主軸馬達(dá)動(dòng)平衡調(diào)試系統(tǒng)的建立與調(diào)試

何沛均

摘要：在本文中將應(yīng)用加速度計(jì)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析儀，建立氣懸浮主軸馬達(dá)的動(dòng)平衡調(diào)試系統(tǒng)，通過(guò)檢測(cè)馬達(dá)振動(dòng)的大小，調(diào)整馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量中心，使其與馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)軸相重合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣懸浮主軸馬達(dá)的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)的檢測(cè)和調(diào)試，提高其動(dòng)態(tài)平衡穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：主軸馬達(dá);振動(dòng);動(dòng)平衡

1.振動(dòng)測(cè)量及信號(hào)分析

常用的振動(dòng)測(cè)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?yàn)榫哂袦y(cè)量頻率范圍寬、量程大、體積小、重量輕、對(duì)被測(cè)件的影響小以及安裝使用方便，成為最常用的振動(dòng)測(cè)量傳感器。

由于振動(dòng)是一個(gè)快變的物理量，測(cè)量得到的隨時(shí)間變化的信號(hào)不足以描述振動(dòng)信號(hào)本身的特征，因此需要將在時(shí)間域變化的信號(hào)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(shù)學(xué)基礎(chǔ)是快速傅立葉變換（FFT），通過(guò)傅立葉變換把復(fù)雜的時(shí)間歷程波形分解為若干單一的諧波分量進(jìn)行研究，以獲得信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)-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(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以在計(jì)算機(jī)里用軟件來(lái)完成。

2.建立氣懸浮馬達(dá)動(dòng)平衡調(diào)試系統(tǒng)

應(yīng)用振動(dòng)測(cè)量和分析原理，建立起氣懸浮馬達(dá)動(dòng)平衡調(diào)試系統(tǒng)。通過(guò)編碼控制器和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器控制氣懸浮馬達(dá)穩(wěn)定在一個(gè)固定的轉(zhuǎn)速;通過(guò)加速度計(jì)測(cè)量馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的振動(dòng);利用脈沖快速傅立葉變換分析儀對(duì)馬達(dá)振動(dòng)進(jìn)行頻譜分析，找出其振幅的最高點(diǎn)并與馬達(dá)的零點(diǎn)信號(hào)位置（Index信號(hào)）進(jìn)行相位比較，從而找出轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量中心的偏心位置，對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。

2.1 加速度計(jì)

在調(diào)試系統(tǒng)中，加速度計(jì)的作用是把振動(dòng)量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。為準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量，對(duì)加速度計(jì)有以下的基本要求：

2.1.1具有較寬的動(dòng)態(tài)范圍，即對(duì)非常低和非常高的振動(dòng)都能精確的響應(yīng);

2.1.2具有較寬的頻率響應(yīng)范圍;

2.1.3在其頻率響應(yīng)范圍內(nèi)具有良好的線性度;

2.1.4對(duì)環(huán)境干擾具有最低的靈敏度;

2.1.5結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，工作可靠，能夠長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的特性。

在氣懸浮馬達(dá)動(dòng)平衡調(diào)試系統(tǒng)中，選用了B&K公司的4507系列加速度計(jì)。4507系列加速度計(jì)具有耐磨的鈦合金外殼和連接頭，通過(guò)選配的安裝片可以很容易固定在測(cè)試對(duì)象上;內(nèi)置低噪的前置放大器和集成電路，可以提供超過(guò)100dB的動(dòng)態(tài)范圍，提供10mV/g到1V/g的靈敏度;輕量的Theta剪切設(shè)計(jì)提供了對(duì)環(huán)境干擾非常低的靈敏特性。

2.2氣懸浮馬達(dá)控制系統(tǒng)

氣懸浮馬達(dá)動(dòng)平衡調(diào)試系統(tǒng)所針對(duì)的主要是Canon公司所生產(chǎn)的氣懸浮馬達(dá)，所以在系統(tǒng)中使用了Canon公司的氣懸浮馬達(dá)控制系統(tǒng)，包括氣懸浮馬達(dá)控制器和編碼控制器和工控計(jì)算機(jī)。使用該控制系統(tǒng)，使氣懸浮馬達(dá)穩(wěn)定在一個(gè)固定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，并產(chǎn)生Index信號(hào)，作為相位參考。在調(diào)試系統(tǒng)中，控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在5000RPM。

3.振動(dòng)測(cè)試平臺(tái)

在氣懸浮馬達(dá)動(dòng)平衡調(diào)試系統(tǒng)中，使用了厚重的大理石平臺(tái)作為振動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，以降低外部環(huán)境的振動(dòng)對(duì)測(cè)試的影響。在大理石平臺(tái)的上面，另外使用了一個(gè)小型的大理石平臺(tái)，在平臺(tái)的底部安裝有四個(gè)橡膠墊。測(cè)試的氣懸浮馬達(dá)放在其上面，進(jìn)一步消除外部振動(dòng)對(duì)測(cè)試的干擾。

4.測(cè)量分析軟件

使用B&K公司配套的PULSE LabShop軟件，對(duì)測(cè)量馬達(dá)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和分析頻譜分析。

5.氣懸浮馬達(dá)動(dòng)平衡系統(tǒng)的調(diào)試

5.1 氣懸浮馬達(dá)夾具安裝調(diào)整

工作夾具安裝到氣懸浮馬達(dá)后，利用千分表，檢測(cè)調(diào)整夾具在馬達(dá)上的安裝位置，使夾具的回轉(zhuǎn)軸和馬達(dá)的回轉(zhuǎn)軸重合。由于夾具加工和裝配誤差的問(wèn)題，夾具的轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量中心和回轉(zhuǎn)軸并不一定重合，因此需要使用動(dòng)平衡調(diào)試系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)整夾具上12個(gè)配重孔螺絲對(duì)夾具轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量中心進(jìn)行調(diào)整，使其與回轉(zhuǎn)軸重合。

5.2氣懸浮馬達(dá)動(dòng)平衡調(diào)整

把氣懸浮馬達(dá)放置在振動(dòng)測(cè)試平臺(tái)上，把加速度計(jì)緊密安裝在氣懸浮馬達(dá)的外殼上。使用馬達(dá)控制系統(tǒng)，使氣懸浮馬達(dá)穩(wěn)定在5000RPM的轉(zhuǎn)速。

通過(guò)在夾具的12個(gè)配重其中一個(gè)孔中加入螺絲，當(dāng)測(cè)量的振動(dòng)幅值最高點(diǎn)與馬達(dá)的Index信號(hào)重合，則標(biāo)記該配重孔為0度角孔。在以后的動(dòng)平衡調(diào)試中以該0度角孔作為參考位置，尋找對(duì)應(yīng)的相位進(jìn)行配重的調(diào)整。

6.結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用加速度計(jì)對(duì)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)信號(hào)采集和分析系統(tǒng)，可以便捷的對(duì)主軸馬達(dá)的動(dòng)態(tài)平衡性能進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)試，使馬達(dá)達(dá)到更優(yōu)秀的穩(wěn)定性，滿足工作條件的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸兆峰，陳旻，陳禾，林立，張穎.壓電式加速度傳感器在振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用研究.儀表技術(shù)與傳感器，2007（7）.

[2]劉習(xí)軍，賈啟芬.工程振動(dòng)理論與測(cè)試技術(shù).高等教育出版社， 2004.11.1.