一、实验目的
1．了解并掌握刚性转子的动平衡原理；
2．熟悉用传感器及其测试仪器测量动态参数的基本原理和方法；
3．练习处理数据的方法。
二、实验台结构及其工作原理
智能化动平衡实验台结构如图1所示：
图1智能化动平衡实验台结构简图
1.弹簧调整紧固件2-支架座3.光电传感器4.支架部件5.横梁
6.钢管 7.调整圈8.转子9.机座10.光栅传感器11.圆带
动平衡实验台的动力来自一台直流调速电机，通过圆带驱动待平衡转子旋转。不平衡转子由于转动而产生惯性力且作用到弹性元件支撑的框架上，从而使框架绕着支点摆动，形成一个不平衡激振型的振动系统。当转子被驱动的转速接近于框架的固有频率ω0时，进入共振区，振幅加大，当ω=ω0时有最大振幅值，即共振。
本机从结构上保证了转子的两个选定平衡平面中的一个通过支撑点，所以该平衡面上的等效惯性力对振动系统不起作用。因此，振动系统只受另一个待平衡面上的等效惯性力的作用。
根据不平衡原理有：
—cos(ωt-φ)
φ= arctan
式中：Z—调谐值；
；
θ—框架的瞬时角振幅；
j—振动系统绕支点摆动的转动惯量；
m—待平衡面上选定半径上的等效不平衡质量；
R—待平衡面上的选定半径；
D—阻尼率
φ—相位角。
共振时Z=1振动系统的最大幅值和相位角为：
φ=90˚
由于j和h均是与结构有关的参数，对于一个具体的振动系统和待平衡的转子来说均为常量。从式中可看出，共振时其振幅与mR成正比，φ=90○表示此时等效不平衡质量的相位超前振幅相位90○。为此可用测量框架振幅的方法间接地反映出转子的不平衡量。
通过底座面板上的调速旋钮可使转子速度无级调速，并在面板上的LED显示转子的转速值，待平衡转子的转速由光电传感器测出，由转子不平衡质量引起的框架的瞬时角位移由光电编码器测出，两组信号通过单片机送入上位机解算后即可得出转子不平衡量的大小和相位。
实验台原理框图如图2所示：
图2 智能化动平衡实验台原理框图
三、动平衡实验台主要参数
1.转子质量：m=2.5kg；
2.电机转速n=0—1500rpm 转子带轮直径Φ150、电机带轮Φ60；
3.固有频率：ω0=3~5Hz（150~300转/分）；
4.灵敏度5gmm；
5.相位角误差≤10度；
6.磁性配重块质量有5种规格为；
15×4.5×4（mm）2g/块、共6块
18×10×5（mm）6.8g/块、共2块
20×10×7（mm）10.5g/块、共2块
Ф10×2（mm）1.2g/块、共1块
Ф5×2（mm）0.3g/块、共2块
7.外形尺寸 740×440×1000(mm)。
四、实验方法与步骤
1.在实验转子两个待平衡盘外侧面上粘贴窄条黑胶布作为测试的O位标记，把转子安装到实验台上，并装好圆带，把控制面板上的电源开关放到“关”的位置，调速旋钮逆时针旋至最低点。
2.启动微机，安装实验软件后进入动平衡实验主界面。
3.接通电源，打开电源开关。并将光电传感器移近转子带轮，调整转子每转一周光电传感器反映一次。
4.缓慢顺时针旋转电机调速旋钮，使转子转速逐渐升高，框架随即逐渐摆动起来，待框架摆动幅度最大并稳定后，面板LED显示实验转子的平均转速。
5.①在运行主界面上点击“开始采集”，待数据采集完成后，界面上显示振幅曲线和时间曲线。再点击“数据分析”，界面上同时显示转子的瞬时转速、不平衡质量的大小和相位角（此为转子本身不平衡的质量和相位角，在折算系数末修正时，只能作为一个大概的参考。）
②在指示的相位角（上下左右）配一个小的磁块，（或加一小块）观察它的不平衡质量是否减少，角度位置不同，不平衡质量不同。质量不同，不平衡质量不同。根据软件指示，反复改变位置，选配质量，只至平衡，（软件指示0。5克左右）
③修正系数：在转子待平衡面上加不平衡质量10克，点击“开始采集”、“数据分析”，重复三次，得到转子不平衡质量的大小和相位角的稳定值。点击“系统S”，修正系数，再点击“数据分析”直到显示的不平衡质量数与所加的10克数相等为止。
6.停机，在转子不平衡质量位置的对面180Ο处加等量配重，10克。
7.再开机，点击“开始采集”、“数据分析”，得到不平衡质量的大小和相位角
显示的不平衡质量已经很小了（如0.5克以下）。或出现“通讯错误”，即振幅很小，已采集不到了；（如有一点点不平衡可稍微移动一下磁铁）
8.点击“打印”，可打印出实验结果以及实验曲线。
9.点击“频谱分析”进入振幅曲线频谱分析窗口，通过此窗口可进一步了解振幅曲线通过FFT变换处理后的振动信号幅值图谱以及实用相位分布图。
10.停机，将实验转子调头，对第二个待平衡面进行平衡。
◄注意事项►
1.实验时转子转速应缓慢升速，停机后开机转速保持不变。
2.实验完毕后应将调速旋钮旋至最低，关闭电源开关，切断电源。
五.实验软件界面介绍
1.系统主界面（图3）
本软件的目的是为了检测和演示如何对刚性转子进行动平衡，因此功能强大，不但能找到偏心的位置和偏心量的大小，而且可演示整个检测处理过程。
（1）数据显示操作区，显示左右不平衡量、转子瞬时转速、不平衡方位角。
（2）不平衡质量位置指示图，指针指示的方位为偏心质量的位置角度。
（3）原始数据显示区，该区域是用来显示当前采集的数据或者调入的数据的原始曲线，在该曲线上用户可以看出机械振动的大概情况和一些周期性的振动情况。
（4）数据分析曲线显示按钮：通过该按钮可以进入详细曲线显示窗口，
可以通过详细曲线显示窗口看到整个分析过程。
（5）“频谱分析”按钮：可详细了解振幅曲线通过FFT变换处理后的分析过程。
（6）“删除数据”按钮，清除数据及曲线，重新进行测试。
（7）“退出系统”按钮，退出实验系统，结束实验。
图3系统主界面
2.频谱分析界面（图4）
按“频谱分析”键，得如下窗口，可详细了解数据分析过程。
※ 频谱分析图：显示FFT变换振动信号的幅值谱，横坐标为频率，纵坐标为幅值。
※ 实际相位分布图：自动检测时，动态显示每次测试的偏心质量相位角的变化情况。横坐标为测量点数，纵坐标为偏心角度。
图4 频谱分析界面
六：CQP-B智能动平衡测试实验台实验步骤：
1：打开软件，
1；螺栓初预紧：抬起加载杠杆，将左右端螺母用手尽力拧紧（螺母都放松的情况下），
打开软件，点击：“螺栓组实验”（如下图）
2：转动电机，转速调定在振幅最大的一点150-200转左右，点击“采集数据”
3：采集数据后，点“数据分析“软件显示转子不平衡的大概角度和重量在转子末平衡，软件参数末调定只能作为参考，重量不同，角度不同，位置（上下左右）不同，重量不同。
4：按上图在转子359°的对角180°加一块2克磁铁点“采集数据”软件显示不平衡重量减少到11。1克，向左或右移动磁铁，采集数据后，点“数据分析“选取配重小的。
5：按上图在配重的磁铁上，再加一块2克磁铁，点“采集数据”软件显示不平衡重量减少到3。6克。
3：点击：“预紧数据清除”“基准校零”（如下图）
5：波段开关打到4档，转速稳定，点击软件界面中：“采集数据”如下图：
6：按上图在配重的磁铁上，再加一块2克磁铁，点“采集数据”软件显示不平衡重量减少到0。08克。
7：按上图把配重的磁铁左右上下移动一点点，点“采集数据”软件显示不平衡重量减少到0。01克。转子趋于平稳，检测不到脉冲信号，“通讯错误”|转子基本平衡
：波段开关打到5档，转速稳定，点击软件界面中：“采集数据”如下图：
8：配重的磁铁不动，把10克的磁铁放在转子360°的位置，点“采集数据”软件显示不平衡重量为29。4克。不平衡角度360°打开|“数据分析”
9：打开|“参数修正”
10：修正参数默认为：“2”软件显示重量为29。4克，实际磁铁重量10克，修正参数为：
2÷（29。4÷10）=0。68
11：修正参数为：“0。68”点确定软件显示不平衡重量角度和实际一致10克，360°
12：按软件题示在转子359°的对角180°加一块10克磁铁点“采集数据”软件显示不平衡重量减少到0。163克，转子趋于平衡
