離心機中萬能夾具轉盤的設計

西北機器公司下屬子公司——西安捷盛公司前身是西北機器廠力學環境振動研究所，多年來一直擔任我國力學環境振動試驗設備的研制和開發工作，在行業中起著領軍和先鋒隊的作用。隨著我國微電子器件的不斷發展，對檢測設備的功能多樣性和精密性也提出了新的要求。40000g離心式穩態加速度試驗機就是為了滿足市場的需求而研制的一種具有國際最先進的柔性旋轉主軸系統的超高速離心試驗機。這種新型離心機，旋轉平穩，承載能力大，并帶有主動不平穩自檢功能，可以用來檢測一些微電子器件，尤其是一些軍用電子器件在振動和沖擊時不一定能檢測出的結構和機械類型的缺陷，并能測定微電子器件封裝、內部金屬化和引線系統、芯片或襯底的附著能力和機械強度極限值。

萬能夾具轉盤是40000g離心式穩態加速度試驗機的重要部件之一，它的結構及加工質量直接影響著離心機轉子與支承系統的使用壽命、影響著離心機的旋轉平衡性，因此設計優質結構和質量的萬能夾具轉盤是關系整個離心式是否能研制成功的關鍵問題之一。

一、離心機中萬能夾具轉盤的設計

1.1 40000g離心式加速度試驗機的離心裝置由交流電機驅動，通過楔形帶進行一級升速，使主軸達到試驗時所需轉速，試驗時的試品是通過子夾具安裝在萬能工作轉盤的某一半徑處，工作轉盤做等速回轉時，試品就受到一個離心恒加速度的作用。改變工作轉盤回轉速度，就可獲得所需要的加速度值。40000g離心式穩態加速度試驗機要求試品安裝半徑在100mm時的法向加速度值達到40000g，主軸轉速達到20000r/min，而試品質量的偏差，使得夾具轉盤在高速度的旋轉中產生了很大的離心力，而當這種由不平衡質量產生的離心力超過設計要求的限度時，系統的支承系統和轉子都會受到較大的傷害，支承部位就會產生很大的動反力，從而引起系統振動、發熱、軸承磨損、產生噪音等多種破壞現象，這樣就縮短了離心機轉子的使用壽命。

1.2 夾具轉盤在超高速條件下旋轉時還會與空氣強烈摩擦而引起轉盤發熱，如果溫度較高還能使轉盤材料的強度極限下降，導致轉盤在高速慣性力作用下產生外圈變形，當這種變形超過一定的量值時，工作轉盤就會瞬間產生裂紋，甚至解體，這樣就會危及操作人員的生命安全。所以我們對工作轉盤設計時采用仿真技術將夾具設計成在母體夾具上安裝便于拆卸的子夾具結構，母體夾具采用超硬度的鍛壓鋁材料DL5做為母夾具的基體材料，子夾具采用鈦合金TC4做為子夾具基體材料，這兩種材料均具有質量輕、強度高的特點，用以保證系統的可靠性。

二、離心機中萬能夾具轉盤的加工工藝保證措施

2.1 設計人員通過仿真技術完成萬能夾具轉盤的結構設計后，如何能通過現有的設備加工出合格的高質量的轉盤就成為完成這一關鍵部件的主要任務了，為此我們首先對能采用的工藝路線進行反復的論證，最后采用了：鍛壓→熱處理→粗加工→熱處理→半精加工→熱處理→精加工等工藝順序來加工零件，保證了零件的加工質量。

2.2 經過認真的操作、加工，一個合格的高質量的轉盤雖然它的各項尺寸精度和誤差都達到了圖紙的要求，靜態中無可挑剔，但由于轉盤本身材質密度不可能處在完全理想的均勻狀態，材質密度的不均勻性和幾何尺寸的微量偏差都會使轉盤的質心和轉子的旋轉中心不可能完全的重合，這樣當萬能夾具轉盤在高速旋轉時就會產生不平衡離心慣性力，從而引起離心機整個系統的振動，隨機而產生主軸支承系統的相互干擾、摩擦發熱、噪聲等問題，為了解決這些問題，我們對組裝后的萬能夾具轉盤做了動平衡試驗，即把組裝好的萬能夾具轉盤安裝在動平衡機的彈性支承上，使其轉動測量出支承的振動支反力，用分離解算電路，計算出轉盤的不平衡重量，再對轉盤進行去重，直至達到允許的不平衡量值，從而把振動控制在允許的范圍內，減小了振源。

三、離心機中萬能夾具轉盤的應用

3.1夾具轉盤超高速旋轉時，與空氣強烈摩擦可引起轉盤發熱，安裝時我們還對夾具轉盤工作圓筒抽取空氣，使轉盤在真空狀態下旋轉，以減小低高速旋轉時的摩擦發熱，并對其真空度進行實時檢測，并將檢測結果傳送給計算機系統。

3.2萬能夾具試驗時，只需將所要試驗的試品（電子元器件）放在六個試品盒內，再將六個試品盒放入萬能夾具轉盤上對稱分布的定位孔內即可進行試驗。凡是外形尺寸能夠放進試品盒的各種元器件，都可以進行試驗，而且還可根據試品的大小同時放入多個試品，方便、快捷、有效。

3.3裝入試品盒的試品不受形狀限制，試品盒內試品之外的多余空間用石英砂來填充，石英砂要干燥、干凈、顆粒要均勻。

3.4將試品在試品盒的不同方向進行安裝或者通過改變試品盒在轉盤中的位置，即可進行X、Y、Z三坐標六方向的試驗，充分發揮了萬能夾具的優勢。

四、結論

40000g離心式穩態加速度試驗機的成功研制解決我國以往生產的離心機承載能力小、轉動平穩性差、不能主動進行不平衡自檢的缺陷，它的一些新功能完全可以取代國內其它類型的高速離心機。經過產品的使用和市場調研，目前我公司生產的40000g離心式穩態加速度試驗機，每年銷售達20多臺左右，已經成為我國高速離心機的更新換代產品。