剛性轉(zhuǎn)子動平衡實驗報告

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1、剛性轉(zhuǎn)子動平衡實驗報告一、實驗?zāi)康?1)掌握剛性轉(zhuǎn)子動平衡的基本原理和步驟；(2)掌握虛擬基頻檢測儀和相關(guān)測試儀器的使用；(3)了解動靜法的工程應(yīng)用。二、實驗內(nèi)容采用兩平面影響系數(shù)法對一多圓盤剛性轉(zhuǎn)子進(jìn)行動平衡三、實驗原理工作轉(zhuǎn)速低于最低階臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子稱為剛性轉(zhuǎn)子，反之稱為柔性轉(zhuǎn)子。本實驗采取一種剛性轉(zhuǎn)子動平衡常用的方法—兩平面影響系數(shù)法。該方法可以不使用專用平衡機(jī)，只要求一般的振動測量，適合在轉(zhuǎn)子工作現(xiàn)場進(jìn)行平衡作業(yè)。根據(jù)理論力學(xué)的動靜法原理，一勻速旋轉(zhuǎn)的長轉(zhuǎn)子，其連續(xù)分布的離心慣性力系，可向質(zhì)心C簡化為過質(zhì)心的一個力

2、（大小和方向同力系的主向量）和一個力偶（等于力系對質(zhì)心的主矩），見圖一。如果轉(zhuǎn)子的質(zhì)心在轉(zhuǎn)軸上且轉(zhuǎn)軸恰好是轉(zhuǎn)子的慣性主軸，即轉(zhuǎn)軸是轉(zhuǎn)子的中心慣性主軸，則力和力偶矩M的值均為零。這種情況稱轉(zhuǎn)子是平衡的；反之，不滿足上述條件的轉(zhuǎn)子是不平衡的。不平衡轉(zhuǎn)子的軸與軸承之間產(chǎn)生交變的作用力和反作用力，可引起軸承座和轉(zhuǎn)軸本身的強(qiáng)烈振動，從而影響機(jī)器的工作性能和工作壽命。圖一轉(zhuǎn)子系統(tǒng)與力系簡化剛性轉(zhuǎn)子動平衡的目標(biāo)是使離心慣性力系的主向量和主矩的值同時趨近于零。為此，先在轉(zhuǎn)子上任意選定兩個截面I、II（稱校正平面），在離軸線一定距離、（稱校

3、正半徑），與轉(zhuǎn)子上某一參考標(biāo)記成夾角、處，分別附加一塊質(zhì)量為、的重塊（稱校正質(zhì)量）。如能使兩質(zhì)量和的離心慣性力（其大小分別為和，16為轉(zhuǎn)動角速度）正好與原不平衡轉(zhuǎn)子的離心慣性力系相平衡，那么就實現(xiàn)了剛性轉(zhuǎn)子的動平衡。兩平面影響系數(shù)法的過程如下；（1）在額定的工作轉(zhuǎn)速或任選的平衡轉(zhuǎn)速下，檢測原始不平衡引起的軸承或軸頸A、B在某方位的振動量和，其中和是振動位移（也可以是速度或加速度）的幅值，和是振動信號對于轉(zhuǎn)子上參考標(biāo)記有關(guān)的參考脈沖的相位角。（2）根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)，選定兩個校正面I、II并確定校正半徑、。先在平面I上加一“試重

4、”（試質(zhì)量），其中為試重質(zhì)量，為試重相對參考標(biāo)記的方位角，以順轉(zhuǎn)向為正。在相同轉(zhuǎn)速下測量軸承A、B的振動量和。矢量關(guān)系見圖二a，b。顯然，矢量及為平面I上加試重所引起的軸承振動的變化，稱為試重的效果矢量。方位角為零度的單位試重的效果矢量稱為影響系數(shù)。因而，我們可由下式求得影響系數(shù)。(1)(2)圖二矢量關(guān)系圖（3）取走，在平面II上加試重，為試重質(zhì)量，為試重方位角。同樣測得軸承A、B的振動量和，從而求得效果矢量和（見圖二16c，d）及影響系數(shù)(3)(4)（4）校正平面I、II上所需的校正質(zhì)量和，可通過解下列矢量方程組求得：(

5、5)(6)，為校正質(zhì)量，，為校正質(zhì)量的方位角。求解矢量方程最好能使用計算機(jī)。本試驗采用專用的動平衡計算程序dynbalance。（5）根據(jù)計算結(jié)果，在轉(zhuǎn)子上安裝校正質(zhì)量，重新起動轉(zhuǎn)子，如振動已減小到滿意程度，則平衡結(jié)束，否則可重復(fù)上面步驟，再進(jìn)行一次修正平衡。四、實驗裝置序號名稱數(shù)量主要技術(shù)指標(biāo)參考型號生產(chǎn)廠家1轉(zhuǎn)子系統(tǒng)1轉(zhuǎn)速：0~4000r/min臨界轉(zhuǎn)速≥5000r/min自制2調(diào)速器1調(diào)速：500~4100r/min定制中科院生物所3光電變換器1位移：0.1~2000m通用型自制4電渦流位移計2頻率：0~1000Hz

6、位移：2mm峰峰值85811揚州無線電二廠清華桑拓研究所5電子天平1200±0.01gES-200A長沙湘平公司6微型計算機(jī)1通用型測試系統(tǒng)如圖三所示。部分設(shè)備的原理和功用說明如下：（1）轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)子軸上固定有四個圓盤，兩端用含油軸承支承。電動機(jī)通過橡膠軟管拖動轉(zhuǎn)軸，用調(diào)速器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。最高工作轉(zhuǎn)速為4000r/min，遠(yuǎn)低于轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)的固有頻率。（2）光電變換器、電渦流位移計及計算機(jī)虛擬動平衡儀與計算機(jī)虛擬動平衡儀相連接的光電探頭，給出入射光和反射光。在轉(zhuǎn)子任一圓盤的外緣貼上一寬度約5mm16的黑紙。調(diào)整探頭方位使入射

7、光束準(zhǔn)確指向圓盤中心。當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動時，由于反射光的強(qiáng)弱變化，光電變換器產(chǎn)生對應(yīng)黑帶的電脈沖，饋入計算機(jī)虛擬動平衡儀（圖四）作為轉(zhuǎn)速測量和相位測量的基準(zhǔn)信號。電渦流位移計包括探頭和前置器。探頭前端有一扁形線圈，由前置器提供高頻（2MHz）電流。當(dāng)它靠近金屬導(dǎo)體測量對象時，后者表面產(chǎn)生感應(yīng)電渦流。間隙變化，電渦流的強(qiáng)弱隨之變化，線圈的供電電流也發(fā)生變化，從而在串聯(lián)于線圈的電容上產(chǎn)生被調(diào)制的電壓信號，此信號經(jīng)過前置器的解調(diào)、檢波、放大后，成為在一定范圍內(nèi)與間隙大小成比例的電壓信號。本實驗使用兩個電渦流位移計，分別檢測兩個軸承座的水

8、平振動位移。兩路位移信號通過切換開關(guān)依次饋入計算機(jī)虛擬動平衡儀，以光電變換器給出的電脈沖為參考，進(jìn)行同頻檢測（濾除諧波干擾）和相位比較后，在計算機(jī)虛擬動平衡儀面板上顯示出振動位移的幅值、相位及轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)（圖五）。同頻檢測前后的振動位移波形，通過計算機(jī)虛擬電子示波器隨時觀察（圖五）。（3）動平衡計算軟件兩平