新 动平衡实验

实验五机械转子动平衡一、实验目的1.掌握机械转子动平衡的基本原理。2.熟悉机械转子动平衡的操作方法。3.了解机械转子振动信号的数据采集与分析处理。二、实验设备实验设备为DPH－I型智能动平衡机（见图１），由机械系统、计算机系统、机械与计算机接口三个部分组成。图１1.机械系统机械系统（见图２），主要由被试转子、硬支承摆架、传动带、电动机、减振底座等组成。1.光电传感器2.被试转子3.硬支承摆架组件4.压力传感器5.减振底座6.传动带7.电动机8.零位标志图２2.计算机系统计算机系统由标准配置计算机软硬件与动平衡实验应用程序组成。动平衡实验应用程序由振动信号采集、选频滤波、动平衡分析计算等子程序组成。其主界面见图3。图3３．机械与计算机接口机械与计算机接口，由光电传感器、压力传感器，与数据采集卡组成。光电传感器安装在转子上方，用于测量转子转速。2只压力传感器分别安装在左右支承摆架，用于测量转子振动信号。数据采集卡嵌入在平衡机底座里面，通过信号数据线，从光电传感器、压力传感器接收信号，向计算机输出数据。三、实验原理在机械设备中，做旋转运动的零部件都可以称为机械转子。机械转子由于几何形状的不对称，材料的内部缺陷，不均匀的磨损与积尘，受力、受热变形等原因，都可能造成转子的中心惯性主轴与旋转轴线不重合，也即转子的不平衡。不平衡转子由于偏重的存在，做旋转运动时，将产生惯性力与惯性力偶，作用在支承上为交变载荷，使机械发生强迫振动。机械振动会导致机器运动不平稳，机械零件疲劳破坏，严重时会造成人员设备事故。机械转子平衡，就是要重新调整不平衡转子的质量发布，使转子的中心惯性主轴与旋转轴线相重合。机械转子的平衡方法，根据转子的几何形状，可以分为静平衡和动平衡二种方法。对于轴向宽度ｂ较小，直径ｄ较大的盘状转子（ｂ∕d＜0.2），只需要进行静平衡就可以了。对于轴向宽度ｂ较大，直径ｄ较小的柱状转子（b∕d＞0.2），必须进行动平衡。1.动平衡力学原理对于柱状转子（ｂ∕d＞0.2）做动平衡，必须使转子的惯性力和惯性力偶都能得到平衡，即∑Pi=0，∑Mi=0。设一转子有偏重Q1及Q2分别位于平面1和平面2内，r1及r2为偏重的回转半径(见图4)。当转子以等角速度回转时，Q1及Q2将产生惯性力P1及P2，形成一空间力系。由理论力学可知，一个力可以分解为与它平行的两个分力。因此可以根据转子的结构，选定两个平衡基面I和II，作为安装配重的平面。将惯性力P1及P2分别分解到平衡基面I和II内，即将力P1及P2分解为P1I及P2I（在平面I内）及P1II及P2II（在平面II内）。这样就把空间力系平衡问题转化为两个平面汇交力系的平衡问题了。显然，只要在平面I和II内各加入一个合适的配重QI和QII，使两平面内的惯性力之和均等于零，构件也就平衡了。图42.平衡机工作原理当支承在摆架上的不平衡转子,被电机通过皮带拖动旋转后,转子的偏重会产生惯性力,迫使支架做强迫振动。安装在左右支架上的两个压力传感器，感受支承摆架的振动，产生两路包含有不平衡信息的压电信号，通过信号连接线，传输到数据采集卡。同时，安装在转子上方的光电传感器，接收转子上预贴光标的反射光，产生与转子旋转同频同相的脉冲信号，也传输到数据采集卡。（见图５）。计算机计算机光电脉冲信号左支承电压右支承电压数据采集卡图5安装在计算机里面的动平衡实验应用程序，调用进入数据采集卡的三路信号，进行前置处理，跟踪滤波，幅度调整，相关处理，FFT变换，校正平面分离解算，最终算出左右两面的不平衡质量（g）、不平衡角度（°），显示在动平衡实验应用程序的主界面上。３.应用程序界面介绍动平衡应用程序主界面（见图３），主要由参数输入区域、数据显示区域、操作命令按钮等组成。（１）．测试结果显示区。显示转子转速，左右不平衡质量、不平衡角度。（２）．转子结构显示区。显示设置→模式设置（见图６）菜单下，选择的转子结构图。（３）．转子参数输入区。用于输入转子轴向尺寸与转子半径。（４）．振动原始数据显示区。显示当前采集到的原始振动信号曲线。（５）．数据分析曲线按钮。点击按钮可以对原始振动信号进行深入分析（见图７）。（６）．转子平衡程度显示图标。灰色为没有达到平衡，兰色为已经达到平衡。（７）．左右不平衡角度指示表盘。指针指示的角度为转子偏重的角度。（８）．自动采集按钮。（９）．单次采集按钮。（10）．复位按钮。图６图７图8四、实验步骤1．进入动平衡实验系统。打开计算机，双击动平衡实验系统图标，进入动平衡实验系统主界面（图３）。２．选择转子支承模式。点击主界面上的设置→模式设置，在出现的图６中，选择一种合适的转子支承模式。本实验可以点击模型Ａ，确定选择的两端支承模式。３．确定转子几何参数。用测量工具量出转子的各轴向尺寸、转子半径，输入并且保存在转子参数输入区。４．标定测试系统。选择两块任意质量的磁铁（如1.2ｇ），分别安放在标准转子左右两侧的任意角度（如０°）上，作为标定测试系统的不平衡量。点击主界面上的设置→系统标定，在图８的标定数据窗口，输入两个不平衡矢量的四个数据。打开实验台电源，打开电机开关。待机器运转平稳后（５分钟以上），点击开始标定采集按钮（见图8），测量数次（如10次）后，点击保存标定结果按钮。然后点击退出标定按钮，退出标定系统，回到主界面。５．构造不平衡转子。关闭电机开关，停止机器运转。选择若干块任意质量的磁铁，任意安放在标准转子上，构造出实验用不平衡转子。也可以把做标定用的转子，直接作为实验用不平衡转子。6．预设允许不平衡质量。点击主界面右下方的平衡质量输入框，输入预设的允许不平衡质量（建议0.3g）。允许不平衡质量是由转子的使用条件，平衡精度，偏心距等估算出来的（此时可以不做深究）。7．动平衡测试。打开电机开关。待机器运转平稳后（５分钟以上），点击自动采集按钮，观察进入测试结果显示区的不平衡数据。待左右不平衡质量、不平衡角度，测试３~５次，稳定后，点击停止测试按钮。此时测试结果显示区的，左右不平衡质量为偏重质量﹔左右不平衡角度为偏重角度。8．动平衡校正。关闭电机开关，停止机器运转。选择两块略小于左右不平衡质量的磁铁，作为转子左右两个平衡基面的配重。在左右不平衡角度（偏重角度）的对面，分别把两块配重磁铁，添加到两个平衡基面上。9．检查动平衡校正结果。打开电机开关。待机器运转平稳后，点击自动采集按钮，继续观察测试结果显示区的不平衡数据。如果左右两面的不平衡质量，都小于预设的允许不平衡质量（如0.3g），就可以认为转子平衡好了。如果左右两面都没有小于预设的允许不平衡质量，就继续对两面进行动平衡校正。如果是一面没有小于允许的不平衡质量，就对该面继续校正。五、实验数据分析1．转子偏心距估算根据质径积不变公式：M.e=m.r有e=m.r／M式中：M为转子质量，e为转子偏心距，m为估算的偏心质量，r为偏心质量半径其中：M可由称重或计算得出，m=m左＋m右；m左、m右为左、右两面剩余不平衡质量2．平衡精度估算根据国际标准组织制定的转子平衡等级，转子平衡精度A,可由下式计算A=e.ω式中：ω为转子转动的角速度（rad／s）机械转子动平衡实验报告班级姓名成绩日期同组者指导教师一、实验数据记录不平衡量测试次数左面右面质量（g）角度（°）质量（g）角度（°）12345二、实验数据分析1．转子偏心距估算原始数据：转子质量M=，偏心质量半径r=偏