转子不平衡量测试

• 第5步启动转子至平衡转速，测试出震动 是否符合要求，如果符合要求，则平衡 工作可以结束，否则需要回到第1步继续 平衡。 • 本测试系统采用单面平衡
其中：a，b分别为平面到L,R面的距离
转子速度测量
转子速度测量作用： 1. 转速信号提供相位角 的基准 2. 测量转子速度
1.转速测量方法
分为两类:直接法和间接法 1.1 直接法 直接观测机械或者电机的机械运动，测量特定时间内机 械旋转的圈数，从而测出机械运动的转速。 1.2 间接法 测量由于机械转动导致其他物理量的变化，从这些 物理量的变化与转速的关系来得到转速。 由于是测量滚子的转速，并且滚子的转速大约为2000rpm 直接法不能满足要求，故采用间接法。 除了以上两种方法外，按照测量仪是否与转轴接触， 可分为：接触式和非接触式。 由于平衡机要测量滚子的不平衡量，为了避免测量仪 与 滚子接触引起振动信号误差，导致测量结果失真，故选 用非接触式。
压电式加速度传感器
1. 工作原理
测量时，通过基座底部的 螺孔将传感器与试件刚性连接， 传感器感受与试件相同频率的 振动。质量块以正比于加速度 的交变力作用在压电元件上， 压电元件的两个表面就有电荷 产生，其电荷量与作用力成正 比，即与试件的加速度成正比。
待测转子放在测力支承上，当交流伺服 电机通过皮带摩擦驱动，带动转子作恒速 转动时，转子不平衡量产生的离心力经过 测力支承传递懂到力传感器而转化为电压 信号，该信号经过放大滤波A/D转换后，最 终由计算机处理得到不平衡量的大小及相 位。从而完成动平衡量的测量。
机械部分设计
主要内容
• 1，驱动电机的选择。 • 2，传动方式的设计。 • 3，转子支承的设计。
• 电测方法是将工程振动的参量转换成电
信号，经电子线路放大后显示和记录。电 测法的要点在于先将机械振动量转换为电 量（电动势、电荷、及其它电量），然后 再对电量进行测量，从而得到所要测量的 机械量。
传感器的选用原则一般考虑6 点： 灵敏度 响应特性 线性范围 稳定性 精确度 测量方式
• 对于动平衡测试来说，有两点非常重 要：一是振动信号的获取，一是基准 信号的获取。在本设计中选用了压电 式加速度传感器获取振动信号，光电 传感器获取基准信号。
• 起振动的程度不方便。因大转子和小转子 不平衡量相同，故也用 • e = m*r/M； 单位g.mm/kg • 即 M.e——绝对平衡量，大小转子不好比较 • e——相对平衡量，大小转子便于比较 • 平衡精度等级可用G来表示： • G =e.w/1000
动不平衡
• 在完全平衡转子的质心所在横截面上，同 时在两个不同的横截面上施加两个大小相 等方向相反的力偶不平衡，称为动不平衡。
题目：
刚性转子不平衡量的测试
整体架构
刚性转子不平衡量测试
主要内容：
1，测试系统的主要任务。 2，该测试系统的整体测试过程。
被测轴承转子
（2）主要任务：测转子不平衡量 。 测量转子的不平衡量即测量不平衡引起 的振动。用传感器测得振动信号后，然 后对振动信号进行处理，最终得到振动 的幅值、相位。
转子动平衡的精度指标 目前常用剩余不平衡质量在额定转速下产 生的离心力大小占转子重量的百分比来衡量， 不同的旋转机械有不同精度要求，应根据其运 行的平稳性和经济性要求合理规划。
刚性转子动平衡
L • 对于径宽比 D 5
的转子，如齿轮、盘形凸轮、带轮、链轮
叶轮等，可近似地认为其不平衡质量分布在同一回转平面 内。在此情况下，若其质心不在回转轴线上，则当其转动 时，其偏心质量就会产生惯性力，从而在转动副中引起附 加动压力。所谓刚性转子的动平衡，就是利用在刚性转子 上加减平衡质量的方法，使其质心移到回转轴线上，从而 使转子的惯性力得以平衡（即惯性力之和为零）的一种平 衡措施。
由于所设计的动平衡测量系统待测转子 质量相对较轻，且皮带的干扰信号可在后续 对信号进行滤波时滤除，故采用传动平稳， 安装简单的皮带传动。
支承的设计
动平衡机按系统力学特性的不同分为软 支承和硬支承两大类。软支承是指转子的支 承系统固有频率远低于平衡机转速，这种平 衡机的支承刚度小，传感器检测的信号与支 承振动位移成正比。硬支承则是支承系统固 有频率远远高于平衡转速，这种平衡机的支 承刚度很大，传感器检测出的信号与支承的 振动力成正比。
F F F F F 0 1 2 3 4
2 F m r
式中,r为平衡质量 的回转半径 对质径积mr产生的不平衡质量进行适当去重，就完成了刚性 转子的动平衡。
转子振动和转子不平衡量的动力学关系
从平衡原理可知，必须通过一定的测量手段测得两个 校正平面的不平衡量，才能完成转子的动平衡操作。实际 上，转子的不平衡量是很难直接测得的，一般通过测量校 正面出的振动量计算转子的不平衡量。根据机械振动理论， 转子振动量的幅值相位和不平衡量的幅值相位通过下面的 动力学方程建立联系：
•
由以上公式可知所选电动机功率与动平 衡机设计平衡转速、待测工件质量与尺寸及 加速时间有关，可根据实际设计的上述参数 确定电机功率，选取电机型号。另外还需考 虑到转子的支承等损耗及传动装置的传动效 率。
传动方式设计—皮带传动
皮带传动是一种依靠摩擦力来传递运动 和动力的机械传动。它的特点主要表现在： 皮带有良好的弹性，在工作中能缓和冲击和 振动，运动平稳无噪音。载荷过大时皮带在 轮上打滑，因而可以防止其他零件损坏，起 安全保护作用。皮带是中间零件。它可以在 一定范围内根据需要来选定长度，以适应中 心距要求较大的工作条件。结构简单制造容 易，安装和维修方便，成本较低。
对于硬支承动平衡机，由转子不平衡量 带给支承的动载荷与转速的平方成正比，由 它引起支承的振动频率与转速同频，振幅与 转子不平衡量成正比，且振动的相位和不平 衡量相同，所以转子不平衡状态可以根据转 子支承是否振动或承受附加动载荷来判断。 该实验中我们也采取了硬支撑装置，用2个V 形块支撑轴承转子，如下图所示：
反射式光电传感器在 被测转轴上设有反射 记号，由光源发出的 光线通过透镜和半透 膜入射到被测转轴上。 转轴转动时，反射记 号对投射光点的反射 率发生变化。反射率 变大时，反射光线经 透镜投射到光敏元件 上即发出一个脉冲信 号；反射率变小时， 光敏元件无信号。在 一定时间内对信号计 数便可测出转轴的转 速值。
2.转速传感器（ rotational velocity transducer ）
将旋转物体的转速转换为电量输出的传感器。 转速传感器属于间接式测量装置，可用机械、电气、 磁、光和混合式等方法制造。常用的转速传感器有光 电式、电容式、变磁阻式。 2.1 光电式转速传感器 光电式转速传感器分为投射式和反射式两类。 投射式光电转速传感器的读数盘和测量盘有间 隔相同的缝隙。测量盘随被测物体转动，每转过一 条缝隙，从光源投射到光敏元件（上的光线产生一 次明暗变化,光敏元件即输出电流脉冲信号（如图）。
电机的选择
该实验中选用的是交流伺服电机，具有以 下优点：良好的速度控制特性，在整个速度 区内可实现平滑控制，几乎无振荡;高效率， 90%以上，不发热;高速控制;高精确位置控制 （取决于何种编码器）;额定运行区域内，实 现恒力矩;低噪音;没有电刷的磨损，免维护; 不产生磨损颗粒、没有火花，适用于无尘间、 易暴环境、惯量低。
利用被测量的变化引起线圈自感或互感细数的变化，从 而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现测量。 特点： 1.结构简单：工作中没有活动电接触点，因而比电位 器工作可靠，寿命长。 2.灵敏度高分辨率大：能测出0.01um甚至更小的机械 位移变化，能感受小到0.1的微小角度变化，传感器的 输出信号强，电压灵敏度一般每一毫米可达数百毫伏， 因此有利于信号的传输与放大。 3.重复性好线信度优良：在一定位移范围内，输出特 性的线性度好，并且比较稳定，高精度的变磁组式传 感器，非线性误差仅0.1%。 4.缺点：存在交流零位信号，不易于动态测量。
2.刚性转子平衡算法
• 刚性转子动平衡测试中，转子的动平衡按 其外径D与其跨距L比例的不同，分为单较 正面与双较正面平衡。因而不平衡测量方 法分为单平面平衡影响系数法和双平面平 衡影响系数法。当D/L>5，盘形转子只进行 单面平衡；当D/L<1，长轴转子采用双面平 衡；当1<D/L<5时，转子根据实际安装情况 决定采用单面或双面平衡，一般建议采用 双面平衡。
图1. 动平衡矢量图解法
如上图 所示，设有一转子，具有偏心质量 m1、m2、m 3及 m4， 回转半径分别为 r1、r2、r3、r4。当此转子以等角速度回转时，各 偏心质量所产生的离心惯性力分别为
2 F m r i i i
i=1,2,3,4……
为平衡这些离心惯性力，可在此转子上加上平衡质量 ，使 它所产生的离心惯性力F 与 F1、F2、F3、F4相平衡，亦即使
3 传感器确定
结合以上三种传感器的原理或特点，以及平衡机 中测量转子速度的两个作用，作出一下结论： 1. 电容式传感器 无平衡机中要求的基准功能 外加转动板与转子固定，振动信号失真
2. 变磁阻式传感器 结构简单，非接触式， 但不适用于动态测试。
3. 光电式传感器 满足测量转子速度在平衡机中的两点作用， 输出电压信号，易于处理。 综上，选择光电式传感器
2，该测试系统的整体测试过程。
动平衡测试系统主要功能： （1）采集来自传感器的不平衡振动信号 经。 （2）过模数转化后，再有计算机计算出 转子不平衡信号的幅值和相位信息， 最终得到不平衡量的幅值和相位。
1 伺服电机。 2 转子。 3 弹簧片。 4 振动信号传感器 11 是光电传感器及反光片。 5 振动信号处理电路。 7 基准信号处理电路。 8 模数转换 。 9 DFT算法。 10 转子不平衡量及相位显示。
2.2电容式转速传感器 电容式传感器，通过改变电容的大小来改变电量， 根据电容变化原理，可分为：面积变化型和介质变 化型。
变面积式电容 传感器工作原 理（如图3）： 转动板与转子 固定，以相同 角速度运动， 转动板的转动 使电容发生改 变，从而检测 到R两端电压 的周期性变化， 从而测出转速。