主軸馬達動平衡調試系統的建立與調試

何沛均

摘要：在本文中將應用加速度計和動態數據分析儀，建立氣懸浮主軸馬達的動平衡調試系統，通過檢測馬達振動的大小，調整馬達轉動質量中心，使其與馬達轉動軸相重合，從而實現對氣懸浮主軸馬達的動態平衡狀態的檢測和調試，提高其動態平衡穩定性。

關鍵詞：主軸馬達;振動;動平衡

1.振動測量及信號分析

常用的振動測量傳感器按各自的工作原理可分為壓電式、壓阻式、電容式、電感式以及光電式。壓電式加速度傳感器因為具有測量頻率范圍寬、量程大、體積小、重量輕、對被測件的影響小以及安裝使用方便，成為最常用的振動測量傳感器。

由于振動是一個快變的物理量，測量得到的隨時間變化的信號不足以描述振動信號本身的特征，因此需要將在時間域變化的信號變化為在頻域中有效值域或均方值隨頻率的分布。頻率分析的數學基礎是快速傅立葉變換（FFT），通過傅立葉變換把復雜的時間歷程波形分解為若干單一的諧波分量進行研究，以獲得信號的頻率結構-頻譜（各諧波分量的幅值和相位信息），如圖1-1。頻譜分析可以使用頻譜分析儀來實現，也可以在計算機里用軟件來完成。

2.建立氣懸浮馬達動平衡調試系統

應用振動測量和分析原理，建立起氣懸浮馬達動平衡調試系統。通過編碼控制器和馬達驅動器控制氣懸浮馬達穩定在一個固定的轉速;通過加速度計測量馬達轉動時的振動;利用脈沖快速傅立葉變換分析儀對馬達振動進行頻譜分析，找出其振幅的最高點并與馬達的零點信號位置（Index信號）進行相位比較，從而找出轉動質量中心的偏心位置，對其進行調整。

2.1 加速度計

在調試系統中，加速度計的作用是把振動量轉換成相應的電信號。為準確地進行測量，對加速度計有以下的基本要求：

2.1.1具有較寬的動態范圍，即對非常低和非常高的振動都能精確的響應;

2.1.2具有較寬的頻率響應范圍;

2.1.3在其頻率響應范圍內具有良好的線性度;

2.1.4對環境干擾具有最低的靈敏度;

2.1.5結構堅固，工作可靠，能夠長時間保持穩定的特性。

在氣懸浮馬達動平衡調試系統中，選用了B&K公司的4507系列加速度計。4507系列加速度計具有耐磨的鈦合金外殼和連接頭，通過選配的安裝片可以很容易固定在測試對象上;內置低噪的前置放大器和集成電路，可以提供超過100dB的動態范圍，提供10mV/g到1V/g的靈敏度;輕量的Theta剪切設計提供了對環境干擾非常低的靈敏特性。

2.2氣懸浮馬達控制系統

氣懸浮馬達動平衡調試系統所針對的主要是Canon公司所生產的氣懸浮馬達，所以在系統中使用了Canon公司的氣懸浮馬達控制系統，包括氣懸浮馬達控制器和編碼控制器和工控計算機。使用該控制系統，使氣懸浮馬達穩定在一個固定的轉速轉動，并產生Index信號，作為相位參考。在調試系統中，控制馬達的轉速穩定在5000RPM。

3.振動測試平臺

在氣懸浮馬達動平衡調試系統中，使用了厚重的大理石平臺作為振動測試平臺，以降低外部環境的振動對測試的影響。在大理石平臺的上面，另外使用了一個小型的大理石平臺，在平臺的底部安裝有四個橡膠墊。測試的氣懸浮馬達放在其上面，進一步消除外部振動對測試的干擾。

4.測量分析軟件

使用B&K公司配套的PULSE LabShop軟件，對測量馬達振動信號進行時域和分析頻譜分析。

5.氣懸浮馬達動平衡系統的調試

5.1 氣懸浮馬達夾具安裝調整

工作夾具安裝到氣懸浮馬達后，利用千分表，檢測調整夾具在馬達上的安裝位置，使夾具的回轉軸和馬達的回轉軸重合。由于夾具加工和裝配誤差的問題，夾具的轉動質量中心和回轉軸并不一定重合，因此需要使用動平衡調試系統，通過調整夾具上12個配重孔螺絲對夾具轉動質量中心進行調整，使其與回轉軸重合。

5.2氣懸浮馬達動平衡調整

把氣懸浮馬達放置在振動測試平臺上，把加速度計緊密安裝在氣懸浮馬達的外殼上。使用馬達控制系統，使氣懸浮馬達穩定在5000RPM的轉速。

通過在夾具的12個配重其中一個孔中加入螺絲，當測量的振動幅值最高點與馬達的Index信號重合，則標記該配重孔為0度角孔。在以后的動平衡調試中以該0度角孔作為參考位置，尋找對應的相位進行配重的調整。

6.結束語

應用加速度計對馬達轉動過程中產生的振動信號進行檢測，通過信號采集和分析系統，可以便捷的對主軸馬達的動態平衡性能進行檢測和調試，使馬達達到更優秀的穩定性，滿足工作條件的要求。

參考文獻：

[1]陸兆峰，陳旻，陳禾，林立，張穎.壓電式加速度傳感器在振動測量系統的應用研究.儀表技術與傳感器，2007（7）.

[2]劉習軍，賈啟芬.工程振動理論與測試技術.高等教育出版社， 2004.11.1.