一种教学用三盘刚性转子动平衡实验装置

技术领域

本发明涉及一种动平衡实验装置技术领域，尤其是涉及一种教学用三盘刚性转子动平衡实验装置。

背景技术

刚性转子的不平衡通常需要动平衡实验台，不仅能够测量大小，还能够测量出不平衡的相位，并且能够进行调节。根据实际经验，做旋转运动的机构，就一定会产生一定的振动，而大多数的振动都是由不平衡力引起的。既使在设计之初就考虑到振动而精心设计安装方法和工作环境的高精度转子系统，在经过长时间的工作之后，由于回转过程中的磨损，冲击损伤都会导致设备出现期望之外的振动，尤其是在转速很高的设备中，在初期的磨合中和长期工作后都会出现较大的振动，从而导致机器不能正常工作，所以对刚性转子等旋转性零件进行动平衡测试非常有必要。

现有的大、小型动平衡实验设备种类很多，但一般结构复杂，精度高的造价很高，操作复杂，精度低的不符合教学要求，操作不方便，适合高校实验教学的动平衡实验装置并不多见。目前存在一种四圆盘刚性转子动平衡实验设备，可供学生在教学实验中独立操作。但其不足之处在于专用处理程序过于完备，由此也提高了造价，学生在实验操作过程中缺少独立思考空间。本发明就是在低造价要求的基础上，设计出更加容易调整动平衡的设备，从而适应高校教学要求。

发明内容

本发明是为了克服现有技术的不足，提供一种更加可靠高效，设计合理的，便于调整和动平衡教学的三盘刚性转子动平衡实验装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种教学用三盘刚性转子动平衡实验装置，包括转轴、轴承座、电机、光电位移传感器及底座，所述转轴与电机通过联轴器连接，所述转轴上固定连接有零点光盘及平衡盘，所述转轴上安装在所述轴承座上，所述轴承座通过弹性支架固定在所述底座上，所述平衡盘的两侧面上均设有用于添加质量块的环形槽，所述光电位移传感器设置轴承座的一侧用以测量弹性支架的偏移量。

测量出不平衡的质量和相位后，通过高精度称重计称出所需质量的螺栓和质量块，并通过螺栓固定质量块，将螺栓安装于环形槽内，可以实现动平衡的调节；平衡盘两侧均有环形槽可以避免由于增加的质量块重量过大产生的添加多个质量块都不足以完成动平衡及螺栓的质量中心在平面外，会引起新的不平衡量的情况，而两侧环形槽都能够添加质量块，可以有效降低由于新施加的质量块引起的不平衡量，同时解决实际过程中需要施加过多校正质量块的情况；三个平衡盘的两侧添加质量块的朝向不同，能够实现两人同时操作，在教学情况下，能够满足共用仪器的要求，并且有足够参与感，从而减少设备引进的数量，有效降低使用成本。

作为优选，所述环形槽上设有用于安装螺栓的缺口，位于平衡盘左右两侧面的环形槽的缺口相对设置。缺口使得螺栓能够放入环形槽内，平衡盘左右两侧面的缺口相对设置，减少缺口对平衡盘动平衡的影响。

作为优选，所述平衡盘包括左平衡盘、中平衡盘及右平衡盘，平衡盘的边缘上刻有360°分度线，位于平衡盘左侧的缺口设置在360°，位于平衡盘右侧的缺口设置在180°。

作为优选，所述环形槽的横截面呈T形，缺口处环形槽的横截面呈L形。螺栓的头部位于环形槽内，环形槽的横截面呈T形，防止螺栓脱落。

作为优选，所述弹性支架通过螺栓与底座固定连接。弹性支架与底座通过螺栓连接，每当有元件损坏，或者需要改变教学方案如改变初试条件，更换平衡盘等，都可以很轻松的拆下所需要的零件，而且安装方便，减少了后来的维修成本。

作为优选，所述底座的下端安装有减震支架。减震支架使得动平衡实验装置产生的晃动得以缓冲，减少底座的晃动。

作为优选，装置外扣有透明护罩。在使用过程中，将防护罩盖上可保障实验工作人员的安全，避免在转子快速转动时螺栓脱落对实验人员的伤害；在不使用时，将防护罩盖上可有效减少仪器上的落尘，进而降低设备后期的维护费用，提高设备的使用寿命。

因此，本发明具有如下有益效果：（1）平衡盘两面均可添加质量块，相比于单面添加可以有效降低由于新施加的质量块引起的不平衡量；（2）结构简单，操作方便，成本低，适用于教学使用；（3）该装置可以通过外接示波器进行动平衡实验，学生根据示波器的读数显示来进行加载调整，能够直观地看到底座及轴承座振动位移减小以逐步接近动平衡的过程，不仅物理概念清晰，而且降低了成本。

附图说明

图1是本发明正视图的一种结构示意图；

图2是本发明俯视图的一种结构示意图；

图3是本发明平衡盘的一种结构示意图；

图4是本发明平衡盘横截面的一种结构示意图。

图中：1、电机 2、联轴器 3、零点光盘 4、光电位移传感器 5、左平衡盘 6、中平衡盘 7、右平衡盘 8、轴承座 9、弹性支架 10、转轴 11、螺栓 12、透明护罩 13、减震支架 14、缺口 15、环形槽 16、T形 17、L形 18、底座。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

在图1、图2、图3及图4所示的实施例中，本发明的一种教学用三盘刚性转子动平衡实验装置，包括转轴10、轴承座8、电机1、光电位移传感器4及底座18，所述转轴与电机通过联轴器2连接，所述电机通过电机支架固定在底座上，所述转轴上从左至右固定连接有零点光盘3及平衡盘，所述平衡盘包括左平衡盘5、中平衡盘6及右平衡盘7，所述转轴上安装在所述轴承座上，所述轴承座通过弹性支架9固定在所述底座上，所述左、中、右平衡盘位于两个轴承座之间，零点光盘位于左平衡盘的左侧，零点光盘位于联轴器与左轴承座之间，所述平衡盘的两侧面上均设有用于添加质量块的环形槽15，所述光电位移传感器设置轴承座的一侧用以测量弹性支架的偏移量。

所述环形槽上设有用于安装螺栓的缺口14，所述螺栓与环形槽间隙配合，位于平衡盘左右两侧面的环形槽的缺口相对设置。

平衡盘的边缘上刻有360°分度线，位于平衡盘左侧的缺口设置在360°，位于平衡盘右侧的缺口设置在180°。

所述环形槽的横截面呈T形16，缺口处环形槽的横截面呈L形17；所述弹性支架及电机支架均通过螺栓11与底座固定连接；所述底座的下端安装有减震支架13；装置外扣有透明护罩12。

电机为直流永磁电动机。通过调节电机的电压，让电机得到一定的转速，电机的输出轴通过联轴器带动转轴随电机一起转动。零点光盘固定安装在转轴上，零点光盘为一个开了一个窄槽的塑料圆盘，光电开关为一对发光和接收光的光电管，零点光盘每转一圈，光电开关发出一次窄脉冲电信号，这样在光电开关输出的电信号时间域曲线(横轴为时间，纵轴为电信号电压幅值)中，就会出现多个脉冲电信号。通过对光电开关输出的电信号时间域曲线分析可以得到电动机的转速。将脉冲电信号瞬时定为左平衡盘、中平衡盘及右平衡盘的零度点，这样就把左平衡盘、中平衡盘和右平衡盘分成了360度。在转轴和左、中、右平衡盘一起旋转过程中，由于质量中心可能不在转轴的几何中心上等各种原因，整个结构旋转起来就受到惯性力的作用，而使结构产生振动。又由于弹性支架的结构特性是垂直方向刚度大，水平方向刚度相对较弱，所以弹性支架在水平方向就有较大的摆动位移，弹性支架在水平方向的摆动位移由光电位移传感器测得。通过光电位移传感器的前置放大器把光信号变成电信号，光电管和两个弹性支架的电信号都输入给示波器，在示波器屏幕上贴有角度的标志，这样就可以通过示波器读出两个弹性支架的电信号电压幅值和其峰值相对零点的相位。电信号电压的幅值与弹性支架的水平方向的摆动位移成正比，即可得到两个弹性支架水平方向的摆动位移。

三盘刚性转子动平衡实验采用平面影响系数法，通过在左平衡盘、中平衡盘及右平衡盘各自增加质量块，应用计算程序求得左平衡盘、中平衡盘和右平衡盘所需加校正质量的大小及角度，把配好的校正质量按其角度分别加在左、中、右平衡盘上，在缺口的14处放入螺栓，在螺栓上添加相应的质量块垫片，然后用螺母固定，通过校正质量把质心尽可能调整到转轴的几何中心上，这样转轴所受的惯性力就变得很小，两个弹性支架的水平方向的摆动位移趋于零，双盘刚性转子达到动平衡。