机构运动参数测试综合实验.docx

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机构运动参数测试综合实验

机构运动参数测试综合实验

实验任务书

北京邮电大学自动化学院机械基础实验室

芦娜

二OO三年十月

一、实验目的

1、通过对机构运动参数测试的实验方案规划、设计，培养学生的综合设计、创新设计的能力，训练学生提出问题、实际解决问题的能力和素质。

2、通过机构运动参数测试实验，掌握机构运动的周期性变化规律，并学会机构运动参数如位移、速度和加速度（包括角位移、角速度和角加速度）的实验测试方法。

3、掌握原动件运动规律不变，改变机构各构件尺寸，测量从动件的运动参数的测量方法。

4、通过利用传感器、工控机等设备进行实验操作，训练掌握现代化的实验测试手段和方法，增强工程实践能力。

5、通过进行实验结果与理论数据的比较，分析误差产生的原因，增强工程意识。

二、实验内容及方式

机构运动参数测试综合实验是以摆动导杆机构、曲柄滑块机构和双曲柄机构等典型连杆机构作为被测对象，通过运用传感器、数据采集卡、控制箱、示波器和工控机（计算机）等先进的技术手段对机构进行：

位移、速度和加速度（角位移、角速度、角加速度）的运动测试，并进行运动分析。

为了将理论更好地联系实际，在实验中必须将实验检测结果与理论数据进行对比，并从中分析实验误差产生的原因及其主要影响因素。

因此，实验前需要按实验指导书规定的特定检测对象及其原始数据，通过在计算机上进行理论计算，求解理论数据，然后方可进行实验。

在进行实验操作之前，学生需要通过阅读实验装置的使用说明书，熟悉实验装置的工作原理和仪器仪表的使用操作方法。

规划设计实验实施的具体方案，绘制实验装置原理框图，然后才能进行独立实验操作。

实验后需恢复整理实验装置并完成实验报告。

三、实验特点

该实验以培养学生的综合设计能力、创新设计能力和工程实践能力为目标。

建立了新型的设计型、搭接型、综合性的实验模式。

本实验提供多种搭接设备，学生可根据功能要求，自己进行方案设计，并将自己设计的方案亲手组装成实物模型。

并可随时改进设计方案，从而培养学生的创造性和正确的设计理念。

实验装置由曲柄滑块、双曲柄和摆动导杆等典型的运动机构组成；另外，部分构件尺度参数可调，突出了测试机构的尺寸参数的多变性，如：

在曲柄滑块机构中设计了偏心块构件，可将对心式曲柄滑块机构变为偏置式曲柄滑块机构；在双曲柄机构中，可调节连杆尺寸使之变为平行四边形机构等。

以巩固学生在课堂中所学知识，使之产生感性认识，增加对机械学研究的兴趣。

四、实验装置

1．实验装置主要技术参数

（1）电机参数：

直流电机额定功率和电机转速

功率：

40W

电机转速：

1250-1550r/min

直齿轮减速箱速比：

36（摆动导杆、双曲柄机构）

20（曲柄滑块机构）

输出转速：

n1=35r/min（摆动导杆、双曲柄机构）

n1=63r/min（曲柄滑块机构）

（2）传感器

1线位移传感器2个（曲柄滑块机构）

型号：

WDL—100—2；精度：

独立线性度0.5%；量程：

100mm；

2角位移传感器1个（摆动导杆机构）

型号：

WD35D—4；精度：

独立线性度0.1%；量程：

00—3400；

3光电编导器1个（双曲柄机构）

型号：

LEC—102.4BM—G05E；精度：

1024脉冲/周；量程：

00—3600；

4速度传感器2个（曲柄滑块机构）

型号：

SD--100；精度：

1%；量程：

100mm/s；

5加速度传感器2个（曲柄滑块机构）

型号：

CA—YD--117；精度：

独立线性度0.1%；

（3）实验装置主要构件和部件基本参数

①机构运动参数测试实验装置电机支撑件：

1个

②底板：

长×宽×高340×450×20

③曲柄滑块机构如图1所示，各杆长度如下：

曲柄：

lAB=50mm（35mm）；连杆：

lBC=160mm；偏距：

e=20mm；曲柄转速：

n1=63r/min；

图1

④双曲柄机构如图2所示，各杆长度如下：

主动曲柄lAB=50mm（35mm）；从动曲柄lCD=90mm（50mm）；

连杆lBC=90mm（30mm）；机架lAD=30mm；曲柄AB转速n1=35r/min；

图2

6摆动导杆机构如图3所示，各杆长度如下：

曲柄lAB=50mm（35mm）；机架lAC=150mm；曲柄转速n1=35r/min；

图3

（4）控制箱：

1个；

（5）实验所需工具：

①木榔头：

1把；

②内六角板子：

3#（1个）；4#（1个）；6#（1个）；

③小改锥：

1把；

④活板子：

1把；

⑤钢板尺：

1把；

（6）示波器（二通道示波器）：

1台；

（7）电源：

220V/50HZ；

2、实验数据采集系统软件说明

PCI（或ISA）数据采集与分析系统是采用PCI（或ISA）数据采集卡进行数据采集并对所采得的数据进行分析的软件系统，下面简单介绍其启动步骤和使用方法：

启动步骤：

（1）打开计算机，进入WIN98操作系统；

（2）寻找“快捷方式—机构运动参数测试”图标，并双击该图标，即可进行该软件系统，其软件界面图如图4所示；

图4软件界面图

（3）点击相应实验机构的数据采集键，进入数据采集界面，可进行相关数据采集，数据采集界面如图5所示；

3、数据采集界面使用方法：

（1）数据采集

首先设定采样频率、采样点数；

采样频率：

推荐值为：

0.05、0.1、0.2等；（根据经验）

采样点数：

推荐值为：

500、1000等；（根据经验）

设定采集通道号；

（中断号和DMA通道号与数据采集卡的硬件必须匹配，因此建议一般用户不要修改。

）

曲柄滑块、摆动导杆机构选择7#通道。

双曲柄机构使用6#通道。

单击“开始”按钮，进行位移数据采集。

图5数据采集界面

（2）采集界面介绍：

“开始”键：

单击“开始”按钮，进行位移数据采集。

“清除”键：

单击“清除”按钮，可将波形显示窗口中的波形清除，并保留水平坐标线。

“分析”键：

当采集位移曲线成功后，单击“分析”按钮，可将位移、速度和加速度运动曲线输出到图形窗口上。

如图6所示。

“打开数据文件”键：

选择“数据分析”菜单下的“打开数据文件”菜单，即弹出“打开数据文件”对话框，输入路径和文件名后单击“确定”按钮，即可在“记事本”中打开该数据语文件。

“绘制数据文件”键：

选择“数据分析”菜单下的“绘制数据文件”菜单，即弹出“绘制数据文件”对话框，设定路径和文件名后单击“确定”按扭，即可在波形显示窗口中绘制该数据文件。

“分析计算”键：

选择“数据分析”菜单下的“分析计算”菜单，即弹出“将分析结果保存为数据语文件”对话框，用户设定数据文件路径和名称后，单击“确定按钮”，关闭该对话框；系统将对当前采样数据文件进行分析计算，并将分析结果以波形图的方式显示在波形示窗口中，同时保存分析结果以便以后分析。

“退出”键：

单击“退出”，即可退出该软件系统。

图6运动线图

（3）数据采集原理

其实验原理：

首先，机构在电机的驱动下运转起来，用传感器（角位移、线位移、加速度、光电传感器等）将机械量（如：

位移、加速度）转变为电量。

其次，通过控制箱中的数据采集卡对该信号进行采集，再将模拟量转变为数字量（完成模--数转换）。

最后，通过开发的数据采集分析软件进行数据处理，将其转化为运动曲线（S-

、v-

和a-

或θ-

、ω-

和ε-

）并输出在工控机上。

其运动曲线如图6所示。

实验数据采集从开始启动--数据采集—绘出运动曲线图的全部实验过程只需不到两分钟的时间。

这与课堂上介绍的图解法和解析法相比较，充分体现出利用先进测试手段的高效、高速和高灵敏度的特点，体现出先进科学技术的强大威力。

五、数据输出方式

1、运动曲线输出

当采用“数据采集与分析系统”进行数据输出时，学生可通过人—机交互界面进行数据采集，系统将对当前采样数据文件进行分析计算，并将分析结果以运动曲线图（S---φ，v---φ，a---φ运动曲线图）的方式显示在波形显示窗口中，同时保存分析结果以便以后分析，并可将其打印出来，以便与理论曲线进行比较。

2、示波器输出

当同学的实验方案设计，最终以示波器作为最后的输出环节时，同学可将实验机构搭接完毕，经检验无误后，将数据输出电缆一端插在电器控制箱相应输出端口，另一端在示波器的输入通道处，调节示波器显示频率和幅值，即可显示出相应机构的位移、速度和加速度运动曲线。

六、实验任务

测试内容任选一种

1．曲柄滑块机构

一个运动循环内，滑块位移S、速度v和加速度a与机构位置（曲柄转角

）之间关系，并绘制S-

、v-

和a-

线图。

改变构件尺度参数后，再进行测试。

（自选）

2．双曲柄机构

一个运动循环内，从动曲柄CD的角位移θ、角速度ω和角加速度ε与曲柄AB转角

关系，并绘制θ-

、ω-

和ε-

线图。

改变构件尺度参数后，再进行测试。

（自选）

3．摆动导杆机构

一个运动循环内，摆杆角位移θ、角速度ω和角加速度ε与机构位置（曲柄转角

）之间关系，并给制θ-

、ω-

和ε-

线图。

改变构件尺寸参数后，再进行测试。

（自选）

七、实验注意事项

1．实验人员必须树立自我保护意识，实验中切实注意自身安全。

2．实验前必须认真阅读实验设备和仪表的使用说明书，培养爱护仪器、设备的习惯，严格执行操作规程。

首次进行实验操作，开机前必须得到实验指导老师的准许。

如因盲目进行操作，造成仪器、设备损坏，应由责任人负责。

八、实验报告提示

实验报告包括以下内容：

1．被测对象名称及原始数据、检测项目

2．实验装置原理框图

3．主要仪器名称、规格型号

4．主要实验操作步骤

5．实验数据记录及结果（建议以表格及线图表达）

6．实验结果分析（如误差产生原因分析等）

7，实验总结体会