理论力学实验(四)

1、力学基础教学实验中心力学基础教学实验中心理论力学振动实验（四）理论力学振动实验（四）祖正华祖正华 20152015 常用的机常用的机械中包含着大量作旋转运动的零部械中包含着大量作旋转运动的零部件件称为称为回回转体转体。在理想的在理想的情况下情况下回转体旋转与不旋转，对轴回转体旋转与不旋转，对轴承所产承所产生的压生的压力不变，力不变，这样的回转体是平这样的回转体是平衡回转体衡回转体。 通常机通常机械中的各种回转体，由于材质不均匀、毛坯缺陷、联轴器不平衡、械中的各种回转体，由于材质不均匀、毛坯缺陷、联轴器不平衡、键槽不对称、加工及装配中产生的误差、回转体键槽不对称、加工及装配中产生的误差、回转体在

2、在旋转旋转过过程中产生的腐蚀、程中产生的腐蚀、磨损及热变形，甚至设计时就具有非对称的几何形状等多种因素，使得回转磨损及热变形，甚至设计时就具有非对称的几何形状等多种因素，使得回转体在旋转时，其上每个微小质体在旋转时，其上每个微小质点所产点所产生的离心惯性力不能相互抵消生的离心惯性力不能相互抵消，这种不，这种不平衡的离平衡的离心惯性心惯性力作用在轴承上，将引力作用在轴承上，将引起振动，产生了噪音，加速轴承磨损起振动，产生了噪音，加速轴承磨损，以致严重影响产品的性能和寿命，以致严重影响产品的性能和寿命，严严重重时会造时会造成破坏性事故成破坏性事故。 这这些因些因素所造素所造成的不平衡量一般都是成的

3、不平衡量一般都是随机的，无法进行计算随机的，无法进行计算，需要通需要通过过静静平平衡和动衡和动平平衡来衡来测测定并校定并校正，正，使其降使其降低到允许的范围内低到允许的范围内。 应应用最广用最广的动平的动平衡方衡方法有：工法有：工艺平衡艺平衡法、现法、现场动平衡法、振型平衡场动平衡法、振型平衡法、法、相对相位法、三点平衡法、划线法和相对相位法、三点平衡法、划线法和两平两平面影响系数法等面影响系数法等。一、概一、概 述：述：图一、电机输出轴动平衡图一、电机输出轴动平衡图二、汽轮机转子动平衡图二、汽轮机转子动平衡图三、转子动平衡实图三、转子动平衡实圆盘转动时由于质量偏心而圆盘转动时由于质量偏心而引

4、起不平衡的惯性力对轴承引起不平衡的惯性力对轴承产生交变的产生交变的附加动压力附加动压力，使，使支承座系统产生剧烈振动。支承座系统产生剧烈振动。离心惯性力的危害性：离心惯性力的危害性：2 2、增、增加构件的内应加构件的内应力力内应力内应力强度强度3 3、使、使机械及基础产生振机械及基础产生振动动工作精度工作精度噪音噪音产生共振产生共振1 1、在、在运动副中引起附加动压运动副中引起附加动压力力摩擦力摩擦力磨损磨损 ， 可靠性可靠性疲劳强度疲劳强度1、气轮发电机组；风机2、机床主轴；传动轴3、汽车轮胎；砂轮引起重大事故引起重大事故二、动不平衡造成的危害二、动不平衡造成的危害1 1、对于、对于b/D

5、b/D 0.20.2的转子的转子可近似认为质量分布在同一回可近似认为质量分布在同一回转平面内转平面内-称为称为静不平衡转子静不平衡转子。2 2、对于、对于b/D b/D 0.20.2的转子的转子质量就不能分布在同一回转平质量就不能分布在同一回转平面内而往往是分布在若干个不同的回转平面内面内而往往是分布在若干个不同的回转平面内-称为称为动不平衡转子动不平衡转子。1 1、转子、转子：绕固定轴旋转的构件称为转子：绕固定轴旋转的构件称为转子1 1、刚刚性性转子转子：enn临界转速工作转速)75. 06 . 0(（构件旋转时不发生明显的变形）2 2、挠挠性性转子转子：enn临界转速工作转速)75. 06

6、 . 0(（构件旋转时发生明显的变形）1m2m3m2 2、刚性转子平衡、刚性转子平衡静平衡：重力试验使静平衡：重力试验使惯性力的合力为零惯性力的合力为零动平衡：旋转试验使动平衡：旋转试验使惯性力的矢量和为零惯性力的矢量和为零 0iM 0iF 0iF3 3、动平衡的目的：、动平衡的目的：是消除转子对轴承座的附加动压力是消除转子对轴承座的附加动压力。三、定义：三、定义：bD四四、实验原理：、实验原理：两平面影响系数法两平面影响系数法1 1、在转子上任意选定两个截面、在转子上任意选定两个截面I I、IIII称为称为校正面校正面；2 2、在离轴心一定距离上选定、在离轴心一定距离上选定 为半径称为为半径

7、称为校正半径校正半径；3 3、在与转子某一参考标记成、在与转子某一参考标记成 夹角处，分别附加一块质量为夹角处，分别附加一块质量为 的重块称为的重块称为校正质量校正质量。如能使两质量如能使两质量 所产生的离心惯性力的所产生的离心惯性力的合力合力和和合力偶矩合力偶矩正好与原不平正好与原不平衡转子的离心惯性力系相平衡，那么就实现了刚性转子的动平衡而衡转子的离心惯性力系相平衡，那么就实现了刚性转子的动平衡而该实验方该实验方法称为两平面影响系数法。法称为两平面影响系数法。21mm和21和21rr和21mm和截面截面截面截面1m2m1r2r轴承座轴承座A A轴承座轴承座B B00截面截面截面截面1F2F

8、L3l2l1l1m3m2m1r2r3r1F3F2F1F1F1F2F2F2F3F3F3Fbmbm两平面系数影响法两平面系数影响法图解图解轴承轴承凸轮凸轮四、实验测试装置框图四、实验测试装置框图A A轴承座；轴承座；B B轴承座；轴承座；和和为校正平面为校正平面自偶调压器自偶调压器电子天平电子天平计算机计算机A转子系统转子系统B相位计相位计电涡流位移计电涡流位移计数据采集器数据采集器放大器放大器转速计转速计电电动动机机校正平面校正平面五、实验目的：五、实验目的：1 1、掌握刚、掌握刚性转子动平衡性转子动平衡的基本原的基本原理理与步骤；与步骤；2 2、了解动静法的工程应用。、了解动静法的工程应用。1

9、 1、在每分钟、在每分钟12001200转下，检测原始不平衡系统引起的转下，检测原始不平衡系统引起的轴颈轴颈A A、B B在某方位的振在某方位的振 动量的动量的幅值幅值以及振动信号对于转子上以及振动信号对于转子上参考标记参考标记有关的参考脉冲的有关的参考脉冲的相位角相位角。 两平面影响系数法的步骤如下：两平面影响系数法的步骤如下：2 2、根据转子的结构，选定两个、根据转子的结构，选定两个校正面校正面、并确定并确定校正半径校正半径 。先。先 在在平面平面的的 角角上加一试重上加一试重 其中其中 为试重相对参考标记的方位角为试重相对参考标记的方位角 以顺转向为正。在相同转速下测量轴颈以顺转向为正。

10、在相同转速下测量轴颈A A、B B的振动量。的振动量。21rr、1m113 3、取走、取走 ，在，在平面平面的的 角角上加试重上加试重 ； 为试重方位角。同样测为试重方位角。同样测 得轴颈得轴颈A A、B B的振动量。的振动量。2m21m24 4、在计算机上算出、在计算机上算出效正质量效正质量 及试重及试重方位角方位角 ；21PP和21和5 5、根据计算结果，、根据计算结果，在在面面上的上的 角度上安装校正质量角度上安装校正质量 ，在，在面面上的上的 角度上安装校正质量角度上安装校正质量 ，重新起动转子，如振动幅值已减小到满意程重新起动转子，如振动幅值已减小到满意程 度，则平衡结束，否则可重复

11、上面步骤，再进行一次修正平衡。度，则平衡结束，否则可重复上面步骤，再进行一次修正平衡。 11P22P六、六、实验步骤实验步骤120089.3537.262.2351.2351 1 、在、在12001200转下转下, ,测量轴颈测量轴颈A A、B B的原始振动量的原始振动量七七、实验操实验操作步骤：作步骤：2 2 、在、在平面平面上加一试重并以相同转速测量轴颈上加一试重并以相同转速测量轴颈A A、B B的振动量的振动量120078.0049.551.2353 3 、在、在平面平面上加一试重并以相同转速测量轴颈上加一试重并以相同转速测量轴颈A A、B B的振动量的振动量120043.0029.50

12、1.016912691484 4 、计计算：算：5 5 、在、在平面平面和和平面平面上分别加试重上分别加试重P P1 1和和P P2 2，在相同转速下轴颈，在相同转速下轴颈A A、B B的振动量的振动量八、八、实验数据表格实验数据表格第二步：在第二步：在平面平面试加质量并测试残余不平衡量：试加质量并测试残余不平衡量：平面平面校正质量（校正质量（ ）= =克；克； 相位（度）相位（度）= =（ ）；）；平面平面校正质量（校正质量（ ）= =克；克； 相位（度）相位（度）= =（ ）；）；第四步：计算校正质量和角度：第四步：计算校正质量和角度：第三步：在第三步：在平面平面试加质量并测试残余不平衡量

13、：试加质量并测试残余不平衡量： A A通道：通道： 振幅振幅= =（ ）mm； 相位（度）相位（度）= =（ ）；）； B B通道：通道： 振幅振幅= =（ ）mm； 相位（度）相位（度）= =（ ）；）；第一步：测试原始不平衡量第一步：测试原始不平衡量 试加质量试加质量 = =（ ）克；）克； 相位（度）相位（度）= =（ ）+180+180度度 1mA A通道：通道： 振幅振幅= =（ ）mm； 相位（度）相位（度）= =（ ）；）； B B通道：通道： 振幅振幅= =（ ）mm； 相位（度）相位（度）= =（ ）；）；2m试加质量试加质量 = =（ ）克；）克； 相位（度）相位（度）= =（ ）+180+180度度A A通道：通道： 振幅振幅= =（ ）mm； 相位（度）相位（度）= =（ ）；）； B B通道：通道： 振幅振幅= =（ ）mm； 相位（度）相位（度）= =（ ）；）；0100100011=100%=100%AAAABBBBABABhhAhhhBhhhABhhAB计算 支承座的平衡率：计算 支承座的平衡率：和分别表示 和 支承座的原始振幅和分别表示 和 支承座平衡后的振幅九、九、A A和和B B支承座的平衡率计算：支承座的平衡率计算：如果平衡率如果平衡率A和和B达到预期的要求实验完成，否则重做。达到预期的要求实验完成，否则重做。 十、实验报告要求：十、实验