实验五_刚性转子的动平衡实验.pdf

上海电力学院《机械原理》实验指导书
实验五刚性转子的动平衡实验

一、实验目的
1．巩固转子动平衡知识，加深转子动平衡概念的理解；
2．掌握刚性转子动平衡实验的原理及基本方法。

二、实验要求
1．在组合机构实验系统或机构创新实验台上进行机构的运动参数测试实验并记录实验数据；
2．计算机构运动参数的理论值，在坐标纸上画出其曲线。
3．对比实验曲线和理论曲线，分析两者的异同点及其产生的原因。
4．根据不同的运动曲线，辨析出相应的机构并分析其运动特点、说明实际应用。

三、实验设备及工具
1．JPH—A型动平衡试验台；
2．百分表0~10mm；
3．笔、坐标纸及草稿纸（学生自备）。

四、实验原理
1.动平衡试验机的结构
本实验采用JPH—A型动平衡试验机，其简图如图1所示。待平衡的试件1安放在框形摆架的支承滚轮
上，摆架的左端与工字形板簧3固结，右端呈悬臂。电动机4通过皮带带动试件旋转，当试件有不平衡质量
存在时，则产生的离心惯性力将使摆架绕工字形板簧做上下周期性的微幅振动，通过百分表5可观察振幅的
大小。

5

ⅠⅡ
16
Z
H2
nn
13

2ZZ
13

7
3
8

4

1.转子试件2.摆架3.工字形板簧4.电动机5.百分表6.补偿盘7.差速器8.蜗杆
图1JPH—A型动平衡试验机简图
试件的不平衡质量的大小和相位可通过安装在摆架右端的测量系统获得。这个测量系统由补偿盘6和差

1
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速器7组成。差速器的左端为转动输入端（n）通过柔性联轴器与试件联接，右端为输出端（n）与补偿盘联
13
接。
差速器是由齿数和模数相同的三个圆锥齿轮和一个蜗轮（转臂H）组成的周转轮系。
（1）当差速器的转臂蜗轮不转动时n=0，则差速器为定轴轮系，其传动比为：
H
nZ
i311，nn（1）
31nZ31
13
即补偿盘的转速n与试件的转速n大小相等转向相反；
31
（2）当通过手柄摇动蜗杆8从而带动蜗轮以n转动时，当n和n都转动则为差动轮系，其传动比可用
H1H
周转轮系公式计算：
nnZ
iH3H11；n2nn(2)
31nnZ3H1
1H3
即n≠－n。蜗轮的转速n是通过手柄摇动蜗杆8，经蜗杆蜗轮副在大速比的减速后得到。因此蜗轮的转速
31H
n<<n。当n与n同向时，由（2）式可看到n<–n，这时n方向不变还与n反向，但速度减小。当n
H1。H13131H
与n反向时，由（2）式可看出n＞－n，这时n方向仍与n反向，但速度增加了。由此可知当手柄不动，
13131
补偿盘的转速大小与试件相等转向相反；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
由于转子材料的不均匀、制造的误差、结构的不对称等诸因素使转子存在不平衡质量。因此当转子旋转
后就会产生离心惯性力，组成一个空间力系，使转子产生动不平衡。要使转子达到动平衡，则必须满足空间
力系的平衡条件：
F0M0
或A（3）
M0M0
B
这就是转子动平衡的力学条件。

3．动平衡试验机的工作原理

图2所示为动平衡机工作原理图，试件转动后不平衡质量产生的离心惯性力F=ω2mr，它可分解为垂直
分力F和水平分力F，由于平衡机的工字形板簧在水平方向（绕y轴）的抗弯刚度很大，所以水平分力F
yxx
对摆架的振动影响很小，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=F²l=ω2mrlsinφ的作用下，摆架产生周期性上下振动。
y
由动平衡原理可知，任一转子上诸多不平衡质量，都可以用分别处于两个任选平面Ⅰ、Ⅱ内，回转半径
分别为r、r，相位角分别为θ、θ，的两个不平衡质量来等效。只要这两个不平衡质量得到平衡，则该
ⅠⅡⅠⅡ
转子即达到动平衡。找出这两个不平衡质量并相应的加上平衡质量（或减去不平衡质量）就是本试验要解决
的问题。
设试件在圆盘Ⅰ、Ⅱ各等效着一个不平衡质量m和m，对x轴产生的惯性力矩为：
ⅠⅡ
M=0；M=ω2mrlsin(θ+ωt)
ⅠⅡⅡⅡⅡ
摆架振幅y大小与力矩M的最大值成正比：y∝ω2mrl；而不平衡质量m产生的惯性力以及皮带
ⅡⅡⅡⅠ
对转子的作用力均通过x轴，所以不影响摆架的振动，因此可以首先进行圆盘Ⅱ的动平衡。

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F’
p
m’
yp
F
pr’
p
m
p

r
p
F
ⅠⅡ
Ⅰmr
ⅠⅡθ
Ⅱ
m
θⅡ
Ⅰ

l
Fp
Ⅱl
ω

x

图2动平衡机工作原理图

在试件上选择圆盘Ⅱ作为平衡平面，设加上的平衡质量为m。