新 動平衡實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)五機(jī)械轉(zhuǎn)子動平衡一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握機(jī)械轉(zhuǎn)子動平衡的基本原理。2.熟悉機(jī)械轉(zhuǎn)子動平衡的操作方法。3.了解機(jī)械轉(zhuǎn)子振動信號的數(shù)據(jù)采集與分析處理。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)設(shè)備為DPH－I型智能動平衡機(jī)（見圖１），由機(jī)械系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、機(jī)械與計(jì)算機(jī)接口三個部分組成。圖１1.機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)（見圖２），主要由被試轉(zhuǎn)子、硬支承擺架、傳動帶、電動機(jī)、減振底座等組成。1.光電傳感器2.被試轉(zhuǎn)子3.硬支承擺架組件4.壓力傳感器5.減振底座6.傳動帶7.電動機(jī)8.零位標(biāo)志圖２2.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)配置計(jì)算機(jī)軟硬件與動平衡實(shí)驗(yàn)應(yīng)用程序組成。動平衡實(shí)驗(yàn)應(yīng)用程序由振動信號采集、選頻濾波、動平衡分析計(jì)算等子程序組成。其主界面見圖3。圖3３．機(jī)械與計(jì)算機(jī)接口機(jī)械與計(jì)算機(jī)接口，由光電傳感器、壓力傳感器，與數(shù)據(jù)采集卡組成。光電傳感器安裝在轉(zhuǎn)子上方，用于測量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。2只壓力傳感器分別安裝在左右支承擺架，用于測量轉(zhuǎn)子振動信號。數(shù)據(jù)采集卡嵌入在平衡機(jī)底座里面，通過信號數(shù)據(jù)線，從光電傳感器、壓力傳感器接收信號，向計(jì)算機(jī)輸出數(shù)據(jù)。三、實(shí)驗(yàn)原理在機(jī)械設(shè)備中，做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的零部件都可以稱為機(jī)械轉(zhuǎn)子。機(jī)械轉(zhuǎn)子由于幾何形狀的不對稱，材料的內(nèi)部缺陷，不均勻的磨損與積塵，受力、受熱變形等原因，都可能造成轉(zhuǎn)子的中心慣性主軸與旋轉(zhuǎn)軸線不重合，也即轉(zhuǎn)子的不平衡。不平衡轉(zhuǎn)子由于偏重的存在，做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，將產(chǎn)生慣性力與慣性力偶，作用在支承上為交變載荷，使機(jī)械發(fā)生強(qiáng)迫振動。機(jī)械振動會導(dǎo)致機(jī)器運(yùn)動不平穩(wěn)，機(jī)械零件疲勞破壞，嚴(yán)重時會造成人員設(shè)備事故。機(jī)械轉(zhuǎn)子平衡，就是要重新調(diào)整不平衡轉(zhuǎn)子的質(zhì)量發(fā)布，使轉(zhuǎn)子的中心慣性主軸與旋轉(zhuǎn)軸線相重合。機(jī)械轉(zhuǎn)子的平衡方法，根據(jù)轉(zhuǎn)子的幾何形狀，可以分為靜平衡和動平衡二種方法。對于軸向?qū)挾龋廨^小，直徑ｄ較大的盤狀轉(zhuǎn)子（ｂ∕d＜0.2），只需要進(jìn)行靜平衡就可以了。對于軸向?qū)挾龋廨^大，直徑ｄ較小的柱狀轉(zhuǎn)子（b∕d＞0.2），必須進(jìn)行動平衡。1.動平衡力學(xué)原理對于柱狀轉(zhuǎn)子（ｂ∕d＞0.2）做動平衡，必須使轉(zhuǎn)子的慣性力和慣性力偶都能得到平衡，即∑Pi=0，∑Mi=0。設(shè)一轉(zhuǎn)子有偏重Q1及Q2分別位于平面1和平面2內(nèi)，r1及r2為偏重的回轉(zhuǎn)半徑(見圖4)。當(dāng)轉(zhuǎn)子以等角速度回轉(zhuǎn)時，Q1及Q2將產(chǎn)生慣性力P1及P2，形成一空間力系。由理論力學(xué)可知，一個力可以分解為與它平行的兩個分力。因此可以根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)，選定兩個平衡基面I和II，作為安裝配重的平面。將慣性力P1及P2分別分解到平衡基面I和II內(nèi)，即將力P1及P2分解為P1I及P2I（在平面I內(nèi)）及P1II及P2II（在平面II內(nèi)）。這樣就把空間力系平衡問題轉(zhuǎn)化為兩個平面匯交力系的平衡問題了。顯然，只要在平面I和II內(nèi)各加入一個合適的配重QI和QII，使兩平面內(nèi)的慣性力之和均等于零，構(gòu)件也就平衡了。圖42.平衡機(jī)工作原理當(dāng)支承在擺架上的不平衡轉(zhuǎn)子,被電機(jī)通過皮帶拖動旋轉(zhuǎn)后,轉(zhuǎn)子的偏重會產(chǎn)生慣性力,迫使支架做強(qiáng)迫振動。安裝在左右支架上的兩個壓力傳感器，感受支承擺架的振動，產(chǎn)生兩路包含有不平衡信息的壓電信號，通過信號連接線，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡。同時，安裝在轉(zhuǎn)子上方的光電傳感器，接收轉(zhuǎn)子上預(yù)貼光標(biāo)的反射光，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)同頻同相的脈沖信號，也傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡。（見圖５）。計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)光電脈沖信號左支承電壓右支承電壓數(shù)據(jù)采集卡圖5安裝在計(jì)算機(jī)里面的動平衡實(shí)驗(yàn)應(yīng)用程序，調(diào)用進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡的三路信號，進(jìn)行前置處理，跟蹤濾波，幅度調(diào)整，相關(guān)處理，F(xiàn)FT變換，校正平面分離解算，最終算出左右兩面的不平衡質(zhì)量（g）、不平衡角度（°），顯示在動平衡實(shí)驗(yàn)應(yīng)用程序的主界面上。３.應(yīng)用程序界面介紹動平衡應(yīng)用程序主界面（見圖３），主要由參數(shù)輸入?yún)^(qū)域、數(shù)據(jù)顯示區(qū)域、操作命令按鈕等組成。（１）．測試結(jié)果顯示區(qū)。顯示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，左右不平衡質(zhì)量、不平衡角度。（２）．轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)顯示區(qū)。顯示設(shè)置→模式設(shè)置（見圖６）菜單下，選擇的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖。（３）．轉(zhuǎn)子參數(shù)輸入?yún)^(qū)。用于輸入轉(zhuǎn)子軸向尺寸與轉(zhuǎn)子半徑。（４）．振動原始數(shù)據(jù)顯示區(qū)。顯示當(dāng)前采集到的原始振動信號曲線。（５）．?dāng)?shù)據(jù)分析曲線按鈕。點(diǎn)擊按鈕可以對原始振動信號進(jìn)行深入分析（見圖７）。（６）．轉(zhuǎn)子平衡程度顯示圖標(biāo)?；疑珵闆]有達(dá)到平衡，蘭色為已經(jīng)達(dá)到平衡。（７）．左右不平衡角度指示表盤。指針指示的角度為轉(zhuǎn)子偏重的角度。（８）．自動采集按鈕。（９）．單次采集按鈕。（10）．復(fù)位按鈕。圖６圖７圖8四、實(shí)驗(yàn)步驟1．進(jìn)入動平衡實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。打開計(jì)算機(jī)，雙擊動平衡實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖標(biāo)，進(jìn)入動平衡實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主界面（圖３）。２．選擇轉(zhuǎn)子支承模式。點(diǎn)擊主界面上的設(shè)置→模式設(shè)置，在出現(xiàn)的圖６中，選擇一種合適的轉(zhuǎn)子支承模式。本實(shí)驗(yàn)可以點(diǎn)擊模型Ａ，確定選擇的兩端支承模式。３．確定轉(zhuǎn)子幾何參數(shù)。用測量工具量出轉(zhuǎn)子的各軸向尺寸、轉(zhuǎn)子半徑，輸入并且保存在轉(zhuǎn)子參數(shù)輸入?yún)^(qū)。４．標(biāo)定測試系統(tǒng)。選擇兩塊任意質(zhì)量的磁鐵（如1.2ｇ），分別安放在標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子左右兩側(cè)的任意角度（如０°）上，作為標(biāo)定測試系統(tǒng)的不平衡量。點(diǎn)擊主界面上的設(shè)置→系統(tǒng)標(biāo)定，在圖８的標(biāo)定數(shù)據(jù)窗口，輸入兩個不平衡矢量的四個數(shù)據(jù)。打開實(shí)驗(yàn)臺電源，打開電機(jī)開關(guān)。待機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后（５分鐘以上），點(diǎn)擊開始標(biāo)定采集按鈕（見圖8），測量數(shù)次（如10次）后，點(diǎn)擊保存標(biāo)定結(jié)果按鈕。然后點(diǎn)擊退出標(biāo)定按鈕，退出標(biāo)定系統(tǒng)，回到主界面。５．構(gòu)造不平衡轉(zhuǎn)子。關(guān)閉電機(jī)開關(guān)，停止機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)。選擇若干塊任意質(zhì)量的磁鐵，任意安放在標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子上，構(gòu)造出實(shí)驗(yàn)用不平衡轉(zhuǎn)子。也可以把做標(biāo)定用的轉(zhuǎn)子，直接作為實(shí)驗(yàn)用不平衡轉(zhuǎn)子。6．預(yù)設(shè)允許不平衡質(zhì)量。點(diǎn)擊主界面右下方的平衡質(zhì)量輸入框，輸入預(yù)設(shè)的允許不平衡質(zhì)量（建議0.3g）。允許不平衡質(zhì)量是由轉(zhuǎn)子的使用條件，平衡精度，偏心距等估算出來的（此時可以不做深究）。7．動平衡測試。打開電機(jī)開關(guān)。待機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后（５分鐘以上），點(diǎn)擊自動采集按鈕，觀察進(jìn)入測試結(jié)果顯示區(qū)的不平衡數(shù)據(jù)。待左右不平衡質(zhì)量、不平衡角度，測試３~５次，穩(wěn)定后，點(diǎn)擊停止測試按鈕。此時測試結(jié)果顯示區(qū)的，左右不平衡質(zhì)量為偏重質(zhì)量﹔左右不平衡角度為偏重角度。8．動平衡校正。關(guān)閉電機(jī)開關(guān)，停止機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)。選擇兩塊略小于左右不平衡質(zhì)量的磁鐵，作為轉(zhuǎn)子左右兩個平衡基面的配重。在左右不平衡角度（偏重角度）的對面，分別把兩塊配重磁鐵，添加到兩個平衡基面上。9．檢查動平衡校正結(jié)果。打開電機(jī)開關(guān)。待機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，點(diǎn)擊自動采集按鈕，繼續(xù)觀察測試結(jié)果顯示區(qū)的不平衡數(shù)據(jù)。如果左右兩面的不平衡質(zhì)量，都小于預(yù)設(shè)的允許不平衡質(zhì)量（如0.3g），就可以認(rèn)為轉(zhuǎn)子平衡好了。如果左右兩面都沒有小于預(yù)設(shè)的允許不平衡質(zhì)量，就繼續(xù)對兩面進(jìn)行動平衡校正。如果是一面沒有小于允許的不平衡質(zhì)量，就對該面繼續(xù)校正。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析1．轉(zhuǎn)子偏心距估算根據(jù)質(zhì)徑積不變公式：M.e=m.r有e=m.r／M式中：M為轉(zhuǎn)子質(zhì)量，e為轉(zhuǎn)子偏心距，m為估算的偏心質(zhì)量，r為偏心質(zhì)量半徑其中：M可由稱重或計(jì)算得出，m=m左＋m右；m左、m右為左、右兩面剩余不平衡質(zhì)量2．平衡精度估算根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)組織制定的轉(zhuǎn)子平衡等級，轉(zhuǎn)子平衡精度A,可由下式計(jì)算A=e.ω式中：ω為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角速度（rad／s）機(jī)械轉(zhuǎn)子動平衡實(shí)驗(yàn)報(bào)告班級姓名成績?nèi)掌谕M者指導(dǎo)教師一、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄不平衡量測試次數(shù)左面右面質(zhì)量（g）角度（°）質(zhì)量（g）角度（°）12345二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析1．轉(zhuǎn)子偏心距估算原始數(shù)據(jù)：轉(zhuǎn)子質(zhì)量M=，偏心質(zhì)量半徑r=偏