靜態與動態平衡實驗儀

TM1002

靜態與動態平衡實驗儀專為旋轉機械平衡理論設計,配有四組可調式平衡塊,學生能自定義質量、角度與軸向位置。透過皮帶輪與砝碼可精確量測靜力矩,而電動馬達則用於測試高轉速下的動態平衡。底座的撓性支架能直觀地將不平衡轉化為振動現象。設備具備完整的安全連鎖護罩與精密量角器,是學習靜態平衡(重心重合)與動態平衡(力矩抵消)核心工程知識的理想工具。

 

主要功能與特色

靜態與動態平衡實驗儀讓學生能夠進行旋轉質量系統的平衡實驗,並將實驗結果與理論進行驗證。

穩固的底座單元透過四個撓性支座支撐測試組件。測試組件包含一根水平安裝在低摩擦軸承上的平衡鋼軸。設備隨附一組四個旋轉質量塊,這些質量塊可以固定在軸上的任何水平位置及相對角度。每個質量塊都包含可拆卸的砝碼,讓學生能組合出四個不同質量與力矩的質量塊。若不使用砝碼,這些質量塊亦可當作四個完全相同的質量,用於簡單的平衡測試。

學生可將延伸軸與皮帶輪安裝在平衡軸的末端。接著,將砝碼掛在繞過皮帶輪的細繩上,以此精確測量每個質量塊的力矩。

測試組件在軸端設有量角器,並在軸下方設有附滑塊的線性標尺。這些工具可精確測量平衡塊的角度與水平位置。

系統透過電動機與皮帶帶動轉軸旋轉,以進行動態平衡測試。撓性支座允許組件產生振動,從而在動態平衡測試中顯示出不平衡的狀態。學生可以取下皮帶以檢查靜態平衡,此時轉軸在任何角度位置都應保持靜止。

整個旋轉組件由透明防護罩包覆。安全連鎖裝置可在防護罩未安裝妥當時代替切斷電動機電源。

 

學習成果

  • 旋轉質量平衡演示:實際操作並演示二、三及四個旋轉質量塊的靜態平衡(確保重心位於旋轉軸線上)與動態平衡(確保旋轉時不產生偶力矩)。學生能直觀觀察到質量塊數量增加時,平衡調整的複雜度變化。

  • 動態平衡計算與分析:針對旋轉質量系統進行深入的動態平衡研究,包含以下方法:

    • 數學計算法:利用力與力矩的平衡方程式,計算各平衡塊所需的抵消質量與角度。

    • 向量圖解法:學習繪製力多邊形與力矩多邊形,以圖解方式求出不平衡向量。

  • 平衡圖表應用

    • 三角形法:用於處理較簡單(如二或三個質量塊)的平衡系統。

    • 多邊形法:用於解決多個質量塊在空間中不同位置與角度所產生的複雜不平衡問題。

 

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