33转子实验台综合实验

实验三十一转子实验台综合实验
一. 实验目的
通过本实验让学生掌握回转机械转速、振动、轴心轨迹测量方法，了解回转机械动平衡的概念和原理。

二. 实验台简介
DRZZS-A型多功能转子试验台由：1底座、2主轴、3飞轮、4直流电机、5主轴支座、6含油轴承及油杯、7电机支座、8连轴器及护罩、9RS9008电涡流传感器支架、10磁电转速传感器支架、11测速齿轮(15齿)、12保护挡板支架，几部分组成，如图1所示。

图1 DRZZS-A型多功能转子试验台传感器安装位置示意图
主要技术指标为：
可调转速范围：0~2500转/分，无级
电源：DC12V
主轴长度：500mm
主轴直径：12mm
外形尺寸：640×140×160mm
重量：12.5kg
与DRVI软件平台结合，可以开设以下实验：
加速度传感器/速度传感器振动测量实验
磁电传感器/光电传感器转速测量
三点加重法转子动平衡实验
转子轴心轨迹测量实验
三. 实验内容
1、转子实验台底座振动测量实验
对于多功能转子实验台底座的振动，可采用加速度传感器和速度传感器两种方式进行测量。

将带有磁座的加速度和速度传感器放置在试验台的底座上，将传感器的输出接到变送器相应的端口，再将变送器输出的信号接到采集仪的相应通道，输入到计算机中。

启动转子试验台，调整转速。

观察并记录得到的振动信号波形和频谱，比较加速度传感器
和速度传感器所测得的振动信号特点。

观察改变转子试验台转速后，振动信号、频谱的变化规律。

2、实验台转速测量
对于多功能转子实验台转速，可以分别采用光电转速传感器和磁电转速传感器进行测量。

1）采用光电传感器测量：
将反光纸贴在圆盘的侧面，调整光电传感器的位置，一般推荐把传感器探头放置在被测物体前2～3cm ，并使其前面的红外光源对准反光纸，使在反光纸经过时传感器的探测指示灯亮，反光纸转过后探测指示灯不亮（必要时可调节传感器后部的敏感度电位器）。

当旋转部件上的反光贴纸通过光电传感器前时，光电传感器的输出就会跳变一次。

通过测出这个跳变频率f ，就可知道转速n 。

编写转速测量脚本，将传感器的信号将通过采集仪输入到计算机中。

启动转子试验台，
调节
图2、加速度和速度传感器振动测量
图3 反射式光电转速传感器
到一稳定转速，点击实验平台面板中的“开始”按钮进行测量，观察并记录得到的波形和转速值，改变电机转速，进行多次测量。

2）采用磁电传感器测量：
将磁电传感器安装在转子试验台上专用的传感器架上，使其探头对准测速用15齿齿轮的中部，调节探头与齿顶的距离，使测试距离为1mm 。

在已知发讯齿轮齿数的情况下，测得的传感器输出信号脉冲的频率就可以计算出测速齿轮的转速。

如设齿轮齿数为N ，转速为n ，脉冲频率为f ，则有：n=f/N 。

通常，转速的单位是转/分钟，所以要在上述公式的得数再乘以60，才能转速数据，即n=60
×f/N 。

在使用60齿的发讯齿轮时，就可以得到一个简单的转速公式n=f 。

所以，就可以使用频
率计测量转速。

这就是在工业中转速测量中发讯齿轮多为60齿的原因。

编写转速测量脚本，将传感器的信号将通过采集仪输入到计算机中。

启动转子试验台，调节到一稳定转速，点击实验平台面板中的“开始”按钮进行测量，观察并记录得到的波形和转速值，改变电机转速，进行多次测量。

3、轴心轨迹测量
轴心轨迹是转子运行时轴心的位置，在忽略轴的圆度误差的情况下，可以将两个电涡流位移传感器探头安装到实验台中部的传感器支架上，相互成90度，并调好两个探头到主轴的距离（约1.6mm ），标准是使从前置器输出的信号刚好为0（mV ）。

这时，转子实验台启动后两个传感器测量的就是它在两个垂直方向(X,Y)上的瞬时位移，合成为李沙育图就是转子的轴心运动轨迹。

图4 磁电转速传感器的工作方式
图5 轴心轨迹测量
5、刚性转子动平衡
在实际工作过程中人们通常用单面加重三元作图法进行叶轮、转子等设备的现场动平衡，以消除过大的振动超差。

这一方法的优点是设备简单——只需一块测振表。

但缺点是作图分析的过程复杂，不易被掌握，而且容易出现错误。

为此，我们在这里介绍一种文献中常见的简单易行的方法——单面现场动平衡的三点加重法。

假设在假设转子上有一不平衡量m ，所处角度为α，用分量m x 、m y 表示不平衡量。

m x =mcos α m y =msin α
为了确定不平衡量m 的大小和位置α，启动转子在工作转速下旋转，用测振设备在一固定点测试振动振速，设振速为V0，则存在下列关系
式中Ｋ为比例系数
图6 三点加重法示意图
在P 1(α=0 )点加试重M ，启动转子到工作转速，测得振动振速V 1，有如下关系： 用同样的方式分别在P 2(α=120o )和P 3(α=240 o )点加试重M ，并测得振动值V 2 ，V 3，有
如下关系：
从以上三式推导可得：
2
2V m m K y x =+
x
)
(3P 1
2
2)(V m M m K y x =++222)2
3
()21(V M m M m K y x =++-
322)2
3()21(V M m M m K y x =-+-
)
(3212
1
2/)(3/)3(23222
220212202322212V V MK m M MK V V m M V V V V K y x -=
--=-++=
从而可以进一步推得：
即由m x ，m y 计算不平衡质量m 和位置α。

实验时在转子实验台的配重盘上选取一个位置（比如贴反光纸的位置）作为初始位置（即P 1点），然后用转子实验台附件中的螺钉作为不平衡重，加在配重盘上。

然后按上面方法进行测量估算，得到不平衡重量和位置。

四. 实验仪器和设备
1. 计算机 １台
2. DRVI 快速可重组虚拟仪器平台 1套
3. 打印机 1台
4. 转子试验台 1套
5. USB 数据采集仪 1台
五. 实验步骤
1. 关闭DRDAQ-USB 型数据采集仪电源，将需使用的传感器连接到采集仪的数据采集通
道上。

(禁止带电从采集仪上插拔传感器，否则会损坏采集仪和传感器) 2. 开启DRDAQ-USB 型数据采集仪电源。

3. 运行DRVI 主程序，点击DRVI 快捷工具条上的"联机注册"图标，选择其中的“DRVI
采集仪主卡检测”或“网络在线注册”进行软件注册。

4. 在DRVI 地址信息栏中输入WEB 版实验指导书的地址，在实验目录中选择“转子实验
台”，建立实验环境。

六. 实验报告要求
1. 简述实验目的和原理。

2. 拷贝实验系统运行界面，插入到Word 格式的实验报告中，用Winzip 压缩后通过Email
上交实验报告。

)
/(12
2x y y
x m m tg a m m m -=+=图7 轴心轨迹测量
配重盘
振动传感器
实验结果的分析与讨论
（1）实验结果分析：实验中通过刚性转子动平衡校正，平衡率分别达到87.1%和94.9%，满足实验要求。

由实验结果可验证理论。

另外，实验的主要误差来源之一是固定加载物的位置与计算值有一定偏差，其二是可能无法找到质量与计算结果完全相同的加载物。

（2）实验方法讨论：实验过程中老师介绍的差量法适用于无法恰好找到与计算值相等的加载物的情况。

主要操作步骤是称取两份加载物，使质量之差为所求理论质量值，将大质量加载物固定于所求角度值处，另一小质量加载物固定在对面相差180°处。

这个方法可以一定程度上改善实验条件，但另一方面也增加了加载物固定位置带来的实验误差。

另外，实验使用数字化测量的手段，将各种测量值（如位移）转化为电信号，增加测量精度，方便数据处理的同时也简化了测量过程。