机械原理课程实验

1、.机械原理课程实验机械原理课程实验.实验五实验五 转子动平衡转子动平衡一、实验目的一、实验目的二、实验设备二、实验设备四、实验方法和步骤四、实验方法和步骤五、注意事项五、注意事项主要内容主要内容三、三、JHPAJHPA型动平衡试验台的工作原理与结构型动平衡试验台的工作原理与结构.一、实验目的一、实验目的1 1、加深对转子动平衡概念的理解。、加深对转子动平衡概念的理解。2 2、掌握刚性转子动平衡试验的原理及方、掌握刚性转子动平衡试验的原理及方法。法。.二、实验设备二、实验设备1 1、JHPAJHPA型动平衡试验台型动平衡试验台2 2、转子试件、转子试件3 3、平衡块、平衡块4 4、百分表、百分表

2、0 0 10mm 10mm. 三、三、JHPAJHPA型动平衡试验台的工作原理与结构型动平衡试验台的工作原理与结构 1 1、动平衡试验台的结构、动平衡试验台的结构 动平衡试验台的简图如图动平衡试验台的简图如图1 1、图、图2 2所示。待平衡的所示。待平衡的试件试件3 3安放在框形摆架的支撑滚轮上，摆架的左端固安放在框形摆架的支撑滚轮上，摆架的左端固结在工字形板簧结在工字形板簧2 2中，右端呈悬臂。电动机中，右端呈悬臂。电动机9 9通过皮带通过皮带1010带动试件旋转。当试件有不平衡质量存在时，则产带动试件旋转。当试件有不平衡质量存在时，则产生离心惯性力使摆架绕工字形板簧上下周期性的振动，生离心

3、惯性力使摆架绕工字形板簧上下周期性的振动，通过百分表通过百分表5 5可观察振幅的大小。可观察振幅的大小。.图1 平衡试验台平衡试验台1 1、摆架子、摆架子 2 2、工字形板簧座、工字形板簧座 3 3、转子试件、转子试件 4 4、差速器、差速器 5 5、百分表、百分表 6 6、补偿盘、补偿盘 7 7、蜗杆、蜗杆 8 8、弹簧、弹簧 9 9、电机、电机 1010、皮带、皮带.图2. 通过转子的旋转和摆架的振动，可测出试件的不通过转子的旋转和摆架的振动，可测出试件的不平衡量（或平衡量）的大小和方位。这个测量系统由平衡量（或平衡量）的大小和方位。这个测量系统由差速器差速器4 4和补偿盘和补偿盘6 6组

4、成。差速器安装在摆架的右端，组成。差速器安装在摆架的右端，它的左端为输入端（它的左端为输入端（n n1 1）通过柔性联轴器与试件）通过柔性联轴器与试件3 3联联接，右端为输出端（接，右端为输出端（n n3 3）与补偿盘相联接。）与补偿盘相联接。.差速器是由齿数和模数相同的三个圆锥齿轮和一个外壳差速器是由齿数和模数相同的三个圆锥齿轮和一个外壳为蜗轮的转臂为蜗轮的转臂H H 组成的周转轮系。组成的周转轮系。 （1 1）当差速器的转臂蜗轮不转动时）当差速器的转臂蜗轮不转动时n nH H=0=0，则差速器为，则差速器为定轴轮系，其传动比为：定轴轮系，其传动比为： ，n n3 3= -= -n n1 1

5、 （1 1）这时补偿盘的转速这时补偿盘的转速n nH H与试件的转速与试件的转速n n1 1大小相等转向相反。大小相等转向相反。 （2 2）当）当n n1 1和和n nH H都转动则为差动轮系，传动比按周转轮都转动则为差动轮系，传动比按周转轮系公式计算：系公式计算： ，n n3 3=2=2n nH-H-n n1 1 （2 2）1311331zznni131H1H3H31zznnnni. 蜗轮的转速是通过手柄蜗轮的转速是通过手柄7 7，经蜗杆蜗轮副在大，经蜗杆蜗轮副在大速比的减速后得到。因此蜗轮的转速速比的减速后得到。因此蜗轮的转速n nH H小于小于n n1 1，当，当n nH H与与n n1

6、 1同向时，由（同向时，由（2 2）式可看到，）式可看到，n n3 3小于小于- -n n1 1，这，这时时n n3 3方向不变还与方向不变还与n n1 1反向，但速度减小。当反向，但速度减小。当n nH H与与n n1 1反向时，由（反向时，由（2 2）式可看出）式可看出n n3 3大于大于- -n n1 1，这时，这时n n3 3方向方向仍与仍与n n1 1反向，但速度增加了。由此可知当手柄不动，反向，但速度增加了。由此可知当手柄不动，补偿盘的转速大小与试件的转速相等，转向相反，补偿盘的转速大小与试件的转速相等，转向相反，正向摇动手柄（蜗轮转速方向与试件转速方向相同）正向摇动手柄（蜗轮转速

7、方向与试件转速方向相同）补偿盘减速，反向摇动手柄补偿盘加速。这样可以补偿盘减速，反向摇动手柄补偿盘加速。这样可以改变补偿盘与试件圆盘之间的相对相位角（角位改变补偿盘与试件圆盘之间的相对相位角（角位移）。这个结论的应用将在后面述说移）。这个结论的应用将在后面述说 . 2 2、转子动平衡的力学条件、转子动平衡的力学条件 转子材料的不均匀、制造的误差、结构的不转子材料的不均匀、制造的误差、结构的不对称等诸多因素使转子存在不平衡质量，因此当对称等诸多因素使转子存在不平衡质量，因此当转子旋转后就会产生空间离心惯性力系，使转子转子旋转后就会产生空间离心惯性力系，使转子动不平衡。要使转子达到平衡，则必须满足

8、空间动不平衡。要使转子达到平衡，则必须满足空间力系的平衡条件。力系的平衡条件。 F F =0 =0 M M =0=0 或或 M MA A=0 =0 M MB B=0 =0 （3 3） 这就是转子动平衡的力学条件。这就是转子动平衡的力学条件。. 当试件上有不平衡质量存在时（图当试件上有不平衡质量存在时（图2 2），试件转），试件转动后则产生离心惯性力动后则产生离心惯性力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，由于平衡机的工字形板簧和摆，由于平衡机的工字形板簧和摆架在水平方向（绕架在水平方向（绕y y轴）抗弯刚度很大，所以水平分轴

9、）抗弯刚度很大，所以水平分力力F Fx x对摆架的振动很小可忽略不计。而在垂直方向对摆架的振动很小可忽略不计。而在垂直方向（绕（绕x x轴）的抗弯刚度小，因此在垂直分力产生的力轴）的抗弯刚度小，因此在垂直分力产生的力矩矩M M= =F Fy yL L= = mr mr2 2L L cos cos的作用下，使摆架产生周期的作用下，使摆架产生周期性的上下振动（摆架振幅大小）的惯性力矩为：性的上下振动（摆架振幅大小）的惯性力矩为： M M1 1=0=0，M M2 2= = m m2 2r r2 22 2l l2cos2cos2 2 3 3、动平衡机的工作原理、动平衡机的工作原理. 要使摆架不振动必须

10、要平衡力矩。在试件上要使摆架不振动必须要平衡力矩。在试件上选择圆盘作为平衡面，加平衡质量，则绕轴的惯选择圆盘作为平衡面，加平衡质量，则绕轴的惯性力矩性力矩M Mp p= = m mp pr rp p2 2l lpcospcosp p。要使这些力矩得到平。要使这些力矩得到平衡，可根据公式（衡，可根据公式（3 3）来解决。）来解决。 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）式为零必须满足）式为零必须满足 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） 满足上式（满足上式（6 6）的条件，摆架就不振动了。式）的条件，摆架就不振动了。式中中m m（质量）和（质量）和r r（矢径）之积称为质径积，（矢径）之积称为质径积，mrlmrl称称为质径距，为质径距，成为相位角。成为相位角。 . 转子不

12、平衡质量的分布是有很大的随机性，无转子不平衡质量的分布是有很大的随机性，无法直观判断他的大小和相位。因此很难用公式来计法直观判断他的大小和相位。因此很难用公式来计算平衡量，但可用实验的方法来解决，其方法如下：算平衡量，但可用实验的方法来解决，其方法如下： 选补偿盘作为平衡平面，补偿盘的转速与试件的转选补偿盘作为平衡平面，补偿盘的转速与试件的转速大小相等方向相反，这时的平衡条件也可按上述速大小相等方向相反，这时的平衡条件也可按上述方法来求得。在补偿盘上加一个质量方法来求得。在补偿盘上加一个质量m mp p（图（图2 2），），则产生离心惯性力对则产生离心惯性力对x x轴的力矩轴的力矩 M Mpp

13、= =m mppr rpp2 2 l lpcospcospp .根据力系平衡公式（根据力系平衡公式（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要使上式成立必须有要使上式成立必须有 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）与（）与（6 6）基本是一样，只有一个正负）基本是一样，只有一个正负号

14、不同。从图号不同。从图3 3可进一步比较两种平衡面进行平衡可进一步比较两种平衡面进行平衡的特点。图的特点。图3 3是满足平衡条件平衡质量与不平衡质是满足平衡条件平衡质量与不平衡质量之间的相位关系。量之间的相位关系。 . 图图3-a3-a为平衡平面在试件上的平衡情况，在试件为平衡平面在试件上的平衡情况，在试件旋转时平衡质量始终在一个轴平面内，但矢径方向相旋转时平衡质量始终在一个轴平面内，但矢径方向相反。反。图图3 3. 图图3-b3-b是补偿盘为平衡平面，是补偿盘为平衡平面，m m2 2和和m mpp在各自的在各自的旋转中只有到在旋转中只有到在p=0p=0或或180180，2=1802=180或

15、或0 0时它们处在垂直轴平面内与图时它们处在垂直轴平面内与图3-a3-a一样达到完全一样达到完全平衡。其它位置时它们的相对位置关系如图平衡。其它位置时它们的相对位置关系如图3-c3-c所示所示2=1802=180pp，图，图3-c3-c这种情况，这种情况，y y分力矩是满分力矩是满足平衡条件的，而足平衡条件的，而x x分力矩未满足平衡条件。分力矩未满足平衡条件。. 用补偿盘作为平衡平面来实现摆架的平衡可这用补偿盘作为平衡平面来实现摆架的平衡可这样来操作。在补偿盘的任何位置（最好选择在靠近样来操作。在补偿盘的任何位置（最好选择在靠近边缘处）试加一个适当的质量，在试件旋转的状态边缘处）试加一个适当

16、的质量，在试件旋转的状态下摇动蜗杆手柄使蜗轮转动（正转或反转）这时补下摇动蜗杆手柄使蜗轮转动（正转或反转）这时补偿盘减速或加速转动。摇动手柄同时观察百分表的偿盘减速或加速转动。摇动手柄同时观察百分表的振幅使其达到最小，这时停止转动手柄。停机后在振幅使其达到最小，这时停止转动手柄。停机后在原位置再加一些平衡质量，再开机左右转动手柄如原位置再加一些平衡质量，再开机左右转动手柄如振幅已很小可以认为摆架已达到平衡。最后将调整振幅已很小可以认为摆架已达到平衡。最后将调整好的平衡质量转到最高位置，这时的垂直轴平面就好的平衡质量转到最高位置，这时的垂直轴平面就是是m mpp和和m m2 2同时存在的轴平面。

17、同时存在的轴平面。. 摆架平衡不等于试件平衡，还必须把补偿盘上的摆架平衡不等于试件平衡，还必须把补偿盘上的平衡质量转换到试件的平衡面上，选试件圆盘平衡质量转换到试件的平衡面上，选试件圆盘2 2为待为待平衡面，根据条件：平衡面，根据条件： mprplp= mprplp （8 8） 或或 若取若取 =1=1，则，则mp=mpPPPPPPllrmrmPPPPPPlrlrmmPPPPlrlr. （8 8）式中）式中m mppr rpp是所加的补偿盘上平衡量质是所加的补偿盘上平衡量质径积，径积，m mpp为平衡块质量，为平衡块质量，r rpp是平衡块所处位置是平衡块所处位置的半径（有刻度指示）；的半径（

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离，这些参数是已知的，这样就求得了在簧的距离，这些参数是已知的，这样就求得了在待平衡面待平衡面2 2上应加的平衡量质径积上应加的平衡量质径积m mp pr rp p。一般情。一般情况先选择半径况先选择半径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最高位置的垂直轴平面中，本动平衡机及试最高位置的垂直轴平面中，本动平衡机及试件在设计时已取统一，所以件在设计时已取统一，所以m mp p= =m mpp，这样可取下，这样可取下补偿盘上平衡块补偿盘上平衡块m mpp（平衡块）直接加到待平衡（平衡块）

19、直接加到待平衡面相应的位置，这样就完成了第一步平衡工作。面相应的位置，这样就完成了第一步平衡工作。. 根据力系平衡条件（根据力系平衡条件（3 3），到此才完成一项），到此才完成一项 M MA A=0=0，还必须做，还必须做 M MB B=0=0的平衡工作，这样才能使的平衡工作，这样才能使试件达到完全平衡。试件达到完全平衡。 第二步工作：将试件从平衡机上取下重新安第二步工作：将试件从平衡机上取下重新安装成以圆盘装成以圆盘2 2为驱动轮，再按上述方法求出平衡为驱动轮，再按上述方法求出平衡面面1 1上的平衡量（质径积上的平衡量（质径积m mp pr rp p或或m mp p）。这样整个）。这样整个平

20、衡工作全部完成。更具体的实验方法请看第平衡工作全部完成。更具体的实验方法请看第四部分。四部分。.四、实验方法和步骤四、实验方法和步骤1 1、将试件装到摆架的滚轮上，把试件右端的联轴、将试件装到摆架的滚轮上，把试件右端的联轴器盘与差速器轴端的联轴器盘，用弹性柱销柔性联器盘与差速器轴端的联轴器盘，用弹性柱销柔性联成一体，装上皮带轮。成一体，装上皮带轮。2 2、用手转动试件和摇动蜗杆上的手柄，检查动平、用手转动试件和摇动蜗杆上的手柄，检查动平衡机各部分转动是否正常。松开摆架最右端的两对衡机各部分转动是否正常。松开摆架最右端的两对锁紧螺母，调节摆架上面的支撑杆上放的百分表，锁紧螺母，调节摆架上面的支撑

21、杆上放的百分表，使之与摆架有一定的接触，并随时注意振幅的大小。使之与摆架有一定的接触，并随时注意振幅的大小。. 3 3、开机前卸下试件上多余的平衡块和补偿盘上所有的、开机前卸下试件上多余的平衡块和补偿盘上所有的平衡块。接上电源启动电机，待摆架振动稳定后，调整好百平衡块。接上电源启动电机，待摆架振动稳定后，调整好百分表的位置并记录下振幅的大小分表的位置并记录下振幅的大小y y0 0（格），百分表的位置以（格），百分表的位置以后不要变动，停机。后不要变动，停机。 4 4、在补偿盘的槽内距轴心最远处加上一个适当的平衡、在补偿盘的槽内距轴心最远处加上一个适当的平衡质量（二个平衡块）。开机后摇动手柄观察

22、百分表振幅变化，质量（二个平衡块）。开机后摇动手柄观察百分表振幅变化，手柄摇到振幅最小时手柄停止摇动。记录下振幅大小手柄摇到振幅最小时手柄停止摇动。记录下振幅大小y y1 1和蜗和蜗轮位置角轮位置角B B1 1（差速器外壳上有刻度指示），停机。在不改变（差速器外壳上有刻度指示），停机。在不改变蜗轮位置的情况下，停机后，按试件转动方向用手转动试件蜗轮位置的情况下，停机后，按试件转动方向用手转动试件使补偿盘上的平衡块转到最高位置。取下平衡块安装到试件使补偿盘上的平衡块转到最高位置。取下平衡块安装到试件的平衡面（圆盘的平衡面（圆盘2 2）中相应的最高位置槽内。）中相应的最高位置槽内。. 5 5、在补偿盘内再加一点平衡质量（、在补偿盘内再加一点平衡质量（1-21-2平衡块）。按平衡块）。按上述方