阅读说明：本技术 一种分子泵动平衡调整装置及调整方法 (Molecular pump dynamic balance adjusting device and adjusting method ) 是由 项海铭 洪申平 沙宏磊 俞天野 王文建 赵明杨 沈虹 李鲁楠 于 2020-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种分子泵动平衡调整装置及调整方法,包括磁悬浮电机,磁悬浮电机一侧安装真空罩,真空罩通过真空管道连接至机械泵,真空罩内部设有叶轮和电磁主轴,磁悬浮电机的主轴连接至电磁主轴一端,电磁主轴另一端安装叶轮,电磁主轴上设有上径向轴承检测位和下径向轴承检测位,叶轮的端部设有第一动平衡加重孔和第二动平衡加重孔,真空罩外部设有检测单元,检测单元用于检测电磁主轴的不平衡量,并将信号传递给上位机。本发明所述的分子泵动平衡调整装置及调整方法,极大的提高了分子泵的动平衡测试效率而且精度高,节省了大量的调试时间。(The invention provides a molecular pump dynamic balance adjusting device and an adjusting method, which comprises a magnetic suspension motor, wherein a vacuum cover is arranged on one side of the magnetic suspension motor, the vacuum cover is connected to a mechanical pump through a vacuum pipeline, an impeller and an electromagnetic spindle are arranged in the vacuum cover, the spindle of the magnetic suspension motor is connected to one end of the electromagnetic spindle, the other end of the electromagnetic spindle is provided with the impeller, the electromagnetic spindle is provided with an upper radial bearing detection position and a lower radial bearing detection position, the end part of the impeller is provided with a first dynamic balance weighting hole and a second dynamic balance weighting hole, a detection unit is arranged outside the vacuum cover and used for detecting the unbalance of the electromagnetic spindle and transmitting signals to an upper computer. The dynamic balance adjusting device and the adjusting method of the molecular pump greatly improve the dynamic balance testing efficiency of the molecular pump, have high precision and save a large amount of debugging time.)

一种分子泵动平衡调整装置及调整方法

技术领域

本发明属于真空获得设备领域，尤其是涉及一种分子泵动平衡调整装置及调整方法。

背景技术

分子泵属于高精度精密仪器，是真空获得设备里的高端产品，它的工作原理是通过高速旋转的叶轮定向击打工作环境中的气体分子，使气体分子按设计要求排出真空腔体从而获得洁净的高真空环境。因此分子泵叶轮的转速要求很高，叶轮边缘线速度要达到400m/s以上，同时要求分子泵不能有大幅的振动，需要将泵口的相对振动量控制在0.1μm以内。在这种要求下，分子泵叶轮的动平衡精度一般需要达到G0.4以上。现有的分子泵动平衡方法主要分两种：一种是借用常规的动平衡机，在低速下比如3000rpm时做调整，这种方法操作简单，但是效果不是很理想，因为分子泵的工作转速一般都在20000rpm以上，此时的叶轮状态和低速下的状态不完全一样，所以这种方法的动平衡精度很难达到G0.4，只能勉强使用。另外一种是本机动平衡，需要采用高精度动平衡仪或是磁悬浮分子泵的位移监控软件进行操作，这种方法可以实现高速下动平衡，保证分子泵在额定转速时的动平衡精度，一般都能轻松达到G0.4以上，但是这种方法非常耗时，因为分子泵本身升降速时间很长，一般一次升降速需要20分钟左右，完成一个泵的动平衡差不多要半天时间；操作也是相对复杂，需要来回拆卸泵壳处理叶轮的不平衡质量。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种分子泵动平衡调整装置，以解决分子泵动平衡精度低、操作复杂、耗时长的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种分子泵动平衡调整装置，包括磁悬浮电机、机械泵、叶轮和电磁主轴，磁悬浮电机一侧安装真空罩，真空罩通过真空管道连接至机械泵，真空罩内部设有叶轮和电磁主轴，磁悬浮电机的主轴连接至电磁主轴一端，电磁主轴另一端安装叶轮，电磁主轴上设有上径向轴承检测位和下径向轴承检测位，叶轮的端部设有第一动平衡加重孔和第二动平衡加重孔，真空罩外部设有检测单元，检测单元用于检测电磁主轴的不平衡质量，并将信号传递给上位机。

进一步的，所述上位机为电脑。

进一步的，所述磁悬浮电机的主轴和磁悬浮电机的壳体之间设有真空密封装置。

进一步的，所述机械泵为前级泵。

进一步的，所述真空管道为波纹管。

进一步的，所述检测单元为电感式位移传感器，电感式位移传感器包括第一电感式位移传感器和第二电感式位移传感器，第一电感式位移传感器对准下径向轴承检测位，第二电感式位移传感器对准上径向轴承检测位。

相对于现有技术，本发明所述的分子泵动平衡调整装置具有以下优势：

（1）本发明所述的分子泵动平衡调整装置，将叶轮和电磁主轴作为整体进行动平衡调整，既可以实现将叶轮和电磁主轴单独从泵体分离出来整体动平衡，又可以快速实现高速动平衡调整，极大的提高了动平衡效率。

（2）本发明所述的分子泵动平衡调整装置，操作简单，易于批量生产，有利于企业减少人力投入、降低生产成本和减少其他配套资源损耗。

本发明的另一目的在于提出一种分子泵动平衡调整方法，以解决分子泵动平衡精度低、操作复杂、耗时长的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种分子泵动平衡调整方法，具体包括如下步骤：

步骤一：将叶轮和电磁主轴作为一个整体固定在磁悬浮电机上；

步骤二：将电感式位移传感器探头对准电磁主轴的感应部位，并连接上位机；

步骤三：启动磁悬浮电机，使叶轮和电磁主轴达到低速动平衡测试转速，低速的转速范围为3000rpm至5000rpm；

步骤四：电感式位移传感器将采集的数据传递给上位机，上位机判断叶轮和电磁主轴这个整体的不平衡质量是否小于1克，如果不平衡质量大于1克，则进行动平衡调整；如果不平衡质量小于1克，则直接进入步骤五；

步骤五：用机械泵对真空罩粗抽至10Pa的真空度，然后通过磁悬浮电机将叶轮和电磁主轴转速达到额定运行转速，经上位机计算得出不平衡质量分布，并判断叶轮和电磁主轴这个整体的不平衡是否小于0.001克，如果小于0.001克，则测试结束；如果不平衡质量大于0.001克，则采用加重的方式对叶轮和电磁主轴进行不平衡质量调整，直至不平衡质量小于0.001克。

进一步的，所述动平衡调整的具体过程为：在刚性状态下对叶轮和电磁主轴进行低速动平衡调试，低速的转速范围为3000rpm至5000rpm，并对不平衡质量采用加重补偿，直至不平衡质量小于1克。

进一步的，所述上位机内安装的软件为matlab计算软件。

相对于现有技术，本发明所述的分子泵动平衡调整方法具有以下优势：

（1）本发明所述的分子泵动平衡调整方法，采用大功率高速磁悬浮电机驱动，将叶轮和电磁主轴安装在真空罩内，通过电感式位移传感器读取叶轮和电磁主轴的位移振动量,并采用matlab算法进行计算不平衡质量分布，找到不平衡质量分布之后采用加重的方法来实现不平衡质量的调整，极大的提高了分子泵的动平衡测试效率而且精度高，节省了大量的调试时间，也有利于提高行业的整体技术水平。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的真空泵打开上盖时分子泵动平衡调整装置的俯视图；

图2为图1中A部的剖视图；

图3为图1中B部的剖视图；

图4为本发明实施例所述的真空泵打开上盖时分子泵动平衡调整装置的结构示意图；

图5为图4中C部的剖视图；

图6为本发明实施例所述的分子泵动平衡调整方法的流程图。

附图标记说明：

1-磁悬浮电机；2-机械泵；3-真空管道；4-第一电感式位移传感器；5-第二电感式位移传感器；6-上位机；7-叶轮；8-第一动平衡加重孔；9-第二动平衡加重孔；10-上径向轴承检测位；11-电磁主轴；12-下径向轴承检测位；13-连接件；14-真空密封装置；15-真空罩。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种分子泵动平衡调整装置，如图1至图3所示，包括磁悬浮电机1、机械泵2、真空管道3、叶轮7、上径向轴承检测位10、电磁主轴11、下径向轴承检测位12、真空密封装置14和真空罩15，磁悬浮电机1一侧安装真空罩15，真空罩15内部设有叶轮7、电磁主轴11和真空密封装置14，磁悬浮电机1的主轴通过连接件13连接至电磁主轴11一端，电磁主轴11另一端安装叶轮7，电磁主轴11上设有上径向轴承检测位10和下径向轴承检测位12，叶轮7的端部设有第一动平衡加重孔8和第二动平衡加重孔9，真空罩15通过真空管道3连接至机械泵2，真空罩15外部设有若干电感式位移传感器，电感式位移传感器对准上径向轴承检测位10和下径向轴承检测位12，每个电感式位移传感器均信号连接至上位机6。

磁悬浮电机1的主轴与磁悬浮电机的壳体之间设有真空密封装置。

上位机6为电脑，上位机6内安装matlab计算软件，matlab计算软件通过传感器采集数据的过程为现有技术常用手段，上位机和matlab计算软件使用均为现有常用手段，使得该装置适用范围广泛，在使用之前不需要特殊培训，能快速用于工业生产。

真空密封装置14为迷宫密封环，密封性更强。

电感式位移传感器包括第一电感式位移传感器4和第二电感式位移传感器5，第一电感式位移传感器4对准下径向轴承检测位12，第二电感式位移传感器5对准上径向轴承检测位10。

机械泵2为前级泵。

真空管道3为波纹管，长度可调，灵活度更高，通用性更强。

真空罩15为可开合结构，方便安装叶轮7和电磁主轴11。

磁悬浮电机1为大功率高速磁悬浮电机，其规格为3000rpm至50000rmp。

一种分子泵动平衡调整装置的调试过程为：

第一步，在刚性状态下对叶轮7和电磁主轴11进行低速动平衡调试，低速的转速范围选取3000rpm至5000rpm之间位移轨迹比较稳定的状态进行调整，目标是使得不平衡质量控制在1克以内。第二步，完成第一步的目标后或者叶轮7和电磁主轴11本身就达到了不平衡质量在1克以内的要求时，进行高速动平衡调整，为了减少大气对叶轮7的影响，用机械泵2对真空罩15粗抽至10Pa左右的真空度，然后通过叶轮7和电磁主轴11整体升速至额定工作速，额定转速是20000rpm至45000rmp之间，由于采用了大功率磁悬浮电机1，升速时间不到1分钟，极大的提高了工作效率。读取不平衡质量分布情况进行调整，使得不平衡质量控制在0.001克以内，此时动平衡精度就远高于G0.4了。

分子泵动平衡调整装置将叶轮7和电磁主轴11整体进行动平衡调整，为更好的提高精度，需要叶轮7和电磁主轴11在调整过程中保持较低的振动，这个振动量可以从不平衡质量的分布来体现。本申请要求叶轮7和电磁主轴11在低速状态下达到不平衡质量在1克以内，才能进行高速状态下的动平衡调试。

一种分子泵动平衡调整方法，如图4所示，具体包括如下步骤：

步骤一：将叶轮7和电磁主轴11作为一个整体固定住；

步骤二：用紧固工装将叶轮7和电磁主轴11这个整体固定在磁悬浮电机1上；

步骤三：将电感式位移传感器探头对准电磁主轴11的感应部位，并启动上位机的matlab计算软件；

步骤四：启动磁悬浮电机1，使叶轮7和电磁主轴11达到低速动平衡测试转速（3000rpm至5000rpm之间）；

步骤五：通过上位机判断叶轮7和电磁主轴11这个整体的不平衡质量是否小于1克，如果不平衡质量大于1克，则进行动平衡调整；如果小于1克则直接进入步骤六；

如果不平衡质量大于1克，动平衡调整具体过程为：在刚性状态下对叶轮7和电磁主轴11进行低速（选取3000rpm至5000rpm之间）动平衡调试，并对不平衡质量采用加重补偿，直至不平衡质量小于1克；

步骤六：用机械泵2对真空罩15粗抽至10Pa的真空度，然后通过磁悬浮电机1将叶轮7和电磁主轴11转速达到额定运行转速（20000rpm至45000rmp之间），经上位机计算得出不平衡质量分布，判断叶轮7和电磁主轴11这个整体的不平衡是否小于0.001克，如果小于0.001克，则测试结束；如果不平衡质量大于0.001克，则采用加重的方式对叶轮7和电磁主轴11进行不平衡质量调整，直至不平衡质量小于0.001克。

实际测试，应用这种方法来调整动平衡，一般1小时左右就可以完成，而且动平衡精度都可以达到G0.4以上，机械泵2的泵口振动量测试都在0.05μm以内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。