[发明专利]一种磁力动平衡机

说明书

技术领域

本发明涉及一种高校机械课程实验教具，尤其涉及一种用于机械原理中不平衡转子在转动下产生机械振动和平衡过程演示的磁力动平衡机。

背景技术

常用机械中包含着大量的作旋转运动的零部件，例如各种传动轴、主轴、电动机和汽轮机的转子等，统称为回转体。在理想的情况下回转体旋转时与不旋转时，对轴承产生的压力是一样的，这样的回转体是平衡的回转体。但工程中的各种回转体，由于材质不均匀或毛坯缺陷、加工及装配中产生的误差，甚至设计时就具有非对称的几何形状等多种因素，使得回转体在旋转时，其上每个微小质点产生的离心惯性力不能相互抵消，离心惯性力通过轴承作用到机械及其基础上，引起振动，产生了噪音，加速轴承磨损，缩短了机械寿命，严重时能造成破坏性事故。为此，必须对转子进行平衡，使其达到允许的平衡精度等级，或使因此产生的机械振动幅度降在允许的范围内.

对于高校机械专业教育而言机械平衡一直作为机械原理重要章节，为让学生了解机械平衡高校也相应开设有机械动平衡实验课程，但现在高校所采用的动平衡教学仪多为电子测试调整主要是采用补偿质径积的方法来测定试件不平衡的大小和位置。这种实验设备实验现象直观操作简单。另外，也有部分学校用机械式动平衡机进行试验演示，其利用动不平衡惯性力矩产生机械振动，运用计算增加质量的方式配平衡。这种实验机效果直观，采用双面平衡，与课本联系紧密。

但上述动平衡实验教学仪器都存在以下缺陷：

实验器材昂贵，由于存在复杂电子设备，大大提高了设备价格，从而提高了教学成本，高校考虑这个因素，因而配置的教学设备少，学生教学质量大大打折扣。对于第一种实验设备而言，自动找到动平衡量与相位，但过程不直观，不能真正使学生直观了解其工作原理；而第二种设备，过程直观但由于需先计算配重，使得实验过程显得复杂，繁琐。另外，现有的试验设备，由于其体积较大与其附加设备较多，使得实验设备基本处于固定式安装，搬动极为不便，大大限制了使用范围。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种结构简单，方便搬运和操作，且更加能够直观演示回转体振动现象和调整动平衡过程的磁力动平衡机；以利于学生理解回转体动平衡原理过程并提高教学质量。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种磁力动平衡机，其特征在于，包括水平设置于下方的底板，底板上竖直向上设置有转轴，转轴下端通过一个固定于底板的球笼万向节安装在底板上，底板上还设置有动力电机，动力电机和转轴相连并用于带动转轴旋转，转轴上方依次向上套设有水平布置的不平衡盘、铁板和安装板，所述不平衡盘和安装板固定在转轴上，所述铁板通过铁板固定支架固定在底板上，安装板上对应转轴的中部位置设置有步进电机，步进电机输出轴和所述转轴沿同轴线向上设置且输出轴上固定连接有一安装架，安装架两端分别安装有一个电磁铁和一个配重块，电磁铁和配重块到轴心线的重力力矩不同且该力矩差异和不平衡盘的重力力矩差异匹配（匹配是指到安装架水平旋转到一定角度时电磁铁和配重块到轴心线的重力力矩差异能够补偿不平衡盘的重力力矩差异），所述铁板处于电磁铁作用范围内；还包括摆幅检测光电开关，摆幅检测光电开关包括用于发射光线的发射部和接收光线的接收部，所述发射部和接收部沿竖向相对设置并通过光电开关支架安装在底板上，铁板上具有供发射部发射的光线通过的缺口，所述转轴处于转动平衡状态时，所述检测光电开关中发射部发出的光线恰好处于安装架最外侧位置旋转路径的边缘；摆幅检测光电开关和步进电机电连接。

本发明的磁力动平衡机用于试验演示时，动力电机启动，带动转轴旋转，转轴上固定设置的不平衡盘、安装板和步进电机以及步进电机上端安装架等构件可以视为以不平衡回转体并随转轴一体转动。由于回转体不平衡，故旋转时会产生偏离轴心线的摆动，这样旋转过程中安装架最外端位置会水平向外超出平衡旋转时的外侧范围，进而遮挡住摆幅检测光电开关中发射部发出的光线，使得光电开关可以检测到不平衡信号，再依靠该信号控制步进电机工作，步进电机带动安装架旋转一个单位步进角，当安装架旋转到电磁铁和配重块的重力力矩差异快要补偿完不平衡盘的重力力矩差异时，光电开关光线接通，步进电机处于自锁状态，停止转动，再开启电磁铁，靠调节电磁铁和下方铁板的吸力来调节电磁铁在重力方向力矩的大小，直到整个回转体恢复平衡。故操作非常快捷方便，且演示过程直观浅显，更加容易让学生理解和掌握回转体从旋转失衡到恢复平衡过程中的各种科学原理。