轉(zhuǎn)子動平衡實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、實(shí)驗(yàn)三 轉(zhuǎn)子動平衡實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 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(yàn)的原理及基本方法。 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. JPHA型動平衡試驗(yàn)臺2. 轉(zhuǎn)子試件3. 平衡塊4. 百分表010mm三、JPHA型動平衡試驗(yàn)臺的工作原理與結(jié)構(gòu) 1. 動平衡試機(jī)的結(jié)構(gòu)動平衡機(jī)的簡圖如圖1、圖2、所示。待平衡的試件3安放在框形擺架子的支承滾輪上，擺架的左端固結(jié)在工字形板簧2中，右端呈懸臂。電動機(jī)9通過皮帶10帶動試件旋轉(zhuǎn)；當(dāng)試件有不平衡質(zhì)量存在時，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可觀察振幅的大小。通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)和擺架的振動，可測出試件的不平衡量（或平衡量）

2、的大小和方位。這個測量系統(tǒng)由差速器4和補(bǔ)償盤6組成。差速器安裝在擺架的右端，它的左端為轉(zhuǎn)動輸入端（n1）通過柔性聯(lián)軸器與試件3聯(lián)接；右端為輸出端（n3）與補(bǔ)償盤相聯(lián)接。差速器是由齒數(shù)和模數(shù)相同的三個圓錐齒輪和一個外殼為蝸輪的轉(zhuǎn)臂H組成的周轉(zhuǎn)輪系。（1）當(dāng)差速器的轉(zhuǎn)臂蝸輪不轉(zhuǎn)動時nH=0，則差速器為定軸輪系，其傳動比為： ， （1）89N3N1321107654（2）（1）1231、 擺架 2、工字形板簧座 3、轉(zhuǎn)子試件 4、差速器 5、百分表 6、補(bǔ)償盤 7、蝸桿8、彈簧 9、電機(jī) 10、皮帶圖1這時補(bǔ)償盤的轉(zhuǎn)速n3與試件的轉(zhuǎn)速n1大小相等轉(zhuǎn)向相反。（2）當(dāng)n1和nH都轉(zhuǎn)動則為差動輪系，傳動比

3、周轉(zhuǎn)輪系公式計算：； (2)蝸輪的轉(zhuǎn)速nH是通過手柄搖動蝸桿7，經(jīng)蝸桿蝸輪副在大速比的減速后得到。因此蝸輪的轉(zhuǎn)速nH<<n1。當(dāng)nH與n1同向時，由（2）式可看到n3< n1，這時n3方向不變還與n1反向，但速度減小。當(dāng)nH與n1反向時，由（2）式可看出n3-n，這時n3方向仍與n1反向，但速度增加了。由此可知當(dāng)手柄不動補(bǔ)償盤的轉(zhuǎn)速大小與試件相等轉(zhuǎn)向相反，正向搖動手柄（蝸輪轉(zhuǎn)速方向與試件轉(zhuǎn)速方向相同）補(bǔ)償盤減速，反向搖動手柄補(bǔ)償盤加速。這樣可改變補(bǔ)償盤與試件圓盤之間的相對相位角（角位移）。這個結(jié)論的應(yīng)用將在后面述說。2、轉(zhuǎn)子動平衡的力學(xué)條件由于轉(zhuǎn)子材料的不均勻、制造的誤差、結(jié)

4、構(gòu)的不對稱等諸因素保存轉(zhuǎn)子存在不平衡質(zhì)量。因此當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后就會產(chǎn)生離心慣性力 組成一個空間力系，使轉(zhuǎn)子動不平衡。要使轉(zhuǎn)子達(dá)到動平衡，則必須滿足空間力系的平衡條件 或 （3）這就是轉(zhuǎn)子動平衡的力學(xué)條件3、動平衡機(jī)的工作原理當(dāng)試件上有不平衡質(zhì)量存在時（圖2），試件轉(zhuǎn)動后則生產(chǎn)離心慣性力，他可分解成垂直分力Fy和水平分力Fx，由于平衡機(jī)的工字形板簧和擺架在水平方向（繞y軸）抗彎剛度很大，所以水平分力Fx對擺架的振動影響很小可忽略不計。而在垂直方向（繞x軸）的抗彎剛度小，因此垂直分力產(chǎn)生的力矩M=Fy·L=2mrcos·L的作用下，使擺架產(chǎn)生周期性的上下振動 (擺架振幅大小)的慣性

5、力矩為，要使擺架不振動必須要平衡力矩M2。在試件上選擇圓盤作為平衡平面，加平衡質(zhì)量mp。則繞x軸的慣性力矩Mp=2mprplpcosp；要使這些力矩得到平衡可根據(jù)公式（3）來解決。 （4）（4）式消去2得 （5）要使（5）式為零必須滿足 （6）滿足上式（6）的條件擺架就不振動了。式中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。轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量的分布是有很大的隨機(jī)性，而無法直觀判斷他的大小和相位。因此很難公式來計算平衡量，但可用實(shí)驗(yàn)的方法來解決，其方法如下：選補(bǔ)償盤作為平衡平面，補(bǔ)償盤的轉(zhuǎn)速與試件的轉(zhuǎn)速大小相等但轉(zhuǎn)向相反，這時的平衡條件也可按上述方法來求得。在補(bǔ)償盤上加21

6、F2l2lplprpF1r1rpmpm2m1r2FpFppyxmp圖2一個質(zhì)量（圖2），則產(chǎn)生離心慣性力對x軸的力矩根據(jù)力系平衡公式（3） 要使上式成立必須有 （7）公式（7）與（6）基本是一樣，只有一個正負(fù)號不同。從圖3可進(jìn)一步比較兩種平衡面進(jìn)行平衡的特點(diǎn)。圖3是滿足平衡條件平衡質(zhì)量與不平衡質(zhì)量之間的相位關(guān)系。圖3a為平衡平面在試件上的平衡情況，在試件放旋轉(zhuǎn)時平衡質(zhì)量與不平衡質(zhì)量始終在一個軸平面內(nèi)，但矢徑方向相反。Fppmprp2r2m2F2mprpr22m2F2F2r22m2pmpFpppxyxrpyFpxya) 2=180°+ pb) j2=180°c) j2=180

7、°-jp圖3 圖3b)是補(bǔ)償盤為平衡平面，m2和mp在各自的旋轉(zhuǎn)中只有到在 p'=0°或180°，2=180°或0°時它們處在垂直軸平面內(nèi)與圖3a)一樣達(dá)到完全平衡。其它位置時它們的相對位置關(guān)系如圖3c)所示為 2=180°p'，圖3-c)這種情況，y分力矩是滿足平衡條件的，而x分力矩未滿足平衡條件。用補(bǔ)償盤作為平衡平面來實(shí)現(xiàn)擺架的平衡可這樣來操作。在補(bǔ)償盤的任何位置（最好選擇在靠近緣處）試加一個適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量，在試件旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下?lián)u動蝸桿手柄使蝸輪轉(zhuǎn)動（正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)）這時補(bǔ)償盤減速或加速轉(zhuǎn)動。搖動手柄同時觀察百分表的振幅使其

8、達(dá)到最小，這時停止轉(zhuǎn)動手柄。停機(jī)后在原位置再加一些平衡質(zhì)量，再開機(jī)左右轉(zhuǎn)動手柄如振幅已很小可認(rèn)為擺架已達(dá)到平衡。最后將調(diào)整到好的平衡質(zhì)量轉(zhuǎn)到最高位置，這時的垂直軸平面就是mp和m2同時存在的軸平面。擺架平衡不等于試件平衡，還必須把補(bǔ)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為待平衡面，根據(jù)平衡條件 (8)或 若取 則（8）式中是所加的補(bǔ)償盤上平衡量質(zhì)徑積，為平衡塊質(zhì)量，是平衡塊所處位置的半徑（有刻度指示）；：是平衡面至板簧的距離這些參數(shù)都是已知的，這樣就求得了在待平衡面2上應(yīng)加的平衡量質(zhì)徑積。一般情況先選擇半徑r求出m加到平衡面2上，其位置在最高位置的垂直軸平面中，本動平衡機(jī)及試件在設(shè)

9、計時已取，所以，這樣可取下補(bǔ)償盤上平衡塊（平衡塊）直接加到待平衡面相應(yīng)的位置，這樣就完成了第一步平衡工作。根據(jù)力系平衡條件（3），到此才完成一項(xiàng)，還必須做的平衡工作，這樣才能使試件達(dá)到完全平衡。第二步工作：將試件從平衡機(jī)上取下重新安裝成以圓盤2為驅(qū)動輪，再按上述方法求出平衡面1上的平衡量（質(zhì)徑積或）。這樣整個平衡工作全部完成。更具體的實(shí)驗(yàn)方法請看第四部分。四、實(shí)驗(yàn)方法和步驟1、將平衡試件裝到擺架的滾輪上，把試件右端的聯(lián)軸器盤與差速器軸端的聯(lián)軸器盤，用彈性柱銷柔性聯(lián)成一體。裝上傳動皮帶。2、松開擺架最右端的兩對鎖緊螺母,用手轉(zhuǎn)動試件和搖動蝸桿上的手柄，檢查動平衡機(jī)各部分轉(zhuǎn)動是否正常。調(diào)節(jié)擺架上面

10、的安放在支承桿上的百分表，使之與擺架有一定的接觸，并隨時注意振幅大小。3、開啟電源，轉(zhuǎn)動調(diào)速旋扭。實(shí)驗(yàn)時的轉(zhuǎn)速定在320420轉(zhuǎn)之間（以后試驗(yàn)時不要再轉(zhuǎn)動旋扭，只是關(guān)總電源）。轉(zhuǎn)動蝸桿，觀察百分表的振幅，找到最佳的平衡位置。廠家出廠規(guī)定，最佳平衡狀態(tài)0.010.03mm（百分表13格）百分表的位置以后不要再變動停機(jī)。4、打破平衡將試件右端圓盤上裝上適當(dāng)?shù)拇胶赓|(zhì)量（四塊平衡塊），接上電源啟動電機(jī)，待擺架振動穩(wěn)定后，記錄下振幅大小y0余若20絲左右（格）（百分表的位置以后不要再變動）停機(jī)。5、找平衡在補(bǔ)償盤的槽內(nèi)距軸心最遠(yuǎn)處加上一個適當(dāng)?shù)钠胶赓|(zhì)量（二塊平衡塊）。開機(jī)后搖動手柄觀察百分表振幅變化，

11、手柄搖到振幅最小時手柄停止搖動。記錄下振幅大小y1和蝸輪位置角1（差速器外殼上有刻度指示），停機(jī)。（搖動手柄要講究方法：蝸桿安裝在機(jī)架上，蝸輪安裝在擺架上兩者之間有很大的間隙。蝸桿轉(zhuǎn)動到適當(dāng)位置可與蝸桿不接觸，這樣才能使擺架自由地振動，這時觀察的振幅才是正確的。搖動手柄蝸桿接觸蝸輪使蝸輪轉(zhuǎn)動，這時擺動振動受阻，反搖手柄使蝸桿脫離與蝸輪接觸，使擺架自由地振動，再觀察振幅。這樣間歇性地使蝸輪向前轉(zhuǎn)動位和觀察振幅變化，最終找到振幅最小值的位置）。在不改變蝸輪位置情況下，停機(jī)后，按試件轉(zhuǎn)動方向用手轉(zhuǎn)動試件使補(bǔ)償盤上的平衡塊轉(zhuǎn)到最高位置。取下平衡塊安裝到試件的平衡面（圓盤2）中相應(yīng)的最高位置槽內(nèi)。6、在

12、補(bǔ)償盤內(nèi)再加一點(diǎn)平衡量（12平衡塊）。按上述方法再進(jìn)行一次測試。測得的振幅y2蝸輪位置2，若y2y1y0；1與2相同或略有改變，則表示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行正確。若y2已很小可視為已達(dá)到平衡。停機(jī)、按步驟4方法將補(bǔ)償盤上的平衡塊移到試件圓盤2上。解開聯(lián)軸器開機(jī)讓試件自由轉(zhuǎn)動若振幅依然很小則第一步平衡工作結(jié)束。若還存在一些振幅，可適當(dāng)?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(jìn)行微調(diào)相位和大小。7、將試件兩端180°對調(diào)，即這時圓盤2為驅(qū)動盤，圓盤1為平衡面。再按上述方法找出圓盤1上應(yīng)加的平衡量。這樣就完成了試件的全部平衡工作。思考題：1、何為動平衡？哪些構(gòu)件需要進(jìn)行動平衡？平衡基面如何選擇？2、在動平衡過程中，平衡質(zhì)量及其相位是如何逐步調(diào)整的？轉(zhuǎn)子動平衡實(shí)驗(yàn)報告專業(yè)班級 姓名 日期 同組人 指導(dǎo)老師 成績 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表序號實(shí)驗(yàn)內(nèi)容轉(zhuǎn)速框架振幅（mm）1試件測試2在試件右端圓盤（2）上裝4塊平衡塊3在補(bǔ)償盤上配2塊平衡塊4在補(bǔ)償盤上再配2塊平衡塊5將試件調(diào)頭，試件測試6在試件右端圓盤（1）上裝4塊平衡塊7在補(bǔ)償盤上配1塊平衡塊8在補(bǔ)償盤上配3塊平衡塊思考題：1、何為動平衡？哪些構(gòu)件需要進(jìn)行