剛性轉子動平衡實驗

1、剛性轉子動平衡實驗一、實驗目的1加深對轉子動平衡概念的理解；2掌握剛性轉子動平衡試驗的原理及方法；二、實驗設備1CS-DP-10型動平衡試驗機（西安交大監(jiān)造）；2剛性轉子試件；3平衡塊； 4百分表：0.015mm、磁性表座。5 平衡塊三、CS-DP-10型動平衡試驗機的結構與工作原理1 動平衡機的結構動平衡機原理簡圖如圖1、圖2所示。如圖1所示，待平衡試件3安裝在框形擺架2的支承滾動上，擺架左端固結在工字形板簧1中，右端懸臂。電機動9通過O型皮帶10拖動試件旋轉；當試件存在不平衡質量時，通過轉子的旋轉，則產(chǎn)生離心慣性力使擺架繞工字形板簧上下周期性地振動。通過百分表5觀察振幅大小，即測量不平衡量

2、的大小，而不平衡量的相位測量系統(tǒng)由差速器4和補償盤6組成。差速器4安裝在擺架右端，它的左端為轉動輸入端（n1）通過柔性聯(lián)軸器與試件聯(lián)接；右端為輸出端（n3）與補償盤固聯(lián)。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（轉臂H ）組成一個周轉輪系。（1）當差速器的轉臂蝸輪H 不轉動時即，則差速器為定軸輪系，其傳動比為 即 （1）這時補償盤6的轉速與試件的轉速大小相等轉向相反。（2）當和都轉動時則差速器為速度合成的差動輪系，由傳動比公式 得 （2）蝸輪的轉速是通過手柄搖動蝸桿，經(jīng)蝸桿蝸輪副大速比的減速后蝸輪的轉速。當與同向時由（2）式可知，這時仍與反向轉動但速度減小。當與反向時由（2）式可知，這時

3、轉向仍不就但速度增加。因此可見當手柄不動時補償盤的轉速與試件的轉速大小相等轉向相反；正向搖動手柄（蝸輪與試件轉動方向相同）補償盤減速；反向搖動手柄則補償盤加速。這樣可改變補償盤與試件圓盤之間的相對角位移。為作平衡工藝時確定平衡相位提供了結構保證。2轉子動平衡的力學條件對于質量分布不在同一回轉面內的轉子，當轉子存在有材料不均勻、制造有誤差、結構不對稱等諸因素使轉子存在 不平衡質量。當轉子旋轉后就會產(chǎn)生離心慣性力組成一個合力不為零的空間力系，使轉子動不平衡。要使轉子達到動平衡（完全平衡），則必須使其各質量產(chǎn)生的離心力的合力和合力偶矩都等于零。即 （3）如圖2所示，如果像該動平衡機的兩個不平衡面1、

4、2均在支點軸的同一側時，要使轉子達到動平衡，則必須使由不平衡質量產(chǎn)生的慣性力偶矩等于零，即 （4）3動平衡機的工作原理當試件上距軸為1的圓盤內有平衡質量m存在時，試件轉動后則產(chǎn)生離心慣性力（圖2），隨著試件轉動此力在垂直軸平面上時設為，在水平軸平面上時設為。由于動平衡機的工字形板簧和擺架在水平方向（繞Y軸）的抗彎剛度很大，所以力對擺架的振動影響很小可忽略不計。而垂直方向（繞X軸）的譏彎剛度小，因此在力產(chǎn)生的慣性力偶矩的作用下，使擺架產(chǎn)生周期性的上下振動。擺架振幅大小就取決于這個力偶矩的大小。設試件圓盤1、2上各有一個不平衡質量m1和m2，由于試件圓盤1平面與工字形板簧中性面共面即11=0，則由

5、m1和m2產(chǎn)生的對x軸的慣性力矩為： 要使擺架不振動必須要平衡力矩。在試件上選擇圓盤2作為平衡平面，在其半徑上加平衡質量則繞 x軸的慣性矩；要使這些力矩得到平衡可根據(jù)公式（4）寫成：即 （5）（5）工消去得 （6）要使（6）式為零必須滿足 （7） 滿足（7）式的條件擺架就達到了動平衡。m（質量）和r（矢徑）之積稱為質徑積，mrl 稱為質徑矩，稱為相位角。滿足公式（5）至（7）的平衡情況，如圖3（a）所示為平衡質量mp與不平衡質量m2在同一徑向截面上，且在試件旋轉時mp與m2始終在一個軸平面（平衡平面）內，但矢徑方向相反即 。轉子不平衡質量分布是有很大的隨機性，無法直觀判斷它的大小和相位。然而可

6、以用實驗的方法測得在平衡平面2上應加的平衡質量mp的大小和相位角，在該試驗機上就是利用差速器和補償盤來完成這個測量。如圖2示，當試件圓盤2上不平衡質量m2處在垂直軸平面上正下方時，則由此不平衡質量產(chǎn)生的對x軸順時針質徑矩最大。如果用補償盤平面作平衡平面時，由于補償盤平面在試件圓盤2右側，謹小慎微須使加在補償盤平面內的平衡質量處在垂直軸平面且在正上方時（與m2相差1800）產(chǎn)生一個對x軸兼管時針的質徑矩，以平衡圓盤2的不平衡質徑矩，即必須使m2與在同一個軸平面（平衡軸平面）內。將質量m2和調整到平衡軸平面內就是靠差速器來實現(xiàn)。選補償盤作平衡平面，由差速器特性可知，補償盤的轉速與試件的轉速大小相等

7、而轉向相反。在補償盤上加一個質量（圖2），則產(chǎn)生離心慣性力對x軸的力矩 由公式（4）可知要使試件平衡則 使上式成立必須有 （8）用補償盤作平衡平面來實現(xiàn)擺架的平衡可如下操作。在補償盤平面內靠外緣矢徑為 處試加一個適當質量，在試件旋轉狀態(tài)下?lián)u動蝸桿手柄使蝸輪轉動（正轉或反轉）。同時補償盤減速或加速轉動，以此來調整補償盤上加的平衡質量與試件不平衡質量在同一軸平面內如圖3b）所示。搖動手柄同時觀察百分表的振幅使其達到最小，隨取出停止轉動手柄。停機后在原位置再加或減一些平衡質量，再開機并左右轉動手柄如振幅已很小可認為擺架已達到平衡。此時將手柄位置鎖住不動。停機后用手轉動試件使補償盤上的平衡質量轉到最高

8、位置 ，這時的垂直軸平面就是mp和m2共面的軸平面，即平衡軸平面。擺架平衡不等于試件平衡，還必須將補償盤上的平衡質量轉換到試件的平衡面上。選試件圓盤2為平衡面，上平衡條件 得 （9）或 若取，則（9）式中是所加的平衡量的質徑積， 是平衡面與補償盤平面至板簧距離這些參數(shù)都是已知的，這樣就很容易求得在平面2上應加的平衡量的質徑積mprp。一般情況下先選擇矢徑rp再求出mp加到平衡面2上，其相位在最高位置的垂直軸平面內。該動平衡機補償盤及試件在設計時已取，所以，這樣取下（平衡塊）可直接加到平衡面2的設定好的矢徑環(huán)槽相應位置上，至此就完成了試件圓盤2的平衡工作，即完成了，要使試件達到完全平衡，還必須做

9、另一個端面的平衡，即做。另一個不平衡端面的平衡：將試件從平衡機上取下重新安裝成以圓盤2與工字形反簧中性面共面，且以圓盤2為驅動輪，再按上述方法求出不平衡面1上的平衡量（質徑積mprp或mp）。這時試件的平衡工作全部完成。四、實驗方法和步驟1將試件安放到擺架的滾輪上，把試件右端的半聯(lián)軸器與差速器左端的半聯(lián)軸器，用尼龍繩松松地聯(lián)接在一起組成一個柔性聯(lián)軸器。試件左端圓盤平面與工字形板簧中性面對齊，裝上傳動皮帶。2用手轉動試件和蝸桿上的手柄，檢查動平衡機各部份轉動是否正常，松開擺架最右端的兩對鎖緊螺母，調節(jié)擺架下面支承彈簧使擺架處于水平位置，檢查擺架振動是否靈活。在差速器右端支承板上安裝百分表，使其有

10、一定接觸，并隨時注意振幅大小。3開機前在試件上任意設置不平衡質量（在圓盤環(huán)槽內旋轉平衡塊），卸下補償盤上所有的平衡塊。接上電源啟動電機，待擺架振動穩(wěn)定后，調整好百分表位置并記錄下振幅大小YO（格），百分表位置此后要鎖定不要再變動，停機。4在補償盤的槽內距軸心最遠處加適當平衡質量。開機后轉動蝸桿手柄觀察百分表振幅變化，手柄搖到振幅最小時手柄停止轉動。記錄下振幅大小Y1和蝸輪位置角（差速器外殼上有刻度指示），停機。（轉動手柄要注意方法：蝸桿安裝在機架上，蝸輪安裝在擺架上兩者之間有很大齒側間隙。蝸桿轉到適當位置可與蝸輪不接觸，這樣才能使擺架自由振動，同時觀察振幅。然后轉動手柄蝸桿接觸蝸輪使蝸輪轉動，

11、這時擺架振動受阻，再反搖手柄使蝸桿脫離與蝸小的位置）。在鎖定蝸輪情況下，停機后，按試件轉動方向用手轉動試件使補償盤上的平衡塊轉到最高位置。取下平衡塊安裝到試件平衡面（圓盤2）中相對應的最高位置槽內。5在補償盤槽內再加或減一點平衡質量。按上述方法再進行一次測試。測得的振幅Y2蝸輪位置角，若；與相同或略有改變，則表示實驗進行正確。若Y2已很小可視為已達到平衡。停機，按步驟4的方法將補償盤上的平衡塊加到試件圓盤2上。解開聯(lián)軸器后，開機只讓試件轉動若振幅依然很小則這個平衡平面（圓盤2）的平衡工作結束。若還存在一些振幅，可適當?shù)卣{節(jié)一下平衡塊的相位。即在圓周方向左右移動一個平衡塊進行微調相位。6將試件兩端1800對調，以圓盤2平面對齊工字形板簧中性面且為驅動圓盤，圓盤1為平衡平面。再按上述方法找出圓盤1上應加的平衡質量的大小和相位。這樣就完成了試件的全部平衡工作。五