畢業(yè)設(shè)計(jì)論文動(dòng)平衡機(jī)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、動(dòng)平衡機(jī)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)the test systerm design of dynamic balancing mechine 中文摘要常用機(jī)械中包含著大量的作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)體。在理想的情況下，平衡的回轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)時(shí)與不旋轉(zhuǎn)時(shí)，對軸承產(chǎn)生的壓力是一樣的。但工程中的各種回轉(zhuǎn)體，由于材質(zhì)不均勻或毛坯缺陷等多種因素，使的回轉(zhuǎn)體在旋轉(zhuǎn)時(shí)，其上每個(gè)微小質(zhì)點(diǎn)所產(chǎn)生的離心慣性力不能相互抵消，引起振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)，能造成破壞性事故。因此，工程中常需對回轉(zhuǎn)體部件進(jìn)行平衡。本文在文獻(xiàn)資料和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,基于機(jī)械振動(dòng)和轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡理論，分析了轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生的原因及危害，論述了各類不平衡轉(zhuǎn)子的平衡方法，在此基礎(chǔ)上根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐的需

2、要，以剛性轉(zhuǎn)子為研究對象，分析其不同測試方法，尤其是瓦特表測量系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，分析并計(jì)算了動(dòng)平衡機(jī)測試系統(tǒng)的速度信號特點(diǎn)，分析了求取動(dòng)不平衡量大小和相位的解算原理，并針對瓦特表測量系統(tǒng)，進(jìn)行了具體的電路設(shè)計(jì)。 具體完成工作如下：1、敘述了課題的工程背景以及研究轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)平衡技術(shù)的理論意義和工程價(jià)值。討論了動(dòng)平衡技術(shù)的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及趨勢。2、動(dòng)平衡處理是旋轉(zhuǎn)部件必須采取的工藝措施之一，轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的實(shí)質(zhì)是建立不平衡量和軸承振動(dòng)響應(yīng)之間的復(fù)雜函數(shù)關(guān)系，本設(shè)計(jì)詳細(xì)分析了六種剛性轉(zhuǎn)子的不同情況，并依據(jù)解算式子的不同分為四種情況，建立測試電路。3、設(shè)計(jì)核心電路，該電路對不平衡信號進(jìn)行濾波，去除高頻干擾和低

3、頻干擾，得到基頻處的正弦信號,算出了剛性轉(zhuǎn)子每個(gè)校正平面上的不平衡量4、在平衡機(jī)系統(tǒng)上進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)以及平衡方法試驗(yàn)，并在軟件上對部分電路進(jìn)行了仿真。試驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的平衡機(jī)測試系統(tǒng)的信號分析過程以及平衡方法是合理的，部分電路模擬仿真結(jié)果是正確的。本文的成果對于提高轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡精度和效率，豐富動(dòng)平衡理論，具有一定的理論意義和重要實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：動(dòng)平衡 解算原理 硬支承 測試系統(tǒng) 剛性轉(zhuǎn)子 不平衡量減少率abstractthis paper ，on the basis of the theory of mechanical vibration and rotor balancing,fi

4、rstly analyses the various reasons and dangers caused by unbalanced rotors according to information and experiments, after these, diferent balancing methods for diferent types of unbalancing rotors were discussed. on the basis of the theory that discussed above, the paper analysesdiferent types meth

5、ods of measuring especially watt meter measuring systemand character of signals of hard bearing dynamic balancing system and designs a hard-bearing microcomputer-based measuring system for diferent types of hard bearing dynamic balancing machines. the embodiment of the contributions may be summarize

6、d as follows:1、considering the influence of the system parameters of soft-bearing balancing system, more accurate model of balancing system is constructed when balancing asymmetric rotor, such as high-speed painting atomizer rotor. then the dynamic analysis and the computer simulation are carried ou

7、t2、the handling of dynamic balancing is one of technology measure atmust be adopted on revolving parts。furthermore, the thesis deals with the influence of supporting rollers eccentricity on balancing precision, and presents the method to eliminate the deviation. 3、unbalanced signals are filter using

8、，in order to delete disturbed interferences.the sine signal at the fundamental frequency is gained。4、a series of experiments have been carried out on balancing machine. the results show that both the analytical process of the balancing system and the balancing methods are reasonable, and the results

9、 of computer simulation are correct.the outcomes of this thesis have important theoretical significance and use value to direct how to improve the precision and the efficiency of rotor balancing, and will greatly enrich the theory of balancing method.key words：dynamic balancing, , hard bearing，, rig

10、id rotor，unbalancing reduction ratio目 錄- ii -第一章 緒論31.1動(dòng)平衡機(jī)國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r和前景31.2本課題的提出及其在實(shí)踐上的意義4第二章 動(dòng)平衡測試系統(tǒng)相關(guān)原理理論52.1質(zhì)量不平衡的原因52.2三種不平衡形式52.3轉(zhuǎn)子平衡的概念62.4轉(zhuǎn)子的靜平衡和動(dòng)平衡62.5轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的必要性82.6平衡轉(zhuǎn)速92.7平衡精度等級92.8剛性轉(zhuǎn)子和柔性轉(zhuǎn)子132.9校正方法132.10校正面的選擇13第三章 解算原理及板簧計(jì)算143.1硬支承平衡機(jī)與軟支承平衡機(jī)143.2硬支承動(dòng)平衡機(jī)的校正解算原理153.3板簧的計(jì)算203.3.1板彈簧的簡化模型203

11、.3.2 忽略剪切變形時(shí)板彈簧的計(jì)算203.3.3 考慮剪切變形時(shí)板彈簧的計(jì)算21第四章 各部分電路設(shè)計(jì)及計(jì)算，224.1傳感器224.2濾波電路244.2.1原理特性244.2.2設(shè)計(jì)步驟264.3乘a或c運(yùn)算放大器274.4反相器294.5加法器304.6除法電路334.6.1模擬乘法器的基本特性334.6.2集成模擬乘法器344.6.3、除法運(yùn)算364.7功率放大器電路37第五章 不平衡量結(jié)果的顯示儀器及數(shù)據(jù)處理395.1不平衡量結(jié)果的顯示儀器395.2基準(zhǔn)信號發(fā)生器40第六章 整體電路41參考文獻(xiàn)42致 謝43- 43 -濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）參考文獻(xiàn)第一章 緒論1.1動(dòng)平衡機(jī)國內(nèi)外

12、的發(fā)展?fàn)顩r和前景進(jìn)入現(xiàn)代化社會(huì)，機(jī)械逐步向精密化、大型化、高速化的方向發(fā)展，這時(shí)出現(xiàn)的最大障礙就是振動(dòng)問題。在產(chǎn)生振動(dòng)的各種原因中，最主要的就是“不平衡力”。機(jī)械中必然存在運(yùn)動(dòng)的部分，這一部份的質(zhì)量如果有加速度，就會(huì)產(chǎn)生慣性力(旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力等)。這種慣性力如果在機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部分內(nèi)部沒有得到良好的平衡，則與不平衡相應(yīng)的力就會(huì)作為動(dòng)載荷作用于機(jī)械的靜止部分，從而引起振動(dòng)、噪聲或性能的下降。為了避免產(chǎn)生這些現(xiàn)象，就需要改善運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量分布，消除不平衡力，這就是所謂平衡現(xiàn)代的平衡技術(shù)，是在本世紀(jì)初隨著蒸汽透平的出現(xiàn)而發(fā)展起來的。第一臺平衡機(jī)的出現(xiàn)距今已有近一百年的歷史。1907年德國的拉瓦切克(l

13、awaczeck)首先制造出平衡機(jī)，隨后，黑曼(heymann )將其改進(jìn)。在這臺平衡機(jī)上，支承試驗(yàn)旋轉(zhuǎn)體的軸承是由安裝在底座上的彈簧支承起來的。運(yùn)動(dòng)中的旋轉(zhuǎn)體所產(chǎn)生的離心力使軸承產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)波形由地震儀一類的裝置記錄下來。平衡操作所需的校正塊的位置及大小根據(jù)這一記錄確定，將校正塊加到旋轉(zhuǎn)體上，平衡操作即告完成。拉瓦切克黑曼平衡機(jī)的結(jié)構(gòu)是原始的，操作也較麻煩，但對高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械性能的提高作出了很大的貢獻(xiàn)。直到20世紀(jì)40年代，電子技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了平衡技術(shù)的變革。電子測量系統(tǒng)，平面分離電路，電氣“標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子”等先進(jìn)技術(shù)在平衡機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用。由于羅伊特林格(renitlinger)的可動(dòng)線圈式

14、傳感器的發(fā)明，以及在以德國的申克公司(schenck)和美國的吉肖特公司(gisholt )的瓦特計(jì)式為基礎(chǔ)的電氣測量機(jī)構(gòu)發(fā)展的基礎(chǔ)上，現(xiàn)代平衡機(jī)問世了。隨著電子計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，價(jià)格又大幅度下降，使得動(dòng)平衡機(jī)得到了很大發(fā)展。七十年代出現(xiàn)的硬支承平衡機(jī)可認(rèn)為是平衡機(jī)發(fā)展史上的一次飛躍。由于硬支承平衡機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)，如測量的是轉(zhuǎn)子的不平衡離心力，可以實(shí)現(xiàn)“永久標(biāo)定，操作簡單等，從而得到了越來越廣泛的應(yīng)用。從發(fā)展趨勢看,除了一些特殊情況，如高速、小型轉(zhuǎn)子的平衡以外，硬支承平衡機(jī)將取代軟支承平衡機(jī)；從國外的平衡機(jī)發(fā)展過程來看，德國的平衡機(jī)制造業(yè)歷史悠久，水平處于領(lǐng)先地位?？?、申克和霍夫

15、曼公司都具有比較高的技術(shù)水平。另外，美國的ird公司對于軟支承平衡機(jī)也深有研究，其產(chǎn)品也值得關(guān)注。我國對平衡機(jī)的研制和開發(fā)是從1958年開始的，平衡機(jī)制造業(yè)發(fā)展也比較迅速。根據(jù)國家試驗(yàn)機(jī)質(zhì)檢中心的檢測結(jié)果來看，國產(chǎn)平衡機(jī)的兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，即最小可達(dá)剩余不平衡量em.和不平衡量少率urr，與國際先進(jìn)水平的差距并不明顯。通用軟支承平衡機(jī)的em.能達(dá)到0.01,u, urr一般在9095?，F(xiàn)代的動(dòng)平衡機(jī)已逐漸形成了一個(gè)通用的結(jié)構(gòu)，即“旋轉(zhuǎn)機(jī)械”，用于測量轉(zhuǎn)子不平衡的機(jī)器。如需要可用于調(diào)整被平衡轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布，使與轉(zhuǎn)速同頻的軸徑振動(dòng)或作用于軸承的力減小。1.2本課題的提出及其在實(shí)踐上的意義雖然動(dòng)平衡理論

16、和技術(shù)己發(fā)展了近一個(gè)世紀(jì)且動(dòng)平衡機(jī)也更新多次，但在生產(chǎn)實(shí)踐中還是不能完全滿足需要。目前我國企業(yè)生產(chǎn)的平衡機(jī)多為瓦特表測量系統(tǒng)或數(shù)字指示式的。由于瓦特表測量系統(tǒng)在本質(zhì)上是以機(jī)電濾波方式工作的等效的濾波裝置，存在傳感器誤差、衰減器誤差、積分器誤差、平面分離誤差、放大器誤差、電壓一電流轉(zhuǎn)換器誤差、瓦特表誤差等，這樣其濾波精度、工作頻率和動(dòng)態(tài)范圍等都很難以提高，特別難以進(jìn)一步向高速、低速兩個(gè)方向發(fā)展。國外同類設(shè)備由于精度相對較高和經(jīng)濟(jì)上的原因，現(xiàn)在還有較多生產(chǎn)和應(yīng)用隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，瓦特表測量系統(tǒng)的不足日漸暴露，主要表現(xiàn)為:由于光點(diǎn)指示刻度盤的分度不可能很細(xì)，不平衡量的相位

17、和讀數(shù)從主觀和客觀上都會(huì)有誤差，測量結(jié)果不僅與操作人員的經(jīng)驗(yàn)、讀數(shù)的刻度、刻度精度、燈泡亮度等有關(guān)，還與系統(tǒng)的示值不穩(wěn)定、光點(diǎn)鎖定等有關(guān)，即存在示值誤差大的問題。而計(jì)算機(jī)技術(shù)在很大程度上能彌補(bǔ)以上的不足。平面分離誤差:a, b, c,rz參數(shù)的設(shè)置在瓦特表測量系統(tǒng)參數(shù)是通過調(diào)節(jié)變阻器的阻值來實(shí)現(xiàn)的。參數(shù)精度差、電阻長期使用引起的誤差(氧化、磨損、電火花腐蝕等)以及參數(shù)設(shè)置旋鈕配合幅的磨損引起的誤差，另外，還有積分電路帶來的積分誤差等。雖然目前國內(nèi)外相繼出現(xiàn)的相敏檢波式平衡機(jī)、他激時(shí)分割式平衡機(jī)測量系統(tǒng)以及數(shù)字相關(guān)濾波式平衡機(jī)測量系統(tǒng)等在測量精度、濾波抗干擾能力等有較大提高，但還是有一些不足:轉(zhuǎn)

18、子初始參數(shù)設(shè)置、測量結(jié)果、不具有記憶功能，不能建立轉(zhuǎn)子技術(shù)狀況檔案，不能對同一類型轉(zhuǎn)子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，不能使用相關(guān)的打印設(shè)備、不能客觀提供測試結(jié)果等。鑒于所學(xué)知識和所借助的資料，在老師指導(dǎo)下，針對國內(nèi)水平，選擇了矢量瓦特表式測試方法作為設(shè)計(jì)課題。本課題提出的雖然也是動(dòng)平衡機(jī)矢量瓦特表測量系統(tǒng)，采用磁電式速度傳感器作為動(dòng)不平衡量信號的采集傳感器，信號中直接包含了動(dòng)平衡量大小和相位的信息，不需要積分這個(gè)環(huán)節(jié)，不會(huì)再帶來積分誤差。與普通瓦特表測量系統(tǒng)相比，避免了積分誤差。 第二章 動(dòng)平衡測試系統(tǒng)相關(guān)原理理論2.1質(zhì)量不平衡的原因?qū)е罗D(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的原因主要有:1、 制造過程中機(jī)械加工不精確或材質(zhì)不均勻

19、，使得轉(zhuǎn)子上各零部件的橫截面對與轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸線不對稱;或者轉(zhuǎn)子鍛件在機(jī)械加工及熱處理過程中的殘留變形所引起的轉(zhuǎn)子永久性撓曲。2、 運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)子上動(dòng)葉片的不均勻磨損;鹽垢的不均勻堆積;動(dòng)葉或拉金的斷裂;運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子的變形。3、 大修時(shí)進(jìn)行過可能破壞轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的技術(shù)操作，如拆卸或更換葉輪、葉片、聯(lián)軸節(jié)及轉(zhuǎn)子上的其他較大型零部件，更換電機(jī)線圈繞組，車削轉(zhuǎn)子軸頸或進(jìn)行過直軸等。 2.2三種不平衡形式以下述的模型來說明轉(zhuǎn)子的三種不平衡形式:將一等直徑對稱轉(zhuǎn)子等分成兩部分，兩部分的質(zhì)心分別垂直與軸線的各自中央平面內(nèi)。1、靜不平衡(主矢不為零、主矩為零) 兩部分的質(zhì)心位于通過軸線同一平面的同一側(cè)，而且具有

20、相同的偏心距e，見圖2.4(a)在此情況下，轉(zhuǎn)子的質(zhì)心s也處在通過軸線的平面內(nèi)。如果軸承的摩擦系數(shù)很小，那么轉(zhuǎn)子在不平衡力作用下，最終將靜止在偏心位于正下方的位置上，我們稱這種不平衡為單純的靜不平衡。對于靜不平衡的轉(zhuǎn)子，運(yùn)轉(zhuǎn)中轉(zhuǎn)子上兩部分不平衡產(chǎn)生的離心力f和fz大小相等、方向相同，他們的合力位于軸對稱中間平面內(nèi)，并作用在質(zhì)心s上，稱此力為靜不平衡力。靜不平衡力使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生平行移動(dòng)，分解到兩側(cè)軸承上，將產(chǎn)生大小相等，方向相同的作用力，將此力稱為對稱作用力。2.動(dòng)不平衡(主矢為零、主矩不為零)兩部分的質(zhì)心位于通過軸線的同一平面內(nèi)，但分置于軸線的對稱兩側(cè)，見圖2.4(b)。此時(shí)，轉(zhuǎn)子的質(zhì)心仍在軸線上

21、，故轉(zhuǎn)子靜止?fàn)顟B(tài)下在任何位置均能停留出于靜力平衡狀態(tài)。但在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)中，離心力f和f2大小相等、方向相反，組成以s為中心的力偶，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生繞質(zhì)心的擺動(dòng)。這種不平衡僅當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)才表現(xiàn)出來，故稱為動(dòng)不平衡。動(dòng)不平衡在兩側(cè)軸承上產(chǎn)生大小相等、方向相反的作用力，將此力稱為反對稱作用力。3.一般不平衡(主矢和主矩均不為零)轉(zhuǎn)子的不平衡通常是隨機(jī)的，不但兩部分的質(zhì)心可能不在通過軸線的同一平面內(nèi)，且偏心距也可能不相等，轉(zhuǎn)子的質(zhì)心也可能不在軸線上，如圖2.4(c)所示。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，離心力汽和凡可以合成為一個(gè)合力和一個(gè)力偶，即構(gòu)成一個(gè)靜不平衡力和一個(gè)動(dòng)不平衡力偶。一個(gè)殊的情況是合力位于力偶垂直的平面內(nèi)，即相當(dāng)于

22、在一個(gè)平衡良好的轉(zhuǎn)子非質(zhì)心平面上加一個(gè)不平衡，稱這種不平衡為準(zhǔn)靜不平衡(主矢和主矩均不為零但相互垂直)。2.3轉(zhuǎn)子平衡的概念由于轉(zhuǎn)子在制造和運(yùn)行過程中，不可避免的造成轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布不平衡，而引起一些振動(dòng)，轉(zhuǎn)子的平衡就是通過檢測和調(diào)整轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布，即在轉(zhuǎn)子的適當(dāng)位置加上(或減去)一定數(shù)量的(被稱為校正質(zhì)量或配重)質(zhì)量，來減少轉(zhuǎn)子的慣性主軸與旋轉(zhuǎn)軸線的偏離，使轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)降到容許范圍內(nèi)。平衡的作用就是減少轉(zhuǎn)子的撓曲、降低機(jī)組的振動(dòng)并減少軸承及基礎(chǔ)的動(dòng)反力，保證機(jī)組安全、平穩(wěn)、可靠的運(yùn)行。 2.4轉(zhuǎn)子的靜平衡和動(dòng)平衡一個(gè)轉(zhuǎn)子究竟要采用靜平衡還是動(dòng)平衡，要根據(jù)具體情況如轉(zhuǎn)子的重量、形狀、轉(zhuǎn)速、支座

23、條件及用途等，一般按下列原則考慮:(1).當(dāng)轉(zhuǎn)子外徑d與長度l滿足d/l 5時(shí)，不論其工作轉(zhuǎn)速高低只需進(jìn)行靜平衡。(2).當(dāng)l遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于d時(shí)，只要工作轉(zhuǎn)速大于100轉(zhuǎn)/分，都要進(jìn)行動(dòng)平衡。1.靜平衡對于軸向長度較短的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，如汽輪機(jī)的單個(gè)葉輪、泵及風(fēng)機(jī)的單圓盤轉(zhuǎn)子等，平衡主要表現(xiàn)為單純的靜不平衡。對靜不平衡的轉(zhuǎn)子，可用靜力試驗(yàn)法來平衡。即將轉(zhuǎn)軸放在一對平行的導(dǎo)軌或滾輪上，任其自由滾動(dòng)，質(zhì)心總是趨于支點(diǎn)的正下方，那么在其對側(cè)的適當(dāng)位置，如接近最高處，安裝一個(gè)校正質(zhì)量，經(jīng)多次試驗(yàn)后轉(zhuǎn)子的不平衡可減少到許可程度，轉(zhuǎn)子能在任意軸向位置上停留。因平衡實(shí)驗(yàn)中轉(zhuǎn)子不需要轉(zhuǎn)動(dòng)，故稱為靜平衡。靜平衡的精度取決于

24、轉(zhuǎn)子與導(dǎo)軌或滾輪之間的摩擦。2.動(dòng)平衡動(dòng)平衡是轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行的平衡。動(dòng)平衡的方法是，轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡慣性力系的徑向力和力偶都等于零或者接近于零，因此能同時(shí)消除靜不平衡和動(dòng)不平衡這兩種現(xiàn)象。轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡可以分為剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡和撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡。剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡又可分為低速動(dòng)平衡和高速動(dòng)平衡兩種。轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡一般常需要在轉(zhuǎn)子軸向幾個(gè)平面上加重才能完成。對于那些在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可視為剛性的轉(zhuǎn)子，只需在其軸向不同位置上選擇兩個(gè)平面進(jìn)行加重就夠了。對于柔性轉(zhuǎn)子，則需根據(jù)平衡軸承動(dòng)反力和各臨界轉(zhuǎn)速下動(dòng)撓度的要求，進(jìn)行所謂多平面加重才能獲得良好的平衡.顯然，動(dòng)平衡包含了靜平衡的條件，故經(jīng)動(dòng)平衡的回轉(zhuǎn)件

25、一定也是靜平衡的。但是，必須注意，靜平衡的回轉(zhuǎn)件卻不一定是動(dòng)平衡的。對于質(zhì)量分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)的回轉(zhuǎn)件，因離心力在軸面內(nèi)不存在力臂，故這類回轉(zhuǎn)件靜平衡后也滿足了動(dòng)平衡條件。磨床砂輪和煤氣泵葉輪等回轉(zhuǎn)件，可看作質(zhì)量基本分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)，所以經(jīng)靜平衡后不必再作動(dòng)平衡即可使用。也可以說，第一類回轉(zhuǎn)件屬于第二類回轉(zhuǎn)件的特例。 對于軸向尺寸較大的回轉(zhuǎn)件，如多缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和機(jī)床主軸等，其質(zhì)量的分布不能再近似地認(rèn)為是位于同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)，而應(yīng)看作分布于垂直于軸線的許多互相平行的回轉(zhuǎn)面內(nèi)。這類回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的離心力系不再是 圖 68 平面匯交力系，而是空間力系。因此，單靠在某一回轉(zhuǎn)面

26、內(nèi)加一平衡質(zhì)量的靜平衡方法并不能消除這類回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的不平衡。例如在圖6-8所示的轉(zhuǎn)子中，設(shè)不平衡質(zhì)量、分布于相距的兩個(gè)回轉(zhuǎn)面內(nèi)，且。該回轉(zhuǎn)件的質(zhì)心雖落在回轉(zhuǎn)軸上，而且， 滿足靜平衡條件。但因和不在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)，由該圖可見，當(dāng)回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在包含回轉(zhuǎn)軸的平面內(nèi)存在著一個(gè)由離心力、組成的力偶，該力偶使回轉(zhuǎn)件仍處于動(dòng)不平衡狀態(tài)。因此，對軸向尺寸較大的回轉(zhuǎn)件，必須使其各質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力的合力和合力偶矩都等于零，才能達(dá)到平衡。不平衡質(zhì)量分布的回轉(zhuǎn)面數(shù)目可以是任意個(gè)。只要將各質(zhì)量向所選的回轉(zhuǎn)面和內(nèi)分解，總可在和面內(nèi)求出相應(yīng)的平衡質(zhì)量和。因此可得結(jié)論如下：質(zhì)量分布不在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)的回轉(zhuǎn)件，只要分別在任選

27、的兩個(gè)回轉(zhuǎn)面（即平衡較正面）內(nèi)各加上適當(dāng)?shù)钠胶赓|(zhì)量，就能達(dá)到完全平衡。這種類型的平衡稱為動(dòng)平衡（工業(yè)上稱雙面平衡）。所以動(dòng)平衡的條件是：回轉(zhuǎn)件上各個(gè)質(zhì)量的離心力的向量和等于零；而且離心力所引起的力偶矩的向量和也等于零。 2.5轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的必要性 在機(jī)械設(shè)備中，旋轉(zhuǎn)是一種很普遍的運(yùn)動(dòng)形式。日常見到的大部分機(jī)械都以轉(zhuǎn)子作為工作的動(dòng)力，大到大型的汽輪發(fā)電機(jī)組軸系，小到風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)等都以轉(zhuǎn)子系統(tǒng)作為工作的主體。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)行的平穩(wěn)性決定機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的可靠性。但機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不產(chǎn)生振動(dòng)是絕無僅有的，且不說制造安裝工藝及環(huán)境條件等因素會(huì)引起轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡振動(dòng)，即使以上各方面都很理想，在一定條件下正確安裝高精度

28、的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)也會(huì)因運(yùn)行過程中磨損及負(fù)載沖擊而產(chǎn)生較大的振動(dòng)。振動(dòng)過大危害極多:直接造成機(jī)組事故，例如，汽輪機(jī)組高壓端振動(dòng)過大，可能引起危急保安器動(dòng)作而停機(jī);損害機(jī)組零件，如造成軸瓦和軸承座的緊固螺釘、聯(lián)接管道、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部件等的損害。當(dāng)軸承合金因振動(dòng)過大造成破裂時(shí)，事故將更為擴(kuò)大;造成機(jī)組動(dòng)靜部分磨擦或咬合，導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞而被迫停機(jī);過大的振動(dòng)將使各個(gè)部件之間的聯(lián)接發(fā)生松動(dòng)，削弱軸承座、基礎(chǔ)臺板和基礎(chǔ)之間聯(lián)接的剛性，甚至使基礎(chǔ)松裂、建筑物共振，造成嚴(yán)重事故;過大的危害和噪音會(huì)損害運(yùn)行人員的健康。轉(zhuǎn)子的振動(dòng)是多種多樣的，常見的振動(dòng)故障為轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、軸線不對中、軸彎曲、軸裂紋、軸承松動(dòng)、基礎(chǔ)

29、變形、油膜渦動(dòng)、高次諧波振動(dòng)、隨機(jī)振動(dòng)等等。由振動(dòng)故障診斷結(jié)果統(tǒng)計(jì)表明，引起振動(dòng)過大的激振力中有90%是轉(zhuǎn)子不平衡力，所以轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡處理是現(xiàn)場最重要的消振工作。早期的旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速較低，振動(dòng)的主要原因是圓盤的偏心，即重心不在轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線上。因此用靜平衡的方法使偏心的距離減小，就可基本消除轉(zhuǎn)子的振動(dòng)。隨著技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展的需要，現(xiàn)代的機(jī)械轉(zhuǎn)正向高速、高效率、高精度和大型化發(fā)展，機(jī)械內(nèi)的轉(zhuǎn)子也越來越向細(xì)長發(fā)展，用靜平衡的方法已經(jīng)不能消除轉(zhuǎn)子的振動(dòng)，而需要用動(dòng)平衡的方法來解決。在電力、化工、機(jī)械等眾多工業(yè)領(lǐng)域中，旋轉(zhuǎn)機(jī)械是生產(chǎn)的主要的物質(zhì)條件，而只有它能高效、平穩(wěn)的運(yùn)行，才能保證企業(yè)給社會(huì)創(chuàng)造出更多的

30、物質(zhì)財(cái)富，使我們的社會(huì)快速地發(fā)展。由上可見，轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡處理不僅是消除或減小機(jī)械振動(dòng)的有效工藝措施，也是各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械投人生產(chǎn)的首要任務(wù)，也是保證安全生產(chǎn)重要手段。隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對振動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)越來越高，相應(yīng)地動(dòng)平衡的要求也越來越嚴(yán)格。2.6平衡轉(zhuǎn)速平衡的目標(biāo)是保證轉(zhuǎn)子在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)振動(dòng)滿足要求。對于工作轉(zhuǎn)速至少大于一階臨界轉(zhuǎn)速的柔性轉(zhuǎn)子，不但要保證工作轉(zhuǎn)速下振動(dòng)滿足要求，而且要保證啟停過程中平穩(wěn)地通過各階臨界轉(zhuǎn)速。2.7平衡精度等級轉(zhuǎn)子所需平衡品質(zhì)常用經(jīng)驗(yàn)法確定。經(jīng)驗(yàn)法是根據(jù)所制定的平衡等級來確定平衡品質(zhì)的。表3-1中，每一個(gè)平衡品質(zhì)等級包括從上限到零的許用不平衡范圍，平衡品質(zhì)等級的上

31、限由乘積除以1000確定，單位為mm/s，用表示。共分11個(gè)平衡等級。 (3-1) 式中 轉(zhuǎn)子許用不平衡度，um； 轉(zhuǎn)子最高工作角速度，rad/s。圖3-1表示對應(yīng)于最高工作轉(zhuǎn)速的的上限。轉(zhuǎn)子許用不平衡量為：= （3-2）式中 轉(zhuǎn)子質(zhì)量，kg； 轉(zhuǎn)子單位質(zhì)量的許用不平衡精度，gmm/kg； 轉(zhuǎn)子許用不平衡量，gmm。式（3-2）可以改寫為=，說明轉(zhuǎn)子質(zhì)量越大，許用不平衡量也越大。因此可用來表示許用不平衡量與轉(zhuǎn)子質(zhì)量的關(guān)系。表2-1是不平橫度分級與上限。常用各種剛性轉(zhuǎn)子平衡品質(zhì)等級見表2-2。在確定平衡品質(zhì)等級后，也可查出相對應(yīng)的最大許用不平衡度見圖3-1。表2-1 不平衡度分級不平衡度等級不平

32、衡度上限（mm/s）g0.40.4g11g2.52.5g6.36.3g1616g4040g100100g250250g630630g16001600g40004000 表2-2各級適用范圍不平衡度等級轉(zhuǎn) 子 種 類 舉 例g4000具有奇數(shù)個(gè)汽缸剛性安裝的低速船用柴油機(jī)的曲軸驅(qū)動(dòng)裝置g1600剛性安裝的大型二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸驅(qū)動(dòng)裝置g630剛性安裝的大型四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸驅(qū)動(dòng)裝置；彈性安裝的船用柴油機(jī)的曲軸驅(qū)動(dòng)裝置g250剛性安裝的高速四缸柴油機(jī)的曲軸驅(qū)動(dòng)裝置g100六缸或更多缸高速柴油機(jī)曲軸驅(qū)動(dòng)裝置；汽車，貨車和機(jī)車的（汽油或柴油）發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)g40汽車車輪，輪轂，車輪總成，驅(qū)動(dòng)軸；彈性安裝的

33、六缸或更多缸高速四沖程（汽油或柴油）發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸驅(qū)動(dòng)裝置；汽車，貨車及機(jī)車的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸驅(qū)動(dòng)裝置g16特殊要求的驅(qū)動(dòng)軸（螺旋槳軸，萬向傳動(dòng)軸）；粉碎機(jī)零件；汽車，貨車和機(jī)車（汽油，柴油）發(fā)動(dòng)機(jī)個(gè)別零件；特殊要求的六缸或更多缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸驅(qū)動(dòng)裝置g16冶金，化工，石油等制煉廠連續(xù)流程機(jī)器的零件；船舶（商船）主渦輪機(jī)齒輪離心分離機(jī)鼓輪g6.3 造紙機(jī)輥筒，印刷機(jī)輥筒風(fēng)扇，通風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)航空燃?xì)鉁u輪機(jī)轉(zhuǎn)子部件，飛輪；泵的轉(zhuǎn)子部件或葉輪；機(jī)床及通用機(jī)械零件；普通中型和大型電機(jī)轉(zhuǎn)子（軸中心高超過80mm的）大量生產(chǎn)的小型電驅(qū)，其安裝條件對振動(dòng)不敏感或有隔振裝置；特殊要求的發(fā)動(dòng)機(jī)個(gè)別零件增壓器轉(zhuǎn)子g2.5 燃?xì)?/p>

34、和蒸汽渦輪，包括船舶（商船）主渦輪；剛性渦輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子；計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)磁鼓或磁盤；透平壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子；機(jī)床驅(qū)動(dòng)裝置；特殊要求的中型和大型電機(jī)轉(zhuǎn)子；不具備g6.3級輛條件之一的小型電樞；渦輪驅(qū)動(dòng)泵 g1磁帶錄音機(jī)及電唱機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置；磨床主傳動(dòng)裝置及電樞；特殊要求的小型電樞g(shù)0.4精密磨床的主軸，磨輪及電機(jī)陀螺儀根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的參數(shù)要求以及現(xiàn)實(shí)需要，本設(shè)計(jì)的測試系統(tǒng)主要應(yīng)用于g6.3，g2.5，g1等三個(gè)等級。并查表3-1的以下數(shù)據(jù)：平衡等級g6.3g2.5g1平衡轉(zhuǎn)速（r/min）600 1000 1800 許用不平衡量(m)105 25 5考慮平衡轉(zhuǎn)速5%的偏差，整理相關(guān)數(shù)據(jù)見下表： m=10kg平衡轉(zhuǎn)

35、速（r/min）570630950105017101890轉(zhuǎn)子角速度（rad/s）576395105171189轉(zhuǎn)動(dòng)頻率（hz）9.510.515.817.528.531.5不平衡量產(chǎn)生的離心慣性力f（n）34.141.722.627.614.617.9 表3-1 平衡精度等級g與偏心距e的關(guān)系2.8剛性轉(zhuǎn)子和柔性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是彈性體，當(dāng)其慣性主軸偏離旋轉(zhuǎn)軸線時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)中轉(zhuǎn)子上的不平衡離心力將或多或少地使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生撓曲變形。但當(dāng)轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子的剛性很強(qiáng)，而不平衡力相對較小，因而不平衡力所產(chǎn)生的撓曲變形可以忽略不計(jì)，這樣的轉(zhuǎn)子稱為剛性轉(zhuǎn)子。相反地，將不平衡力所產(chǎn)生的撓曲變形不可

36、忽略的轉(zhuǎn)子稱為柔性轉(zhuǎn)子(或稱撓性轉(zhuǎn)子)?？梢钥闯?，剛性轉(zhuǎn)子與撓性轉(zhuǎn)子的概念是一種定性的描述，無法給以定量的區(qū)分剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡基礎(chǔ)是柔性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的基礎(chǔ)。但柔性轉(zhuǎn)子的振動(dòng)與平衡問題和剛性轉(zhuǎn)子的有本質(zhì)上的區(qū)別，如對柔性轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡時(shí)，若不加分析地采用不計(jì)變形影響的剛性轉(zhuǎn)子的平衡方法，則往往達(dá)不到應(yīng)有的平衡效果。對于剛性轉(zhuǎn)子，平衡轉(zhuǎn)速一般選的遠(yuǎn)低于第一階臨界轉(zhuǎn)速，又稱為低速平衡。對于柔性轉(zhuǎn)子，其工作轉(zhuǎn)速一般大于第一階臨界轉(zhuǎn)速，所以稱為高速平衡。2.9校正方法平衡校正就是改變轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布，使其中心主慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸線相重合從而達(dá)到平衡。常用的校正方法有調(diào)整校正質(zhì)量、加重或去重等。校正面的滑槽內(nèi)調(diào)整兩

37、個(gè)或幾個(gè)配重塊的位置，改變配重矢量和的大小和方向而達(dá)到平衡;或轉(zhuǎn)動(dòng)與轉(zhuǎn)子同軸的兩個(gè)偏心塊的相對位置來改變矢量和的大小和方向而達(dá)到平衡。2.10校正面的選擇消除轉(zhuǎn)子的不平衡，使其處于平衡狀態(tài)的操作叫作平衡校正，平衡校正是在垂直與轉(zhuǎn)子軸線的平面上進(jìn)行的，該平面稱為校正平面。只需要在一個(gè)校正面內(nèi)校正平衡的方式稱為單面平衡，在兩個(gè)或多個(gè)校正平衡內(nèi)進(jìn)行校正的方式稱為雙面或多面平衡。對于薄盤形狀的轉(zhuǎn)子，力偶不平衡很小，實(shí)用上都只做單面平衡。例如飛輪，砂輪，風(fēng)扇葉片，離合器盤以及最大外徑為其凈長度的5倍以上的轉(zhuǎn)子等.對于初始不平衡量很大，旋轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)過大的轉(zhuǎn)子，在作動(dòng)平衡之前要做單面平衡，以消除靜不平衡。必須

38、指出，在這種情況下，有時(shí)由于校正面位置選擇不當(dāng)(即重心不在選擇的校正平面內(nèi))，校正-靜平衡后反而會(huì)使力偶不平衡增大。因此，校正最好是在重心所在的平面內(nèi)進(jìn)行，以減少力偶不平衡。若重心所在平面不允許去重時(shí)，一般應(yīng)在位于重心所在平面兩側(cè)的兩個(gè)平面內(nèi)進(jìn)行。若知道轉(zhuǎn)子的重心位置，可按如下方法求得兩個(gè)平面上的校正量。如圖2.3所示。設(shè)被測不平衡量為u，換算在左平面(l)，右平面(r)的校正分量為ul，ur。根據(jù)力學(xué)平衡方程有: ;式中，a與b分別為所在平面到l、r面的距離。對于剛性轉(zhuǎn)子而言，一般具有靜不平衡與偶不平衡，要平衡，可在任意選擇的與軸線相垂直的兩個(gè)校正平面內(nèi)校正其不平衡，即所謂的雙平面平衡。校正

39、方法一般采用加重或去重的方式進(jìn)行。校正平面的位置一般由轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)決定。為減少在平衡操作中所花費(fèi)的時(shí)間和勞力，應(yīng)設(shè)法減少校正量，為此在可能的條件下，盡可能地增加兩校正面的距離和校正半徑，以取得好的平衡效果。對于曲軸之類的轉(zhuǎn)子，由于不平衡量校正的角度位置受到限制，用兩個(gè)校正面達(dá)不到平衡要求，因此需要采用三面或五面方式。對于實(shí)際工作轉(zhuǎn)速接近或超過臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子，在工作狀態(tài)下已經(jīng)呈撓性，故在平衡時(shí)必須考慮旋轉(zhuǎn)引起的撓曲當(dāng)實(shí)際工作轉(zhuǎn)速接近臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，可用多轉(zhuǎn)速兩個(gè)以上校正面平衡;當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一階臨界轉(zhuǎn)速而達(dá)到二階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，就必須采用四校正平面以上的平衡法。第三章 解算原理及板簧計(jì)算3.1硬支承平

40、衡機(jī)與軟支承平衡機(jī)平衡機(jī)的類型很多，分類方法也很多。從應(yīng)用方面分類，有臥式平衡機(jī)和立式平衡機(jī);誤差式平衡機(jī)和可校準(zhǔn)式平衡機(jī)等。從原理方面分類，有軟支承平衡機(jī)和硬支承平衡機(jī)等。硬支承平衡機(jī)與軟支承平衡機(jī)相比，有以下特點(diǎn):支承剛度接近轉(zhuǎn)子實(shí)際用的軸承剛度;只需測量轉(zhuǎn)子尺寸，操作容易，不需要預(yù)運(yùn)轉(zhuǎn)，一次標(biāo)定，長久使用:測量靈敏度高，與山2成正比，運(yùn)轉(zhuǎn)速度可以變化等;易受外界振動(dòng)干擾的缺點(diǎn)可以通過加強(qiáng)地基的安裝來彌補(bǔ)。綜合以上各因素，結(jié)合工程需要，提出了硬支承微機(jī)化動(dòng)平衡測量系統(tǒng)。我們的目標(biāo)是利用、改進(jìn)現(xiàn)有機(jī)械支承與傳動(dòng)部分，主要對動(dòng)不平衡信號的采集與處理以及不平衡量的大小與相位的解算系統(tǒng)，各種參數(shù)的

41、輸入設(shè)置等對設(shè)備進(jìn)行微機(jī)智能化的改造，從而開發(fā)出測量方便、示值穩(wěn)定、精度高，并具有在線幫助、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析等功能的開方式微機(jī)測量系統(tǒng)。在開發(fā)的過程中，由于時(shí)間等限制，不可能開發(fā)出各種型號轉(zhuǎn)子的測量系統(tǒng)，提供通用的接口，可以在今后不斷完善。3.2硬支承動(dòng)平衡機(jī)的校正解算原理本課題是根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)需要而提出的，且企業(yè)在進(jìn)行動(dòng)平衡時(shí)有以下期望，或者說平衡方法的改進(jìn)主要體現(xiàn)在以下幾方面:(i) 良好的濾波特性；(2) 良好的抗干擾性能和較大的動(dòng)態(tài)范圍;(3)較寬的頻率響應(yīng)和較高的測量精度; (4)長時(shí)間的工作穩(wěn)定性;(5)指示直觀，讀數(shù)方便。1)在通用平衡機(jī)上，可以實(shí)現(xiàn)對多種轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡;(3)對于各種

42、類型的支承，只要稍加改變，就可以進(jìn)行現(xiàn)場動(dòng)平衡;(4)去重或加重操作方便、易行，人機(jī)界面良好。平衡時(shí)盡量減少加(減)重質(zhì)量。減少起停次數(shù)測試系統(tǒng)便攜簡單化。實(shí)現(xiàn)在線動(dòng)平衡。振動(dòng)測試及動(dòng)平衡技術(shù)的水平主要取決于測試系統(tǒng)技術(shù)水平的高，即振動(dòng)測試及動(dòng)平衡系統(tǒng)的可靠性和精度對振動(dòng)測試和動(dòng)平衡處理準(zhǔn)確可靠與否及其處理效率起著很大的作用硬支承動(dòng)平衡機(jī)是七十年代發(fā)展起來的，其支承系統(tǒng)剛度很大，故轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的固有頻率很高，在100hzhz范圍內(nèi)，遠(yuǎn)高于平衡轉(zhuǎn)速，因此轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的振幅很小，轉(zhuǎn)子的慣性力可以忽略不計(jì)。所以，轉(zhuǎn)子的不平衡量是以力的形式作用在支承上，只要測出支承所受之力就能得到不平衡量。其優(yōu)點(diǎn)在于

43、其左右(或上下)面的分離回路不必像軟支承機(jī)那樣要通過在標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子上加試重運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)次來調(diào)整，而只需根據(jù)轉(zhuǎn)子的幾何尺寸不用啟動(dòng)機(jī)器就能調(diào)整好。圖2.12.1 設(shè)左右軸承上測得到的力的大小分別為、，如圖26-45所示。 、為校正面上所要加的平衡質(zhì)量的等效慣性力。由理論力學(xué)上力系簡化知識可得以下各種情況（按照支撐面與校正面的位置關(guān)系分）的解算公式：上表中是將不平衡慣性力分解到兩個(gè)校正面上進(jìn)行平衡校正的情形。由于解算時(shí)、前的符號可正可負(fù)，加上具有除以b的問題，因此?？捎梅聪嗟倪\(yùn)算放大器線路實(shí)現(xiàn)a、b、c的調(diào)整及計(jì)算。圖10-1是所設(shè)計(jì)的硬支承動(dòng)平衡機(jī)分離解算電路的原理簡圖。開關(guān)分別控制a和c的正負(fù)與否，電位

44、計(jì)分別調(diào)整相應(yīng)放大器放大倍數(shù)，用以調(diào)整不同結(jié)構(gòu)尺寸的a、b、c。動(dòng)平衡機(jī)一般由以下幾部分組成:機(jī)械測振系統(tǒng)(含振動(dòng)傳感器和相位信號發(fā)生器)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電子測量系統(tǒng)、校正裝置和安全防護(hù)裝置。其中，機(jī)械測振系統(tǒng)等的發(fā)展相對緩慢，而電測系統(tǒng)發(fā)展卻十分迅速.由于微機(jī)的日益普及，微機(jī)化的電測系統(tǒng)已經(jīng)成為國內(nèi)外動(dòng)平衡機(jī)設(shè)計(jì)的新潮流。隨著近代超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，微處理器及其外圍芯片有了迅速發(fā)展，選擇微控制器實(shí)現(xiàn)微機(jī)化動(dòng)平衡機(jī)電測系統(tǒng)是一種經(jīng)濟(jì)、可行的方案。由此可見，動(dòng)平衡技術(shù)是一種機(jī)電一體化的復(fù)雜技術(shù)，也是制約機(jī)械工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，它直接影響各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械的工作質(zhì)量和壽命 表2.12.1 本測量系統(tǒng)包含

45、以下幾個(gè)環(huán)節(jié):1、不平衡力從測量平面到校正平面的換算:在硬支承平衡機(jī)中，軸承支架的剛性很大，有轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均勻所產(chǎn)生的離心力，因不能使軸承支架產(chǎn)生擺動(dòng)且轉(zhuǎn)子和軸承支架幾乎不產(chǎn)生振動(dòng)偏移而可以認(rèn)為是作用在簡支梁上的靜力，所以可以用單純靜力學(xué)的原理來分析轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡。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)軸線垂直而不與轉(zhuǎn)子重心相重合的兩個(gè)校正面上減去或加上適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量來達(dá)到動(dòng)平衡，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，支架的軸承受到了包含“不平衡”的大小與相位信息的“不平衡”交變應(yīng)力。為了精確、方便、迅速得測量轉(zhuǎn)子的動(dòng)不平衡。通常把一非電量的檢測轉(zhuǎn)換成電量的檢測，在本系統(tǒng)中傳感器選用在動(dòng)平衡機(jī)上較為

46、成熟、可靠的磁電式速度傳感器，由于傳感器裝在支承軸承處，這樣測量平面即位于支承平面上，但轉(zhuǎn)子的二個(gè)校正平面，根據(jù)轉(zhuǎn)子的工藝要求，一般選擇在軸承以外的各個(gè)不同位置上，因此有必要將在支承處測量得到的不平衡力信號換算到兩個(gè)校正面上。 圖2.12.2 2、校正平面不平衡相互影響的消除“平面分離”對剛性轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡時(shí)，為了提高對轉(zhuǎn)子的平衡效率，必須消除兩校正平面不平衡的相互影響一“平面分離”，在軟支承平衡機(jī)的解決辦法是采用己平衡好的“校驗(yàn)轉(zhuǎn)子”或“電氣平衡轉(zhuǎn)子”上試加祛碼的方法，通過調(diào)整運(yùn)轉(zhuǎn)，在電測箱上由“平面分離電路”來完成的.在硬支承平衡機(jī)中的測量系統(tǒng)中，校正平面不平衡量的相互影響是通過兩測量平面間

47、距b和測量平面到左、右支承處的距離a, c予以解決的。在本測量系統(tǒng)中，a, b, c的設(shè)置在上面的內(nèi)容里有敘述。在實(shí)現(xiàn)平面分離的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了支承處不平衡信號到校正面的換算。（a） 校正面上不平衡量的計(jì)算硬支承平衡機(jī)轉(zhuǎn)子校正平面之間的相互影響是由轉(zhuǎn)子的幾何參數(shù)a,b,c所確定的，因此不需要調(diào)整運(yùn)轉(zhuǎn)，校驗(yàn)轉(zhuǎn)子就能在平衡前進(jìn)行平面分離，如果轉(zhuǎn)子的幾何參數(shù)(a, b, c, r,、r2)和平衡轉(zhuǎn)速己確定，則校正面上的校正質(zhì)量，可以直接測量。硬支承平衡機(jī)測量得到的是不平衡產(chǎn)生的離心力f=me，由于采用速度傳感器。因此它的測量靈敏度與振動(dòng)速度擴(kuò)成正比，而與轉(zhuǎn)子重量或軸承支架重量無關(guān).3.3板簧的計(jì)算3.3.

48、1板彈簧的簡化模型在動(dòng)平衡測試系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子是由擺架以及支承擺架的支架來支承的，擺架與支架之間通過板彈簧相連接。在硬支承動(dòng)平衡機(jī)中，使用板彈簧來支承擺架的方式有兩種，一種是懸掛方式，另一種是倒臂方式（圖1、圖2）3。不妨就以倒臂方式支承作為研究對象，對于倒臂式，通過簡化，我們可以得到如圖3 的計(jì)算模型如圖3 所示，設(shè)轉(zhuǎn)子及彈簧上承載的其它質(zhì)量總計(jì)為m，單塊板彈簧系數(shù)為k，整個(gè)轉(zhuǎn)子采用四塊板彈簧支承，則振動(dòng)系統(tǒng)平動(dòng)的固有頻率為可表示為。取一塊板彈簧來研究，通過簡化得到圖4 所示的受力模型，它是等截面梁，一端固定另一端可橫向移動(dòng)但轉(zhuǎn)角不變。這是二次靜不定問題，但考慮到振動(dòng)時(shí)梁的彎曲變形的反對稱性，如

49、圖4 所示，上下兩段反對稱，各相當(dāng)于一根懸臂梁，其長度為原長的一半3.3.2 忽略剪切變形時(shí)板彈簧的計(jì)算對于板彈簧的下半段，如圖5，我們可以利用壓彎桿件的彈性穩(wěn)定性原理來處理。對于兩端承壓的壓彎桿，不考慮其縱向變形得到的彎矩稱為一階彎矩，若考慮彎曲變形，則所求的彎矩稱為二階彎矩。在壓彎桿件中二階彎矩與一階彎矩之間的差別不能忽視。根據(jù)小撓度理論，若同時(shí)考慮軸向變形和剪切變形，壓彎桿件撓度曲線的微分方程為式中，為軸向應(yīng)變，由于硬支承平衡機(jī)的板彈簧的軸向變形很小，在這里加以忽略。當(dāng)只考慮彎曲變形時(shí)，設(shè)板彈簧的高度為 ,則 式中，b 為板彈簧的最大撓度b 一半，在這里作為一個(gè)待定常數(shù)項(xiàng)。因此對于圖5

50、的計(jì)算模型可得方程代入邊界條件求得由y(l)=b，所以,若令，則由于f 與b 的任意性，可知單塊板彈簧的彈性系數(shù)若令，則，當(dāng) 時(shí)，k 即為忽略由重力引起垂直作用力n 時(shí)所得到的懸臂梁的剛度。因此系數(shù)完全是由于轉(zhuǎn)子及其支承的重力所引起，可稱其為重力影響系數(shù)，其函數(shù)圖像如圖6。由圖6可知，當(dāng)u 靠近零點(diǎn)時(shí)，重力影響系數(shù)a曲線變化緩慢，因此，完全有可能在動(dòng)平衡測試系統(tǒng)的測量范圍內(nèi)以某一個(gè)質(zhì)量的重力影響系數(shù)來計(jì)算板彈簧的彈性系數(shù)，而可以保證在整個(gè)測量范圍內(nèi)板彈簧的彈性系數(shù)近似為一恒定值，從而確定出合理的板彈簧尺寸。但同時(shí)也可以看出，如果u 值選取得不合理，即u 偏離零點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，不同質(zhì)量的重力影響系數(shù)a

51、 差異較大，就很難找到一個(gè)統(tǒng)一的系數(shù)來作為板彈簧的彈性系數(shù)。對于懸掛式支承，有同樣的方法可求得重力影響系數(shù)。3.3.3 考慮剪切變形時(shí)板彈簧的計(jì)算根據(jù)平面桿件結(jié)構(gòu)在載荷作用下的計(jì)算公式：式中：d為某個(gè)指定方向的位移；m 、n 、q 為虛擬狀態(tài)中微段上的內(nèi)力；為實(shí)際狀態(tài)中微段上的內(nèi)力；e 為材料的彈性模量，i 和a 分別為截面的慣性矩和面積；g 為剪切彈性模量；c 為剪力修正系數(shù)，對于矩形截面。由于硬支承動(dòng)平衡測試系統(tǒng)中的板彈簧的軸向變形很小，可以忽略。在這里考慮彎曲變形與剪切變形，彎曲變形即為上面所計(jì)算的位移b，由剪切變形引起的位移為， 則彎曲與剪切共同作下的位移 ，其中，n取簧上質(zhì)量總重的四

52、分之一。在確定板彈簧的尺寸時(shí)，首先考慮到硬支承的特性，然后利用上面得到板彈簧的剛度計(jì)算公式與振動(dòng)系統(tǒng)平動(dòng)的固有頻率公式，結(jié)合重力影響系數(shù)的變化特點(diǎn)，就可以獲得合適的尺寸參數(shù)。 根據(jù)以上計(jì)算公式，設(shè)計(jì)的板簧采用45鋼 ，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊知道，所設(shè)計(jì)的板簧尺寸是，每快板簧所承受的重量是1/4的轉(zhuǎn)子質(zhì)量，即。計(jì)算過程如下：根據(jù)2.7求得的f的值得不同，代入公式求出離心力及平衡等級不同的情況下對應(yīng)的板簧的振動(dòng)位移，單位是mm，0.0520.0620.0340.0430.0210.026可見，由此式可算出傳感器輸入速度信號，列表如下：/rad/sv/cm/57 0.052 0.0943933 0.062

53、0.1243995 0.034 0.10286105 0.043 0.14378171 0.021 0.11436189 0.026 0.21668 第四章 各部分電路設(shè)計(jì)及計(jì)算，4.1傳感器左、右傳感器:將轉(zhuǎn)子不平衡所產(chǎn)生的支承振動(dòng)或支承壓力轉(zhuǎn)換成電信號，是動(dòng)平衡機(jī)的重要部件，在選用時(shí)應(yīng)符合以下基本原則: a .保證傳感器具有良好的頻率特性，即在平衡機(jī)的整個(gè)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，傳感器都有足夠的信號輸出，靈敏度高，輸出與輸入(位移、速度、力或加速度)成正比，誤差小于5%，即傳感器有良好的線性度;b.在干擾信號頻率比機(jī)器的有用信號頻率低時(shí)，可采用加速度傳感器，這時(shí)輸出信號有較好的信噪比;但當(dāng)干擾信號

54、比機(jī)器的有用信號頻率高時(shí)，則可采用位移傳感器;c.性能可靠，特別是在長期使用中，在溫、濕度以及周圍電磁場的變化影響下，工作仍要穩(wěn)定，抗干擾能力要強(qiáng);d.兩個(gè)傳感器的性能應(yīng)基本相同，其靈敏度誤差小于5%.e.結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、安裝維護(hù)方便，易與放大器匹配。動(dòng)平衡機(jī)測量系統(tǒng)中常用的傳感器有:磁電式速度傳感器、壓電式傳感器、電容式傳感器、電渦流式傳感器等，本系統(tǒng)采用的是磁電式速度傳感器cd-2型，相對式測量。cd-2型傳感器，是由磁系統(tǒng)、線圈、拱形彈簧片、連接桿（或接觸桿）、限幅箱等五部分組成，其結(jié)構(gòu)原理及安裝示意圖如圖2所示。磁系統(tǒng)是由鋼制圓柱形外殼與其緊緊包裹著的穿孔的高磁能磁鋼構(gòu)成，位于磁系統(tǒng)空氣隙中的線圈，它有鋁制線圈架和連接桿一端緊固，連接桿貫穿于磁鋼中心孔，其兩端都有拱形彈簧片支承，彈簧片與殼體相連，頂桿一端外伸于殼體外，另一端和線圈架連接，并由拱形彈簧片支承，在拾振器前端有限幅裝置。當(dāng)振幅過大時(shí)，頂桿上的限幅塊與箱壁相撞，從而限制過大的振幅。cd-2型傳感器可以作為絕對式或相對式拾振器使用。本系統(tǒng)主要作相對式傳感器使用。圖2 cd-2型傳感器結(jié)構(gòu)原理及安裝示意圖1 頂桿 2 彈簧片 3 磁鐵 4 線圈 5彈簧片 6 引出線 7 殼體型