范文一：电机可靠性试验台设计

电机可靠性试验台设计

摘要：主要是控制测功机对无刷直流电机进行空载、加载、堵转试验。通过传感器以及相关的仪器仪表来显示电机的转速、转矩、功率等相关参数曲线，来分析电机的可靠性。

关键词：无刷直流电机; 可靠性; 试验台

The Design of the Motor Reliability Test-bed

Abstract ： It mainly controls the dynamometer for brushless DC motor no-load, load, locked rotor test.Sensors and related instrumentation to display the curve of the motor speed, torque, power and other relevant parameters to analyze the reliability of the motor.

Keywords : Brushless DC Motor，Reliability ，Test-bed

目录

第一章 绪论 ................................................................................................................................. 4

1.1 选题的目的和现实意义.................................................................................................. 4

1.2 国内外关于可靠性的基本研究情况 . ................................................................................ 5

1.2.1国内外有关可靠性标准概况................................................................................... 5

1.3 可靠性的相关理论 ........................................................................................................... 7

1.3.1 可靠性的基本概念 . ............................................................................................... 7

1.3.2可靠性的要素........................................................................................................ 7

第二章 电机可靠性试验台的整体方案设计.................................................................................... 8

2.1 电机可靠性试验台的工作原理 ....................................................................................... 8

2.1.1 无刷直流电机加速寿命试验的概念 ....................................................................... 8

2.1.2 加速寿命试验的类型 ............................................................................................ 8

2.1.3 电机可靠试验台的工作原理 ................................................................................ 9

2.1.4 电机可靠性试验台的基本功能 .............................................................................. 9

2.2 电机可靠性试验台整体方案 ...........................................................................................10

2.2.1电机可靠性试验台的三种方案 ..............................................................................10

2.2.2 电机可靠性试验台的最终选用 .............................................................................12

2.3 本章小结......................................................................................................................12

第三章 电机可靠性试验台关键零部件的设计与计算.....................................................................13

3.1 无刷直流电机的选择 ....................................................................................................13

3.1.1 无刷直流电机的概念 ...........................................................................................13

3.1.2 直流无刷电机的选型： ......................................................................................13

3.2测功机的选择 .................................................................................................................15

3.2.1 测功机的分类 . .....................................................................................................15

3.2.2 测功机型号的选择 .............................................................................................15

3.3 扭矩传感器的选择........................................................................................................18

3.4 本章小结......................................................................................................................19

第四章 其他零部件的设计与计算 . ..............................................................................................20

4.1联轴器的选型 .................................................................................................................20

4.2 键的选型......................................................................................................................22 4.2.1 键的选择 . ............................................................................................................22

4.3 螺栓、螺母与垫片的选型 .............................................................................................23

4.4 螺旋升降机的选型........................................................................................................23

4.5 电机可靠性试验台大平板桌的设计 ...............................................................................24

4.6 扭矩传感器辅助支撑设计 .............................................................................................25

4.7 无刷直流电机的垂直挡板的设计 ....................................................................................25

4.8 无刷直流电机过渡底板的设计 ....................................................................................26

4.9 升降机架的设计 . ...........................................................................................................27

4.10本章小结 . .....................................................................................................................27

致谢 ............................................................................................................................................29

参考文献 .....................................................................................................................................30

附录? ..........................................................................................................................................31

第一章 绪论

1.1 选题的目的和现实意义

可靠性工程(Reliability Engineering)是一门涉及面十分广泛的且新兴的综合性工程学科。可靠性工程是为了保证产品在设计、生产及使用过程中达到人们预定的可靠性指标，应该采取的技术及组织管理的措施。这是介于管理科学和技术之间的一门边缘学科，可靠性作为一门工程学科，它有自己的体系、技术和方法。

可靠性问题的提出最初是在军工领域时期，其后逐步形成完整的工程技术体系，并逐步应用到民用产品中来。四十年代普遍被认为是可靠性的萌芽时期。五十年代是可靠性逐渐兴起和形成年代，为了解决军用电子设备和复杂导弹系统的可靠性问题, 美国国防部成立了一个由军方、学术界和工业部门组成的电子设备可靠性咨询组织（AGREE ）。AGREE 组织在《军用电子设备可靠性》研究报告中提出了可靠性设计试验、综合管理的程序及方法, 最终确定了美国可靠性工程的发展方向和目标, 成为了可靠性发展的奠基文件, 标志着可靠性已经成为一门独立的学科, 为可靠性工程发展迈出了一大步。

六十年代是可靠性工程全面发展的重要阶段。AGREE 组织提出的一整套可靠性设计、管理及试验方法被美国国防部及国家航空航天局所接受，在新研制的装备中得到了广泛应用并高速发展，形成了一整套较完善的可靠性设计、管理及试验标准。七十年代是可靠性工程的成熟阶段。在这一阶段建立了一个集中统一的可靠性管理机构，用来负责组织、协调国防部范围内的可靠性标准、政策、手册以及重大的研究课题，制定了一整套比较较完善的方法与程序，同时加强了国防部与工业部门的交流合作。在这一阶段主要强调的是可靠性工程的整体保证，加强元器件的控制，强调设计阶段的热设计和元器件降额使用，强调环境应力筛选及综合可靠性试验。

从八十年代开始，可靠性一直向更深、广的方向下发展。在技术上深入开展机械可靠性、软件可靠性、微电子器件可靠性和光电器件可靠性的研究，全面推广计算机辅助设计技术在可靠性领域中的应用，采用模块化、综合化和可靠性高新技术来提高设计对象的可靠性，可靠性在世界上得以普遍应用和发展。

到了九十年代，可靠性朝着综合化、系统化、自动化和智能化的方向发展。综合化是指统一的功能综合设计，用以提高系统的信息整合利用和资源共享能力；系统化是指研究对象要能构成一个有机体系，发挥单个对象不能发挥的整体机能；自动化是指设计对象具有功能的一定自动执行能力，可提高产品在使用过程中的可靠性；智能化将计算技术引入，采用例如人工智能等先进技术，提高产品系统的可靠性和维修性。

随着科学技术的迅猛发展，可靠性在电子工业的发展中扮演着十分重要的角色。

首先是电子产品的复杂程度在不断增加。人们最早使用的矿石收音机是非常简单的，随之先后出现了各种类型的收音机、录音机、录放相机、通讯机、雷达、制导系统、电子计算机以及宇航控制设备，复杂程度不断地增长。电子设备复杂程度的显著标志是所需元器件数量的多少。而电子设备的可靠性决定于所用元器件的可靠性，因为电子设备中的任何一个元器件、任何一个焊点发生故障都将导致系统发生故障。一般说来，电子设备所用的元器件数量越多，其可靠性问题就越严重，为保证设备或系统能可靠地工作，对元器件可靠性的要求就非常高、非常苛刻。

其次，电子设备的使用环境日益严酷，现已从实验室到野外，从热带到寒带，从陆地到深海，从高空到宇宙空间，经受着不同的环境条件，除温度、湿度影响外，海水、盐雾、冲击、振动、宇宙粒子、各种辐射等对电子元器件的影响，导致产品失效的可能性增大。

第三，电子设备的装置密度不断增加。从第一代电子管产品进入第二代晶体管，现已从小、中规模集成电路进入到大规模和超大规模集成电路，电子产品正朝小型化、微型化方向发展，其结果导致装置密度的不断增加，从而使内部温升增高，散热条件恶化。而电子元器件将随环境温度的增高，降低其可靠性，因而元器件的可靠性引起人们的极大重视。

电机作为驱动控制元件，广泛应用于各领域，一台设备往往需要几十台、甚至数百台的驱动电机和控制微电机，特别是微电机的用量更大。一旦电机发生故障，将导致设备、系统故障，在工业领域将造成巨大经济损失。因此，电机可靠性问题已经成为现代技术领域的重大课题而引起国内外的重视。

1.2 国内外关于可靠性的基本研究情况

电机是典型的机电一体化产品，它不但包括其它电机所具有的部件t 如定子绕组、轴承等，而且还包括电子线路（控制器）。因此，它的可靠性研究内容与其它电机既有区别，又有联系。结合直流电机的特点，了解和吸收国内外在电力系统和电子产品的可靠性方面取得的研究成果，有助于推进电机可靠性研究工作的进程。

1.2.1国内外有关可靠性标准概况

标准化作为一种现代化管理的手段，已成为衡量一个国家科学管理、技术发展水平的尺度，它已广泛地渗透到管理、经济、科学和工程技术的各个领域。可靠性工程技术和管理水平的发展自然也离不开“标准化”这一重要手段。在发达国家，尤其是美国，随着可靠性工程和管理的发展，已经逐步总结并建立了一整套有关标准，这些标准对提高产品性能，降低寿命周期费用起了重要作用。利用标准化方法，使可靠性工程领域的成功经验得到有效的总结和广泛利用。随着科学技术的发展，对可靠性提出了更高的要

求，新的要求促使可靠性工程技术进一步发展，已经制定的标准就需要不断的修改、补充和完善，以适应这种发展。

目前国际上影响较大，应用范围较广的可靠性标准主要是美军MIL 标准系列和国际电工委员会发布的IEC 栎准系列。MIL 标准与IEC 标准的关系十分密切，许多IEC 标准是在MIL 标准的基础上制定的。

(1)美国有关标准概况

美国是制定可靠性标准最早的国家，从50年代后期开始颁发有关可靠性标准，到60年代，美国的可靠性工程就开始进入了全面发展阶段，这个阶段也是美军可靠性标准大量发布的时期。MIL-STD-785《系统与设备的可靠性大纲要求》、MIL-STD-781《可靠性试验、指数分布》、MIL-HDBK-217《电子设备可靠性预计》等许多重要标准，都是在这个时期先后发布的。70年代后，随着美国可靠性工程的深入发展，这些标准得到了进一步的修改和完善，并又颁发了许多新的标准。

由于美国军用标准制定的比较早，也比较完整，因此，在美国国内，不只军用产品采用军事标准，许多民用产品也使用美军标。在国际上，尤其是在军事领域，一般也参考或执行美军标；

(2)其他国家有关标准的概况

除了MIL 和IEC 标准以外，原苏联的可靠性国家标准也有比较完整的体系，列出了r OCT27.001-81《工程中的可靠性》标准体系给出的分组情况。列出了其中部分标准项目的名称。

英国的主要可靠性标准是BS5760《系统、设备和元件的可靠性》，标准主要由三部分组成：可靠性计划管理指南、可靠性评定指南、可靠性实践指南。

在日本，全国性的有关可靠性的标准较少，应用的比较广泛的有：日本工业标准JIS28115-1981《可靠性术语及定义》。产品的可靠性是企业竞争的主要目标之一，因此日本的企业界有完整的标准体系用来保证产品的可靠性。

(3)我国有关标准的概况

我国的可靠性国家标准基本等同采用IEC 标准，我国的军用可靠性标准大多数是参照MIL 标准，结合我国武器装备的实际情况制定的。我国对可靠性研究起步较晚,20世纪80年代才得到较快的发展, 机械行业相继成立了可靠性研究的相关协会, 各有关院所和高校也开展了机械产品的可靠性研究, 制定了一批可靠性标准, 取得了较大的成果。但总的来看, 理论研究多, 实际运用少, 与西方发达国家相比差距不小, 有些成果尚不能完整地、成熟地应用在不同的机械系统中。

1.3 可靠性的相关理论

1.3.1 可靠性的基本概念

可靠性的经典定义：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。这个定义包含五个要素：

(1)可靠性的研究对象——产品：指作为单独研究和分别试验对象的任何元件、设备或系统，可以是零件、部件，也可以是由它们装配而成的机器，或由许多机器组成的机组和成套设备，甚至还把人的作用也包括在内。在具体使用“产品”这一词时，其确切含义应加以说明。例如汽车板簧、汽车发动机、汽车整车等。

(2)规定的条件：包括环境条件、维修条件、使用条件等。规定的条件不同，产品的可靠性也不同。

(3)规定时间：是可靠性区别于产品其他质量属性的重要特征，一般也可认为可靠性是产品功能在时间上的稳定程度。因此以数学形式表示的可靠性各特征量都是时间的函数。这里的时间概念不限于一般的年、月、日、分、秒，也可以是与时间成比例的次数、距离。例如应力循环次数、汽车行驶里程。

(4)规定功能：道德要明确具体产品的功能是什么，怎样才算是完成规定功能。产品丧失规定功能称为失效，对可修复产品通常也称为故障。怎样才算是失效或故障，有时很容易判定，但更多情况则很难判定。

(5)能力：只是定性的理解是比较抽象的，为了衡量检验，后面将加以定量描述。产品的失效或故障均具有偶然性，一个产品在某段时间内的工作情况并不很好地反映该产品可靠性的高低，而应该观察大量该种产品的工作情况并进行合理的处理后才能正确的反映该产品的可靠性，因此对能力的定量需用概率和数理统计的方法。

1.3.2可靠性的要素

可靠性包含了耐久性、可维修性、设计可靠性三大要素。耐久性：产品使用无故障性或使用寿命长就是耐久性。可维修性：当产品发生故障后，能够很快很容易的通过维护或维修排除故障，就是可维修性。设计可靠性：这是决定产品质量的关键，由于人机系统的复杂性，以及人在操作中可能存在的差错和操作使用环境的这种因素影响，发生错误的可能性依然存在，所以设计的时候必须充分考虑产品的易使用性和易操作性。

第二章 电机可靠性试验台的整体方案设计

2.1 电机可靠性试验台的工作原理

2.1. 1 无刷直流电机加速寿命试验的概念 可靠性试验的目的是测试产品在规定的条件下，在规定的使用期内完成规定的任务所能达到的可靠性指标。在可靠性试验中最重要、最基本的试验就是寿命试验，它是将测试产品置于规定的试验条件下来评价产品的寿命特征。在试验过程中，记录每一个失效时间，通过对失效时间的分布规律的研究，作为可靠性设计和制定可靠性工艺、筛选规范和进一步改进产品可靠性的依据。

寿命试验方法可分为正常应力水平下的寿命试验和加速寿命试验这两种方法。绝大多数寿命试验方法采用的是加速寿命试验方法，它是指在既不改变产品的失效机理，又不增加新失效因素的前提下，通过提高试验应力（可以是电压、电流、功率、温度、湿度和机械应力等）加速产品的失效进程，再根据试验结果，从而推算出测试产品在额定应力条件下的寿命。加速寿命试验目的就是缩短试验时间，节省人力物力，以便于快速评价出产品的可靠性水平。

由于无刷直流电机工作寿命较长，正常应力水平下的寿命试验通常需要许多年时间，这就需要投入巨大的人力物力资源，况且产品投放于市场的时间也会受到影响。因此，绝大多数寿命试验通常采用的是加速寿命试验。

2.1.2 加速寿命试验的类型

加速寿命试验，按照施加应力的方法的不同，通常可分为恒定应力加速寿命试验、步进应力加速寿命试验、序进应力加速寿命试验。

恒定应力加速寿命试验，是把一种在整个试验中保持恒定不变的应力施加在受试样本上，各组寿命试验的应力都应高于正常工作下的应力，这样可达到加速失效缩短试验时间的目的。

步进应力加速寿命试验，是把一种随时间分阶段逐步增加的应力施加在受试样本上，直到样品开始出现周期较短的试验方法。

序进应力加速寿命试验，是把一种随时间等加速增加的应力到受试产品样品上，直到样品开始出现大量失效为止的试验方法。

电机可靠性试验台对于无刷直流电机的试验，通常采用恒定应力加速寿命试验，加载应力在整个试验过程中保持恒定。

2.1.3 电机可靠试验台的工作原理 电机可靠性试验台的工作原理是由被测试无刷直流电机驱动测功机，测功机施加励磁电流后，其内外定子通过转子对被测试无刷直流电机施加制动转矩，同时测功机微偏扭矩传感器产生微应变，由扭矩传感器把转矩信号和转速信号转成相应的电信号，由数字转矩、转速显示仪中的转矩显示器和转速显示器分别显示测量值，并通过微电脑换算成输出功率在显示器上显示。

扭转传感器是变截面的悬臂梁，贴有四片箔应变片，构成一个电桥，并有一片箔应变片和两只热敏电阻对温度和应变系数误差进行补偿，有一个调零点位器调节，是电桥未加载是输出为零。所有器件都在扭转传感器的电路板上，扭转传感器装在外定子的轴承套上，用弹簧夹圈固定螺钉将其固定。

2.1.4 电机可靠性试验台的基本功能

根据设计要求，通过分析测功机的工作状况，我们拟定在该试验台上，完成空载试验、加载试验、堵转试验、温升试验四种类性能检测。拟设计的试验台能够实现实现以下几点基本功能：

1、测试项目：

（1）空载、负载、堵转测试时对电流、转矩、转速、输出功率进行安全值的设定，可实现自动推出限制。

（2）自动加载与手动加载测试：

A 负载测试加载速度可调：根据实际需要自行调节。

B 测试加载增量可调:可对初始加载量和增量进行设定。

（3）定点测试：可对电流、转矩、转速、功率进行测试。可定一个点不卸载；定多个点卸载。定点个数最多可以定5个点。定点数据可以设定。

（4）耐久测试：测试步骤1 2 3 4 5；运行方式：空载、转矩、输入功率、输出功率、不测可随意设定；每个项目下的耐久值和误差值可随意设定；测试时间也可以随意设定。

2、铭牌参数：

电机型号、额定功率、额定电压、额定转速参数作为报表进行整理和分析数据。

3、曲线坐标：

（1）两种模式，七条坐标曲线。

（2）两种模式：转速模式、转矩模式。两种模式只是对数据分析的方式。

（3）七条曲线：电压、电流、转速、转矩、输入功率、输出功率、效率。每条曲线的最大值和颜色代表的曲线可随意设定，方便分析数据。

4、报表分析：

（1）整个测试过程的曲线图（电压、电流、转速、转矩、输入功率、输出功率、效率）

（2）铭牌参数值

（3）关键点电机性能分析

空载点：电流值和转速值

最大转矩点：转矩值、转速值、电流值、输出功率值、效率值

最大输出功率点：转矩值、转速值、电流值、输出功率值、效率值

最高效率值：转矩值、转速值、电流值、输出功率值、效率值

2.2 电机可靠性试验台整体方案

2.2.1电机可靠性试验台的三种方案

根据毕业设计任务书上的要求，我们只需要设计出电机可靠性试验台的机械部分，即试验台上的各个机构。而对于电机可靠性试验台的控制部分，即涉及到计算机的信息采集部分，我们无需设计。对于试验台的机械部分，其零部件主要是由无刷直流电机、测功机、扭矩传感器、联轴器、键构成。其中被测元件为无刷直流电机，负载为测功机，测量元件为扭矩传感器，传动机构由联轴器和键等机构构成。对于电机可靠性试验台的整体组装，初步拟定了三种方案。

方案一：

图2.1 电机可靠性试验台整体方案一

如图2.1所示，电机可靠性试验台的测功机选的是有底座的测功机；扭转传感器下面用辅助支撑来调节高度，辅助支撑纵向开两条T 型槽，以便于扭转传感器进行前后位置的调节；同时无刷直流电机同样得选择有底座的，然后把它安装在另一个辅助支撑上，同样是纵向开两条T 型槽，以便于无刷直流电机进行前后位置调节；再把所有的零部件布置开了两条横向的T 型槽平板上，使平板上面的零部件进行左右位置的调节。大平板是一个大整体，设计起来比较方便，且加工工艺简单。

范文二：电机的寿命和可靠性

电机的寿命和可靠性

绝缘——影响寿命和可靠性的关键因素

在国民经济和社会生活领域里，电机已经得到了越来越广泛的应用，电机的寿命及使用可靠性也越来越被人们所关注。在正常使用的条件下，电机的寿命一般定义为10——15年。传统的观念认为，影响电机寿命的主要因素是绝缘的老化，因此绝缘结构的确定、绝缘材料的选用，就成为电机设计制造的首要任务之一。

绝缘系统的选择主要取决于电机的电压等级和耐温要求，而同一等级使用哪一种绝缘材料，则要综合考虑其耐温要求，机械性能，电气性能及使用工艺性能等因素后最终选定。

电机对地绝缘（亦称主绝缘）的等级决定了电机的绝缘等级，一台电机上可以按不同部位的发热状况和使用要求，来选用不同等级的绝缘材料，而不必规定一台电机上所有的部位必须选用同一等级的绝缘材料。

微电机常用电气绝缘材料的耐热等级和允许的极限使用温度见下表：

表1

同，常分为以下几种：

1、 对地绝缘：指电机带电部位与接地部位（如铁芯、机壳、轴等）之间隔开所用的绝缘，为环氧粉沫涂敷，DMD 纤维纸，聚酯薄膜纸，尼龙一体成型槽绝缘等。

2、匝间绝缘：指一个多匝绕成的线圈，电位不同相邻匝间的绝缘，微电机中一般是漆包线本身的外包漆作为匝间绝缘。

3、层间绝缘：指电枢线圈在槽内或端部上下层之间分隔开所用的绝缘，微电机中常用漆包线本身的外包漆作为层间绝缘。

4、相间绝缘：指放置于同一部位的电位不等的几种线圈之间隔离所用的绝缘，如交流电机不同相（A 、B 、C 相）之间，不同激磁方式直流电机的激磁绕组（串激、复激、他激）及不同转速档（高速、中速、低速）各激磁线圈之间所用的绝缘。

二、合理设计——电机寿命和可靠性的先天保证

电机设计是产品质量链中的第一环节，如果设计不合理，甚至不正确，那么后道再完善的工艺及再精心的制作都将变成无效，最终不可能做出适用性好的、客户满意的产品。我

们常听说这电机先天不足，意即设计不好造成的。

电机设计的主要任务是按客户对产品的设计输入要求，外形安装要求，电机使用场合，负荷大小，工作环境条件，工作制长短等，通过电路、磁路计算选取合理的发热和磁路参数，决定电机各主要零部件的关键尺寸，并通过这些主要条件进行机械强度计算，最终绘制电机主要零部件的工作图及总装图，设计时必须同时考虑到制作时良好的工艺性及制造成本的经济合理性。

下面列出一些直流微电机中常用的电磁计算公式及应控制的电磁设计参数。 1、 P N =0.1047nN T N

其中：P N ——额定功率（瓦） T N ——额定转矩（牛·米） n N ——额定转速（转/分）

60aE N ?108

2、ΦN =

P ?N ?n N

其中：ΦN ——每极额定磁通（高斯） E N ——额定功况下的反电势（伏） p ——磁极对数

N ——电枢总导体数 3、A =

I N ?N

πDa

其中：A ——电枢的线负荷（安/厘米）

I N ——电枢额定支路电流（安） Da ——电枢直径（厘米） 4、T N =975

U N I N η

?10-3 n N

其中： T N ——额定转矩（公斤·米） η——电机额定效率

U N ——额定电压（伏）

5、P l =UN I N

其中：P l ——电机输入功率（瓦）

6、η=1-

其中：

P

P l

∑P ——电机总损耗（瓦）

2

-3

电机的主要发热和磁路参数有定子电流密度，转子电流密度，电枢线负载，电枢发热因素，每极磁通量，气隙磁通密度，电枢齿部磁通密度等。

7、T N =0. 16αi AB δD a l a ?10 其中

αi ——电机计算极弧系数

B δ——气隙磁通密度（高斯）

l a ——电枢铁心长度（厘米）

2 D a l a ——电机有效体积，表征电机体积的大小

由上式可见，当选取较高的电磁发热参数（αi 、A 、B δ）时，电机的额定转矩也相应增大，或可缩小电机的体积来达到相同的转矩，但电机的制造难度及要求也相应提高。另外由上式也可见，电机体积的大小与其额定转矩成正比，而与其功率没有直接的关系。

三、精心制作—电机寿命和可靠性的主要保证

各种电机使用实践表明，电机损坏大多不是由于绝缘材料的自然老化，而是由于电机零部件制作过程中工艺不当，制造粗陋，留下隐患，而电机在运用过程中，绕组等部件受发热、磁场、机械外力、潮湿、化学、油污等各种因素的侵蚀，使其丧失使用功能而提前夭折的。因此精心制作，减少隐患，是提高电机寿命和使用可靠性的主要保证。对微型直流电动机，关键工序有换向器精车、电枢线与换向器之间的点压焊接、电枢动平衡，环氧粉末涂敷，绝缘处理，定子与转子的绕线等。

1、换向器精车：换向器是一个高速运转的部件，其工作面与电刷滑动接触并传送电能，因此要求其工作面必须是一个稳定的圆柱体，径向跳动小于等于0.01，不得有凹片和凸片，表面光洁度要达到Ra0.8以下（相当于原?7~?8）

换向器精车必须使用高精度的车床，床身和传动机构牢固、可靠、且应避免默默振动的影响。切屑量、切屑速度和走刀量要选取合理。金刚石车刀由于硬度高、耐热性好，可以提高切削效率且避免粘刀现象，从而减小切削毛刺。提高了换向器表面的光洁度。

控制圆度是对换向器工作面检测评价的一项先进和实用的手段，比用百分表测径向跳动的宏观手段更精确，更深透，向微观检测迈出了关键的一步。

2、 电枢导体与换向器钩之间的点压焊接（FUSING ）

这是目前微型直流电机中最关键，最不稳定也是最难以控制的工序，它直接影响着电机的寿命和可靠性。

点压焊较锡铅合金钎焊及钨极惰性气体TIG 保护焊有着明显的优点，非常适合带钩的微型电机换向器与电枢导体的焊接，它是通过电阻焊时产生的高温高热，加热铜导体和钩子，熔化掉漆膜排挤掉接触面处的空气，推压并将它们粘附在一起。因此我们认为，通过点压焊接应使铜导体与换向片钩部之间有适度的粘附和熔焊，是本工序的关键要害所在，如果只达到熔化掉漆包线的漆膜，铜线与钩公有表面的接触，没有粘熔的状态，则该处的焊接电阻将是不稳定的，一旦该连接处的状态有所变化（如外力移位及漆液渗入），焊接电阻将逐步变大，发热加剧，直到该连接点脱开而不能正常使用。

目前公司所有电机电枢的焊接电阻控制值均为0.3m Ω，如果点压焊良好，则达到0.3m Ω以下不是问题，但各电机的情况是不平衡的。以BZY17为最差，首次检的不合格率为1/3，经三次点焊后仍不过关而报废的还有10%，还有一些电机较差如BZR14、16及BZR01，而以BZR11、13为最好。

在点压焊机中，现用的DNH 焊机具有一系列的优点，如温度监控器控制焊点的温度，稳定的恒流控制系统等。并且有宽广的调节范围，供我们不同大小电枢点压焊时选用。对于目前焊接电阻不太稳定的电枢，可以再做焊接参数变动的试验，以寻求不同大小电枢的各自最佳焊接参数，以达到稳定的焊接电阻保证值。

四、提高电机寿命和可靠性的途径：

1、 影响电机安全作用的四个极限条件

发热强度极限：绝缘结构的热芯化，使其绝缘性能变坏而失去绝缘性能，对微型电机，由于负荷电流较小。因此一般不必考虑和担心电机发热强度极限的影响，除非像BZY20A ，BZY21的寿命试验时要求那么严酷的发热条件。

电气强度极限：对直流微电机而言，电压都非常低，均在100伏以下，除非电机制造中存在大的缺陷和隐患（如果匝间和层间绝缘损伤），电气强极限也要不必考虑。

换向强度极限：对直流微电机，设计的换向参数如电抗电势最大片间电压等都非常低，因此理论上讲都应有良好的换向，但往往由于使用环境条件的恶劣及剧烈的振动等原因，使换向器工作表面很难形成一层氧化膜，电刷及换向器上磨损很快，表面烧蚀及炭化严重，使电刷与换向器表面无法正常良好接触，导致电机失效。

机械强度极限：常见的是电枢线甩出卡定子（槽内及两端部），平衡泥甩出，轴承超速损坏等。

2、 直流微型电机提高寿命及可靠性的措施：详见下表 电机按工作时间的长短，分连续工作制（S1）、短时工作制（S2）及断续工作制（S3）三种，以边疆工作制对电机寿命的要求最高，特别是很多客户要求寿命达5000~1000小时，

范文三：防爆电机可靠性试验研究

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

防爆电机可靠性试验研究

作者：董泽 李猛

来源：《科学与财富》2013年第04期

摘要：为了进一步探析防爆电机可靠性试验，文中首先就定子绕组、轴承和防爆组件、电动机转子和风扇的防爆电机可靠性加速试验方法进行了分析，接着探讨了防爆电机可靠性试验装置包括控制系统、供电系统、热老化试验箱等方面。

关键词：防爆电机 加速试验

引言

由于我国起步较晚的研究防爆电机可靠性的试验，在深入发展改革开放和市场经济的时候，我们应当重视开展防爆电机可靠性研究工作，我国在该领域较大差别于国际上发达国家。发达国家在于国际上的水平体现在理论上和试验设备、检测手段甚至于管理等多个方面，他们都取得了很高的水平，他们还对深入研究与论证各种试验方法与不同的加速因子，因此提高了产品。

1、防爆电机可靠性加速试验方法

现场投试法和试验室加速法都是考核产品可靠性的方法。现场投试法也就是正常的在于试验室试验法需要的时间很长，因为产品可靠性的信息不能被及时掌握，也就使信息的价值降低，这会使之错误评估产品可靠性，使产品开发周期延长。为了使这一问题得到解决，可靠性加速（寿命）试验往往称为被国际所采用的方法，使信息获得的时间缩短，也就会使产品开发周期缩短。这一方法的理论在于，它的前提是保持产品的失效机理，使产品故障的主要物理化学过程得到强化，也就是使应用因子进行增加，使得加速试验的目的达到。根据大量资料来说，有以下部件可以影响防爆电机的可靠性：（1）定子绕组；（2）轴承以及转轴与端盖部分；（3）转子；（4）风扇。电动机的可靠性可以通过以上元件的故障进行确定。现分析可靠性因素对于单个部件的影响：

1.1定子绕组

如下方面的主要因素可以对定子绕组可靠性造成影响：机械负载、电动力、电磁场、潮湿温度以及操作过电压。为了使这些因素的影响进行模拟，在加速实验时，热室法和电机空载正反转以及起动制动运行等方法被广泛采用使绕组温度得到提高，并且使得扭力、振动以及电磁作用影响绝缘的情况得到模拟。

1.2轴承和防爆组件

范文四：电机可靠性试验台的设计

任务书

论文(设计)题目:电机可靠性试验台设计

学号:姓名:专业:

指导教师:系主任:

一、主要内容及基本要求

研究内容:设计一个能进行无刷直流电机可靠性试验台,要求通过增加电机载荷 的方式对无刷直流电机进行加速寿命试验。具体内容如下:

1.无刷直流电机可靠性试验台的总体方案设计

2.动力元件的选择

3.传动机构的设计

4.其他零部件的设计

基本要求:

二、重点研究的问题

三、进度安排

四、应收集的资料及主要参考文献

评阅表

学号 姓名 专业

毕业论文(设计)题目:电机可靠性试验台设计

鉴定意见

学号:姓名:专业:

毕业论文(设计说明书) 页 图 表 张

目录

摘要 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 Abstract ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 2 第一章 绪论 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 3 1.1可靠性研究的意义 ------------------------------------------------------------------------------ 3 1.2国内外电机可靠性研究的现状 -------------------------------------------------------------- 4 1.2.1国内外有关可靠性标准概况 --------------------------------------------------------- 5 1.2.2国外可靠性的发展状况 --------------------------------------------------------------- 5 1.2.3国内可靠性的发展状况 --------------------------------------------------------------- 6 1.3可靠性基本概念 -------------------------------------------------------------------------------- 6 第二章 电机可靠性试验台的总体方案设计 -------------------------------------------------------- 9 2.1电机可靠性试验台的设计要求 -------------------------------------------------------------- 9 2.2电机可靠性试验台的总体方案设计 -------------------------------------------------------- 9 2.2.1试验台工作原理 ------------------------------------------------------------------------ 9 2.2.2电机可靠性试验台的基本功能 -----------------------------------------------------10 2.2.3总体设计方案 -------------------------------------------------------------------------- 11 第三章 电机可靠性试验台重要部件的选择 -------------------------------------------------------16 3.1无刷直流电机的选择 -------------------------------------------------------------------------16 3.1.1无刷直流电机的介绍及工作原理 --------------------------------------------------16 3.1.2电机的选择 -----------------------------------------------------------------------------16 3.2测功机的选择 ----------------------------------------------------------------------------------18 3.2.1测功机的工作原理 --------------------------------------------------------------------18 3.2.3测功机的选择 --------------------------------------------------------------------------19 3.2.4电涡流制动器的主要特点 -----------------------------------------------------------20 3.2.5电涡流制动器的注意事项及使用环境 --------------------------------------------20 3.3扭矩传感器的选择 ----------------------------------------------------------------------------21 3.3.1扭矩传感器的工作介绍 --------------------------------------------------------------21 3.3.2扭矩传感器的选择 --------------------------------------------------------------------22 3.3.3扭矩传感器的主要特点 --------------------------------------------------------------24 3.3.4安装注意事项 --------------------------------------------------------------------------24 3.4本章小结 ----------------------------------------------------------------------------------------24 第四章 电机可靠性试验台设计方案及其零件具体设计 ----------------------------------------25 4.1联轴器设计 -------------------------------------------------------------------------------------25 4.1.1选择联轴器的类型 --------------------------------------------------------------------25 4.1.2计算联轴器的计算转矩 --------------------------------------------------------------25 4.1.3确定联轴器的型号 ---------------------------------------------------------------------26 4.1.4校核最大转速 ---------------------------------------------------------------------------26 4.1.5协调轴孔直径及规定部件的安装精度 ---------------------------------------------26 4.1.6进行必要的校核 ------------------------------------------------------------------------27

4.1.7联轴器配合与公差 --------------------------------------------------------------------29 4.2键的选择和键连接强度计算 ----------------------------------------------------------------29 4.2.1键的选择 ---------------------------------------------------------------------------------29 4.2.2键连接强度计算 ------------------------------------------------------------------------30 4.2.3键的强度校核 ---------------------------------------------------------------------------31 4.2.4平键联结的公差与配合 --------------------------------------------------------------31 4.3大平板设计 -------------------------------------------------------------------------------------32 4.3.1平板的分类及应用 --------------------------------------------------------------------32 4.3.2大平板的结构设计 --------------------------------------------------------------------33 4.3.3大平板的结构尺寸设计 --------------------------------------------------------------34 4.3.4注意事项 --------------------------------------------------------------------------------34 4.4扭矩传感器底座设计 -------------------------------------------------------------------------34 4.5电机支撑底座设计 ----------------------------------------------------------------------------36 4.6本章小结 ----------------------------------------------------------------------------------------38 第五章 其他零部件的选取 ----------------------------------------------------------------------------39 5.1联轴器连接螺栓的选择 ----------------------------------------------------------------------39 5.1.1连接螺栓的选择 -----------------------------------------------------------------------39 5.1.2螺纹基本尺寸的选择 -----------------------------------------------------------------40 5.2安装螺栓的选择 -------------------------------------------------------------------------------40 总装配三维图 ----------------------------------------------------------------------------------------40 总结 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------41 致谢 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------42 参考文献 ---------------------------------------------------------------------------------------------------43 附录 I -------------------------------------------------------------------------------------------------------44 附录Ⅱ ------------------------------------------------------------------------------------------------------52

电机可靠性试验台设计

摘要 :主要是控制磁粉制动器对电机进行空载、加载、堵转试验。通过传感器以及相关的仪器仪表 来显示电机的转速、转矩、功率等相关参数曲线,来分析电机的可靠性。

关键词 :电机、可靠性、试验台

The Design of the Motor Reliability Test Bed

Abstract :Mainly to control the dynamometer motor no-load,load,locked rotor test.Sensors and related instrumentation to display the curve of the motor speed,torque,power and other relevant parameters to analyze the reliability of the motor.

Keywords : motor,reliability,test-bed

第一章 绪论

1.1可靠性研究的意义

可靠性工程(Reliability Engineering )是一门全新的覆盖面十分广泛的综合性 工程学科。可靠性工程是因为第二次世界大战的爆发而出现在这个世界。在第二次世界 大战中,科学技术得到突飞猛进的发展,军队使用上了雷达、飞航式导弹、弹道式导弹 等较为复杂的新式武器装备,而这些新式武器的心脏——电子设备经常发生故障,严重 的影响到了部队的作战能力, 使军方和舆论界对武器装备可靠性有了更高的重视。 但是, 由于当时交战各国忙于对付战争,可靠性问题并未得到广泛深入研究,这项研究真正始 于第二次世界大战后。

只是从 20世纪 50年代初开始,在可靠性的测定中采纳了更多的统计方法和概率 概念以后,定量的可靠性才被广泛使用,可靠性问题才开始作为一门新兴的学科被系统 的加以研究。可靠性从五十年的兴起到现在在生活中的使用相当广泛,在军事上也得到 了重视,并成为武器装备的重要质量特征和保证产品效能的有力手段,在现代化的战争 中,它关乎着这场战争胜利的几率。所以,现在全球国家的军事武器专家对武器可靠性 的研究有了更大的兴趣。提高民间使用产品的质量,增强了现代市场竞争力的需要。随 着科技的迅速发展,消费者对自己所需产品的要求也越来越高,不仅希望价格便宜能够 便宜,功能多元化,而且还要求产品有安全保障,经久耐用。因此产品生产商家可以借 助可靠性预计技术来标明产品可靠性指标,让消费者能够了解到产品的可靠性,将有利 于增强产品自身的竞争力,也可以让消费者放心购买。

自从 60年代以来, 空间科学和航空航天技术的发展大大提高了可靠性工程的研究 水平,使其研究范围得到了扩展。对于可靠性的研究领域,已经从电子、宇航、航空、 核能等尖端行业部门扩展到汽车与电力系统、动力、机械、民用等一般工业领域,扩展 到工业产品的各个领域。目前,提高工业产品的可靠性,已经变成提高产品质量的至关 重要的因素。按照这种趋势发展下去,那些可靠性低的产品可能会慢慢退出市场,而对 于那些高可靠性的产品以及企业将得到更多的市场, 市场竞争力也越来厉害。 不仅如此, 而且国外还把对产品可靠性的研究工作提高到节约能源和资源的高度来认识。 这不仅是 因为高可靠性产品的使用期长,而且通过可靠性设计,可以有效地利用材料,减少处理 时间,获得体积小、重量轻的工业产品。

加大力度提高产品的综合可靠性,可以给你带来巨大的经济利益以及社会声誉。 在日本将可靠性这项技术发展应用到民用行业领域取得了极大的成功, 成功的提高了其 民用产品的可靠度, 让它们进入了高可靠性产品行列, 例如照相机、 手机、 汽车、 彩电、 电冰箱等,销往全球各地,给日本带来了巨大的经济利益。曾今,美国人预测,日后能 在激烈的市场竞争中而存活下来的只有那些能掌握好自己产品可靠性的企业。 在日本人

眼里,可靠性就就代表着一个企业的信誉,没有了信誉的企业注定被市场所抛弃,产品 在市场竞争的有利条件就是它们自身的可靠性。总而言之,可靠性对产品来说非常的重 要,这也引起了越来越多的企业和工程技术员工对产品可靠性的重视,他们把产品的可 靠性与产品的性能看得同样重要。甚至有一些严格的企业规定,缺少可靠性指标,没有 进行可靠性设计的产品不可以生产。

产品的可靠性不仅得到国家工业部门的重视,而且也愈来愈得到广大消费者的关 注。消费者花钱购买产品,注意的不仅仅是产品的功能齐全不,价格便宜不,而且更加 关心产品在以后的使用过程中能否经久耐用,不要出现什么故障。经久是意味着产品的 质量好,寿命长,耐用则是说产品适应不同环境下的能力,经久耐用就是指产品的使用 寿命长。现在广大消费者都希望自己买到的产品能够使用较长的时间,并且功能齐全, 不要出现什么故障,还有就是售后服务要周到。

随着时间的流逝,科学技术也在迅速的发展,一方面,设备的结构日益复杂化, 使用的元器件也愈来愈多,自动化程度也是愈来愈高;另一方面,对于系统或设备的可 靠性及寿命要求日益提高, 特别是对军事武器装备和航空航天器具的可靠性提出了更高 的要求。 因此, 为了保证系统和设备的可靠性, 我们有必要保证元件和零部件的可靠性。 如果在一个系统中有一个零件或零部件出现了问题, 那么就有可能造成生命财产的重大 损失。

电机是一个将电能转化为机械能的驱动控制元件,已经被广泛应用于各领域,一 台设备往往需要几台电机, 有些复杂的设备有可能用到几十台甚至上百台驱动电机和控 制微电机,尤其是微电机的采用量比较大。一旦电机在工作中出现故障,有可能导致设 备、系统的瘫痪,如果出现这种情况,可能给公司带来巨大经济损失。因此,电机可靠 性问题的研究已经成为现代技术领域的重大课题而引起国内外的重视。

因此,可靠性是一门十分重要的课题,值得我们去深究,我们要好好利用对可靠 性的研究,把得出的结论性的知识应用到实际生产中去,提高产品的质量,提高我国企 业的综合竞争能力。

1.2国内外电机可靠性研究的现状

电机作为现代工业不可缺少的一部分,它是典型的机电一体化产物,它不仅包含 了电机所应该具有的所有零部件,如定子、转子、定子绕组、转子绕组、换向器、轴承 等,而且还包括了一系列的控制线路,用来控制电机的运转。因为它是用来研究的,具 有代表性,因此,对于它的可靠性研究我们要与其它电机区别开来,但又要保持着必要 的联系。结合航空航天所用到电机的特征,查找资料了解和吸收了不少国内外在电和电 子产品的可靠性方面所取得的研究成果, 对于加速航空航天电机可靠性研究工作的进程

很有帮助。

1.2.1国内外有关可靠性标准概况

随着经济的发展,产品的多元化,促使标准化作为一种现代化管理的手段,已成 为衡量一个国家科学管理、技术发展水平的尺度,可是说它已经无处不在,已被广泛地 应用于各个行业领域,如经济、管理、营销、科学和工程技术等。对于可靠性工程技术 和管理水平的发展也应该好好的得到规划,没有约束就容易乱套,自然就离不开“标准 化”这一重要管理手段。现在,在发达国家中,尤其是美国,随着可靠性工程和管理的 发展,通过多年的经验积累,编辑出了一个有关可靠性标准的整体方案,也在不断的完 善中,这套可靠性标准的建立对提高产品的性能,减少产品寿命周期所花的费用起了至 关重要的作用。随着现代科学技术的不断发展,对可靠性的要求也变得越来越高,也正 是因为人民对可靠性的要求越来越多,也促进了可靠性工程的进一步发展,已经制定的 标准也在就不断的修改、补充和完善,以适应这种发展。

现在,全球比较有名,影响较大,使用范围广泛的可靠性标准主要是美军 MIL 标 准系列和国际电工委员会发布的 IEC 标准系列。 MIL 标准与 IEC 标准的关系十分密切, 许多 IEC 标准是在 MIL 标准的基础上制定的。

1.2.2国外可靠性的发展状况

(1) 在欧洲, 主要以德国为代表的一些欧洲国家对可靠性的研究及应用尤为突出。 德国摸索研究出了一套非常完善和详细的标准,并定为德国的国家标准,称为“国家工 业标准 (DIN)” 。作为国家工业标准,它包括了产品的结构设计,已经很成熟了,并且非 常完善的包括了工程的各个领域。之前为了规范采用的是综合安全系数法 (荷载 <强度 s),类似于容许应力法,而现在的德国荷载规范="" din="" 1055(草案="" )="" 和混凝土设计规范="" din="" 1045(草案="" )="">

(2)在美国,他们对可靠性的应用已经相当成熟,尤其在以下的几个方面运用的 可靠性工程相对合理,因为它有了科学的规范,对于可靠性工程理论的研究及工业应用 方面美国在世界都是遥遥领先的,堪称是代表。

美国可以说是结构可靠性理论与应用的典范, 在全球可以说是较早开展结构可靠 度研究的国家之一, 从中也积累了较多的经验, 标志美国对可可靠性研究开始的是 1947年美国 Freudenthal A. M. 教授的论文“结构安全性”是结构可靠性理论系统研究的 开始, 它的发表对可靠性研究也是有着重要的意义。 目前, 在美国混凝土规范 ACI 318一 02中, 将抗力折减系数必由 0.8提升到 0.9, 这将导致梁板等受弯构件的纵向受拉钢 筋减少约 10%。在解释这一变化时,该规范指出是基于过去和现在的可靠度分析、对材 料性能 的统计的研究。

1.2.3国内可靠性的发展状况

对我国来说起步相对较晚,最早出现在电子行业,由电子工业部门开始可靠性工 作的,从 1984年开始,国家也意识到了可靠性研究的重要性,为了很好的发展,国家 投入了大量的人力物力,出现了由国防科工委的统一领导指挥,切实结合本国国情提出 了“引进来走出去”战略,并积极引进国外的先进科学技术,组织并制定出了一系列有 关可靠性最基本的规定和标准。 1985年 10月由国防科工委颁发的《航空技术装备寿命 与可靠性工作暂行规定》 ,是我国航空航天技术的可靠性工程全面进入工程实践和系统 发展阶段的一个重要标志。 1987年 5月,中央军委、国务院颁发的《军工产品质量管理 条例》中明文规定了产品研制的过程中一定要用到可靠性技术; 1987年 12月和 1988年 3月先后颁发的国家军用标准 GJB368— 87《装备维修性通用规范》和 GJB450— 88《装备研制与生产的可靠性通用大纲》 ,它为我国军工产品的生产奠定了基础,算得上 是我国目前军工产品可靠性技术很有代表性的基础标准。在军工行业标准确定的同时, 其他有关工业部门、军兵种也是越来越重视可靠性管理在这些方面的应用,加强可靠性 之间的交流,可以更好的把信息数据综合到一起,开展各种学术交流,相互学习。全国 军用电子设备可靠性数据交换网已经成立; 全国性和专业系统性的各级可靠性学会相继 成立,进一步促进了我国可靠性理论与工程研究的深入展开。

1. 3可靠性基本概念

可靠性指的是产品在指定的时间内、指定的环境下,完成指定功能的能力。由于 产品的故障可能会对消费者造成影响,带来巨大的经济损失。因此,消费者对产品的质 量性能的好坏,维修复杂程度,寿命周期的长短都比较关注。所以提出产品可靠性是有 必要的。

指定条件:指的是产品的环境条件、使用条件以及维护条件。 指定时间:指的是 产品需要达到的指定任务时间。如车辆的行驶里程,还有应力的循环次数等。

指定功能:产品必须具备的功能和技术规格。

可靠性定义我们把它分为两种,一种是任务可靠性,另一种是基本可靠性。两者 都特别强调在无故障的情况下完成指定的任务。 任务可靠性强调的是在任务剖面的范围 内去完成所规定的功能。 基本可靠性主要强调的是在寿命剖面的定义范围内完成任务的 持续时间是在规定的范围内。 寿命剖面包含了任务剖面, 它是由很多个任务剖面构成的。 为了衡量任务的可靠性,我们对它的影响因素总了一些总结,规定只考虑危及任务成功 的致命故障,与任务没有关系的其他障碍可以忽略不计,不予考虑。而基本可靠性涉及 的因素就比较多,整个寿命周期内的所有故障都不能放过。

任务剖面:指产品在规定的时间内完成指定的任务,对当中所经历的时间和环境 做详细的描述。产品在工作中表现出来的状态;产品的工作时间和顺序;出现故障时的

维修方案;产品所处的环境 (外加的与诱发的 ) 的时间和顺序;顺利完成任务或致命故障 的定义。

寿命周期与寿命剖面:产品从采集原料、经过加工、出厂销售到报废退出使用这 一时间过程内所发生的所有事件和环境的时序描述。它是由任务剖面构成,包含一个或 多个任务剖面。人们通常喜欢把产品的寿命剖面分成两个阶段,第一阶段为后勤,第二 阶段是使用。

可靠性的定义固有可靠性:在产品的生产过程中所确定的可靠性称为产品的固有 可靠性。生产厂家通过模拟实际工作标准环境下的手段,对产品进行严格的检测,通过 测试合格的可靠性,我们要给予标明。

使用可靠性:固然与产品的使用条件有着密切的关系,与产品的使用环境、操作 的水平、操作者的个人素质、产品保养与技术维修等因素的影响。

维修性:产品发生故障是不可避免的,但故障后的维修我们是可以控制的,产品 在发生故障或失效后,对于维修的时间,是否可以马上修复的难以程度。

广义可靠性:产品在整个寿命周期内完成指定功能的能力。包括狭义可靠性和维 修难易性。

可靠性也可以建立数学模型,这样可以更好的对其进行研究也可以作为最重要的 基础理论之一,它主要用来研究和解决各种可靠性问题的数学模型和数学方法,属于数 学的应用范畴。 在可靠性的数据收集、 数据分析、 系统设计及寿命试验等方面应用较多。 可靠性物理即失效分析,是研究失效现象及其机制和检测方法的学科,使可靠性 工程从数理统计方法发展到以理化分析为基础的失效分析方法。 从微观角度研究零部 件(元器件)的失效发展过程和失效机理,从本质上、从机理方面探究产品的不可靠因 素,为研制、生产高可靠性产品提供科学的依据。

可靠性工程是对产品(零部件、元器件、设备或系统)的失效及其发生概率进行 统计、分析的一门边缘性学科,主要内容是运用系统工程的观点和方法论从设计、生产 和使用等角度来研究产品的可靠性,包括对产品进行可靠性设计、可靠性预计、可靠性 试验、可靠性评估、可靠性检验、可靠性控制、可靠性维修及失效分析。

实施可靠性工程应重视可靠性数据的收集与分析 3. 可靠性设计

应用可靠性理论、技术和设计参数的统计数据,在给定的可靠性指标下,对零件、 部件、设备或系统进行的设计,称为可靠性设计。

通过预计、分配、分析、改进等一系列可靠性工程活动,把可靠性定量要求设计 到产品的技术文件和图样中去,从而形成产品的固有可靠性。 系统可靠性设计 零件可 靠性设计 系统可靠性设计的目的,就是要使系统在满足规定可靠性指标,完成预定功 能的前提下, 使系统的技术性能、 重最、 成本、 时间等各方面取得协调, 求得最佳设计; 或是在性能、 重量、 成本、 时间和其它要求的约束下, 设计能得到实际高可靠度的系统。

系统可靠性设计常用的方法 系统可靠性框图 ; 故障模式影响与危害度分析 FMECA; 故障 树分析 FTA; 马尔科夫过程 研究可靠性的重要意义 保证和提高产品的可靠性水平 ; 提高 经济效益 ; 提高市场竞争能力。

第二章 电机可靠性试验台的总体方案设计

2.1电机可靠性试验台的设计要求

研究内容:设计一个能进行无刷直流电机可靠性试验台,要求通过增加电机载荷 的方式对无刷直流电机进行加速寿命试验。具体内容如下:

1.无刷直流电机可靠性试验台的总体方案设计

2.动力元件的选择

3.传动机构的设计

4.其他零部件的设计

基本要求:

1.技术指标要求符合设计要求。

2.绘制测试台总装配图和主要零件图。要求图纸不少于 2.5张 A0图纸。

3.翻译一篇不少于 3000字的外文文献。

4.撰写毕业设计说明书,要求不少于 1万字。

测试对象:无刷直流电机

技术指标:转速:3000rpm

功率:600W

测试内容:

① 输入电功率

② 输出转速、扭矩、功率、频率

主要实验内容:空载特性试验、加载试验、堵转试验

测试数据精度要求:转速≤ 0.5%, 转矩≤ 0.5%

结构紧凑,外形美观,功能可扩展

试验设备组成:电涡流制动器、无刷直流电机、扭矩传感器、辅助支撑、大平板、电机 工装夹具、联轴器。

2.2电机可靠性试验台的总体方案设计

2.2.1试验台工作原理

电机可靠性试验台是对电机进行综合测试的一个系统。他是由电机、扭矩传感器、 电涡流制动器、联轴器、大平板、支撑元件等组成的一个测验系统,通过电涡流制动器 给被测电机加载,在加载的情况下由扭矩传感器测量出被测电机的转速转矩、功率等数 据,将这些测得的数据传递给电脑,电脑综合处理得出电机的工作寿命情况。

首先,给被测电机通电,有电脑操控,可以控制电机的输入功率。然后,通过联轴

器与扭矩传感器连接,把电机的输出扭矩传递给扭矩传感器,扭矩传感器将扭矩扭力的 物理变化转换成精确的电信号, 将专用的测扭应变片用应变胶粘贴在被测弹性轴上并组 成应变桥 , 向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号。将该应变信号放大后, 经过压 /频转换, 变成与扭应变成正比的频率信号。 本系统的能源输入及信号输出是由两 组带间隙的特殊环型变压器承担的。因此实现了无接触的能源及信号传递功能。最后, 扭矩传感器的输出轴与电涡流制动器通过联轴器连接,把扭矩传给了电涡流制动器,涡 流制动器,它是利用涡流损耗的原理来吸收功率的。从而,使轴上的扭矩变小,起到加 载的作用。

2.2.2电机可靠性试验台的基本功能

设计原则:以可靠性、 安全性、经济性、实用性、可操作性、可维护性为设计原则, 同时兼顾到先进性。

测量方式:采用微机测量

测量柜配置电流、电压传感器,中间环节采用信号调理接口模块,由计算机完成信 号采集和测量任务。

控制方式:采用汽车级 MCU 直接控制

采用德国西门子公司汽车级的微型控制器进行联锁控制, 联锁程序可根据用户的要 求定制、修改,控制系统性能稳定、系统可扩展性好。

操作方式:手动操作和自动操作方式并存

为避免微机故障时影响试验工作,采用手动控制(面板按钮操作)和自动控制(计 算机键盘 /鼠标操作) 并存的方式, 不便采用自动控制或微机出现故障, 可以采用手动操 作进行试验。

试验数据处理:试验结果保存工控机或服务器内

微机试验台配置国内外知名品牌原装工业计算机, 自动试验的结果数据直接保存在 试验工控机硬盘中, 手动测量的数据可由人工输入到试验软件界面, 再保存在存储器内, 提供本机数据库功能,可以进行试验数据的本机查询访问,设计有试验报告自动生成功 能并提供输出打印功能(配置惠普多功能激光打印机) 。

电机可靠性试验台是为了测验电机综合性能而设计出来的一款试验台, 它是由电涡流制 动器、无刷直流电机、扭矩传感器、辅助支撑、大平板、电机工装夹具、联轴器组成。 它通过扭矩传感器、电涡流制动器对电机进行加载而测得电机的转速、转矩及功率 综合出电机的性能,即对无刷直流电机进行加速寿命试验。

2.2.3总体设计方案

电机可靠性试验台由电机、 扭矩传感器、 测功机、 联轴器、 大平板、 支撑元件构成, 试验系统的总体设计如图 2-1

图 2-1电机试验台

根据任务书的要求, 以及电机试验系统的基本功能, 用无刷直流电机、 电涡流制动 器、扭矩传感器设计一个电机可靠性试验台。为了达到同样的效果,设计方案可以有多 种,每种方案的设计都有着它的特点及突出点,这样才有可能被选中,投入生产,同一 种方案在不同的环境下,它们优点可能发挥不出它应有的效果。所以,应该根据环境去 选择适应它的方案,这样才可以很好的利用环境,发挥出它的优势。对于本次课题设计 电机试验台拟定了三种方案。

方案 一 :

方案一电机试验系统由电机、扭矩传感器、磁粉制动器、丝杆升降平台、联轴器、 底座、大平板等支撑元件组成。一开始我觉得一套电机试验系统不应该仅仅只测验某一 型电机,是否可以测试一个系列,提出了这种可能情况,我们就该解决问题。电机的功 率越大,它的外形尺寸也会发生变化,变大。我们可以利用升降平台可以实现电机的升 降。可以实现升降作用的机构有很多,如:丝杆升降平台、蜗轮蜗杆升降台、剪叉式升 降平台、手推式升降平台、手摇式升降平台等,考虑经济实惠,综合多方面的因素我们 选择丝杆升降平台来实现这一功能, 即被测电机的底座采用丝杆升降平台作为可升降底 座。磁粉制动器直接安装在大平板上,因为扭矩传感器尺寸相对较小,需要设计一个底 座。总体的方案设计如下图 2-2

图 2-2总体设计方案

这种方案也有它的弊端,由于这种方案加入了丝杆升降平台。那么,对空间的要求 也就要高,因为丝杆升降平台的高度比一般的底座高高,考虑到空间不足,我们就把大 平板设计成了一个二阶大平板,这样空间就会得到改善。二阶大平板相对于一阶来说加 工工序增多,也加大了加工的复杂程度。磁粉制动器的许用转速相对较小,比较适合测 验功率较大,转速较小的电机。

方案二:

方案二电机试验系统由电机、扭矩传感器、电涡流制动器、联轴器、底座、大平板 等支撑元件组成。相对方案一来说,方案二用固定底座代替了可升降的丝杆升降平台, 对于电机的升降调节,我们采用了最原始的方法,垫木块,同样可以达到电机高度调节 的作用,可以给固定底座配一套大小不一的木垫板,以此来调节电机的上下高度。与丝 杆升降平台不一样,底座是用螺栓固定在大平板上,故电机试验系统稳定性也有了较好 的提高。 这样一来就没有了空间不够的烦恼, 大平板也就没有必要设计成一个二阶平板, 直接设计成一个一阶大平板,简便美观,加工工序也减少了,加工方便,节约成本。制 动器由原来的磁粉制动器变为电涡流制动器,电涡流制动器的许用转速较广,适用范围 也较广泛。 同样, 电涡流制动器直接安装在大平板上, 而扭矩传感器需要借助底座安装。 可用于变频调速等各类电动机。总体设计方案如下图 2-3

图 2-3总体设计方案

这种设计方案采用了木垫块,可是木垫块也有不足之处,因为它的厚度都是确定的 们不能改变,不能随意的调节,还有就是螺栓安装的时候,预紧力大小不一样,也可能 导致电机的轴线发生偏移。还有就是要配给一套木垫块,如果出现丢失会比较麻烦,以 此可能会影响任务的完成时间,而造成巨大的经济损失。因此,我们在选择此种方案的 时候应该好好考虑电机试验系统对稳定性、对中性的要求。因为固定底座是在水平方向 的,故仅适用于有底脚的电机,具有一定的局限性。

方案三:

方案三电机试验系统由电机、扭矩传感器、电涡流制动器、联轴器、底座、大平 板等支撑元件组成。方案三相对于方案一的变化挺大的,丝杆升降平台被去掉了,还有 就是底座由水平的换成了垂直的挡板,磁粉制动器也是由电涡流制动器所替代。相对于 方案二就只是电机底座有所变化。对于电机高度的调节,方案三有所突破,它采用的是 在挡板上加工出四条相互垂直的螺栓孔槽, 这样就避免因为电机的外形尺寸增大而无法 安装,也除去了垫木块所产生的误差。方案三的最大改变就在被测电机的安装方式发生 了变化,这是对凸缘端盖电机试验的一种弥补,前两种方案对带有凸缘端盖的电机就无 法进行测试,更别说其他的,这时,给它换一个安装底座就可以了,方案三的最大特色

就在这里。总体设计方案如下图 2-4

图 2-4总体设计方案

同样,方案三也有它的不足之处。因为电机的安装螺栓孔变成了槽型的,这就给 安装加大了难度系数,如果没有安装好,可能也会出现电机的轴线偏移。在一个就是被 测电机是悬挂在支撑板上,电机在工作的时候,加上自身的质量,不断的震动下,安装 螺栓容易发生松动,给我们的生命财产带来威胁。所以,最好是对其安装螺栓进行防松 处理,可以采用弹簧垫圈。不过这种设计也仅适用于带有凸缘端盖的电机,也具有一定 的局限性。

以上是我设计出的三种方案,它们各有千秋,至于选择哪种方案就要看你的要求以 及使用的环境。方案一,采用丝杆升降平台来实现电机的上下高度的调节,而因为空间 的问题,牺牲了大平板,将大平板变成了二阶大平板,给加工带来一些难度,因为底座 处于水平方向, 这种方案仅适用于有底脚的电机; 方案二, 采用固定底座, 稳定性较好, 用木垫块来实现被测电机上下高度的调节,这样给调节增加了一定的难度,要根据经验 来进行操作,操作不便,而这种方案也仅适用于带有底脚的电机;方案三,跟方案二差 不多, 它的最大改变在于电机的安装形式发生了改变, 固定底座变成了垂直挡板, 同时, 它的调节方式也发生了变化,相对木垫块来说精度更高了,操作起来容易上手,而这种 方案也仅适用于带有凸缘端盖的电机。

通过对以上三种方案的分析得知,选用方案三作为我设计电机可靠性试验台的整 体设计更适合。因为我要设计的电机可靠性试验台所要测试的是功率相对较低,体积较

小、 质量较轻的电机。 质量轻, 也就没有必要采用丝杆升降平台这种升降机构。 方案三, 结构简单,易于安装,故选用方案三作为电机试验台设计的整体设计方案。

第三章 电机可靠性试验台重要部件的选择

3.1无刷直流电机的选择

3.1.1无刷直流电机的介绍及工作原理

基本简介:无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产 品。无刷电机是指无电刷和换向器 (或集电环 ) 的电机,又称无换向器电机。早在上世纪 诞生电机的时候,产生的实用性电机就是无刷形式,即交流鼠笼式异步电动机,这种电 动机得到了广泛的应用。但是,异步电动机有许多无法克服的缺陷,以致电机技术发展 缓慢。本世纪中叶诞生了晶体管,因而采用晶体管换向电路代替电刷与换向器的直流无 刷电机就应运而生了。这种新型无刷电机称为电子换向式直流电机,它克服了第一代无 刷电机的缺陷。

工作原理:无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产 品。电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法,同三相异步电动机十分相似。电动机 的转子上粘有已充磁的永磁体,为了检测电动机转子的极性,在电动机内装有位置传感 器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成,其功能是:接受电动机的启动、停止、 制动信号,以控制电动机的启动、停止和制动;接受位置传感器信号和正反转信号,用 来控制逆变桥各功率管的通断,产生连续转矩;接受速度指令和速度反馈信号,用来控 制和调整转速;提供保护和显示等等。

3.1.2电机的选择

我选择的是上海瑞克科技发展有限公司的 90ZW 系列的无刷直流电机,如图 3-1 电气参数:(上海瑞克 90ZW03)

额定功率 600w

额定转矩 2m

?

N

最大转矩 4m

?

N

额定转速 3000r/min

额定电压 48V

额定电流 15.62A

图 3-1无刷直流电机

安装尺寸:

图 3-2电机示意图

单位:mm

3.2测功机的选择

3.2.1测功机的工作原理

测功机也称测功器,主要用于测试发动机的功率,也可作为、减速机、变速箱的加 载设备, 用于测试它们的传递功率。 主要分为水力测功机、 电涡流测功机、 电力测功机, 由于电涡流测功机控制性能和响应速度明显优于水力测功机, 而价格又远低于电力测功 机。

由电涡流测功机结构示意图 3-2可知,感应子主要由旋转部分和摆动部分(电枢和 励磁线圈) 组成。 转子轴上的感应子形状犹如齿轮, 与转子同轴装有一个直流励磁线圈。 当励磁线圈组通以直流电流时,其周围便有磁场存在,那么围绕励磁组就产生一闭合磁 通。很明显,位于绕组左侧的感应子具有一个极性,右侧具有相反的极性。旋转时,由 于磁密值的周期性变化而产生涡流,此涡流产生的磁场同产生它的磁场相互作用,从而 产生与被试机反向的制动力矩,使电枢摆动,通过电枢上的力臂,将制动力传给测量装 置。

1. 定子 2.转子(鼓风轮) 3.励磁线圈 4.拉压传感器

图 3-3测功机示意图

3.2.2选择要素及注意事项

1、在交直流电机和电动工具试验中,常常使用到测功机这种测试设备,测功机主要 测试电机的转矩、转速、输出功率。但是不是每一台测功机都能满足所有的电机测试要 求的,主要考虑三个方面的因素:

第一,扭矩测试范围,测功机的转矩通常是不能超过的最大转矩值。

第二,转速测试范围,测功机的转速通常是不能超过的承受的最大转速,如果长 时间超速使用会大大缩短测功机的使用寿命,特别是机械磨损。

第三,测功机上通常所标的功率是指测功机所能吸收的功率,因为一般的测功机 (磁滞、磁粉、电涡流测功机是靠吸收热量达到能量的消耗)即被测交直流电机或电动 工具的输出功率。严格地来说,这个指标也是不能超过的,否则测功机很容易就会因为 热量散不出去被烧坏;

2、测功机的选择要不但要满足转速、转矩、功率三个主要技术指标,还要看看是不 是符合测试的具体要求,一般电机都需要测试空载转速、空载损耗、堵转转矩等参数, 也是需要着重考虑的!

3、在测功机的选择时,最好电机所有的测试数据都在测功机性能参数的 30%-90%之 间。因为测功机在这个区间的测试精度是最有保证的,主要分三个部分:测功机机械部 分、转速转矩传感器精度范围、转速转矩功率测量仪显示精度。

4、通常用到的测功机主要有以下的分类:磁滞测功机、磁粉测功机、涡流测功机、 电力测功机(直流、交流电力测功机)及不太常用的测功机(永磁同步电机、伺服电机 等) 。

测功机按能达到的转速高低排序为:涡流测功机、电力测功机、磁滞测功机、磁 粉测功机;

(1)涡流测功机不能将电机或电动工具做到堵转,但其转速上限却很高,通常 20000— 30000r/min;转矩也可以做到很大。

(2) 磁滞测功机转速一般为 20000转以下, 但其可以做到堵转, 不过功率不太大; 转矩一般为 20m ?N以下。

(3)磁粉测功机的转速较低,通常 1500— 5000r/min,但转矩可以做大,电机也 可以做到堵转。

5、通常异步测功机不需要水冷却,仅风冷即可;涡流测功机、磁滞测功机、磁粉测 功机需要水冷和风冷同时进行, 也有些小功率的磁滞测功机不需要水冷也能满足测试要 求;测功机在使用过程中,一定要开启冷却功能。

3.2.3测功机的选择

通过上述的比较以及被测无刷直流电机电气参数的综合考虑决定选用海安县磁力 机电有限公司的电涡流制动器 WL5

电气参数:

额定转速 200— 6000r/min 额定转矩 5m ?N 吸收功率 0.75Kw 激磁电流 <>

安装尺寸:

(a ) (b )

图 3-4电涡流制动器

单位:mm

3.2.4电涡流制动器的主要特点

① 结构简单、运行稳定、价格低廉、使用维护方便;

② 采用水冷却,噪音低、振动小;

③ 输入转速范围宽,可用于变频调速等各类电动机,及动力机械的型试试验; ④ 控制器采用直流电源,控制功率小;

⑤ 转矩的测量可以采用普通磅秤、电子磅秤或高精度转矩传感器,适用于不同测 量精度的场合;

⑥ 作制动器用,适用于高转速大转矩场合。

3.2.5电涡流制动器的注意事项及使用环境

① 运行前须对电涡流制动器进行检查。核定名牌数据是否为要求的规格:检查紧 固件是否松动,各接线板接线是否正常,接触是否良好,如有缺陷或不良应予排除或更 换;

② 产品安装时,以轴伸水平,底脚放平后旋紧地脚螺栓,并保证各组连接装置转 动轻快灵活;

③ 冷却水中不含有直径 1mm 以上的固体颗粒或者其它杂物, 其 pH 值为 6-8, 硬度 为 300ppm 以下;

④ 进水压力一般为不小于 0.1Mpa ,不大于 0.3Mpa ;

⑤ 进水温度最高不超过 30℃, 出水温度约为 50℃ -60℃为宜, 大于 70℃时则应加 大冷却水量;

⑥ 加载(加励磁)之前必须先通入冷却水,卸载(去励磁)五分钟之后才能断开 冷却水。严禁无水运行,否则短时间便会损坏设备。水压、流量应满足说明书要求; ⑦ 电涡流制动器和控制器必须有可靠接地;

⑧ 制动器不工作时必须关闭控制器, 励磁电流回零。 工作时注意励磁电压、 电流, 严禁超过额定参数运行;

⑨ 电涡流制动器周围应保持清洁,进水口保持畅通;

⑩ 制动器投入运行后,应定期给轴承添加润滑脂;

11 运行两年后进行大修,清洗轴承,更换润滑脂,发现轴承损坏应更换。

使用环境:

① 最高的环境温度不超过 40℃

② 海拔高度不超过 1000m

③ 当环境温度为 20℃时,相对温度不大于 85%

3.3扭矩传感器的选择

3.3.1扭矩传感器的工作介绍

为了测量电机的实际转速转矩,我选择了给系统加上一个扭矩传感器,扭矩传感器 是对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测。 扭矩传感器将扭力的物理变 化转换成精确的电信号。

将专用的测扭应变片如图 3-3,用应变胶粘贴在被测弹性轴上并组成应变桥图 3-4 ,向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号。 将该应变信号放大后, 经过压 /频转 换,变成与扭应变成正比的频率信号。本系统的能源输入及信号输出是由两组带间隙的 特殊环型变压器承担的。因此实现了无接触的能源及信号传递功能。

图 3-5传感器及应变片位置

图 3-6无接触感应式输出

3.3.2扭矩传感器的选择

根据电机的数据参数选用的扭矩传感器选用的是北京中航泰隆科技有限公司的 TL-303系列中的 5-100Nm 扭矩传感器。 主要性能及电气指标 : 额定转矩 5-100m ?N

扭矩精度 <±0.5 %="" f·=""><±0.3 %="" f·=""><±0.1 %="" f·="" s(可选="" )="" 频率响="" 应="" 100μs="" 非线性=""><±0.2 %="" f·="">

重复性 <±0.1% f·="">

回差 <0.1 %="" f·="">

零点时漂 <0.2 %="" f·="">

零点温漂 500MΩ

静态超载 120 % 150% 200%(可选 )

使用温度 -10 ~50℃(-40-85℃可选 )

储存温度 -20 ~70℃

电源电压 ±15V±5%

总消耗电流 <>

频率信号输出 5KHZ— 15KHZ(RS485/232串口输出 ) 额定扭矩 10KHZ±5kHZ (正反双向测量值 ) 信号占空比 (50±10)%

尺寸安装

图 3-7扭矩传感器示意图

单位:mm

3.3.3扭矩传感器的主要特点

① 既可以测量静止扭矩,也可以测量旋转转矩;

② 既可以测量静态扭矩,也可以测量动态扭矩;

③ 检测精度高,稳定性好;抗干扰性强;

④ 体积小,重量轻,多种安装结构,易于安装使用;

⑤ 不需反复调零即可连续测量正反转扭矩;

⑥ 没有导电环等磨损件,可以高转速长时间运行;

⑦ 传感器输出高电平频率信号可直接送计算机处理;

⑧ 测量弹性体强度大可承受 100%的过载。

3.3.4安装注意事项

1、使用两组联轴器,将传感器安装在动力源和负载之间。

2、建议用挠性 、弹性或万向节联轴器,以保证同心度 ∠ 0.1mm以下。

3、动力及负载设备必须固定可靠避免振动。

4、将本传感器的基座与设备的基座固定可靠,中心高须垫合适避免产生弯矩 。

3.4本章小结

通过对电机、电涡流制动器、扭矩传感器的选择,更多的了解到电机的类别,无 刷直流电机对于我来说是一个新的词汇,以及测功机的多样化。同时,学会了如何去选 择自己所需要的电机,我们要综合数据要求以及一些外部因素,如环境等,而选择属于 自己所要的电机,不能盲目。不能因为电机的额定值都达到了你的要求就立马选择它, 这样是不行的,有可能会导致你设计的试验台系统成本价太高而失去市场竞争力,我们 应该尽量不要让额定值超出你的设计范围太多,这样可以节约成本,市场竞争力自然就 上去了。

同时,电机、电涡流制动器、扭矩传感器的形状尺寸大小不一千变万化,这让它 们的安装就有了统一,现在的电机可靠性试验台设计,安装底座基本都是带有槽条缝隙 的大平板,这样不小不一样的电机、电涡流制动器、扭矩传感器都可以在上面找到属于 自己的安装位置,这样避免了给每一台电机可靠性试验台配一套底座的需要,也节约资 源,有了一套完整的底座系统。

24

25

第四章 电机可靠性试验台设计方案及其零件具体设计

电机可靠性试验台由电涡流制动器、无刷直流电机、扭矩传感器、辅助支撑、大平 板、 电机工装夹具、 联轴器组成。 这节我们重点设计辅助支撑、 大平板、 电机工装夹具、 联轴器等传动机构,支撑元件的设计。

4.1联轴器设计

4.1.1选择联轴器的类型

选择一种合用的联轴器类型可考虑以下几点:

1)所需传递的转矩大小和性质以及对缓冲减振功能的要求。例如,对大功率的重 载传动,可选用齿式联轴器;对严重冲击载荷要求消除轴系扭矩振动的传动,可选 用轮胎式联轴器等具有高弹性的联轴器。

2)联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小。 对于高速传动轴, 应选用平衡精度 高的联轴器,例如膜片联轴器等,而不宜选用存在偏心的滑块联轴器等。 3)两轴相对位移的大小和方向。在安装调整过程中,难以保持两轴严格精确对中, 或工作过程中两轴将产生较大的附加相对位移时,应选用绕性联轴器。例如当径向 位移较大时,可选用滑块联轴器,角位移较大或相交两轴的连接可选用万向联轴器 等。

4)联轴器的可靠性和工作环境。通常由金属元件制成的不需润滑的联轴器比较可 靠;需要润滑的联轴器,其性能易受润滑完善程度的影响,且可能污染环境。含有 橡胶等非金属元件的联轴器对温度、 腐蚀性介质及强光等比较敏感, 而且容易老化。 5)联轴器的制造、 安装、 维护和成本。 在满足使用性能的前提下, 应选用装拆方便、 维护简单、成本低的联轴器。例如刚性联轴器不但结构简单,而且装拆方便,可用 于低速、 刚性大的传动轴。 一般的非金属弹性元件联轴器 (例如弹性套柱销联轴器、 弹性柱销联轴器、 梅花形弹性联轴器等) , 由于具有良好的综合性能, 广泛适用于一 般的中小功率传动。

4.1.2计算联轴器的计算转矩

由于机器启动时的动载荷和运行中可能出现的过载现象, 所以应当按轴上的最大转 矩作为计算转矩 ca T 。 计算转矩按下式计算

T K T A ca =

式中, T 为公称转矩, m ?N; K A 为工作情况系数,见表 14-1。

26

表 4-1 工作情况系数 K A

4.1.3确定联轴器的型号

根据计算转矩 ca T 及所选的联轴器类型,按照

[]T T ca ≤

的条件由联轴器标准中选定该联轴器型号。上式中的 [T ]为该型号联轴器的许用转矩。

4.1.4校核最大转速

被连接轴的转速 n 不应该超过所选联轴器允许的最高转速 max n 即 max n n ≤。

4.1.5协调轴孔直径及规定部件的安装精度

多数情况下,每一型号联轴器适用的轴的直径均有一个范围。标准中或者给出轴直 径的最大和最小值,或者给出适用直径的尺寸系列,被连接两轴的直径应当在此范围之 内。一般情况下被连接两轴的直径是不同的,两个轴端的形状也可能是不同的,如主动 轴轴端为圆形柱,所以连接的从动轴轴端为圆锥形。

27

规定部件相应的安装精度:

根据所选联轴器允许轴的相对位移偏差,规定部件相应的安装精度。通常标准中只 给出单项位移偏差的允许值。如果有多项位移偏差存在,则必须根据联轴器的尺寸大小 计算出相互影响的关系,以此作为规定部件安装精度的依据。 4.1.6进行必要的校核

如有必要,应对联轴器的主要承载零件进行强度校核。使用非金属弹性元件的联轴 器时,还应注意联轴器所在部位的工作温度不要超过该弹性元件材料允许的最高温度。

根据要求需要设计两对联轴器。首先,设计被测电机与扭矩传感器连接的联轴器。 选择属于刚性联轴器的土元联轴器。 T n =20000— 10Nm ; [n ]=13000— 1400r/min; d=10-180mm,物补偿性能,不能减振、缓冲,结构简单,制造方便,成本较低,装拆、 维护简便,可传递大转矩。需保证两轴较高的对中精度。适用于载荷平稳,高速或传动 精度要求较高的传动轴系。这种类型的联轴器比较适合我所需要的,故选择刚性联轴器 中的凸缘联轴器。

由表 4-1查得 K A =1.7,故

m N m N T K T A ca ?=??==247. 391. 17. 1

从 GB/T 5843— 2003中查得 GYS1型刚性凸缘联轴器的公称转矩为 25m ?N,许用 最大转速为 12000r/min,轴径为 12— 19mm 之间,故合用。联轴器轴孔选用 J 型(有沉 孔的短圆形轴孔) 。

图 4-1凸缘联轴器示意图

表 4-2 刚性凸缘联轴器的规格尺寸

由于电机输出轴的直径为 14mm ,查表 4-2,故选用直径为 14段的型号。则选择轴 孔长度 L=27mm。

扭矩传感器的输入轴、输出轴一样,直径都为 18mm ,故选用直径为 18段的型号。 则轴孔长度 L=30mm。

28

范文五：可靠性与电机质量论述

可靠性与电机质量论述

张庆贺

(装甲兵技术学院电气自动化教研室, 吉林长春

[摘

要]

130117)

可靠性技术是提高电机质量的重要手段。电机的可靠性是电机与时间密切相关的重要的质量特性。随着科学技术的发展, 用户对

电机的要求标准越来越高, 可靠性越来越受到重视。从可靠性的基本概念出发, 较为系统地阐述可靠度函数、累积故障(失效) 分布函数、故障(失效) 及其分类、维修性等方面论述可靠性与电机质量的关系。[关键词]

电机; 质量; 可靠性; 评述

1可靠性

产品在规定的条件下和规定的时间内,

完成规定功能的能力称为

可靠性, 可靠性的概率度量称为可靠度。产品终止规定功能成为失效, 也成为故障。产品按从发生失效后是否可以通过维修恢复到规定功能状态,

可分为可修复产品和不可修复产品。按照人们的日常习惯,

终止

规定功能, 对可修复的产品称为故障, 对不可修复的产品成为失效。电

机属于可修复产品, 可靠性定义中的“三个规定”是理解可靠性概念的核心。“规定条件”包括使用时的环境条件和工作条件, 电机的可靠性和它所处的条件关系极为密切。同一台电机在不同条件下工作可表现出不同的可靠性水平, 使用环境条件越恶劣, 电机的可靠性越低。“定时间”和电机可靠性关系也很密切,

工作时间越长, 可靠性越低, 电机的

可靠性和时间的关系呈递减函数关系, “规定的功能”指的是电机规格书中给出的正常工作的性能指标, 电机的可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性是电机在设计、制造中赋予的, 是电机的一种固有特性,

也是电机的开发者可以控制的, 而使用可靠性则是电机在实际

使用过程中表现出的一种性能的保持能力的特性。它除了考虑固有可靠性的影响因素之外, 还要考虑产品安装、操作使用和维护保障等方面因素的影响。

2可靠度函数和累积故障(失效) 分布函数

产品可靠度是产品在规定条件下规定时间完成规定功能的概率, 描述的是产品功能随时间保持的概率。它是时间的函数, 一般用R (t ) 表示。产品的可靠度函数定义为:R (t ) =P(T>t) 。式中, T 为产品发生故障(失效)

的时间,

有时也称为寿命; t 为规定时间。因此,

产品

在规定条件下, 规定时间内, 不能完成规定功能的概率,

也是时间的函数,

一般用F (t ) 表示。F (t ) 称为累积故障分布函数, 即F (t ) =P (T ≤) t 。关于产品所处的状态, 一般假定为要么处于正常工作状态, 要么处于故障状态。产品发生故障和不发生故障是两个对立的事件, 因此:R () t

+F() t =1累积故障分布函数和可靠度函数可以通过大量产品的

计算、试验分析和经验推论等方法得到。但要花费很大的人力、物力和时间。到目前为止, 各种电机产品还不能确切地给出以上两个函数。

3故障(失效) 及其分类

产品或产品的一部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态称为故障, 对于不可修复的产品成为失效。产品的故障分类有多种, 按故障的规律可分为偶然故障和耗损故障。偶然故障是由于偶然因素引起的故障, 其重复出现的风险可以忽略不计, 只能通过概率统计方法来预测。耗损故障是通过事前检测或监测可预测到的故障, 是可靠性与电机质量论述, 由于产品的规定性能随时间增加而逐渐衰退引起的。耗损故障可以通过预防维修, 防止故障的发生, 延长产品的使用寿命; 按故障

③相邻电路之间不应该有过长的平行线, 走线尽量避免平行。如果

在设计印制电路板时平行走线无法避免, 可在两条平行的信号线之间加一条地线, 以起屏蔽作用。尽量拉开两条平行的信号线之间的距离, 以降低两线之间电磁场的影响, 使两条平行的信号线上流过的电流方向相反。

④电容引线不能太长, 尤其是高频旁路电容不能有引线。4

结束语

在开发和设计开关电源中, 如何有效抑制开关电源的电磁干扰,

72

2008年4月(上

)

引起的后果可分为致命性故障和非致命性故障。前者会使产品不能完成

规定任务或可能导致人或物的重大损失, 最终使任务失败, 后者不影响任务完成, 但会导致非计划的维修; 按故障的统计特性又可分为独立故障和从属故障。

4维修性

产品在规定的条件下和规定的时间内, 按规定的程序和方法进行

维修时,

保持或恢复执行规定状态的能力称为维修性。规定条件指维修

的机构和场所及相应的人员、技能与设备、设施、工具、备件、技术资料等; 规定的程序和方法指的是按技术文件规定采用的维修工作类型、步骤、方法等。维修性是产品质量的一种特性, 即由产品设计赋予的使其维修简便、迅速和经济的固有特性。产品不可能无限期地可靠工作, 随着使用时间的延长, 总会出现故障。此时, 如果能通过迅速而经济地

维修,

恢复产品的性能,

产品又能继续工作。由于产品的可靠性与维

修性密切相关, 都是产品的重要设计特性,

因此产品可靠性与维修性

工作应从产品论证时开始, 提出可靠性与维修性的要求,

并在开发中

开展可靠性与维修性设计、分析、试验、评定等活动, 把可靠性与维修性要求落实到产品的设计中。

5可靠性与电机质量的关系

电机质量是电机的一组固有特性满足顾客和其它相关方要求的能力。顾客购买电机时,

对电机一组固有特性的要求是多方面的,

其中

包括性能特性、专门特性、及时性、适应性等。性能特性用性能指标表示,

如电动机的输出功率、振动、噪声等。它可以通过各种测量仪器及

设备对性能的每一个参数逐一直接测试, 顾客很容易就能对产品是否合

格作出评价,

也能对不同品牌的电机进行性能对比,

从而判断出不同

品牌电机的优劣。及时性指的是电机的开发和供应者能否及时提供给顾客需要的电机, 也就是电机的交货期。这也是能直观地作出决策的。同样,

电机的适应性也是顾客可以直观得出结论的。在质量特性中惟独专

门特性是顾客最关心的, 但也是顾客难于直观判断的。所谓专门特性包括可靠性、维修性和保障性等。可靠性与性能的最大区别是:性能是确定性的概念, “看得见,

测得到”, 而可靠性是不确定的概念,

事先

“看不见,

测不到”, 电机出不出故障是偶然或随机的, 无法通过仪器

设备测一下就能知道。对某一具体电机在没有使用到寿命终了或出故障之前,

它的真实寿命或可靠性是不知道的, 只有通过同品牌电机进行大

量的试验和使用,

经统计分析和评估才能获得该品牌电机的可靠性。总

之, 电机可靠性是电机性能随时间的保持能力。

作者简介:张庆贺, 1976年生, 男, 学士, 讲师, 主要从事电机、电气控制教学工作。

同时提高开关电源本身对电磁干扰的抗干扰能力是一个重要课题。影响开关电源电磁干扰的因素很多, 可以采取多种手段抑制干扰, 有效地提高开关电源的电磁兼容性, 使其得到更广泛的应用。

[参考文献]

[1]何希才. 新型开关电源设计与应用[M]. 北京. 科学出版社, 2001. [2]杨旭, 袭云庆, 王兆安. 开关电源技术[M]. 北京. 机械工业出版社, 2004. [3]周志敏, 周纪海. 开关电源实用技术设计与应用[M]. 上海:上海邮电出版社, 2003.

转载请注明出处范文大全网 » 电机可靠性试验台设计