刚性转子动平衡实验

一. 实验目的

1.  理解掌握刚性转子的动平衡原理；

2.       掌握刚性转子动平衡实验机的测试及数据处理方法；

二. 实验设备与组成

    DPH－I型智能动平衡机由机械转子部分与测试系统组成。测试系统包括了计算机、数据采集器、高灵敏度有源压力传感器和光电相位传感器等。图1是实验台结构组成。

1、光电传感器       2、被试转子      3、硬支承摆架组件

4、压力传感器       5、减振底座      6、传动带    

7、电动机           8、零位标志

图1   实验台结构组成图

三、实验的基本原理

    转子动平衡检测是一般用于轴向宽度B与直径D的比值大于0.2的转子（小于0.2的转子适用于静平衡）。转子动平衡检测时，必须同时考虑其惯性力和惯性力偶的平衡，即Pi=0，Mi=0。如图2-9-1所示，设一回转构件的偏心重Q1及Q2分别位于平面1和平面2内，r1及r2为其回转半径。当回转体以等角速度回转时，它们将产生离心惯性力P1及P2，形成一空间力系。

图2

由理论力学可知，一个力可以分解为与它平行的两个分力。因此可以根据该回转体的结构，选定两个平衡基面I和II作为安装配重的平面。将上述离心惯性力分别分解到平面I和II内，即将力P1及P2分解为P1I及P2I（在平面I内）及P1II及P2II（在平面II内）。这样就可以把空间力系的平衡问题转化为两个平面汇交力系的平衡问题了。显然，只要在平面I和II内各加入一个合适的配重QI和QII，使两平面内的惯性力之和均等于零，构件也就平衡了。

当被测转子在部件上被拖动旋转后，由于转子的中心惯性主轴与其旋转轴线存在偏移而产生不平衡离心力，迫使支承做强迫震动，安装在左右两个硬支撑机架上的两个有源压电力传感器感受此力而发生机电换能，产生两路包含有不平衡信息的电信号输出到数据采集装置的两个信号输入端；与此同时，安装在转子上方的光电相位传感器产生与转子旋转同频同相的参考信号，通过数据采集器输入到计算机。根据计算的结果在相应的位置施加一定质量的配重块，进而使转子达到平衡条件。实验中使用的转子，自身不平衡量很小，为了得到不平衡状态需要配置一定量的模拟偏重，在偏重存在的情况下，进行平衡的操作。

四、操作指导

动平衡实验台采集的数据通过USB端口传输给计算机，利用处理软件实时显示和处理，根据计算机输出地结果进行相应的操作。点击启动图标即可进入系统主界面，界面功能分布介绍如图3，图4，图5。

图3：主界面功能分布

1、  测试结果显示区域，包括左右不平衡量显示、转子转速显示、不平衡方位显示。

2、  转子结构显示区，用户可以通过双击当前显示的转子结构图，直接进入转子结构选择图，选择需要的转子结构。

3、 转子参数输入区域，在进行计算偏心位置和偏心量时，需要用户输入当前转子的各种尺寸，如图上所示的尺寸，在图上没有标出的尺寸是转子半径，输入数值均是以毫米（mm）为单位的。

4、 原始数据显示区，该区域是用来显示当前采集的数据或者调入的数据的原始曲线，在该曲线上用户可以看出机械振动的大概情况，根据转子偏心的大小，在原始曲线上用户可以看出一些周期性的振动情况。

5、数据分析曲线显示按钮：通过该按钮可以进入详细曲线显示窗口，可以通过详细曲线显示窗口看到整个分析过程。

6、指示出检测后的转子的状态，灰色为没有达到平衡，蓝色为已经达到平衡状态。平衡状态的标准通过“允许不平衡质量”栏由用户设定。

7、左右两面不平衡量角度指示图，指针指示的方位为偏重的位置角度。

8、自动采集按钮，为连续动态采集方式，直到停止按钮按下为止。

9、单次采集按钮。

10、复位按钮，清除数据及曲线，重新进行测试。

11、工件几何尺寸保存按钮开关，点击该开关可以保存设置数据（重新开机数据不变）。

图4模式设置界面

如上图所示，图上罗列了一般转子的结构图，用户可以通过鼠标来选择相应的转子结构来进行实验。每一种结构对应了一个计算模型，用户选择了转子结构同时也选择了该结构的计算方法。

图5采集器标定窗口

 用户进行标定的前提是有一个已经平衡了的转子，在已经平衡了的转子上的A，B两面加上偏心重量，所加的重量（不平衡量）及偏角（方位角）用户从“标定数据输入窗口”输入，启动装置后，用户通过点击“开始标定采集”来开始标定的第一步，这里需要注意的是所有的这些操作是针对同一结构的转子进行标定的，以后进行转子动平衡时应该是同一结构的转子，如果转子的结构不同则需要重新标定。“测试次数”由用户自己设定，次数越多标定的时间越长，一般5~10次。“测试原始数据”栏只是用户观察数据栏，只要有数据表示正常，反之为不正常。“详细曲线显示”用户可观察标定过程中数据的动态变化过程，来判断标定数据的准确性。

 在数据采集完成后，计算机采集并计算的结果位于第二行的显示区域，用户可以将手工添加的实际不平衡量和实际的不平衡位置填入第三行的输入框中，输入完成并按“保存标定结果”按钮，“退出标定”完成该次标定。

按“数据分析曲线”键，得如下窗口，可详细了解数据分析过程。

图6数据分析窗口

 ※滤波器窗口：显示加窗滤波后的曲线，横坐标为离散点，纵坐标为幅值。

 ※频谱分析图：显示FFT变换左右支撑振动信号的幅值谱，横坐标为频率，纵坐标为幅值。

 ※实际偏心量分布图：自动检测时，动态显示每次测试的偏心量的变化情况。横坐标为测量点数，纵坐标为幅值。

 ※实际相位分布图：自动检测时，动态显示每次测试的偏相位角的变化情况。横坐标为测量点数，纵坐标为偏心角度。

※最下端指示栏指示出每次测量时转速、偏心量、偏心角的

五、操作步骤

1. 平衡件模式选择

 点击“动平衡实验系统”, 出现“动平衡实验系统”的虚拟仪器操作前面板，点击左上“设置”菜单功能键的“模式设置”功能，屏幕上出现模型ABCDEF六种模型。根据动平衡元件的形状，选择其模型格式。选中的模型右上角的指示灯变红,点击“确定”,回到虚拟仪器操作前面扳。在前面扳右上角就会显示所选定的模型形态。量出你所要平衡器件的具体尺寸，并根据图示平衡件的具体尺寸，将数字输入相应的A、B、C、框内。点击“保存当前配置”键，仪器就能记录、保存这批数据，作为平衡件相应平衡公式的基本数据。只要不重新输入新的数据，此格式及相关数据不管计算机是否关机或运行其它程序，始终保持不变。

2. 系统标定    

 1） 点击“设置”框的“系统标定”功能键，屏幕上出现仪器标定窗口。将两块2克重的磁铁分别放置在标准转子左右两侧的零度位置上，在标定数据输入窗口框内，将相应的数值分别输入“左不平衡量”、“左方位”；“右不平衡量”及“右方位”的数据框内（按以上操作，左、右不平衡量均为2 克，左、右方位均是零度），启动动平衡试验机，待转子转速平稳运转后，点击“开始标定采集”，下方的红色进度条会作相应变化，上方显示框显示当前转速，及正在标定的次数，标定值是多次测试的平均值。

    2）平均次数可以在“测量次数”框内人工输入，一般默认的次数为10次。标定结束后应按“保存标定结果”键，完成标定过程后，按“退出标定”键，即可进入转子的动平衡实际检测。标定测试时，在仪器标定窗口“测试原始数据”框内显示的四组数据，是左右两个支撑输出的原始数据。如在转子左右两侧，同一角度，加入同样重量的不平衡块，而显示的两组数据相差甚远，应适当调整两面支撑传感器的顶紧螺丝，可减少测试的误差。

3. 动平衡测试

 1）手动(单次)

 手动测试为单次检测，检测一次系统自动停止，并显示测试结果。

2）自动（循环）

 自动测试为多次循环测试，操作者可以看到系统动态变化。按“数据分析曲线”键，可以看到测试曲线变化情况。需要注意的是：要进行加重平衡时，在停止转子运转前，必须先按“停止测试”键，使软件系统停止运行，否则会出现异常。

4. 实验曲线分析

在数据采集过程中，或在停止测试时，都可在前面板区按“数据分析曲线”键，计算机屏幕会切换到“采集数据分析窗口”，该窗口有四个图形显示区和5个数字显示窗口，它们分别是“滤波后曲线”、“频谱分析图”、“实际偏心量分布图”和“实际相位分布图”四个图形显示区和转速，左右偏心量及偏心角五个数字显示窗口，该分析窗口的功能主要是将实验数据的整个处理过程，详细的展示在学生面前，使学生进一步认识到如何从一个混杂着许多干扰信号的原始信号中，通过数字滤波、FFT信号频谱分析等数学手段提取有用的信息，该窗口不仅显示了处理的结果，还交代了信号处理的演变过程，这对培养学生解决问题、分析问题的能力是很有意义的。在自动测试情况下（即多次循环测试），从“实际偏心量分布图”和“实际相位分布图”可以看到每次测试过程当中的偏心量和相位角的动态变化，曲线变化波动较大说明系统不稳定要进行调整，调整的方法详见设备说明书中的“常见问题”。

5. 平衡过程

 本实验装置在做动平衡实验时，为了方便起见一般是用永久磁铁配重，作加重平衡实验，根据左、右不平衡量显示值（显示值为去重值），加重时根据左、右相位角显示位置，在对应其相位180度的位置，添置相应数量的永久磁铁，使不平衡的转子达到动态平衡的目的。在自动检测状态时，先在主面板按“停止测试”键，待自动检测进度条停止后，关停动平衡实验台转子，根据实验转子所标刻度，按左、右不平衡量显示值，添加平衡块，其质量可等于或略小于面板显示的不平衡量，然后，启动实验装置，待转速稳定后，再按“自动测试”，进行第二次动平衡检测，如此反复多次，系统提供的转子一般可以将左、右不平衡量控制中0.1克以内。在主界面中的“允许偏心量”栏中输入实验要求偏心量（一般要求大于0.05克）。当“转子平衡状态”指示灯由灰色变蓝色时，说明转子已经达到了所要求的平衡状态。

 由于动平衡数学模型计算理论的抽象理想化和实际动平衡器件及其所加平衡块的参数多样化的区别，因此动平衡实验的过程是个逐步逼近的过程。

刚性转子动平衡实验报告

              系           班    姓名            学号             

一.   实验目的

二.   简述实验原理

三. 实验步骤

三. 实验数据及计算结果

五. 思考题

1．转子产生不平衡的原因有哪些？动平衡实验的目的是什么？

2.动平衡与静平衡的主要区别是什么？哪些类型转子的要做动平衡试验？

       

实验成绩：___________                                                   指导教师：___________

                                 日    期：___________

 

第二篇：刚性转子的动平衡试验

   刚性转子的动平衡试验

一、实验目的

1）巩固刚性转子静、动平衡的理论知识；

2）熟悉动平衡机工作原理及转子动平衡的基本方法；

3）了解动平衡机的结构及使用方法。

二、实验原理（YYW-1600硬支承平衡试验台的工作原理）

1）动平衡机的结构

2）转子动平衡的力学条件

由于转子材料的不均匀、制造的误差、结构的不对称等诸因素保存转子存在不平衡质量。因此当转子旋转后就会产生离心惯性力组成一个空间力系，使转子动不平衡。要使转子达到动平衡，则必须满足空间力系的平衡条件

           

 

{         或 {

这就是转子动平衡的力学条件。

3）动平衡机的工作原理

当试件上有不平衡质量存在时（图2），试件转动后则产生离心惯性力,要分解成垂直分力和水平分力，由于平衡机和摆架在垂直方向抗弯刚度很大，所以垂直分力对摆架的振动影响很小可忽略不计。而在水平方向的抗弯刚度小，因此水平分力产生的力矩的作用下，使摆架产生周期性的左右振动（摆架振幅大小）的惯性力矩为

                  

要使摆架不振动必须要平衡力矩。在试件上选择圆盘作为平衡平面，加平衡质量。则绕x轴的惯性力矩；要使这些力矩得到平衡可根据公式（3）来解决。

                                

                         （4）

（4）式消去得

                              （5）

要使（5）式为零必须满足

                  {         （6）

满足上式（6）的条件摆架就不振动了。式中m（质量）和r（矢径）之积称为质径积，mrL称为质径矩,称为相位角。

三、实验内容与要求

1）了解平衡机的构造原理；

2）对动不平衡转子进行平衡；

3）使不平衡量在许用的范围之内。

四、实验设备和工具

1）YYW-1600型硬支承平衡机；2）转子试件；3）平衡块；4）天平

5）BE-869H计算机辅助动平衡通用电测系统

五、实验方法和步骤

1）将两平衡平面处于原始位置，除去不平衡配重块，则系统处于静平衡但动不平衡状态，并在两支承处加润滑油。

2）按D参数键，选定转子号，回车；

3）进入D1页，输入平衡转速690转，平衡配重的半径175mm（也可直接测量），回车；

4）进入D2页，输入A,B,C参数，可测量，A为第一平衡面距第一支承中心的距离，B为两平衡面间距离，C为第二平衡面和第二支承点的距离；输入支承方式HE-1,按存储键；

5）进入显示，测量页面；

6）启动电机，启动高速运转；

7）待系统稳定后，按下测量键，则屏幕上会显示平衡配重的质量和相位；

8）按停止按钮，依据显示数值，在两平衡平面上安装平衡配重，并记录相关数值；

9）启动系统，重复步骤7），直到平衡配重显示小于10克为止，记录每一步数据；

10）关闭电源，拆除平衡配重，结束实验。

注意事项：

    系统高速运转，注意安全，平衡配重必须拧紧，机器运转时，保持一定的距离。

六、思考题

1）刚性回转构件的不平衡有什么危害？

2）动平衡实验法适用于哪类试件？

3）什么机构转子需作动平衡试验？为什么要在两个平衡平面内加平衡重量？

4）实验中，根据测定结果在左、右平衡面上分别加平衡重后可以观察到什么现象？在什么情况下可以认为已经达到动平衡的目的？

七 实验报告