机械毕业设计震荡器的机构平衡

苏州大学本科毕业设计（论文）1目录摘要1ABSTACT1第一章前言211平衡机概述2111平衡机的定义2112平衡机的结构与功能2113平衡机运用212恒温振荡器3121恒温振荡器用途3122恒温振荡器种类3123目前恒温振荡器的局限和改进方向313本设计的内容、目的与意义4第二章动平衡设计的理论基础521回转机构动平衡的概述522平面机构平衡的基本条件623机构平衡的方法7231机构惯性力的完全平衡8232机构惯性力的部分平衡9第三章恒温振荡器平衡方案1231原恒温振荡器平衡方案1232设计要求1333自动平衡方案14苏州大学本科毕业设计（论文）2第四章可调节平衡块的方案设计1541平衡块的调节方法1542平衡块动力的传动1743平衡块的位置布置1844电机连接方案2245平衡机构的整体效果24第五章平衡机构中主要参数和尺寸的选择2551固定平衡块的尺寸2552可调节平衡块的尺寸2553齿轮的选择26总结27参考文献28致谢29附录30苏州大学本科毕业设计（论文）1摘要随着医学的不断进步与发展，医护人员迫切需要能够有一种装置能够自动混合溶剂与溶质。然而，目前恒温振荡器机构比较复杂，成本较高，无法得到很广泛的应用。而普通的振荡器又不能实现自动平衡，效率不高，存在安全隐患。需要有一种简单的方法来实现稳定的平衡。本课题是以普通振荡器的机芯部分为设计基础。由于传统的振荡器平衡块只能够平衡固定质量托盘的旋转动量矩，而不能够平衡由于烧杯的附加载荷引起的振动。本文通过将其中一个配重块分割成两块，并相应调整两块配重块的角度，达到与系统的力矩平衡。设计了机构平衡及配重块调整的方案。用PROE进行了实体模拟。关键词恒温振荡器；动力平衡；机构；调整ABSTACTASMEDICALISPROGRESSINGANDDEVELOPMENTING,MEDICALPERSONNELURGENTLYNEEDTOHAVEADEVICEMIXEDSOLVENTSANDSOLUTEAUTOMATICALLYATPRESENT,HOWEVER,THERMOSTATOSCILLATORSISCOMPLICATEDANDEXPENSIVE,CANNOTBEAPPLIEDWIDELYHOWEVER,ORDINARYOSCILLATORCANNOTACHIEVEAUTOMATICBALANCE,SO,ITSINEFFICIENCYANDUNSAFEASIMPLEMETHODTOREALIZETHESTABLEBALANCEISNEEDEDTHETHESISISDONEONTHEBASISOFTHERMOSTATOSCILLATORSASTHEBALANCEBLOCKOFTRADITIONALTHERMOSTATOSCILLATORSCANONLYBALANCETHEROTATIONANGULARMOMENTUMWHICHBROUGHTBYTHEPLATFORMWHOSEQUALITYISSETTLEDANDCANNOTBALANCEADDITIONALLOADSOFTHEBEAKER,THENTHETHESISFOCUSONHOWTOSOLVETHISPROBLEMTHISAUTHORTRIESTOMAKEABALANCEOFTHESYSTEMBYCUTTINGONEBALANCEWEIGHTBLOCKINTOTWOANDADJUSTINGANGULARMAGNITUDEOFTHETWOSMALLBALANCEWEIGHTBLOCKTHISPAPERDISCUSSESTHEBALANCEOFMECHANISMANDTHEADJUSTOFCLUMPWEIGHTDESIGNANDIMITATEWITHPROEKEYWORDSTHERMOSTATOSCILLATORSDYNAMICEQUILIBRIUMMECHANISMADJUST苏州大学本科毕业设计（论文）2前言11平衡机概述1111平衡机的定义平衡机是用于测定转子不平衡的仪器，按其测量结果进行校正，以改善被平衡转子的质量分布，使转子运转时轴颈的振动或作用于轴承的力减小到规定的范围内。它是测量旋转物体转子不平衡量大小和位置的机器。任何转子在围绕其轴线旋转时，由于相对于轴线的质量分布不均匀而产生离心力。这种不平衡离心力作用在转子轴承上会引起振动，产生噪声和加速轴承磨损，以致严重影响产品的性能和寿命。电机转子、机床主轴、内燃机曲轴、汽轮机转子、陀螺转子和钟表摆轮等旋转零部件在制造过程中，都需要经过平衡才能平稳正常地运转。112平衡机的结构与功能平衡机分为机械部分、电控部分和电测部分三部分，三个部分各司其职、协调工作、缺一不可。机械部分又称机械桥架，以通用卧式动平衡为例，平衡机下部的床身是放置平衡机各部件和稳固设备的基础，由左右两个摆架通过滚轮或型架支撑转子，提供转子旋转的条件。通过皮带或联轴器拖动转子旋转，按装在两摆架上的传感器将振动信号转化为电信号传递给电测部分，机械部分还包括轴向止动架和安全架（罩）等辅助部件。电控部分是控制拖动电机的启动和停止及调速的部件，也叫电控箱（柜）。电控部分分为直流控制和交流控制两种，其中交流控制又分为双速交流控制和变频交流控制。有的平衡机的电控部分和机械部分合为一体。电测部分是一个电子测量系统，也叫做电测箱或指示器，它将传感器传来的电信号进行滤波处理，并以转速信号为基准进行比较，显示出被测转子的平衡转速和不平衡量。电测部分的功能还包括平面分离和标定。113平衡机运用根据平衡机测出的数据对转子的不平衡量进行校正，可改善转子相对于轴线的质量分布，使转子旋转时产生的振动或作用于轴承上的振动力减少到允许的范围之内。因此，平衡机是减小振动、改善性能和提高质量的必不可少的设备。通常，转子的平衡包括不平衡量的测量和校正两个步骤，平衡机主要用于不平衡量的测量，而不平衡量的校正则往往借助于钻床、铣床和点焊机等其他辅助设备，或用手工方法完成。有些平衡机已将校正装置做成为平衡机的一个部分。苏州大学本科毕业设计（论文）312恒温振荡器恒温振荡器是以平衡机为基础而制造的产品。恒温振荡器的机芯就是一个平衡机。它使平台水平振动，并保持系统的稳定。121恒温振荡器用途恒温振荡器是一种水平振动机构，可用于植物、生物、微生物、遗传、病毒、医学、环保、食品、石油、化工等科研、教育部门作各类生物的精密培养、基因工程的研究、石油化工的受热等。122恒温振荡器种类恒温振荡器的种类有用空气恒温的气浴恒温振荡器（图11）、用水恒温的水浴恒温振荡器（图12）和0至50的全温恒温振荡器。图11气浴恒温振荡器图12水浴恒温振荡器123目前恒温振荡器的局限和改进方向现市场上的恒温振荡器机构比较复杂，价格比较高，因而没有得到广泛的应用。因而有必要对恒温振荡器的核心部分振动机芯进行改进。找到一种简易经济的机构来实现震荡功能，并保证机构的稳定。苏州大学本科毕业设计（论文）413本设计的内容、目的与意义随着医学的不断进步与发展，医护人员迫切需要能够设计一种装置能够自动混合溶剂与溶质，并且安全可靠，操作方便。恒温振荡器振动平台能够很好解决上述问题，它不仅能够方面快捷地混合溶剂与溶液。它的自动调节功能的实现，精确的控制回路和有效的整体规划。然而，目前恒温振荡器机构比较复杂，成本较高，无法得到很广泛的应用。而普通的振荡器又不能实现自动平衡，效率不高，存在安全隐患。鉴于此原因，本设计在原有的普通振荡器的基础上，使用简单的方法自动调节机构的平衡。不仅解决了医护人员自动混合溶质和溶液的问题，调高了生产效率，同时，其提出的一种解决旋转机械动力平衡的方法也对其他有类似问题的系统的借鉴、参考，为以后的工程实际应用提供了方便。苏州大学本科毕业设计（论文）5第二章动平衡设计的理论基础在第一章中已经论述，恒温振荡器的机芯是一个平衡机。为了对恒温振荡器进行改进，我们有必要对动平衡的理论作一个汇总和总结。21回转机构动平衡的概述常见的机械中包含大量的作回转运动的零部件，如各类传动轴、主轴、以及电机机的转子等，这些统称为回转体。在理想情况下，回转体旋转与不旋转时，对轴承产生的压力是一样的，而这样的回转体就是平衡的回转体。但是工程中的多数回转体，由于材质不均匀、毛坯缺陷、加工误差、装配误差，或是机构设计就具有非对称的因素。使得回转体在旋转时，每个质点所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连接机械及其基础上，将会引起振动，产生噪音，加速轴承磨损，缩短机械寿命、严重时会造成破坏性事故。因此，无论是设计还是制造，都应该尽可能地减少非对称性因素，对转子进行平衡，达到允许的平衡精度等级。使产生的机械振动幅度降低在允许的范围内。回转平衡分为静平衡和动平衡。静平衡在转子一个校正面进行校正平衡，以保证转子在静态时是在许用不平衡量的规定范围内。动平衡在转子两个校正面同时进行校正平衡，以保证转子在动态时的力矩是在许用不平衡量的规定范围内。目前各类机器所使用的平衡方法较多，如单面平衡静平衡常使用平衡架，双面平衡动平衡使用各类动平衡试验机。静平衡精度太低，平衡时间长。动平衡试验机虽能较好地对转子本身进行平衡，不过对于转子尺寸相差较大时，往往需要不同规格的动平衡机，而且试验时仍需将转子从机器上拆下，既不经济，也十分费工。特别是动平衡机无法消除由于装配以及其它随动元件引发的系统振动。使转子在正常安装与运转条件下进行的平衡通常称为“现场平衡”。现场平衡不但可以减少拆装转子的劳动量，而且不再需要动平衡机；同时由于试验的状态与实际工作状态是一致的，有利于提高测算不平衡量的精度，降低系统的振动。现代动平衡技术是在20世纪初随着蒸汽机的出现而发展起来的。随着工业生产的快速发展，旋转机械一步步地向精密化、大型化、高速化方向发展，使机构回转中的不平衡问题越来越突出。机械的剧烈振动对机器本身以及周围环境都会带来一系列危害。虽然产生振动的原因是多种多样的，但普遍认为“不平衡力、不平衡力矩”是主要原因。据统计，有50左苏州大学本科毕业设计（论文）6右的机械振动是由不平衡力和不平衡力矩引起的。因此，必须改变旋转机械运动部分的质量，以减小不平衡力和力矩，对转子进行平衡。造成转子不平衡的因素很多，例如质量分布的不均匀，转子材质的不均匀性，联轴器的不平衡、键槽的不对称，转子的加工误差，转子在运动过程中产生的腐蚀、磨损以及热变形等。这些因素所造成的不平衡量一般都是随机的，无法进行计算，所以需要通过重力试验和旋转试验来测定和校正，让它降低到允许的范围内。22平面机构平衡的基本条件2对于任何一个机构，其总的质心位置为111111NSIIINSIIINSIIIXMXMYMYMZMZM式中N为机构中的质点数，整个机构可以看成由N个支点组成的质点系，在计算机构质心位置时，N为构件或者质量代换点的数目，MI为质点I的质量，XI,YI,ZI为质点MI的坐标，总质量1NIIMM，机构惯性力、惯性力矩在各坐标轴上的分量为111111NXIIINYIIINZIIINXIIIIIINYIIIIIINZIIIIIIFMXFMYFZMMYZZYMMZXXZMMZYYZ（22）对于各质点位于同一平面或有质量对称面的平面机构，如图21所示为一三维空间中的平面机构，建立图示固定坐标系OXYZ，曲柄轴线通过Z轴，机构的运动平面平行于XOY平面，若机构完全平衡，必须满足作用在各坐标轴上的惯性力为零，绕各坐标轴的惯性力矩为零。21苏州大学本科毕业设计（论文）7图21三维空间的平面机构分析则可得出机构平衡条件为111110NIIINIIINIIIINIIIINIIIIIIMXMYMZYMZXMXYYX常数常数常数常数式中的A、B两式为机构静平衡条件，如果机构惯性力得以平衡，机构总质心将静止不动，C、D、E为忽略各机构转动惯量时的惯性力矩平衡条件，即动平衡条件。23机构平衡的方法假设机构中活动构件的总质量为，机构的总质心加速度为，要使机构作用于机架上的总惯性力F得以平衡，就必须满足,由于式中M不可能为零，所以必须使加速度为零，即机构总质心S必须匀速直线运动或静止不动。由于机构中各构件的运动是周期性变化的，所以总质心S不可能作匀速直线运动。因此，要使总惯性力F0，必须设法使总质心S静止不动。在设计机构时，可以通过构件的合理布置、添加平衡质量或者添加平衡机构等方法来使机构的惯性力得到完全或部分地平衡。（23A）（23B）（23C）（23D）（23E）苏州大学本科毕业设计（论文）8231机构惯性力的完全平衡1加平衡质量法3在某些机构中,可以通过在构件中添加平衡质量的方法，来完全平衡其惯性力。用来确定平衡质量的方法有主要是质量替代法。质量替代法是指将构件的质量简化为几个集中质量，并让它们所产生的力学效应与原来构件所产生的力学效应完全相同。图22完全平衡质量替代法如图22，构件质量为M，其对质心S的转动惯量为JS。如果用N个集中质量来替代，替代点的坐标为，那么为了使替代前后的力学效应完全相同，则必须满足下列条件（1）所有替代质量之和与原构件质量相等；（2）所有替代质量的总质心与原构件的质心重合；（3）所有替代质量对质心的转动惯量与原构件对质心的转动惯量相同。当满足上述三个条件时，替代质量所产生的总惯性力和惯性力矩是与原构件的惯性力和惯性力矩相等的，这种替代就称为质量动替代。如果只满足前两个条件，即替代质量的总惯性力和原构件的惯性力相同，而惯性力矩不同，那么这种替代就称为质量静替代。2）对称布置法4如果机构本身要求多套机构同时工作，可以采用图23示的对称布置方式使惯性力得到完全平衡。由于机构各构件的尺寸、质量完全对称，所以在运动过程中它的总质心将保持不动。利用对称机构可达到很好的平衡效果，不过机器的体积将会增大。苏州大学本科毕业设计（论文）9图23完全平衡对称布置法232机构惯性力的部分平衡所谓的部分平衡，是指平衡机构中总惯性力的一部分。常用的方法有1加平衡质量法5对于图24中的曲柄滑块机构，用质量静替代可以得到两个替代质量和。质量产生的惯性力，只需要在曲柄1的延长线E点处加一个平衡质量就可以完全被平衡。而质量作往复移动，会产生往复的惯性力。可在曲柄延长线上E处再加一平衡质量来平衡此力。但是质量产生的惯性力只能部分地平衡往复惯性力。所以，这是一种近似的平衡法。图24部分平衡加平衡质量法2近似对称布置法4如图25所示，由于采用非完全对称布置，所以只能使惯性力在机架上得到部分平衡。苏州大学本科毕业设计（论文）10图25部分平衡近似对称布置法3加平衡机构法3图26是用齿轮机构作为平衡机构，来平衡曲柄滑块机构中惯性力的情形。由左图可以看出，只要设计时保证就可以曲柄滑块机构中的一阶惯性力得到平衡。需要平衡二阶惯性力时，可以采用一对转向相反、角速度大小为2的齿轮机构，如右图所示。齿轮1、2上的平衡质量用以平衡一阶惯性力，齿轮3、4上的平衡质量用以平衡二阶惯性力。图26部分平衡加平衡机构法相比而言，用加齿轮机构的方法平衡惯性力，平衡效果好，但是采用平衡机构将使结构复杂、机构尺寸加大，这是这个方法的缺点。所以有时也采用加连杆机构的方法来部分平衡机构的惯性力。22211ABCEEEELMRMRM苏州大学本科毕业设计（论文）11图27曲柄滑块机构图27所示的曲柄滑块机构中，利用四杆机构作为平衡机构，当杆较长时，D点运动近似为直线，可在D点加平衡质量达到平衡的目的，而且平衡机构结构简单。苏州大学本科毕业设计（论文）12第三章恒温振荡器平衡方案31原恒温振荡器平衡方案恒温振荡器的主要功能是实现托盘的平动，这个动作的实现依靠于曲轴。然而由于曲轴的引入，使托盘的受力点与旋转中心不重合，带来了一个旋转动量矩2ML。为消除这个动量矩，在每个曲轴上再增加一个平衡块。223MLML。所以，水平振荡器主要分为三部分（图31）托盘、平衡块、传动装置。图31恒温振荡器的三维图电机带动带轮转动，带轮与主动曲轴相连，曲轴带动托盘平动。再由托盘带动另两个被动曲轴转动。所以，恒温振荡器主要分为三部分托盘、平衡块、传动装置。原方案结构简图如图31所示电机带动带轮转动，带轮与主动曲轴相连，曲轴带动托盘平动。再由托盘带动另两个被动曲轴转动。原恒温振荡器平衡只能够平衡由于曲轴的引入，使托盘的受力点与旋转中心不重合引起的不平衡旋转动量矩，它是一个静平衡。但是当医护人员把烧杯放置到托盘上时，机器旋转，就会带来由于烧杯的旋转力矩带来的不平衡，此时，配重块已经固定，不能够平衡烧杯带来的旋转力矩，整个系统发生偏离，会引起其它事故。苏州大学本科毕业设计（论文）13图32初始方案的结构简图32设计要求水平振荡器振动平台平衡设计主要是为了解决当今医护人员方便快捷地混合溶质与溶液的问题，并且安全可靠，操作方便。但是在解决这个问题的过程中，其他问题又出现了，其中最主要的一个问题是如何实现在不断增加烧杯质量的情况下系统还能够保持平衡。为了实现这一功能，本设计的整体设计要求是整体能够在烧杯质量和位置不确定的情况下实现动平衡（主要是力距平衡）。由称重机构快速测量出平台的质量分布，测量数据经分析后确定平衡机构的调整位置。各部分应该达到以下功能调节平衡机构能够实现在静态下快速有效地实现平衡调节，在旋转是能够实现自锁的功能；称重机构能够实现在静态下使其能够自由，方便称重，动态下又使其受到约束，便于水平振动；同时称重的应变片能够在称重时受到约束，不称重时处于自由状态，延长其使用寿命、提高其测量精度；控制部分能够实现快速实现电机、电磁离合器、电磁铁、应变片的控制，达到安全可靠，自控化程度高的目的。水平平动机构能够实现平动平稳，无上下振动。由于在运动的过程中，托盘平台和平衡块机构不可能处于同一平面，所以，在此基础上所设计的平衡方案是无法完全平衡托盘产生的力，我们的目标是使托盘运动时的力矩得到平衡，尽可能地减少平台与平衡机构之间的距离，即使整个机构结构紧凑，尺寸最小。苏州大学本科毕业设计（论文）1433自动平衡方案在托盘上没有烧杯时，如32所述的方法可以实现在旋转运动下的机构平衡。当实际工作时，托盘上的任意位置可能会放置质量未定的烧杯及溶液。这将会再次引入一个未知力矩2ML。为此，首先需要测量托盘上添加的质量。由应变片来测重。结构如图336。图33称重系统测重在机构静止时进行。托盘平台套在竖轴上，不能平动，只能在小范围内上下浮动。电磁铁1通电，吸引悬臂梁。托盘平台的质量由悬臂梁承担。测量完毕后，电磁铁1断电，电磁铁2通电，平台与托板相固定，可以稳定地作平动。应变片输出的数据经过处理，求得平台质量，算出附加的平衡机构所需要做出的动作，进行调节7。平衡机构将在四、五两章详细说明。苏州大学本科毕业设计（论文）15第四章可调节平衡块的方案设计41平衡块的调节方法在恒温振荡器的初始方案中，如图41所示，托盘质量M，平衡块质量M。由三个平衡块平衡托盘产生的动量矩。223MLML（41）图41初始方案中的动量矩平衡托盘上增加烧杯后，质量增加1M，平衡块平面内也必须增加一个额外的动量矩来平衡烧杯。如第二章中的机构平衡方法所述，机构的近似平衡一般有三种。加平衡质量、对称布置、加平衡机构。首先，对称布置在这个设计中并不适用。因为增加的烧杯质量和位置都是不确定的，不可能在设计时就能通过对称机构才平衡它们的力矩。并且，我们的设计目标是系统可以自动化地根据烧杯的质量调节平衡块，就此而言，通过电机来控制平衡机构比增加平衡质量容易实现。刚体对于轴Z的动量矩定义为RMLZ242苏州大学本科毕业设计（论文）16可见动量矩的大小与质量大小、转速有关，而且与质量的分布情况有关。平衡块的质量不能改变，只能通过调节质量分布来调节转动惯量。调节质量分布，考虑到了两种方法8。图42平动调节法方案一、如图42所示，通过丝杆的转动来调节平衡块质心与支点的距离，改变转动惯量。图43角度调节法方案二、如图43所示，调节两个平衡块之间的角度来调节等效质心到支点的距离。两个方案相比较，方案一中必须要将竖直方向的动力转换传递到水平方向的丝杆，方案二操作更简单、结构更容易实现。所以选择方案二。在调节两个平衡块的角度时，设计使用一个步进电机传递动力，使两个平衡块向相反方向，等速张开、闭合。苏州大学本科毕业设计（论文）17初步考虑使用齿轮传动来实现。齿轮传动效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长、传动比稳定。图44齿轮组传动的结构简图如图44，齿轮1是主动齿轮，和其中的一个平衡块连接。齿轮4和另一个平衡块连接。1、2、3、4齿轮模数、齿数一致，图中为显示齿轮间的传动关系，不代表尺寸关系。可以看出，齿轮1和齿轮4反向、等速运动，且结构简单，容易实现，符合设计要求。42平衡块动力的传动平衡块的动力由电机传入，带动齿轮1。而在此基础上，整个齿轮组必须在调整结束时和平衡块、曲轴相对固定，以实现整个机构的水平震荡动作。这样一来，平衡块就有两种运动之间的相对运动、整体的回转。所以我们在原有曲轴的基础上，将曲轴改为空心轴和中心细轴。中心细轴传递动力调节平衡块的相对转动。空心曲轴跟原先曲轴的功能一样，带动平衡块整体随机构一起运动，产生转动惯量平衡烧杯的动量矩。如图45所示，空心轴通过轴承和支架相连。调节平衡块的动力通过心轴传入，下平衡块和心轴相连，图44所示的齿轮组固定在与空心轴一起的小平台上，动力经由齿轮组传到上平衡块。上下平衡块等角度，反方向转动9。苏州大学本科毕业设计（论文）18图45平衡块传动的三维效果图43平衡块的位置布置方案一，我们想到，既然托盘上的烧杯是在托盘机构上另外附加的质量，那么，也可以直接再附加一组平衡块，用以单独平衡烧杯所产生的力矩。安装在原三组平衡块曲轴的中间，与其他两组被动曲轴一样，由托盘平台带动10。如图46。图46方案一平衡块布置机构简图然而，考虑到加工，装配的精度和效率，发现此方案存在很大的问题。轴的两端都是和轴承配合的，精度要求很高，这样的装配方案会提高零件加工、装配的精度等级，增加费用。苏州大学本科毕业设计（论文）19方案二，进一步分析后，将曲轴上端与平台不相连，曲轴的动力另外由电机或从主动曲轴获得。如图47图47方案二平衡块布置机构简图然而此方案也有一定的不足，曲轴只在一端连接，有很大的不稳定性。方案三，意识到这两种方案都是局限于另外增加平衡块来平衡烧杯质量，其实也可以直接在原来的一个平衡块上进行调节。如图48。图48方案三平衡块布置机构简图我们将三种方案做一下比较，如表41苏州大学本科毕业设计（论文）20表41方案一方案二方案三结构简易优中优加工可行差优优稳定可靠优中优很明显，采用方案三的位置布置方式。这样，可调平衡块的曲轴将由三部分组成。1、顶端曲轴；2、空心轴套；3、中心阶梯轴。1）顶端曲轴（图49）在此只起支撑作用，提高机构的稳定性。图49顶端曲轴2）空心轴套（图410）有两个作用，一是与带轮相连，传递机构回转运动的动力。二是作为齿轮系的支架，齿轮系安装在空心轴上。图410空心轴苏州大学本科毕业设计（论文）213）中心阶梯轴（图1011）是传递调整平衡块时的动力。它将步进电机与齿轮系衔接起来。图411中心阶梯轴整体布置如下图412。图412方案三中曲轴示意图及三维效果图如图413，托盘称重完后，小电机通过心轴控制两个平衡块的角度，使平衡块的动量矩和托盘及烧杯平衡。调节结束后，三个曲轴转动，托盘平动，托盘上的烧杯溶液进行震荡。苏州大学本科毕业设计（论文）22图413平衡块的布置44电机连接方案在平衡块调整结束后，心轴必须和空心轴一起运动，如果电机通过联轴器与轴相连，在动态下，电机会随着心轴一起转动，增加整个系统的不稳定性，且消耗更多动能。另外，造成电机上的导线绞在一起，造成不安全因素；若不用电线，采用电刷导电，结构将会更复杂。除此之外，虽然采用棘轮棘爪，但心轴在机构平动时还是可能会发生倒退的情况，破坏原本调整好的平衡角度11。而电磁离合器可以很好地实现此功能。电磁离合器的原理如图414主动轴1的花键轴端，装有主动摩擦片2，它可以沿轴向自由移动，因系花键联接，将随主动轴一起转动。从动摩擦片3与主动摩擦片交替装叠，其外缘凸起部分卡在与从动齿轮4固定在一起的套筒5内，因而从动摩擦片可以随同从动齿轮，在主动轴转动时它可以不转。当线圈6通电后，将摩擦片吸向铁芯7，衔铁8也被吸住，紧紧压住各摩擦片。依靠主、从动摩擦片之间的摩擦力，使从动齿轮随主动轴转动。线圈断电时，装在内外摩擦片之间的圈状弹簧使衔铁和摩擦片复原，离合器即失去传递力矩的作用。线圈一端通过电刷和滑环9输入直流电，另一端可接地12。苏州大学本科毕业设计（论文）23图414电磁离合器结构图1主轴2主动摩擦片3从动摩擦片4从动齿轮5套筒6线圈7铁芯8衔铁9滑环在此处使用两个电磁离合器，可以很好的实现目标功能。图415电机、离合器、轴的转配关系如图415所示，离合器1上部和电机相连，下部和心轴相连。离合器2上部和心轴相连，下部和空心轴相连。在调整平衡块的过程中，离合器1上下部相连，实现动能传递。调整结束，离合器1上下分离，离合器2上下连接，心轴和空心轴固定，心轴和空心轴间既可以传递动力，使平衡块和机构一起运动，心轴也不会发生逆转，破坏原有平衡。并且，省去了原有的棘轮棘爪机构。三维外形如图416，结构简便。苏州大学本科毕业设计（论文）24图416电机、离合器的三维图45平衡机构的整体效果将前面的设计方案进行综合，转配，得到完整的平衡机构，如图417所示。由称重机构和PLC程序得到平衡块的调整角度，通过小的步进电机，控制可调平衡块的角度。调整结束，由工作电机带动，托盘整体平动。图417平衡机构的整体三维图苏州大学本科毕业设计（论文）25第五章平衡机构中主要参数和尺寸的选择51固定平衡块的尺寸在没有烧杯时，托盘的动量矩和两个固定平衡块的动量矩相等。2212MRRM51根据三维软件中的质心计算，托盘材料选为铝，平衡块材料为钢，则G40501M，7MM22L。如图51上轴和下轴的中心距离由曲轴尺寸可知MM13R，曲轴中间轴和下轴的间距MM7S。所以平衡块的质心到旋转中心的距离7MM14R。图51固定平衡块的动量矩计算求得G2072M。根据原来平衡块厚度和质量，求得固定平衡块的厚度为MM27。52可调节平衡块的尺寸放有烧杯时，烧杯所产生的动量矩与平衡块的动量矩相等。当放满烧杯时，是最大量程。22222RMRM52两平衡块角度最小，为0。可调平衡块固定在下轴上，故LR2。设烧杯规格为200ML，装满，烧杯自身质量为50G。最多放12个。72213162502MG17172M两个平衡块的总厚度为22MM，每个平衡块厚度为11MM。苏州大学本科毕业设计（论文）26一般情况下，托盘上放有若干烧杯，总质量3M。图52一般情况和满载下的动量矩关系13根据满载情况下的平衡公式22222RMRM53和一般平衡公式23223RMRM54得3232RRMM根据图5223COSRRA所以23MARCCOSMA53齿轮的选择9齿轮转矩很小（MMN20），转速很低（约10R/MIN）。1）一般传动，选取直齿圆柱齿轮。2）速度较低，选取7级精度。3）材料选择。45钢（调质），硬度240HBS。4）齿轮齿数Z205）模数1M苏州大学本科毕业设计（论文）27总结本设计以医学上恒温振动平台为基础，分析了因平台上烧杯质量和位置的变化而引起系统的质心变化而引起系统不平衡问