机械运动参数测定.docx

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机械运动参数测定

第一章实验综述

1.1实验目的

1.通过实验了解位移、速度、加速度、位移、角速度、角加速度测定方法。

2.通过实验初步了解“MEC—B机械动态参数测定试仪”即光电脉冲编码器、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.通过实验曲线和理论曲线的比较，分析产生差异的原因，增加对速度、角速度、特别是加速度、角加速度的感性认识。

4.运用MATLAB与ADAMS2005进行动态仿真，比较两种仿真方法的结果,并且熟悉两种试验方法的使用；

5.运用matlab软件编程，对两种机构进行运动仿真，得出速度、加速度等参数。

6.将所得两种参数进行比对，进行分析。

1.2实验步骤

1.安装运动机构的运动副，组装曲柄滑块机构；

2.打开运动测试软件，打开电机开关，让电机带动曲柄滑块运动；

3.修改软件测试的脉冲当量，对滑块的路程、速度、角速度、加速度进行测试，并形成数据曲线，

脉冲当量计算式：

C=D/N

其中：

C—脉冲当量

D—槽轮槽底圆直径（现配D=28.7mm）

N—光电脉冲编码器每周脉冲数，（现配N=1000）;

4.组装曲柄导杆机构，重复上述步骤测量运动参数。

1.3实验原理

1.实验机构

目前配套的为曲柄滑块机构及曲柄导杆机构（也可采用其它各种实验机构）机械原动力采用直流调速电机，电机转速可在0—3600转/分范围内作无级调速。

经蜗轮蜗杆减速器减速，机构的曲柄转速为0~120转/分。

图1-1与1-2所示为实验机构简图。

它利用作往复运动的滑块，推动光电脉冲编码器，输出与滑块位移相当的脉冲信号，经测试仪处理后即可得到滑块的位移、速度和加速度。

图1-1为曲柄滑块机构，图1-2为曲柄导杆机构。

图表1曲柄滑块机构

图表2曲柄连杆机构

1、同步发生器2、蜗轮减速器3、曲柄4、连杆5、电机

6、滑块7、齿轮8、光电脉冲编码器9、导块10、导杆

2.广电脉冲编码器

图表3光点脉冲编码器结构原理图

1、灯泡2、聚光镜3、光电盘4、光拦板5、主轴

转角位转换成电脉冲信号的器件。

它由灯泡、聚光透镜、光电盘、光栏板、光敏管和光电整形放大电路组成。

光电盘和光栏板是用玻璃材料经研磨，抛光制成。

在光盘上用照相机腐蚀制成有一组径向光栅，而光栏板上有两组透光条纹，每组

透光条纹后都装有一个光敏管，它们与电盘透光条纹的重合相差1/4周期。

光源

发出的光线经聚光镜聚光后，发出平行光。

当主轴带动光盘一起转动时，光敏管就接收到光线亮、暗变化的信号，引起光敏管所通过的电流发生变化，输出两路相位差90°的近似正弦波信号，它们经放大、整形后得到两路相位差90°的主

波d和d'd路信号经微分后加到两个与非门输入端作为触发信号，d'路经反

相器得到两个相位相反的方波信号，分别送到与非门剩下的两个输入端作为与非门控信号，与非门的输出端即为光电脉冲编码器的输出信号端，可与双时钟可逆

计数的加、减触发端相接。

当编码器转向为正时（如顺时针），微分器取出d的

前沿A，与非门1打开，输出一负脉冲，计数器作加计数；当转向为负时，微分器取出d的另一前沿B，与非门2打开，输出一负脉冲，计数器作减计数。

某一时刻计数器的计数值即表示该时刻的光电盘（即主轴）相对于光敏管位置的角位移。

图表4数字电路框图

3.组合测试仪

在实验机构的运动过程中，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—5V电平的两路脉冲，接入测试数字量通道有计数器计数，也可采用模拟传感器，将滑块位移转换为电压值，接入测试器模拟通道，通过A/D转换口转变为数字量。

测试仪具有内触发和外触发两种采样方式。

当采用内触发方式时，可编程定时器按操作者所置入的采样周期要求输出定时触发脉冲。

同时微处理器输出相应的切换控制信号，通过电子开关对锁存器或采样保持器发出定时触发信号，将当前计数器的计数值或模拟传感器的输出电压值保持。

经过一定延时，由可编程并

行口或A/D转换读入微处理器中，并按一定格式存储在机内RAM区中。

若采用外触发采样方式，可通过同步脉冲发生器将机构从动曲柄的角位移（2°、4°、

6°、8°、10°）信号转换为相应的触发脉冲，并通过电子开关切换发出采样触发信号。

利用测试仪的外触发采样功能，可获得以机构主轴角度变化为横坐标机构运动线图，也可分析主轴作为非匀速转动机构的运动规律提供了方便。

机构的速度、加速度数值由位移经数值微分数字滤波得到。

与传统的R—C

电路测试法（或分别采用位移、速度、加速度的测量仪器的系统）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。

本测试系统测试结果不但可以由曲线形式输出，还可以直接打印出个点数

值，克服了以往测试方法所在的须对记录曲线进行人工标定和数据处理，从而带

来较大幅值和相位误差等问题。

MEC—B机械动态参数测试仪由于采用微机及相应的外围设备，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机化的同类仪器。

另外，操作命令采用代码和专用键相结合，操作灵活方便，实验准备工作非常简单，并且在学生进行实验时稍作讲解学生即可使用。

图表1.5机械动态参数测试实验系统工作原理框图

1.3实验结果

1.曲柄滑块

®爵址导杆卄轧啊吉41橄星台主肓棒

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~>1』4Al阴鱼

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2.曲柄连杆机构

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数据並示妊呂：

运功曲毘阳

1.4MATLAB运动仿真

1.曲柄滑块机构

图表6曲柄滑块机构运动参数曲线图

由上图可得出以下数据

位移峰峰值：

123.12

速度最大值：

263.8

角加速度最大值：

165.4

实验所得数据

位移峰峰值：

125.04

速度最大值：

228

角加速度最大值：

172.77

2.曲柄连杆机构

由上图所得数据实验所得数据

位移峰峰值：

125.99位移峰峰值：

125.04

速度最大值：

619.1速度最大值：

610

加速度最大值：

450.8加速度最大值：

401.76

比较得知实验数据与仿真数据误差在允许范围之内。

第二章ADAMS运动仿真

1.曲柄滑块机构

由实验测量数据所得杆长

I仁3512=250

在ADAM上建立运动机构，组成运动副，并加之驱动，获得位移、速度、加速度曲线图，如下图所示。

图表8曲柄滑块机构图

-EE.-

图表9位移曲线图

由位移曲线图得出位移峰峰值为:

199.982

oasEE"-—™

图表10速度曲线图

由速度曲线图所得最大值为：

222.1645

500.0-

0.0

-5000

-10000

-1500.0

MOOOJ-

0.0

图表11加速度曲线图

由加速度曲线图得知最大加速度为：

158.11

1.曲柄连杆机构

由实验测量数据所得杆长

11=35

12=250

13=180

14=100

在ADAM上建立运动机构，组成运动副，并加之驱动，获得位移、速度、力卩

速度曲线图，如下图所示

图表12曲柄连杆机构

图表13位移曲线图

由位移曲线图得出位移最大值为：

180.5102

图表14速度曲线图

由速度曲线图得出速度最大值为：

611.6129

图表15加速度曲线图由加速度曲线图得知加速度最大值为：

410.24