剛性轉(zhuǎn)子平衡實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)三剛性轉(zhuǎn)子平衡實(shí)驗(yàn)一、目的1.掌握用單支點(diǎn)動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行剛性回轉(zhuǎn)體動(dòng)平衡的原理和方法。2.了解工業(yè)動(dòng)平衡機(jī)的工作原理。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. JDP型動(dòng)平衡機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。2.轉(zhuǎn)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(jì)算器(學(xué)生自備)7.工業(yè)用動(dòng)平衡機(jī)三、原理和方法圖一所示是JDP型框架式單支點(diǎn)動(dòng)平衡試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意總圖。框架通過右下方的十字彈性支承7與機(jī)架相連，在框架左、右下方裝有彈簧，轉(zhuǎn)子試件放在框架兩端軸承架上，因此，框架、轉(zhuǎn)子與彈簧組成一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)3驅(qū)動(dòng)無接頭皮帶4,由皮帶通過摩擦傳動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子上的不平衡重由于轉(zhuǎn)動(dòng)而

2、產(chǎn)生離心力。當(dāng)框架受到此方向周期變化的離心力作用時(shí)，將繞十字彈性支承軸線A-A發(fā)生振動(dòng)，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(zhuǎn)子 3電動(dòng)機(jī) 4無接頭皮帶 5行程開關(guān)6彈簧 7十字支承 8傳感器 9測振儀 10內(nèi)部照明開關(guān)11電源開關(guān) 12離合桿 13機(jī)架圖 一II14487221khAIIII1框架 2轉(zhuǎn)子 7十字支架8傳感器 14方向接頭圖二 結(jié)構(gòu)簡圖r 由機(jī)械原理所述的回轉(zhuǎn)體動(dòng)平衡原理知：一個(gè)動(dòng)不平衡的剛性回轉(zhuǎn)體繞其回轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該構(gòu)件上所有的不平衡重所產(chǎn)生的離心慣力總可以轉(zhuǎn)化為任選的兩個(gè)垂直于回轉(zhuǎn)軸線的平面內(nèi)的兩個(gè)當(dāng)量不平衡重和G2 (它們的質(zhì)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(chǎn)生的離心力。動(dòng)平衡的任務(wù)就是在這兩個(gè)任選的平面(稱為平衡基面)內(nèi)的適當(dāng)位置（r1平和r2平）加上兩個(gè)適當(dāng)大小的平衡重G1平和G2平，使它們產(chǎn)生的平衡力與當(dāng)量不平衡重產(chǎn)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(shí),P=0且M=0，該回轉(zhuǎn)體達(dá)到動(dòng)平衡。作為教學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)，其平衡基面已給定，如圖二中的II平面與平面。該機(jī)從結(jié)構(gòu)上保證了轉(zhuǎn)子試件的這兩個(gè)平衡基面中的一個(gè)面(圖二中的平面)通過十字彈性支承。因此，轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時(shí)，只有另一個(gè)平衡基面II內(nèi)的當(dāng)量不平衡重G1所產(chǎn)生的離心慣力對軸線A-A產(chǎn)生力矩，影響框架系統(tǒng)振動(dòng)，而平衡基面內(nèi)

4、的當(dāng)量不平衡重G2，所產(chǎn)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(dòng)。因此，在對II基面上的不平衡重G1進(jìn)行平衡時(shí)，可以不受基面上的不平衡重G2的干擾。 轉(zhuǎn)子試件回轉(zhuǎn)時(shí)，方向周期變化的不平衡力使框架系統(tǒng)對曲線A-A產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)，當(dāng)其振動(dòng)頻率與框架系統(tǒng)本身的固有頻率相同時(shí)，則產(chǎn)生共振，此時(shí)振幅達(dá)到最大值，根據(jù)強(qiáng)迫振動(dòng)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(shí)的比例系數(shù)。 最大振幅A的大小可從測振儀讀出，關(guān)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(dāng)量不平衡重乘積G1r1產(chǎn)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(nèi)任選一個(gè)向徑rk ，并加上一個(gè)已知重量Gk，如圖三a所示。設(shè)運(yùn)轉(zhuǎn)后所產(chǎn)生的共振振幅為A2，則A2是在G1r1和Gkrk共同作用下所產(chǎn)生的振幅，即是G1r1和Gkrk的矢量所產(chǎn)生的振幅。因此(c) (d)圖 三-Ak-AkAkAkA1A1GkGk-rkrkr1r1cbaA3A3A2A2ddbac(a) (b)式中：為回轉(zhuǎn)試件在已知重徑積Gkrk單獨(dú)作用(假設(shè)不存在G1r1)時(shí)的最大振幅。圖三c矢量圖中adc表示了該矢量式的關(guān)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(shè)運(yùn)轉(zhuǎn)后所

6、產(chǎn)生的共振振幅為A3，則 該矢量式的關(guān)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(jì)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(yīng)加平衡重G1平的大小。5)確定平衡重G1平應(yīng)加的方位由圖三c所示的矢量圖可知：平衡重G1平應(yīng)加在-r1(或-A1)方向。設(shè)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(shí)，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(cè)不同方向量取角以便放置G1平，究竟應(yīng)取何側(cè)，需經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定。若在某一側(cè)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(yīng)把G1平改放在另一側(cè)。把轉(zhuǎn)子掉個(gè)頭，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，可以求出平衡基面內(nèi)的平衡重徑積G2平r2平。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1.準(zhǔn)備工作 1)開啟電源，使各儀器通電預(yù)熱10分鐘。 2)將測振儀量程開關(guān)置于30檔，把測量選擇開關(guān)置于x（f>1）檔，把工作選擇開關(guān)置于“1”檔。2.平衡實(shí)驗(yàn) 1)按下平衡機(jī)離合桿12(見圖一)，電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，且皮帶壓住轉(zhuǎn)子通過皮帶摩擦傳動(dòng)使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 2)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速穩(wěn)定

8、后，慢慢抬起離合桿，皮帶與轉(zhuǎn)子脫離接觸，驅(qū)動(dòng)停止，且自動(dòng)壓下行程開關(guān)，電機(jī)斷電停止轉(zhuǎn)動(dòng)，由于軸承和空氣的摩擦作用，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速逐漸下降。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近框架系統(tǒng)的固有頻率0時(shí)，進(jìn)入共振區(qū)，振幅加大。當(dāng)=0時(shí)，發(fā)生共振，產(chǎn)生最大振幅A1，把A1填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告中。重復(fù)三次，求出平均值A(chǔ)1。 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(fù)1)、2)步驟，并求出平衡值A(chǔ)2。 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(fù)1)、2)步驟,并求出平均值A(chǔ)3。 注：若rk或-rk方向恰與-r1方向相同或相近

9、時(shí)，會(huì)使A2或A3的量變得很小，由于測量以及目測誤差等原因，計(jì)算出來的平衡重徑積可能無法平衡該回轉(zhuǎn)體，建議遇此情況時(shí)，改變r(jià)1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(fù)1)、2)步驟。若振幅減小到3以下(這時(shí)需把量程開關(guān)置于3檔)，則表示方向正確，平衡成功；否則應(yīng)把G1平改放在與-rk相差角的另一側(cè)，重新觀察是否平衡。五、了解工業(yè)動(dòng)平衡機(jī)的工作原理(略)六、思考題： 1.把根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(chǎn)生的原因。 2.若改變框架上圓形配重的位置，實(shí)驗(yàn)時(shí)將有哪些變化?分析其原因。 七、注意事項(xiàng)： 1.遵守實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)規(guī)則，保持實(shí)驗(yàn)場地清潔。 2.實(shí)驗(yàn)時(shí)要保護(hù)儀器和用具。 3.壓下和抬起離合桿時(shí)，應(yīng)輕壓輕放。 4.在讀測振儀的振幅數(shù)據(jù)時(shí)，不要碰撞實(shí)驗(yàn)臺(tái)或其底座，以免讀數(shù)失真。5.有的實(shí)驗(yàn)臺(tái)的轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)速逐漸下降過程中，會(huì)出現(xiàn)兩次共振(第一次共振發(fā)生在二階臨界速度時(shí)，第二次共振發(fā)生在一階臨界速度時(shí))，兩次共振振幅不同，為計(jì)算準(zhǔn)確起見，應(yīng)統(tǒng)一取一階臨