一种旋转机械动态力学量测量实验装置及实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种旋转机械动态力学量测量实验装置及实验方法，包括旋转机械底座，双轴电机一侧连接光电式旋转编码器，另一侧通过柔性连轴节连接转子盘转轴，转子盘转轴两端分别通过滚珠轴承和活动轴承固定，转子圆盘通过螺钉固定在转子盘转轴上，转子圆盘数量可改变，其在转子盘转轴上的位置可调节，转子圆盘上开有安装砝码的螺孔；活动轴承两侧分别安装力传感器和固定块，并由两侧的螺栓连接于固定支座上，活动轴承通过两侧螺栓调节位置与滚珠轴承对中；位移传感器支架固定在旋转机械底座上，电涡流位移传感器安装在传感器支架上；该实验装置可实现7种实验教学内容，具有很强的实验设计性，多样性，整体结构紧凑、操作简单、集成度高等优点。

An Experimental Device and Method for Measuring Dynamic Mechanics of Rotating Machinery

【技术实现步骤摘要】
一种旋转机械动态力学量测量实验装置及实验方法
本专利技术涉及一种力学实验装置，具体涉及一种旋转机械动态力学量测量实验装置及实验方法。
技术介绍
工程实际中，由于安装、制造或材料本身的不均匀等因素，都可能使旋转机械的转轴偏离中心惯性主轴。这样，当旋转机械高速运转时，会由于惯性力而产生较大的附加动反力，加剧轴承的磨损，同时还伴随产生振动与噪声，降低机械的传动效率，影响机械正常使用，减少机械使用寿命。旋转机械附加动反力的变化、转轴振动振幅和轴心轨迹反映了转轴的振动、偏心及轴承的运行情况。因此在工程旋转机械的故障诊断中，非常重视对于轴承座附加动反力、转轴振幅及轴心轨迹的监测。教学中，为了直观反映工程实际问题，有必要模拟实际工况，开发一种可操作性强、简单可靠的旋转机械动态力学量测量的学生实验装置。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种旋转机械动态力学量测量实验装置及实验方法，该实验装置可实现7种实验教学内容：旋转机械单个转子圆盘轴承座动反力测量实验、旋转机械多个转子圆盘轴承座动反力测量实验(2个转子圆盘及以上)、旋转机械单个转子圆盘动平衡实验、旋转机械多个转子圆盘动平衡实验、旋转机械转轴振动振幅测量实验、旋转机械转轴轴心轨迹实验以及旋转机械转速、角速度、角加速度测量实验等。具有很强的实验设计性，多样性，整体结构紧凑、操作简单、集成度高等优点。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种旋转机械动态力学量测量实验装置，包括旋转机械底座1，双轴电机2固定在旋转机械底座1上，双轴电机2的一个轴连接控制双轴电机2转速的光电式旋转编码器3，双轴电机2的另一个轴通过柔性连轴节4连接转子盘转轴5，所述转子盘转轴5一端通过安装在旋转机械底座1上的滚珠轴承6固定，另一端通过安装在旋转机械底座1上的活动轴承7固定，滚珠轴承6临近双轴电机2；多个转子圆盘8通过螺钉10固定连接在转子盘转轴5上，转子圆盘8上均匀开有能够安装砝码9的螺孔，打开所述柔性连轴节4，将转子盘转轴5向活动轴承7一端移动，即能够在转轴5上增加或减少转子圆盘8的数量，并且转子圆盘8的位置能够自由调节；所述活动轴承7左侧安装力传感器11，并由左侧螺栓12连接于固定支座13上，活动轴承7右侧安装固定块14，并由右侧螺栓15连接于固定支座13上，所述固定支座13固定安装在旋转机械底座1上，所述活动轴承7通过左侧螺栓12和右侧螺栓15调节位置与滚珠轴承6对中；当需要测量转子盘转轴5的轴心轨迹和振幅时，旋转机械底座1上固定有位移传感器支架16，位移传感器支架16上安装一个或垂直安装两个电涡流位移传感器17，垂直安装两个电涡流位移传感器17即能够测量转子盘转轴5的轴心轨迹，安装一个电涡流位移传感器17即能够测量转子盘转轴5的振动振幅，并且位移传感器支架16在转子盘转轴5的位置能够调整。所述转子盘转轴5一端通过柔性连轴节4连接双轴电机2，并通过滚珠轴承6固定，另一端通过活动轴承7固定，滚珠轴承6位置确定后，活动轴承7能够最大限度保证转子盘转轴5与双轴电机2轴的中心对齐，柔性连轴节4能够保证转子盘转轴5与双轴电机2轴的柔性连接，以保障实验结果可靠性。所述转子圆盘8沿周向均匀开有能够安装砝码9的螺孔，因此能够根据不同实验需求自行设计砝码质量和安装位置。所述力传感器11一侧安装于活动轴承7，另一侧连接于固定支座13上，力传感器11水平安装，不用考虑转子圆盘8的重力对力测量值的影响，测量值即为轴承座动反力的水平分量。所述的一种旋转机械动态力学量测量实验装置的实验方法，当转子圆盘8为初始动平衡，任意质量砝码安装在转子圆盘8不同螺孔位置时，轴承座附加动反力通过力传感器11测量，如果转子圆盘8存在偏心质量，通过调整砝码的质量和安装位置，由力传感器11实时测量轴承座动反力，能够确定偏心质量位置，当转子盘转轴5上安装多个转子圆盘8时，通过设计调整砝码质量和位置，使实验装置达到动平衡，进行动平衡实验，将两个电涡流传感器17垂直安装在位移传感器支架16上即能够测量转子盘转轴5的轴心轨迹，安装一个电涡流传感器17即能够测量转子盘转轴5的振动振幅，该装置同时能够通过光电式旋转编码器3用于旋转机械的转速、角速度和角加速度的测量实验。所述的测量轴承座动反力包括旋转机械多个转子圆盘轴承座动反力测量实验和旋转机械单个转子圆盘轴承座动反力测量实验；1)旋转机械多个转子圆盘轴承座动反力测量实验：以两个转子圆盘为例，在初始为动平衡的两个转子圆盘8上任意刻度位置安装砝码9，砝码9到转子盘转轴5的中心距离为e，砝码9的质量即偏心质量分别为m1和m2，两偏心质量之间夹角为θ，旋转机械转速为ω，则两个偏心质量产生的惯性力分别为Fg1＝m1eω2，Fg2＝m2eω2；根据达朗贝尔原理，列平衡方程如下：∑Fx＝FAx+FBx-Fg2sinθ＝0∑Fy＝0SFz＝FAz+FBz-Fg1-Fg2cosθ-G1-G2＝0SMAx(F)＝Fg1l+Fg22lcosθ+G1l+G22l-FBz3l＝0SMAy(F)＝0∑MAz(F)＝FBx3l-Fg22lsinθ＝0式中，Fx、Fy和Fz分别为x、y、z三个方向的合力，MAx、MAy和MAz分别为x、y、z三个方向力对A点的合力矩，FAx和FBx分别为旋转机械底座上A、B两点轴承座动反力在x方向分量，FAz和FBz分别为旋转机械底座上A、B两点轴承座动反力在z方向分量，G1为转子圆盘质量与偏心质量m1的和，G2为转子圆盘质量与偏心质量m2的和，l为转子圆盘之间及转子圆盘与旋转机械底座上A、B点的距离；由于实验中测量的是动反力，而重力只影响支座反力中的静反力，因此动反力结果中没有重力的影响；求解方程得：于是，旋转机械底座1的A、B两点动反力大小分别为：实验中力传感器11安装在B点的水平方向，能够实时测量轴承座动反力的水平分量，力传感器11测量值的峰值即轴承座动反力的大小：因此，根据砝码9的质量和安装位置能够测量出轴承座动反力。该实验装置测量数据与达朗贝尔原理理论结果吻合良好。2)旋转机械单个转子圆盘轴承座动反力测量实验：对于旋转机械单个转子圆盘系统，在所述转子圆盘8上任意刻度位置安装砝码9，砝码9到转子盘转轴5的中心距离为e，砝码9的质量即偏心质量为m，转速为ω，则其产生的惯性力为Fg＝meω2；根据达朗贝尔原理，列平衡方程如下：∑Fx＝0∑Fy＝0SFz＝FAz+FBz-Fg-G＝0∑MAx(F)＝Fgl+Gl-FBz2l＝0∑MAy(F)＝0∑MAz(F)＝0式中，Fx、Fy和Fz分别为x、y、z三个方向的合力，MAx、MAy和MAz分别为x、y、z三个方向力对旋转机械底座上A点的合力矩，FAz和FBz分别为旋转机械底座上A、B两点轴承座动反力在z方向分量，G为转子圆盘质量与偏心质量m的和，l为转子圆盘与旋转机械底座上A、B点的距离；由于实验中测量的是动反力，而重力只影响支座反力中的静反力，因此动反力结果中没有重力的影响；求解方程得：于是，旋转机械底座1的A、B两点动反力大小分别为：实验中力传感器11安装在B点的水平方向，能够实时测量轴承座动反力的水平分量，力传感器11测量值的峰值即轴承座动反力的大小：实验中增加砝码9的质量，改变砝码9的安装位置，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋转机械动态力学量测量实验装置，包括旋转机械底座(1)，双轴电机(2)固定在旋转机械底座(1)上，双轴电机(2)的一个轴连接控制双轴电机(2)转速的光电式旋转编码器(3)，双轴电机(2)的另一个轴通过柔性连轴节(4)连接转子盘转轴(5)，所述转子盘转轴(5)一端通过安装在旋转机械底座(1)上的滚珠轴承(6)固定，另一端通过安装在旋转机械底座(1)上的活动轴承(7)固定，滚珠轴承(6)临近双轴电机(2)；多个转子圆盘(8)通过螺钉(10)固定连接在转子盘转轴(5)上，转子圆盘(8)上均匀开有能够安装砝码(9)的螺孔，打开所述柔性连轴节(4)，将转子盘转轴(5)向活动轴承(7)一端移动，即能够在转轴(5)上增加或减少转子圆盘(8)的数量，并且转子圆盘(8)的位置能够自由调节；所述活动轴承(7)左侧安装力传感器(11)，由左侧螺栓(12)连接于固定支座(13)上，活动轴承(7)右侧安装固定块(14)，由右侧螺栓(15)连接于固定支座(13)上，所述固定支座(13)固定安装在旋转机械底座(1)上，所述活动轴承(7)通过左侧螺栓(12)和右侧螺栓(15)调节位置与滚珠轴承(6)对中；当需要测量转子盘转轴(5)的轴心轨迹和振幅时，旋转机械底座(1)上固定有位移传感器支架(16)，位移传感器支架(16)上安装一个或垂直安装两个电涡流传感器(17)，安装两个电涡流传感器(17)即能够测量转子盘转轴(5)的轴心轨迹，安装一个电涡流传感器(17)即能够测量转子盘转轴(5)的振动振幅，并且位移传感器支架(16)在转子盘转轴(5)的位置能够调整。...

【技术特征摘要】
1.一种旋转机械动态力学量测量实验装置，包括旋转机械底座(1)，双轴电机(2)固定在旋转机械底座(1)上，双轴电机(2)的一个轴连接控制双轴电机(2)转速的光电式旋转编码器(3)，双轴电机(2)的另一个轴通过柔性连轴节(4)连接转子盘转轴(5)，所述转子盘转轴(5)一端通过安装在旋转机械底座(1)上的滚珠轴承(6)固定，另一端通过安装在旋转机械底座(1)上的活动轴承(7)固定，滚珠轴承(6)临近双轴电机(2)；多个转子圆盘(8)通过螺钉(10)固定连接在转子盘转轴(5)上，转子圆盘(8)上均匀开有能够安装砝码(9)的螺孔，打开所述柔性连轴节(4)，将转子盘转轴(5)向活动轴承(7)一端移动，即能够在转轴(5)上增加或减少转子圆盘(8)的数量，并且转子圆盘(8)的位置能够自由调节；所述活动轴承(7)左侧安装力传感器(11)，由左侧螺栓(12)连接于固定支座(13)上，活动轴承(7)右侧安装固定块(14)，由右侧螺栓(15)连接于固定支座(13)上，所述固定支座(13)固定安装在旋转机械底座(1)上，所述活动轴承(7)通过左侧螺栓(12)和右侧螺栓(15)调节位置与滚珠轴承(6)对中；当需要测量转子盘转轴(5)的轴心轨迹和振幅时，旋转机械底座(1)上固定有位移传感器支架(16)，位移传感器支架(16)上安装一个或垂直安装两个电涡流传感器(17)，安装两个电涡流传感器(17)即能够测量转子盘转轴(5)的轴心轨迹，安装一个电涡流传感器(17)即能够测量转子盘转轴(5)的振动振幅，并且位移传感器支架(16)在转子盘转轴(5)的位置能够调整。2.根据权利要求1所述的一种旋转机械动态力学量测量实验装置，其特征在于：所述转子盘转轴(5)一端通过柔性连轴节(4)连接双轴电机(2)，并通过滚珠轴承(6)固定，另一端通过活动轴承(7)固定，滚珠轴承(6)位置确定后，活动轴承(7)能够最大限度保证转子盘转轴(5)与双轴电机(2)轴的中心对齐，柔性连轴节(4)能够保证转子盘转轴(5)与双轴电机(2)轴的柔性连接，以保障实验结果可靠性。3.根据权利要求1所述的一种旋转机械动态力学量测量实验装置，其特征在于：所述转子圆盘(8)沿周向均匀开有能够安装砝码(9)的螺孔，因此能够根据不同实验需求自行设计砝码质量和安装位置。4.根据权利要求1所述的一种旋转机械动态力学量测量实验装置，其特征在于：所述力传感器(11)一侧安装于活动轴承(7)，另一侧连接于固定支座(13)上，力传感器(11)水平安装，不用考虑转子圆盘(8)的重力对轴承座动反力测量值的影响，测量值即为轴承座动反力的水平分量。5.权利要求1至4任一项所述的一种旋转机械动态力学量测量实验装置的实验方法，其特征在于：当转子圆盘(8)为初始动平衡，任意质量砝码安装在转子圆盘(8)不同螺孔位置时，轴承座附加动反力通过力传感器(11)测量，如果转子圆盘(8)存在偏心质量，通过调整砝码的质量和安装位置，由力传感器(11)实时测量轴承座动反力，能够确定偏心质量位置，当转子盘转轴(5)上安装多个转子圆盘(8)时，通过设计调整砝码质量和位置，使实验装置达到动平衡，将两个电涡流传感器(17)垂直安装在位移传感器支架(16)上即能够测量转子盘转轴(5)的轴心轨迹，安装一个电涡流传感器(17)即能够测量转子盘转轴(5)的振幅，该装置同时能够通过光电式旋转编码器(3)用于旋转机械的转速、角速度、角加速度的测量实验。6.根据权利要求5所述的实验方法，其特征在于：所述的测量轴承座动反力包括旋转机械多个转子圆盘轴承座动反力测量实验和旋转机械单个转子圆盘轴承座动反力测量实验；1)旋转机械多个转子圆盘轴承座动反力测量实验：对于两个转子圆盘，当转子圆盘为初始动平衡时，在两个转子圆盘(8)上任意刻度位置安装砝码(9)，砝码(9)到转子盘转轴(5)的距离为e，砝码(9)的质量即偏心质量分别为m1和m2，两偏心质量之间夹角为θ，旋转机械转速为ω，则两个偏心质量产生的惯性力分别为Fg1＝m1eω2，Fg2＝m2eω2；根据达朗贝尔原理，列平衡方程如下：∑Fx＝FAx+FBx-Fg2sinθ＝0∑Fy＝0∑Fz＝FAz+FBz-Fg1-Fg2cosθ-G1-G2＝0∑MAx(F)＝Fg1l+Fg22lcosθ+G1l+G22l-FBz3l＝0∑MAy(F)＝0∑MAz(F)＝FBx3l-Fg22lsinθ＝0式中，Fx、Fy和Fz分别为x、y、z三个方向的合力，MAx、MAy和MAz分别为x、y、z三个方向力对旋转机械底座上A点的合力矩，FAx和FBx分别为旋转机械底座上A、B两点轴承座动反力在x方向分量，FAz和FBz分别为旋转机械底座上A、B两点轴承座动反力在z方向分量，G1为转子圆盘质量与偏心质量m1的和，G2为转子圆盘质量与偏心质量m2的和，l为转子圆盘之间及转子圆盘与旋转机械底座上A、B点的距离；由于实验中测量的是动反力，而重力只影响支座反力...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志敏，张克猛，武彤晖，吴莹，侯德门，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61