回转器实验指导书

实验三、回转试验台振动测量一、实验目的1、进一步熟悉常用信号分析仪器的使用；2、了解一般旋转机械的结构；3、掌握旋转机械振动监测与诊断的基本过程及分析方法。

二、实验仪器及对象1、列出所用振动分析仪器、软件、传感器的名称、型号、用途等；2、测试对象：振动试验台。

三、多功能振动实验台简介本实验所使用的MDT-3A型多功能振动实验台是集齿轮传动、皮带传动、联轴器传动于一体的转子实验台，专门从事振动测试、振动研究及教学、大专院校有关实验室等提供了有效而方便的实验手段。

该实验台可以通过改变转子转速、转子质量盘位置、齿轮啮合副及故障轴承组件等，惊醒多种转动机械常见故障的模拟，如转子不平衡、轴承座松动、皮带轮偏心、齿轮故障及轴承的早期故障等。

实验台采用直流调速电机，并配有转速指示表，可以在0到3000转/分的任意转速下工作。

实验台配有一级变速齿轮箱，有三种齿轮啮合方式，三个小齿轮采用固定工安装。

可模拟齿轮啮合频率、故障齿轮边带、断齿故障等。

轴承故障模块可快速方便地安装在齿轮箱轴上，通过加载螺钉进行径向加载，从而模拟出轴承的主要故障：外环故障、内环故障、滚动体故障等。

电机与齿轮箱输入轴之间采用皮带传动，并配有偏心皮带轮，可进行偏心皮带轮故障的模拟。

安装有两片质量盘的转子台模块，能模拟出更多的机械故障，如质量不平衡、力偶不平衡、动不平衡、轴承座松动等。

质量盘上沿圆周方向加工有16个M5的螺纹孔，可以通过调整螺钉的安装来进行单面或双面的现场动平衡模拟。

该实验台具体可模拟以下几种故障模式：●通过转子盘模拟不平衡故障转子的不平衡故障是在转子模块上，通过对两个质量盘进行质量的添加或减少来实现转动系统的不平衡。

通过联轴器可以把转子模块与齿轮箱分离，降低实验过程中外部因素的影响。

●模拟皮带轮偏心故障实验台配套有两个皮带轮，一个是正常的，一个是把皮带轮特别做成偏心的皮带轮。

皮带轮安装在电机输出轴上，实验时只要通过简单的更换就可以达到转子偏心的效果。

1.13 实验十三 回转器的研究1.13.1. 实验目的(1). 观测和研究回转器的端口伏安特性；(2). 测试回转器的参数；(3).了解回转器的应用。

1.13.2. 实验原理(1) 回转器的端口伏安特性理想回转器是一个二端口网络，其电路模型如图12.1所示，其伏安关系为i 1=g u 2 或 u 1= - r i 2i 2=-g u 1 u 2= r i 1即一个端口的电流（或电压）能够“回转”为另一个端口的电压（或电流），其中g 和r 分别称为回转电导和回转电阻，简称回转系数。

(2) 回转器的阻抗逆变作用在图1.13-2中，回转器输入端接入负载阻抗ZL ，入端的输入阻抗z r L 2)(r r 1r I U I U Z 2222211in=-=-== 假如负载为电容，其阻抗为1/(j ωC)，则此时输入阻抗L j Cr j C j 122in r Z 'ω=ω=ω=即输入阻抗为电感L=r 2C 的电感元件，所以回转器也是一个阻抗逆变器。

(3) 利用回转器产生浮地电感用回转器（当输出端接电容C 时）模拟的电感一端接地，这就意味着此电路仅能用来实现一端接地的电感。

然而无源RLC 电路通常包含有不接地的电感，这种电感一般称为“浮地电感”。

实现这种电感的途径是把两个回转器和一个电容按图12.3(a)级联起来。

如果回转器是理想的，那么该电路就具有图1.13-3(b)所示的数值为Cr 2的理想浮地电感的性质。

图1.13-1 回转器模型 U 2 - + 图1.13-2 由回转器实现阻抗逆变 Z in 图1.1-3 回转器模拟浮地电感(a)用模拟电感可以构成谐振电路或滤波器等电路。

(4) 用运算放大器组成回转器用运算放大器组成回转器的电路有多种，图1.13-4为其中一种，其工作原理请同学们自行分析之。

1.13.3实验内容(1) 回转器端口伏安特性的观测用示波器分别观测输出端接R L 、L 或C 时的入端电压、电流波形。

五、运放实现回转器仿真实验一、电路课程设计目的1、了解回转器的基本特性及其运放实现；2、掌握回转器参数的测试方法，了解回转器的应用。

二、仿真电路设计原理回转器的概念是B.D.H.Tellegen 于1948年提出的。

六十年代由L.P .Huelsman 及B.A.Sheei 等人用运算放大器及晶体管电路实现。

回转器是一种二端口器件。

它的电流与电压的关系为I 1=gU 2I 2= - gU 1或写成U 1= -rI 2 U 2=rI1式中g 和r =1g分别称为回转电导和回转电阻，简称回转常数。

用矩阵形式可表示为⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡212100U U g g I I 或⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡212100I I rr U U 若在回转器2—2′端口接以负载阻抗Z L ，则在1—1′端口看入的输入阻抗为LL in Z rI Z I r U I r rU rII rI I U Z 22222222212111/=--=-=-=-==如果负载阻抗Z L 在1—1′端口，则从2—2′端口看入的等效阻抗为LL in Z rI Z I r U I r rU rI I U Z 211211211222/==-=-==由上可见，回转器的一个端口的阻抗是另一端口的阻抗的倒数(乘上一定比例常数)，且与方向无关(即具有双向性质)。

利用这种性质，回转器可以把一个电容元件“回转”成一个电感元件或反之。

例如在2—2′端口接入电容C ，在正弦稳态条件下,即1L Z j Cω=，则在1－1′端口看入的等效阻抗为eg Lin L j C r j rZ rZ ωω====22211式中：L r C eg =2为1—1′端口看入的等效电感。

同样，在1—1′端接电容Ｃ，在正弦稳态条件下，从2—2′看进去的输入阻抗Ｚin2为eg in L j C j r Cj I I r U I r rU rI I rI I U Z ωωω=⋅=⋅-⋅-=⋅-=-===211211211212221式中：Ｌeg ＝r 2C 。

实验报告五 回转器的设计与研究1、电路课程设计目的（1）利用运算放大器设计电路，实现回转器；（2）用实验方法测定回转器参数并与理论计算值比较。

2、设计电路原理与说明理想回转器是一种线性的非互易二端口网络，不消耗功率也不发出功率，是一个无源线性元件。

回转器有把一个端口的电压“回转”到另一个端口的电流或相反的过程这样一种性质。

正是如此，可利用回转器将一个电容回转为一个电感，这为集成电路中对于电感元件难以集成的问题提供了一种解决的方法，即用便于集成的电容代替电感。

回转器矩阵方程为112200i u g i gu ⎛⎫⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭⎝⎭112200u i r u r i -⎛⎫⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭其中，g 具有电导量纲，称为回转电导；r 具有电阻量纲，称为回转电阻，它们均为常数，亦称为回转常数，且1g r =。

设计电路图如下：1320R R ==Ω 2410R R ==Ω121'2'图一利用运算放大器的“虚短”“虚断”概念，对O 1的同相端列KCL 方程有2421u u i R -=对O 2同相端列KCL 方程有213u i R -=又流过R 2和R 4的电流相同有12424u u u R R -=故42112R i u R R =写成矩阵形式为31122412100R i u i u R R R ⎛⎫-⎪⎛⎫⎛⎫⎪=⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ ⎪⎝⎭当1234R R R R =时，即满足回转器的条件，矩阵形式为3112231010R i u i u R ⎛⎫-⎪⎛⎫⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭ ⎪⎝⎭回转电导31g R =，回转电阻3r R =。

现取1320R R ==Ω，2410R R ==Ω，故0.05g s =，20r =Ω。

3、电路课程设计仿真内容与步骤及结果（1）在1-1’ 端口接入电源，在2-2’ 端口接入10Ω电阻，测量I 1 I 2 U 2；图二1212200.6u i ==Ω21 5.999200.3u i -=≈Ω （2）在2-2’ 端口接入电源，在1-1’ 端口接入10Ω电阻测量I 2 I 1 U 1；图三125200.25u i ==Ω 2110200.5u i --==Ω-（3）测量回转器将电感回转为电容的特性；图四波形图为图五电流超前电压，表现出电容的特性。

回转器实验报告回转器实验报告引言：回转器是一种常见的实验装置，用于研究物体在旋转时产生的力和动力学特性。

本次实验旨在通过构建一个简单的回转器装置，探究回转器的基本原理和运行机制，并分析其在不同条件下的性能表现。

一、实验目的本实验的主要目的如下：1. 理解回转器的基本原理和结构；2. 探究回转器在不同转速下的性能变化；3. 分析回转器在不同负载条件下的工作特性；4. 讨论回转器在实际应用中的局限性和改进方向。

二、实验装置与方法1. 实验装置：本次实验所使用的回转器装置主要包括一个电动机、一个转轴、一个负载轮和一套数据采集系统。

电动机通过转轴将动力传递给负载轮，数据采集系统用于记录转轴转速和负载轮的转动情况。

2. 实验方法：在实验开始前，首先将电动机与转轴连接，并将负载轮安装在转轴上。

然后，通过调节电动机的转速，记录不同转速下转轴的转动情况。

接着，改变负载轮上的负载，记录不同负载条件下转轴的转速和负载轮的转动情况。

最后，根据实验数据进行分析和讨论。

三、实验结果与讨论1. 回转器转速与负载关系：根据实验数据，我们可以得出回转器的转速与负载之间存在一定的关系。

当负载增加时，回转器的转速会下降；当负载减小时，回转器的转速会增加。

这是因为负载的增加会增加回转器所需的力矩，从而降低转速。

2. 回转器转速与电动机转速关系：实验还表明，回转器的转速与电动机的转速之间存在一定的关系。

当电动机的转速增加时，回转器的转速也会增加；当电动机的转速减小时，回转器的转速也会减小。

这是因为电动机提供的动力直接影响着回转器的转速。

3. 回转器的性能与负载轮材料的关系：在实验中，我们还发现负载轮的材料对回转器的性能有一定的影响。

当负载轮的材料较轻时，回转器的转速会相对较高；当负载轮的材料较重时，回转器的转速会相对较低。

这是因为负载轮的材料质量会影响回转器所需的力矩。

四、实验结论通过本次实验，我们得出了以下结论：1. 回转器的转速与负载之间存在一定的关系，负载增加会导致转速下降。

回转体的动平衡实验一、实验目的1、掌握刚性转子动平衡的试验方法。

2、初步了解动平衡试验机的工作原理及操作特点。

3、了解动平衡精度的基本概念。

二、实验设备及工具1、CYYQ—50TNC型电脑显示硬支承动平衡机2、转子试件3、橡皮泥，M6螺钉若干4、电子天平（精度0.01g），游标卡尺，钢直尺图1 硬支承动平衡机三、CYYQ—50TNC型硬支承动平衡机的结构与工作原理1、硬支承动平衡机的结构该试验机是硬支承动平衡机，实物如图1所示。

动平衡试验机是用来测量转子不平衡量的大小和相角位置的精密设备，一般由机座6、左右支承架4、圈带驱动装置2、计算机检测显示系统、传感器5、限位支架3和光电头1等部件组成，如图2所示。

图2 硬支承动平衡机结构示意图1．光电头 2．圈带驱动装置 3．限位支架 4．支承架 5．传感器 6．机座左右支承架是动平衡机的重要部件，中间装有压电传感器，此传感器在出厂前已严格调整好，切不可自行打开或转动有关螺丝（否则会严重影响检测质量）。

左右移动只需松开支承架下面与机座连接的两个紧固螺钉，把左右支承架移到适当位置后再拧紧即可。

支承架下面有一导向键，保证两支架在移动后能互相平行，支承架中部有升降调节螺丝，可调节转子的左右高度，使之达到水平。

外侧有限位支架，可防止转子在旋转时向左右窜动。

转子的平衡转速必须根据转子的外径及质量，并考虑电机拖动功率及摆架动态承载能力来进行选择。

本动平衡机采用变频器对电动机调频变速，使工作速度控制自如。

2、转子动平衡的力学条件由于转子材料的不均匀、制造的误差、结构的不对称等诸因素导致转子存在不平衡质量。

因此当转子旋转后就会产生离心惯性力，它们组成一个空间力系，使转子动不平衡。

要使转子达到动平衡，则必须满足空间力系的平衡条件⎪⎩⎪⎨⎧==∑∑00M F 或 ⎪⎩⎪⎨⎧==∑∑00B A M M （1） 即作用在转子上所有离心惯性力以及惯性力偶矩之和都等于零，这就是转子动平衡的力学条件。

机械工程课内实验实验指导书回转构件动平衡实验桂亮金悦西安交通大学机械基础实验教学中心2014年4月目录一、实验目的 (2)二、实验设备和工具 (2)三、实验台结构与工作原理 (2)四、实验步骤及注意事项 (8)一、实验目的1.加深对转子动平衡概念的理解。

2.了解动平衡实验台的结构及工作原理3.了解并掌握刚性转子动平衡的原理及基本方法。

二、实验设备和工具1.CDJY-3型机械共振式动平衡机、QM-JDH-B型动平衡实验台2.刚性转子试件3.平衡块或橡皮泥4.天平三、实验台结构与工作原理（一）CDJY-3机械共振式动平衡机1.实验台结构CDJY-3共振式动平衡机的结构如图1所示，其中实验转子与框架组成绕轴O-O摆动的振子，振子与弹簧组成一个振动系统，其振幅可用百分表测得，在转子运转之前偏心轮用来支撑框架。

图1 CDJY-3共振式动平衡机示意图1—实验转子；2—弹簧；3—支点；4—百分表；5—偏心轮；6—振动框架2.实验原理由动平衡原理知，任一回转构件上诸多不平衡质量，都可以用分别处于两个任选平面I-I、II-II内，回转半径分别为rⅠ与rⅡ的两个不平衡质量QⅠ与QⅡ来等效，只要使这两个等效不平衡质量得到平衡，则该转子达到动平衡，即相应地加上（或减去）不平衡质量。

当把转子放在框架上回转时，两等效不平衡质量分别产生两等效离心惯性力PⅠ与PⅡ，在力矩PⅠL的作用下引起振动系统的受迫振动，因PⅡ在过O-O轴的平面II-II内，故不影响绕O-O轴的振动，当转子的角频率接近系统的自振频率时，系统出现共振，这时振幅最大，如图2所示。

由微振原理得知：共振振幅与干扰力的幅值成正比即：L r gQ A K I I I 2ω∝ 式中:ωK 为共振时转子的角速度,即振动系统的自振角频率。

对一定的振动系统，它是个定值，g 与L 亦是定值，故上式可表达为：I I I r Q A μ=式中：µ为比例系数。

A I 的大小可以由动平衡机上百分表读得，为求出不平衡重量ＱI 的大小与方位，用二次转位法求得。

实验二十三 回转器一、实验目的1. 掌握回转器的基本特性2. 测量回转器的基本参数3. 了解回转器的应用 二、原理说明1. 回转器是一种有源非互易的新型两端口网络元件， 电路符号及其等效电路如图23-1(a)、(b)所示。

图 23-1 理想回转器的导纳方程如下： I 1 0 g u 1＝ ，或写成 i 1＝gu 2 ，i 2＝－gu 1 I 2 -g 0 u 2也可写成电阻方程：u 1 0 -R i 1＝ ，或写成u 1＝－R i 2 ，u 2＝R i 1 u 2 R 0 i 2式中g 和R 分别称为回转电导和回转电阻，统称为回转常数。

2. 若在2-2'端接一负载电容C ，则从1-1'端看进去就相当于一个电感，即回转器能把一个电容元件“回转”成一个电感元件；相反也可以把一个电感元件“回转”成一个电容元件，所以也称为阻抗逆变器。

2-2'端接有C 后，从1-1'端看进去的导纳Y i 为2222211/i u g g i gu u i Y i -=-== Cj Z i u L ω122=-=Lj C j g Y i ωω1/2==∴，式中2g C L =为等效电感。

3. 由于回转器有阻抗逆变作用，在集成电路中得到重要的应用。

因为在集成电路制造中，制造一个电容元件比制造电感元件容易得多，我们可以用一带有电容负载的回转器来获得数值较大的电感。

图23-2为用运算放大器组成的回转器电路图。

112,22U 2(a)11,U 12U 2(b)图 23-2三、四、实验内容实验线路如图23-3所示。

R S 跨接于HE-13挂箱中G 线路板左下部的二个插孔间。

1. 在图23-3的2-2'端接纯电阻负载（电阻箱）， 信号源频率固定在1KHz ，信号电压≤3伏。

图 23-3 用交流毫伏表测量不同负载电阻R L 时的 U 1、U 2 和U RS ， 并计算相应的电流I 1、I 2和回转常数g ，一并记入表23-1中。