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1、实验二刚性转子动平衡实验2011010292水利水电工程系 水工13班 翟桐 同组成员：李嘉荣、成一凡、陈钟望、闫封任 实验日期：2012.11.15 实验目的：1. 掌握刚性转子动平衡的基本原理和步骤；2. 掌握虚拟基频检测仪和相关测试仪器的使用；3. 了解动静法的工程应用。实验内容采用两平面影响系数法对一多圆盘刚性转子进行动平衡三、实验原理工作转速低于最低阶临界转速的转子称为刚性转子，反之称为柔性转子。本实验采 取一种刚性转子动平衡常用的方法一两平面影响系数法。该方法可以不使用专用平衡机， 只要求一般的振动测量，适合在转子工作现场进行平衡作业。根据理论力学的动静法原理，一匀速旋转的长转子，
2、其连续分布的离心惯性力系， 可向质心C简化为过质心的一个力R （大小和方向同力系的主向量R = S）和一个 力偶M （等于力系对质心C的主矩M = m（S ）= m）。如果转子的质心在转轴上且 c i c转轴恰好是转子的惯性主轴，即转轴是转子的中心惯性主轴，则力R和力偶矩M的值均 为零。这种情况称转子是平衡的；反之，不满足上述条件的转子是不平衡的。不平衡转 子的轴与轴承之间产生交变的作用力和反作用力，可引起轴承座和转轴本身的强烈振动， 从而影响机器的工作性能和工作寿命。冈U性转子动平衡的目标是使离心惯性力系的主向量和主矩的值同时趋近于零。为此， 先在转子上任意选定两个截面I、II（称校正平面）
3、，在离轴线一定距离rr2 （称校正 半径），与转子上某一参考标记成夹角80 2处，分别附加一块质量为mm2的重块（称 校正质量）。如能使两质量m和m的离心惯性力（其大小分别为m r 3 2和mr 3 2，3为转12112 2动角速度）正好与原不平衡转子的离心惯性力系相平衡，那么就实现了刚性转子的动平衡。两平面影响系数法的过程如下：（1）在额定的工作转速或任选的平衡转速下，检测原始不平衡引起的轴承或轴颈A、B在某方位的振动量V = V Zv和V = V Zv，其中V和V是振动位移（也可以是 10101202021020速度或加速度）的幅值，甲1和甲2是振动信号对于转子上参考标记有关的参考脉冲的相
4、 位角。（2）根据转子的结构，选定两个校正面I、II并确定校正半径台、七。先在平面I上加一 “试重”（试质量）Qi=mtiZP ，其中mt1为试重质量，P 1为试重相对参考标记的方位角，以顺转向为正。在相同转速下测量轴和、B的振动SV11和V21。矢量关系见图二a, b。显然，矢SV11-V10及V21-V20为平面I上加试重。1所引起的轴承振动的变化，称为试重Q1的效果矢量。方位角为零度的单位试重的效果矢量称为影响系数。因而，我们可由下式求得影响系数。a =匕1 匕0,a =匕1 匕011 Q121Q1（3） 取走Q1,在平面II上加试重Q2=mt2Zp 2, mt2为试重质量，P 2为试重
5、方位角。同样测得轴承A、B的振动量匕2和V22,从而求得效果矢量七2-七。和V22-V20及影响系数a = 0, a =12Q222Q2（4）校正平面I、II上所需的校正质SP1=miZ0 1和p2=m2ze 2,可通过解下列矢量方程 组求得：m1, m2为校正质量，e 1, e 2为校正质量的方位角。a p +a p = -V a p +a p =-V21 122 220a 11ai2a 21a 22 -P、1 =P2V10 V .20（5）根据计算结果，在转子上安装校正质量，重新起动转子，如振动已减小到满意程 度，则平衡结束，否则可重复上面步骤，再进行一次修正平衡。四、实验装置：1. 转子
6、系统（转速04000r/min，临界转速A5000r/min）2. 调速器（调速 5004100r/min）3. 光电变换器（位移0.12000p m）4. 电涡流位移计（频率01000Hz，位移2mm峰峰值）5. 电子天平（2000.01g）6. 微型计算机五、实验步骤：（1）进入“刚性转子动平衡”程序。点击“设备虚拟连接”图标，进入试验设备 的虚拟连接部分，根据实际实验设备的连接情况，参照图四进行连接。连接完毕后点击 “连接完毕”按钮，如连接正确，即可进行下一步测试阶段。（2）将转速控制器转速n设定为1500r/min，起动转子1至2分钟使转速保持稳定。b（3）点击“基频检测”图标，进入基
7、频检测部分。用鼠标左键按下工具栏左边第 一个按钮“开”启动基频检测，用光标可以进行A、B两通道的显示切换，待读数基本稳 定后，分别记录转子原始不平衡引起（A、B）两轴承座振动位移的幅值和相位角V10Z * V20Z 2。（4）转速回零。在I平面（1号圆盘）上任选方位加一试重m，记录m的值（用t1t1天平测量，可取值在610克之间）及固定的相位角6 1 （从黑带参考标记前缘算起。顺 转向为正）。注意：在加试重时，不要触碰参考面（2号圆盘）上的探头，启动转子之 前先用手慢慢转动圆盘，确认转子与探头没有碰触现象，间隙在1哑左右，否则报告教 师重新调整探头位置。（5）启动转子调到平衡转速nb，测出I平
8、面加重后轴承座振动位移幅值和相位角（V11 和 V21）。（6）转速回零。拆除m“，在II平面上任选方位加一试重mt2。测量记录mt2及其方位角6 2。（7）转速重新调到nb。测出II平面加试重后，轴承座振动位移幅值和相位角（V12 和匕2）。（8）转速回零。取走mt2，单击“动平衡计算”图标进入动平衡计算部分，根据程 序运行过程的提示，输入上述测量记录的数据。在CRT显示计算校正质量。（9）根据求出的校正质量（平衡质量）m1、m2及校正质量的相位角8 1、0 2,在校 正平面I、II重新加重。然后将转速重新调到气，再测量记录两个轴承座残余振动的幅值 和相位角。（10）转速回零。再返回“动平衡
9、计算”部分，计算平衡率（即平衡前后振动幅值 的差与未平衡振幅的百分比），如高于70%,实验可结束。否则应寻找平衡效果不良原 因重做。（11）停机、关仪器电源、拉电闸。拆除平衡质量，使转子系统复原。六、数据记录及数据处理:平衡转速nb=1500 r/min实验日期：2012.11.15A轴承I平面B轴承II平面幅值相位幅值相位原始振动V1O, V 205.8 旦 m39deg3.5 旦 m168degI平面试重Q18.49g270degV11，V2111.3 旦 m56deg4.1 四 m123degII平面试重Q 28.49g120degV 12，V 226.2 旦 m28deg6.6 旦 m
10、261deg计算校正量P/P 29.63g57.4deg7.03g202.1deg实际加重质量mem29.60g58deg7.05g202deg平衡后振动V1, V 20.7 旦 m332deg0.5 旦 m334deg*平衡率n1,n 287.93%85.71%七、分析讨论:(1) 实测数据矢量关系图:（2）实验结果分析：实验中通过刚性转子动平衡校正，平衡率n1,n2分别达到 87.93%和85.71%，满足实验要求。由实验结果可验证理论。另外，实验的 主要误差来源之一是固定加载物的位置与计算值有一定偏差，其二是可能 无法找到质量与计算结果完全相同的加载物。（3）实验方法讨论：实验过程中老师介绍的差量法适用于无法恰好找到与计算 值相等的加载物的情况。主要操作步骤是称取两份加载物，使质量之差为 所求理论质量值，将大质量加载物固定于所求角度值处，另一小质量加载 物固定在对面相差180处。这个方法可以一定程度上改善实验条件，但 另一方面也增加了加载物固定位置带来的实验误差。另外，实验使用数字 化测量的手段，将各种测量值（如位移）转化为电信号，增加测量精度， 方便数据处理的同时也简化了测量过程。
