝懷.關于降低動壓馬達氣浮軸承摩擦系數和磨損的研究[J].航與控制.2014.8

[3]孫文勝，?？∠?，張峰 .動壓馬達不啟動模式及故障樹研究[J].軍代表技術.2009.05

作者簡介：李凱，1978.1.男，漢族，陜西寶雞，大專，特級技師，研究方向：電機裝調專業