多功能动平衡测试仪的开发

    1　引　言

    随着科学技术的飞速发展,现代机器向高速、高效率、高精度方向发展,因此限制和减少各种机器的振动日趋重要。据统计,旋转机械的振动问题有30%以上是因转子不平衡引起的。因此,可认为转子不平衡(简称失衡)是引起旋转机械振动的重要原因。不平衡转子在支承上造成的动载荷,不仅引起整个旋转机械的振动,产生噪音,加速轴承磨损,造成转子部分高频疲劳破坏和支承部分的某些部件强迫振动损坏,降低旋转机械的寿命,甚至使整个机器控制失灵,发生严重事故。目前,虽然有各式各样的动平衡机,但对大部分来说,有的平衡时效率不高,有的操作界面不友好,这就延长了动平衡测试的操作周期,提高了动平衡的费用。另外,这些动平衡机结构复杂,售价较高,影响普及使用。

    笔者所描述的多功能动平衡测试仪可克服上述缺点,能在不拆卸转子的情况下,以较少的启动次数,取得较高的动平衡精度。该平衡机测试系统以计算机为主体,利用高精度的压电式振动传感器,采用先进的计算机虚拟技术,将模拟技术与数字技术、硬件技术与软件技术巧妙的结合起来,对转子-支承系统进行实时测量。仪器通过USB接口将数据采集板和PC机相接,这种连接方式大大提高了系统的采集精度和抗干扰性,性能稳定。该动平衡测试系统既可做现场动平衡仪,又可做软支承动平衡机、硬支承动平衡机的电测箱,是一种全新的动平衡测试仪器。

    2　动平衡机工作原理及力学模型^[1]

    本测量仪适用软、硬支承式动平衡机,下面以硬支承动平衡机来说明其工作原理及力学模型:其转子转速高于转子-支承系统的固有频率,通过测量支承点机械振动的位移来计算不平衡量的大小。据校正平面分离原理,被测转子的不平衡量可归化到2个校正平面上,分别为U1和U2, 2个支承处所引起的动载荷分别为X1、X2。如图1所示。

式中:a_11,a₁₂,a₂₁,a₂₂,是1组与转子质量、惯性矩、校正平面位置、支承位置等有关的参数,称为影响系数,由实验测定。

    力学解算方法有2种:影响系数法^[2]和A-B-C法。影响系数法被广泛应用于扰性转子的平衡和软支承动平衡机的平面分离解算上。笔者将其用于硬支承动平衡机,取得了令人满意的效果。当测得支承点左、右平面的振动后,可按式(2)求出校正平面左、右平面上的不平衡量U₁、U₂。

    由式(2)可知,对于同一转子影响系数a_11, a₁₂, a₂₁, a₂₂固定不变,通过加试重的方法测定影响系数。

    在实测中,影响系数的求法为:先测得1、2两点的原始动载荷为X1、X2,然后在左校正平面上加试重U3,测得左、右支承的动载荷分别为X3、X4。则由试重U3引起左、右支承的动载荷分别为: