机构平衡实验报告.doc

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1、........机构平衡实验报告班级：实验日期实验成绩：成员信息一、实验目的：（1）了解机械平衡的目的和意义（2）学会分析平面机构运行过程产生的附加惯性力（3）掌握平面机构平衡的完全平衡与部分平衡的方法二、实验原理Ⅰ.机构平衡的概述机构中作平面运动或往复直线运动的构件，质心位置随原动件的运动而变化，质心处的加速度大小和方向也在变化，故质心处的惯性力和惯性力矩也随原动件的运动发生变化。因此，该类构件上的惯性力不能利用在构件上加减配重的方法得到平衡，必须把各运动构件和机架作为一个整体来考虑惯性力和惯性力矩的平衡。图8-7图8－7所示机构中各构件上的惯性力可以合成为一个

2、通过机构总质心S的总惯性力和总惯性力矩。如该机构处于平衡状态，则有（8-13）（8-14）式中，∑mi为机构中各构件的总质量；为机构总质心处的加速度；∑Mz为机构中各构件的总惯性力矩。若机构满足式（8－13）则称为惯性力完全平衡。由于总质量不可能为零，必须使=0。即机构的总质心应作等速直线运动或静止不动。由于机构的运动是周期性的，其总质心不可能总是作等速直线运动，欲使=0，唯一的可能是使其总质心静止不动。Ⅱ.机构惯性力的完全平衡1．利用对称机构平衡.s...............如图8－8所示，由两个相同的曲柄滑块机构对称布置。机构中各活动构件在运动过程中保持对

3、称，机构的总质心位置将静止不动。相同机构对称布置可以实现惯性力完全平衡，图8-8但结构复杂，增加机器的重量。2．利用配重平衡图8-9如图8－9所示的铰链四杆机构中，设构件1、2、3的质量分别为m1、m2、m3，其质心分别位于s1、s2、s3处。为了进行平衡，将构件2的质量用m2分别集中于B、C两点的两个质量m2B、m2C来代换，而m2B、m2C的大小根据式（7－6）得(8-15)(8-16)在构件1的延长线上加一质量，来平衡1的集中质量m2B和m1，使构件1的质心位于固定轴A处。的大小可由下式求得(8-17)同理，在构件3的延长线上加一质量，来平衡3的集中质量m2

4、C和m3，使构件3的质心位于固定轴D处。的大小可由下式求得(8-18)在加上质量及后，则可认为在点A及D分别集中两个质量mA、mD，而因而机构的总质心s应位于AD线上一固定点，且因为机构的总质心s固定不动，即=0，机构的惯性力得以平衡。.s...............运用同样的方法，可对图8－10所示的曲柄滑块机构进行平衡。即增加质量、后，使机构的总质心位于固定轴A处。平衡质量、可由下式求得图8-10　　以上所讨论的机构平衡方法，从理论上机构的总惯性力得到完全平衡，但其主要缺点是机构的重量将大大增加，尤其是把配重安装在连杆上更为不便。实际上往往不采用这种方法，而

5、采用部分平衡的方法。Ⅲ.机构惯性力的部分平衡图8-11对如图8－11所示的曲柄滑块机构进行平衡时，将连杆2的质量m2用集中于B、C两点的两个质量m2B、m2C来代换。此时，机构产生的惯性力只有两部分：即集中在点B的质量mB=m2B+m1B所产生的离心惯性力FB和集中在点C的质量mC=m2C+m3所产生的离心惯性力FC。为了平衡惯性力FB，在构件1的延长线上加一质量，使构件1的质心位于固定轴A处。的大小由下式求得而往复惯性力FC因其大小随曲柄转角的不同而不同，其平衡问题不像平衡惯性力FB那么简单。由机构的运动分析得到C点的运动方程式，用级数法展开，并取前两项得由上式

6、可见，FC由两部分组成。、分别称其为第一级惯性力和第二级惯性力。通常只考虑第一级惯性力，即取为了平衡惯性力FC，在曲柄延长线上再加上一平衡质量，并且使.s...............三、原机构参数曲柄长度R：300mm连杆长度L：500mm偏距e：100mm曲柄质量:10kg连杆质量:20kg滑块质量:10kg原动件角速度：10rad/s四、完全平衡（1）、平衡方案.s...............（2）、运动曲线图五、部分平衡（1）、平衡方案.s...............（2）、运动曲线图六、结果分析从实验结果可以看出，完全平衡使结构的总惯性力基本为零，但

7、是其增加了两个重量块，大大增加了结构的重量和尺寸。相比完全平衡来说，部分平衡后总惯性力并不为零，但其增加的重量块只有一个，相对而言，减轻了机构的重量.s.......