剛性轉(zhuǎn)子動平衡實驗

1、剛性轉(zhuǎn)子動平衡實驗一、實驗目的1加深對轉(zhuǎn)子動平衡概念的理解；2掌握剛性轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)構與工作原理1 動平衡機的結(jié)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(jié)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(zhuǎn)；當試件存在不平衡質(zhì)量時，通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，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(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(zhuǎn)臂H ）組成一個周轉(zhuǎn)輪系。（1）當差速器的轉(zhuǎn)臂蝸輪H 不轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速與試件的轉(zhuǎn)速大小相等轉(zhuǎn)向相反。（2）當和都轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速。當與同向時由（2）式可知，這時仍與反向轉(zhuǎn)動但速度減小。當與反向時由（2）式可知，這時

3、轉(zhuǎn)向仍不就但速度增加。因此可見當手柄不動時補償盤的轉(zhuǎn)速與試件的轉(zhuǎn)速大小相等轉(zhuǎn)向相反；正向搖動手柄（蝸輪與試件轉(zhuǎn)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(jié)構保證。2轉(zhuǎn)子動平衡的力學條件對于質(zhì)量分布不在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)的轉(zhuǎn)子，當轉(zhuǎn)子存在有材料不均勻、制造有誤差、結(jié)構不對稱等諸因素使轉(zhuǎn)子存在 不平衡質(zhì)量。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子動不平衡。要使轉(zhuǎn)子達到動平衡（完全平衡），則必須使其各質(zhì)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(cè)時，要使轉(zhuǎn)子達到動平衡，則必須使由不平衡質(zhì)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(nèi)有平衡質(zhì)量m存在時，試件轉(zhuǎn)動后則產(chǎn)生離心慣性力（圖2），隨著試件轉(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)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(zhì)量）和r（矢徑）之積稱為質(zhì)徑積，mrl 稱為質(zhì)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(zhì)量mp與不平衡質(zhì)量m2在同一徑向截面上，且在試件旋轉(zhuǎn)時mp與m2始終在一個軸平面（平衡平面）內(nèi)，但矢徑方向相反即 。轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)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(zhì)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(zhì)量m2處在垂直軸平面上正下方時，則由此不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的對x軸順時針質(zhì)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(cè)，謹小慎微須使加在補償盤平面內(nèi)的平衡質(zhì)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(zhì)徑矩，以平衡圓盤2的不平衡質(zhì)徑矩，即必須使m2與在同一個軸平面（平衡軸平面）內(nèi)。將質(zhì)量m2和調(diào)整到平衡軸平面內(nèi)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(zhuǎn)速與試件的轉(zhuǎn)速大小相等

7、而轉(zhuǎn)向相反。在補償盤上加一個質(zhì)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(nèi)靠外緣矢徑為 處試加一個適當質(zhì)量，在試件旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下?lián)u動蝸桿手柄使蝸輪轉(zhuǎn)動（正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)）。同時補償盤減速或加速轉(zhuǎn)動，以此來調(diào)整補償盤上加的平衡質(zhì)量與試件不平衡質(zhì)量在同一軸平面內(nèi)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(zhuǎn)動手柄。停機后在原位置再加或減一些平衡質(zhì)量，再開機并左右轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動試件使補償盤上的平衡質(zhì)量轉(zhuǎn)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(zhì)量轉(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)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(nèi)。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(qū)動輪，再按上述方法求出不平衡面1上的平衡量（質(zhì)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(zhuǎn)動試件和蝸桿上的手柄，檢查動平衡機各部份轉(zhuǎn)動是否正常，松開擺架最右端的兩對鎖緊螺母，調(diào)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(zhì)量（在圓盤環(huán)槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)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(diào)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(nèi)距軸心最遠處加適當平衡質(zhì)量。開機后轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(cè)間隙。蝸桿轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動手柄蝸桿接觸蝸輪使蝸輪轉(zhuǎn)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(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。取下平衡塊安裝到試件平衡面（圓盤2）中相對應的最高位置槽內(nèi)。5在補償盤槽內(nèi)再加或減一點平衡質(zhì)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(zhuǎn)動若振幅依然很小則這個平衡平面（圓盤2）的平衡工作結(jié)束。若還存在一些振幅，可適當?shù)卣{(diào)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(diào)相位。6將試件兩端1800對調(diào)，以圓盤2平面對齊工字形板簧中性面且為驅(qū)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(zhì)量的大小和相位。這樣就完成了試件的全部平衡工作。五