刚性转子动平衡机的实验测试原理及算法分析

　　刚性转子动平衡实验是机械原理课的一个重要支撑实验，通过这个实验能很好地帮助学生理解和掌握动平衡的工作原理、方法与重要性。在对各种动平衡机做了比较与分析的基础上，笔者在教学中采用了具有操作方便、显示直观、测量迅速等特点的YYQ- 5型刚性转子动平衡机作为学生的实验机型。为提高实验质量，现对它的工作原理与算法作一分析。

　　1 基本原理

　　硬支承平衡机的基本特点是：

　　式中：ωn———平衡工件的角频率;

　　ω0———弹性振动系统的角频率。

　　硬支承平衡机的刚度很大，当工件旋转产生的不平衡离心力不能使支承架产生较大的振动信号时，转子的不平衡量以交变动压力的形式作用于支承架上，它包含不平衡的大小和相位信息。根据刚性转子的动平衡原理，一个动不平衡的刚性转子总可以在怀旋转轴线垂直面不与转子相重合的两个校正面上减去或加上适当的质量来达到平衡的目的。为了精确、方便、迅速地测量转子的动不平衡性，通常把力这一非电量的检测转换成电量的检测，我们采用压力式力传感器作为换能器。由于传感器是装在支承轴承处，故测量平面即位于支承平面上。对于转子的两个校正平面，根据各种转子的不同要求，一般选择在轴承以外的各个不同位置上，所以有必要把支承处测量到的不平衡力信号换算到两个校正平面上去，这可以利用静力学原理来实现。在进行动平衡实验以前，必须首先解决两校正平面不平衡量的相互影响问题，对于硬支承平衡机，工件两校正面不平衡量的相互影响是通过计算两校正平面间距b，校正平面到左、右支承轴承间距a、 c的方法来确定的，而a、b、c这几个几何参数可以很方便地由被平衡转子确定。

　　2 计算方法(见图1)

　　图中，FL、FR分别为 左、右支承面上承受的压力; fL、fR分别为左、右校正平面上不平衡质量产生的离心力;mL、mR分别为左、右校正平面上的不平衡质量;a、c分别为左、右校正平面至左、右支承轴承间的距离;b为左、右校正平面之间的距离;r1、r2分别为左、右校正平面的校正半径;ω为工件旋转角速度。

　　图中a、b、c、r1、r2和FL、FR、ω均为已知，故刚性转子要处于平衡，必须满足：

　　由(2)式得：

　　将(3)式代入(1)式得:

　　因为

　　所以

　　其中(5)式和(6)式的物理意义如下：

　　a)如果转子的几何参数(a、b、c、r1、r2)和平衡转子n已确定，则校正平面上应加的校正质量(即试重)可以直接测量出来，并以质量单位(如：g)显示出来并加以确定(见公式(5));