柔性轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的測量試驗指導(dǎo)書

1、實驗一 柔性轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的測量一、實驗?zāi)康?、通過實驗，觀察和了解在臨界轉(zhuǎn)速時的振動現(xiàn)象，振動的幅值和相位的變化情況。2、掌握臨界轉(zhuǎn)速理論值的計算和實際值的測量方法。3、觀察和驗證轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)對臨界轉(zhuǎn)速的影響。4、了解非接觸渦流式位移傳感器和振動測量分析儀器的的使用方法。二、實驗裝置與原理1、柔性轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速試驗臺轉(zhuǎn)子在某些轉(zhuǎn)速或其附近運(yùn)轉(zhuǎn)時， 將引起劇烈的橫向彎曲振動，甚至?xí)斐赊D(zhuǎn)軸和軸承 的破壞，而當(dāng)轉(zhuǎn)速在這些轉(zhuǎn)速的一定范圍之外時， 運(yùn)轉(zhuǎn)趨于平穩(wěn)，這些引起劇烈振動的特定 轉(zhuǎn)速稱為該轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。柔性轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的測定裝置主要包括模擬實驗臺和數(shù)據(jù)采集與信號分析系統(tǒng)兩部分。模擬實驗臺主要是由電機(jī)

2、，轉(zhuǎn)子和支撐，轉(zhuǎn)子由等直徑軸和若干轉(zhuǎn)盤組成，轉(zhuǎn)盤在軸上的位置可以改變，轉(zhuǎn)軸的直徑為，轉(zhuǎn)盤分為兩種規(guī)格，。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化通過串激電機(jī)改變電壓實現(xiàn)的。數(shù)據(jù)采集與信號分析系統(tǒng)主要是模擬臺調(diào)速器，前置適配器 GDZZ-150,兩個非 接觸渦流式位移傳感器， 光電轉(zhuǎn)速傳感器，信號調(diào)理器和數(shù)據(jù)采集接口箱 AZ016G組成，如 圖1所示。12 34567891011125圖1柔性轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速測定裝置1 .兩個含油軸承支座5.渦流式位移傳感器9.電機(jī)2.限位保護(hù)支座6.傳感器支座10.模擬臺調(diào)速器3.光電傳感器頭7.轉(zhuǎn)軸11.前置放大器4.轉(zhuǎn)子8.聯(lián)軸節(jié)12.數(shù)據(jù)采集接口箱在柔性轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速試驗系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)軸上

3、裝有轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)軸兩端有滑動軸承支撐。為減輕電機(jī)對轉(zhuǎn)軸振動的影響，可將轉(zhuǎn)軸與電機(jī)通過聯(lián)軸節(jié)連接。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速通過模擬臺調(diào)速器調(diào)節(jié)。打開模擬臺調(diào)速器的電源，通過調(diào)節(jié)電壓可使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來， 由于轉(zhuǎn)子上偏心質(zhì)量產(chǎn)生離心力使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)速頻率下的簡諧激振；逐漸增加模擬臺調(diào)速器的電壓，提高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速， 則轉(zhuǎn)軸的橫向振動加劇，振幅加大。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率達(dá)到或接近固有頻率時，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生劇烈振動，這時微機(jī)所測得轉(zhuǎn)子的振幅迅速升高，通常此時的轉(zhuǎn)速就是臨界轉(zhuǎn)速。當(dāng)繼續(xù)提高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子的振動減緩，振幅值迅速下降并趨于穩(wěn)定。 測量下述兩種情況下的臨界轉(zhuǎn)速(1)轉(zhuǎn)子位于中間即 L/2處，測定臨界轉(zhuǎn)速;(2) a=m, b=m,測

4、定臨界轉(zhuǎn)速。(a, b的數(shù)值由老師臨時確定)兩端簡支結(jié)構(gòu)形式:式中：E:軸的彈性模量J:軸慣性矩J64m：轉(zhuǎn)子的質(zhì)量(千克)軸的臨界轉(zhuǎn)速為nk=303k(rpm)ji注：軸的直徑為 m,轉(zhuǎn)子質(zhì)量為 kg。2、數(shù)據(jù)采集與信號分析系統(tǒng)本實驗將采用振動及動態(tài)信號采集分析系統(tǒng)CRAS V6.1中的旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動狀態(tài)監(jiān)測和分析軟件包VmCras實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理。3、實驗原理測定柔性轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，可以通過旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動狀態(tài)監(jiān)測和分析軟件包VmCras所測得的軸心軌跡圖或波特圖得出。通過將兩個渦流傳感器分別置于軸某一截面相互垂直的兩個 方向上，把兩個方向上的振動信號分別輸入信號分析儀的X軸和Y軸，由此測得轉(zhuǎn)

5、子的渦動運(yùn)動，這種渦動運(yùn)動的軌跡稱為軸心軌跡。轉(zhuǎn)子的軸心軌跡一般近似為橢圓，當(dāng)轉(zhuǎn)子通過臨界轉(zhuǎn)速時，橢圓迅速變大，橢圓軸線方向迅速改變；通過臨界轉(zhuǎn)速后，橢圓又縮小。波特 圖反映了轉(zhuǎn)子振幅和相位隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系，如圖2所示。由波特圖可以看出，轉(zhuǎn)子通過臨界轉(zhuǎn)速時，振幅迅速變大，相位迅速改變；通過臨界轉(zhuǎn)速后振幅迅速變小。三、實驗步驟1、實驗前查閱柔性轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的相關(guān)資料，預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書中相關(guān)內(nèi)容，對柔性轉(zhuǎn)子的 臨界轉(zhuǎn)速有初步的了解。2、熟悉實驗所用設(shè)備和儀器，按照實驗指導(dǎo)書中相關(guān)介紹連線組建實驗系統(tǒng)，接線要認(rèn)真 仔細(xì)。接線完成后，對照實驗指導(dǎo)書檢查線路是否正確，在此期間不得開啟電源。3、移開實驗臺上

6、兩個轉(zhuǎn)子的支撐件，檢查軸、轉(zhuǎn)子及軸承是否良好。實驗前為保證軸承正 常工作，需要在螺釘孔滴入適量潤滑油。4、打開數(shù)據(jù)采集接口箱、前置適配器、信號調(diào)理器電源，檢查各設(shè)備是否正常工作，預(yù)熱十分鐘。5、開啟微機(jī)，運(yùn)彳T CRAS V6.1軟件，進(jìn)入振動及動態(tài)信號采集分析系統(tǒng)界面，點擊旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動監(jiān)示及診斷軟件包 VmCras,進(jìn)入臨界轉(zhuǎn)速實驗子系統(tǒng)。6、 點擊作業(yè)，彈出打開作業(yè)的對話框，選擇作業(yè)保存的目錄并輸入文件名（組號碼），如果沒有相同文件名即將進(jìn)行新作業(yè)。選擇雙通道進(jìn)行實驗。7、 點擊參數(shù)設(shè)置即可彈出對話框，對各參數(shù)進(jìn)行設(shè)置： 采集方式：外部方式；（注：內(nèi)部方式指定采樣率進(jìn)行采樣，適用于穩(wěn)定轉(zhuǎn)速

7、；外部方式指整周期采樣，采樣頻率隨轉(zhuǎn)速同步變化，適用于起停車的瞬態(tài)過程。） 外部方式鍵相位：64或128 kph （表示整轉(zhuǎn)速周期的測點數(shù)） 采集控制：監(jiān)示采集； 監(jiān)測值類型：兩通道均為PEAK （雙峰值） 監(jiān)示總記錄時間：120 秒工程單位：m 電壓范圍：±5000mV 通道標(biāo)記：確認(rèn)各通道（傳感器）的振動方向，X 或 Y；設(shè)置完參數(shù)后，點擊“確定”。8、 開啟模擬臺調(diào)速器電源，緩慢調(diào)節(jié)電壓，轉(zhuǎn)子開始運(yùn)轉(zhuǎn)。升速時必須注意防止瞬時電流過大，升速過程中不得降速（即反向轉(zhuǎn)動模擬臺調(diào)速器）。數(shù)據(jù)記錄結(jié)束后，反向轉(zhuǎn)動模擬臺調(diào)速器平穩(wěn)降速，直至電壓為零，再切斷電源。9、 點擊在線監(jiān)測，確認(rèn)彈出

8、對話框中相關(guān)設(shè)置信息，進(jìn)入監(jiān)測界面。10、 、在監(jiān)測界面中可顯示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、監(jiān)測時間。調(diào)節(jié)模擬臺調(diào)速器電壓，不斷提高轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，觀察轉(zhuǎn)子的振動狀況及振動產(chǎn)生的噪音。11 、 通過兩個傳感器分別采集的轉(zhuǎn)子兩個方向的振動波形圖我們可以看出，隨著轉(zhuǎn)速的升高，振幅也越來越高，當(dāng)轉(zhuǎn)速增加到一定值時，振幅出現(xiàn)了一個高峰值；隨后繼續(xù)升高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，振幅降低并逐漸達(dá)到一穩(wěn)定值，同時振動時產(chǎn)生的噪音變低。這時轉(zhuǎn)子已經(jīng)出現(xiàn)臨界轉(zhuǎn)速值，停止監(jiān)測，逐漸調(diào)節(jié)模擬臺調(diào)速器電壓直至至0V。12 、振動記錄結(jié)束后，通過顯示器觀察轉(zhuǎn)子的動態(tài)特性，有兩種方式：伯特圖軟件系統(tǒng)將自動繪制伯特圖，它表示兩通道的轉(zhuǎn)子振動幅頻特性和相頻特性曲

9、線。點擊通道1 或通道2， 可觀察并記錄單個通道的從振幅和相位兩個方面反映的轉(zhuǎn)子振動情況。 一般振幅極大值所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速就是臨界轉(zhuǎn)速，臨界轉(zhuǎn)速附近的高振幅區(qū)為共振區(qū)；當(dāng)轉(zhuǎn)速經(jīng)過共振區(qū)時，相位發(fā)生突變（約180°的相位變化）。軸心軌跡圖依次點擊“穩(wěn)態(tài)分析”、 “顯示軌跡圖”，即可看到某一轉(zhuǎn)速下的軸心軌跡圖13、將以上關(guān)系圖直接保存在Word 文檔中打印輸出，并對其進(jìn)行分析，確定轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速值，并將此值與理論計算值相比較。14、記錄轉(zhuǎn)速在2500 rpm 至 5000 rpm 的 10組數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上繪制伯特圖，確定臨界轉(zhuǎn)速的大小。15、 實驗結(jié)束后，關(guān)掉模擬臺調(diào)速器電源，將支撐件放在

10、兩轉(zhuǎn)子底部；關(guān)掉數(shù)據(jù)采集接口箱、前置適配器、信號調(diào)理器電源，拆下并整理線路。四、實驗報告要求1 、繪制實驗裝置示意圖，介紹臨界轉(zhuǎn)速的測試過程。2、必須具有詳細(xì)的實驗數(shù)據(jù)處理及誤差分析。最終實驗結(jié)果及處理要求：分析標(biāo)出最大振動位移量和臨界轉(zhuǎn)速值。1 、 記錄軟件系統(tǒng)自動繪制的波特圖和軸心軌跡圖，2、選取轉(zhuǎn)速范圍：2500 rpm至5000 rpm的15組數(shù)據(jù)，用坐標(biāo)紙繪制波特圖（振幅一轉(zhuǎn)速）， 分析標(biāo)出最大振動位移量和臨界轉(zhuǎn)速值。3、整理所測各項原始數(shù)據(jù)：7、一.實測值 形式d (m)m (kg)L (n)a (m)24、將理論計算所得臨界轉(zhuǎn)速和實測值進(jìn)行比較，結(jié)果如下表:內(nèi)容Nk （理論）Nk

11、i （實測）系統(tǒng)bode圖Nk2 （實測）自繪bode圖N1 NkiNkNk一 Nk2Nka=L/2a=_L計算過程如下：XXXXXXXXXXX （非常重要）5、與實驗所得數(shù)值進(jìn)行比較，分析引起誤差的原因及影響軸的臨界轉(zhuǎn)速的各種因素實驗數(shù)據(jù)記錄表通道i通道2轉(zhuǎn)速(rpm)幅值（ii m）相位（度）轉(zhuǎn)速（rpm）幅值（ii m）相位（度）五、實驗注意事項1、遵守實驗室各項規(guī)則，保持實驗場地清潔。2、實驗前應(yīng)認(rèn)真聆聽指導(dǎo)老師講解，不得來回走動、大聲講話，不得隨意操作實驗儀器；實驗中應(yīng)認(rèn)真分析實驗現(xiàn)象，記錄實驗數(shù)據(jù)，不得操作與本實驗無關(guān)的儀器設(shè)備。遇有異常情況及時報告老師。3、組建該實驗系統(tǒng)應(yīng)嚴(yán)格按照實驗指導(dǎo)書要求進(jìn)行連線，安裝傳感器時注意不要把接線弄 斷，遇到問題應(yīng)及時詢問指導(dǎo)老師。4、開始實驗前，要全面檢查各設(shè)備狀況。開啟模擬臺調(diào)速器電源之前，認(rèn)真檢查調(diào)速器電 壓是否正確，系統(tǒng)轉(zhuǎn)子支撐是否移開，轉(zhuǎn)子軸承處是否已加潤滑油。5、實驗過程中，對模擬臺調(diào)速器進(jìn)行調(diào)節(jié)時應(yīng)愛護(hù)儀器，必須緩慢增加電壓值，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速緩慢變化，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不得超過5000rpm （