常用机构认识Word文件下载.docx
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各构件和运动副的画法要符合规定，并分别以1、2、3、┅┅和A、B、C、┅┅标记。
4．由原动件开始依次测量出各运动副的相对位置，以毫米（mm）为单位，并逐一标注在机构示意图上。
角度问题可以转化为长度问题来测量，测量应精确，可取多次测量的平均值。
5．选择适当的比例尺（可根据实际尺寸和图纸的大小适当选取），将机构示意图转化为正规的机构运动简图。
为了便于对机构进行分析，在机构运动简图上还可以标出与运动有关的尺寸，例如：
转动副之间的中心距，移动副导路之间的距离等。
五、实验报告
1.按要求绘制3种机构模型的机构运动简图；
2.计算所绘机构的自由度，并据此分析机构具有确定运动的条件。
六、思考题
1.机构运动简图有何用处？
它能表示出原机构哪些方面的特征？
2．绘制机构运动简图时，原动件的起始位置会不会影响机构运动简图的正确性？
3．计算机构的自由度对测绘机构运动简图有何帮助？
实验二
机组运转及飞轮调节实验
1）熟悉机组运转的工作阻力的测试方法；
2）理解机组稳定运转时速度出现周期性波动的原因；
3）掌握机器周期性速度波动的调节方法和设计指标；
4）掌握飞轮设计方法；
5）能够熟练利用实验数据计算飞轮的等效惯量。
二、实验系统
1．实验系统框图
如图1所示，本实验系统由以下部分组成：
1）0-0.7Mpa小型空气压缩机组（DS-II型飞轮实验台）；
2）主轴同步脉冲信号传感器（已安装在DS-II型飞轮实验台中）；
3）半导体压力传感器（已安装在DS-II型飞轮实验台中）；
4）实验数据采集控制器（DS-II动力学实验仪）；
5）计算机及相关实验软件。
2．DS-II型动力学实验台
如图1所示，DS-II型动力学实验台由空压机组、飞轮、传动轴、机座、压力传感器、主轴同步脉冲信号传感器等组成。
压力传感器已经安装在空压机的压缩腔内，9为其输出接口。
同步脉冲发生器的分度盘7（光栅盘）固装在空压机的主轴上，与主轴曲柄位置保持一个固定的同步关系，同步脉冲传感器的输出口为8。
开机时，改变储气罐压缩空气出口阀门3的大小，就可以改变储气罐2中的空气压强，因而也就改变了机组的负载，压强值可以从储气罐上的压力表11上直接读出。
根据实验要求，飞轮4可以随时从传动轴上拆下或装上，拆下时注意包管好轴上的平键5，在安装飞轮时应注意放入平键，并且将轴端面固定螺母6拧紧。
本实验台采用的压力传感器是美国摩托罗拉公司的MPX700系列无补偿半导体压力传感器，该传感器的最大优点是线性度好、集成度高、输出稳定。
传感器结构及接线如图2所示，其敏感元件为半导体敏感器材（膜片），压敏部分采用一个X型电阻四端网络结构，替代由四个电阻组成的电桥结构。
在气压的作用下，膜片产生变形，从而改变电桥的电阻值，输出与压强相对应的电压信号。
为了使用方便，该传感器的内部电路已经将电压放大和传感器热补偿电路集成在一起，常温情况下，在5V供电电压时，相对于0~700MPa的空气压强的输出电压为0.2~4.5V。
实验数据采集控制器（DS-II动力学实验仪）的机箱背后有两个调节压力传感器零点和增益的旋钮（调节螺钉），此参数已调好，一般不需重调。
3．DS-II型动力学实验仪
DS-II动力学实验仪内部由单片机控制，它完成汽缸压强和同步数据的采集和处理，同时将采集的数据传送到计算机进行处理。
它的面板如图3所示。
打开电源，指示灯亮，表示仪器已经通电。
复位键是用来对仪器进行复位的。
如果发现仪器工作不正常或者与计算机的通讯有问题，可以通过按复位键来消除。
仪器的背面如图4所示，有两个5芯航空插头，分别标明压强输入和同步信号输入，将DS-II型动力学实验台的相应插头插入插座即可。
在压强输入插座上方，有两个调节螺钉，分别标明“调零”和“放大”的字样，是用来对系统的零点和放大倍数进行校核的。
设备出厂时一般已调好，用户一般不要对这两个调节螺钉进行调节，以免使系统标定产生混乱。
背面上还有两个通讯接口，一个是标准的9针RS232接口，用于仪器与计算机直接连接，另一个是多机通讯口，用于将本仪器与本公司的多机通讯转换器连接，通过多机通讯转换器再接入计算机。
用户可以使用这两个接口中的任一个与计算机通讯。
4．实验台主要技术参数
图5为实验系统外观。
图5实验系统外观
1）空压机气压范围：
p=0～0.7MPa
2）电机额定功率：
P=550W
3）电机转速：
1400r/m
4）电源：
220V交流/50HZ
5）实验台尺寸：
长×
宽×
高＝600×
300×
330（mm）
飞轮设计的基本问题是根据机器实际所需的平均速度ωm和许可的不均匀系数δ来确定飞轮的转动惯量J。
当设计飞轮时，因为研究的范围是在稳定运动时期的任一个运动循环内，我们假定在循环开始和循环结束时系统的状态是一样的，对回转机械来说，也就是在循环开始和结束时它们的速度是一样的，这时驱动力提供的能量全部用来克服工作阻力（不计摩擦等阻力）所做的功，在这样的前提下，我们就可以用盈亏功的方法来计算机械系统所需要的飞轮惯量。
具体地来说，计算一个运动周期中驱动力矩所做的盈功和阻力矩所做的亏功，最大盈功和最小亏功的差就是系统的最大能量变化，用这个能量变化就可以计算机械系统所需要的飞轮惯量。
四、操作步骤
1．连接RS232通讯线
本实验必须通过计算机来完成。
将计算机RS232串行口，通过标准的通讯线，连接到DS-II动力学实验仪背面的RS232接口，如果采用多机通讯转换器，则需要首先将多机通讯转换器通过RS232通讯线连接到计算机，然后用双端电话线插头，将DS-II动力学实验仪连接到多机通讯转换器的任一个输入口。
2．启动机械教学综合实验系统
如果用户使用多机通讯转换器，应根据用户计算机与多机通讯转换器的串行接口通道，在程序界面的右上角选择框中选择合适的通道号（COM1或COM2）。
根据飞轮实验在多机通讯转换器上所接的通道口，点击“重新配置”键，选择该通道口的应用程序为飞轮实验，配置结束后，在主界面左边的实验项目框中，点击该通道“飞轮”键，此时，多机通讯转换器的相应通道指示灯应该点亮，飞轮实验系统应用程序将自动启动。
如图7所示，如果多机通讯转换器的相应通道指示灯不亮，检查多机通讯转换器与计算机的通讯线是否连接正确，确认通讯的通道是否与键入的通讯口（COM1或COM2）一致。
如果用户选择的是实验系统与计算机直接连接，则将实验系统的实验数据采集控制器（DS-II动力学实验仪）后背的RS232与计算机的串行口（COM1或COM2）直接连接，在系统主界面右上角串口选择框中选择相应串口号（COM1或COM2）。
在主界面左边的实验项目框中点击“飞轮”键，在主界面中就会启动“飞轮实验系统”应用程序。
图6机械教学综合实验系统主界面
图7飞轮实验系统初始界面
3．拆卸飞轮，对实验系统标定
图8飞轮机构实验主窗体
将飞轮从空压机组上拆卸下来，并主要保存联接平键。
点击图7进入“飞轮机构实验台主窗体”，如图8所示。
在该窗体中，点击串口选择菜单，根据接口实际联接情况，选中COM1或COM2。
在实验系统第一次应用之前，或者必要时，应该对系统进行标定。
点击应用程序界面上的标定菜单，首先进行大气压强的标定。
根据提示，关闭飞轮机组，打开储气罐阀门，并点击确定如图9所示。
图9大气压力标定界面
大气压强标定以后，将出现第二个界面，提示对汽缸压强进行标定，如图10所示。
启动空压机组，关闭阀门，让储气罐压力达到0.3MPa左右，在方框内输入此压力值，点击确定即可完成标定。
图10气缸压强标定界面
4．数据采集
图11数据采集显示界面
系统标定以后，就可以用数据采集按钮对实验数据进行采集了。
数据采集的结果将分别显示在程序界面上，如图11所示。
界面左边显示的汽缸压强值和主轴回转速度值，本实验数据是以主轴（曲柄）的转角为同步信号采集，每一点的采集间隔为曲柄转动6度。
右边用图表曲线显示汽缸压强和主轴转速。
界面下方的文字框中将显示主轴最大、最小、平均转速和回转不匀率，汽缸压强的最大、最小值和平均压强。
5．分析计算
图12分析计算结构界面
数据采集完成以后，就可以对空压机组进行分析，点击计算按钮，系统将出现第二个界面如图12所示。
在这个界面中，将显示空压机组曲柄的主动力矩（假设为常数）、空压机阻力距曲线和系统的盈亏功曲线。
下方的文字框中将显示最大阻力距、平均驱动力矩、最大机械能、最小机械能、最大剩余功等数据，以及根据用户输入的许可不均匀系数计算得到的系统所需的飞轮惯量。
6．关闭飞轮机组，安装飞轮，重新启动飞轮机组
得到以上数据以后，用户可以关闭飞轮机组，将卸下的飞轮安装到机组上，重新启动空压机组，点击数据采集按钮，查看主轴的速度曲线，就会发现由于飞轮的调节作用，主轴的运转不均匀系数已经有明显下降，主轴运转稳定。
（1）打印所采集的相关曲线，并粘在实验报告上。
（2）分析调速的目的与原理。
六、实验思考题
1）空压机在稳定运转时，为什么有周期性速度波动？
2）随着工作载荷的不断增加，速度波动出现什么变化，为什么？
3）加飞轮与不加飞轮相比，速度波动有什么变化，为什么？
汽缸压强又有什么变化，为什么？
4）取空压机主轴（曲柄）作为等效构件，作用于活塞上的工作阻力F的等效阻力矩Mp如何计算？
5）分析机组在各种状态（如加飞轮、不加飞轮、加负载、不加负载）的运动规律。
上述状态实际上与各种机械均有相似之处，如柴油机、冲床、起重机、轧钢机、甚至自动武器等，因此上述分析方法也可供研究其他设备之用。
实验三
曲柄滑块、导杆、凸轮实验
1）通过实验、了解位移、速度、加速度的测定方法；
转速及回转不匀率的测定方法；
2）通过实验，初步了解“QTD-Ⅲ型组合机构实验台”及光电脉冲编码器、同步脉冲发生器（或称角度传感器）的基本原理，并掌握它们的使用方法；
3）通过比较理论运动线图与实测运动线图的差异，并分析其原因，增加运动速度特别是加速度的感性认识；
4）比较曲柄滑块机构与曲柄导杆机构的性能差别；
5）检测凸轮直动从动杆的运动规律；
6）比较不同凸轮廓线或接触副，对凸轮直动从动杆运动规律的影响。
1．实验系统组成
图1实验系统框图
实验系统框图如图1所示，它由一下设备组成：
（1）实验机构----曲柄滑块、导杆、凸轮组合机构；
（2）QTD-Ⅲ型组合机构实验仪（单片机控制系统）；
（3）打印机；
（4）个人电脑一台；
（5）光电脉冲编码器；
（6）同步脉冲发生器（或称角度传感器）。
2．实验机构主要技术参数
（1）直流电机额定功率100W
（2）电机调速范围0-2000r/min
（3）蜗轮减速箱速比1/20
（4）实验台尺寸长×
高＝500×
380×
230
（5）电源220V/50Hz
3．实验机构结构特点
该组合实验装置，只需拆装少量零部件，即可分别构成四种典型的传动系统，分别是曲柄滑块机构、曲柄导杆滑块机构、；
平底直动从动杆凸轮机构和滚子直动从动杆凸轮机构。
而每一种机构的某一些参数，如曲柄长度、连杆长度、滚子偏心等都可在一定范围内作一些调整，通过拆装及调整可加深实验者对机械结构本身特点的了解，对某些参数改动对整个运动状态的影响也会有更好的认识。
4．组合机构实验仪
（1）实验仪外形布置
此实验仪的外形结构如图2所示，图2（a）为正面结构，图2（b）为背面结构。
图2（a）QTD-III实验仪正面结构
图2（b）QTD-III实验仪背面结构
（2）实验仪系统原理
以QTD-III型组合机构实验仪为主体的整个控制系统的原理框图如图3所示。
图3控制系统的原理框图
本实验仪以单片机最小系统组成。
外扩16位计数器，接有3位LED显示数码管可实时显示机构运动时的曲柄轴的转速，同时可与PC机进行异步串行通讯。
在实验机械动态运动过程中，滑块的往复移动通过光电脉冲编码器转换输出具有一定频率（频率与滑块往复速度成正比），0－5伏电平的两路脉冲，接入微处理器外扩的计数器计数，通过微处理器进行初步处理运算并送入PC机进行处理，PC机通过软件系统在CRT上可显示出相应的数据和运动曲线图。
机构中还有两路信号送入单片机最小系统，那就是角度传感器送出的两路脉冲信号。
其中一路是码盘角度脉冲，用于定角度采样，获取机构运动曲线；
另一路是零位脉冲，用于标定采样数据时的零点位置。
机构的速度、加速度数值由位移经数值微分和数字滤波得到。
与传统的R－C电路测量法或分别采用位移、速度、加速度测量仪器的系统相比，具有测试系统简单，性能稳定可靠、附加相位差小、动态响应好等优点。
本实验仪测试结果不但可以以曲线形式输出，还可以直接打印出各点数值，克服了以往测试方法中，须对记录曲线进行人工标定和数据处理而带来较大的幅值误差和相位误差等问题。
本实验仪最大优点就是采用微处理器和相应的外围设备，因此在数据处理的灵活性和结果显示、记录、打印的便利、清晰、直观等方面明显优于非微处理的同类仪器。
另外，与个人电脑连接使用，操作上只要使用键盘和鼠标就可完成，操作灵活方便，实验准备工作非常简单，在学生进行实验时稍作讲解即可使用。
图4为实验系统外观
三、实验操作步骤
1．系统联接及启动
图5机械教学综合实验系统主界面
（1）连接RS232通讯线
将计算机RS232串口，通过标准的通讯线，连接到QTD-III型组合机构实验仪背面的RS232接口，如果采用多机通讯转换器，则需要首先将多机通讯转换器通过RS232通讯线连接到计算机，然后用双端插头电话线，将QTD-III型组合机构实验仪连接到多机通讯转换器的任一个输入口。
（2）启动机械教学组合实验系统
如果采用多机通讯转换器，应根据用户计算机与多机通讯转换器的串行接口通道，在程序界面的右上角串口选择框中选择合适的通道号（COM1或COM2）。
根据运动学实验在多机通讯转换器上所接的通道口，点击“重新配置键”，选择该通道口的应用程序为运动学实验，配置结束后，在主界面左边的实验项目框中，点击该通道“运动学”键，此时，多机通讯转换器的相应通道指示灯应该点亮，运动学实验系统应用程序将自动启动。
如图6所示，如果多机通讯转换器的相应通道指示灯不亮，检查多机通讯转换器与计算机的通讯线是否连接正确，确认通讯的通道是否是键入的通讯口（COM1或COM2）。
点击图6中间的运动机构图像，将出现如图7所示的运动学机构实验系统界面，点击串口选择，正确选择（COM1或COM2），点击数据选择键，等待数据输入。
图6运动学机构实验系统初始界面
如果用户选择的是组合机构实验台与计算机直接连接，则在图4主界面右上角串口选择框中选择相应串口号（COM1或COM2）。
在主界面左边的实验项目框中，点击“运动学”键。
同样，在图7界面中点击串口选择键，正确选择（COM1或COM2），并点击数据和采集键，等待数据输入。
图7运动学机构实验台主窗体
2．组合机构实验操作
<
1>
曲柄滑块运动机构实验
将曲柄滑块机构组装好。
a、滑块位移、速度、加速度测量
（1）将光电脉冲编码器输出的5芯插头及同步脉冲发生器输出的5芯插头分别插入测试仪上相对应接口上。
把串行传输线一头插在计算机任一串口上，另一头插在实验仪的串口上。
（2）打开QTD-Ⅲ组合机构实验仪上的电源，此时带有LED数码管显示的面板上将显示"
0"
。
（3）打开个人计算机。
（4）起动机构，在机构电源接通前应将电机调速电位器逆时针旋转至最低速位置，然后接通电源，并顺时转动调速电位器，使转速逐渐加至所需的值（否则易烧断保险丝，甚至损坏调速器），显示面板上实时显示曲柄轴的转速。
（5）机构运转正常后，就可在计算机上进行操作了。
请启动系统软件。
（6）选择好串口，并在弹出的采样参数设置区内选择相应该的采样方式和采样常数。
你可以选择是定时采样方式，采样的时间常数有10个选择档（分别是：
2ms、5ms、10ms、15ms、20ms、25ms、30ms、35ms、40ms、50ms），比如选25ms；
你也可以选择定角采样方式，采样的角度常数有5个选择档（分别是：
2度、4度、6度、8度、10度），比如选择4度。
（7）在“标定值输入框”中输入标定值0.05。
标定值是指光电脉冲编码器每输出一个脉冲所对应滑块的位移量（mm），也称作光电编码器的脉冲当量。
它是按以下公式计算出来的：
脉冲当量计算式：
脉冲（取为0.05）
式中：
—脉冲当量；
—齿轮分度圆直径（现配齿轮
）；
—光电脉冲编码器每转脉冲数（现配编码器
）。
（8）按下“采样”按键，开始采样。
（请等若干时间，此时测试仪就在接收到PC机的指令进行对机构运动的采样，并回送采集的数据给PC机，PC机对收到的数据进行一定的处理，得到运动的位移值）
（9）当采样完成，在界面将出现“运动曲线绘制区”，绘制当前的位移曲线，且在左边的“数据显示区”内显示采样的数据。
（10）按下“数据分析”键。
则“运动曲线绘制区”将在位移曲线上再逐渐绘出相应的速度和加速度曲线。
同时在左边的“数据显示区”内也将增加各采样点的速度和加速度值。
b、转速及回转不匀率的测试
（1）同“滑块位移、速度、加速度测量”的
（1）至（7）步。
（2）选择好串口，在弹出的采样参数设计区内，你应该选择最右边的一栏，角度常数选择有5档（2度、4度、6度、8度、10度），选择一个你想要的一档，比如选择6度。
（3）同“滑块位移、速度、加速度测量”的（9）、（10）、（11）步，不同的是“数据显示区”不显示相应的数据。
2>
曲柄导杆滑块运动机构实验
将曲柄导杆滑块机构组装好。
按上述<
a、<
b步骤操作，比较曲柄滑块机构与曲柄导杆滑块机构运动参数的差异。
3>
平底直动从动件凸轮机构实验
将平底直动从动件凸轮机构组装好，检测其从动杆的运动规律。
4>
滚子直动从动件凸轮机构实验
将滚子直动从动件凸轮机构组装好，检测其从动杆的运动规律比较平底接触与滚子接触运动特性的差异。
四、注意事项
（1）在未确定拼装机构能正常运行前，一定不能开机。
（2）若机构在运行时出现松动、卡死等现象，请及时关闭电源，对机构进行调整。
（1）打印实验结果，并将其贴在实验报告上；
（2）比较曲柄滑块机构与曲柄导杆机构的性能差别？
（3）采用不同的凸轮廓线或接触副，对直动从动件运动规律有哪些影响？
（4）理论运动线图与实测运动线图有哪些差异，分析其产生原因？
实验四
带传动实验
1.了解带传动的基本原理，并观察、分析有关带的弹性滑动和打滑等重要物理现象；
2.分析并验证预紧力对带的工作能力的影响；
3.了解转速、转差速以及扭矩的测量原理与方法；
4.绘制带的滑动曲线及传动效率曲线。
带传动是广泛应用的一种传动，其性能实验为机械设计教学大纲规定的必做实验之一，也是产品开发中的一项重要鉴别手段。
本实验台的完善设计保证操作者用简单的操作，同时又概念形象地获得传动的效率曲线及滑动曲线。
采用直流电动机为原动机及负载，具有无级调速功能。
本实验台设计了专门的带传动预张力形成机构，预张力可预先准确设定，在实验过程中，预张力稳定不变。
在实验台的电测箱中配置了单片机，设计了专用的软件，使本实验台具有数据采集、数据处理、显示、保持、记忆等多种人工智能。
也可与PC机对接（实验台备有接口），这时可自动显示并打印输出实验数据及实验曲线。
使用本实验台，可以方便的完成以下实验：
1、利用实验装置的四路数字显示信息，在不同负载的情况下，手工抄录主动轮转速、主动轮转矩、被动轮转速、被动轮转矩，然后根据此数据计算并绘出弹性滑动曲线和传动效率。
2、利用RS232串行线，将实验装置与PC机直接连通。
随带传动负载逐级增加，计算机能根据专用软件自动进行数据处理与分析，并输出滑动曲线、效率曲线和所有实验数据。
1、皮带传动原理
1.1带传动的分析
预拉力促使带与轮之间具有一定的摩擦力，使得轮子转动时带动皮带传动。
两皮带轮静止时，带各处的拉力都等于预紧力F0。
传动时，由于带与轮子表面间摩擦力的作用，带两边出现拉力差异，绕进主动轮和绕出主动轮的一边的拉力从F0增大到F1，绕出主动轮和绕进被动轮的一边的拉力由F0减小到F2，F1作用的边称为紧边，F2作用的边称为松边
设环形带的总长度不变，则紧边的拉力的增量F1-F0应等于松边拉力的减小量F0-F2。
即F1-F0=F0-F2
则
紧边与松边之差称为带传动的有效拉力，即圆周力等于F=F1-F2。
1.2带传动的弹性滑动与打滑
当带从绕进主动轮到绕出主动轮时，因为拉力差F1>
F0，带的弹性变形也不同，它随着减小为，弹性变形也逐渐减小，带的速度过渡到低于主动轮的圆周速度，这说明了带在绕经主动轮的过程中，在带与主动轮之间发生了相对滑动，同理，带在绕经被动轮过程中，带与被动轮之间也发生相对滑动，只不过它的弹性变形逐步增大，带的速度逐渐增大并大于被动轮的圆周速度。
这种由于带的弹性变形而引起的带与带轮间的滑动称为弹性滑动，这是带传动时固有的正常特性。
只要传递圆周力，必然会发生弹性滑动。
滑动率由于弹性滑动不可避免，所以从动轮的圆周速度小于主动轮的圆周速度，在带传动时，由带的滑动引起的被动轮速度的降低率称为滑动率
其中，
、
为主、被动轮轮缘的线速度
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