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1、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DPHI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。1.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。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。转/分,4T*叮亍数抿操作“埠肋左平同俊葩韦示ann2300击*同悵山荊示保存些前配置;:数据分
2、祈战堆口功采集三动采圭0敌据打印实验空系统复位62. II 0也:;测试杭州界辰科朝谨裔有邂公司5.00.4.00.质量单D片寸疑度Ckaao潑工径3她程序旨亍状态:滚子匚逝状态 mm总给数据停止测试 20004000511 9数据分呵兗毕！5689101151试系统右不平衡童弓mg压度：fl (mm )尺匸长度4 ； mm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
3、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
4、轴向宽度b较小，直径d较大的盘状转子（b/ dV0.2）,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/d0.2）,必须进行动平衡。1. 动平衡力学原理对于柱状转子（b/d0.2）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Qi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
5、到平衡基面I 和II内，即将力Pi及P2分解为P1I及P2I（在平面I内）及Pm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。2. 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
6、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）。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。显示设置一模式设置（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
7、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正在进肓羽10标定详蛉曲找显示剧述匠Sq J5摘采壞占玮平衝童采集的左方注呆臬右爭平衝債采集的右方位0 39:帀950峠。J3SS9四、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 王界面（图3）。2.
8、选择转子支承模式。点击主界面上的设置一模式设置，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1.2 g）,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一系统标 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
9、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35次，
10、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
11、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 .3式中：3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日期同组者成 绩指导教师一、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， 偏心质量半径 r =偏心质量偏心距估算：2 平衡精度估算原始数据： 转子转速，转子角速度W =平衡精度估算：=e .33 转子平衡精度等级：
