主轴马达动平衡调试系统的建立与调试

何沛均

摘要：在本文中将应用加速度计和动态数据分析仪，建立气悬浮主轴马达的动平衡调试系统，通过检测马达振动的大小，调整马达转动质量中心，使其与马达转动轴相重合，从而实现对气悬浮主轴马达的动态平衡状态的检测和调试，提高其动态平衡稳定性。

关键词：主轴马达;振动;动平衡

1.振动测量及信号分析

常用的振动测量传感器按各自的工作原理可分为压电式、压阻式、电容式、电感式以及光电式。压电式加速度传感器因为具有测量频率范围宽、量程大、体积小、重量轻、对被测件的影响小以及安装使用方便，成为最常用的振动测量传感器。

由于振动是一个快变的物理量，测量得到的随时间变化的信号不足以描述振动信号本身的特征，因此需要将在时间域变化的信号变化为在频域中有效值域或均方值随频率的分布。频率分析的数学基础是快速傅立叶变换（FFT），通过傅立叶变换把复杂的时间历程波形分解为若干单一的谐波分量进行研究，以获得信号的频率结构-频谱（各谐波分量的幅值和相位信息），如图1-1。频谱分析可以使用频谱分析仪来实现，也可以在计算机里用软件来完成。

2.建立气悬浮马达动平衡调试系统

應用振动测量和分析原理，建立起气悬浮马达动平衡调试系统。通过编码控制器和马达驱动器控制气悬浮马达稳定在一个固定的转速;通过加速度计测量马达转动时的振动;利用脉冲快速傅立叶变换分析仪对马达振动进行频谱分析，找出其振幅的最高点并与马达的零点信号位置（Index信号）进行相位比较，从而找出转动质量中心的偏心位置，对其进行调整。

2.1 加速度计

在调试系统中，加速度计的作用是把振动量转换成相应的电信号。为准确地进行测量，对加速度计有以下的基本要求：

2.1.1具有较宽的动态范围，即对非常低和非常高的振动都能精确的响应;

2.1.2具有较宽的频率响应范围;

2.1.3在其频率响应范围内具有良好的线性度;

2.1.4对环境干扰具有最低的灵敏度;

2.1.5结构坚固，工作可靠，能够长时间保持稳定的特性。

在气悬浮马达动平衡调试系统中，选用了B&K公司的4507系列加速度计。4507系列加速度计具有耐磨的钛合金外壳和连接头，通过选配的安装片可以很容易固定在测试对象上;内置低噪的前置放大器和集成电路，可以提供超过100dB的动态范围，提供10mV/g到1V/g的灵敏度;轻量的Theta剪切设计提供了对环境干扰非常低的灵敏特性。

2.2气悬浮马达控制系统

气悬浮马达动平衡调试系统所针对的主要是Canon公司所生产的气悬浮马达，所以在系统中使用了Canon公司的气悬浮马达控制系统，包括气悬浮马达控制器和编码控制器和工控计算机。使用该控制系统，使气悬浮马达稳定在一个固定的转速转动，并产生Index信号，作为相位参考。在调试系统中，控制马达的转速稳定在5000RPM。

3.振动测试平台

在气悬浮马达动平衡调试系统中，使用了厚重的大理石平台作为振动测试平台，以降低外部环境的振动对测试的影响。在大理石平台的上面，另外使用了一个小型的大理石平台，在平台的底部安装有四个橡胶垫。测试的气悬浮马达放在其上面，进一步消除外部振动对测试的干扰。

4.测量分析软件

使用B&K公司配套的PULSE LabShop软件，对测量马达振动信号进行时域和分析频谱分析。

5.气悬浮马达动平衡系统的调试

5.1 气悬浮马达夹具安装调整

工作夹具安装到气悬浮马达后，利用千分表，检测调整夹具在马达上的安装位置，使夹具的回转轴和马达的回转轴重合。由于夹具加工和装配误差的问题，夹具的转动质量中心和回转轴并不一定重合，因此需要使用动平衡调试系统，通过调整夹具上12个配重孔螺丝对夹具转动质量中心进行调整，使其与回转轴重合。

5.2气悬浮马达动平衡调整

把气悬浮马达放置在振动测试平台上，把加速度计紧密安装在气悬浮马达的外壳上。使用马达控制系统，使气悬浮马达稳定在5000RPM的转速。

通过在夹具的12个配重其中一个孔中加入螺丝，当测量的振动幅值最高点与马达的Index信号重合，则标记该配重孔为0度角孔。在以后的动平衡调试中以该0度角孔作为参考位置，寻找对应的相位进行配重的调整。

6.结束语

应用加速度计对马达转动过程中产生的振动信号进行检测，通过信号采集和分析系统，可以便捷的对主轴马达的动态平衡性能进行检测和调试，使马达达到更优秀的稳定性，满足工作条件的要求。

参考文献：

[1]陆兆峰，陈旻，陈禾，林立，张颖.压电式加速度传感器在振动测量系统的应用研究.仪表技术与传感器，2007（7）.

[2]刘习军，贾启芬.工程振动理论与测试技术.高等教育出版社， 2004.11.1.