刚性转子平衡实验

1、实验三刚性转子平衡实验一、目的1.掌握用单支点动平衡试验机进行刚性回转体动平衡的原理和方法。2.了解工业动平衡机的工作原理。二、实验设备1. JDP型动平衡机实验台。2.转子试件。3. CD-4型磁电式传感器。4. GZ1型晶体管测振仪。5.天平及橡皮泥。6.纸、笔、计算器(学生自备)7.工业用动平衡机三、原理和方法图一所示是JDP型框架式单支点动平衡试验台的结构示意总图。框架通过右下方的十字弹性支承7与机架相连，在框架左、右下方装有弹簧，转子试件放在框架两端轴承架上，因此，框架、转子与弹簧组成一个振动系统，电动机3驱动无接头皮带4,由皮带通过摩擦传动带动转子2转动，转子上的不平衡重由于转动而

2、产生离心力。当框架受到此方向周期变化的离心力作用时，将绕十字弹性支承轴线A-A发生振动，其振幅由传感器8测定并通过测振仪读出。1框架 2平衡转子 3电动机 4无接头皮带 5行程开关6弹簧 7十字支承 8传感器 9测振仪 10内部照明开关11电源开关 12离合杆 13机架图 一II14487221khAIIII1框架 2转子 7十字支架8传感器 14方向接头图二 结构简图r 由机械原理所述的回转体动平衡原理知：一个动不平衡的刚性回转体绕其回转轴线转动时，该构件上所有的不平衡重所产生的离心惯力总可以转化为任选的两个垂直于回转轴线的平面内的两个当量不平衡重和G2 (它们的质心位置分别为r1和r2；半

3、径大小可根据数值G1、G2的不同而不同)所产生的离心力。动平衡的任务就是在这两个任选的平面(称为平衡基面)内的适当位置（r1平和r2平）加上两个适当大小的平衡重G1平和G2平，使它们产生的平衡力与当量不平衡重产生的不平衡力大小相等,而方向相反，即: 半径r平越大,则所需的G平就越小。此时,P=0且M=0，该回转体达到动平衡。作为教学实验机，其平衡基面已给定，如图二中的II平面与平面。该机从结构上保证了转子试件的这两个平衡基面中的一个面(图二中的平面)通过十字弹性支承。因此，转子回转时，只有另一个平衡基面II内的当量不平衡重G1所产生的离心惯力对轴线A-A产生力矩，影响框架系统振动，而平衡基面内

4、的当量不平衡重G2，所产生的离心惯性力因其对轴线A-A的力矩为零，而不影响框架振动。因此，在对II基面上的不平衡重G1进行平衡时，可以不受基面上的不平衡重G2的干扰。 转子试件回转时，方向周期变化的不平衡力使框架系统对曲线A-A产生强迫振动，当其振动频率与框架系统本身的固有频率相同时，则产生共振，此时振幅达到最大值，根据强迫振动原理知：最大振幅A与其外力成正比，即：或 式中和为测试平衡平面I一I时的比例系数。 最大振幅A的大小可从测振仪读出，关键是确定比例系数的大小和r1的相位。比例系数的大小和r1的相位可用下述方法确定：1)测出由当量不平衡重乘积G1r1产生的离心力所引起的最大振幅A1,即。

5、(注：从测振仪上只能读出A1的大小，不能读出A1的相位) 2)在平衡基面II内任选一个向径rk ，并加上一个已知重量Gk，如图三a所示。设运转后所产生的共振振幅为A2，则A2是在G1r1和Gkrk共同作用下所产生的振幅，即是G1r1和Gkrk的矢量所产生的振幅。因此(c) (d)图 三-Ak-AkAkAkA1A1GkGk-rkrkr1r1cbaA3A3A2A2ddbac(a) (b)式中：为回转试件在已知重径积Gkrk单独作用(假设不存在G1r1)时的最大振幅。图三c矢量图中adc表示了该矢量式的关系。3)将已知重块Gk移到与原位相差180°的-rk的新位置，如图三b所示，设运转后所

6、产生的共振振幅为A3，则 该矢量式的关系如图三c中的adb所示。 4)比例系数及重径积G1r1大小的确定:在adb中， 在adc中， 和 r平、r1的大小可任定，所以为计算方便，令r1平r1rk （）根据已知重块Gk的大小，以及测量出来的A1、A2、A3的大小，可以求出I一I面上应加平衡重G1平的大小。5)确定平衡重G1平应加的方位由图三c所示的矢量图可知：平衡重G1平应加在-r1(或-A1)方向。设平衡重G1平的放置方向与-rk的方向之间的夹角为，则 (2) 确定后，-r1的方向就可定出，在-r1方向放置平衡重G1平，就可平衡不平衡重径积G1r1。 由于在测量时，仅能测出A1、A2、A3的大

7、小，不知它们的方向，所以各矢量也可能排列成如图三d所示的情况。所以，由-rk沿两侧不同方向量取角以便放置G1平，究竟应取何侧，需经实验确定。若在某一侧放置G1平后，框架最大振幅接近于零，则该位置即为所求。否则，应把G1平改放在另一侧。把转子掉个头，重复上述实验，可以求出平衡基面内的平衡重径积G2平r2平。四、实验步骤：1.准备工作 1)开启电源，使各仪器通电预热10分钟。 2)将测振仪量程开关置于30档，把测量选择开关置于x（f>1）档，把工作选择开关置于“1”档。2.平衡实验 1)按下平衡机离合杆12(见图一)，电机自动启动，且皮带压住转子通过皮带摩擦传动使转子旋转。 2)转子转速稳定

8、后，慢慢抬起离合杆，皮带与转子脱离接触，驱动停止，且自动压下行程开关，电机断电停止转动，由于轴承和空气的摩擦作用，转子转速逐渐下降。当转子转速接近框架系统的固有频率0时，进入共振区，振幅加大。当=0时，发生共振，产生最大振幅A1，把A1填入实验报告中。重复三次，求出平均值A1。 3)用天平称出25g的橡皮泥作为Gk，把它粘在II平衡平面圆盘的环形槽的任何处，rk大小就等于环形槽的半径。然后重复1)、2)步骤，并求出平衡值A2。 4)将Gk取下，改放在与原位置方向相反(即相差180°)的-rk的位置，重复1)、2)步骤,并求出平均值A3。 注：若rk或-rk方向恰与-r1方向相同或相近

9、时，会使A2或A3的量变得很小，由于测量以及目测误差等原因，计算出来的平衡重径积可能无法平衡该回转体，建议遇此情况时，改变r1和-r1的相位，重新测定A2和A3。 5)根据测得的A1、A2、A3平均值，由公式(1)和(2)算出平衡值G1平相位角。 6)取下重块Gk，用天平称出G1平，将G1平置于与-rk相差角，半径也等于rk的地方，重复1)、2)步骤。若振幅减小到3以下(这时需把量程开关置于3档)，则表示方向正确，平衡成功；否则应把G1平改放在与-rk相差角的另一侧，重新观察是否平衡。五、了解工业动平衡机的工作原理(略)六、思考题： 1.把根据实验求出的平衡重径积加到平衡基面上后，试件是否完全平衡?如果不完全平衡，是什么原因引起的?试分析误差产生的原因。 2.若改变框架上圆形配重的位置，实验时将有哪些变化?分析其原因。 七、注意事项： 1.遵守实验室各项规则，保持实验场地清洁。 2.实验时要保护仪器和用具。 3.压下和抬起离合杆时，应轻压轻放。 4.在读测振仪的振幅数据时，不要碰撞实验台或其底座，以免读数失真。5.有的实验台的转子在转速逐渐下降过程中，会出现两次共振(第一次共振发生在二阶临界速度时，第二次共振发生在一阶临界速度时)，两次共振振幅不同，为计算准确起见，应统一取一阶临