刚性转子动平衡实验报告

刚性转子动平衡实验

浙江大学，令狐烈

一、实验目的

(1)掌握刚性转子动平衡的基本原理和步骤；

(2)掌握虚拟基频检测仪和相关测试仪器的使用；

二、实验内容和实验原理

1.实验内容

采用虚拟仪器技术对一多圆盘刚性转子进行动平衡。转子系统如图1所示，转子存在原

始不平衡质量，左右两个圆盘为平衡平面。拟测试原始不平衡量及相位，并在两个平衡平面

上配重，便残余不平衡量控制在一定范围。

2.实验原理

一个动不平衡的刚性回转体绕其回转轴线转动时，该构

件上所有的不平衡重量所产生的离心惯力总可以转化为任

选的两个垂直于回转轴线的平面内的两个当量不平衡质量

m1和m2 (它们的质心位置分别为r1和r2)所产生的离心力

m1r1w2和m2r2w2动平衡的任务就是在这两个任选的平面

(称为平衡基面)内的适当位置（r3平和r4平）加上两个适当大

图1 转子系统与力系简化小的平衡重G3平和G4，使它们产生的平衡力与不平衡重量产

生的不平衡力大小相等而方向相反。此时ΣP=0且ΣM=0，使该回转体达到动平衡。

三、实验装置

序号名称数量

1多盘转子系统1

2调速器1

3调速电机1

4相位传感器1

5双悬臂梁水平位移传感器1

6电子天平1

7微型计算机（安装清华大学的dynamic balance软件）1

四、实验步骤

1. 虚拟仪器接线

进入“刚性转子动平衡”程序，点击“设备模拟连接”图标，按图3示用鼠标左键连接虚拟测试仪器，如连线错误，用鼠标左键单击“重新连接”按钮。确认无误后，用鼠标左键单击“连接完毕”按钮，如果出现“连接错误”的提示，则连接有错，需要按“确定”，再按“重新连接”。如果出现“连接正确”的提示，按“确定”后，可获得与图4相同的虚拟动平衡仪应用程序界面。

2. 原始不平衡量测试

(1) 将转速控制器转速b n 设定为1200r/min ，启动转子2至3分钟使转速保持稳定。

(2) 点击“基频检测”图标，进入图4的状态下，用鼠标左键按下左上角按钮“开始”启动虚拟动平衡仪，点击“A 通道”、“B 通道”进行通道切换。待读数基本稳定后，记录转子原始不平衡引起左（A ）、（B ）轴承座振动位移基频成份的幅值和相位角A A ψ∠，V 0、B B ψ∠，V 0。 3. 平衡处理

(1) 点击“动平衡计算”图标，调用专用的动平衡计算程序(图5)，输入测出的初始不平衡量。 (2) 转速回零。在I 平面（1号圆盘）上任选方位加一试重1t m ，记录1t m 的值（用天平测量，可取其在6～12克之间）及固定的相位角1β（见1号圆盘相位标记）。

(3) 启动转子，重新调到平衡转速b n ，测出I 平面加重后，两个轴承座振动位移的幅值和相位角（1V A 和1V B ）。同样将值输入到动平衡计算程序中。

(4) 转速回零。拆除1t m ，在II 平面（4号圆盘）上任选方位加一试重2t m 。测量记录2t m 的值及其固定方位角2β。

(5)速重新调到b n 。测出II 平面加试重后，两个轴承座振动位移的幅值和相位角（2A V 和2B V ）。 (6) 转速回零。取走2t m ，调出专用动平衡计算程序，根据程序运行过程的提示，输入上述测量记录的数据，求出的校正质量（平衡质量）及相位。

4. 平衡检验

图3 计算机虚拟动平衡仪显示界面 图2 测试虚拟设备连线图

(1) 根据求出的校正质量（平衡质量）1m 、2m 及校正质量的相位角1θ、2θ ，在校正平面I 、II 重新加重。然后将转速重新调到b n ，再测量记录两个轴承座残余振动的幅值和相位角。 (2) 转速回零。计算平衡率（即平衡前后振动幅值的差与未平衡振幅的百分比），高于70%，实验可结束。

5. 停机、关仪器电源、拉电闸。拆除平衡质量，使转子系统复原。

六、实验数据的记录与整理

表1 实验数据

平衡转速 r/min 1200 r/min A 轴承 I 平面

B 轴承 II 平面

幅值 相位 幅值 相位 原始振动A0

V

B0V

3.5

μm 136 deg 4.2

μm

110 deg I 平面试重1Q

6.82 克 206 deg

A1V ，B1V

2.8

μm

93 deg 4.2μm 103 deg II 平面试重2Q

7.61克 340 deg A2V ，B2V

4.6μm 156 deg

5.8

μm

118 deg 计算校正量

21,p p

7.37克 75.3 deg 16.70克 138.2 deg 实际加重质量21,m m 7.38克 150deg

16.70 克 140 deg

平衡后振动A V

，

B V

0.8μm \

1.2μm \

*平衡率B

A ηη,

77.14 %

71.43 %

图4 动平衡计算软件界面

2.实验结果的分析和实验感悟。

（1）实验的计算由计算机完成，不会有计算上的失误，而只有算法上的不完善。但是因为是计算机计算而且软件已经封装好，不能让我们看到计算过程和原理，这对

我了解实验的计算原理不太好。

（2）本实验中，质量用电子天平测量，已经相当精确。误差的主要来源是的读取。实验时，角度主要靠人眼通过刻度盘读取，刻度盘标示不准，加上最小分度为2deg，

使得角度读取很不准确。而再用螺钉配重时，垫片又会挡住视线，影响判断，所

以误差的主要来源是角度读取不准确。

（3）比较试验数据可以看出，本实验中配重的角度实际值和理论值相距甚远，就是因为初始时A，B盘在不配重和分别配重时角度读取出了加大的误差，导致理论和

实际偏差很远，结果我们不断调整角度，才把平衡率勉强提到70%以上。

（4）实验时要注意安全，每个人应该坚守各自的岗位。本次实验中，一开始我们使用了1400r/min的转速，结果转子发生了共振，转数急剧上升，转子开始移动。还

好老师及时关掉电源，没有事故发生。