机械动平衡一、实验目的1.学习和研究回转构件动平衡的实验方法。2.掌握工业用硬支承动平衡机的基本工作原理和操作方法。二、实验测试对象工件质量在3-300Kg的回转构件。三、实验测试仪器设备1.H50B型硬支承动平衡机。2.试件（在校正平面上具有校正孔的转子）。3.平衡质量（与校正孔相应的螺钉、螺母和垫圈以及适量的橡皮泥）。4.普通天平。5.钢皮尺。6.活动螺丝扳手。四、硬支承平衡机的原理1.关于平衡机的分类按照平衡转速的角频率（の）与平衡机一一支承架（包括转子）系统的共振角频率（の。）的关系，平衡机可分为三类。（1）软支承平衡机L平衡转速大于参振系统共振频率的平衡机，一般取0>20。。（2）半硬支承平衡机平衡转速低于参振系统共振频率的平衡机，一般取0.30%<0<0.50g。（3）硬支承平衡机平衡转速低于参振系统共振频率的平衡机，一般取0<0.30。2.测量原理分析（1）不平衡力从测量平面到校正平面上的换算在硬支承平衡机中，轴承支架的刚度较高。由于不平衡所产生的离心力，不能使轴承支架产生摆动。因而工件与轴承支架几乎不产生振动偏移，这样不平衡力就可以被认为是作用在简支梁上的静力，因此可以用单纯静力学原理来分析工件的平衡条件。根据刚性转子的平衡原理，一个动不平衡量的刚性转子，总可以在两个
机械动平衡 一、实验目的 1．学习和研究回转构件动平衡的实验方法。 2．掌握工业用硬支承动平衡机的基本工作原理和操作方法。 二、实验测试对象 工件质量在 3-300Kg 的回转构件。 三、实验测试仪器设备 1. H50B 型硬支承动平衡机。 2. 试件（在校正平面上具有校正孔的转子）。 3. 平衡质量（与校正孔相应的螺钉、螺母和垫圈以及适量的橡皮泥）。 4. 普通天平。 5. 钢皮尺。 6. 活动螺丝扳手。 四、硬支承平衡机的原理 1．关于平衡机的分类 按照平衡转速的角频率（ ）与平衡机——支承架（包括转子）系统 的共振角频率（ 0 ）的关系，平衡机可分为三类。 （1）软支承平衡机 平衡转速大于参振系统共振频率的平衡机，一般 取 20。 （2）半硬支承平衡机 平衡转速低于参振系统共振频率的平衡机，一般 取 0 5 0 0.3 0. 。 （3） 硬支承平衡机 平衡转速低于参振系统共振频率的平衡机，一般 取 3 0 0. 。 2．测量原理分析 （1）不平衡力从测量平面到校正平面上的换算 在硬支承平衡机中，轴承支架的刚度较高。由于不平衡所产生的离心力， 不能使轴承支架产生摆动。因而工件与轴承支架几乎不产生振动偏移，这样 不平衡力就可以被认为是作用在简支梁上的静力，因此可以用单纯静力学原 理来分析工件的平衡条件。 根据刚性转子的平衡原理，一个动不平衡量的刚性转子，总可以在两个
校正面上减去或加上适当的质量来达到动平衡。转子旋转时，支架上的轴承受到不平衡的交变动压力，它包含着不平衡的大小和相位的信息。为了精确、方便、迅速地测量转子的动不平衡，通常把这一非电量检测转换成电量检测。本机用压电传感器作为机电换能器。由于压电传感器是装在支承轴承处，故测量平面位于支承平面上。但转子的两个校正平面根据各种转子的工艺要求（如形状、校正手段等），一般选择在轴承以外的各个不同位置上，所以有必要把支承处测量到的不平衡力信号换算到两个校正平面上，这可以利用静力学原理来实现。（2）校正平面不平衡相互影响的消除在硬支承平衡机中，工件两校正平面不平衡的相互影响是通过两校正平面间距离b和校正平面至左、右支承中心间距离a和c来调整给予解决。因a、b、c这三个几何参数可以很快地从平衡的转子上测量确定，故动平衡效率得以大大提高。bfRLmR图1转子形状和装载方式（3）校正平面上不平衡量的计算如图1所示，若已知a、b、c、rl、r2、の和FL、FR（可由传感器测得）时，就可求解M1、mR，当刚性转子处于动平衡时，必须F=0、M=C的初始条件，对于硬支承平衡机则可静力学原理列出下列方程：(1)FL+FR-JL-JR=0(2)F,·a+fr·b-Fr·(b+c)=0由（2）式可得：R=(I+S)FR-2F(3)hn由（3）式代入（1）式可得：
校正面上减去或加上适当的质量来达到动平衡。转子旋转时，支架上的轴承 受到不平衡的交变动压力，它包含着不平衡的大小和相位的信息。 为了精确、方便、迅速地测量转子的动不平衡，通常把这一非电量检测 转换成电量检测。本机用压电传感器作为机电换能器。由于压电传感器是装 在支承轴承处，故测量平面位于支承平面上。但转子的两个校正平面根据各 种转子的工艺要求（如形状、校正手段等），一般选择在轴承以外的各个不 同位置上，所以有必要把支承处测量到的不平衡力信号换算到两个校正平面 上，这可以利用静力学原理来实现。 （2）校正平面不平衡相互影响的消除 在硬支承平衡机中，工件两校正平面不平衡的相互影响是通过两校正平 面间距离 b 和校正平面至左、右支承中心间距离 a 和 c 来调整给予解决。因 a、b、c 这三个几何参数可以很快地从平衡的转子上测量确定，故动平衡效 率得以大大提高。 图 1 转子形状和装载方式 （3）校正平面上不平衡量的计算 如图 1 所示，若已知 a、b、c、r1、r2、ω 和 FL、FR（可由传感器测 得）时，就可求解 Ml、mR，当刚性转子处于动平衡时，必须 F = 0、M = 0 的初始条件，对于硬支承平衡机则可静力学原理列出下列方程： FL + FR − f L − f R = 0 （1） FL • a + f R • b − FR • (b + c) = 0 （2） 由（2）式可得： R R FL b a F b c f = (1+ ) − （3） 由（3）式代入（1）式可得：
L=(I+)FI -SFR(4)6显然：fR=mRor,.0?(5)fi=m,or.o?(6)将（5）式、（6）两式代入（3）式、（4）式可得：1aF,]+S)FR(7)3031+mRbba)FCFRl(8)mi101+bbro公式（7）、（8）的物理意义：1.如果转子的几何参数和平衡转速の已确定，则校正平面上应加或减的校正质量，可以直接测量出来，并以“克”数显示。2.转子校正平面之间的相互影响是由支承和校正平面的位置尺寸a、b、c所确定的，故不需要校正转子和调整运转实验，就能在平衡前预先进行平面分离和校正。上述两项物理意义恰好表明了硬支承平衡机所具有的特点。根据不同形状的转子，按其校正平面与支承之间的相对位置，可以有六种不同的装载形式。这六种装载形式的平衡方程通过计算，可以得到四组用来模拟运算的方程式，见下表：表1转子装载形式及模拟运输方程模拟运算方程转子装载形式Ji=(1+g)FL-%FRbbFLaFJR=(1+S)FRY
L L FR b c F b a f = (1+ ) − （4） 显然： 2 f R = mR • r2 • （5） 2 f L = mL • r1 • （6） 将（5）式、（6）两式代入（3）式、（4）式可得： [(1 ) ] 1 2 2 R R FL b a F b c r m = + − （7） [(1 ) ] 1 2 1 L L FR b c F b a r m = + − （8） 公式（7）、（8）的物理意义： 1．如果转子的几何参数和平衡转速 ω 已确定，则校正平面上应加或减 的校正质量，可以直接测量出来，并以“克”数显示。 2．转子校正平面之间的相互影响是由支承和校正平面的位置尺寸 a、b、 c 所确定的，故不需要校正转子和调整运转实验，就能在平衡前预先进行平 面分离和校正。 上述两项物理意义恰好表明了硬支承平衡机所具有的特点。 根据不同形状的转子，按其校正平面与支承之间的相对位置，可以有六 种不同的装载形式。这六种装载形式的平衡方程通过计算，可以得到四组用 来模拟运算的方程式，见下表： 表 1 转子装载形式及模拟运输方程 转子装载形式 模拟运算方程 L L FR b c F b a f = (1+ ) − R R FL b a F b c f = (1+ ) −
f=0KbbaF)FRJR=(1-bbFhhF-bbc2FRbbcafR=(1-OFF,1bb五、刚性转子动平衡实验动平衡机根据振动原理设计，转子的支承采用H型支架，具有支承刚度高，恢复力强，稳定性好的特点。机电换能器采用压力传感器，其特点是输出量较大，体积小，可靠性好，便于安装。当转子1回转时，由于不平衡质量的存在，将产生离心惯性力，通过压力传感器对振动位移信号拾取，产生周期变化的感应电动势，不平衡量愈大，感应电动势愈强列，由此获得不平衡量大小。不平衡量方向角由光电头（光电传感器）测量，需在被测工件上设置不反光标记，以此作为方向角定位。上述信号通过电子线路进行放大
L L FR b c F b a f = (1− ) + R R FL b a F b c f = (1− ) + L L FR b c F b a f = (1− ) − R R FL b a F b c f = (1+ ) + L L FR b c F b a f = (1+ ) + R R FL b a F b c f = (1− ) − 五、刚性转子动平衡实验 动平衡机根据振动原理设计，转子的支承采用 H 型支架，具有支承刚度 高，恢复力强，稳定性好的特点。机电换能器采用压力传感器，其特点是输 出量较大，体积小，可靠性好，便于安装。当转子 1 回转时，由于不平衡质 量的存在，将产生离心惯性力，通过压力传感器对振动位移信号拾取，产生 周期变化的感应电动势，不平衡量愈大，感应电动势愈强列，由此获得不平 衡量大小。不平衡量方向角由光电头（光电传感器）测量，需在被测工件上 设置不反光标记，以此作为方向角定位。上述信号通过电子线路进行放大
滤波等处理，最后通过外设（显示仪器）将转子平衡时的转速、不平衡的量值、相位全部显示出来。根据平衡基本理论，对于质心与转动中心不同的回转构件，它的不平衡都可以认为是在两个任选回转面内，由向量半径分别为工和2的两个不平衡质量m和m所产生。因此，只需针对m和m进行平衡就可以达到回转构件动平衡的目的。使用动平衡机，分别测试所选定平衡校正平面内相应的不平衡质径积mri和mzr2的大小和相位，并加以校正，最后达到所要求的动平衡。动平衡机的电路原理框图如图2所示。光电传感器锁相环ROM搬动传感器前置滤波程控放大跟踪虑波器1数据采集器图2动平衡机电路原理框图1.操作前的准备工作1）根据校验转子轴颈支承点的距离位置，调整好左右支承架的位置，并紧固好。同时参照滚轮架标尺按转子的轴颈尺寸及转子轴线的水平状态调节好支承片或滚轮的高度，使转子转动时不致左右窜动。2）做好清洁工作，特别是轴颈和支承接触的表面。转子轴颈的表面粗糙度不应大于Ra1.6，轴颈的圆度不大于6级。在转子安放好以后，支承处应加少量的润滑油。安放转子要轻放，避免与滚轮及支承架撞击。3）调整好支承架上的限位支架及安全架，防止转子轴向窜动，避免不安全事故。4）转速的选择。按校验转子的质量、转子的外径、初始不平衡量及驱动功率来选择平衡转速。并按电机转速、转子传动处直径调整好传动机构。若转子的初始不平衡量较大，甚至引起转子在支架上的跳动时，要先用低速校正平衡，有的转子虽然重量不大，但外径较大或带有风叶影响到驱动功率时，先用低速校正。因此在平衡转子选择平衡转速时需符合下列两个极限值。a.Gn2≤143×10°kg/min2b.GD'n?当N=0.55KW时，GDn2≤1.6×10°kgm2/min
滤波等处理，最后通过外设（显示仪器）将转子平衡时的转速、不平衡的量 值、相位全部显示出来。 根据平衡基本理论，对于质心与转动中心不同的回转构件，它的不平衡 都可以认为是在两个任选回转面内，由向量半径分别为 r1和 r2的两个不平衡 质量 m1和 m2所产生。因此，只需针对 m1和 m2进行平衡就可以达到回转构件 动平衡的目的。使用动平衡机，分别测试所选定平衡校正平面内相应的不平 衡质径积 m1r1和 m2r2的大小和相位，并加以校正，最后达到所要求的动平衡。 动平衡机的电路原理框图如图 2 所示。 图 2 动平衡机电路原理框图 1．操作前的准备工作 1）根据校验转子轴颈支承点的距离位置，调整好左右支承架的位置， 并紧固好。同时参照滚轮架标尺按转子的轴颈尺寸及转子轴线的水平状态调 节好支承片或滚轮的高度，使转子转动时不致左右窜动。 2）做好清洁工作，特别是轴颈和支承接触的表面。转子轴颈的表面粗 糙度不应大于 Ra1.6，轴颈的圆度不大于 6 级。在转子安放好以后，支承处 应加少量的润滑油。安放转子要轻放，避免与滚轮及支承架撞击。 3）调整好支承架上的限位支架及安全架，防止转子轴向窜动，避免不 安全事故。 4）转速的选择。 按校验转子的质量、转子的外径、初始不平衡量及驱动功率来选择平衡 转速。并按电机转速、转子传动处直径调整好传动机构。若转子的初始不平 衡量较大，甚至引起转子在支架上的跳动时，要先用低速校正平衡，有的转 子虽然重量不大，但外径较大或带有风叶影响到驱动功率时，先用低速校正。 因此在平衡转子选择平衡转速时需符合下列两个极限值。 a. 2 6 2 Gn 14310 kg / min b. 2 2 GD n 当 N=0.55KW 时， 2 2 6 2 2 GD n 1.610 kgm / min