机械原理课程实验

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1、机械原理课程实验实验五转子动平衡一、实验目的二、实验设备四、实验方法和步骤五、注意事项主要内容三、JHP—A型动平衡试验台的工作原理与结构一、实验目的1、加深对转子动平衡概念的理解。2、掌握刚性转子动平衡试验的原理及方法。二、实验设备1、JHP—A型动平衡试验台2、转子试件3、平衡块4、百分表0–10mm三、JHP—A型动平衡试验台的工作原理与结构1、动平衡试验台的结构动平衡试验台的简图如图1、图2所示。待平衡的试件3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2中，右端呈悬臂。电动机9通过皮带1

2、0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，通过百分表5可观察振幅的大小。图1平衡试验台1、摆架子2、工字形板簧座3、转子试件4、差速器5、百分表6、补偿盘7、蜗杆8、弹簧9、电机10、皮带图2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。这个测量系统由差速器4和补偿盘6组成。差速器安装在摆架的右端，它的左端为输入端（n1）通过柔性联轴器与试件3联接，右端为输出端（n3）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

3、外壳为蜗轮的转臂H组成的周转轮系。（1）当差速器的转臂蜗轮不转动时nH=0，则差速器为定轴轮系，其传动比为：，n3=-n1（1）这时补偿盘的转速nH与试件的转速n1大小相等转向相反。（2）当n1和nH都转动则为差动轮系，传动比按周转轮系公式计算：，n3=2nH-n1（2）蜗轮的转速是通过手柄7，经蜗杆蜗轮副在大速比的减速后得到。因此蜗轮的转速nH小于n1，当nH与n1同向时，由（2）式可看到，n3小于-n1，这时n3方向不变还与n1反向，但速度减小。当nH与n1反向时，由（2）式可看出n3大于-n1，这时n

4、3方向仍与n1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，正向摇动手柄（蜗轮转速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2、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。F=0M=0或MA=0MB=0（3）这就是转子

5、动平衡的力学条件。当试件上有不平衡质量存在时（图2），试件转动后则产生离心惯性力F=mrω2，它可分解成垂直分力Fy和水平分力Fx，由于平衡机的工字形板簧和摆架在水平方向（绕y轴）抗弯刚度很大，所以水平分力Fx对摆架的振动很小可忽略不计。而在垂直方向（绕x轴）的抗弯刚度小，因此在垂直分力产生的力矩M=FyL=mrω2Lcosφ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：M1=0，M2=m2r2ω2l2cosφ23、动平衡机的工作原理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

6、面，加平衡质量，则绕轴的惯性力矩Mp=mprpω2lpcosφp。要使这些力矩得到平衡，可根据公式（3）来解决。MA=0M2+MP=0m2r2ω2l2cosφ2+mprpω2lpcosφp=0（4）（4）式消去ω2得m2r2l2cosφ2+mprplpcosφp=0（5）要使（5）式为零必须满足m2r2l2=mprplpcosφ2=cosφp=－cos(180°+φp)（6）满足上式（6）的条件，摆架就不振动了。式中m（质量）和r（矢径）之积称为质径积，mrl称为质径距，φ成为相位角。转子不平衡质量的分布是

7、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mp（图2），则产生离心惯性力对x轴的力矩Mp′=mp′rp′ω2lp′cosφp′根据力系平衡公式（3）ΣMA=0M2+Mp′=0m2r2ω2l2cosφ2+mp′rp′ω2lp′cosφp′=0要使上式成立必须有m2r2l2=mp′rp′lp′cosφ2=cosφp′=－cos(

8、180°—φp′)（7）公式（7）与（6）基本是一样，只有一个正负号不同。从图3可进一步比较两种平衡面进行平衡的特点。图3是满足平衡条件平衡质量与不平衡质量之间的相位关系。图3-a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，但矢径方向相反。图3图3-b是补偿盘为平衡平面，m2和mp′在各自的旋转中只有到在φp′=0°或180°，φ2=180°或0°时它们处在垂直轴平面内与图3-a一样达到