轉(zhuǎn)子的動平衡

1、實驗六 轉(zhuǎn)子動平衡一、實驗?zāi)康?鞏固轉(zhuǎn)子動平衡知識，加深轉(zhuǎn)子動平衡概念的理解；2掌握剛性轉(zhuǎn)子動平衡實驗的原理及基本方法。二、實驗設(shè)備與工具1CS-DP-10型動平衡試驗機；2試件（試驗轉(zhuǎn)子）；3天平；4平衡塊（若干）及橡皮泥（少許）。三、實驗原理與方法本實驗采用的CS-DP-10型動平衡試驗機的簡圖如圖1所示。待平衡的試件1安放在框形擺架的支承滾輪上，擺架的左端與工字形板簧3固結(jié)，右端呈懸臂。電動機4通過皮帶帶動試件旋轉(zhuǎn)，當(dāng)試件有不平衡質(zhì)量存在時，則產(chǎn)生的離心慣性力將使擺架繞工字形板簧做上下周期性的微幅振動，通過百分表5可觀察振幅的大小。1234765Z1n1n38Z3Z2H1. 轉(zhuǎn)子試件 2

2、. 擺架 3. 工字形板簧 4. 電動機 5. 百分表 6. 補償盤 7. 差速器 8. 蝸桿圖1 CS-DP-10型動平衡試驗機簡圖試件的不平衡質(zhì)量的大小和相位可通過安裝在擺架右端的測量系統(tǒng)獲得。這個測量系統(tǒng)由補償盤6和差速器7組成。差速器的左端為轉(zhuǎn)動輸入端（n1）通過柔性聯(lián)軸器與試件聯(lián)接，右端為輸出端（n3）與補償盤聯(lián)接。差速器由齒數(shù)和模數(shù)相同的三個圓錐齒輪和一個蝸輪（轉(zhuǎn)臂H）組成。當(dāng)轉(zhuǎn)臂蝸輪不轉(zhuǎn)動時：n3n1，即補償盤的轉(zhuǎn)速n3與試件的轉(zhuǎn)速n1大小相等轉(zhuǎn)向相反；當(dāng)通過手柄搖動蝸桿8從而帶動蝸輪以nH轉(zhuǎn)動時，可得出：n32nHn1，即n3n1，所以搖動蝸桿可改變補償盤與試件之間的相對角位移

3、。圖2所示為動平衡機工作原理圖，試件轉(zhuǎn)動后不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力F =2mr，它可分解為垂直分力Fy和水平分力Fx，由于平衡機的工字形板簧在水平方向（繞y軸）的抗彎剛度很大，所以水平分力Fx對擺架的振動影響很小，可忽略不計。而在垂直方向（繞x軸）的抗彎剛度小，因此在垂直分力產(chǎn)生的力矩M = Fy·l =2mrlsin 的作用下，擺架產(chǎn)生周期性上下振動。xFylplmFrmrpFpFprpmpmp圖2 動平衡機工作原理圖由動平衡原理可知，任一轉(zhuǎn)子上諸多不平衡質(zhì)量，都可以用分別處于兩個任選平面、內(nèi)，回轉(zhuǎn)半徑分別為r、r，相位角分別為、，的兩個不平衡質(zhì)量來等效。只要這兩個不平衡質(zhì)量得到

4、平衡，則該轉(zhuǎn)子即達(dá)到動平衡。找出這兩個不平衡質(zhì)量并相應(yīng)的加上平衡質(zhì)量（或減去不平衡質(zhì)量）就是本試驗要解決的問題。設(shè)試件在圓盤、各等效著一個不平衡質(zhì)量m和m，對x軸產(chǎn)生的慣性力矩為：M=0 ；M=2mrlsin(+t)擺架振幅y大小與力矩M的最大值成正比： y 2mrl ；而不平衡質(zhì)量m產(chǎn)生的慣性力以及皮帶對轉(zhuǎn)子的作用力均通過x軸，所以不影響擺架的振動，因此可以分別平衡圓盤和圓盤。本實驗的基本方法是：首先，用補償盤作為平衡平面，通過加平衡質(zhì)量和利用差速器改變補償盤與試件轉(zhuǎn)子的相對角度，來平衡圓盤上的離心慣性力，從而實現(xiàn)擺架的平衡；然后，將補償盤上的平衡質(zhì)量轉(zhuǎn)移到圓盤上，再實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的平衡。具體操作

5、如下：在補償盤上帶刻度的溝槽端部加一適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量，在試件旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下?lián)u動蝸桿手柄使蝸輪轉(zhuǎn)動（正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)），從而改變補償盤與試件轉(zhuǎn)子的相對角度，觀察百分表振動使其達(dá)到最小，停止轉(zhuǎn)動手柄。（搖動手柄要講究方法：蝸桿安裝在機架上，蝸輪安裝在擺架上，兩者之間有很大間隙。蝸桿轉(zhuǎn)動一定角度后，稍微反轉(zhuǎn)一下，脫離與蝸輪的接觸，這樣才能使擺架自由振動，這時觀察振幅。通過間歇性地使蝸輪向前轉(zhuǎn)動和觀察振幅變化，最終可找到振幅最小的位置。）停機后在溝槽內(nèi)再加一些平衡質(zhì)量，再開機左右轉(zhuǎn)動手柄，如振幅已很小（百分表擺動±12格）可認(rèn)為擺架已達(dá)到平衡。亦可將最后加在溝槽內(nèi)的平衡質(zhì)量的位置沿半徑方向作一定調(diào)整，來減

6、小振幅。將最后調(diào)整到最小振幅的手柄位置保持不動，停機后用手轉(zhuǎn)動試件使補償盤上的平衡質(zhì)量轉(zhuǎn)到最高位置。由慣性力矩平衡條件可知，圓盤上的不平衡質(zhì)量m必在圓盤的最低位置。再將補償盤上的平衡質(zhì)量mp'按力矩等效的原則轉(zhuǎn)換為位于圓盤上最高位置的平衡質(zhì)量mp，即可實現(xiàn)試件轉(zhuǎn)子的平衡。根據(jù)等效條件有： (1)式中各半徑和長度含義見圖2 ，其中rp = 70 mm，l = 210 mm，lp = 550 mm。而rp' 由補償盤溝槽上的刻度讀出。補償盤上若有多個平衡質(zhì)量，且裝加半徑不同，可將每一平衡質(zhì)量分別等效后求和。在平衡了圓盤后，將試件轉(zhuǎn)子從平衡機上取下，重新安裝成以圓盤為驅(qū)動輪，再按上述

7、方法求出圓盤上的平衡質(zhì)量，整個平衡工作才算完成。平衡后的理想情況是不再振動，但實際上總會殘留較小的殘余不平衡質(zhì)量m' 。通過對平衡后轉(zhuǎn)子的殘留振動振幅y' 測量，可近似計算殘余不平衡質(zhì)量m'。殘余不平衡質(zhì)量的大小在一定程度上反映了平衡精度。殘余不平衡質(zhì)量可由下式求出： m' ×平衡質(zhì)量 （2） 0四、實驗步驟1） 將試件轉(zhuǎn)子安裝到擺架的滾輪上，把試件右端的法蘭盤與差速器軸端的法蘭盤用線繩松松地捆綁在一起組成一個柔性聯(lián)軸器。裝上傳動皮帶。2） 用手轉(zhuǎn)動試件和搖動蝸桿上的手柄，檢查各部分轉(zhuǎn)動是否正常。松開擺架最右邊的兩對鎖緊螺母，輕壓一下擺架，觀察擺架振動

8、和百分表擺動是否靈活。在擺架平衡位置將百分表指針調(diào)零。3） 開機前卸下試件上和補償盤上多余的平衡塊。按下開啟按鈕啟動電機，待擺架振動穩(wěn)定后，記錄原始振幅大小y0（單位：格）后，停機。4） 在補償盤的槽內(nèi)距軸心最遠(yuǎn)處加上適當(dāng)?shù)钠胶赓|(zhì)量（兩塊平衡塊）。開機后搖動蝸桿上的手柄，觀察百分表振幅變化，當(dāng)搖動到百分表振幅最小時，記錄振幅的大小y1，和蝸輪的位置角1（差速器外殼上有刻度指示），停機。5） 按試件轉(zhuǎn)動方向用手轉(zhuǎn)動試件，使補償盤上的平衡塊轉(zhuǎn)到最高位置，取下平衡塊將其安裝到試件圓盤中相對應(yīng)的最高位置槽內(nèi)（先找平衡質(zhì)量的安裝相位角，平衡質(zhì)量的大小最后一并在天平上稱出）。6） 在補償盤中上次裝加平衡塊

9、的位置再加一定的質(zhì)量（1塊平衡塊），開機。微調(diào)蝸桿上的手柄觀察振幅，如振幅小于y1，記錄此時振幅y2 和蝸輪的位置角2，若2與1相同或略有改變，則表示實驗進行正確；如振幅大于y1，可在停機狀態(tài)下調(diào)節(jié)平衡質(zhì)量的裝加半徑rp'，直到振幅減小。7） 當(dāng)調(diào)整到振幅很小時（百分表擺動±12格）可視為已達(dá)平衡，停機。讀出平衡質(zhì)量的裝加半徑rp'，利用公式（1）計算應(yīng)加圓盤中的等效質(zhì)量，在天平上用橡皮泥稱出后按步驟5）方法加到圓盤中。并取下補償盤中的質(zhì)量。8） 開機檢測轉(zhuǎn)子振動，若還存在一些振動可適當(dāng)調(diào)節(jié)一下平衡塊的相位。記下殘留振動振幅y'，停機。9） 在實驗報告的試驗結(jié)果表格中，記錄圓盤上平衡質(zhì)量的裝加相位（直接讀圓盤上的刻度）；取下平衡質(zhì)量，在天平上稱出數(shù)值，并記錄；由公式（2）計算殘余不平衡質(zhì)量m'。10） 將試件轉(zhuǎn)子掉頭，重復(fù)上面步驟1）9），完成對圓盤的平衡。五、思考題 1、轉(zhuǎn)子（試件）在什么情況下作靜平衡？什么情況下作動平衡？ 2、作往復(fù)移動或平面運動的構(gòu)件，能否用動平衡試驗機將其不平衡慣性力平衡？為什么？轉(zhuǎn)子動平衡實驗報告班級、學(xué)號姓 名實驗日期同組人員指導(dǎo)教師成 績一、實驗?zāi)康亩?、實驗設(shè)備及工具三、實驗記錄及結(jié)果1振動測量：項目圓盤圓盤0（格）1（格）1（度）2（格）2（度）（格）2計算： 殘余不平衡質(zhì)量m' &