刚性转子动平衡实验

1、刚性转子动平衡实验一、实验目的1加深对转子动平衡概念的理解；2掌握刚性转子动平衡试验的原理及方法；二、实验设备1CS-DP-10型动平衡试验机（西安交大监造）；2刚性转子试件；3平衡块； 4百分表：0.015mm、磁性表座。5 平衡块三、CS-DP-10型动平衡试验机的结构与工作原理1 动平衡机的结构动平衡机原理简图如图1、图2所示。如图1所示，待平衡试件3安装在框形摆架2的支承滚动上，摆架左端固结在工字形板簧1中，右端悬臂。电机动9通过O型皮带10拖动试件旋转；当试件存在不平衡质量时，通过转子的旋转，则产生离心惯性力使摆架绕工字形板簧上下周期性地振动。通过百分表5观察振幅大小，即测量不平衡量

2、的大小，而不平衡量的相位测量系统由差速器4和补偿盘6组成。差速器4安装在摆架右端，它的左端为转动输入端（n1）通过柔性联轴器与试件联接；右端为输出端（n3）与补偿盘固联。差速器由齿数和模数相同的三个圆锥齿轮和一个蜗轮（转臂H ）组成一个周转轮系。（1）当差速器的转臂蜗轮H 不转动时即，则差速器为定轴轮系，其传动比为 即 （1）这时补偿盘6的转速与试件的转速大小相等转向相反。（2）当和都转动时则差速器为速度合成的差动轮系，由传动比公式 得 （2）蜗轮的转速是通过手柄摇动蜗杆，经蜗杆蜗轮副大速比的减速后蜗轮的转速。当与同向时由（2）式可知，这时仍与反向转动但速度减小。当与反向时由（2）式可知，这时

3、转向仍不就但速度增加。因此可见当手柄不动时补偿盘的转速与试件的转速大小相等转向相反；正向摇动手柄（蜗轮与试件转动方向相同）补偿盘减速；反向摇动手柄则补偿盘加速。这样可改变补偿盘与试件圆盘之间的相对角位移。为作平衡工艺时确定平衡相位提供了结构保证。2转子动平衡的力学条件对于质量分布不在同一回转面内的转子，当转子存在有材料不均匀、制造有误差、结构不对称等诸因素使转子存在 不平衡质量。当转子旋转后就会产生离心惯性力组成一个合力不为零的空间力系，使转子动不平衡。要使转子达到动平衡（完全平衡），则必须使其各质量产生的离心力的合力和合力偶矩都等于零。即 （3）如图2所示，如果像该动平衡机的两个不平衡面1、

4、2均在支点轴的同一侧时，要使转子达到动平衡，则必须使由不平衡质量产生的惯性力偶矩等于零，即 （4）3动平衡机的工作原理当试件上距轴为1的圆盘内有平衡质量m存在时，试件转动后则产生离心惯性力（图2），随着试件转动此力在垂直轴平面上时设为，在水平轴平面上时设为。由于动平衡机的工字形板簧和摆架在水平方向（绕Y轴）的抗弯刚度很大，所以力对摆架的振动影响很小可忽略不计。而垂直方向（绕X轴）的讥弯刚度小，因此在力产生的惯性力偶矩的作用下，使摆架产生周期性的上下振动。摆架振幅大小就取决于这个力偶矩的大小。设试件圆盘1、2上各有一个不平衡质量m1和m2，由于试件圆盘1平面与工字形板簧中性面共面即11=0，则由

5、m1和m2产生的对x轴的惯性力矩为： 要使摆架不振动必须要平衡力矩。在试件上选择圆盘2作为平衡平面，在其半径上加平衡质量则绕 x轴的惯性矩；要使这些力矩得到平衡可根据公式（4）写成：即 （5）（5）工消去得 （6）要使（6）式为零必须满足 （7） 满足（7）式的条件摆架就达到了动平衡。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。满足公式（5）至（7）的平衡情况，如图3（a）所示为平衡质量mp与不平衡质量m2在同一径向截面上，且在试件旋转时mp与m2始终在一个轴平面（平衡平面）内，但矢径方向相反即 。转子不平衡质量分布是有很大的随机性，无法直观判断它的大小和相位。然而可

6、以用实验的方法测得在平衡平面2上应加的平衡质量mp的大小和相位角，在该试验机上就是利用差速器和补偿盘来完成这个测量。如图2示，当试件圆盘2上不平衡质量m2处在垂直轴平面上正下方时，则由此不平衡质量产生的对x轴顺时针质径矩最大。如果用补偿盘平面作平衡平面时，由于补偿盘平面在试件圆盘2右侧，谨小慎微须使加在补偿盘平面内的平衡质量处在垂直轴平面且在正上方时（与m2相差1800）产生一个对x轴兼管时针的质径矩，以平衡圆盘2的不平衡质径矩，即必须使m2与在同一个轴平面（平衡轴平面）内。将质量m2和调整到平衡轴平面内就是靠差速器来实现。选补偿盘作平衡平面，由差速器特性可知，补偿盘的转速与试件的转速大小相等

7、而转向相反。在补偿盘上加一个质量（图2），则产生离心惯性力对x轴的力矩 由公式（4）可知要使试件平衡则 使上式成立必须有 （8）用补偿盘作平衡平面来实现摆架的平衡可如下操作。在补偿盘平面内靠外缘矢径为 处试加一个适当质量，在试件旋转状态下摇动蜗杆手柄使蜗轮转动（正转或反转）。同时补偿盘减速或加速转动，以此来调整补偿盘上加的平衡质量与试件不平衡质量在同一轴平面内如图3b）所示。摇动手柄同时观察百分表的振幅使其达到最小，随取出停止转动手柄。停机后在原位置再加或减一些平衡质量，再开机并左右转动手柄如振幅已很小可认为摆架已达到平衡。此时将手柄位置锁住不动。停机后用手转动试件使补偿盘上的平衡质量转到最高

8、位置 ，这时的垂直轴平面就是mp和m2共面的轴平面，即平衡轴平面。摆架平衡不等于试件平衡，还必须将补偿盘上的平衡质量转换到试件的平衡面上。选试件圆盘2为平衡面，上平衡条件 得 （9）或 若取，则（9）式中是所加的平衡量的质径积， 是平衡面与补偿盘平面至板簧距离这些参数都是已知的，这样就很容易求得在平面2上应加的平衡量的质径积mprp。一般情况下先选择矢径rp再求出mp加到平衡面2上，其相位在最高位置的垂直轴平面内。该动平衡机补偿盘及试件在设计时已取，所以，这样取下（平衡块）可直接加到平衡面2的设定好的矢径环槽相应位置上，至此就完成了试件圆盘2的平衡工作，即完成了，要使试件达到完全平衡，还必须做

9、另一个端面的平衡，即做。另一个不平衡端面的平衡：将试件从平衡机上取下重新安装成以圆盘2与工字形反簧中性面共面，且以圆盘2为驱动轮，再按上述方法求出不平衡面1上的平衡量（质径积mprp或mp）。这时试件的平衡工作全部完成。四、实验方法和步骤1将试件安放到摆架的滚轮上，把试件右端的半联轴器与差速器左端的半联轴器，用尼龙绳松松地联接在一起组成一个柔性联轴器。试件左端圆盘平面与工字形板簧中性面对齐，装上传动皮带。2用手转动试件和蜗杆上的手柄，检查动平衡机各部份转动是否正常，松开摆架最右端的两对锁紧螺母，调节摆架下面支承弹簧使摆架处于水平位置，检查摆架振动是否灵活。在差速器右端支承板上安装百分表，使其有

10、一定接触，并随时注意振幅大小。3开机前在试件上任意设置不平衡质量（在圆盘环槽内旋转平衡块），卸下补偿盘上所有的平衡块。接上电源启动电机，待摆架振动稳定后，调整好百分表位置并记录下振幅大小YO（格），百分表位置此后要锁定不要再变动，停机。4在补偿盘的槽内距轴心最远处加适当平衡质量。开机后转动蜗杆手柄观察百分表振幅变化，手柄摇到振幅最小时手柄停止转动。记录下振幅大小Y1和蜗轮位置角（差速器外壳上有刻度指示），停机。（转动手柄要注意方法：蜗杆安装在机架上，蜗轮安装在摆架上两者之间有很大齿侧间隙。蜗杆转到适当位置可与蜗轮不接触，这样才能使摆架自由振动，同时观察振幅。然后转动手柄蜗杆接触蜗轮使蜗轮转动，

11、这时摆架振动受阻，再反摇手柄使蜗杆脱离与蜗小的位置）。在锁定蜗轮情况下，停机后，按试件转动方向用手转动试件使补偿盘上的平衡块转到最高位置。取下平衡块安装到试件平衡面（圆盘2）中相对应的最高位置槽内。5在补偿盘槽内再加或减一点平衡质量。按上述方法再进行一次测试。测得的振幅Y2蜗轮位置角，若；与相同或略有改变，则表示实验进行正确。若Y2已很小可视为已达到平衡。停机，按步骤4的方法将补偿盘上的平衡块加到试件圆盘2上。解开联轴器后，开机只让试件转动若振幅依然很小则这个平衡平面（圆盘2）的平衡工作结束。若还存在一些振幅，可适当地调节一下平衡块的相位。即在圆周方向左右移动一个平衡块进行微调相位。6将试件两端1800对调，以圆盘2平面对齐工字形板簧中性面且为驱动圆盘，圆盘1为平衡平面。再按上述方法找出圆盘1上应加的平衡质量的大小和相位。这样就完成了试件的全部平衡工作。五