实验六转子动平衡一、实验目的1．巩固转子动平衡知识，加深转子动平衡概念的理解；2．掌握刚性转子动平衡实验的原理及基本方法。

二、实验设备与工具1．CS-DP-10型动平衡试验机；2．试件（试验转子）；3．天平；4．平衡块（若干）及橡皮泥（少许）。

三、实验原理与方法本实验采用的CS-DP-10型动平衡试验机的简图如图1所示。

待平衡的试件1安放在框形摆架的支承滚轮上，摆架的左端与工字形板簧3固结，右端呈悬臂。

电动机4通过皮带带动试件旋转，当试件有不平衡质量存在时，则产生的离心惯性力将使摆架绕工字形板簧做上下周期性的微幅振动，通过百分表5可观察振幅的大小。

1. 转子试件2. 摆架3. 工字形板簧4. 电动机5. 百分表6. 补偿盘7. 差速器8. 蜗杆图1 CS-DP-10型动平衡试验机简图试件的不平衡质量的大小和相位可通过安装在摆架右端的测量系统获得。

这个测量系统由补偿盘6和差速器7组成。

差速器的左端为转动输入端（n1）通过柔性联轴器与试件联接，右端为输出端（n3）与补偿盘联接。

差速器由齿数和模数相同的三个圆锥齿轮和一个蜗轮（转臂H）组成。

当转臂蜗轮不转动时：n3＝－n1，即补偿盘的转速n3与试件的转速n1大小相等转向相反；当通过手柄摇动蜗杆8从而带动蜗轮以n H转动时，可得出：n3＝2n H－n1，即n3≠－n1，所以摇动蜗杆可改变补偿盘与试件之间的相对角位移。

图2所示为动平衡机工作原理图，试件转动后不平衡质量产生的离心惯性力F =ω2mr，它可分解为垂直分力F y和水平分力F x，由于平衡机的工字形板簧在水平方向（绕y轴）的抗弯刚度很大，所以水平分力F x对摆架的振动影响很小，可忽略不计。

而在垂直方向（绕x轴）的抗弯刚度小，因此在垂直分力产生的力矩M = F y·l =ω2mrlsinφ的作用下，摆架产生周期性上下振动。

图2 动平衡机工作原理图由动平衡原理可知，任一转子上诸多不平衡质量，都可以用分别处于两个任选平面Ⅰ、Ⅱ内，回转半径分别为rⅠ、rⅡ，相位角分别为θⅠ、θⅡ，的两个不平衡质量来等效。

只要这两个不平衡质量得到平衡，则该转子即达到动平衡。

找出这两个不平衡质量并相应的加上平衡质量（或减去不平衡质量）就是本试验要解决的问题。

设试件在圆盘Ⅰ、Ⅱ各等效着一个不平衡质量mⅠ和mⅡ，对x轴产生的惯性力矩为：MⅠ=0 ；MⅡ=ω2mⅡrⅡlsin(θⅡ+ωt)摆架振幅y大小与力矩MⅡ的最大值成正比：y∝ω2mⅡrⅡl ；而不平衡质量mⅠ产生的惯性力以及皮带对转子的作用力均通过x轴，所以不影响摆架的振动，因此可以分别平衡圆盘Ⅱ和圆盘Ⅰ。

本实验的基本方法是：首先，用补偿盘作为平衡平面，通过加平衡质量和利用差速器改变补偿盘与试件转子的相对角度，来平衡圆盘Ⅱ上的离心惯性力，从而实现摆架的平衡；然后，将补偿盘上的平衡质量转移到圆盘Ⅱ上，再实现转子的平衡。

具体操作如下：在补偿盘上带刻度的沟槽端部加一适当的质量，在试件旋转的状态下摇动蜗杆手柄使蜗轮转动（正转或反转），从而改变补偿盘与试件转子的相对角度，观察百分表振动使其达到最小，停止转动手柄。

（摇动手柄要讲究方法：蜗杆安装在机架上，蜗轮安装在摆架上，两者之间有很大间隙。

蜗杆转动一定角度后，稍微反转一下，脱离与蜗轮的接触，这样才能使摆架自由振动，这时观察振幅。

通过间歇性地使蜗轮向前转动和观察振幅变化，最终可找到振幅最小的位置。

）停机后在沟槽内再加一些平衡质量，再开机左右转动手柄，如振幅已很小（百分表摆动±1~2格）可认为摆架已达到平衡。

亦可将最后加在沟槽内的平衡质量的位置沿半径方向作一定调整，来减小振幅。

将最后调整到最小振幅的手柄位置保持不动，停机后用手转动试件使补偿盘上的平衡质量转到最高位置。

由惯性力矩平衡条件可知，圆盘Ⅱ上的不平衡质量mⅡ必在圆盘Ⅱ的最低位置。

再将补偿盘上的平衡质量m p'按力矩等效的原则转换为位于圆盘Ⅱ上最高位置的平衡质量m p，即可实现试件转子的平衡。

根据等效条件有：l r l r m m p p p p p ''(1)式中各半径和长度含义见图2 ，其中r p = 70 mm ，l = 210 mm ，l p = 550 mm 。

而r p ' 由补偿盘沟槽上的刻度读出。

补偿盘上若有多个平衡质量，且装加半径不同，可将每一平衡质量分别等效后求和。

在平衡了圆盘Ⅱ后，将试件转子从平衡机上取下，重新安装成以圆盘Ⅱ为驱动轮，再按上述方法求出圆盘Ⅰ上的平衡质量，整个平衡工作才算完成。

平衡后的理想情况是不再振动，但实际上总会残留较小的残余不平衡质量m ' 。

通过对平衡后转子的残留振动振幅y ' 测量，可近似计算残余不平衡质量m '。

残余不平衡质量的大小在一定程度上反映了平衡精度。

残余不平衡质量可由下式求出：ｙ＇m ' ≈───×平衡质量 （2）ｙ0四、实验步骤1） 将试件转子安装到摆架的滚轮上，把试件右端的法兰盘与差速器轴端的法兰盘用线绳松松地捆绑在一起组成一个柔性联轴器。

装上传动皮带。

2） 用手转动试件和摇动蜗杆上的手柄，检查各部分转动是否正常。

松开摆架最右边的两对锁紧螺母，轻压一下摆架，观察摆架振动和百分表摆动是否灵活。

在摆架平衡位置将百分表指针调零。

3） 开机前卸下试件上和补偿盘上多余的平衡块。

按下开启按钮启动电机，待摆架振动稳定后，记录原始振幅大小y 0（单位：格）后，停机。

4） 在补偿盘的槽内距轴心最远处加上适当的平衡质量（两块平衡块）。

开机后摇动蜗杆上的手柄，观察百分表振幅变化，当摇动到百分表振幅最小时，记录振幅的大小y 1，和蜗轮的位置角β1（差速器外壳上有刻度指示），停机。

5） 按试件转动方向用手转动试件，使补偿盘上的平衡块转到最高位置，取下平衡块将其安装到试件圆盘Ⅱ中相对应的最高位置槽内（先找平衡质量的安装相位角，平衡质量的大小最后一并在天平上称出）。

6） 在补偿盘中上次装加平衡块的位置再加一定的质量（1块平衡块），开机。

微调蜗杆上的手柄观察振幅，如振幅小于y 1，记录此时振幅y 2 和蜗轮的位置角β2，若β2与β1相同或略有改变，则表示实验进行正确；如振幅大于y 1，可在停机状态下调节平衡质量的装加半径r p '，直到振幅减小。

7） 当调整到振幅很小时（百分表摆动±1~2格）可视为已达平衡，停机。

读出平衡质量的装加半径r p '，利用公式（1）计算应加圆盘Ⅱ中的等效质量，在天平上用橡皮泥称出后按步骤5）方法加到圆盘Ⅱ中。

并取下补偿盘中的质量。

8） 开机检测转子振动，若还存在一些振动可适当调节一下平衡块的相位。

记下残留振动振幅y '，停机。

9） 在实验报告的试验结果表格中，记录圆盘Ⅱ上平衡质量的装加相位（直接读圆盘Ⅱ上的刻度）；取下平衡质量，在天平上称出数值，并记录；由公式（2）计算残余不平衡质量m'。

10） 将试件转子掉头，重复上面步骤1）~9），完成对圆盘Ⅰ的平衡。

五、思考题1、转子（试件）在什么情况下作静平衡？什么情况下作动平衡？2、作往复移动或平面运动的构件，能否用动平衡试验机将其不平衡惯性力平衡？为什么？三、实验记录及结果1．振动测量：2．计算：ｙ＇残余不平衡质量m'≈───×平衡质量＝ｙ03．试验结果：四、思考题1、转子（试件）在什么情况下作静平衡？什么情况下作动平衡？2、作往复移动或平面运动的构件，能否用动平衡试验机将其不平衡惯性力平衡？为什么？平衡机平衡机是测量旋转物体(转子)不平衡量大小和位置的机器。

平衡机任何转子在围绕其轴线旋转时，由于相对于轴线的质量分布不均匀而产生离心力。

这种不平衡离心力作用在转子轴承上会引起振动，产生噪声和加速轴承磨损，以致严重影响产品的性能和寿命。

电机转子、机床主轴、内燃机曲轴、汽轮机转子、陀螺转子和钟表摆轮等旋转零部件在制造过程中，都需要经过平衡才能平稳正常地运转。

根据平衡机测出的数据对转子的不平衡量进行校正，可改善转子相对于轴线的质量分布，使转子旋转时产生的振动或作用于轴承上的振动力减少到允许的范围之内。

因此，平衡机是减小振动、改善性能和提高质量的必不可少的设备。

通常，转子的平衡包括不平衡量的测量和校正两个步骤，平衡机主要用于不平衡量的测量，而不平衡量的校正则往往借助于钻床、铣床和点焊机等其他辅助设备，或用手工方法完成。

有些平衡机已将校正装置做成为平衡机的一个部分。

重力式平衡机和离心力式平衡机是两类典型的平衡机。

重力式平衡机一般称为静平衡机。

它是依赖转子自身的重力作用来测量静不平衡的。

如右图，置于两根水平导轨上的转子。

如有不平衡量，则它对轴线的重力矩使转子在导轨上滚动，直至这个不平衡量处于最低位置时才静止。

被平衡的转子放在用静压轴承支承的支座上，在支座的下面嵌装一片反射镜。

当转子不存在不平衡量时，由光源射出的光束经此反射镜反射后，投射在不平衡量指示器的极坐标原点。

如果转子存在不平衡量，则转子支座在不平衡量的重力矩作用下发生倾斜，支座下的反射镜也随之倾斜并使反射出的光束偏转，这样光束投在极坐标指示器上的光点便离开原点。

根据这个光点偏转的坐标位置，可以得到不平衡量的大小和位置。

重力式平衡机仅适用于某些平衡要求不高的盘状零件。

对于平衡要求高的转子，一般采用离心式单面或双面平衡机。

离心式平衡机是在转子旋转的状态下，根据转子不平衡引起的支承振动，或作用于支承的振动力来测量不平衡。

其按校正平面数量的不同，可分为单面平衡机和双面平衡机。

单面平衡机只能测量一个平面上的不平衡(静不平衡)，它虽然是在转子旋转时进行测量，但仍属于静平衡机。

双面平衡机能测量动不平衡，也能分别测量静不平衡和偶不平衡，一般称为动平衡机。

离心力式平衡机按支承特性不同，又可分为软支承平衡机和硬支承平衡机。

平衡转速高于转子一支承系统固有频率的称为软支承平衡机。

这种平衡机的支承刚度小，传感器检测出的信号与支承的振动位移成正比。

平衡转速低於转子一支承系统固有频率的称为硬支承平衡机，这种平衡机的支承刚度大，传感器检测出的信号与支承的振动力成正比。

平衡机的主要性能用最小可达剩余不平衡量，和不平衡量减少率两项综合指标表示。

前者是平衡机能使转子达到的剩余不平衡量的最小值，它是衡量平衡机最高平衡能力的指标；后者是经过一次校正后所减少的不平衡量与初始不平衡量之比，它是衡量平衡效率的指标，一般用百分数表示。

在现代机械中，由于挠性转子的广泛应用，人们研制出了挠性转子平衡机。

这类平衡机必须在转子工作转速范围内进行无级调速；除能测量支承的振动或振动力外，还能测量转子的挠曲变形。

挠性转子平衡机有时安装在真空防护室内，以适合汽轮机之类转子的平衡，它配备有抽真空系统、润滑系统、润滑油除气系统和数据处理用计算机系统等庞大的辅助设备。