离散系统与连续时间系统的根本差别是：离散系统（图）有采样开

离散系统与连续时间系统的根本差别是：离散系统（图3）有采样开关存在，而连续系统则无。连续信号经过采样开关变成离散信号（图4），采样开关起这理想脉冲发生器的作用，通过它将连续信号调制成脉冲序列。

图3 离散系统方块图

图4 离散型时间函数

调制之后的信号中，包含与脉冲频率相关的高频频谱（图5），相邻两频谱不相重叠的条件是：

fs?2fmax

其中：

fs ---采样开关的采样频率 fmax---连续信号频谱中的最高频率

这就是采样定理，通常选择采样频率时取四倍连续信号的最大频率。实验中，信号源产生频率可调的周期性信号，计算机通过A/D板将信号采集入内存，通过软件示波器显示出来，调整采样频率，可以得到不同的采样结果，以波形图直观显示出来。由此，可考察波形失真程度。

图5 信号频谱图

三、实验使用的仪器设备及实验装置

1. 装有LabVIEW软件和PCI-1200数据采集卡的计算机一台 2. 频率计或信号发生器一台

3. 外接端子板、数据采集板、计算机、组态软件

基于LabVIEW的信号测试系统主要包括信号发生器、DAQ数据采集卡和计算机软件三部分组成。A/D数据采集采用NI公司PCMCIA接口的PCI-1200型多功能数据采集卡；L abVIEW 7.1软件。

将PCI-1200数据采集卡插到计算机主板上的一个空闲的PCI插槽中，接好各种附件，其驱动程序就是NI-DAQ。附件包括一条50芯的数据线，一个型号为CB-50LP的转接板，转接板直接与外部信号连接。

图7 DAQ设备与DAQ节点以及VI的层次关系图 计算机调理端子板信号发生器 图6 CB-50LP转接板的引脚定义图 图8 采样定理验证实验构成图 四、具体实验步骤

（一）通过LabVIEW进行模拟信号的数据采集

1. 安装数据采集卡，根据数据采集卡接线指示（图6）连接线路，并检查测试。 2. 熟悉LabVIEW软件中与数据采集相关的控件与设置项。 3. 编制DAQ程序，并调试数据采集组态。

4. 应用该组态软件进行波形数据采集并存储，信号种类设置为正弦波，分别设置信号发生器频率为50，100Hz，观察并记录波形变化。 5. 设置信号种类为方波或锯齿波，重复上述实验。

（二）采样定理验证实验

1. 按图8连接线路，并检查测试。

2. 熟悉 GeniDAQ软件中与数据采集相关的控件与设置项。 3. 编制、调试数据采集组态。

4. 应用该组态软件进行波形数据采集并存储，信号种类设置为正弦波，分别设置信号发生器频率为50，100Hz，采集频率设置为50、100、150、200、300、500Hz，观察并记录波形变化，体验采样定理的正确性。

五、实验准备及预习要求

1．认真阅读实验指导书，在老师答疑和同学讨论的基础上，完成实验准备任务：

1).了解数据采集及其硬件（A/D变换器和数据采集卡）选择的基本知识； 2).熟悉G语言编程环境和虚拟仪器的含义； 1. 理解采样定理的意义；

2. 实验前可以参考的书籍：《现代测试技术与数据处理》、《LabVIEW7.1测试技术与仪器应

用》等。

六、实验报告内容及格式

1．实验目的 2．实验内容 3．实验装置

4．实验原理（测试实验系统图） 5．实验步骤

6．实验结果与分析（包括实验数据、处理图形、主要关系式和有关程序） 7．思考题解析

七、开课教师及联系方式

开课教师：刘艳明 伍耐明 联系方式：82317426

“振动测量和轴系动平衡实验” 教学实验指导书

教学实验编号： 041701-3 （可不填）

教学实验名称： 振动测量和轴系动平衡实验 （中文）

Oscillation Measurement and Shafting Inertia Balance （英文） 学分/学时：1学分/16学时

适用专业：发动机、工程热物理、宇航、气动、汽车专业

先修课程和环节：了解振动测量的基本原理；振动传感器（位移，速度，加速度）的工

作原理；振动信号的描述；机械振动基本参量的常用测量方法。

一、实验目的

1、掌握刚性转子现场动平衡的基本作业； 2、掌握有关测量仪器的使用；

3、通过实验了解动静法的工程应用。

二、实验内容及基本原理

实验内容即是对一多圆盘刚性转子用两平面影响系数法进行动平衡。 工作转速低于最低阶段临界转速的转子称为刚性转子，反之称为柔性转子。本实验采取一种刚性转子动平衡常用的方法――两平面影响系数法。该方法无需专用平衡机，只要一般的振动测量，适合在转子工作现场进行平衡作业。

根据理论力学的动静法原理：一匀速旋转的长转子，其连续分布的离心惯性力系可向质

图 一

心C简化为一个合力（主向量）R和一个合力偶Mc（主矩），见图一。如果转子的质心恰在转轴上，且转轴恰好是转子的惯性主轴，则合力R和合力偶矩Mc的值均为零，这种情况称转子是平衡的；反之，不满足上述条件的转子是不平衡的。不平衡转子的轴承与轴颈之间产生交变的作用力和反作用力，可引起轴承座和转轴本身的强烈振动，从而影响机器的工作性能和工作寿命。

刚性转子动平衡的目标是，使离心惯性力的合力和合力偶矩的值趋近于零。为此，我们可以在转子上任意选定两个截面Ⅰ，Ⅱ――称校正平面，在离轴心一定距离r1，r2――称校正半径，与转子上某一参考标记成夹角?1和?1处，分别附加一块质量为m1、m2重块――称校正质量。如能使两个质量m1和m2的离心惯性力（其大小分别为m1r1?和m2r2?，

22?为转动角速度）的合力和合力偶正好与原不平衡转子的离心惯性力相平衡，那么就实现

了刚性转子的动平衡。

两平面影响系数法的过程如下：

1) 在额定的工作转速或任选的平衡转速下，检测原始不平衡引起轴承或轴颈A、B在 某方位的振动动量V10?V10??1和V20?V20??2，其中V10和V20是振动位移，速度或加速度的幅值，?1和?2是振动信号对转子上参考标记有关的参考脉冲的相位角。

2) 根据转子的结构，选定年两个校正平面Ⅰ、Ⅱ，并确定校正半径r1、r2，现在平面 Ⅰ上加一试重Q1?mt1??1，其中mt1?Q1为试重质量，?1为试重相对参考标记的方位角，以顺转向为正。在相同转速下测量轴承A、B的振动量V11和V21。

矢量关系见图二a、b。显然，矢量V11～V10及V21～V20。为平面Ⅰ上加试重Q1所引 起的轴承振动的变化，称为试重Q1的效果矢量。方位角为零度的单位试重的效果矢量称为影响系数。因而，我们可以由下面式子求影响系数：

?11＝V11?V10 Q1V21?V20 Q1?21＝3) 取走Q1，在平面上加试重Q2?mt2??2，mt2?Q2为试重质量，?2为试重方 位角。同样测得轴承A、B的振动量V12和V22，从而求得效果矢量V12～V10和V22～V20（见图二c、d）及影响系数：

图 二

?12＝V12?V10 Q2V22?V20 Q2?22＝4) 校正平面Ⅰ、Ⅱ上所需的校正量P1?m1??1和P2?m2??2，可通过解矢量方程 组求得：

??11P1??12P2??V10 ??P??P??V22220?211或

?V10???11?12??P1??????? ????21?22??P2??V20?m1?P1、m2?P2为校正质量，?1，?2为校正方向角。

求解矢量方程组最好是使用计算机。要求自编计算机两平面影响系数法动平衡实用程

序。

5） 根据计算结果，在转子上安装校正质量，重新启动转子，如振动已减小到满意程度， 则平衡结束，否则可重复上面步骤，再进行一次修正平衡。

三、实验使用的仪器设备及实验装置

测试系统如图三所示。 1、转子系统

转子轴上固定有四个圆盘，两端用含油轴承支承。电动机通过橡胶软管拖动转轴，用自耦调压器调节转速。最高工作转速为4000rmin，远低于转子――轴承系统得固有频率。

2、 电涡流位移计及ST－5000A型动平衡仪

电涡流位移计包括探头和前置器。探头前端有一扁型线圈，由前置器提供高频（2MHz）电流。当它靠近金属导体测量对象时，后者表面产生感应电涡流。间隙变化，电涡流的强弱随之变化，线圈的供电电流也发生变化，从而再串连于线圈的电容上产生被调制的电压信号，此信号经过前置器的调节、检波、放大，成为在一定范围内与间隙大小成比例的直流或低频交流电压信号。本实验使用两个电涡流计，分别检测两个轴承座的水平振动位移。两路位移信号通过切换开关依次馈入动平衡仪，以光电变换器给出的电脉冲为参考，进行同频检测（滤除谐波干扰）和相位比较后，在动平衡仪面板上数显出振动位移的幅值、相位及转速数据。

同频检测前后的振动位移波形，通过电子示波器随时观察。

图 三

3、 精密天平

用以测量平衡加重的质量 4、 用电表

用以调整电涡流探头的安装位置（初始间隙）。

四、具体实验步骤

1、按图三所示连接测试仪器及传感器。 2、打开平衡仪和示波器电源，预热2分钟。

3、转速传感器杆头调整：适当调整传感头端面与标志块（凹块）之间的距离，同时观察转速显示窗口下方的指示灯以表示绿色“OK”灯亮，红色不亮为最佳位置，绿色灯灭为太远，调整时注意凹块不处在传感器的端面为合适。

4、 调整两个电涡流探头的位置，使其前端距离轴承座测量表面约1mm，这时用万用表 测量前置器的输出，应约为－8.0V，因该电涡流位移的灵敏度为8.0Vmm，线性范围0～

2mm。

5、 转动调压器旋钮，启动转子，供电电压可从零快速调到120V左右，待转子已启动 后，再退回到80V左右，以获得较慢转速。

6、 用调压器慢慢升速。从动平衡仪上观察转速、振幅、相位度数的变化。在转速从 2000rmin 至3000rmin之间，选择一比较稳定的转速nb，并使其稳定不变。从动平衡仪

上分别读出转子原始不平衡引起左（A）、右（B）轴承座振动位移的幅值和相位角V10??1及V20??2。

7、 转速回零。在平面（号圆盘）上任选方位加一试重mt1。记录mt1的值（用天平测 量，可取其在5～8克），及固定点的相位角（以凹面边缘为准作为参考标记算起。顺转向为正）。

8、 启动转子，新调到平衡转速nb，测出Ⅰ平面加重后，两个轴承座振动位移的幅值 和相位角（V11和V21）。

9、 转速回零。在Ⅱ平面（4号圆盘）上任选方位加一试重mt2，拆除mt2。测量记录

mt2的值及其固定方位角?2。

10、 转速重新调到nb。测出Ⅱ平面加试重后，两个轴承座振动位移的幅值和相位角（V12和V22）。

11、自编程序计算。

12、按11步，求出的平衡质量m1、m2及校正相位角?1、?2在校正平面Ⅰ，Ⅱ 重新加重。然后将转速调到nb，再测量记录两个轴承座振动的幅值和相位角。

13、计算平衡率（即平衡前后振动幅值的差与未平衡振幅值的百分比），如高于80％，实验可结束。否则应寻找平衡效果不良原因重做。

14、停机，关掉电源。拆除电源。拆除平衡质量，使转子系统复原。

五、实验准备及预习要求

认真阅读本实验指导书，必要时预先到实验室看看实验装置和测量仪器，对照仪器阅读ST-5000A型多功能性柔性转子实验台实验系统使用说明书，学会操作使用本仪器，并请求有关教师答疑或学生自行讨论。

六、实验报告内容及格式

实验报告内容要求：

1. 写出实验目的、内容、装置及步骤。

2. 实验记录和计算结果整理成表格，格式可参考附录一。

3. 分析讨论实验方法及实验结果。

4. *参考图二，画出实验测试数据的矢量关系图。 5. 画出实验装置系统图。

6. *自编一套应用程序。把本实验的数据输入自编程序，求解出校正量。 实验报告格式如下： 1、实验目的 2、实验内容 3、实验装置

4、实验原理（测试实验系统图） 5、实验步骤

6、实验结果与分析（包括实验数据、处理图形、主要关系式和有关程序） 7、思考题解析

七、开课教师及联系方式

开题教师：伍耐明 刘艳明； 联系方式：82317426

附录：

实验数据表（供参考）平衡转速n=2750r A轴承 Ⅰ平面 幅值 原始振动 相位 B轴承 Ⅰ平面 幅值 相位 min， 实验日期：

? Ⅰ平面试重Q1 克 deg deg deg deg deg deg

? deg deg deg deg deg deg V11及V21 Ⅱ平面试重Q2 V12及V22 ? ? 克 ? 克 ? 克 计算校正量P1,P2 平衡后振动V1,V2 *平衡率?1,?2 ? ％ ? ％ ?1＝V10?V1V10 ； ?2＝V20?V2V20

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/nzmx.html