剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)

1、剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?加深對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡概念的理解；2掌握剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)的原理及方法；二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1CS-DP-10型動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)（西安交大監(jiān)造）；2剛性轉(zhuǎn)子試件；3平衡塊； 4百分表：0.015mm、磁性表座。5 平衡塊三、CS-DP-10型動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理1 動(dòng)平衡機(jī)的結(jié)構(gòu)動(dòng)平衡機(jī)原理簡(jiǎn)圖如圖1、圖2所示。如圖1所示，待平衡試件3安裝在框形擺架2的支承滾動(dòng)上，擺架左端固結(jié)在工字形板簧1中，右端懸臂。電機(jī)動(dòng)9通過(guò)O型皮帶10拖動(dòng)試件旋轉(zhuǎn)；當(dāng)試件存在不平衡質(zhì)量時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，則產(chǎn)生離心慣性力使擺架繞工字形板簧上下周期性地振動(dòng)。通過(guò)百分表5觀察振幅大小，即測(cè)量不平衡量

2、的大小，而不平衡量的相位測(cè)量系統(tǒng)由差速器4和補(bǔ)償盤(pán)6組成。差速器4安裝在擺架右端，它的左端為轉(zhuǎn)動(dòng)輸入端（n1）通過(guò)柔性聯(lián)軸器與試件聯(lián)接；右端為輸出端（n3）與補(bǔ)償盤(pán)固聯(lián)。差速器由齒數(shù)和模數(shù)相同的三個(gè)圓錐齒輪和一個(gè)蝸輪（轉(zhuǎn)臂H ）組成一個(gè)周轉(zhuǎn)輪系。（1）當(dāng)差速器的轉(zhuǎn)臂蝸輪H 不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)即，則差速器為定軸輪系，其傳動(dòng)比為 即 （1）這時(shí)補(bǔ)償盤(pán)6的轉(zhuǎn)速與試件的轉(zhuǎn)速大小相等轉(zhuǎn)向相反。（2）當(dāng)和都轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)則差速器為速度合成的差動(dòng)輪系，由傳動(dòng)比公式 得 （2）蝸輪的轉(zhuǎn)速是通過(guò)手柄搖動(dòng)蝸桿，經(jīng)蝸桿蝸輪副大速比的減速后蝸輪的轉(zhuǎn)速。當(dāng)與同向時(shí)由（2）式可知，這時(shí)仍與反向轉(zhuǎn)動(dòng)但速度減小。當(dāng)與反向時(shí)由（2）式可知，這時(shí)

3、轉(zhuǎn)向仍不就但速度增加。因此可見(jiàn)當(dāng)手柄不動(dòng)時(shí)補(bǔ)償盤(pán)的轉(zhuǎn)速與試件的轉(zhuǎn)速大小相等轉(zhuǎn)向相反；正向搖動(dòng)手柄（蝸輪與試件轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同）補(bǔ)償盤(pán)減速；反向搖動(dòng)手柄則補(bǔ)償盤(pán)加速。這樣可改變補(bǔ)償盤(pán)與試件圓盤(pán)之間的相對(duì)角位移。為作平衡工藝時(shí)確定平衡相位提供了結(jié)構(gòu)保證。2轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的力學(xué)條件對(duì)于質(zhì)量分布不在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)的轉(zhuǎn)子，當(dāng)轉(zhuǎn)子存在有材料不均勻、制造有誤差、結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)等諸因素使轉(zhuǎn)子存在 不平衡質(zhì)量。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后就會(huì)產(chǎn)生離心慣性力組成一個(gè)合力不為零的空間力系，使轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡。要使轉(zhuǎn)子達(dá)到動(dòng)平衡（完全平衡），則必須使其各質(zhì)量產(chǎn)生的離心力的合力和合力偶矩都等于零。即 （3）如圖2所示，如果像該動(dòng)平衡機(jī)的兩個(gè)不平衡面1、

4、2均在支點(diǎn)軸的同一側(cè)時(shí)，要使轉(zhuǎn)子達(dá)到動(dòng)平衡，則必須使由不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力偶矩等于零，即 （4）3動(dòng)平衡機(jī)的工作原理當(dāng)試件上距軸為1的圓盤(pán)內(nèi)有平衡質(zhì)量m存在時(shí)，試件轉(zhuǎn)動(dòng)后則產(chǎn)生離心慣性力（圖2），隨著試件轉(zhuǎn)動(dòng)此力在垂直軸平面上時(shí)設(shè)為，在水平軸平面上時(shí)設(shè)為。由于動(dòng)平衡機(jī)的工字形板簧和擺架在水平方向（繞Y軸）的抗彎剛度很大，所以力對(duì)擺架的振動(dòng)影響很小可忽略不計(jì)。而垂直方向（繞X軸）的譏彎剛度小，因此在力產(chǎn)生的慣性力偶矩的作用下，使擺架產(chǎn)生周期性的上下振動(dòng)。擺架振幅大小就取決于這個(gè)力偶矩的大小。設(shè)試件圓盤(pán)1、2上各有一個(gè)不平衡質(zhì)量m1和m2，由于試件圓盤(pán)1平面與工字形板簧中性面共面即11=0，則由

5、m1和m2產(chǎn)生的對(duì)x軸的慣性力矩為： 要使擺架不振動(dòng)必須要平衡力矩。在試件上選擇圓盤(pán)2作為平衡平面，在其半徑上加平衡質(zhì)量則繞 x軸的慣性矩；要使這些力矩得到平衡可根據(jù)公式（4）寫(xiě)成：即 （5）（5）工消去得 （6）要使（6）式為零必須滿(mǎn)足 （7） 滿(mǎn)足（7）式的條件擺架就達(dá)到了動(dòng)平衡。m（質(zhì)量）和r（矢徑）之積稱(chēng)為質(zhì)徑積，mrl 稱(chēng)為質(zhì)徑矩，稱(chēng)為相位角。滿(mǎn)足公式（5）至（7）的平衡情況，如圖3（a）所示為平衡質(zhì)量mp與不平衡質(zhì)量m2在同一徑向截面上，且在試件旋轉(zhuǎn)時(shí)mp與m2始終在一個(gè)軸平面（平衡平面）內(nèi)，但矢徑方向相反即 。轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量分布是有很大的隨機(jī)性，無(wú)法直觀判斷它的大小和相位。然而可

6、以用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)得在平衡平面2上應(yīng)加的平衡質(zhì)量mp的大小和相位角，在該試驗(yàn)機(jī)上就是利用差速器和補(bǔ)償盤(pán)來(lái)完成這個(gè)測(cè)量。如圖2示，當(dāng)試件圓盤(pán)2上不平衡質(zhì)量m2處在垂直軸平面上正下方時(shí)，則由此不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的對(duì)x軸順時(shí)針質(zhì)徑矩最大。如果用補(bǔ)償盤(pán)平面作平衡平面時(shí)，由于補(bǔ)償盤(pán)平面在試件圓盤(pán)2右側(cè)，謹(jǐn)小慎微須使加在補(bǔ)償盤(pán)平面內(nèi)的平衡質(zhì)量處在垂直軸平面且在正上方時(shí)（與m2相差1800）產(chǎn)生一個(gè)對(duì)x軸兼管時(shí)針的質(zhì)徑矩，以平衡圓盤(pán)2的不平衡質(zhì)徑矩，即必須使m2與在同一個(gè)軸平面（平衡軸平面）內(nèi)。將質(zhì)量m2和調(diào)整到平衡軸平面內(nèi)就是靠差速器來(lái)實(shí)現(xiàn)。選補(bǔ)償盤(pán)作平衡平面，由差速器特性可知，補(bǔ)償盤(pán)的轉(zhuǎn)速與試件的轉(zhuǎn)速大小相等

7、而轉(zhuǎn)向相反。在補(bǔ)償盤(pán)上加一個(gè)質(zhì)量（圖2），則產(chǎn)生離心慣性力對(duì)x軸的力矩 由公式（4）可知要使試件平衡則 使上式成立必須有 （8）用補(bǔ)償盤(pán)作平衡平面來(lái)實(shí)現(xiàn)擺架的平衡可如下操作。在補(bǔ)償盤(pán)平面內(nèi)靠外緣矢徑為 處試加一個(gè)適當(dāng)質(zhì)量，在試件旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下?lián)u動(dòng)蝸桿手柄使蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)（正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)）。同時(shí)補(bǔ)償盤(pán)減速或加速轉(zhuǎn)動(dòng)，以此來(lái)調(diào)整補(bǔ)償盤(pán)上加的平衡質(zhì)量與試件不平衡質(zhì)量在同一軸平面內(nèi)如圖3b）所示。搖動(dòng)手柄同時(shí)觀察百分表的振幅使其達(dá)到最小，隨取出停止轉(zhuǎn)動(dòng)手柄。停機(jī)后在原位置再加或減一些平衡質(zhì)量，再開(kāi)機(jī)并左右轉(zhuǎn)動(dòng)手柄如振幅已很小可認(rèn)為擺架已達(dá)到平衡。此時(shí)將手柄位置鎖住不動(dòng)。停機(jī)后用手轉(zhuǎn)動(dòng)試件使補(bǔ)償盤(pán)上的平衡質(zhì)量轉(zhuǎn)到最高

8、位置 ，這時(shí)的垂直軸平面就是mp和m2共面的軸平面，即平衡軸平面。擺架平衡不等于試件平衡，還必須將補(bǔ)償盤(pán)上的平衡質(zhì)量轉(zhuǎn)換到試件的平衡面上。選試件圓盤(pán)2為平衡面，上平衡條件 得 （9）或 若取，則（9）式中是所加的平衡量的質(zhì)徑積， 是平衡面與補(bǔ)償盤(pán)平面至板簧距離這些參數(shù)都是已知的，這樣就很容易求得在平面2上應(yīng)加的平衡量的質(zhì)徑積mprp。一般情況下先選擇矢徑rp再求出mp加到平衡面2上，其相位在最高位置的垂直軸平面內(nèi)。該動(dòng)平衡機(jī)補(bǔ)償盤(pán)及試件在設(shè)計(jì)時(shí)已取，所以，這樣取下（平衡塊）可直接加到平衡面2的設(shè)定好的矢徑環(huán)槽相應(yīng)位置上，至此就完成了試件圓盤(pán)2的平衡工作，即完成了，要使試件達(dá)到完全平衡，還必須做

9、另一個(gè)端面的平衡，即做。另一個(gè)不平衡端面的平衡：將試件從平衡機(jī)上取下重新安裝成以圓盤(pán)2與工字形反簧中性面共面，且以圓盤(pán)2為驅(qū)動(dòng)輪，再按上述方法求出不平衡面1上的平衡量（質(zhì)徑積mprp或mp）。這時(shí)試件的平衡工作全部完成。四、實(shí)驗(yàn)方法和步驟1將試件安放到擺架的滾輪上，把試件右端的半聯(lián)軸器與差速器左端的半聯(lián)軸器，用尼龍繩松松地聯(lián)接在一起組成一個(gè)柔性聯(lián)軸器。試件左端圓盤(pán)平面與工字形板簧中性面對(duì)齊，裝上傳動(dòng)皮帶。2用手轉(zhuǎn)動(dòng)試件和蝸桿上的手柄，檢查動(dòng)平衡機(jī)各部份轉(zhuǎn)動(dòng)是否正常，松開(kāi)擺架最右端的兩對(duì)鎖緊螺母，調(diào)節(jié)擺架下面支承彈簧使擺架處于水平位置，檢查擺架振動(dòng)是否靈活。在差速器右端支承板上安裝百分表，使其有

10、一定接觸，并隨時(shí)注意振幅大小。3開(kāi)機(jī)前在試件上任意設(shè)置不平衡質(zhì)量（在圓盤(pán)環(huán)槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)平衡塊），卸下補(bǔ)償盤(pán)上所有的平衡塊。接上電源啟動(dòng)電機(jī)，待擺架振動(dòng)穩(wěn)定后，調(diào)整好百分表位置并記錄下振幅大小YO（格），百分表位置此后要鎖定不要再變動(dòng)，停機(jī)。4在補(bǔ)償盤(pán)的槽內(nèi)距軸心最遠(yuǎn)處加適當(dāng)平衡質(zhì)量。開(kāi)機(jī)后轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿手柄觀察百分表振幅變化，手柄搖到振幅最小時(shí)手柄停止轉(zhuǎn)動(dòng)。記錄下振幅大小Y1和蝸輪位置角（差速器外殼上有刻度指示），停機(jī)。（轉(zhuǎn)動(dòng)手柄要注意方法：蝸桿安裝在機(jī)架上，蝸輪安裝在擺架上兩者之間有很大齒側(cè)間隙。蝸桿轉(zhuǎn)到適當(dāng)位置可與蝸輪不接觸，這樣才能使擺架自由振動(dòng)，同時(shí)觀察振幅。然后轉(zhuǎn)動(dòng)手柄蝸桿接觸蝸輪使蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，

11、這時(shí)擺架振動(dòng)受阻，再反搖手柄使蝸桿脫離與蝸小的位置）。在鎖定蝸輪情況下，停機(jī)后，按試件轉(zhuǎn)動(dòng)方向用手轉(zhuǎn)動(dòng)試件使補(bǔ)償盤(pán)上的平衡塊轉(zhuǎn)到最高位置。取下平衡塊安裝到試件平衡面（圓盤(pán)2）中相對(duì)應(yīng)的最高位置槽內(nèi)。5在補(bǔ)償盤(pán)槽內(nèi)再加或減一點(diǎn)平衡質(zhì)量。按上述方法再進(jìn)行一次測(cè)試。測(cè)得的振幅Y2蝸輪位置角，若；與相同或略有改變，則表示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行正確。若Y2已很小可視為已達(dá)到平衡。停機(jī)，按步驟4的方法將補(bǔ)償盤(pán)上的平衡塊加到試件圓盤(pán)2上。解開(kāi)聯(lián)軸器后，開(kāi)機(jī)只讓試件轉(zhuǎn)動(dòng)若振幅依然很小則這個(gè)平衡平面（圓盤(pán)2）的平衡工作結(jié)束。若還存在一些振幅，可適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)一下平衡塊的相位。即在圓周方向左右移動(dòng)一個(gè)平衡塊進(jìn)行微調(diào)相位。6將試件兩端1800對(duì)調(diào)，以圓盤(pán)2平面對(duì)齊工字形板簧中性面且為驅(qū)動(dòng)圓盤(pán)，圓盤(pán)1為平衡平面。再按上述方法找出圓盤(pán)1上應(yīng)加的平衡質(zhì)量的大小和相位。這樣就完成了試件的全部平衡工作。五