2022年转动平衡 .pdf

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1、刚性转子动平衡实验报告1)()()(zjuzuuyzz一、实验理论依据1、实验意义：机械传动中离不开转子的旋转运动，转子旋转时，如果其质量中心偏离旋转中心就会产生振动。机器主轴长期振动会造成磨损,机械加工中，振动会导致被加工工件的质量劣化，由振动而产生的噪声会造成环境污染。长期以来人们一直致力于降低与消除转子的质量偏心，从而使转子达到动态平衡。动平衡技术是指旋转机械在与其工作状态相同或相近的转速、安装条件、支承条件和负载情况下，对其进行振动测量或平衡校正的一种平衡方法。实践证明，50%以上的机械振动可以归结为“不平衡”造成的。所以，成功地消除或减小转子不平衡是降低机械振动的主要手段。平衡不仅是

2、技术上的要求，也是经济效益的需要。随着科学技术的进步、计算机、新型传感器、智能仪器等新技术的应用，推动了转子动平衡技术的快速发展。更高的平衡精度，更便捷的平衡方法是人们追求的目标。本实验正是通过对一阶临界转速的测量来观察振动带来的危害，并设法校正。2、实验目的：（1）巩固动平衡的理论知识，了解转子不平衡存在的原因及危害。（2）掌握动转子动平衡的工作原理及平衡基本方法。（3）理解一阶临界转速含义及实验方法。3、实验原理：凡可在两个（任选）校正平面上进行校正，并且校正后在任意转速直至最高工作转速，它的不平衡量不会明显超过平衡允差（相对于轴线），其中转子运行条件近于最后支撑系统的条件，这样的转子可认

3、为是刚性转子。一个转子的不平衡分布函数是空间的和随机的，可以表示为式（1-1），这个分解可以用图 1.2 来表示（1-1）名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 11 页 -刚性转子动平衡实验报告2 0)(0)(iiNyNyyzyWzdzzuWdzzui0)(0)(iiNzNxzzxWzdzzuWdzzui图 1 函数分解示意图对上图中两个平面力系分别建立平衡方程：（1-2）（1-3）式中 Wx 和 Wy 分别为 x 向与 y向的校正量，izzi 为校正量所在的轴向坐标，N 为校正量个数，下标i 为校正量序数，这两组方程都只有N=2 时才有唯一解，所以为了平衡)(zux和

4、)(zuy，必须和只要有1xW、2xW、1yW和2yW四个校正量就足够了，只要安排1xW 和1yW在同一轴截面上，2xW 和2yW也在同一轴截面上，它们就可以合并成两个校正量：（1-4）如果将式 1.3 中的二式都乘以j，然后分别与式 1.2中的两式相加，整理后即得（1-5）这就是刚性转子的动平衡方程，其中第一式称为力平衡方程，第二式称为力偶平衡方程，从这组方程的可容性可知，只有当N=2时才有唯一解。由此可见，尽管分布函数 u 是空间任意矢量，但也只要两个校正量就足够了，并且方程并未对校正量的轴向位置提出什么要求，这也是刚性转子定义的理论根据。具体地说，如果 u 是表现在平面 I 和平面 II

5、 上的不平衡量 U1 和 U2，那么在这两个平面上所需要的两个校正量W1 和 W2 必须满足下列条件：W1+U1=0；W2+U2=0。刚性转子动平衡的目标是使离心惯性力的合力和合力偶矩的值趋近于零。为此，我们可以在转子上任意选定两个截面I、II-称校正平面，在离轴心一定距离r1、r2一称校正半径，与转子上某一参考标记成夹角1、2处，分别附加一块质量为 m1、m2的重块一称校正质量。如能使两质量m1和 m2的离心惯性力（其大222111yxyxjWWWjWWW0)(0)(iNiNizWzdzzuWdzzu名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 11 页 -刚性转子动平衡实验

6、报告3 小分别为 m1r12和 m2r22，为转动角速度）的合力和合力偶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，如下图2 所示，图 2 转子机构示意图实验中采用两平面影响系数法来使转子达到平衡，其过程如下：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 V10=V101和 V20=V202，其中 V10和 V20是振动位移，速度或加速度的幅值，1和 2是振动信号对于转子上参考标记有关的参考脉冲的相位角。根据转子的结构，选定两个校正面I、II 并确定校正半径r1、r2。先在平面 I上加一试重 1=mt11，其中 mt1=1为

7、试重质量，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承A、B 的振动量 V11和 V21。矢量关系见图二 a，b。显然，矢量 V11-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1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，我们可由下面式子求影响系数。（1-6）（1-7）取走 1，在平面 II 上加试重 2=mt22，mt2=1为试重质量，2为试重方位角。同样测得轴承A、B 的振动量 V12和 V22，从而求得效果矢量V12-V10和 V22-V20（见图二 c，d）及影响系数（1-8）（1-9）名师资料总结-精品资料

8、欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 11 页 -刚性转子动平衡实验报告4 校正平面 I、II 上所需的校正量p2=m11和 p2=m22，可通过解矢量方程组求得：(1-10)(1-11)m1=p1，m2=p2 为校正质量，1，2为校正方位角。矢量分解示意图为：图 3 两平面影响系数法矢量分解示意图二、实验仪器与装置实验采用南京东大测试仪器厂生产的多功能振动实验台进行实验，按照两平面影响系数法进行动平衡，其主要由以下几部分构成：a.模拟转子振动试验台本体（可对转子轴系的构成型式作不同组合，人为制造各类振动故障）b.转子动平衡试验台本体名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，

9、共 11 页 -刚性转子动平衡实验报告5 c.ZXP-1600 振动数据采集分析系统或EMT690C设备故障综合诊断系统d.各类振动传感器、转速传感器、相位传感器其试验台实物图如下所示：图 4 实验系统图表 1 实验材料及仪器统计表仪器名称数量技术参数要求转子系统1 转速：02500 临界转速 3000 电子天平1 精度 0.001g 光电变换器1 位移：0.12000m电涡流位移计2 频率：01000Hz 位移：2mm 峰峰值调速计1 调速：5005000r/min 实验台主要有以下两个部分构成：（1）主体骨架转子系统转子轴上固定有六个圆盘，两端用含油轴承支承。电动机通过轴 管拖动 转 轴，

10、用 调速器调节转速。最高工作转速为5000r/min，高于刚性转子的一阶临界转速。（2）16通道振动测试分析系统名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 11 页 -刚性转子动平衡实验报告6 图 5 振动分析测试系统界面由传感器感应到的信号经过测试系统处理分析后，直接显示到图5 的界面上，方便实验者读取分析。三、实验步骤及故障诊断 1、实验步骤（1）启动机器，均匀调动转子的转速至5000 r/min，并间隔记录轴承 A的振幅，绘制转速幅值曲线，并确定一阶临界转速。（2）开起并调校好动平衡测试仪，在A、B 两端轴承上装好测振传感器和相位传感器，接好连线。（3）测试并记录 A、

11、B两侧原始振动的振幅。（4）停下转子，按经验公式计算一试加重量加工并称量后，先加入A 侧轮盘燕尾槽中。（5）第二次起动转子达试验转速（5000 r/min），测试记录 A、B 两侧新的振动动平衡结束，如果不平衡重新调整加重重量重新实验，直至平衡为止。2、转动机械故障诊断流程旋转机械常见的故障有以下两种：(1)强度不足造成断裂破坏事故(2)产生振动，很多故障的表现形式为机组的振动转动机械故障诊断流程图如下所示：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 11 页 -刚性转子动平衡实验报告7 是变化后变化前否轴承（或转子）振动过测定振幅、相位、振动频率或频谱低频、工频、倍频、高频

12、低工倍高轴 瓦 自 激振 动 分 谐波 共 振 汽检测轴承座动刚度高次谐波共振电磁激振径向刚度不对称引起的振动高次谐波共振电磁激振传动齿轮的撞击或活动式联轴器的磨损确 定 振轴承座动刚度正常轴承座动刚度低确 定 振确 定 振动原因确 定 振振动力过大是 振 动原 因 之轴颈不固、联轴器连接偏心、不对称电磁力、活动式联轴器磨损过大振 动 原过大的激振力是转子不平衡力确定哪一个转子不平确定转子平衡变化的原因验 证 试诊 断 结确定振动原确定振动原否名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 11 页 -刚性转子动平衡实验报告8 五、实验数据记录和数据处理(1)先寻找转子的一阶临界

13、转速，转子平衡时的转速应小于或大于一阶临界转速。实验过程中先启动转子，均匀调速至5000 r/min，记录各轴承刚座及转子的幅值变化情况，如下表所示：表 2 转子上有螺钉时各测试点振幅与转速关系转速 n 振幅1 2 3 4 9 10 11 16 1899 1 2 0 1 86 88.5 63 73 1920 3 3 1 1 94 88 72 78 2021 4 4 1 1 93 87 75 79 2208 7 6 2 1 93 78 81 84 2476 4 5 2 2.5 102 82.5 100 95.5 2659 7 7 4 5 105 83.5 111 104.5 2884 4 5 6

14、 8 107 88.5 135 122 3043 7 6 14 19 108 86 172 150 3159 4 4 10 14 117 90 191 146 3260 5 9 4 8 111.1 95 220 191 3443 12.5 19 4 5 109.5 97.5 174 328.5 3552 13 24 5.5 7 139.5 88 235 389 3639 7 17.5 6 7 162 116 140 311 3973 14 25 7.5 3 113 143.5 77 181 3990 15 27 9 5 136.5 134 85 160.5 4092 14.5 27 11 6

15、153 107.5 75 141 4355 17 27 11 9 120 70.5 84 97.5 4448 20 29 12 10 110.5 79 84.5 83.5 4588 24 33 16 14 129 92 85 95.5 4715 28 37 19 16 141 109 85 95.5 4853 25 34 19 18 120 109 78.5 114.5 5049 20 20 17 17 102 113.5 65 118 从上表可以看出，随着转速的提高，刚性转子的振幅9、10、11、16 先增加后减少，在 3552转左右振幅最大，因此一阶转速应该是在3500 转左右；轴承座的振

16、幅 1、2、3、4 一直在增加，但和转子相比振幅增加很少。而转子径向和轴向的振幅随转速变化相对更加明显，以16 号为例，图 6 为转子振幅随转速变化关系：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 11 页 -刚性转子动平衡实验报告9 图 6 转子振幅随转速变化关系为了比较分析转子在不同情况下转子振动情况，我们取下螺钉后再次测试了转子的振动情况，数据记录如表3：表 3 转子上无螺钉时各测试点振幅与转速关系转速 n 振幅1 2 3 4 9 10 11 16 1783 1 1 0 1 88 83 65 71 1897 3 2 1 1 92.5 83.5 77 82 2065 7

17、5 1 1 94 83 82 80 2270 6 5 2 1 93 75 91 87.5 2565 4 5 3 3.5 103 83 110.5 98.5 2670 7 7 4 5 107.5 89 124 104 2903 5 6 7 9 104.5 95 161 148.5 3024 6 6 15 20 111 90 196 131 3086 4 5 11 16 112.5 84 225 141.5 3112 4 5 10 15 112 88 236 134 3206 6 9 6 10 113 89 271 193.5 3289 10 16 2 6 108 89 290 246 3326

18、18 21 4 6 90 93 289 329.5 3418 33 30 7 6 87 94 316.5 444 3478 19 33 8 8 101 83 324 495 3619 5 12 4 8 180 122 154 325 3641 3 12 4 8 177 110.5 135.5 313.5 3953 15 23 7 3 104.5 114 102 193 4013 18 29 11 5 134 116.5 101.5 173.5 4085 17 29 11 7 140 100 105 156.5 4221 19 29 13 10 134 66.5 111 132.5 4448 2

19、1 29.5 13 11 110.5 83 107.5 110 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 11 页 -刚性转子动平衡实验报告10 4536 24 33 15 12 107.5 94 109.5 110 4646 24 33 15 12 107.5 94 109.5 110 4761 28 39 20 18 142 110 102 113 4848 27 37 21 19 139 111.5 99 135.5 4938 25 33 20 18 115.5 112.5 89.5 135 5186 19 24 11 9 108 115 71.5 131.6 图 7

20、 转子振幅随转速变化关系从图 7 可以看出，取下螺钉后转子振幅变化规律与有螺钉时一致，但是最大的振幅却不相同，由图 8 我们可以发现，取下螺钉后在一阶临界转速附近转子振幅比以前明显增大，说明加上螺钉起到了平衡的作用。图 8 转子上有无螺钉时转子振幅与转速关系比较图 8 中上面的一条曲线是去掉螺丝钉时振幅曲线；下面的一条是有螺丝钉时的振幅曲线。从图中可看出，转子转速在3500r/min 附近，转子的振幅达到最大值，这说明该转子的一阶临界转速在3500r/min 附近。本次实验只在转子上加上了校正质量也没测相位以及增加试重后转子的振名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 1

21、1 页 -刚性转子动平衡实验报告11 幅，因而在使用两平面系数法求解中遇到了困难，但是我们对转子上有无螺钉两种情况下转子振动振幅随转速的变化情况进行也实验记录。对实验数据的分析可以看出，在转子上增加螺钉后，轴承和转子的振动振幅均减小明显。统计在临界转速附近轴承和转子的数据对比情况如表4 所示：表 4 实验数据记录表4 16 原始振动（um）33 495 添加的质量(g)0.4 0.4 添加后振动（um）24 389 平衡率24.24%21.41%六、动平衡结果分析及对试验的改进建议1、动平衡结果分析运动机械由于安装偏心或者是本身质量不均衡，因此在转动过程中不可避免的产生振动。转子的振动随转速的

22、增加而变化，当转子的转速低于临界转速时，振幅随转速的上升而上升；当转子的转速高于临界转速时，随着转速的上升振幅趋于一个较小的定值。在转速接近转子的固有频率的时候，就会发生共振，从而使振动幅度大幅增加。通过实验测定可看出转子转动的一阶临界转速大约是3500 r/min，通过调整转子质量可以有效的减少共振的振幅。转动机械在运行过程中一定不要在临界转速附近工作，最好是高于或者低于临界转速。2、实验的改进建议(1)在测振幅记录的过程中，要等到数值稳定后再做记录，否则，会造成读数不准，进而在校核过程中产生较大的误差，增加工作量。(2)实验台时间长了，没办法真正做两平面校正法，希望学校能换更新一下实验设备，真正让我们动手做，提高我们的动手实践能力。七 参考文献1.虚拟动平衡测试系统研究温静馨，马春青微型机与应用2009 年第 21 期2.2 唐治宏，刘景能，黄炳琼，等.基于 LabVIEW 的便携式动平衡测试系统研究J.装备制造技术，2007(6).3.动平衡测试系统中支撑部件的故障分析与研究刘建周晓东机械制造第47 卷第 543 期4.叶能安余汝生动平衡原理与动平衡机M.武汉：华中工学院出版社，1985.名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 11 页 -