动压马达装配难点及控制方法探讨

李凯 谭少轩 刘康 冯春阳

摘要：动压马达因其可以实现陀螺仪表的长寿命、高精度及低噪音的目标，被各个国家广泛应用于航天、航空等多个领域，作为惯性系统的核心组件，由于其装配环境和装配条件要求高等特点，实现大规模批产有较大难度。本文通过对动压马达装配难点及控制的方法的描述，为相关生产单位提供一定的参考。

关键词：精度  配合间隙  边界润滑  螺旋槽

引言

动压马达作为惯性产品的核心组件，其广泛应用于航天、航空等惯性产品的各分系统中，它是以动压轴承取代滚珠轴承，其余结构保持不变，采用动压轴承可以实现陀螺仪的长寿命、高精度及低噪音的目标。由于滚珠轴承含有有机油脂（润滑脂），在受到核辐射后易影响其性能，进而影响马达运转状态，造成仪表精度受到影响而发生变化。动压轴承則无此缺点，但它的加工精度、装配和使用条件要求都较高。

根据国内外动压马达的生产情况来看，目前国内动压马达主要有以下几种结构形式：柱（H型）（图1（a））、对置半球形（图1（b））、对置锥体形（图1（c））、整球形（图1（d））。

1.动压马达主要结构

动压马达与滚珠马达组成结构基本相同，其由两部分组成：一是电机部分，电机通电后可以提供转子体的旋转驱动力矩;另一部分为：轴承部分，该轴承为动压气浮轴承，一般由一对左右对称的零件构成。

1.1 动压气浮轴承

动压马达是根据流体力学的密度其原理设计，动压气浮轴承是支撑其工作的基本结构，其利用粘性气隙构成的支撑就是动压气浮轴承。动压气浮轴承按其轴承表面形状特征分为：螺旋槽轴承、人字槽轴承，阶梯轴承，倾斜瓦轴承，箔带轴承等。

1.2 动压轴承刚度

动压轴承刚度指流体动压轴承每单位位移所产生的恢复力（矩），动压轴承除了与流体动压轴承的结构参数有关外，还与流体的粘度、压力、温度、可压缩性等有关，动压轴承刚度的测量一般是通过电容测微仪测量流体动压轴承被施加载荷后轴承间隙的变化量后计算得到。

1.3螺旋槽

在流体动压轴承表面加工的槽线为等角螺旋线的凹槽称为螺旋槽，螺旋槽分为泵入式和泵出式两种。具有螺旋槽的流体动压轴承其承载能力和稳定性较其他形式更优越，螺旋槽主要有平面螺旋槽、球面螺旋槽、柱面螺旋槽 。

2 动压马达技术难点

动压马达设计生产过程涉及电磁学、流体动力学、结构力学、材料学、摩擦学、热力学等多种学科，由于其高可靠性，高精度，高环境要求等特点，在生产过程中技术要求高，测试环境复杂。

2.1 边界润滑关键技术

边界润滑技术为动压马达产品加工过程的一项关键技术，由于动压马达在起、停瞬间，两个相对面要进行接触，产生低副（线接触）或高副（面接触），边界润滑技术是利用物理吸附或化学反应的方法，在摩擦副表面形成厚度在几个分子层的表面膜，进一步降低摩擦副之间的摩擦系数，有利于提高动压马达的启动性能和寿命[2]。

2.2材料表面镀膜技术

镀膜技术是利用各种物理的、化学的或机械的方法，使金属表面获得特殊的物理性能、组织结构和化学成分，从而提高马达的耐摩擦磨损性能，从而提高马达的使用寿命。

2.3 加工生产技术

由于柱形动压马达采用高精度气浮止推轴承，马达的轴向间隙、径向间隙一般要求为微米级，零件的形位精度达到了亚微米级，因此对马达的装配及使用环境要求极高。故动压马达产品生产过程中零件的精密加工和装配环境（洁净度、相对湿度）控制是产品加工的技术难点。

1）洁净度;如果装配洁净度不满足要求，多余物会随马达内部气流循环沉积在微小的轴承工作间隙，造成马达摩擦力矩增大，严重时发生马达卡死。

2）湿度;若装配环境的空气湿度很大，水渍的存在会形成弯月面力，从而增大了轴承表面的摩擦系数，进而增大摩擦力矩，严重时会造成马达不起动。

3）轴承零件表面形貌精度;由于表面平面度要求较高，如果是特殊的表面形貌，且在马达旋转的情况下会存在相对运动的作用力。当长期静置存放和垂直方向受力作用下会产生吸附现象，既发生“类块规效应”。

3 动压马达生产控制方法

3.1转子组合件精度与测量控制方法

动压马达转子组合件由转子体（包含磁钢、飞轮、端环）、盖、螺钉等零件组成，由于精度要求太高，造成加工与测量不易掌握。

1）要保证动压马达转子组合件生产的圆柱度、同轴度的尺寸精度，主要依靠研磨棒进行保证。研磨棒要定期更换与修研，根据技术图纸要求的圆柱度要求及尺寸图，进行针对性修研。

3）转子组合体的轴、径向配合间隙决定了马达的刚度大小，因此测量过程中待研磨后的零件冷却后放置到位，同时兼顾平行度，采用测量棒与轴对比测量（力度的把握，尺子的有效用法）。

3.2半球动压马达球碗精度与测量控制方法

球碗是对置半球型动压马达的关键零件，它的主要精度要求是球碗五个截面的圆度10-4mm，同时要需要保证轴向和两个径向的间隙均等10-3mm。球碗由于要求测量参数较多，在测量过程中需要注意采用换位测量的思路进行，在装配过程中需要从两个方面进行掌控：

1）要把轴向间隙控制在一个有效的范围内;

2）当两端球碗出现较大差值时或即将超差，采取有效的补救方法。

3.3半球动压马达球碗精度与测量控制方法

影响动压马达功能正常的主要原因是多余物，针对多余物引起的动压马达故障，应加强动压马达装配过程中多余物来源的排查、定位制定标准作业流程和排故指南，通过马达表现出来的性能故障，准确判断多余物性质[3]。

4 总结

动压马达作为惯性产品的核心高精度组件，其问题故障复杂，定位难度大，本文只是阐述了动压马达装配难点和通用的一些控制手段，要实现动压马达的高合格率和大批量生产，磁性能材料选材、加工、处理，镀膜的技术改进，引用新的检测设备等措施都是重点研究和改进的方向，只有通过从设计、工艺、管理上不断的改进和探索，才能攻克动压马达生产的瓶颈问题。

参考文献：

[1]陆元九.惯性器件.北京：宇航出版社.1993

[2]谭映戈，张渝怀.关于降低动压马达气浮轴承摩擦系数和磨损的研究[J].航与控制.2014.8

[3]孙文胜，牛俊喜，张峰 .动压马达不启动模式及故障树研究[J].军代表技术.2009.05

作者简介：李凯，1978.1.男，汉族，陕西宝鸡，大专，特级技师，研究方向：电机装调专业