第10章机械系统的动力分析和设计

▪ 不平衡量减少率(URR)≥85%
▪
四、实验原理
▪
1、机械部分：图1所示
▪
本机采用两种驱动方式，万向联轴器驱动和皮带驱动，当电机转动时，通过联轴器或皮带拖动转子转动。由于转子存在不平衡量，使左
右支架有摆动，通过杠杆放大器把振动信号输入传感器，从而把机械振动信号转换成电信号送入电测箱，同时，把光电头瞄准转子轴颈上
10.2 机械的平衡
机械平衡的目的之一是消除机械惯性力在机 架运动副反力中的影响。
10.2.1 刚性转子的平衡
1.刚性转子的静平衡及其设计计算
在机械工程中，有一类轴向尺寸比较小、径向 尺寸比较大的盘状转子(转子直径 D与其宽度 b之比D/b>5)，转子转动时的惯性力是一个平 面汇交力系。
转子静平衡条件的三种表示方法：
一般是建立各种基本杆组及单杆动力分析数学模 型
例：四杆机构的动态静力分析
先分析Ⅱ基本杆组DCB
再分析含有平衡力（力矩）的构件1
以整体机构进行分析
双滑块机构的动态静力分析
lAB 0.5m v1 5m s FQ 2000N
m1 2kg m2 3kg m3 2kg J S 2 0.2kgm2
▪
(1)模拟信号处理板
▪
模拟板由输入积分，“a,b,c”运算，同步检波，以及稳压电源等单元组成，实现对振动信号的滤波和解算功能，为光点瓦特计提供反
映不平衡量大小和相位的信号。
▪
(2)数字测量控制电路板
▪
数字板由基准正交方波形成电路，基准信号移相电路，灵敏度当量显示电路，自动频率分档电路以及数字转速表等单元组成，完成对信
▪ 衡力就可以认为是静力。所以在求解支架振动系统的动平衡条件时，可应用静
▪ 力学原理，可求出图示支承状态下的两个解。如图3所示。
▪ 1、主要技术规格
▪ 工作物重量范围
6—160kg
▪ 工件最大直径
1000mm
Baidu Nhomakorabea
▪ 圈带处的工件直径
20—400mm
▪ 工件轴颈范围
10—120mm
▪ 两摆架间距离
80—120mm
▪ 中间有传动架时支承最小距离
120mm
▪ 平衡转速范围
高速1100—2200r/min
▪ 中速600—1000r/min
▪ 低速300—500r/min
▪ 电动机功率
1.5KW 1400r/min
▪ 2、主要技术指标
▪ 最小可达剩余不平衡量(emax)
▪ 高速：10g·mm/0.5W (W为工件质量kg)
▪ 中速：30g·mm/0.5W
▪ 低速：300g·mm/0.5W
▪ 当emax的量值＜0.5μ时，最小检测量emax也只考核0.5μ
（1）转子上各个零件或部件产生的惯性力的合力 为零 ；
（2）转子上各个零件或部件质径积的矢量和为零 （3）转子的质心在其回转轴线上 ；
Fb设计 计算F的i 方法0
mb rb
mi ri 0
2. 刚性转子的动平衡及其设计计算
机械中轴向尺 寸比较大、而径 向尺寸比较小的 转子(径宽比D／ b<5)，惯性力形 成一个空间力系， 这样的转子应当 满足动平衡条件， 才能在机架的反 力中消除惯性力 的影响。
利用非对称机构部分平衡惯性力
实验8 转子动平衡
实验8 转子动平衡
▪ 一、实验目的
▪ 了解硬支承动平衡机的工作原理和动平衡的基本实验方法。
▪ 二、实验内容
▪ 对一个原来不平衡的转子进行动平衡。
▪ 三、实验仪器、设备及材料
▪ YWD—160/2A硬支承动平衡机，试验用转子、天平、橡皮泥。
▪ 动平衡试验机简介
设计计算例题
10.2.2 挠性转子的平衡简介
挠性转子平衡有别于刚性转子平衡的特点 是：平衡设计计算与转子的转速有关，同时， 平衡的目的不仅要消除惯性力在机架反力中的 影响，而且还要尽可能地消除转子的动挠度。
10.2.3 机构的平衡简介
利用对称机构进行平衡
通 过 增 加 平 衡 质 量 进 行 平 衡
号测量过程的控制任务。
▪
(3)光点矢量瓦特计作为不平衡量的矢量显示装置。
▪
五、硬支承平衡机的平面分离
▪
硬支承平衡机平面分离转换计算比较简单，它只和支承距离及转子上平衡面的所在位置有关，而与转子的质量及质量分布无关，从而使
刚性转子的平衡工艺变得简单。在硬支承中，由于支架刚度足够大，因此由转
▪ 子质量分布不均匀所产生的离心力，只能使支架产生极微小的振动。这时不平
第10章 机械系统的动力分析和设计
机构的动态静力分析 机械系统惯性力的平衡 机械系统运动方程的建立和求解
10.1 平面连杆机构动态静力分析方法
平面机构力分析主要内容是确定实现设定的 机构运动所应施加于机构上的平衡力或平衡 力矩、各个运动副的反力 。
动态静力分析方法
不含有平衡力（平衡力矩）基本杆组是静定的。
已发表于EUCOME2014
n1=9.72rpm, 最大 Lypunov 指数 : 0.0104，滑块为混沌运动
n1=10.29rpm, 最大 Lypunov 指数 : -0.0141，滑块为周期运动
n1=14.87rpm, 最大 Lypunov 指数 : 0.0085，滑块为混沌运动
已发表于EUCOME2014
刚性转子动平衡的条件是：在运转时各
偏心质量所产生的惯性力和惯性力矩的矢量
和同时为零。
刚性转子动平衡设计计算的方法是：
(1)在转子上选择两个平衡平面Ⅰ--Ⅰ、Ⅱ--Ⅱ;
(2) 将各个离心惯性力（质径积）分解到平衡平面 Ⅰ--Ⅰ、Ⅱ--Ⅱ内；
(3) 在平衡平面Ⅰ--Ⅰ、Ⅱ--Ⅱ内用静平衡的方法， 确定出平衡质量的质径积。
的“黑白环”在转子旋转时即产生一个与工件转速同频率的基准信号输入电测箱。
▪ ▪
2、电气部分：图2所示
1—主传动箱电机；2—万向联轴器；3—支架；4—传感器；5—皮带；6—转子； 7—黑白环；8—光电头；9—皮带传动电机
图1 机械部分
▪
▪
▪
图2 电气部分
▪
电气部分由三大部分组成：模拟信号处理电路板、数字测量控制电路板、光点矢量瓦特计。
FR30x
FR23x FR12x FR01y
FR 23 y FR12 y FP
欠驱动机构的运动仿真
作者：赵晗，指导教师：谢进
图示平面五杆机构，机 构的自由度为2，但只 有构件1上一个运动输 出，滑块4的运动可能 是周期性运动，也可能 是混沌运动。
作者：赵晗，指导教师：谢进
Simulations: SimMechanics