机械原理课程实验_精品文档.ppt
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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11、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。
22、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11、JHPAJHPA型动平衡试验台型动平衡试验台22、转子试件、转子试件33、平衡块、平衡块44、百分表、百分表010mm010mm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11、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11、图、图22所示。
待平衡的所示。
待平衡的试件试件33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22中,右端呈悬臂。
电动机中,右端呈悬臂。
电动机99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55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11、摆架子、摆架子22、工字形板簧座、工字形板簧座33、转子试件、转子试件44、差速器、差速器55、百分表、百分表66、补偿盘、补偿盘77、蜗杆、蜗杆88、弹簧、弹簧99、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44和补偿盘和补偿盘66组成。
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(nn11)通过柔性联轴器与试件)通过柔性联轴器与试件33联联接,右端为输出端(接,右端为输出端(nn33)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HH组成的周转轮系。
组成的周转轮系。
(11)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nnHH=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:
,nn33=-=-nn11(11)这时补偿盘的转速这时补偿盘的转速nnHH与试件的转速与试件的转速nn11大小相等转向相反。
大小相等转向相反。
(22)当)当nn11和和nnHH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:
,nn33=2=2nnH-H-nn11(22)蜗轮的转速是通过手柄蜗轮的转速是通过手柄77,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nnHH小于小于nn11,当,当nnHH与与nn11同向时,由(同向时,由(22)式可看到,)式可看到,nn33小于小于-nn11,这时,这时nn33方向不变还与方向不变还与nn11反向,但速度减小。
当反向,但速度减小。
当nnHH与与nn11反反向时,由(向时,由(22)式可看出)式可看出nn33大于大于-nn11,这时,这时nn33方向仍方向仍与与nn11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(角位移)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。
这个结论的应用将在后面述说22、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。
FF=0=0MM=0=0或或MMAA=0=0MMBB=0=0(33)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22),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=mrmr22,它可分解成垂直分,它可分解成垂直分力力FFyy和水平分力和水平分力FFxx,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yy轴)抗弯刚度很大,所以水平分轴)抗弯刚度很大,所以水平分力力FFxx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xx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MM=FFyyLL=mrmr22LLcoscos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:
MM11=0=0,MM22=mm22rr2222ll2cos2cos2233、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MMpp=mmpprrpp22llpcospcospp。
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(33)来解决。
)来解决。
MMAA=0=0MM22+MMPP=0=0mm22rr2222ll2cos2cos22+mmpprrpp22llpcospcospp=0=0(44)(44)式消去)式消去22得得mm22rr22ll2cos2cos22+mmpprrppllpcospcospp=0=0(55)要使(要使(55)式为零必须满足)式为零必须满足mm22rr22ll2=2=mmpprrppllppcoscos22=coscospp=cos(180+cos(180+pp)(66)满足上式(满足上式(66)的条件,摆架就不振动了。
式中)的条件,摆架就不振动了。
式中mm(质量)和(质量)和rr(矢径)之积称为质径积,(矢径)之积称为质径积,mrlmrl称为称为质径距,质径距,成为相位角。
成为相位角。
转子不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mmpp(图(图22),),则产生离心惯性力对则产生离心惯性力对xx轴的力矩轴的力矩MMpp=mmpprrpp22llpcospcospp根据力系平衡公式(根据力系平衡公式(33)MMAA=0=0MM22+MMpp=0=0mm22rr2222ll2cos2cos22+mmpprrpp22llpcospcospp=0=0要使上式成立必须有要使上式成立必须有mm22rr22ll2=2=mmpprrppllppcoscos22=coscospp=cos(180cos(180pp)(77)公式(公式(77)与()与(66)基本是一样,只有一个正负)基本是一样,只有一个正负号不同。
从图号不同。
从图33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33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33图图3-b3-b是补偿盘为平衡平面,是补偿盘为平衡平面,mm22和和mmpp在各自的在各自的旋转中只有到在旋转中只有到在pp=0=0或或180180,2=1802=180或或00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,yy分力矩是满分力矩是满足平衡条件的,而足平衡条件的,而xx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mmpp和和mm22同时存在的轴平面。
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22为待为待平衡面,根据条件:
平衡面,根据条件:
mprplp=mprplp(88)或或若取若取=1=1,则,则mp=mp(88)式中)式中mmpprrpp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,mmpp为平衡块质量,为平衡块质量,rrpp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(有刻度指示);llpp、llpp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
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