剛性轉子平衡實驗

1、實驗三剛性轉子平衡實驗一、目的1.掌握用單支點動平衡試驗機進行剛性回轉體動平衡的原理和方法。2.了解工業(yè)動平衡機的工作原理。二、實驗設備1. JDP型動平衡機實驗臺。2.轉子試件。3. CD-4型磁電式傳感器。4. GZ1型晶體管測振儀。5.天平及橡皮泥。6.紙、筆、計算器(學生自備)7.工業(yè)用動平衡機三、原理和方法圖一所示是JDP型框架式單支點動平衡試驗臺的結構示意總圖?？蚣芡ㄟ^右下方的十字彈性支承7與機架相連，在框架左、右下方裝有彈簧，轉子試件放在框架兩端軸承架上，因此，框架、轉子與彈簧組成一個振動系統(tǒng)，電動機3驅動無接頭皮帶4,由皮帶通過摩擦傳動帶動轉子2轉動，轉子上的不平衡重由于轉動而

2、產生離心力。當框架受到此方向周期變化的離心力作用時，將繞十字彈性支承軸線A-A發(fā)生振動，其振幅由傳感器8測定并通過測振儀讀出。1框架 2平衡轉子 3電動機 4無接頭皮帶 5行程開關6彈簧 7十字支承 8傳感器 9測振儀 10內部照明開關11電源開關 12離合桿 13機架圖 一II14487221khAIIII1框架 2轉子 7十字支架8傳感器 14方向接頭圖二 結構簡圖r 由機械原理所述的回轉體動平衡原理知：一個動不平衡的剛性回轉體繞其回轉軸線轉動時，該構件上所有的不平衡重所產生的離心慣力總可以轉化為任選的兩個垂直于回轉軸線的平面內的兩個當量不平衡重和G2 (它們的質心位置分別為r1和r2；半

3、徑大小可根據(jù)數(shù)值G1、G2的不同而不同)所產生的離心力。動平衡的任務就是在這兩個任選的平面(稱為平衡基面)內的適當位置（r1平和r2平）加上兩個適當大小的平衡重G1平和G2平，使它們產生的平衡力與當量不平衡重產生的不平衡力大小相等,而方向相反，即: 半徑r平越大,則所需的G平就越小。此時,P=0且M=0，該回轉體達到動平衡。作為教學實驗機，其平衡基面已給定，如圖二中的II平面與平面。該機從結構上保證了轉子試件的這兩個平衡基面中的一個面(圖二中的平面)通過十字彈性支承。因此，轉子回轉時，只有另一個平衡基面II內的當量不平衡重G1所產生的離心慣力對軸線A-A產生力矩，影響框架系統(tǒng)振動，而平衡基面內

4、的當量不平衡重G2，所產生的離心慣性力因其對軸線A-A的力矩為零，而不影響框架振動。因此，在對II基面上的不平衡重G1進行平衡時，可以不受基面上的不平衡重G2的干擾。 轉子試件回轉時，方向周期變化的不平衡力使框架系統(tǒng)對曲線A-A產生強迫振動，當其振動頻率與框架系統(tǒng)本身的固有頻率相同時，則產生共振，此時振幅達到最大值，根據(jù)強迫振動原理知：最大振幅A與其外力成正比，即：或 式中和為測試平衡平面I一I時的比例系數(shù)。 最大振幅A的大小可從測振儀讀出，關鍵是確定比例系數(shù)的大小和r1的相位。比例系數(shù)的大小和r1的相位可用下述方法確定：1)測出由當量不平衡重乘積G1r1產生的離心力所引起的最大振幅A1,即。

5、(注：從測振儀上只能讀出A1的大小，不能讀出A1的相位) 2)在平衡基面II內任選一個向徑rk ，并加上一個已知重量Gk，如圖三a所示。設運轉后所產生的共振振幅為A2，則A2是在G1r1和Gkrk共同作用下所產生的振幅，即是G1r1和Gkrk的矢量所產生的振幅。因此(c) (d)圖 三-Ak-AkAkAkA1A1GkGk-rkrkr1r1cbaA3A3A2A2ddbac(a) (b)式中：為回轉試件在已知重徑積Gkrk單獨作用(假設不存在G1r1)時的最大振幅。圖三c矢量圖中adc表示了該矢量式的關系。3)將已知重塊Gk移到與原位相差180°的-rk的新位置，如圖三b所示，設運轉后所

6、產生的共振振幅為A3，則 該矢量式的關系如圖三c中的adb所示。 4)比例系數(shù)及重徑積G1r1大小的確定:在adb中， 在adc中， 和 r平、r1的大小可任定，所以為計算方便，令r1平r1rk （）根據(jù)已知重塊Gk的大小，以及測量出來的A1、A2、A3的大小，可以求出I一I面上應加平衡重G1平的大小。5)確定平衡重G1平應加的方位由圖三c所示的矢量圖可知：平衡重G1平應加在-r1(或-A1)方向。設平衡重G1平的放置方向與-rk的方向之間的夾角為，則 (2) 確定后，-r1的方向就可定出，在-r1方向放置平衡重G1平，就可平衡不平衡重徑積G1r1。 由于在測量時，僅能測出A1、A2、A3的大

7、小，不知它們的方向，所以各矢量也可能排列成如圖三d所示的情況。所以，由-rk沿兩側不同方向量取角以便放置G1平，究竟應取何側，需經實驗確定。若在某一側放置G1平后，框架最大振幅接近于零，則該位置即為所求。否則，應把G1平改放在另一側。把轉子掉個頭，重復上述實驗，可以求出平衡基面內的平衡重徑積G2平r2平。四、實驗步驟：1.準備工作 1)開啟電源，使各儀器通電預熱10分鐘。 2)將測振儀量程開關置于30檔，把測量選擇開關置于x（f>1）檔，把工作選擇開關置于“1”檔。2.平衡實驗 1)按下平衡機離合桿12(見圖一)，電機自動啟動，且皮帶壓住轉子通過皮帶摩擦傳動使轉子旋轉。 2)轉子轉速穩(wěn)定

8、后，慢慢抬起離合桿，皮帶與轉子脫離接觸，驅動停止，且自動壓下行程開關，電機斷電停止轉動，由于軸承和空氣的摩擦作用，轉子轉速逐漸下降。當轉子轉速接近框架系統(tǒng)的固有頻率0時，進入共振區(qū)，振幅加大。當=0時，發(fā)生共振，產生最大振幅A1，把A1填入實驗報告中。重復三次，求出平均值A1。 3)用天平稱出25g的橡皮泥作為Gk，把它粘在II平衡平面圓盤的環(huán)形槽的任何處，rk大小就等于環(huán)形槽的半徑。然后重復1)、2)步驟，并求出平衡值A2。 4)將Gk取下，改放在與原位置方向相反(即相差180°)的-rk的位置，重復1)、2)步驟,并求出平均值A3。 注：若rk或-rk方向恰與-r1方向相同或相近

9、時，會使A2或A3的量變得很小，由于測量以及目測誤差等原因，計算出來的平衡重徑積可能無法平衡該回轉體，建議遇此情況時，改變r1和-r1的相位，重新測定A2和A3。 5)根據(jù)測得的A1、A2、A3平均值，由公式(1)和(2)算出平衡值G1平相位角。 6)取下重塊Gk，用天平稱出G1平，將G1平置于與-rk相差角，半徑也等于rk的地方，重復1)、2)步驟。若振幅減小到3以下(這時需把量程開關置于3檔)，則表示方向正確，平衡成功；否則應把G1平改放在與-rk相差角的另一側，重新觀察是否平衡。五、了解工業(yè)動平衡機的工作原理(略)六、思考題： 1.把根據(jù)實驗求出的平衡重徑積加到平衡基面上后，試件是否完全平衡?如果不完全平衡，是什么原因引起的?試分析誤差產生的原因。 2.若改變框架上圓形配重的位置，實驗時將有哪些變化?分析其原因。 七、注意事項： 1.遵守實驗室各項規(guī)則，保持實驗場地清潔。 2.實驗時要保護儀器和用具。 3.壓下和抬起離合桿時，應輕壓輕放。 4.在讀測振儀的振幅數(shù)據(jù)時，不要碰撞實驗臺或其底座，以免讀數(shù)失真。5.有的實驗臺的轉子在轉速逐漸下降過程中，會出現(xiàn)兩次共振(第一次共振發(fā)生在二階臨界速度時，第二次共振發(fā)生在一階臨界速度時)，兩次共振振幅不同，為計算準確起見，應統(tǒng)一取一階臨