淺談航天用步進電動機關(guān)鍵特性識別和控制

秦倩倩，張 瑗，劉明鑫，田延榮

(中國電子科技集團公司第二十一研究所，上海 200233)

0 引 言

隨著“探月工程”任務(wù)的圓滿完成，航天工程愈加舉世矚目。航天工程具有大系統(tǒng)、大協(xié)作、技術(shù)復(fù)雜等特點，且可靠性要求高，耗資巨大，而航天用步進電動機作為航天器的動作執(zhí)行機構(gòu)，無疑是型號配套任務(wù)的重點關(guān)注對象。在航天配套產(chǎn)品研制過程中，有效地識別產(chǎn)品關(guān)鍵特性，掌握系統(tǒng)和產(chǎn)品裕度，將主要精力集中于滿足產(chǎn)品關(guān)鍵特性的要求是充分可行、且十分必要的，同時也是快速提高產(chǎn)品成熟度的重要途徑之一[1]。

本文主要講述為某型衛(wèi)星配套的步進電動機，在設(shè)計時通過采用失效模式與效應(yīng)分析(以下簡稱FMEA)來識別產(chǎn)品關(guān)鍵特性和重要特性，從而確定關(guān)鍵件和重要件，并通過對關(guān)鍵件和重要件的采購、工藝、生產(chǎn)、檢驗試驗等過程實施質(zhì)量控制，來降低產(chǎn)品失效的風險，從而提高產(chǎn)品的可靠性。文中形成幾點初步的認識，供讀者參考。

1 步進電動機產(chǎn)品特點

步進電動機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)角位移的電動機，輸入一個脈沖信號，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動一個角度，是實現(xiàn)電量與機械量之間轉(zhuǎn)換的重要功能單機產(chǎn)品。其特點是輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。

為提高步進電動機在航天器上的可靠性，需采用相對簡單的結(jié)構(gòu)形式。步進電機一般由轉(zhuǎn)子、軸承、定子、引出線和軸承蓋等幾部分組成，其中轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸、磁鋼等組成，定子由定子鐵心和繞組等組成，典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，該結(jié)構(gòu)的特點是定轉(zhuǎn)子氣隙較小，結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕。

圖1 航天用步進電動機結(jié)構(gòu)圖

2 關(guān)鍵重要特性識別和控制

2.1 關(guān)鍵重要特性分析和識別

結(jié)合航天用步進電動機在某型衛(wèi)星配套機構(gòu)的應(yīng)用環(huán)境特點和任務(wù)剖面圖，并根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點進行FMEA分析[2]，詳見表1。經(jīng)分析，如出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致整機或系統(tǒng)功能失效的特性應(yīng)設(shè)定為關(guān)鍵特性，定轉(zhuǎn)子氣隙、定子繞組阻值、軸承游隙三項為產(chǎn)品關(guān)鍵特性；將導(dǎo)致整機或系統(tǒng)使命任務(wù)無法完成的非關(guān)鍵特性應(yīng)設(shè)定為重要特性，定轉(zhuǎn)子齒槽分度為重要特性，詳見表2。

依據(jù)上述分析得出的關(guān)鍵特性、重要特性，確定關(guān)鍵件為軸承，重要件為運動部件的轉(zhuǎn)子。

表1 航天用步進電動機FMEA

表2 航天用步進電動機關(guān)鍵特性

2.2 關(guān)鍵件、重要件控制

關(guān)鍵件和重要件的質(zhì)量控制應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品特點來制定，形成相應(yīng)的管理規(guī)定，確保管理的一致性，同時還應(yīng)量化控制，確保質(zhì)量記錄的可追溯性。

2.2.1 關(guān)鍵件控制

軸承作為航天用步進電動機的關(guān)鍵件，應(yīng)該重點控制。首先明確軸承的使用條件和要求，如負載、轉(zhuǎn)速、安裝及精度、潤滑情況、壽命或可靠度要求、使用環(huán)境等，同時需充分考慮軸承的材料；其次與外協(xié)單位簽訂技術(shù)協(xié)議及產(chǎn)品質(zhì)量保證協(xié)議，將航天產(chǎn)品保證要求傳遞給外協(xié)單位，設(shè)計及工藝人員參加外協(xié)供方的設(shè)計評審，制定關(guān)鍵和強制檢驗點，并要求外協(xié)供方提供產(chǎn)品數(shù)據(jù)包；最后根據(jù)要求下廠監(jiān)造，進行強制檢驗點現(xiàn)場監(jiān)測，參加交付驗收試驗、審查產(chǎn)品數(shù)據(jù)包，組織產(chǎn)品質(zhì)量評審工作。

2.2.2 重要件控制

步進電動機的運動部件轉(zhuǎn)子作為重要件控制，需從以下幾方面進行：在設(shè)計圖紙上明確標明轉(zhuǎn)子為重要件，并作出重要件標識；形成經(jīng)過工藝和質(zhì)量部門共同會簽重要特性(件)明細表，詳如表3所示；重要件所使用的原材料必須選擇合格供方名單內(nèi)的供方定點采購，并進行相應(yīng)的驗證，如需要材料代用必須進行嚴格的審批；對于重要件需依據(jù)產(chǎn)品的成熟程度，列入產(chǎn)品的首件鑒定目錄，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性；涉及重要件轉(zhuǎn)子的外圓尺寸不合格的讓步接收審理，需經(jīng)用戶方同意。

2.3 關(guān)鍵工序設(shè)定和控制

根據(jù)QJ 2664-94《關(guān)鍵工序質(zhì)量控制》[3]中的規(guī)定，在重要件上形成重要特性的工序應(yīng)設(shè)置為關(guān)鍵工序，故設(shè)置航天用步進電動機的轉(zhuǎn)子外圓鐵心尺寸的精磨為關(guān)鍵工序。

表3 航天用步進電動機重要特性(件)明細表

關(guān)鍵工序工藝設(shè)置“工序控制點明細表”，并且編制“工序控制點操作指導(dǎo)卡”和“工序控制點檢驗指導(dǎo)卡”，按定人員崗位、定加工設(shè)備和定工藝方法的“三定管理”原則進行控制；轉(zhuǎn)子外圓鐵心尺寸進行全數(shù)測量并記錄實測值，當數(shù)據(jù)累計到一定數(shù)量時設(shè)置關(guān)鍵工序合格率指標，采用成功包絡(luò)線的方式進行控制，確保關(guān)鍵工序參數(shù)控制的一致性。

2.4 其他控制要求

2.4.1 技術(shù)狀態(tài)控制

航天用步進電動機的關(guān)鍵件和重要件應(yīng)實施全壽命周期的技術(shù)狀態(tài)管理，并根據(jù)各階段的特點和要求，開展技術(shù)狀態(tài)管理工作，并建立技術(shù)狀態(tài)紀實。當產(chǎn)品的關(guān)鍵特性、重要特性需要更改時，必須進行系統(tǒng)性分析、充分論證和驗證，并提高審批等級，同時提交用戶方同意。

2.4.2 多余物控制[4]

多余物控制是航天配套產(chǎn)品的關(guān)鍵，航天用步進電動機關(guān)鍵件軸承必須在技術(shù)要求和質(zhì)量保證協(xié)議中，明確軸承的研制生產(chǎn)過程必須嚴格執(zhí)行多余物的防控措施，在驗收時需進行轉(zhuǎn)動靈活性和異常聲音的確認；裝配前各零部件需進行有效清洗和清理，并在凈化間的凈化操作臺進行，記錄軸承拆裝次數(shù)。重要件轉(zhuǎn)子使用的磁鋼具有較強的吸附性，易吸附金屬細屑，故在加工、試驗、轉(zhuǎn)運過程中必須加強防護，進行單獨或隔離存放。

2.4.3 周轉(zhuǎn)防護控制

關(guān)鍵件和重要件在周轉(zhuǎn)、儲存的過程中，必須采取有效的防護措施，防止磕碰、劃傷、擠壓變形、淋雨銹蝕等，運輸器具上應(yīng)做出明確的關(guān)鍵件、重要件標識；存放場所應(yīng)滿足其技術(shù)條件及溫濕度、潔凈度等的要求。

2.4.4 質(zhì)量記錄控制

航天用步進電動機關(guān)鍵件和重要件的相關(guān)質(zhì)量記錄需納入航天產(chǎn)品數(shù)據(jù)包交付用戶，質(zhì)量記錄包括關(guān)鍵件和重要件的原材料采購和驗證、生產(chǎn)加工、檢驗試驗、加工及貯存場所環(huán)境條件、不合格品審理情況等，確保其具有可追溯性。

3 結(jié) 語

隨著我國逐步邁入航天強國的行列，航天器的發(fā)射數(shù)量將會越來越多，步進電動機在航天領(lǐng)域的應(yīng)用必將越來越廣泛。在產(chǎn)品設(shè)計時通過FMEA來識別產(chǎn)品關(guān)鍵特性和重要特性，確定關(guān)鍵件和重要件，并在生產(chǎn)全流程中實施質(zhì)量控制，將有效降低電機因關(guān)重特性識別、控制不到位造成的失效風險，提高產(chǎn)品可靠性，為航天型號配套任務(wù)提供有力保障。