一、實驗目的
1、 鞏固轉子動平衡知識，加深對轉子動平衡概念的理解；
2、 掌握剛性轉子動平衡實驗的原理及基本方法。
二、實驗設備與工具
1、動平衡試驗機
2、試件（試驗轉子）
3、天平
4、平衡塊（若干）及橡膠泥（少許）。
三、主要技術參數
(1)電動機轉速：1400轉/分    ±2     0.01千轉/分
(2)方位：0～36.0等分度圓周        ±2     0.1等分
(3)偏量：0～1999g.mm/kg            ±2    1g.mm/kg
(4)電源：220V；50HZ；180W          （100倍時）
四、實驗原理及步驟
1、動平衡的結構
本實驗采用動平衡實驗臺，其結構如圖1所示。待平衡的試件1安放在框形擺架的支承滾輪上，擺架的左端與工字形板簧3固結，右端呈懸臂，電動機4通過皮帶帶動試件旋轉；當試件有不平衡質量存在時，則產生離心慣性力使擺架繞工字型板簧做上下周期性的微量振動，通過千分表5可觀察振幅的大小。

圖1  轉子動平衡實驗臺簡圖
    試件的不平衡質量的大小和相位可通過安裝在擺架的右端的測量系統獲得，這個測量系統由補償盤6和差速器7組成。差速器的左端為轉動輸入端（n₁）通過柔性連軸器與試件連接；右端為輸出端（n₃）與補償盤相連接。
差速器由齒數和模數相同三個圓錐齒輪和一個蝸輪（轉臂H）組成。當轉臂蝸輪不轉動時，n₃=-n₁ 即補償盤的轉速n₃ 與試件的轉速n₁ 大小相等轉向相反，當通過手柄搖動蝸桿8從而帶動蝸輪軸n_H 轉動時，可得出n₃=2n_H-n₁ ，即n₃≠-n₁，所以搖動蝸桿可改變補償盤與試件之間的相對角位移。
圖2所示為動平衡機工作原理圖，試件轉動后不平衡質量產生的離心慣性力F=mr
它可分解成垂直分力F_y 和水平分力F_x,由于平衡機的工字型板簧在擺架在水平方向（繞y軸）的抗彎剛度很大，所以水平分力F_x對擺架的振動影響很小，可忽略不計。而在垂直方向（繞x軸）的抗彎剛度小，因此垂直分力產生的力矩M=F_y×l=mrlsimφ的作用下，使擺架產生周期性的上下振動。

圖2   動平衡試驗機工作原理
     由動平衡原理可知，任一轉子上諸多不平衡質量，都可以用分別處于任選兩個平面Ⅰ、Ⅱ內，回轉半徑分別為r_Ⅰ 、r_Ⅱ ，相位角分別為θ_Ⅰ 、θ_Ⅱ ，的兩個不平衡質量來等效，只要這兩個不平衡質量得到平衡，則該轉子即達到動平衡。找出這兩個不平衡質量并相應的加上平衡質量（或減去不平衡質量）就是本試驗要解決的問題。
      試件在圓盤Ⅰ、Ⅱ各等效著一個不平衡質量m_Ⅰ 、m_Ⅱ ，對x軸產生的慣性力矩為：
 M_Ⅰ =0、M_Ⅱ=m_Ⅱr_Ⅱlsin（θ_Ⅱ+ωt）
擺動振幅y到底灰姑娘力矩M_Ⅱ的最大值成正比：y∝m_Ⅱr_Ⅱl，而不平衡質量m_Ⅰ 產生的慣性力以及皮帶對轉子的作用力均通過軸，所以不影響擺架的振動，因此可以分別平衡圓盤II和圓盤Ｉ。
　　　本實驗的基本方式是：首先，用補償盤作為平衡平面，通過加平衡質量和利用差速器改變補償盤與試件轉子的相對角度，來平衡圓盤II上的離心慣性力，從而實現擺架的平衡；然后，將補償盤上的平衡質量轉移到圓盤II上，再實現轉子的平衡。具體操作如下：
　　　在補償盤上帶刻度的溝槽端部加一適當的質量，在試件旋轉的狀態下搖動蝸桿手柄使蝸輪轉動（正轉或反轉），從而改變補償盤與試件轉子的相對角度，觀察百分表振動使其達到最小，停止轉動手柄。（搖動手柄要講究方法；蝸桿安裝在機架上，蝸輪安裝在擺架上，兩者之間有很大間隙，蝸桿轉動一定角度后，稍微反轉一下，脫離于蝸輪的接觸，這樣才能使擺架自由振動，這時觀察振幅。通過間歇性地使蝸輪向前轉動和觀察振幅變化，最終可找到振幅最小的位置。）停機后在溝槽內再加一些平衡質量，再開機左右轉動手柄，如振幅已很小（千分表擺動±2-3格）可認為擺架已達到平衡。亦可將最后加在溝槽內的平衡質量的位置沿半徑方向作一定調整，來減小振幅。將最后調整到最小振幅的手柄位置保持不動，停機后用手轉動試件使補償盤上的平衡質量轉到最高位置。由慣性力矩平衡條件可知，圓盤II上的不平衡質量  必在圓盤II的最低位置。再將補償盤上的平衡質量  按力矩等效的原則轉換為位于圓盤II上最高位置的平衡質量，即可實現試件轉子的平衡，根據等效條件有：
               （1）
式中各半徑和長度含義見圖2，其中  ，而由補償盤溝槽上的刻度讀出。補償盤上若有多個平衡質量，且裝加半徑不同，可將每一平衡質量分別等效后求和。
在平衡了圓盤II后，將試件轉子從平衡機上去下，重新安裝成以圓盤II為驅動輪，再按上述方法求出圓盤I上的平衡質量，整個平衡工作才算完成。
平衡后的理想情況是不再振動，但實際上總會殘留較小的殘余不平衡質量。通過對平衡后轉子的殘留振動振幅測量，可近似計算殘余不平衡質量。殘余不平衡質量的大小在一定程度上反映了平衡精度。殘余不平衡質量可由下式求出：
×平衡質量    （2）
2．實驗步驟
 1）將試件轉子安裝到擺架的滾輪上，把試件右端的法蘭盤與差速器軸端的法蘭盤用線繩松松地捆綁在一起組成一個柔性聯軸器。裝上傳動皮帶。
  2）用手轉動試件和搖動蝸桿上的手柄，檢查各部分轉動是否正常。松開擺架最右邊的兩對鎖緊螺母，調節右端支承彈簧高度，輕壓一下擺架，觀察擺架振動和百分表擺動是否靈活。在擺架平衡位置將千分表指針調零。
  3）開機前卸下試件上合補償盤上多余的平衡塊，在試件的環形槽中加裝3～4快平衡塊。按下開啟按鈕啟動電機，待擺架振動穩定后，記錄原始振幅大小（單位：格）后，停機。
  4）在補償的槽內距軸心最遠處加上適當的平衡質量（兩塊平衡塊）。開機后搖動蝸桿上的手柄，觀察百分表振幅變化，當搖動到百分表振幅最小時，記錄振幅的大小，和蝸輪的位置角（差速器外殼上有刻度指示），停機。
  5）按試件轉動方向用手轉動試件，使補償盤上的平衡塊轉到最高位置，取下平衡塊按照3/2的比例將其安裝到試件圓盤II中相對應的最高位置槽內。
  6）在補償盤中上次安裝平衡塊的位置再加一定的質量（1塊平衡塊），開機。微調蝸桿上的手柄觀察振幅，如振幅小于，記錄此時振幅和蝸輪的位置角，若與相同或略有改變，則表示實驗進行正確：如振幅大于，可在停機狀態下調節平衡質量的裝加半徑，直到振幅減小。
   7）當調整到振幅很小時（百分表擺動±2-3格可視為已達平衡，停機。讀出平衡質量的裝加半徑，利用公式（1）計算應加圓盤II中的等效質量，在天平上用橡皮泥稱出后按步驟5）方法加到圓盤II中。并取下補償盤中的質量。
   8）開機檢測轉子振動，若還在一些振動可適當調節一下平衡塊的相位。記下殘留振動振幅，停機。
   9）在實驗報告的試驗結果表格中，記錄圓盤II上平衡質量的裝加相位（直接讀圓盤II上的刻度）；取下平衡質量，在天平上稱出數值，并記錄；由公式（2）計算殘余不平衡質量。
  10）將試件轉子掉頭，重復上面步驟1）~9，完成對圓盤I的平衡。
五、注意事項：
1.   動平衡的關鍵是找準相位，第一次就要把相位找準，當轉子接近平衡時相位就不靈敏了。所以β₁、β₂是主要相位角。
2. 若轉子振動不明顯可多加一些不平衡塊。
3．搖動蝸桿調節補償盤時，要搖動一下蝸桿，再將其向返方向搖動一下，使蝸桿與蝸輪處于非捏緊狀態，以觀察振動情況。
 
轉子動平衡實驗報告
 
學院：               系：            專業：           班級：        
 
姓名：               學號：          實驗日期：       年    月     日
 
 
1.     振動測量：
 

項目	圓盤Ⅱ		圓盤Ⅰ
y0 (格)
y1(格)
β1(度)
y2(格)
β2(度)
y′(格)

 
2.     計算：
 
殘余不平衡質量
×平衡質量=
3.     試驗結果：
 

項目		平衡質量	裝加半徑	裝加相位	殘余不平衡質量
單位		克(g)	毫米(mm)	度(°)	克(g)
數 值	圓盤Ⅱ		70
	圓盤Ⅰ		70