回轉(zhuǎn)體的動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、回轉(zhuǎn)體的動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的試驗(yàn)方法。2、初步了解動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)的工作原理及操作特點(diǎn)。3、了解動(dòng)平衡精度的基本概念。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及工具1、CYYQ50TNC型電腦顯示硬支承動(dòng)平衡機(jī)2、轉(zhuǎn)子試件3、橡皮泥，M6螺釘若干4、電子天平（精度0.01g），游標(biāo)卡尺，鋼直尺圖1 硬支承動(dòng)平衡機(jī)實(shí)物照片三、CYYQ50TNC型硬支承動(dòng)平衡機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理1、硬支承動(dòng)平衡機(jī)的結(jié)構(gòu)該試驗(yàn)機(jī)是硬支承動(dòng)平衡機(jī)，實(shí)物如圖1所示。動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)是用來測(cè)量轉(zhuǎn)子不平衡量的大小和相角位置的精密設(shè)備，一般由機(jī)座6、左右支承架4、圈帶驅(qū)動(dòng)裝置2、計(jì)算機(jī)檢測(cè)顯示系統(tǒng)、傳感器5、限位支架3和光電頭1等部件組

2、成，如圖2所示。圖2 硬支承動(dòng)平衡機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1光電頭 2圈帶驅(qū)動(dòng)裝置 3限位支架 4支承架 5傳感器 6機(jī)座左右支承架是動(dòng)平衡機(jī)的重要部件，中間裝有壓電傳感器，此傳感器在出廠前已嚴(yán)格調(diào)整好，切不可自行打開或轉(zhuǎn)動(dòng)有關(guān)螺絲（否則會(huì)嚴(yán)重影響檢測(cè)質(zhì)量）。左右移動(dòng)只需松開支承架下面與機(jī)座連接的兩個(gè)緊固螺釘，把左右支承架移到適當(dāng)位置后再擰緊即可。支承架下面有一導(dǎo)向鍵，保證兩支架在移動(dòng)后能互相平行，支承架中部有升降調(diào)節(jié)螺絲，可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的左右高度，使之達(dá)到水平。外側(cè)有限位支架，可防止轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時(shí)向左右竄動(dòng)。轉(zhuǎn)子的平衡轉(zhuǎn)速必須根據(jù)轉(zhuǎn)子的外徑及質(zhì)量，并考慮電機(jī)拖動(dòng)功率及擺架動(dòng)態(tài)承載能力來進(jìn)行選擇。本動(dòng)平衡機(jī)采用

3、變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)調(diào)頻變速，使工作速度控制自如。2、轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的力學(xué)條件由于轉(zhuǎn)子材料的不均勻、制造的誤差、結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱等諸因素導(dǎo)致轉(zhuǎn)子存在不平衡質(zhì)量。因此當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后就會(huì)產(chǎn)生離心慣性力，它們組成一個(gè)空間力系，使轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡。要使轉(zhuǎn)子達(dá)到動(dòng)平衡，則必須滿足空間力系的平衡條件 或 （1）即作用在轉(zhuǎn)子上所有離心慣性力以及慣性力偶矩之和都等于零，這就是轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的力學(xué)條件。如果設(shè)法修正轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布，保證轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的慣性主軸和旋轉(zhuǎn)軸相一致，轉(zhuǎn)子重心偏移重新回到轉(zhuǎn)軸中心上來，消除由于質(zhì)量偏心而產(chǎn)生的離心慣性力和慣性力偶矩，使轉(zhuǎn)子的慣性力系達(dá)到平衡校正就叫做動(dòng)平衡試驗(yàn)。3、剛性轉(zhuǎn)子的平衡校正轉(zhuǎn)子的平衡校正工藝

4、過程，包括兩個(gè)方面的操作工藝：（1）平衡測(cè)量：借助一定的平衡試驗(yàn)裝置（如動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)等）測(cè)量平衡機(jī)支承架由于試驗(yàn)轉(zhuǎn)子上離心力系不平衡引起的振動(dòng)（或支反力），從而相對(duì)地測(cè)量出轉(zhuǎn)子上存在著的不平衡重量的大小和方位，測(cè)量工作要求精確。（2）平衡校正：根據(jù)平衡測(cè)量提供的不平衡量的大小和方位，選擇合理的校正平面，根據(jù)平衡條件進(jìn)行加重（或去重）修正，達(dá)到質(zhì)量分布均衡的目的。A、去重修正是運(yùn)用鉆削或其它方法在重心位置去除不平衡重量。B、加重修正是運(yùn)用螺紋聯(lián)接、焊接或其它平衡塊方法在輕點(diǎn)位置加進(jìn)重塊平衡。選擇哪種校正辦法，要根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的具體條件擇定。在本實(shí)驗(yàn)里采用適量的橡皮泥作加重修正。采用橡皮泥作試驗(yàn)的平

5、衡試重，是工業(yè)上行之有效的常用方法之一。4、剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的精度即使經(jīng)過平衡的回轉(zhuǎn)體也總會(huì)有殘存的不平衡，故需對(duì)回轉(zhuǎn)體規(guī)定出相應(yīng)的平衡精度。各種回轉(zhuǎn)體的平衡精度可根據(jù)平衡等級(jí)的要求，在有關(guān)的技術(shù)手冊(cè)中查閱。5、動(dòng)平衡機(jī)的工作原理轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)一般需在專用的動(dòng)平衡機(jī)上進(jìn)行。動(dòng)平衡機(jī)有各種不同的型式，各種動(dòng)平衡機(jī)的構(gòu)造及工作原理也不盡相同，有通用平衡機(jī)、專用平衡機(jī)（如陀螺平衡機(jī)、曲軸平衡機(jī)、渦輪轉(zhuǎn)子平衡機(jī)、傳動(dòng)軸平衡機(jī)等），但其作用都是用來測(cè)定需加于兩個(gè)校正平面中的平衡質(zhì)量的大小及方位，并進(jìn)行校正。當(dāng)前工業(yè)上使用較多的動(dòng)平衡機(jī)是根據(jù)振動(dòng)原理設(shè)計(jì)的，測(cè)振傳感器將因轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)所引起的振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，

6、通過電子線路加以處理和放大，最后顯示出被試轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)徑積的大小和方位。圖3所示是動(dòng)平衡機(jī)的工作原理示意圖。被試驗(yàn)轉(zhuǎn)子6放在兩彈性支承上，由電動(dòng)機(jī)1通過圈帶傳動(dòng)2驅(qū)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，轉(zhuǎn)子上的偏心質(zhì)量使支承塊的水平方向受到離心力的周期作用，通過支承塊傳遞到支承架上，支承架的立柱發(fā)生周期性擺動(dòng)，此擺動(dòng)通過壓電傳感器4與5轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，連同光電傳感器3的電信號(hào)，通過A/D轉(zhuǎn)換器，傳送到計(jì)算機(jī)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集及處理軟件系統(tǒng)，直接在屏幕上顯示出來，或由打印機(jī)打印輸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理，一個(gè)動(dòng)不平衡的剛性轉(zhuǎn)子總可以在與旋轉(zhuǎn)軸線垂直的兩個(gè)校正平面上減去或加上適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量來達(dá)到動(dòng)平衡目的。為了精確、方

7、便、迅速地測(cè)量轉(zhuǎn)子的動(dòng)不平衡，通常把力這一非電量的檢測(cè)轉(zhuǎn)換成電量的檢測(cè)，本機(jī)用壓電式力傳感器作為換能器，由于傳感器是裝在支承軸承處，故測(cè)量平面即位于支承平面上，但轉(zhuǎn)子的兩個(gè)校正平面，根據(jù)各種轉(zhuǎn)子的不同要求（如形狀、校正手段等），一般選擇在軸承以外的各個(gè)不同位置上，所以有必要把支承處測(cè)量到的不平衡力信號(hào)換算到兩個(gè)校正平面上去，這可以利用靜力學(xué)原理來實(shí)現(xiàn)。在動(dòng)平衡以前，必須首先解決兩校正平面不平衡的相互影響。硬支承動(dòng)平衡機(jī)工件兩校正平面不平衡量的相互影響取決于兩校正平面間距b，校正平面到左、右支承間距a、c，而a、b、c幾何參數(shù)可以很方便地由被平衡轉(zhuǎn)子確定。圖3 動(dòng)平衡機(jī)的工作原理示意圖1電動(dòng)機(jī)

8、2平皮帶 3、光電傳感器 4、5壓電傳感器 6剛性轉(zhuǎn)子校正平面上不平衡量的計(jì)算：轉(zhuǎn)子其形狀和裝載方式如圖4所示：圖4 轉(zhuǎn)子的形狀和裝載方式示意圖圖4中：FL、FR：左、右支承上承受的動(dòng)壓力fL、fR：左、右校正平面上不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心力mL、mR：左、右校正平面上的不平衡質(zhì)量a、c：左、右校正平面至左、右支承間的距離b：左、右校正平面之間的距離r1、r2：左、右校正平面的校正半徑：旋轉(zhuǎn)角速度a、b、c、r1、r2和FL、FR均為已知，剛性轉(zhuǎn)子處于動(dòng)平衡時(shí)，必須滿足F=0，M=0的平衡條件。 （2） （3）由（3）式得： （4）將（4）式代入（2）式： （5）因： （6） （7）將（6）式代入

9、（4）式： （8）將（7）式代入（5）式： （9）公式（8）、（9）的物理意義是：如果轉(zhuǎn)子的幾何參數(shù)（a、b、c、r1、r2）和平衡轉(zhuǎn)速已確定，則校正平面上應(yīng)加的校正質(zhì)量（即試重）可以直接測(cè)量出來，并以克數(shù)顯示。以上物理意義恰好表明了硬支承動(dòng)平衡機(jī)所具有的特點(diǎn)。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、平衡校測(cè)的準(zhǔn)備工作（1）把機(jī)座的電纜分別連接到計(jì)算機(jī)主機(jī)箱后板的插座上，機(jī)座的左右傳感線分別連接到計(jì)算機(jī)主機(jī)上相應(yīng)的接口，檢查無誤后，再把電柜的電源插頭插到220V50Hz的交流電源上。為防止觸電事故和避免電磁波干擾，機(jī)座和計(jì)算機(jī)必須接地。（2）按下計(jì)算機(jī)主機(jī)的電源開關(guān)，“POWER”指示燈點(diǎn)亮，儀器預(yù)熱510分鐘。（3

10、）用鼠標(biāo)指向 動(dòng)平衡機(jī)測(cè)試 圖標(biāo)，雙擊鼠標(biāo)左鍵，計(jì)算機(jī)運(yùn)行動(dòng)平衡機(jī)測(cè)量系統(tǒng)程序。（4）用鼠標(biāo)指向“支承方式“窗口（見圖5），選擇對(duì)應(yīng)的支承方式和配重要求。圖5 支承方式選擇窗口（5）用鼠標(biāo)指向“命令”窗口（如圖6所示），選擇 選擇 按鈕，屏幕顯示一個(gè)參數(shù)表窗口，可以在表中選定某種型號(hào)的電機(jī)，再選擇 確定 按鈕，則該型號(hào)電機(jī)的測(cè)量參數(shù)自動(dòng)填入對(duì)應(yīng)的參數(shù)窗口。也可以用鼠標(biāo)指向?qū)?yīng)的參數(shù)窗口，填入相應(yīng)的參數(shù)。圖6 “命令”窗口（6）松開左右支承架的固定螺釘，根據(jù)轉(zhuǎn)子軸的長短拉好左右支承架的距離，將轉(zhuǎn)子放上支承架，移動(dòng)左右支承架使傳動(dòng)帶處在轉(zhuǎn)子的軸向中心位置，把固定螺釘擰緊，固定左右支承架。套上傳動(dòng)皮

11、帶，調(diào)節(jié)左右支承架的高低使轉(zhuǎn)子保持水平，安裝固定好安全支架及其限位支架。（7）沿校測(cè)轉(zhuǎn)子的軸外圓、端面用油漆、油性筆或電工膠布作上標(biāo)記線，以便用光電檢測(cè)器檢測(cè)到轉(zhuǎn)子的參考相位。為了保證測(cè)量的可靠和穩(wěn)定，請(qǐng)不要用粉筆和水性筆作標(biāo)記。（8）把光電檢測(cè)器擺放在做了標(biāo)記線的軸后方約1015mm，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子一周，光電檢測(cè)器的紅色指示燈各亮熄一次，否則可以調(diào)節(jié)光電檢測(cè)器的微調(diào)，使之符合要求。每亮熄一次時(shí)，剛亮的一點(diǎn)就是工件的0度位置，工件從0度到360度的數(shù)角度方向與工件的旋轉(zhuǎn)方向相同。2、機(jī)器標(biāo)定每測(cè)一種轉(zhuǎn)子之前必須對(duì)機(jī)器進(jìn)行一次標(biāo)定，步驟如下：（1）用鼠標(biāo)指向“命令”窗口，選擇 啟/停 按鈕，見圖6。將

12、控制柜門上的“開/關(guān)”旋鈕旋至“開”的位置，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的控制電源處于準(zhǔn)導(dǎo)通狀態(tài)，將門上“常開/自動(dòng)”旋鈕旋至“常開”的位置，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，在左、右矢量表上顯示兩個(gè)校正平面的不平衡矢量，左、右校正平面窗口分別顯示左、右測(cè)量點(diǎn)的不平衡量和所在位置，r/min數(shù)字窗口顯示旋轉(zhuǎn)零件的轉(zhuǎn)速，分別見圖7和圖8。調(diào)節(jié)變頻器轉(zhuǎn)速電位器，確定轉(zhuǎn)子的測(cè)量轉(zhuǎn)速，待轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)勻速并且左、右校正平面窗口顯示的數(shù)值基本不跳動(dòng)時(shí)，將“常開/自動(dòng)”旋鈕旋至“自動(dòng)”的位置，機(jī)器會(huì)停下來。此時(shí)左、右校正平面窗口顯示的數(shù)值被鎖定，就是所需的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。（2）按 去重 按鈕，使旁邊紅色箭頭指向去重狀態(tài)。圖7 左、右矢量表和左、右校

13、正平面窗口 圖8 r/min數(shù)字窗口（3）將一已知重量加重塊的重量分別輸入到A、B窗口內(nèi)，然后將此加重塊放到左測(cè)量平面自定義0度位置上，按控制柜門上的“起動(dòng)”按鈕，機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)秒后停下來，用鼠標(biāo)按一下 左試重 按鈕。取下左面加重塊，把它放到右測(cè)量平面自定義0度位置上，按控制柜門上的“起動(dòng)”按鈕，機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)秒后停下來，用鼠標(biāo)按一下 右試重 按鈕。取下右面加重塊，在左右都沒有加重時(shí)按控制柜門上的“起動(dòng)”按鈕，機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)秒后停下來，用鼠標(biāo)按一下 零試重 按鈕。最后用鼠標(biāo)按一下 標(biāo)定 按鈕，機(jī)器完成標(biāo)定。（4）完成標(biāo)定后請(qǐng)務(wù)必注意左校正平面窗口的第一個(gè)窗口顯示的數(shù)值必須小于右校正平面窗口的第一個(gè)窗口顯示

14、的數(shù)值的10%，否則必須重新進(jìn)行標(biāo)定。3、被測(cè)轉(zhuǎn)子的測(cè)量與配重（1）根據(jù)轉(zhuǎn)子的配重要求（加重或去重），按 加重 或 去重 按鈕。（2）用電子天平稱重一定重量的M6螺釘（或橡皮泥），固定于轉(zhuǎn)子左（或右）測(cè)量平面上的任意位置。這是人為設(shè)置的不平衡重量。（3）按控制柜門上的“起動(dòng)”按鈕，機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)秒后停下來，同時(shí)鎖定各項(xiàng)數(shù)據(jù)，此時(shí)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)就是測(cè)量的所需數(shù)據(jù)。（4）按照上述窗口顯示的數(shù)值，在兩校正平面上的對(duì)應(yīng)相位按配重要求配重，當(dāng)再按控制柜門上的“起動(dòng)”按鈕時(shí)，上一次的測(cè)量數(shù)據(jù)會(huì)保存下來。（5）重復(fù)3、4項(xiàng)，直到校測(cè)轉(zhuǎn)子達(dá)到動(dòng)平衡要求為止。轉(zhuǎn)子在接近完全平衡時(shí)，其相角指示不太穩(wěn)定，可以認(rèn)為平衡已經(jīng)完

15、成。若憑試湊法亦可繼續(xù)平衡，此時(shí)所得的平衡精度將比本機(jī)的標(biāo)定值更高。五、注意事項(xiàng)1、實(shí)驗(yàn)時(shí)安全第一。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一般高于1000r/min，因此實(shí)驗(yàn)時(shí)存在一定的危險(xiǎn)性。一個(gè)同學(xué)在進(jìn)行配重等操作時(shí)，其他同學(xué)嚴(yán)禁操作控制柜上的操作按鈕或旋鈕。2、光電頭必須擺在正確位置。正常情況下，光電頭應(yīng)該離開轉(zhuǎn)子約1015mm左右，且光電頭指示燈在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一整圈時(shí)，只會(huì)亮、滅各一次。3、若測(cè)量角度不準(zhǔn)確，檢查光電頭的高度是否正確，光電頭照射時(shí)從熄滅到剛亮的那一點(diǎn)必須與待測(cè)轉(zhuǎn)子軸線保持水平（水平照射）。機(jī)器的光電頭照射方向已經(jīng)確定，在使用時(shí)不要自行改變，否則不能準(zhǔn)確測(cè)量轉(zhuǎn)子左右不平衡點(diǎn)的所在位置。六、思考題1、指出

16、影響動(dòng)平衡精度的一些因素。2、哪些類型的工件需要進(jìn)行動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)？理論依據(jù)是什么？3、轉(zhuǎn)子經(jīng)過動(dòng)平衡后，是否還需要進(jìn)行靜平衡？4、為什么工業(yè)上采用平衡機(jī)進(jìn)行動(dòng)平衡矯正，它有什么好處？深 圳 大 學(xué) 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告課程名稱： 專業(yè)實(shí)驗(yàn)技術(shù)技能實(shí)踐 實(shí)驗(yàn)名稱： 回轉(zhuǎn)體的動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn) 學(xué) 院： 機(jī)電與控制工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 黃桂堅(jiān) 王紅志 報(bào) 告 人： 組 學(xué)號(hào)： 班 級(jí)： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交時(shí)間： 教務(wù)處制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?shí)驗(yàn)設(shè)備及工具三、硬支承動(dòng)平衡機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理1、畫出硬支承動(dòng)平衡機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，并指出各部分名稱。2、畫出動(dòng)平衡機(jī)的工作原理示意圖，并簡(jiǎn)述

17、其工作原理。3、動(dòng)平衡機(jī)專用軟件中，左、右校正平面窗口分別顯示的左、右測(cè)量點(diǎn)的不平衡量是如何計(jì)算出來的？寫出計(jì)算公式并指出每個(gè)幾何參數(shù)的意義。四、實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與分析1、實(shí)驗(yàn)裝置原始數(shù)據(jù)記錄左校正平面至左支承間的距離a= mm左、右校正平面之間的距離b= mm右校正平面至右支承間的距離c= mm左校正平面的校正半徑r1= mm右校正平面的校正半徑r2= mm校正平面上設(shè)置的槽數(shù)（螺紋孔的數(shù)量）為 個(gè)允許不平衡量設(shè)置為 g（克）實(shí)驗(yàn)時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速設(shè)置為 r/min2、標(biāo)定過程實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄左試重為 g（克）右試重為 g（克）點(diǎn)擊 標(biāo)定 按鈕后，左校正平面窗口的第一個(gè)窗口顯示的數(shù)值為 g（克），右校正平面窗口的第一個(gè)窗口顯示的數(shù)值為 g（克）3、配重過程實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表 測(cè)量值次數(shù)左校正平面右校正平面人為設(shè)置的不平衡重量（g）重量（g）相位值（）重量（g）相位值（）配重前第1次配重后第2次配重后第3