DB-DPHYL 動平衡原理實驗臺實驗指導(dǎo)書
一、實驗?zāi)康?/strong>
1、 鞏固轉(zhuǎn)子動平衡知識，加深對轉(zhuǎn)子動平衡概念的理解；
2、 掌握剛性轉(zhuǎn)子動平衡實驗的原理及基本方法。
二、實驗設(shè)備與工具
1、動平衡試驗機(jī)
2、試件（試驗轉(zhuǎn)子）
3、天平
4、平衡塊（若干）及橡膠泥（少許）。
三、主要技術(shù)參數(shù)
(1)電動機(jī)轉(zhuǎn)速：1400轉(zhuǎn)/分 ±2 0.01千轉(zhuǎn)/分
(2)方位：0～36.0等分度圓周 ±2 0.1等分
(3)偏量：0～1999g.mm/kg ±2 1g.mm/kg
(4)電源：220V；50HZ；180W （100倍時）
四、實驗原理及步驟
1、動平衡的結(jié)構(gòu)
本實驗采用動平衡實驗臺，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。待平衡的試件1安放在框形擺架的支承滾輪上，擺架的左端與工字形板簧3固結(jié)，右端呈懸臂，電動機(jī)4通過皮帶帶動試件旋轉(zhuǎn)；當(dāng)試件有不平衡質(zhì)量存在時，則產(chǎn)生離心慣性力使擺架繞工字型板簧做上下周期性的微量振動，通過千分表5可觀察振幅的大小。
圖1 轉(zhuǎn)子動平衡實驗臺簡圖
試件的不平衡質(zhì)量的大小和相位可通過安裝在擺架的右端的測量系統(tǒng)獲得，這個測量系統(tǒng)由補(bǔ)償盤6和差速器7組成。差速器的左端為轉(zhuǎn)動輸入端（n1）通過柔性連軸器與試件連接；右端為輸出端（n3）與補(bǔ)償盤相連接。
差速器由齒數(shù)和模數(shù)相同三個圓錐齒輪和一個蝸輪（轉(zhuǎn)臂H）組成。當(dāng)轉(zhuǎn)臂蝸輪不轉(zhuǎn)動時，n3=-n1 即補(bǔ)償盤的轉(zhuǎn)速n3 與試件的轉(zhuǎn)速n1 大小相等轉(zhuǎn)向相反，當(dāng)通過手柄搖動蝸桿8從而帶動蝸輪軸nH 轉(zhuǎn)動時，可得出n3=2nH-n1 ，即n3≠-n1，所以搖動蝸桿可改變補(bǔ)償盤與試件之間的相對角位移。
圖2所示為動平衡機(jī)工作原理圖，試件轉(zhuǎn)動后不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力F=
mr它可分解成垂直分力Fy 和水平分力Fx,由于平衡機(jī)的工字型板簧在擺架在水平方向（繞y軸）的抗彎剛度很大，所以水平分力Fx對擺架的振動影響很小，可忽略不計。而在垂直方向（繞x軸）的抗彎剛度小，因此垂直分力產(chǎn)生的力矩M=Fy×l=
mrlsimφ的作用下，使擺架產(chǎn)生周期性的上下振動。
圖2 動平衡試驗機(jī)工作原理
由動平衡原理可知，任一轉(zhuǎn)子上諸多不平衡質(zhì)量，都可以用分別處于任選兩個平面Ⅰ、Ⅱ內(nèi)，回轉(zhuǎn)半徑分別為rⅠ 、rⅡ ，相位角分別為θⅠ 、θⅡ ，的兩個不平衡質(zhì)量來等效，只要這兩個不平衡質(zhì)量得到平衡，則該轉(zhuǎn)子即達(dá)到動平衡。找出這兩個不平衡質(zhì)量并相應(yīng)的加上平衡質(zhì)量（或減去不平衡質(zhì)量）就是本試驗要解決的問題。
試件在圓盤Ⅰ、Ⅱ各等效著一個不平衡質(zhì)量mⅠ 、mⅡ ，對x軸產(chǎn)生的慣性力矩為：
MⅠ =0、MⅡ=
mⅡrⅡlsin（θⅡ+ωt）擺動振幅y到底灰姑娘力矩MⅡ的最大值成正比：y∝
mⅡrⅡl，而不平衡質(zhì)量mⅠ 產(chǎn)生的慣性力以及皮帶對轉(zhuǎn)子的作用力均通過軸，所以不影響擺架的振動，因此可以分別平衡圓盤II和圓盤Ｉ。本實驗的基本方式是：首先，用補(bǔ)償盤作為平衡平面，通過加平衡質(zhì)量和利用差速器改變補(bǔ)償盤與試件轉(zhuǎn)子的相對角度，來平衡圓盤II上的離心慣性力，從而實現(xiàn)擺架的平衡；然后，將補(bǔ)償盤上的平衡質(zhì)量轉(zhuǎn)移到圓盤II上，再實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的平衡。具體操作如下：
在補(bǔ)償盤上帶刻度的溝槽端部加一適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量，在試件旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下?lián)u動蝸桿手柄使蝸輪轉(zhuǎn)動（正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)），從而改變補(bǔ)償盤與試件轉(zhuǎn)子的相對角度，觀察百分表振動使其達(dá)到最小，停止轉(zhuǎn)動手柄。（搖動手柄要講究方法；蝸桿安裝在機(jī)架上，蝸輪安裝在擺架上，兩者之間有很大間隙，蝸桿轉(zhuǎn)動一定角度后，稍微反轉(zhuǎn)一下，脫離于蝸輪的接觸，這樣才能使擺架自由振動，這時觀察振幅。通過間歇性地使蝸輪向前轉(zhuǎn)動和觀察振幅變化，最終可找到振幅最小的位置。）停機(jī)后在溝槽內(nèi)再加一些平衡質(zhì)量，再開機(jī)左右轉(zhuǎn)動手柄，如振幅已很�。ㄇХ直頂[動±2-3格）可認(rèn)為擺架已達(dá)到平衡。亦可將最后加在溝槽內(nèi)的平衡質(zhì)量的位置沿半徑方向作一定調(diào)整，來減小振幅。將最后調(diào)整到最小振幅的手柄位置保持不動，停機(jī)后用手轉(zhuǎn)動試件使補(bǔ)償盤上的平衡質(zhì)量轉(zhuǎn)到最高位置。由慣性力矩平衡條件可知，圓盤II上的不平衡質(zhì)量 必在圓盤II的最低位置。再將補(bǔ)償盤上的平衡質(zhì)量
按力矩等效的原則轉(zhuǎn)換為位于圓盤II上最高位置的平衡質(zhì)量
，即可實現(xiàn)試件轉(zhuǎn)子的平衡，根據(jù)等效條件有：
（1）式中各半徑和長度含義見圖2，其中
，而
由補(bǔ)償盤溝槽上的刻度讀出。補(bǔ)償盤上若有多個平衡質(zhì)量，且裝加半徑不同，可將每一平衡質(zhì)量分別等效后求和。在平衡了圓盤II后，將試件轉(zhuǎn)子從平衡機(jī)上去下，重新安裝成以圓盤II為驅(qū)動輪，再按上述方法求出圓盤I上的平衡質(zhì)量，整個平衡工作才算完成。
平衡后的理想情況是不再振動，但實際上總會殘留較小的殘余不平衡質(zhì)量
。通過對平衡后轉(zhuǎn)子的殘留振動振幅
測量，可近似計算殘余不平衡質(zhì)量。殘余不平衡質(zhì)量的大小在一定程度上反映了平衡精度。殘余不平衡質(zhì)量可由下式求出：
×平衡質(zhì)量 （2）2．實驗步驟
1）將試件轉(zhuǎn)子安裝到擺架的滾輪上，把試件右端的法蘭盤與差速器軸端的法蘭盤用線繩松松地捆綁在一起組成一個柔性聯(lián)軸器。裝上傳動皮帶。
2）用手轉(zhuǎn)動試件和搖動蝸桿上的手柄，檢查各部分轉(zhuǎn)動是否正常。松開擺架最右邊的兩對鎖緊螺母，調(diào)節(jié)右端支承彈簧高度，輕壓一下擺架，觀察擺架振動和百分表擺動是否靈活。在擺架平衡位置將千分表指針調(diào)零。
3）開機(jī)前卸下試件上合補(bǔ)償盤上多余的平衡塊，在試件的環(huán)形槽中加裝3～4快平衡塊。按下開啟按鈕啟動電機(jī)，待擺架振動穩(wěn)定后，記錄原始振幅大小
（單位：格）后，停機(jī)。4）在補(bǔ)償?shù)牟蹆?nèi)距軸心最遠(yuǎn)處加上適當(dāng)?shù)钠胶赓|(zhì)量（兩塊平衡塊）。開機(jī)后搖動蝸桿上的手柄，觀察百分表振幅變化，當(dāng)搖動到百分表振幅最小時，記錄振幅的大小
，和蝸輪的位置角
（差速器外殼上有刻度指示），停機(jī)。5）按試件轉(zhuǎn)動方向用手轉(zhuǎn)動試件，使補(bǔ)償盤上的平衡塊轉(zhuǎn)到最高位置，取下平衡塊按照3/2的比例將其安裝到試件圓盤II中相對應(yīng)的最高位置槽內(nèi)。
6）在補(bǔ)償盤中上次安裝平衡塊的位置再加一定的質(zhì)量（1塊平衡塊），開機(jī)。微調(diào)蝸桿上的手柄觀察振幅，如振幅小于
，記錄此時振幅
和蝸輪的位置角
，若與相同或略有改變，則表示實驗進(jìn)行正確：如振幅大于，可在停機(jī)狀態(tài)下調(diào)節(jié)平衡質(zhì)量的裝加半徑
，直到振幅減小。7）當(dāng)調(diào)整到振幅很小時（百分表擺動±2-3格可視為已達(dá)平衡，停機(jī)。讀出平衡質(zhì)量的裝加半徑
，利用公式（1）計算應(yīng)加圓盤II中的等效質(zhì)量，在天平上用橡皮泥稱出后按步驟5）方法加到圓盤II中。并取下補(bǔ)償盤中的質(zhì)量。8）開機(jī)檢測轉(zhuǎn)子振動，若還在一些振動可適當(dāng)調(diào)節(jié)一下平衡塊的相位。記下殘留振動振幅
，停機(jī)。9）在實驗報告的試驗結(jié)果表格中，記錄圓盤II上平衡質(zhì)量的裝加相位（直接讀圓盤II上的刻度）；取下平衡質(zhì)量，在天平上稱出數(shù)值，并記錄；由公式（2）計算殘余不平衡質(zhì)量
。10）將試件轉(zhuǎn)子掉頭，重復(fù)上面步驟1）~9，完成對圓盤I的平衡。
五、注意事項：
1. 動平衡的關(guān)鍵是找準(zhǔn)相位，第一次就要把相位找準(zhǔn)，當(dāng)轉(zhuǎn)子接近平衡時相位就不靈敏了。所以β1、β2是主要相位角。
2. 若轉(zhuǎn)子振動不明顯可多加一些不平衡塊。
3．搖動蝸桿調(diào)節(jié)補(bǔ)償盤時，要搖動一下蝸桿，再將其向返方向搖動一下，使蝸桿與蝸輪處于非捏緊狀態(tài)，以觀察振動情況。
轉(zhuǎn)子動平衡實驗報告
學(xué)院： 系： 專業(yè)： 班級：
姓名： 學(xué)號： 實驗日期： 年 月 日
1. 振動測量：
| 項目 | 圓盤Ⅱ | 圓盤Ⅰ | ||
| y0 (格) | ||||
| y1(格) | ||||
| β1(度) | ||||
| y2(格) | ||||
| β2(度) | ||||
| y′(格) | ||||
2. 計算：
殘余不平衡質(zhì)量
×平衡質(zhì)量=3. 試驗結(jié)果：
| 項目 | 平衡質(zhì)量 | 裝加半徑 | 裝加相位 | 殘余不平衡質(zhì)量 | |
| 單位 | 克(g) | 毫米(mm) | 度(°) | 克(g) | |
|
數(shù) 值 |
圓盤Ⅱ | 70 | |||
| 圓盤Ⅰ | 70 | ||||