轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)

轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)第1頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期日實(shí)驗(yàn)五轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)設(shè)備四、實(shí)驗(yàn)方法和步驟五、注意事項(xiàng)主要內(nèi)容三、JHP—A型動(dòng)平衡試驗(yàn)臺(tái)的工作原理與結(jié)構(gòu)第2頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期日一、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。第3頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期日二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、JHP—A型動(dòng)平衡試驗(yàn)臺(tái)2、轉(zhuǎn)子試件3、平衡塊4、百分表0–10mm第4頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期日三、JHP—A型動(dòng)平衡試驗(yàn)臺(tái)的工作原理與結(jié)構(gòu)1、動(dòng)平衡試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)動(dòng)平衡試驗(yàn)臺(tái)的簡(jiǎn)圖如圖1、圖2所示。待平衡的試件3安放在框形擺架的支撐滾輪上，擺架的左端固結(jié)在工字形板簧2中，右端呈懸臂。電動(dòng)機(jī)9通過(guò)皮帶10帶動(dòng)試件旋轉(zhuǎn)。當(dāng)試件有不平衡質(zhì)量存在時(shí)，則產(chǎn)生離心慣性力使擺架繞工字形板簧上下周期性的振動(dòng)，通過(guò)百分表5可觀察振幅的大小。第5頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期日?qǐng)D1平衡試驗(yàn)臺(tái)1、擺架子2、工字形板簧座3、轉(zhuǎn)子試件4、差速器5、百分表6、補(bǔ)償盤(pán)7、蝸桿8、彈簧9、電機(jī)10、皮帶第6頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期日?qǐng)D2第7頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期日

通過(guò)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)和擺架的振動(dòng)，可測(cè)出試件的不平衡量（或平衡量）的大小和方位。這個(gè)測(cè)量系統(tǒng)由差速器4和補(bǔ)償盤(pán)6組成。差速器安裝在擺架的右端，它的左端為輸入端（n1）通過(guò)柔性聯(lián)軸器與試件3聯(lián)接，右端為輸出端（n3）與補(bǔ)償盤(pán)相聯(lián)接。第8頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期日差速器是由齒數(shù)和模數(shù)相同的三個(gè)圓錐齒輪和一個(gè)外殼為蝸輪的轉(zhuǎn)臂H組成的周轉(zhuǎn)輪系。（1）當(dāng)差速器的轉(zhuǎn)臂蝸輪不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)nH=0，則差速器為定軸輪系，其傳動(dòng)比為：，n3=-n1（1）這時(shí)補(bǔ)償盤(pán)的轉(zhuǎn)速nH與試件的轉(zhuǎn)速n1大小相等轉(zhuǎn)向相反。（2）當(dāng)n1和nH都轉(zhuǎn)動(dòng)則為差動(dòng)輪系，傳動(dòng)比按周轉(zhuǎn)輪系公式計(jì)算：，n3=2nH-n1（2）第9頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期日蝸輪的轉(zhuǎn)速是通過(guò)手柄7，經(jīng)蝸桿蝸輪副在大速比的減速后得到。因此蝸輪的轉(zhuǎn)速nH小于n1，當(dāng)nH與n1同向時(shí)，由（2）式可看到，n3小于-n1，這時(shí)n3方向不變還與n1反向，但速度減小。當(dāng)nH與n1反向時(shí)，由（2）式可看出n3大于-n1，這時(shí)n3方向仍與n1反向，但速度增加了。由此可知當(dāng)手柄不動(dòng)，補(bǔ)償盤(pán)的轉(zhuǎn)速大小與試件的轉(zhuǎn)速相等，轉(zhuǎn)向相反，正向搖動(dòng)手柄（蝸輪轉(zhuǎn)速方向與試件轉(zhuǎn)速方向相同）補(bǔ)償盤(pán)減速，反向搖動(dòng)手柄補(bǔ)償盤(pán)加速。這樣可以改變補(bǔ)償盤(pán)與試件圓盤(pán)之間的相對(duì)相位角（角位移）。這個(gè)結(jié)論的應(yīng)用將在后面述說(shuō)

第10頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2、轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的力學(xué)條件轉(zhuǎn)子材料的不均勻、制造的誤差、結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱(chēng)等諸多因素使轉(zhuǎn)子存在不平衡質(zhì)量，因此當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后就會(huì)產(chǎn)生空間離心慣性力系，使轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡。要使轉(zhuǎn)子達(dá)到平衡，則必須滿足空間力系的平衡條件。

F=0M=0 或MA=0MB=0（3）這就是轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的力學(xué)條件。第11頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期日當(dāng)試件上有不平衡質(zhì)量存在時(shí)（圖2），試件轉(zhuǎn)動(dòng)后則產(chǎn)生離心慣性力F=mrω2，它可分解成垂直分力Fy和水平分力Fx，由于平衡機(jī)的工字形板簧和擺架在水平方向（繞y軸）抗彎剛度很大，所以水平分力Fx對(duì)擺架的振動(dòng)很小可忽略不計(jì)。而在垂直方向（繞x軸）的抗彎剛度小，因此在垂直分力產(chǎn)生的力矩M=FyL=mrω2Lcosφ的作用下，使擺架產(chǎn)生周期性的上下振動(dòng)（擺架振幅大?。┑膽T性力矩為：M1=0，M2=m2r2ω2l2cosφ2

3、動(dòng)平衡機(jī)的工作原理第12頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期日要使擺架不振動(dòng)必須要平衡力矩。在試件上選擇圓盤(pán)作為平衡面，加平衡質(zhì)量，則繞軸的慣性力矩Mp=mprpω2lpcosφp。要使這些力矩得到平衡，可根據(jù)公式（3）來(lái)解決。MA=0M2+MP=0m2r2ω2l2cosφ2+mprpω2lpcosφp=0（4）第13頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期日（4）式消去ω2得m2r2l2cosφ2+mprplpcosφp=0（5）要使（5）式為零必須滿足m2r2l2=mprplpcosφ2=cosφp=－cos(180°+φp)（6）滿足上式（6）的條件，擺架就不振動(dòng)了。式中m（質(zhì)量）和r（矢徑）之積稱(chēng)為質(zhì)徑積，mrl稱(chēng)為質(zhì)徑距，φ成為相位角。

第14頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期日轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量的分布是有很大的隨機(jī)性，無(wú)法直觀判斷他的大小和相位。因此很難用公式來(lái)計(jì)算平衡量，但可用實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)解決，其方法如下：選補(bǔ)償盤(pán)作為平衡平面，補(bǔ)償盤(pán)的轉(zhuǎn)速與試件的轉(zhuǎn)速大小相等方向相反，這時(shí)的平衡條件也可按上述方法來(lái)求得。在補(bǔ)償盤(pán)上加一個(gè)質(zhì)量mp（圖2），則產(chǎn)生離心慣性力對(duì)x軸的力矩Mp′=mp′rp′ω2

lp′cosφp′

第15頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期日根據(jù)力系平衡公式（3）ΣMA=0M2+Mp′=0m2r2ω2l2cosφ2+mp′rp′ω2lp′cosφp′=0要使上式成立必須有

m2r2l2=mp′rp′lp′cosφ2=cosφp′=－cos(180°—φp′)（7）

公式（7）與（6）基本是一樣，只有一個(gè)正負(fù)號(hào)不同。從圖3可進(jìn)一步比較兩種平衡面進(jìn)行平衡的特點(diǎn)。圖3是滿足平衡條件平衡質(zhì)量與不平衡質(zhì)量之間的相位關(guān)系。

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圖3-a為平衡平面在試件上的平衡情況，在試件旋轉(zhuǎn)時(shí)平衡質(zhì)量始終在一個(gè)軸平面內(nèi)，但矢徑方向相反。圖3第17頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期日

圖3-b是補(bǔ)償盤(pán)為平衡平面，m2和mp′在各自的旋轉(zhuǎn)中只有到在φp′=0°或180°，φ2=180°或0°時(shí)它們處在垂直軸平面內(nèi)與圖3-a一樣達(dá)到完全平衡。其它位置時(shí)它們的相對(duì)位置關(guān)系如圖3-c所示φ2=180°—φp′，圖3-c這種情況，y分力矩是滿足平衡條件的，而x分力矩未滿足平衡條件。第18頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期日用補(bǔ)償盤(pán)作為平衡平面來(lái)實(shí)現(xiàn)擺架的平衡可這樣來(lái)操作。在補(bǔ)償盤(pán)的任何位置（最好選擇在靠近邊緣處）試加一個(gè)適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量，在試件旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下?lián)u動(dòng)蝸桿手柄使蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)（正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)）這時(shí)補(bǔ)償盤(pán)減速或加速轉(zhuǎn)動(dòng)。搖動(dòng)手柄同時(shí)觀察百分表的振幅使其達(dá)到最小，這時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)手柄。停機(jī)后在原位置再加一些平衡質(zhì)量，再開(kāi)機(jī)左右轉(zhuǎn)動(dòng)手柄如振幅已很小可以認(rèn)為擺架已達(dá)到平衡。最后將調(diào)整好的平衡質(zhì)量轉(zhuǎn)到最高位置，這時(shí)的垂直軸平面就是mp′和m2同時(shí)存在的軸平面。第19頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期日擺架平衡不等于試件平衡，還必須把補(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為待平衡面，根據(jù)條件：

mprplp=mp′rp′lp′

（8）或若取=1，則mp=mp′第20頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期日（8）式中mp′rp′是所加的補(bǔ)償盤(pán)上平衡量質(zhì)徑積，mp′為平衡塊質(zhì)量，rp′是平衡塊所處位置的半徑（有刻度指示）；lp、lp′是平衡面至板簧的距離，這些參數(shù)是已知的，這樣就求得了在待平衡面2上應(yīng)加的平衡量質(zhì)徑積mprp。一般情況先選擇半徑r求出m加到平衡面2上，其位置在mp′最高位置的垂直軸平面中，本動(dòng)平衡機(jī)及試件在設(shè)計(jì)時(shí)已取統(tǒng)一，所以mp=mp′，這樣可取下補(bǔ)償盤(pán)上平衡塊mp′（平衡塊）直接加到待平衡面相應(yīng)的位置，這樣就完成了第一步平衡工作。第21頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期日根據(jù)力系平衡條件（3），到此才完成一項(xiàng)MA=0，還必須做MB=0的平衡工作，這樣才能使試件達(dá)到完全平衡。第二步工作：將試件從平衡機(jī)上取下重新安裝成以圓盤(pán)2為驅(qū)動(dòng)輪，再按上述方法求出平衡面1上的平衡量（質(zhì)徑積mprp或mp）。這樣整個(gè)平衡工作全部完成。更具體的實(shí)驗(yàn)方法請(qǐng)看第四部分。第22頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期日四、實(shí)驗(yàn)方法和步驟1、將試件裝到擺架的滾輪上，把試件右端的聯(lián)軸器盤(pán)與差速器軸端的聯(lián)軸器盤(pán)，用彈性柱銷(xiāo)柔性聯(lián)成一體，裝上皮帶輪。2、用手轉(zhuǎn)動(dòng)試件和搖動(dòng)蝸桿上的手柄，檢查動(dòng)平衡機(jī)各部分轉(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)擺架上面的支撐桿上放的百分表，使之與擺架有一定的接觸，并隨時(shí)注意振幅的大小。第23頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期日3、開(kāi)機(jī)前卸下試件上多余的平衡塊和補(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)整好百分表的位置并記錄下振幅的大小y0（格），百分表的位置以后不要變動(dòng)，停機(jī)。4、在補(bǔ)償盤(pán)的槽內(nèi)距軸心最遠(yuǎn)處加上一個(gè)適當(dāng)?shù)钠胶赓|(zhì)量（二個(gè)平衡塊）。開(kāi)機(jī)后搖動(dòng)手柄觀察百分表振幅變化，手柄搖到振幅最小時(shí)手柄停止搖動(dòng)。記錄下振幅大小y1和蝸輪位置角B1（差速器外殼上有刻度指示），停機(jī)。在不改變蝸輪位置的情況下，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的平衡面（圓盤(pán)2）中相應(yīng)的最高位置槽內(nèi)。第24頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期日5、在補(bǔ)償盤(pán)內(nèi)再加一點(diǎn)平衡質(zhì)量（1-2平衡塊）。按上述方法再進(jìn)行一次測(cè)試。測(cè)的振幅y2和蝸輪位置B2，若y2小于y1、y1小于y0：B1與B2相同或略有改變，則表示實(shí)驗(yàn)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)上的平衡塊移到試件圓盤(pán)2上。解開(kāi)聯(lián)軸器開(kāi)機(jī)讓試件自由轉(zhuǎn)動(dòng)，若振動(dòng)依然很小則第一步平衡工作結(jié)束。若還存