上海仰光電子科技有限公司專業(yè)維修伺服電機(jī)故障集電氣與機(jī)器于一體，在征兆的表現(xiàn)上呈多樣性，既有機(jī)器人故障的一般特性，也有電氣、磁場(chǎng)等故障特性。長(zhǎng)期以來，人們通過大量的故障結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，伺服電機(jī)故障按其原因分，軸承故障占38.5%,繞組故障占39%，兩者之和達(dá)77.5%。因此，要正確判斷一臺(tái)伺服電機(jī)出現(xiàn)故障的原因，就要準(zhǔn)確檢測(cè)出伺服電機(jī)軸承、繞組的狀態(tài)，以便及時(shí)、準(zhǔn)確地排除。現(xiàn)就如何準(zhǔn)確檢測(cè)伺服電機(jī)軸承和繞組故障加以探討。
伺服電機(jī)故障診斷與維修
一、軸承檢測(cè)
伺服電機(jī)軸承故障常見的有疲勞、磨損、斷裂與點(diǎn)蝕，采用峰值能量法與沖擊脈沖法，能有效檢測(cè)出伺服電機(jī)軸承的狀態(tài)。
1.峰值能量法
在轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中，軸承一旦出現(xiàn)故障，如內(nèi)、外圈裂紋、滾動(dòng)體點(diǎn)蝕、缺油等，往往產(chǎn)生頻率很高的振動(dòng)，這種頻率一般是轉(zhuǎn)速頻率的10-50倍，甚至更高，而其他因素，如不對(duì)中、不平衡、機(jī)座松動(dòng)等，所造成的振動(dòng)頻率較低，往往在基頻的5倍以內(nèi)，甚至更低。因此，傳感器拾取的振動(dòng)信號(hào)中，只要濾去各種低頻信號(hào)，僅拾取高頻分量，即可得到軸承的特征故障信號(hào)。峰值能量法就是利用這種機(jī)理，將振動(dòng)信號(hào)加以濾波放大處理，僅拾取高頻分量，根據(jù)其能量的大小判斷軸承的損壞程度。此方法是利用軸承故障檢測(cè)儀進(jìn)行軸承狀態(tài)指示，實(shí)測(cè)中，只要將儀器的探頭頂在軸承外殼或與軸承最接近剛性連接體上即可讀出狀態(tài)值。通過大量的實(shí)踐，軸承故障判定的建議標(biāo)準(zhǔn)為：新軸承0.2-0.6g′s，使用中的軸承0.5-1.Og′s，有缺陷的軸承1.0-2.5 g′s，損壞的軸承3.0-5.0 g′s。
由于伺服電機(jī)尺寸、型號(hào)不同，以上判據(jù)可能有所變化，建議在開始階段針對(duì)不同伺服電機(jī)軸承建立合理的“完好、缺陷、損壞”標(biāo)準(zhǔn)，作為長(zhǎng)期檢測(cè)的故障判定經(jīng)驗(yàn)值，并存入設(shè)備檔案。此處給出的判定標(biāo)準(zhǔn)僅供參考。
2.沖擊脈沖法
（1）檢測(cè)原理
滾動(dòng)軸承中有缺陷時(shí)，如疲勞剝落、裂紋、磨損和混有雜物時(shí)，就會(huì)發(fā)生沖擊，引起脈沖性振動(dòng)，由于阻尼的作用，這是一種衰減性振動(dòng)，沖擊脈沖的強(qiáng)弱反映了故障的程度，并且和軸承的線速度有關(guān)，沖擊脈沖法（SPM）就是基于這個(gè)原理。軸承的沖擊脈沖水平以沖擊分貝值dBsv來度量。軸承故障分析儀（T30S）可以由直徑和轉(zhuǎn)速計(jì)算出軸承初始沖擊值dBo，為了評(píng)價(jià)軸承的質(zhì)量，一般用標(biāo)準(zhǔn)沖擊值dBn度量軸承狀態(tài)（將測(cè)得的沖擊分貝值dBsv扣除初始沖擊值dBo，dBo一般取lOdBsv ）。如圖1所示，軸承故障分析儀可以從采集到的某段時(shí)期的沖擊脈沖中采樣，并在屏幕上顯示。少量強(qiáng)沖擊脈沖相關(guān)的最大值dBm，與大量弱沖擊脈沖相關(guān)的最小值dBc，它們的差值δ可用于分析軸承是否品質(zhì)降低或損壞一個(gè)好的軸承，其沖擊脈沖最大值dBm應(yīng)小于20dBn，并且δ值應(yīng)很小。在軸承的壽命期限內(nèi)，它的沖擊脈沖水平發(fā)展趨勢(shì)是緩慢升高的，當(dāng)軸承表面有小面積損壞時(shí)，δ值會(huì)相應(yīng)增加。當(dāng)軸承缺油時(shí)，儀器顯示的軸承狀態(tài)也會(huì)進(jìn)入20～35dBn區(qū)，但δ值通常都較小，當(dāng)dBm一旦進(jìn)一步增加，表明軸承損壞程度不斷擴(kuò)大，需更換新軸承。
圖1 軸承故障分析儀沖擊脈沖采樣值
�。�2）測(cè)點(diǎn)選擇
為了獲取正確的傳送信號(hào)，測(cè)點(diǎn)的選取須遵從如下原則：
①軸承和測(cè)量點(diǎn)之間的信號(hào)傳輸盡可能選擇最短路徑；
�、谛盘�(hào)的傳播路徑只應(yīng)包括唯一一個(gè)接觸面，即軸承和軸承座之間的接觸面；
�、蹨y(cè)量點(diǎn)應(yīng)位于軸承的承載區(qū)域。
用探頭尋找軸承座最強(qiáng)信號(hào)點(diǎn)，如果同時(shí)有幾個(gè)點(diǎn)信號(hào)相同，選擇最容易取得讀數(shù)的點(diǎn)；如果在同一個(gè)軸承座上有幾個(gè)軸承時(shí)，這些軸承通常作為單一的軸承來處理；對(duì)于兩個(gè)分離的點(diǎn)，它們之間存在一個(gè)危險(xiǎn)的振動(dòng)耦合信號(hào)，這個(gè)信號(hào)意味著來自這兩點(diǎn)的軸承的沖擊脈沖的最壞狀態(tài)，這時(shí)用探針檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度，如果兩點(diǎn)讀數(shù)相同，應(yīng)該選擇這兩點(diǎn)的中點(diǎn)作為測(cè)點(diǎn)。在大型伺服電機(jī)上，軸承通常安裝在伺服電機(jī)殼的襯套內(nèi)，由于機(jī)殼和襯套接觸面上存在著阻尼作用，所以測(cè)點(diǎn)應(yīng)選在襯套上。另外，用探頭傳感器測(cè)量時(shí)，對(duì)測(cè)量點(diǎn)應(yīng)作醒目的標(biāo)記，為了便于做比較，每次測(cè)量必須在同一位置進(jìn)行。
二、繞組檢測(cè)
對(duì)于伺服電機(jī)匝間斷路，一直沒有有效的測(cè)試手段，僅僅是用搖表測(cè)絕緣、用電橋測(cè)直流電阻等，而繞組線圈的狀態(tài)無(wú)法得知，伺服電機(jī)的初期發(fā)熱不能及時(shí)解決，最終導(dǎo)致伺服電機(jī)燒損。這里介紹AT3伺服電機(jī)故障儀測(cè)試法。
1.定子三相平衡測(cè)試法—電流對(duì)比法
AT3對(duì)于三相平衡的測(cè)試是利用內(nèi)部電池供電的恒壓源分別測(cè)試三個(gè)繞組，設(shè)定某一相結(jié)果（電流值）為標(biāo)準(zhǔn)值，比較其他兩相電流的變化量，由于電壓相同，繞組阻值Z的不同將導(dǎo)致電流I的不同。因此，電流變化量△I即為阻值變化量△Z。由于AT3采用高頻，相當(dāng)于L被放大幾十倍，AL也被放大幾十倍，從而大大的提高了儀器的測(cè)試精度。無(wú)論Y/ △，當(dāng)三相電流差超過5％時(shí)伺服電機(jī)的性能已大大受損，并發(fā)熱，當(dāng)超過20％時(shí)必須立即維修或更換。
2.定子倍頻測(cè)試—匝間短路
利用頻率加倍比較匝間短路發(fā)生前后的電流與頻率的關(guān)系I=U/ Z，現(xiàn)定義倍頻測(cè)試值為I/f，即電流在角頻率ω加倍后的變化量：I/f= （△I/I）×100％。純電感電路I/f＝-50%，即電流減少一半。純電阻電路I/f＝-0％即電流不變。當(dāng)繞組匝間短路從純電感電路向純電阻電路的轉(zhuǎn)變，也就是I/f值從-50％向-0％的發(fā)展趨勢(shì)。I/f直接說明了電感的失效程度，它能夠作為匝間短路程度的判定依據(jù)，AT3采用測(cè)I/f值判斷匝間絕緣情況。
3.轉(zhuǎn)子測(cè)試—電模擬法
這種方法適用于各種交流電動(dòng)機(jī)及直流電動(dòng)機(jī)，對(duì)交流電動(dòng)機(jī)無(wú)須解體伺服電機(jī)，AT3發(fā)出交流信號(hào)穿過定子繞組的任意一相，在伺服電機(jī)內(nèi)發(fā)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，并在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生感應(yīng)磁勢(shì)，此時(shí)用手轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子，對(duì)于轉(zhuǎn)子，內(nèi)部磁場(chǎng)近似于“點(diǎn)對(duì)稱”，這種運(yùn)動(dòng)不會(huì)干擾定子繞組上的交變電流。而當(dāng)轉(zhuǎn)子有匝間短路、相間短路、三相不平衡、斷條等故障時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)將引起感生磁場(chǎng)變化，致使儀表顯示電流變化百分比△I。
4.電角度比較
電角度φ＝arctan（（ωL/ R ），這種L與R的比較同樣反映了電感的有效程度，匝間短路的過程就是甲從90°減小到0°的過程，因此經(jīng)常將電角度值作為判斷三相平衡及匝間短路的輔助手段。
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