電機(jī)動(dòng)平衡綜合測(cè)試實(shí)驗(yàn)
一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br>1、 了解動(dòng)平衡測(cè)試原理及電機(jī)動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)的組成，構(gòu)建方法及各環(huán)節(jié)的功能作用。
2、 通過(guò)示波器和測(cè)振表觀察電機(jī)振動(dòng)與不平衡量之間的關(guān)系，從感性上加深理解旋轉(zhuǎn)
機(jī)械由于偏心而引起的振動(dòng)及危害情況。
3、 實(shí)際動(dòng)手測(cè)試電機(jī)的動(dòng)平衡，掌握測(cè)振、配重、減振直至動(dòng)平衡的整個(gè)過(guò)程；了解
傳感器測(cè)振、濾波器濾除干擾的情況和必要性。
4、 學(xué)會(huì)使用動(dòng)平衡儀、示波器、測(cè)振表。
二、 實(shí)驗(yàn)原理
如圖3.1 所示，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，飛輪也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。由于制造及安裝誤差，飛輪的質(zhì)量分
布對(duì)于電機(jī)軸線總是不對(duì)稱的，即存在一個(gè)等效的偏心質(zhì)量，左右飛輪分別為M1、M2，
M1、M2 將產(chǎn)生一個(gè)與速度成二次方的離心力，從而引起電機(jī)作正弦振動(dòng)，左右飛輪正弦振
動(dòng)分別為V1、V2，M1、M2 與V1、V2 有如下關(guān)系：

上式六方程聯(lián)立求解，即可知1 M 、2 M 、11 A 、12 A 、21 A 、22 A 。其中確定11 A 、12 A 、
21 A 、22 A 的過(guò)程稱之為系統(tǒng)標(biāo)定；完成標(biāo)定后，通過(guò)測(cè)量V1、V2 而計(jì)算1 M 、2 M 的過(guò)程

就是轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測(cè)試過(guò)程。其中測(cè)量振動(dòng)V1、V2 是關(guān)鍵。
三、實(shí)驗(yàn)儀器：動(dòng)平衡儀、示波器、濾波器、磁電式速度計(jì)（壓電式加速度計(jì)）、光電傳感器、
天平和砝碼、橡皮泥、測(cè)振表。
1、 動(dòng)平衡測(cè)試儀器簡(jiǎn)介：
1） 動(dòng)平衡測(cè)試機(jī)理
在轉(zhuǎn)子上貼一標(biāo)記（黑軸貼亮標(biāo)，亮軸貼黑標(biāo)）。光電傳感器對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，則轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈，
產(chǎn)生一個(gè)電脈沖。光電傳感器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)f0 經(jīng)鎖向倍頻器產(chǎn)生128 f0，倍頻信號(hào)用于控制兩
路雙二階跟蹤濾波器，64f0 倍頻信號(hào)用于控制兩路恒帶寬跟蹤濾波器，并控制采樣和用于測(cè)速技
術(shù)。支撐Ⅰ、Ⅱ上的振動(dòng)V1、V2 經(jīng)速度傳感器（加速度計(jì)）變?yōu)檎医蛔冃盘?hào)，振蕩頻率和轉(zhuǎn)
子轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相同。速度傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)中除含有上述不平衡產(chǎn)生的正弦交變信號(hào)外，還存在
由軸承振動(dòng)、基礎(chǔ)振動(dòng)和電磁輻射等因素產(chǎn)生的大量噪聲干擾。為此在對(duì)信號(hào)采樣之前需對(duì)信號(hào)
進(jìn)行濾波和放大。兩路振動(dòng)信號(hào)進(jìn)入儀器，首先經(jīng)過(guò)雙二階跟蹤濾波器，濾除信號(hào)中的高頻噪聲；
信號(hào)經(jīng)濾波后幅度降低，再通過(guò)程控放大器1、2 進(jìn)行放大；而后再通過(guò)恒帶寬跟蹤濾波器進(jìn)行
進(jìn)一步濾波；再經(jīng)過(guò)程控放大器3、4 進(jìn)行進(jìn)一步放大。微機(jī)控制多路電子開(kāi)關(guān)和A/D，對(duì)兩路
信號(hào)進(jìn)行采樣，采用后計(jì)算V1、V2 的幅值和相角，根據(jù)狀態(tài)控制和鍵盤(pán)命令進(jìn)行各種計(jì)算，并
在十六字顯示器上顯示結(jié)果。
2）儀器面板介紹
儀器面板布置如圖3.2 所示，有如下六個(gè)部分。
（1） 操作鍵盤(pán)：操作鍵盤(pán)上共有24 個(gè)鍵。一個(gè)復(fù)位鍵，八個(gè)功能鍵、四個(gè)參數(shù)鍵和十一個(gè)
數(shù)字鍵。
（2） 十六個(gè)字數(shù)碼管和上方框格中兩排發(fā)光二極管：十六字數(shù)碼管分四組，配合兩排發(fā)光

（3） 標(biāo)定過(guò)程中的左加重L M （ 1 H ），右加重R M （ 2 H ）、無(wú)加重（ 0 H ）的三個(gè)圖形，用
以提示標(biāo)定的三個(gè)主要步驟。某一種步驟（ 1 H 、2 H 、0 H ）測(cè)量完成時(shí)，相應(yīng)圖形下指示燈亮。
（4） 控制琴鍵開(kāi)關(guān)組：“常態(tài)/補(bǔ)償鍵”，按下時(shí)可以對(duì)轉(zhuǎn)子半鍵、聯(lián)軸節(jié)不平衡進(jìn)行補(bǔ)償，
按出時(shí)為常態(tài)無(wú)補(bǔ)償測(cè)量。（注：使用補(bǔ)償前應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償值測(cè)試）。“測(cè)量/標(biāo)定”琴鍵，此鍵為存
儲(chǔ)記憶開(kāi)關(guān)，進(jìn)行參數(shù)存儲(chǔ)和標(biāo)定時(shí)要按下，否則立即彈出?！叭ブ?加重”琴鍵，此鍵按下時(shí)顯
示加重角度，彈出顯示去重角度?！熬珳y(cè)/快測(cè)”琴鍵，按下時(shí)采樣時(shí)間短，精度稍低，但出數(shù)快，
彈出時(shí)采樣時(shí)間長(zhǎng)，精度高，一般不平衡容易測(cè)時(shí)用“快測(cè)”，難測(cè)時(shí)用“精測(cè)”，“標(biāo)定”時(shí)一
定用“精測(cè)”。
（5） 電源開(kāi)關(guān)：按下時(shí)電源指示燈亮，電源接通；彈出時(shí)電源指示燈熄滅，電源關(guān)斷。
（6） 穩(wěn)速指示燈和狀態(tài)指示燈：轉(zhuǎn)子穩(wěn)速轉(zhuǎn)動(dòng)且光電傳感器一周產(chǎn)生一個(gè)脈沖時(shí)，穩(wěn)速指
示燈穩(wěn)定發(fā)光，否則閃動(dòng)，狀態(tài)指示燈熄滅時(shí)指示c、d 兩點(diǎn)信號(hào)太小，變黃時(shí)指示c、d 兩點(diǎn)信
號(hào)太大發(fā)生了飽和削波，變綠色時(shí)指示c、d 兩點(diǎn)正常。
儀器后面板有四個(gè)插座和一個(gè)琴鍵。其中一個(gè)是電源插座，要求220V 交流電源，一個(gè)是光
電傳感器插座，兩個(gè)振動(dòng)傳感器插座，琴鍵為自校信號(hào)切換開(kāi)關(guān)，按下時(shí)儀器與三個(gè)傳感器信號(hào)
線斷開(kāi)并轉(zhuǎn)接內(nèi)部50HZ 自校信號(hào)。
2、 磁電式速度計(jì)簡(jiǎn)介
動(dòng)平衡機(jī)中絕大多數(shù)的測(cè)振傳感器是圖3.3 所示磁電式速度傳感器。其主要由磁缸、連桿、
彈簧和線圈組成，在平衡機(jī)上磁缸與基座連接不動(dòng)，連桿與轉(zhuǎn)子支撐體連接，隨轉(zhuǎn)子支撐點(diǎn)同做
水平振動(dòng)，即線圈相對(duì)磁缸有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電信號(hào)。
如線圈不動(dòng)，從兩接線點(diǎn)AB 看進(jìn)去，其相當(dāng)于一個(gè)電阻L R ，R = 1 ~ 10KΩ L ，如線圈振
動(dòng)，則AB 兩點(diǎn)看進(jìn)去相當(dāng)于一電阻串一電壓源。檢查時(shí)，可用萬(wàn)用表電阻檔測(cè)內(nèi)阻值1 R ，也
可用電壓檔，檢查AB 兩點(diǎn)在敲擊支架時(shí)的電壓變化。
3、 光電傳感器簡(jiǎn)介
光電傳感器的外形如圖3.4 所示， LED1 為紅外發(fā)光二極管，與400Ω電阻串接在0V 與12V
之間不斷地發(fā)射紅外光。3DU 是紅外接收三極管，當(dāng)LED1 發(fā)光射到轉(zhuǎn)子亮處，反射光打到DU 時(shí)，3DU 有電流導(dǎo)通，在2 R 產(chǎn)生電壓降， A b V ?V ，則f V 為高電平。如LED1 發(fā)光射到轉(zhuǎn)
子暗處，反射光極弱，3DU 電流小，在2 R 上電壓降小， A b V ?V ，則f V 為低電平。上述轉(zhuǎn)子的
亮暗處，由貼光標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子亮則貼黑標(biāo)記，暗則貼光亮標(biāo)記，LED2 為發(fā)光二極管， f V 高
時(shí)亮綠）， f V 低時(shí)不亮。RW 是亮暗反差調(diào)節(jié)器，如轉(zhuǎn)子為黑貼亮標(biāo)記，這時(shí)對(duì)好傳感器后，對(duì)著黑的部分，調(diào)節(jié)RW，也可以用調(diào)光電頭與轉(zhuǎn)子的間距來(lái)實(shí)現(xiàn)?？傊詈筠D(zhuǎn)一周LED2 只允許
亮一次，否則要調(diào)節(jié)。

圖 3.4 光電傳感器外形圖及測(cè)量電路
4、 濾波器簡(jiǎn)介
濾波器是用來(lái)濾除噪聲干擾信號(hào)，放大振動(dòng)信號(hào)的儀器。分布在飛輪下方基座上的兩個(gè)加速
度傳感器，分別感應(yīng)出V1、V2 兩路振動(dòng)信號(hào)。此信號(hào)中還混有大量的干擾噪聲信號(hào)，包括軸承
振動(dòng)，基礎(chǔ)振動(dòng)，電磁輻射，隨機(jī)振動(dòng)等。為此，先對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行低通濾波，即通過(guò)雙二階跟
蹤濾波器，濾除信號(hào)中的高頻噪聲，信號(hào)濾波后，幅度降低，再通過(guò)程控放大器1、2 做進(jìn)一步
放大；而后再通過(guò)恒帶寬跟蹤濾波器進(jìn)行二次濾波，再通過(guò)程控放大器3、4 做進(jìn)一步放大，至
此信號(hào)才是放大了的V1、V2 的振動(dòng)信號(hào)。
四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方法及步驟
（一） 動(dòng)平衡測(cè)試儀的標(biāo)定內(nèi)容及步驟
由實(shí)驗(yàn)原理知，測(cè)量不平衡量1 M 、2 M 是通過(guò)測(cè)量電機(jī)飛輪上的振動(dòng)V1、V2 實(shí)現(xiàn)的，故標(biāo)
定就是確定1 M 、2 M 與V1、V2 之間的關(guān)系。
步驟：
1、開(kāi)機(jī)預(yù)熱5 分鐘，
2、在轉(zhuǎn)子0 度位置上左加重（小螺栓用砝碼稱出重量一般為3 克左右），啟動(dòng)電機(jī)，
3、 測(cè)速（到預(yù)定測(cè)量速度），復(fù)位（待顯示符號(hào)后，稍候5 秒種），
4、 重新測(cè)速，待穩(wěn)定后，按“H1”（顯示H1 后，停機(jī)，取下加重，）
5、 在轉(zhuǎn)子0 度位置上右加重（3 克左右），啟動(dòng)電機(jī)，
6、 測(cè)速（到預(yù)定測(cè)量速度），復(fù)位（待顯示符號(hào)后，稍候5 秒種），
7、 重新測(cè)速，待穩(wěn)定后，按“H2”（顯示H2 后，停機(jī)，取下加重），
8、 啟動(dòng)電機(jī)，
9、 在測(cè)速（到預(yù)定測(cè)量速度），復(fù)位（待顯示符號(hào)后，稍候5 秒種），
10、 重新測(cè)速，待穩(wěn)定后，按“H0”（顯示H0 后，停機(jī)），
11、 按“輸入”，“ML”（左加重?cái)?shù)），“MR”（右加重?cái)?shù)），“Ф0（0）”，“N”（轉(zhuǎn)子號(hào)：1—98）
隨意選取，再按“標(biāo)定”，顯示（ 11 A 、12 A 、21 A 、22 A ），標(biāo)定完成。
（二） 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟
輸入：標(biāo)定結(jié)束后，若未關(guān)機(jī)，則直接進(jìn)入測(cè)量步驟；若關(guān)機(jī)，則開(kāi)機(jī)后先輸入N 該轉(zhuǎn)子的
編號(hào)（N=0—98,99 用于自校），再進(jìn)入測(cè)量步驟。

步驟：
12、按“測(cè)量”鍵，顯示數(shù)值分別為左右飛輪上各需加載的重量和相角。用天平稱出相同重
量的橡皮泥，貼在飛輪上相應(yīng)的相位處。進(jìn)行配重。
13、啟動(dòng)電機(jī)，測(cè)速，復(fù)位再測(cè)量，又顯示結(jié)果，用天平稱出相同重量的橡皮泥，貼在飛輪
上相應(yīng)的相位處。重復(fù)12-13 步驟1-4 次，進(jìn)行配重。直至合格。（不平衡質(zhì)量m?0.2g ），填寫(xiě)
表3.1。
14、用測(cè)振表測(cè)出最后一次配重后左右飛輪的垂直與水平方向的振動(dòng)量。
15、 再一次次撤掉每次左右配重量，分別測(cè)出每次電機(jī)的振動(dòng)量的大小。填寫(xiě)表3.2，同時(shí)
觀察每次配重時(shí)，濾波器一、二級(jí)濾波的輸出波形情況并畫(huà)圖。
表3.1 電機(jī)的不平衡量與加重平衡量

圖3.5 兩次加重平衡后的濾波器上幾點(diǎn)的波形