機械原理課程實驗ppt課件.ppt

1、機械原理課程實驗,1,實驗五 轉(zhuǎn)子動平衡,一、實驗目的 二、實驗設備,四、實驗方法和步驟 五、注意事項,主要內(nèi)容,三、JHPA型動平衡試驗臺的工作原理與結(jié)構(gòu),一、實驗目的 1、加深對轉(zhuǎn)子動平衡概念的理解。 2、掌握剛性轉(zhuǎn)子動平衡試驗的原理及方法。,二、實驗設備 1、JHPA型動平衡試驗臺 2、轉(zhuǎn)子試件 3、平衡塊 4、百分表0 10mm,三、JHPA型動平衡試驗臺的工作原理與結(jié)構(gòu) 1、動平衡試驗臺的結(jié)構(gòu) 動平衡試驗臺的簡圖如圖1、圖2所示。待平衡的試件3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2中，右端呈懸臂。電動機9通過皮帶10帶動試件旋轉(zhuǎn)。當試件有不平衡質(zhì)量存在時，則產(chǎn)生離心

2、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5可觀察振幅的大小。,圖1 平衡試驗臺,1、擺架子 2、工字形板簧座 3、轉(zhuǎn)子試件 4、差速器 5、百分表 6、補償盤 7、蝸桿 8、彈簧 9、電機 10、皮帶,圖2,通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)和擺架的振動，可測出試件的不平衡量（或平衡量）的大小和方位。這個測量系統(tǒng)由差速器4和補償盤6組成。差速器安裝在擺架的右端，它的左端為輸入端（n1）通過柔性聯(lián)軸器與試件3聯(lián)接，右端為輸出端（n3）與補償盤相聯(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為蝸輪的轉(zhuǎn)臂H 組成的周轉(zhuǎn)輪系。 （1）當差速器的轉(zhuǎn)臂蝸輪不轉(zhuǎn)動時nH=0，則差速器為定軸輪系，其傳動比為

3、： ，n3= -n1 （1） 這時補償盤的轉(zhuǎn)速nH與試件的轉(zhuǎn)速n1大小相等轉(zhuǎn)向相反。 （2）當n1和nH都轉(zhuǎn)動則為差動輪系，傳動比按周轉(zhuǎn)輪系公式計算： ，n3=2nH-n1 （2）,蝸輪的轉(zhuǎn)速是通過手柄7，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nH小于n1，當nH與n1同向時，由（2）式可看到，n3小于-n1，這時n3方向不變還與n1反向，但速度減小。當nH與n1反向時，由（2）式可看出n3大于-n1，這時n3方向仍與n1反向，但速度增加了。由此可知當手柄不動，補償盤的轉(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）補償盤減速，反向搖動手柄補償盤加速

4、。這樣可以改變補償盤與試件圓盤之間的相對相位角（角位移）。這個結(jié)論的應用將在后面述說,2、轉(zhuǎn)子動平衡的力學條件 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)子達到平衡，則必須滿足空間力系的平衡條件。 F =0 M =0 或 MA=0 MB=0 （3） 這就是轉(zhuǎn)子動平衡的力學條件。,當試件上有不平衡質(zhì)量存在時（圖2），試件轉(zhuǎn)動后則產(chǎn)生離心慣性力F=mr2，它可分解成垂直分力Fy和水平分力Fx，由于平衡機的工字形板簧和擺架在水平方向（繞y軸）抗彎剛度很大，所以水平分力Fx對擺架的振動很小可忽略不計。而在垂

5、直方向（繞x軸）的抗彎剛度小，因此在垂直分力產(chǎn)生的力矩M=FyL= mr2L cos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： M1=0，M2= m2r22l2cos2,3、動平衡機的工作原理,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，則繞軸的慣性力矩Mp= mprp2lpcosp。要使這些力矩得到平衡，可根據(jù)公式（3）來解決。 MA=0 M2+MP=0 m2r22l2cos2+ mprp2lpcosp =0 （4）,（4）式消去2得 m2r2 l2cos2+ mprp lpcosp =0 （5） 要使（5）式為零必須滿足 m2r2l2=mp

6、rplp cos2=cosp=cos(180+p) （6） 滿足上式（6）的條件，擺架就不振動了。式中m（質(zhì)量）和r（矢徑）之積稱為質(zhì)徑積，mrl稱為質(zhì)徑距，成為相位角。,轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量的分布是有很大的隨機性，無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： 選補償盤作為平衡平面，補償盤的轉(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方法來求得。在補償盤上加一個質(zhì)量mp（圖2），則產(chǎn)生離心慣性力對x軸的力矩 Mp=mprp2 lpcosp,根據(jù)力系平衡公式（3） MA=0 M2+Mp=0 m2r22 l2cos2+ mprp2 lpcos

7、p=0 要使上式成立必須有 m2r2l2= mprplp cos2=cosp=cos(180p) （7） 公式（7）與（6）基本是一樣，只有一個正負號不同。從圖3可進一步比較兩種平衡面進行平衡的特點。圖3是滿足平衡條件平衡質(zhì)量與不平衡質(zhì)量之間的相位關系。,圖3-a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)，但矢徑方向相反。,圖3,圖3-b是補償盤為平衡平面，m2和mp在各自的旋轉(zhuǎn)中只有到在p=0或180，2=180或0時它們處在垂直軸平面內(nèi)與圖3-a一樣達到完全平衡。其它位置時它們的相對位置關系如圖3-c所示2=180p，圖3-c這種情況，y分力矩是滿足平衡條件的，而

8、x分力矩未滿足平衡條件。,用補償盤作為平衡平面來實現(xiàn)擺架的平衡可這樣來操作。在補償盤的任何位置（最好選擇在靠近邊緣處）試加一個適當?shù)馁|(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到最小，這時停止轉(zhuǎn)動手柄。停機后在原位置再加一些平衡質(zhì)量，再開機左右轉(zhuǎn)動手柄如振幅已很小可以認為擺架已達到平衡。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是mp和m2同時存在的軸平面。,擺架平衡不等于試件平衡，還必須把補償盤上的平衡質(zhì)量轉(zhuǎn)換到試件的平衡面上，選試件圓盤2為待平衡面，根據(jù)條件： mprplp= mprplp （8） 或

9、若取 =1，則mp=mp,（8）式中mprp是所加的補償盤上平衡量質(zhì)徑積，mp為平衡塊質(zhì)量，rp是平衡塊所處位置的半徑（有刻度指示）；lp、lp是平衡面至板簧的距離，這些參數(shù)是已知的，這樣就求得了在待平衡面2上應加的平衡量質(zhì)徑積mprp。一般情況先選擇半徑r求出m加到平衡面2上，其位置在mp最高位置的垂直軸平面中，本動平衡機及試件在設計時已取統(tǒng)一，所以mp=mp，這樣可取下補償盤上平衡塊mp（平衡塊）直接加到待平衡面相應的位置，這樣就完成了第一步平衡工作。,根據(jù)力系平衡條件（3），到此才完成一項 MA=0，還必須做 MB=0的平衡工作，這樣才能使試件達到完全平衡。 第二步工作：將試件從平衡機上

10、取下重新安裝成以圓盤2為驅(qū)動輪，再按上述方法求出平衡面1上的平衡量（質(zhì)徑積mprp或mp）。這樣整個平衡工作全部完成。更具體的實驗方法請看第四部分。,四、實驗方法和步驟 1、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)成一體，裝上皮帶輪。 2、用手轉(zhuǎn)動試件和搖動蝸桿上的手柄，檢查動平衡機各部分轉(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，使之與擺架有一定的接觸，并隨時注意振幅的大小。,3、開機前卸下試件上多余的平衡塊和補償盤上所有的平衡塊。接上電源啟動電機，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y0（格），

11、百分表的位置以后不要變動，停機。 4、在補償盤的槽內(nèi)距軸心最遠處加上一個適當?shù)钠胶赓|(zhì)量（二個平衡塊）。開機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y1和蝸輪位置角B1（差速器外殼上有刻度指示），停機。在不改變蝸輪位置的情況下，停機后，按試件轉(zhuǎn)動方向用手轉(zhuǎn)動試件使補償盤上的平衡塊轉(zhuǎn)到最高位置。取下平衡塊安裝到試件的平衡面（圓盤2）中相應的最高位置槽內(nèi)。,5、在補償盤內(nèi)再加一點平衡質(zhì)量（1-2平衡塊）。按上述方法再進行一次測試。測的振幅y2和蝸輪位置B2，若y2小于y1 、 y1小于y0：B1與B2相同或略有改變，則表示實驗正確。若y2已很小可視為已達到平衡。停機、按步驟4的方法將補償盤上的平衡塊移到試件圓盤2上。解開聯(lián)軸器開機讓試件自由轉(zhuǎn)動，若振動依然很小則第一步平衡工作結(jié)束。若還存在一些振幅，可適當?shù)卣{(diào)節(jié)一下平衡塊的相位，即在