轉(zhuǎn)子動平衡實驗.doc

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1、轉(zhuǎn)子動平衡實驗一、實驗?zāi)康?．加深對轉(zhuǎn)子動平衡概念的理解；2．掌握剛性轉(zhuǎn)子動平衡試驗的原理及基本方法；二、實驗設(shè)備1．CS-DP-10型動平衡試驗機（西安交大監(jiān)造）；2．剛性轉(zhuǎn)子試件；3．平衡塊；4．百分表：0.01～5mm、磁性表座。5．橡皮泥6.天平三、CS-DP-10型動平衡試驗機的結(jié)構(gòu)與工作原理1．動平衡機的結(jié)構(gòu)動平衡機原理簡圖如圖1、圖2所示。如圖1所示，待平衡試件3安裝在框形擺架2的支承滾動上，擺架左端固結(jié)在工字形板簧1中，右端懸臂。電機動9通過O型皮帶10拖動試件旋轉(zhuǎn)；當(dāng)試件存在不平衡

2、質(zhì)量時，通過轉(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。通過百分表5觀察振幅大小，即測量不平衡量的大小，而不平衡量的相位測量系統(tǒng)由差速器4和補償盤6組成。差速器4安裝在擺架右端，它的左端為轉(zhuǎn)動輸入端（n1）通過柔性聯(lián)軸器與試件聯(lián)接；右端為輸出端（n3）與補償盤固聯(lián)。差速器由齒數(shù)和模數(shù)相同的三個圓錐齒輪①②③和一個蝸輪（轉(zhuǎn)臂H）組成一個周轉(zhuǎn)輪系。（1）當(dāng)差速器的轉(zhuǎn)臂蝸輪H不轉(zhuǎn)動時即，則差速器為定軸輪系，其傳動比為即（1）這時補償盤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)

3、動時則差速器為速度合成的差動輪系，由傳動比公式得（2）蝸輪的轉(zhuǎn)速是通過手柄搖動蝸桿，經(jīng)蝸桿蝸輪副大速比的減速后蝸輪的轉(zhuǎn)速。當(dāng)與同向時由（2）式可知，這時仍與反向轉(zhuǎn)動但速度減小。當(dāng)與反向時由（2）式可知，這時轉(zhuǎn)向仍不就但速度增加。因此可見當(dāng)手柄不動時補償盤的轉(zhuǎn)速與試件的轉(zhuǎn)速大小相等轉(zhuǎn)向相反；正向搖動手柄（蝸輪與試件轉(zhuǎn)動方向相同）補償盤減速；反向搖動手柄則補償盤加速。這樣可改變補償盤與試件圓盤之間的相對角位移。為作平衡工藝時確定平衡相位提供了結(jié)構(gòu)保證。2．轉(zhuǎn)子動平衡的力學(xué)條件對于質(zhì)量分布不在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)

4、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)不對稱等諸因素使轉(zhuǎn)子存在不平衡質(zhì)量。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后就會產(chǎn)生離心慣性力組成一個合力不為零的空間力系，使轉(zhuǎn)子動不平衡。要使轉(zhuǎn)子達(dá)到動平衡（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，如果像該動平衡機的兩個不平衡面1、2均在支點軸的同一側(cè)時，要使轉(zhuǎn)子達(dá)到動平衡，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．動平衡機的工作原理當(dāng)試件上距軸為1的圓盤內(nèi)有平衡質(zhì)量m存在時，試件轉(zhuǎn)動后則產(chǎn)生離心慣性力（圖2），隨著試

5、件轉(zhuǎn)動此力在垂直軸平面上時設(shè)為，在水平軸平面上時設(shè)為。由于動平衡機的工字形板簧和擺架在水平方向（繞Y軸）的抗彎剛度很大，所以力對擺架的振動影響很小可忽略不計。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。擺架振幅大小就取決于這個力偶矩的大小。設(shè)試件圓盤1、2上各有一個不平衡質(zhì)量m1和m2，由于試件圓盤1平面與工字形板簧中性面共面即11=0，則由m1和m2產(chǎn)生的對x軸的慣性力矩為：要使擺架不振動必須要平衡力矩。在試件上選擇圓盤2作為平衡平面，在其半徑上

6、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）寫成：即（5）（5）工消去得（6）要使（6）式為零必須滿足（7）滿足（7）式的條件擺架就達(dá)到了動平衡。m（質(zhì)量）和r（矢徑）之積稱為質(zhì)徑積，mrl稱為質(zhì)徑矩，稱為相位角。滿足公式（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mp與m2始終在一個軸平面（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性，無法直觀判斷它的大小和相位。然而可以用實驗的方法測得在平衡平面

7、2上應(yīng)加的平衡質(zhì)量mp的大小和相位角，在該試驗機上就是利用差速器和補償盤來完成這個測量。如圖2示，當(dāng)試件圓盤2上不平衡質(zhì)量m2處在垂直軸平面上正下方時，則由此不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的對x軸順時針質(zhì)徑矩最大。如果用補償盤平面作平衡平面時，由于補償盤平面在試件圓盤2右側(cè)，謹(jǐn)小慎微須使加在補償盤平面內(nèi)的平衡質(zhì)量處在垂直軸平面且在正上方時（與m2相差1800）產(chǎn)生一個對x軸兼管時針的質(zhì)徑矩，以平衡圓盤2的不平衡質(zhì)徑矩，即必須使m2與在同一個軸平面（平衡軸平面）內(nèi)。將質(zhì)量m2和調(diào)整到平衡軸平面內(nèi)就是靠差速器來實現(xiàn)。選

8、補償盤作平衡平面，由差速器特性可知，補償盤的轉(zhuǎn)速與試件的轉(zhuǎn)速大小相等而轉(zhuǎn)向相反。在補償盤上加一個質(zhì)量（圖2），則產(chǎn)生離心慣性力對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）用補償盤作平衡平面來實現(xiàn)擺架的平衡可如下操作。在補償盤平面內(nèi)靠外緣矢徑為處試加一個適當(dāng)質(zhì)量，在試件旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下?lián)u動蝸桿手柄使蝸輪轉(zhuǎn)動（正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)）。同時補償盤減速或加速轉(zhuǎn)動，以此來調(diào)整補償盤上加的平衡質(zhì)量與試件不平衡質(zhì)量在同一軸平面內(nèi)如圖3b）所示。搖動手柄同時觀察百分表的振幅使其達(dá)