機(jī)械原理課程實驗

1、.機(jī)械原理課程實驗機(jī)械原理課程實驗.實驗五實驗五 轉(zhuǎn)子動平衡轉(zhuǎn)子動平衡一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康亩嶒炘O(shè)備二、實驗設(shè)備四、實驗方法和步驟四、實驗方法和步驟五、注意事項五、注意事項主要內(nèi)容主要內(nèi)容三、三、JHPAJHPA型動平衡試驗臺的工作原理與結(jié)構(gòu)型動平衡試驗臺的工作原理與結(jié)構(gòu).一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康? 1、加深對轉(zhuǎn)子動平衡概念的理解。、加深對轉(zhuǎn)子動平衡概念的理解。2 2、掌握剛性轉(zhuǎn)子動平衡試驗的原理及方、掌握剛性轉(zhuǎn)子動平衡試驗的原理及方法。法。.二、實驗設(shè)備二、實驗設(shè)備1 1、JHPAJHPA型動平衡試驗臺型動平衡試驗臺2 2、轉(zhuǎn)子試件、轉(zhuǎn)子試件3 3、平衡塊、平衡塊4 4、百分表、百分表

2、0 0 10mm 10mm. 三、三、JHPAJHPA型動平衡試驗臺的工作原理與結(jié)構(gòu)型動平衡試驗臺的工作原理與結(jié)構(gòu) 1 1、動平衡試驗臺的結(jié)構(gòu)、動平衡試驗臺的結(jié)構(gòu) 動平衡試驗臺的簡圖如圖動平衡試驗臺的簡圖如圖1 1、圖、圖2 2所示。待平衡的所示。待平衡的試件試件3 3安放在框形擺架的支撐滾輪上，擺架的左端固安放在框形擺架的支撐滾輪上，擺架的左端固結(jié)在工字形板簧結(jié)在工字形板簧2 2中，右端呈懸臂。電動機(jī)中，右端呈懸臂。電動機(jī)9 9通過皮帶通過皮帶1010帶動試件旋轉(zhuǎn)。當(dāng)試件有不平衡質(zhì)量存在時，則產(chǎn)帶動試件旋轉(zhuǎn)。當(dāng)試件有不平衡質(zhì)量存在時，則產(chǎn)生離心慣性力使擺架繞工字形板簧上下周期性的振動，生離心

3、慣性力使擺架繞工字形板簧上下周期性的振動，通過百分表通過百分表5 5可觀察振幅的大小?？捎^察振幅的大小。.圖1 平衡試驗臺平衡試驗臺1 1、擺架子、擺架子 2 2、工字形板簧座、工字形板簧座 3 3、轉(zhuǎn)子試件、轉(zhuǎn)子試件 4 4、差速器、差速器 5 5、百分表、百分表 6 6、補(bǔ)償盤、補(bǔ)償盤 7 7、蝸桿、蝸桿 8 8、彈簧、彈簧 9 9、電機(jī)、電機(jī) 1010、皮帶、皮帶.圖2. 通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)和擺架的振動，可測出試件的不通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)和擺架的振動，可測出試件的不平衡量（或平衡量）的大小和方位。這個測量系統(tǒng)由平衡量（或平衡量）的大小和方位。這個測量系統(tǒng)由差速器差速器4 4和補(bǔ)償盤和補(bǔ)償盤6 6組

4、成。差速器安裝在擺架的右端，組成。差速器安裝在擺架的右端，它的左端為輸入端（它的左端為輸入端（n n1 1）通過柔性聯(lián)軸器與試件）通過柔性聯(lián)軸器與試件3 3聯(lián)聯(lián)接，右端為輸出端（接，右端為輸出端（n n3 3）與補(bǔ)償盤相聯(lián)接。）與補(bǔ)償盤相聯(lián)接。.差速器是由齒數(shù)和模數(shù)相同的三個圓錐齒輪和一個外殼差速器是由齒數(shù)和模數(shù)相同的三個圓錐齒輪和一個外殼為蝸輪的轉(zhuǎn)臂為蝸輪的轉(zhuǎn)臂H H 組成的周轉(zhuǎn)輪系。組成的周轉(zhuǎn)輪系。 （1 1）當(dāng)差速器的轉(zhuǎn)臂蝸輪不轉(zhuǎn)動時）當(dāng)差速器的轉(zhuǎn)臂蝸輪不轉(zhuǎn)動時n nH H=0=0，則差速器為，則差速器為定軸輪系，其傳動比為：定軸輪系，其傳動比為： ，n n3 3= -= -n n1 1

5、 （1 1）這時補(bǔ)償盤的轉(zhuǎn)速這時補(bǔ)償盤的轉(zhuǎn)速n nH H與試件的轉(zhuǎn)速與試件的轉(zhuǎn)速n n1 1大小相等轉(zhuǎn)向相反。大小相等轉(zhuǎn)向相反。 （2 2）當(dāng)）當(dāng)n n1 1和和n nH H都轉(zhuǎn)動則為差動輪系，傳動比按周轉(zhuǎn)輪都轉(zhuǎn)動則為差動輪系，傳動比按周轉(zhuǎn)輪系公式計算：系公式計算： ，n n3 3=2=2n nH-H-n n1 1 （2 2）1311331zznni131H1H3H31zznnnni. 蝸輪的轉(zhuǎn)速是通過手柄蝸輪的轉(zhuǎn)速是通過手柄7 7，經(jīng)蝸桿蝸輪副在大，經(jīng)蝸桿蝸輪副在大速比的減速后得到。因此蝸輪的轉(zhuǎn)速速比的減速后得到。因此蝸輪的轉(zhuǎn)速n nH H小于小于n n1 1，當(dāng)，當(dāng)n nH H與與n n1

6、 1同向時，由（同向時，由（2 2）式可看到，）式可看到，n n3 3小于小于- -n n1 1，這，這時時n n3 3方向不變還與方向不變還與n n1 1反向，但速度減小。當(dāng)反向，但速度減小。當(dāng)n nH H與與n n1 1反向時，由（反向時，由（2 2）式可看出）式可看出n n3 3大于大于- -n n1 1，這時，這時n n3 3方向方向仍與仍與n n1 1反向，但速度增加了。由此可知當(dāng)手柄不動，反向，但速度增加了。由此可知當(dāng)手柄不動，補(bǔ)償盤的轉(zhuǎn)速大小與試件的轉(zhuǎn)速相等，轉(zhuǎn)向相反，補(bǔ)償盤的轉(zhuǎn)速大小與試件的轉(zhuǎn)速相等，轉(zhuǎn)向相反，正向搖動手柄（蝸輪轉(zhuǎn)速方向與試件轉(zhuǎn)速方向相同）正向搖動手柄（蝸輪轉(zhuǎn)速

7、方向與試件轉(zhuǎn)速方向相同）補(bǔ)償盤減速，反向搖動手柄補(bǔ)償盤加速。這樣可以補(bǔ)償盤減速，反向搖動手柄補(bǔ)償盤加速。這樣可以改變補(bǔ)償盤與試件圓盤之間的相對相位角（角位改變補(bǔ)償盤與試件圓盤之間的相對相位角（角位移）。這個結(jié)論的應(yīng)用將在后面述說移）。這個結(jié)論的應(yīng)用將在后面述說 . 2 2、轉(zhuǎn)子動平衡的力學(xué)條件、轉(zhuǎn)子動平衡的力學(xué)條件 轉(zhuǎn)子材料的不均勻、制造的誤差、結(jié)構(gòu)的不轉(zhuǎn)子材料的不均勻、制造的誤差、結(jié)構(gòu)的不對稱等諸多因素使轉(zhuǎn)子存在不平衡質(zhì)量，因此當(dāng)對稱等諸多因素使轉(zhuǎn)子存在不平衡質(zhì)量，因此當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后就會產(chǎn)生空間離心慣性力系，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后就會產(chǎn)生空間離心慣性力系，使轉(zhuǎn)子動不平衡。要使轉(zhuǎn)子達(dá)到平衡，則必須滿足

8、空間動不平衡。要使轉(zhuǎn)子達(dá)到平衡，則必須滿足空間力系的平衡條件。力系的平衡條件。 F F =0 =0 M M =0=0 或或 M MA A=0 =0 M MB B=0 =0 （3 3） 這就是轉(zhuǎn)子動平衡的力學(xué)條件。這就是轉(zhuǎn)子動平衡的力學(xué)條件。. 當(dāng)試件上有不平衡質(zhì)量存在時（圖當(dāng)試件上有不平衡質(zhì)量存在時（圖2 2），試件轉(zhuǎn)），試件轉(zhuǎn)動后則產(chǎn)生離心慣性力動后則產(chǎn)生離心慣性力F=F=mrmr2 2，它可分解成垂直分，它可分解成垂直分力力F Fy y和水平分力和水平分力F Fx x，由于平衡機(jī)的工字形板簧和擺，由于平衡機(jī)的工字形板簧和擺架在水平方向（繞架在水平方向（繞y y軸）抗彎剛度很大，所以水平分軸

9、）抗彎剛度很大，所以水平分力力F Fx x對擺架的振動很小可忽略不計。而在垂直方向?qū)[架的振動很小可忽略不計。而在垂直方向（繞（繞x x軸）的抗彎剛度小，因此在垂直分力產(chǎn)生的力軸）的抗彎剛度小，因此在垂直分力產(chǎn)生的力矩矩M M= =F Fy yL L= = mr mr2 2L L cos cos的作用下，使擺架產(chǎn)生周期的作用下，使擺架產(chǎn)生周期性的上下振動（擺架振幅大小）的慣性力矩為：性的上下振動（擺架振幅大?。┑膽T性力矩為： M M1 1=0=0，M M2 2= = m m2 2r r2 22 2l l2cos2cos2 2 3 3、動平衡機(jī)的工作原理、動平衡機(jī)的工作原理. 要使擺架不振動必須

10、要平衡力矩。在試件上要使擺架不振動必須要平衡力矩。在試件上選擇圓盤作為平衡面，加平衡質(zhì)量，則繞軸的慣選擇圓盤作為平衡面，加平衡質(zhì)量，則繞軸的慣性力矩性力矩M Mp p= = m mp pr rp p2 2l lpcospcosp p。要使這些力矩得到平。要使這些力矩得到平衡，可根據(jù)公式（衡，可根據(jù)公式（3 3）來解決。）來解決。 M MA A=0 =0 M M2 2+ +M MP P=0=0 m m2 2r r2 22 2l l2cos2cos2 2+ + m mp pr rp p2 2l lpcospcosp p =0 =0 （4 4）. （4 4）式消去）式消去2 2得得 m m2 2r

11、r2 2 l l2cos2cos2 2+ + m mp pr rp p l lpcospcosp p =0 =0 （5 5） 要使（要使（5 5）式為零必須滿足）式為零必須滿足 m m2 2r r2 2l l2=2=m mp pr rp pl lp p cos cos2 2=cos=cosp p= =cos(180cos(180+ +p p) ) （6 6） 滿足上式（滿足上式（6 6）的條件，擺架就不振動了。式）的條件，擺架就不振動了。式中中m m（質(zhì)量）和（質(zhì)量）和r r（矢徑）之積稱為質(zhì)徑積，（矢徑）之積稱為質(zhì)徑積，mrlmrl稱稱為質(zhì)徑距，為質(zhì)徑距，成為相位角。成為相位角。 . 轉(zhuǎn)子不

12、平衡質(zhì)量的分布是有很大的隨機(jī)性，無轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量的分布是有很大的隨機(jī)性，無法直觀判斷他的大小和相位。因此很難用公式來計法直觀判斷他的大小和相位。因此很難用公式來計算平衡量，但可用實驗的方法來解決，其方法如下：算平衡量，但可用實驗的方法來解決，其方法如下： 選補(bǔ)償盤作為平衡平面，補(bǔ)償盤的轉(zhuǎn)速與試件的轉(zhuǎn)選補(bǔ)償盤作為平衡平面，補(bǔ)償盤的轉(zhuǎn)速與試件的轉(zhuǎn)速大小相等方向相反，這時的平衡條件也可按上述速大小相等方向相反，這時的平衡條件也可按上述方法來求得。在補(bǔ)償盤上加一個質(zhì)量方法來求得。在補(bǔ)償盤上加一個質(zhì)量m mp p（圖（圖2 2），），則產(chǎn)生離心慣性力對則產(chǎn)生離心慣性力對x x軸的力矩軸的力矩 M Mpp

13、= =m mppr rpp2 2 l lpcospcospp .根據(jù)力系平衡公式（根據(jù)力系平衡公式（3 3） M MA A=0 =0 M M2 2+ +M Mpp=0=0 m m2 2r r2 22 2 l l2cos2cos2 2+ + m mppr rpp2 2 l lpcospcospp=0=0要使上式成立必須有要使上式成立必須有 m m2 2r r2 2l l2=2= m mppr rppl lpp cos cos2 2=cos=cospp= =cos(180cos(180pp) ) （7 7） 公式（公式（7 7）與（）與（6 6）基本是一樣，只有一個正負(fù)）基本是一樣，只有一個正負(fù)號

14、不同。從圖號不同。從圖3 3可進(jìn)一步比較兩種平衡面進(jìn)行平衡可進(jìn)一步比較兩種平衡面進(jìn)行平衡的特點。圖的特點。圖3 3是滿足平衡條件平衡質(zhì)量與不平衡質(zhì)是滿足平衡條件平衡質(zhì)量與不平衡質(zhì)量之間的相位關(guān)系。量之間的相位關(guān)系。 . 圖圖3-a3-a為平衡平面在試件上的平衡情況，在試件為平衡平面在試件上的平衡情況，在試件旋轉(zhuǎn)時平衡質(zhì)量始終在一個軸平面內(nèi)，但矢徑方向相旋轉(zhuǎn)時平衡質(zhì)量始終在一個軸平面內(nèi)，但矢徑方向相反。反。圖圖3 3. 圖圖3-b3-b是補(bǔ)償盤為平衡平面，是補(bǔ)償盤為平衡平面，m m2 2和和m mpp在各自的在各自的旋轉(zhuǎn)中只有到在旋轉(zhuǎn)中只有到在p=0p=0或或180180，2=1802=180或

15、或0 0時它們處在垂直軸平面內(nèi)與圖時它們處在垂直軸平面內(nèi)與圖3-a3-a一樣達(dá)到完全一樣達(dá)到完全平衡。其它位置時它們的相對位置關(guān)系如圖平衡。其它位置時它們的相對位置關(guān)系如圖3-c3-c所示所示2=1802=180pp，圖，圖3-c3-c這種情況，這種情況，y y分力矩是滿分力矩是滿足平衡條件的，而足平衡條件的，而x x分力矩未滿足平衡條件。分力矩未滿足平衡條件。. 用補(bǔ)償盤作為平衡平面來實現(xiàn)擺架的平衡可這用補(bǔ)償盤作為平衡平面來實現(xiàn)擺架的平衡可這樣來操作。在補(bǔ)償盤的任何位置（最好選擇在靠近樣來操作。在補(bǔ)償盤的任何位置（最好選擇在靠近邊緣處）試加一個適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量，在試件旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)邊緣處）試加一個適當(dāng)

16、的質(zhì)量，在試件旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下?lián)u動蝸桿手柄使蝸輪轉(zhuǎn)動（正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)）這時補(bǔ)下?lián)u動蝸桿手柄使蝸輪轉(zhuǎn)動（正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)）這時補(bǔ)償盤減速或加速轉(zhuǎn)動。搖動手柄同時觀察百分表的償盤減速或加速轉(zhuǎn)動。搖動手柄同時觀察百分表的振幅使其達(dá)到最小，這時停止轉(zhuǎn)動手柄。停機(jī)后在振幅使其達(dá)到最小，這時停止轉(zhuǎn)動手柄。停機(jī)后在原位置再加一些平衡質(zhì)量，再開機(jī)左右轉(zhuǎn)動手柄如原位置再加一些平衡質(zhì)量，再開機(jī)左右轉(zhuǎn)動手柄如振幅已很小可以認(rèn)為擺架已達(dá)到平衡。最后將調(diào)整振幅已很小可以認(rèn)為擺架已達(dá)到平衡。最后將調(diào)整好的平衡質(zhì)量轉(zhuǎn)到最高位置，這時的垂直軸平面就好的平衡質(zhì)量轉(zhuǎn)到最高位置，這時的垂直軸平面就是是m mpp和和m m2 2同時存在的軸平面。

17、同時存在的軸平面。. 擺架平衡不等于試件平衡，還必須把補(bǔ)償盤上的擺架平衡不等于試件平衡，還必須把補(bǔ)償盤上的平衡質(zhì)量轉(zhuǎn)換到試件的平衡面上，選試件圓盤平衡質(zhì)量轉(zhuǎn)換到試件的平衡面上，選試件圓盤2 2為待為待平衡面，根據(jù)條件：平衡面，根據(jù)條件： mprplp= mprplp （8 8） 或或 若取若取 =1=1，則，則mp=mpPPPPPPllrmrmPPPPPPlrlrmmPPPPlrlr. （8 8）式中）式中m mppr rpp是所加的補(bǔ)償盤上平衡量質(zhì)是所加的補(bǔ)償盤上平衡量質(zhì)徑積，徑積，m mpp為平衡塊質(zhì)量，為平衡塊質(zhì)量，r rpp是平衡塊所處位置是平衡塊所處位置的半徑（有刻度指示）；的半徑（

18、有刻度指示）；l lp p、l lpp是平衡面至板是平衡面至板簧的距離，這些參數(shù)是已知的，這樣就求得了在簧的距離，這些參數(shù)是已知的，這樣就求得了在待平衡面待平衡面2 2上應(yīng)加的平衡量質(zhì)徑積上應(yīng)加的平衡量質(zhì)徑積m mp pr rp p。一般情。一般情況先選擇半徑?jīng)r先選擇半徑r r求出求出m m加到平衡面加到平衡面2 2上，其位置在上，其位置在m mpp最高位置的垂直軸平面中，本動平衡機(jī)及試最高位置的垂直軸平面中，本動平衡機(jī)及試件在設(shè)計時已取統(tǒng)一，所以件在設(shè)計時已取統(tǒng)一，所以m mp p= =m mpp，這樣可取下，這樣可取下補(bǔ)償盤上平衡塊補(bǔ)償盤上平衡塊m mpp（平衡塊）直接加到待平衡（平衡塊）

19、直接加到待平衡面相應(yīng)的位置，這樣就完成了第一步平衡工作。面相應(yīng)的位置，這樣就完成了第一步平衡工作。. 根據(jù)力系平衡條件（根據(jù)力系平衡條件（3 3），到此才完成一項），到此才完成一項 M MA A=0=0，還必須做，還必須做 M MB B=0=0的平衡工作，這樣才能使的平衡工作，這樣才能使試件達(dá)到完全平衡。試件達(dá)到完全平衡。 第二步工作：將試件從平衡機(jī)上取下重新安第二步工作：將試件從平衡機(jī)上取下重新安裝成以圓盤裝成以圓盤2 2為驅(qū)動輪，再按上述方法求出平衡為驅(qū)動輪，再按上述方法求出平衡面面1 1上的平衡量（質(zhì)徑積上的平衡量（質(zhì)徑積m mp pr rp p或或m mp p）。這樣整個）。這樣整個平

20、衡工作全部完成。更具體的實驗方法請看第平衡工作全部完成。更具體的實驗方法請看第四部分。四部分。.四、實驗方法和步驟四、實驗方法和步驟1 1、將試件裝到擺架的滾輪上，把試件右端的聯(lián)軸、將試件裝到擺架的滾輪上，把試件右端的聯(lián)軸器盤與差速器軸端的聯(lián)軸器盤，用彈性柱銷柔性聯(lián)器盤與差速器軸端的聯(lián)軸器盤，用彈性柱銷柔性聯(lián)成一體，裝上皮帶輪。成一體，裝上皮帶輪。2 2、用手轉(zhuǎn)動試件和搖動蝸桿上的手柄，檢查動平、用手轉(zhuǎn)動試件和搖動蝸桿上的手柄，檢查動平衡機(jī)各部分轉(zhuǎn)動是否正常。松開擺架最右端的兩對衡機(jī)各部分轉(zhuǎn)動是否正常。松開擺架最右端的兩對鎖緊螺母，調(diào)節(jié)擺架上面的支撐桿上放的百分表，鎖緊螺母，調(diào)節(jié)擺架上面的支撐

21、桿上放的百分表，使之與擺架有一定的接觸，并隨時注意振幅的大小。使之與擺架有一定的接觸，并隨時注意振幅的大小。. 3 3、開機(jī)前卸下試件上多余的平衡塊和補(bǔ)償盤上所有的、開機(jī)前卸下試件上多余的平衡塊和補(bǔ)償盤上所有的平衡塊。接上電源啟動電機(jī)，待擺架振動穩(wěn)定后，調(diào)整好百平衡塊。接上電源啟動電機(jī)，待擺架振動穩(wěn)定后，調(diào)整好百分表的位置并記錄下振幅的大小分表的位置并記錄下振幅的大小y y0 0（格），百分表的位置以（格），百分表的位置以后不要變動，停機(jī)。后不要變動，停機(jī)。 4 4、在補(bǔ)償盤的槽內(nèi)距軸心最遠(yuǎn)處加上一個適當(dāng)?shù)钠胶?、在補(bǔ)償盤的槽內(nèi)距軸心最遠(yuǎn)處加上一個適當(dāng)?shù)钠胶赓|(zhì)量（二個平衡塊）。開機(jī)后搖動手柄觀察

22、百分表振幅變化，質(zhì)量（二個平衡塊）。開機(jī)后搖動手柄觀察百分表振幅變化，手柄搖到振幅最小時手柄停止搖動。記錄下振幅大小手柄搖到振幅最小時手柄停止搖動。記錄下振幅大小y y1 1和蝸和蝸輪位置角輪位置角B B1 1（差速器外殼上有刻度指示），停機(jī)。在不改變（差速器外殼上有刻度指示），停機(jī)。在不改變蝸輪位置的情況下，停機(jī)后，按試件轉(zhuǎn)動方向用手轉(zhuǎn)動試件蝸輪位置的情況下，停機(jī)后，按試件轉(zhuǎn)動方向用手轉(zhuǎn)動試件使補(bǔ)償盤上的平衡塊轉(zhuǎn)到最高位置。取下平衡塊安裝到試件使補(bǔ)償盤上的平衡塊轉(zhuǎn)到最高位置。取下平衡塊安裝到試件的平衡面（圓盤的平衡面（圓盤2 2）中相應(yīng)的最高位置槽內(nèi)。）中相應(yīng)的最高位置槽內(nèi)。. 5 5、在補(bǔ)償盤內(nèi)再加一點平衡質(zhì)量（、在補(bǔ)償盤內(nèi)再加一點平衡質(zhì)量（1-21-2平衡塊）。按平衡塊）。按上述方