剛性轉(zhuǎn)子動平衡實驗-2

剛性轉(zhuǎn)子動平衡實驗一、實驗?zāi)康?．掌握剛性轉(zhuǎn)子動平衡的基本原理和步驟。2．掌握虛擬基頻檢測儀和相關(guān)測試儀器的使用。3．熟悉動靜法的工程應(yīng)用。二、實驗性質(zhì)設(shè)計性實驗三、實驗裝置（圖5-1）1．動平衡機(jī)2．電渦流傳感器3．前置器4．接線盒5．調(diào)速器圖5-16．電子天平圖5-17．配重8．微型計算機(jī)四、實驗背景與基本原理工程中許多高速轉(zhuǎn)動的機(jī)器：氣輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、陀螺馬達(dá)等其轉(zhuǎn)子都不是理想的對稱剛體，在軸承上安裝時也存在著誤差（既有偏心又有偏角）。所以工作時會產(chǎn)生不平衡的慣性力系，引起很大的軸承動約束力。這種交變的動約束力可引起軸承支座和轉(zhuǎn)軸本身的強(qiáng)烈振動，從而影響機(jī)器的工作性能和工作壽命。消除動約束力的方法是對轉(zhuǎn)子進(jìn)行動平衡，即通過在轉(zhuǎn)子上適當(dāng)?shù)牡胤礁郊樱ɑ虺ィ┬K質(zhì)量，用其產(chǎn)生的慣性力去平衡原來不平衡的慣性力系，使轉(zhuǎn)軸成為有一定精度的中心慣性主軸。本實驗采用兩平面影響系數(shù)法對一多圓盤剛性轉(zhuǎn)子進(jìn)行動平衡。這是剛性轉(zhuǎn)子動平衡操作的一種常用方法，其目標(biāo)是使慣性力系的主矢和主矩同時趨近于零。為此，先在轉(zhuǎn)子上任意選定兩個截面I、II（稱校正平面），見圖3-2。在離軸一定距離、（稱校正半徑），與轉(zhuǎn)子上某一參考標(biāo)記成夾角、處，分別附加一塊質(zhì)量為、的重塊（稱校正質(zhì)量）。如能使兩質(zhì)量和的慣性力（其大小分別為和，為轉(zhuǎn)動角速度）正好與原不平衡轉(zhuǎn)子的慣性力系相平衡，那么就實現(xiàn)了剛性轉(zhuǎn)子的動平衡。該方法可以不使用專用平衡機(jī)，只要求一般的振動測量，適合在轉(zhuǎn)子工作現(xiàn)場進(jìn)行動平衡作業(yè)。本實驗裝置中，動平衡機(jī)的轉(zhuǎn)子是工作轉(zhuǎn)速低于最低階臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子，稱為剛性轉(zhuǎn)子，反之稱為柔性轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子由調(diào)速器設(shè)定轉(zhuǎn)速，由渦流傳感器測量軸承的水平振動，經(jīng)前置器、接線盒送給計算機(jī)，由專用程序進(jìn)行處理。圖5-2轉(zhuǎn)子系統(tǒng)與慣性力系簡化兩平面影響系數(shù)法的過程如下：1．在額定的工作轉(zhuǎn)速或任選的平衡轉(zhuǎn)速下，檢測原始不平衡引起的軸承A、B在水平方向的振動量，，其中和是振動位移的幅值，和是振動信號對于轉(zhuǎn)子上參考標(biāo)記有關(guān)的參考脈沖的相位角。2．選定兩個校正面I、II并確定校正半徑。先在平面I上加一“試重”（試質(zhì)量），這里、分別為“試重”質(zhì)量及其相對參考標(biāo)記的方位角，以順轉(zhuǎn)向為正?！霸囍亍笨稍谂渲睾欣镞x擇，用電子天平確定其質(zhì)量。再在相同轉(zhuǎn)速下測量軸承A、B的振動量和。定義該“試重”的影響系數(shù)為圖5-1圖5-1圖5-1式中的分子稱為“試重”圖5-13．取走平面I上的“試重”，在平面II上加“試重”，在相同轉(zhuǎn)速下測量軸承A、B的振動量和，由此可以定義該“試重”的影響系數(shù)為4．校正平面I、II上所需的校正質(zhì)量和，可通過解下列矢量方程組求得：求解矢量方程使用計算機(jī)，本試驗采用專用的動平衡計算程序。在按上式求出的校正質(zhì)量進(jìn)行動平衡后，在同一轉(zhuǎn)速下測量不平衡量，求出新的矯正質(zhì)量進(jìn)行新的動平衡，直到將不平衡量降低到規(guī)定的范圍內(nèi)為止。該實驗需要集體合作，互相幫助，共同完成。不僅能培養(yǎng)學(xué)生自己動手解決工程設(shè)計能力，也有助于培養(yǎng)學(xué)生的科研協(xié)作能力和團(tuán)隊精神。五、實驗內(nèi)容、實驗步驟及注意事項實驗內(nèi)容：（1）采用兩平面影響系數(shù)法在校正平面I與II上反復(fù)加質(zhì)量塊，使轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的慣性力系逐漸達(dá)到平衡。（2）測試由于轉(zhuǎn)子偏心引起兩端支座的動約束力。實驗步驟：1．按圖3-3所示用鼠標(biāo)左鍵單擊虛擬測試儀器，如連線錯誤，用鼠標(biāo)左鍵單擊“重新連接”按鈕。確認(rèn)無誤后用鼠標(biāo)左鍵單擊“連接完畢”按鈕，如果出現(xiàn)“連接錯誤”的提示，則連接有錯，需要按“確定”，再按“重新連接”。如果出現(xiàn)“連接正確”的提示，按“確定”后，可獲得與圖3-4相同的虛擬動平衡儀應(yīng)用程序界面。2．將轉(zhuǎn)速控制器轉(zhuǎn)速設(shè)定為1500r/min，起動轉(zhuǎn)子3至5分鐘使轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定。3．在圖3-4的狀態(tài)下，用鼠標(biāo)左鍵按下左上角按鈕“開始”啟動虛擬動平衡儀，點擊“A通道”、“B通道”進(jìn)行通道切換。待讀數(shù)基本穩(wěn)定后，記錄轉(zhuǎn)子原始不平衡引起左（A）、（B）軸承座振動位移基頻成份的幅值和相位角、。鼠標(biāo)左擊“暫?！卑粹o，自動調(diào)出已裝在機(jī)內(nèi)的動平衡計算程序，此時要輸入測出的初始不平衡量。4．轉(zhuǎn)速回零。在I平面（1號圓盤）上任選方位加一試重（要擰緊），記錄的值（用天平測量，可取其在6～10克之間）及固定的相位角（從黑帶參考標(biāo)記前緣算起，順轉(zhuǎn)向為正）。注意：在加“試重”時，不要觸碰軸承座上的探頭，啟動轉(zhuǎn)子之前先用手慢慢轉(zhuǎn)動圓盤，確認(rèn)轉(zhuǎn)子與探頭沒有碰觸現(xiàn)象，間隙在1mm左右，否則報告教師重新調(diào)整探頭位置，蓋上有機(jī)玻璃擋板。5．啟動轉(zhuǎn)子，重新調(diào)到平衡轉(zhuǎn)速，測出I平面加重后，兩個軸承座振動位移的幅值和相位角（和）。同樣將值輸入到動平衡計算程序中。6．轉(zhuǎn)速回零。拆除，在II平面（4號圓盤）上任選方位加一試重。測量記錄的值及其固定方位角。7．轉(zhuǎn)速重新調(diào)到。測出II平面加“試重”后，兩個軸承座振動位移的幅值和相位角（和）。8．轉(zhuǎn)速回零。取走，調(diào)出已裝在機(jī)內(nèi)的動平衡計算程序，根據(jù)程序運行過程的提示，輸