一种高速磁悬浮电机组件测试台的制作方法
【专利摘要】一种高速磁悬浮电机组件试验台，在电机组件性能测试以及电机总体性能试验中，对高速磁悬浮电机各组件起到夹持定位作用。其结构主要包括平台基座部分和平台基座上可以自动对中并且中心同轴的的大小两种通孔八爪卡盘。平台基座上固定有用于支撑和定位这两种通孔八爪卡盘的滚动导轨以及用于移动卡盘架的滚珠丝杠机构。两种通孔八爪卡盘结构相同，通过中心锥齿轮带动两侧涡旋槽同时旋转，从两侧推动八个活动卡爪同步向心运动夹持待测组件。本发明在试验中夹持稳定、对中精度高，而且操作方便、适用范围广，可以方便得用于电机各个组件的性能测试以及电机总体的性能试验。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高速磁悬浮电机组件的机械试验台，在电机组件性能测试以及电 机总体性能测试中，对高速磁悬浮电机各组件起到夹持定位作用。 一种高速磁悬淳电机组件测试台
【背景技术】
[0002] 对高速磁悬浮电机各个组件进行性能测试无论对于研发过程还是生产过程都有 非常重要的意义。电机转子组件包含零件较多且装配关系复杂，需要通过试验来研究其在 高转速载荷下的力学特性。在磁轴承的设计中，需要对磁轴承的性能进行试验获取相关反 馈数据。而且在高速磁悬浮电机的生产过程中也需要测试检验电机各个组件的性能是否可 靠。这些测试试验由于电机转数高、功率大、控制精度要求高等特点，对夹具的对中精度与 夹持强度也提出了较高要求。目前还没有进行此类试验的通用试验台，以往通常对单个零 件设计加工单一的夹具，不仅成本较高、通用性差，而且延长了研发周期。在高速磁悬浮电 机的整体性能测试时，以往的各个组件夹具之间很难保证对中精度，需要将磁悬浮电机各 组件与电机壳体装配全部完成后进行各种测试，试验成本较高，观察性较差。
【发明内容】
[0003] 本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一款对中精度高、夹持稳 定、操作方便、通用性好的高速磁悬浮电机组件试验台。
[0004] 本发明的技术解决方案是：高速磁悬浮电机组件试验台，包括平台基座、滚动导 轨、滚珠丝杠、丝杠螺母、挡板、丝杠支撑部件、丝杠固定部件、大通孔八爪卡盘和小通孔八 爪卡盘，其中滚珠丝杠置于平台基座的中央用于移动两种通孔八爪卡盘，高行走精度的滚 动导轨对称布置于滚珠丝杠两侧用于定位两种通孔八爪卡盘。滚珠丝杠左侧通过深沟球轴 承与丝杠支撑部件相连，右侧通过两个角接触球轴承与丝杠固定部件相连。丝杠螺母与滚 珠丝杠配合并且可以在平台基座上表面滑动，可拆卸的挡板安装在丝杠螺母卡槽内。滚动 导轨与丝杠支撑部件、丝杠固定部件通过螺钉与平台基座相连。
[0005] 大通孔八爪卡盘和小通孔八爪卡盘结构相同，主要包括：卡盘架、卡盘机芯、端 盖、滚珠滑块。卡盘机芯安装在卡盘架内，并且通过端盖轴向固定。在卡盘架底部对称安装 两个滚珠滑块，通过滚珠滑块与对称固定于平台基座的滚动导轨配合来定位两种通孔八爪 卡盘。
[0006] 所述的卡盘机芯包括：中心锥齿轮、左涡旋盘、左锥齿轮、右涡旋盘、右锥齿轮、活 动卡爪和卡爪保持架。为了保证在大直径下的夹持强度和对中精度，本发明采用八个活动 卡爪同步夹持组件。八个活动卡爪周向安装在卡爪保持架的导向槽内，活动卡爪轴向通过 两侧的涡旋槽分别与左右涡旋盘配合。左右涡旋盘上分别通过螺钉安装左右锥齿轮，左右 锥齿轮同时与卡爪保持架顶端的中心锥齿轮啮合，从而实现由中心锥齿轮依次驱动左右锥 齿轮盘、左右涡旋盘、中间八个活动卡爪。中心锥齿轮下端安装在卡爪保持架上，上端与卡 盘架相连。左右涡旋盘外径与卡盘架内孔间隙配合。卡爪保持架外径与卡盘架内孔配合并 且用螺钉固定。
[0007] 所述两种通孔八爪卡盘是结构相同，大小不同的两种规格，从而扩宽了试验台可 夹持组件的外径范围，大通孔八爪卡盘最大夹持直径为300_可用来夹持电机定子组件和 磁悬浮轴承组件，小通孔八爪卡盘最大夹持直径为150_可用来夹持机械保护轴承和传感 器安装架。
[0008] 所述的滚珠丝杠在丝杠固定部件外接一个伺服电机来驱动其正反转，从而带动丝 杠螺母在平台基座上表面左右滑动。丝杠螺母通过一个可拆卸的厚挡板来单独移动某个卡 盘架而不影响其他通孔八爪卡盘的定位。在平台基座长度方向安装标尺，这样可以通过电 机方便的移动通孔八爪卡盘来调节试验组件的轴向间隙。
[0009] 本发明的原理是：高速磁悬浮电机内的各个组件的外表面为不同直径的圆柱面， 在试验中要求各个组件保证较高的同轴度。本发明设计了大小两种自动对中的通孔八爪 卡盘，采用了两侧涡旋槽同时驱动八个活动卡爪的方式，不仅保证了对中精度，而且保证了 夹持大直径组件的夹持强度。使用扳手顺时针转动位于两种通孔八爪卡盘顶部的中心锥 齿轮，通过中心锥齿轮啮合左右锥齿轮推动与之相连的左右两个涡旋盘分别向两个方向转 动，左右两侧涡旋盘通过涡旋槽分别从两个旋向推动八个活动卡爪，使得八个活动卡爪同 步向中心移动夹紧试验组件。左右涡旋盘是完全相同的零件，其涡旋槽的旋向都为顺时 针。当左右涡旋盘在中心锥齿轮的推动下分别朝两个方向转动时，由于两个涡旋盘面面相 对，因此分别在面向涡旋槽的方向上，两个涡旋盘都是进行顺时针转动。活动卡爪两侧的涡 旋槽均为逆时针，八个活动卡爪可以由一个两侧刻有逆时针涡旋槽的盘状零件等分切割而 成。卡盘架通过底部对称的滚珠滑块安装于滚动导轨定位，不仅保证了不同通孔八爪卡盘 之间的对中精度，而且便于借助滚珠丝杠实现通孔八爪卡盘的轴向移动。平台基座上表面 固定有伺服电机驱动的滚珠丝杠结构，丝杠螺母通过一个可拆分的挡板与卡盘架连接。当 取下挡板时，丝杠旋转带动丝杠螺母左右移动不与任何通孔八爪卡盘干涉。当需要移动某 个卡盘架时，只需要将丝杠螺母移动到卡盘架下并安装挡板，由挡板推动其轴向移动。
[0010] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0011] (1)本发明所述的试验台，两种通孔八爪卡盘内径为通孔，结构的轴向长度也尽可 能的缩短，从而对被夹持组件的轴向长度限制较少。由于包含了大小两种规格的通孔八爪 卡盘，径向方向可夹持的尺寸范围大。可以方便地夹持电机定子组件、磁悬浮轴承组件、传 感器安装架、机械保护轴承等一系列组件，具有较强的通用性和扩展性。使用多组不同规格 的通孔八爪卡盘安置在试验台上可以方便的布置实现不同的试验。
[0012] (2)本发明所述的两种通孔八爪卡盘轴向长度较短，不仅方便试验设备的轴向布 置，而且便于观察试验现象及数据的采集。
[0013] (3)本发明所述的试验台，通过扳手转动两种通孔八爪卡盘顶端的中心锥齿轮可 以同时驱动两侧涡旋盘转动，从而分别在活动卡爪的两侧从两个旋向同时驱动八个活动卡 爪夹紧组件，不仅操作方便而且使组件夹持更加稳定。
[0014] (4)本发明所述的两种通孔八爪卡盘结构简单，其中左右涡旋盘以及左右锥齿轮 都为完全相同零件，使得整个八爪卡盘零件种类较少，便于零件加工装配和使用维护。影响 对中精度的重要尺寸，例如卡盘架内孔及卡盘架底部的滚动滑块安装面、涡旋盘外径等尺 寸，可以通过同种零件组合加工来最大程度地减少零件之间的尺寸误差，保证不同通孔八 爪卡盘之间的对中精度。
[0015] (5)本发明所述的两种通孔八爪卡盘通过滚珠滑块固定在高行走精度的滚动导轨 上，通过丝杠螺母进行移动，定位精度高，轴向间隙调节更加方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为本发明的高速磁悬浮电机组件试验台整体结构简图；
[0017] 图2为本发明所述的大通孔八爪卡盘及其卡盘机芯的结构爆炸图，其中图2a为大 通孔八爪卡盘结构爆炸图，图2b为卡盘机芯结构爆炸图；
[0018] 图3为本发明在具体应用实例中，本试验台连同被测试电机的结构示意图；
[0019] 图4为图3所示应用的二维工程图，其中图4a为主视旋转半剖视图，图4b为左视 半剖图。
【具体实施方式】
[0020] 如图1所示，本发明的磁悬浮电机组件试验台包括平台基座1、滚动导轨2、滚珠丝 杠4、丝杠螺母6及挡板7、丝杠支撑部件3、丝杠固定部件5、大通孔八爪卡盘8和小通孔八 爪卡盘9,其中滚动导轨2、丝杠支撑部件3和丝杠固定部件5全部通过螺钉与平台基座1 相连；滚珠丝杠4左侧通过深沟球轴承与丝杠支撑部件3相连，右侧通过两个角接触球轴承 与固定部件5相连；丝杠螺母6与滚珠丝杠4配合并且在平台基座上表面滑动；可拆卸的 挡板7安装在丝杠螺母6卡槽内。大通孔八爪卡盘8和小通孔八爪卡盘9放置在平台基座 1上，其中大通孔八爪卡盘8可用来夹持电机定子组件和磁悬浮轴承组件，小通孔八爪卡盘 架9可用来夹持机械保护轴承和传感器安装架。
[0021] 图2为本发明所述的大通孔八爪卡盘8及其卡盘机芯82的结构爆炸图，如图2a 所示大通孔八爪卡盘主要包括：卡盘架81、卡盘机芯82、端盖83、滚珠滑块84,卡盘机芯82 安装在卡盘架81内，并且通过端盖83轴向固定。在卡盘架81底部对称安装两个滚珠滑块 84与对称固定于平台基座1的滚动导轨2配合。
[0022] 如图2b所示，所述的卡盘机芯82包括：中心锥齿轮821、左涡旋盘822、左锥齿轮 823、右锥齿轮826、右涡旋盘827、活动卡爪825和卡爪保持架824。本发明采用八个活动卡 爪825同步夹持组件，八个活动卡爪825周向安装在卡爪保持架824的导向槽内，轴向两侧 通过两侧的涡旋槽分别与左右涡旋盘822、827配合。左右涡旋盘822、827上分别通过螺钉 安装左右锥齿轮823、826,左右锥齿轮823、826同时与卡爪保持架824顶端的中心锥齿轮 821啮合。从而实现由中心锥齿轮821同时驱动两侧锥齿轮盘823、826,两侧锥齿轮盘823、 826分别带动两侧涡旋盘822、827,两侧涡旋盘822、827 -起驱动中间八个活动卡爪825来 夹紧组件。中心锥齿轮821下端安装在卡爪保持架824上，上端与卡盘架81相连。左右涡 旋盘822、827外径分别与卡盘架81内孔间隙配合。卡爪保持架824外径与卡盘架81内孔 配合并且用螺钉固定。
[0023] 图3为应用本发明的试验台测试某型号磁悬浮电机组件时，试验台布置方式的结 构示意图。如图3所示，在该应用中，采用四个大通孔八爪卡盘8分别夹持高速磁悬浮电机 的轴向磁轴承组件12、轴伸端径向磁轴承组件13、非轴伸端径向磁轴承组件14、电机定子 组件15,采用两个小八爪卡盘9分别夹持轴伸端机械保护轴承11和非轴伸端机械保护轴 承10,电机转子组件16放置在电机中心孔内，并与轴伸端机械保护轴承11和非轴伸端机 械保护轴承10留有保护间隙。各个组件的对中精度由大通孔八爪卡盘8、小通孔八爪卡盘 9和滚动导轨2保证，组件的轴向布置间隙通过滚珠丝杠4移动调节。本次应用中，采用轴 向磁轴承组件12、轴伸端径向磁轴承组件13、非轴伸端径向磁轴承组件14悬浮电机转子组 件16,由电机定子组件15加载扭矩，轴伸端机械保护轴承11和非轴伸端机械保护轴承10 起辅助保护作用，可以测试电机各个组件的运行情况及电机总体的性能。图4为图3所示 应用的二维工程图，其中图4a为主视图，图4b为左视图。如图4a所示，四个大通孔八爪卡 盘8沿轴向布置于平台基座1上，依次夹持高速磁悬浮电机的轴向磁轴承组件12、轴伸端 径向磁轴承组件13、非轴伸端径向磁轴承组件14、电机定子组件15,两个小通孔八爪卡盘9 分别夹持轴伸端机械保护轴承11和非轴伸端机械保护轴承10,电机转子组件16放置在电 机中心孔内。图4a中局部放大图所示为夹持电机定子组件15的大通孔八爪卡盘8的纵剖 图结构，如图所示夹持电机定子组件15的活动卡爪825与左右涡旋盘822、827啮合，左右 涡旋盘上分别安装左右锥齿轮823、826,整个卡盘机芯82安装在卡盘架81内由端盖83通 过螺钉压紧。如横向半剖图4b所示，大通孔八爪卡盘8通过滚珠滑块84与对称固定于平 台基座1的滚动导轨2配合定位，滚珠丝杠4置于两个滚动导轨2中间。大通孔八爪卡盘 8的八个活动卡爪825通过卡爪保持架824顶端的中心锥齿轮821驱动同时夹紧非轴伸端 径向磁轴承组件14。本发明的试验台也可用于电机单个组件的性能测试试验，比如电机转 子组件的力学特性试验以及磁悬浮轴承组件的性能测试等。
[0024] 本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【权利要求】
1. 一种高速磁悬浮电机组件试验台，其特征在于：包括平台基座（1)、滚动导轨（2)、滚 珠丝杠（4)、丝杠螺母￠)、挡板（7)、丝杠支撑部件（3)、丝杠固定部件（5)、大通孔八爪卡 盘⑶和小通孔八爪卡盘（9)，其中滚珠丝杠（4)置于平台基座⑴的中央，高行走精度的 滚动导轨（2)对称布置于滚珠丝杠（4)两侧；滚珠丝杠（4)左侧通过深沟球轴承与丝杠支 撑部件（3)相连，右侧通过两个角接触球轴承与丝杠固定部件（5)相连；丝杠螺母（6)与滚 珠丝杠（4)配合并且可以在平台基座（1)上表面滑动，可拆卸的挡板（7)安装在丝杠螺母 (6)的卡槽内；高行走精度的滚动导轨（2)与丝杠支撑部件（3)、丝杠固定部件（5)通过螺 钉与平台基座（1)相连； 所述的大通孔八爪卡盘（8)主要包括卡盘架（81)、卡盘机芯（82)、端盖（83)、滚珠滑 块（84);其中卡盘机芯（82)安装在卡盘架（81)内，并且通过端盖（83)轴向固定；在卡盘 架（81)底部对称安装两个滚珠滑块（84)与对称固定于平台基座（1)的滚动导轨（2)配 合；所述的卡盘机芯（82)包括中心锥齿轮（821)、左涡旋盘（822)、左锥齿轮（823)、右锥齿 轮（826)、右涡旋盘（827)、八个活动卡爪（825)和卡爪保持架（824);八个活动卡爪（825) 沿周向安装在卡爪保持架（824)的导向槽内，轴向两侧通过两侧的涡旋槽分别与左右涡旋 盘（822)、（827)配合；左右涡旋盘（822)、（827)上分别通过螺钉安装左右锥齿轮（823)、 (826)，左右锥齿轮（823)、（826)同时与卡爪保持架（824)顶端的中心锥齿轮（821)啮合； 中心锥齿轮（821)下端安装在卡爪保持架（824)上，上端与卡盘架（81)相连；左右涡旋盘 (822)、（827)外径分别与卡盘架（81)内孔间隙配合；卡爪保持架（824)外径与卡盘架（81) 内孔配合并且用螺钉固定。
2. 根据权利要求1所述的高速磁悬浮电机组件试验台，其特征在于：所述的大通孔八 爪卡盘（8)和小通孔八爪卡盘（9)结构相同、大小不同，扩宽了试验台可夹持组件的外径范 围，其中大通孔八爪卡盘（8)最大夹持直径为300_，可用来夹持电机定子组件和磁悬浮轴 承组件，小通孔八爪卡盘（9)最大夹持直径为150_，可用来夹持机械保护轴承和传感器安 装架。
3. 根据权利要求1所述的高速磁悬浮电机组件试验台，其特征在于：所述大通孔八爪 卡盘（8)和小通孔八爪卡盘（9)通过两个高行走精度的滚动导轨（2)定位，通过滚珠丝杠 机构（4)完成轴向移动，并且通过丝杠螺母（6)与一个可拆卸的挡板（7)配合来实现单独 移动某个卡盘架而不影响其他卡盘的定位。
4. 根据权利要求1所述的高速磁悬浮电机组件试验台，其特征在于：所述的卡盘机芯 (82)由中心锥齿轮（821)同时驱动左右锥齿轮（823)、（826)，左右锥齿轮（823)、（826)分 别带动左右涡旋盘（822)、（827)，左右涡旋盘（822)、（827)再同时驱动中间八个活动卡爪 (825)来一起夹紧组件。
【文档编号】G01R1/04GK104101741SQ201410350405
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】刘刚, 董宝田, 韩邦成, 王坤, 郑世强 申请人:北京航空航天大学