轉子動平衡實驗指導書

1、實驗三 轉子動平衡實驗指導書一、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基本方法。 二、實驗設備1. JPHA型動平衡試驗臺2. 轉子試件3. 平衡塊4. 百分表010mm三、JPHA型動平衡試驗臺的工作原理與結構 1. 動平衡試機的結構動平衡機的簡圖如圖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，擺架的左端固結在工字形板簧2中，右端呈懸臂。電動機9通過皮帶10帶動試件旋轉；當試件有不平衡質量存在時，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。通過轉子的旋轉和擺架的振動，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和補償盤6組成。差速器安裝在擺架的右端，它的左端為轉動輸入端（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臂H組成的周轉輪系。（1）當差速器的轉臂蝸輪不轉動時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、轉子試件 4、差速器 5、百分表 6、補償盤 7、蝸桿8、彈簧 9、電機 10、皮帶圖1這時補償盤的轉速n3與試件的轉速n1大小相等轉向相反。（2）當n1和nH都轉動則為差動輪系，傳動比

3、周轉輪系公式計算：； (2)蝸輪的轉速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。因此蝸輪的轉速nH<<n1。當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。由此可知當手柄不動補償盤的轉速大小與試件相等轉向相反，正向搖動手柄（蝸輪轉速方向與試件轉速方向相同）補償盤減速，反向搖動手柄補償盤加速。這樣可改變補償盤與試件圓盤之間的相對相位角（角位移）。這個結論的應用將在后面述說。2、轉子動平衡的力學條件由于轉子材料的不均勻、制造的誤差、結

4、構的不對稱等諸因素保存轉子存在不平衡質量。因此當轉子旋轉后就會產(chǎn)生離心慣性力 組成一個空間力系，使轉子動不平衡。要使轉子達到動平衡，則必須滿足空間力系的平衡條件 或 （3）這就是轉子動平衡的力學條件3、動平衡機的工作原理當試件上有不平衡質量存在時（圖2），試件轉動后則生產(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（質量）和r（矢徑）之積稱為質徑積，mrL稱為質徑矩，稱為相位角。轉子不平衡質量的分布是有很大的隨機性，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，但可用實驗的方法來解決，其方法如下：選補償盤作為平衡平面，補償盤的轉速與試件的轉速大小相等但轉向相反，這時的平衡條件也可按上述方法來求得。在補償盤上加21

6、F2l2lplprpF1r1rpmpm2m1r2FpFppyxmp圖2一個質量（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，只有一個正負號不同。從圖3可進一步比較兩種平衡面進行平衡的特點。圖3是滿足平衡條件平衡質量與不平衡質量之間的相位關系。圖3a為平衡平面在試件上的平衡情況，在試件放旋轉時平衡質量與不平衡質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)是補償盤為平衡平面，m2和mp在各自的旋轉中只有到在 p'=0°或180°，2=180°或0°時它們處在垂直軸平面內(nèi)與圖3a)一樣達到完全平衡。其它位置時它們的相對位置關系如圖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。用補償盤作為平衡平面來實現(xiàn)擺架的平衡可這樣來操作。在補償盤的任何位置（最好選擇在靠近緣處）試加一個適當?shù)馁|量，在試件旋轉的狀態(tài)下?lián)u動蝸桿手柄使蝸輪轉動（正轉或反轉）這時補償盤減速或加速轉動。搖動手柄同時觀察百分表的振幅使其

8、達到最小，這時停止轉動手柄。停機后在原位置再加一些平衡質量，再開機左右轉動手柄如振幅已很小可認為擺架已達到平衡。最后將調整到好的平衡質量轉到最高位置，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為待平衡面，根據(jù)平衡條件 (8)或 若取 則（8）式中是所加的補償盤上平衡量質徑積，為平衡塊質量，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上應加的平衡量質徑積。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，本動平衡機及試件在設

9、計時已取，所以，這樣可取下補償盤上平衡塊（平衡塊）直接加到待平衡面相應的位置，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，還必須做的平衡工作，這樣才能使試件達到完全平衡。第二步工作：將試件從平衡機上取下重新安裝成以圓盤2為驅動輪，再按上述方法求出平衡面1上的平衡量（質徑積或）。這樣整個平衡工作全部完成。更具體的實驗方法請看第四部分。四、實驗方法和步驟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,用手轉動試件和搖動蝸桿上的手柄，檢查動平衡機各部分轉動是否正常。調節(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，轉動調速旋扭。實驗時的轉速定在320420轉之間（以后試驗時不要再轉動旋扭，只是關總電源）。轉動蝸桿，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。4、打破平衡將試件右端圓盤上裝上適當?shù)拇胶赓|量（四塊平衡塊），接上電源啟動電機，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。5、找平衡在補償盤的槽內(nèi)距軸心最遠處加上一個適當?shù)钠胶赓|量（二塊平衡塊）。開機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。（搖動手柄要講究方法：蝸桿安裝在機架上，蝸輪安裝在擺架上兩者之間有很大的間隙。蝸桿轉動到適當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的平衡面（圓盤2）中相應的最高位置槽內(nèi)。6、在

12、補償盤內(nèi)再加一點平衡量（12平衡塊）。按上述方法再進行一次測試。測得的振幅y2蝸輪位置2，若y2y1y0；1與2相同或略有改變，則表示實驗進行正確。若y2已很小可視為已達到平衡。停機、按步驟4方法將補償盤上的平衡塊移到試件圓盤2上。解開聯(lián)軸器開機讓試件自由轉動若振幅依然很小則第一步平衡工作結束。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和大小。7、將試件兩端180°對調，即這時圓盤2為驅動盤，圓盤1為平衡面。再按上述方法找出圓盤1上應加的平衡量。這樣就完成了試件的全部平衡工作。思考題：1、何為動平衡？哪些構件需要進行動平衡？平衡基面如何選擇？2、在動平衡過程中，平衡質量及其相位是如何逐步調整的？轉子動平衡實驗報告專業(yè)班級 姓名 日期 同組人 指導老師 成績 實驗數(shù)據(jù)記錄表序號實驗內(nèi)容轉速框架振幅（mm）1試件測試2在試件右端圓盤（2）上裝4塊平衡塊3在補償盤上配2塊平衡塊4在補償盤上再配2塊平衡塊5將試件調頭，試件測試6在試件右端圓盤（1）上裝4塊平衡塊7在補償盤上配1塊平衡塊8在補償盤上配3塊平衡塊思考題：1、何為動平衡？哪些構件需要進行