力学基础教学实验中心 理论力学振动实验（三） 祖正华 2014-10.

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1 力学基础教学实验中心 理论力学振动实验（三） 祖正华

2 一、概 述： 常用的机械中包含着大量作旋转运动的零部件—称为回转体。在理想的情况下回转体旋转与不旋转，对轴承所产生的压力不变，这样的回转体是平衡回转体。 通常机械中的各种回转体，由于材质不均匀、毛坯缺陷、联轴器不平衡、键槽不对称、加工及装配中产生的误差、回转体在旋转过程中产生的腐蚀、磨损及热变形，甚至设计时就具有非对称的几何形状等多种因素，使得回转体在旋转时，其上每个微小质点所产生的离心惯性力不能相互抵消，这种不平衡的离心惯性力作用在轴承上，将引起振动，产生了噪音，加速轴承磨损，以致严重影响产品的性能和寿命，严重时会造成破坏性事故。 这些因素所造成的不平衡量一般都是随机的，无法进行计算，需要通过静平衡和动平衡来测定并校正，使其降低到允许的范围内。 应用最广的动平衡方法有：工艺平衡法、现场动平衡法、振型平衡法、相对相位法、三点平衡法、划线法和两平面影响系数法等。

3 动平衡实例一

4 汽轮机转子动平衡实例二

5 转子动平衡实例三

6 二、动不平衡造成的危害 离心惯性力的危害性： 1、在运动副中引起附加动压力 ω 2、增加构件的内应力 3、使机械及基础产生振动 摩擦力
圆盘转动时由于质量偏心而引起不平衡的惯性力对轴承产生交变的附加动压力，使支承座系统产生剧烈振动。 1、在运动副中引起附加动压力 摩擦力 磨损 ， ω 2、增加构件的内应力 内应力 强度 离心惯性力ma 3、使机械及基础产生振动 1、气轮发电机组；风机 2、机床主轴；传动轴 3、汽车轮胎；砂轮 工作精度 可靠性 疲劳强度 产生共振 噪音 引起重大事故

7 三、定义： b 1、转子：绕固定轴旋转的构件称为转子 2、刚性转子平衡 3、动平衡的目的：是消除转子对轴承座的附加动压力。
1、对于b/D <0.2的转子可近似认为质量分布在同一回转平面内 称为静不平衡转子。 b D 2、对于b/D ≥0.2的转子质量就不能分布在同一回转平面内而往往是分布在若干个不同的回转平面内------称为动不平衡转子。 1、刚性转子： （构件旋转时不发生明显的变形） 2、挠性转子： （构件旋转时发生明显的变形） 静平衡：重力试验使惯性力的合力为零 2、刚性转子平衡 动平衡：旋转试验使惯性力的矢量和为零 3、动平衡的目的：是消除转子对轴承座的附加动压力。

8 四、实验原理： 两平面影响系数法 ω 1、在转子上任意选定两个截面I、II称为校正面； 2、在离轴心一定距离上选定 为半径称为校正半径；
2、在离轴心一定距离上选定 为半径称为校正半径； 3、在与转子某一参考标记成 夹角处，分别附加一块质量为 的重块称为校正质量。 如能使两质量 所产生的离心惯性力的合力和合力偶矩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而该实验方法称为两平面影响系数法。 Ⅰ截面 Ⅱ截面 ω Ⅰ截面 Ⅱ截面 轴承座A 轴承座B

9 两平面系数影响法——图解 轴承 凸轮

10 四、实验测试装置框图 Ⅰ Ⅱ A轴承座；B轴承座；Ⅰ和Ⅱ为校正平面 A B 自偶调压器 电子天平 计算机 转子系统 相位计 电涡流位移计
数据采集器 放大器 转速计 电动机 ω 校正平面

11 五、实验目的： 六、实验步骤 1、掌握刚性转子动平衡的基本原理与步骤； 2、了解动静法的工程应用。 两平面影响系数法的步骤如下：
1、在每分钟1200转下，检测原始不平衡系统引起的轴颈A、B在某方位的振 动量的幅值以及振动信号对于转子上参考标记有关的参考脉冲的相位角。 2、根据转子的结构，选定两个校正面Ⅰ、Ⅱ并确定校正半径 。先 在平面Ⅰ的 角上加一试重 其中 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颈A、B的振动量。 3、取走 ，在平面Ⅱ的 角上加试重 ； 为试重方位角。同样测 得轴颈A、B的振动量。 4、在计算机上算出效正质量 及试重方位角 ； 5、根据计算结果，在Ⅰ面上的 角度上安装校正质量 ，在Ⅱ面上的 角度上安装校正质量 ，重新起动转子，如振动幅值已减小到满意程 度，则平衡结束，否则可重复上面步骤，再进行一次修正平衡。

12 七、实验操作步骤： 1 、在1200转下,测量轴颈A、B的原始振动量 1200 89.35 37.26 2.235 1.235

13 2 、在平面Ⅰ上加一试重并以相同转速测量轴颈A、B的振动量
1200 78.00 49.55 1.235

14 3 、在平面Ⅱ上加一试重并以相同转速测量轴颈A、B的振动量
1200 43.00 29.50 1.016

15 4 、计算： 9 12 69 148

16 5 、在平面Ⅰ和平面Ⅱ上分别加试重P1和P2，在相同转速下轴颈A、B的振动量

17 八、实验数据表格 A通道： 振幅=（ ）μm； 相位（度）=（ ）； 第一步：测试原始不平衡量
第二步：在Ⅰ平面试加质量并测试残余不平衡量： Ⅰ平面校正质量（ ）=克； 相位（度）=（ ）； Ⅱ平面校正质量（ ）=克； 相位（度）=（ ）； 第四步：计算校正质量和角度： 第三步：在Ⅱ平面试加质量并测试残余不平衡量： A通道： 振幅=（ ）μm； 相位（度）=（ ）； B通道： 振幅=（ ）μm； 相位（度）=（ ）； 第一步：测试原始不平衡量 试加质量 =（ ）克； 相位（度）=（ ）+180度

18 九、A和B支承座的平衡率计算： 如果平衡率ηA和 ηB达到预期的要求实验完成，否则重做。

19 十、实验报告要求： 1、书写端正、整洁； 2、图表规范、可自行设计； 3、标注正确、全面； 4、实验原理既要有文字叙述，又要有图示；
5、仪器设备既要有文字叙述，又要有系统框图； 6、既要有结论，又要有误差分析； 7、是否有好的建议和要求可以提出。