机械原理实验指导书2007-A4

机械原理 实验指导书

吴永红：3月31日做第一个实验《实验一 机构测绘实验》

学生自备 铅笔、三角板、圆规、橡皮、草稿纸（学生自备）要做 实验报告 实验报告要求可以打印在实验报告纸上，但是数据那块 需要自己填上去（当然 也可以全部自己写在纸上） 实验地点及具体时间再另行通知！务必要看实验内容 务必 要不然不会做，会比看了的慢很

多 ，甚至做不完。

这学期 机械原理就做三个实验 有什么不明白 请及时联系我

北京工商大学材料与机械工程学院

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机械基础教研室

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第一章 绪论

第一节 实验教学在教学中的地位与作用

教育要面向未来，现代教育理念已从知识型教育、智能型教育走向素质教育、创新教育。高等教育在探索如何实施以人的全面发展为价值取向的素质教育的过程中，逐步认识到理论教学和实验教学具有同等重要的地位和作用。实验教学的重要性是让学生自己动手实验，它是认识世界的一个重要源头，学生通过实验牢固地确立实验先于理论，理论源于实验的科学世界观，不仅从理论课上接受知识，还要自己通过实验去学习知识，在实践中运用知识，才能真正掌握好知识，最终在实践中创造知识、发展知识。

实验教学是理论知识与实践活动、间接经验与直接经验、抽象思维与形象思维、传授知识与训练技能相结合的过程。要在实验教学中培养学生的创新能力，就要重视实验教学方法，使实验课程成为学生有效的学习和掌握科学技术与研究科学理论和方法的途径，学生通过一定量的、有水平的实验和有计划的实验操作技能训练，可以达到扩大知识面，增强实验设计能力、实际操作能力，提高分析问题和解决问题的能力，培养科研协作精神，使自身素质得到全面提高。 在实践中培养学生的创新意识和创新能力尤为重要，开设具有创造性的实验对培养学生创新意识和创新素质有很大帮助，在培养学生的全局教育中起着重要作用。 在实验教学中强调独立动手能力和运用实验方法研究机械能力的培养，培养学生理论联系实际，独立分析、解决实际问题的能力与实事求是、严谨的工作作风及爱护国家财产的良好品德。 实验中尽量采用先进的测试方法和数据处理方式，逐步创造启发式和开放式实验条件，使学生能自选和自行设计实验项目，提高实验能力，以适应培养跨世纪人才的需要。

第二节 机械原理课程实验内容

实验一、机构测绘实验（ 2 学时）

（ l )通过对实际机械或机构模型的直接测绘，掌握绘制机构运动简图的方法。 （ 2 )验证机构自由度的计算。 （ 3 )加深对机构组成原理的了解。 实验二、渐开线齿轮范成实验（ 2 学时）

（ l )观察用范成法切制渐开线齿轮的过程。

（ 2 )进一步了解渐开线标准齿轮产生根切的原因和变位齿轮的概念。

（ 3 )分析比较标准齿轮和变位齿轮在形状、几何尺寸等方面的异同点。

实验三、机组运转及飞轮调节实验（ 2 学时）

（ l )通过实验了解：位移、速度、加速度的测定方法；角速度、角加速度的测定方法；转

速及回转不匀率的测定方法。

（ 2 )通过实验初步了解“机械动态参数测试仪”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。

实验四、平面机构创意设计实验（创新性实验、选做）

（ l ）进行机构系统的创新设计，然后在利用给定的构件在实验台上进行组装。

（ 2 ）利用给定的构件在实验台直接进行创意组装，然后对其进行性能分析，评估创新机构的优劣。

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实验五、平面机构创意设计实验（创新性实验、选做） 实验六、平面机构创意设计实验（创新性实验、选做）

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第二章 实验项目及内容 实验一 机构测绘实验

一、概述

在设计新的机械或对现有机械进行分析研究时，需要画出能表明其组成情况和运动情况的机构运动简图，而机构各部分的运动情况，是由其原动件的运动规律、该机构中各运动副的类型（例如，是高副还是低副，是转动副还是移动副等）和机构的运动尺寸（确定各运动相对位置的尺寸）来决定的。而与构件的外形、断面尺寸、组成构件的零件数目及固联方式、运动副的具体结构无关。所以，只要根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出各运动副的位置，就可以用运动副的代表符号和简单的线条把机构的运动情况表示出来，这种表示机构运动情况的简单图形，就是所谓的机构运动简图。机构运动简图应与原机械具有完全相同的运动特性，它不仅可以简明地表示出机构运动情况，而且还可以根据该图对机构进行运动及动力分析。有时，如果是为了表明机构的运动情况，而不需求出其运动参数的数值，也可以不要求严格地按比例来绘制简图，而通常把这样的机构运动简图称为机构的示意图。

二、实验目的

（ l )进行机构和简单机械的认知能力的培养。

（ 2 )通过对实际机械或机构模型的直接测绘掌握绘制机构运动简图的方法。 （ 3 )验证机构自由度的计算。

（ 4 )加深对机构组成原理的了解。 三、实验原理

机构的运动与组成，与机构的运动副类型和数目以及各运动副相对位置的尺寸有关。因此，在绘制机构运动简图时，可以撇开构件的具体形状和运动副的具体构造，而用一些简单的线条来代表构件，用规定的符号代表运动副，并按一定的比例来表示运动副的相对位置，以此表明机构的运动特征。常用运动副符号见表1。 四、实验设备与工具

（ l )各种机器实物和机构模型。

（ 2 )钢板尺、内外卡钳等测量工具（根据需要选用）。 （ 3 )铅笔、三角板、圆规、橡皮、草稿纸（学生自备）。 五、实验步骤

（ l )找出机构主动件和从动件，驱动主动件使机构缓慢运动，观察机构的组成情况和运动情况。 （ 2 )从主动件开始，确认活动构件及其数目，以及固定构件（机架）。

（ 3 )从主动件开始，按照运动的传递顺序，仔细观察两连接构件之间的接触性质及相对运动，以确认运动副的类型。最后找出各运动副的数目。

（ 4 )合理选择视图平面，一般选择与绝大多数构件的运动平面相平行的平面作为视图平面。按所选的视图平面，在草稿纸上徒手画出机构示意图。并从主动件开始，依次用数字表示各构件，用字母表示各运动副。

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（ 5 )计算机构自由度，并检验与机构主动件数目是否一致。

（ 6 )仔细测量机构的运动学尺寸，以确定机构位置。

（ 7 )选取适当的比例尺：长度比例尺＝实际长度（ mm） ／图示长度（ mm） （ 8 )绘制机构运动简图，按一定比例尺，用制图仪器画出机构运动简图。 （ 9 )举例：如图l （ a )为某泵的模型， （ b ) 测绘其运动简图。

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l）确定构件数目：该泵由机架 4 、偏心轮 l （原动件）、连杆 2 、和摇块 3 共四个构件组成。

2）确定运动副类型：偏心轮 1 相对机架 4 绕 A 点作回转运动，故构件 l 和构件 4 组成转动副，其转动中心为 A 。连杆 2 相对偏心轮 1 绕 B 点作回转运动，故也组成转动副，其转动中心为 B 。连杆 2 相对于摇块 3 沿导路 B -- C 移动，故连杆 2 与摇块3 组成移动副。摇块 3 相对于机架 4 绕圆心 C 点作回转运动，故摇块 3 与机架 4 组成转动副，其转动中心为 C 。

3）绘制机构运动简图：首先选定视图平面，绘制机构示意图（草图） F = 3x3-2x4 = 1 ，计算自由度与实际相符，测量机构运动尺寸，确定比例尺，而后绘制机构运动简图，如图1

（ b )所示。

实验二 渐开线齿轮的范成实验

一、概述

在多种机械中，直齿圆柱齿轮机构是用来传递两轴平行间的运动和动力的，并且传动平稳可靠，效率也高，是一种广泛应用的机构。通过渐开线齿轮的范成实验，有助于加深对齿轮加工和啮合原理的理解。 二、实验目的

（ l )模拟用范成法切制渐开线齿轮的过程。

（ 2 )进一步了解渐开线标准齿轮产生根切的原因和变位齿轮的概念。

（ 3 )分析比较标准齿轮和变位齿轮在形状和几何尺寸等方面的异同点。

三、实验仪器结构及工作原理

加工齿轮的方法很多，范成法是

以齿轮啮合原理进行加工齿轮的常用方法。范成法加工齿轮是利用一对齿轮互相啮合时，齿廓曲线互为包络线的原理。齿轮轮坯的瞬心线（加工节圆）和齿条刀的瞬心线（加工节线）对滚，刀具齿廓即可包络出被加工齿轮的齿廓。范成法加工齿轮时，需将刀刃形成包络线的各个位置记录下

图2 齿轮范成仪

来，才能看清轮齿的范成过程，做本实验时，用图纸做轮坯，用齿轮范成仪来实现刀具与轮坯的对滚，再用笔

将刀刃的各个位置画在轮坯上，就清楚地显示出轮齿的范成过程。齿轮范成仪的构造如图 2 所

示。

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圆盘 1 绕固定在机架上的轴心O转动，刀具 2 利用圆螺母 4 和拖板 3 固联，圆盘 1 的背面固联一齿轮与拖板 3 上的齿条相啮合。当拖板 3 在机架导轨上水平移动时，圆盘 l 相对与拖板 3 转动，完成范成运动。松开圆螺母 4 后，刀刃 2 相对于被加工齿轮 3 可径向移动，用以调整齿条刀具中线和齿轮分度圆之间的径向距离，则切制出标准齿轮或变位齿轮。圆螺母 5 用来把作为轮坯的图纸固定在圆盘 1 上。 四、实验设备

（ l )齿轮范成仪一台。

（ 2 )直径 200mm白纸一张。

（ 3 )普通测量尺及圆规、铅笔、量角器（学生自备）。 五、实验步骤

（ l )测量确定范成仪上齿条刀具的模数，齿形角，齿顶高系数和顶隙系数。 （ 2 )确定被加工齿轮的齿数并计算被加工齿轮的几何尺寸。

（ 3 )在图纸上画出被加工齿轮的分度圆、基圆、齿顶圆和齿根圆（只画 180）。 （ 4 )把作为轮坯的图纸放在圆盘 1 上，用圆螺母 5 将其压紧。

（ 5 )切制标准齿轮。

① 调制刀具 2 的位置，使刀具中线与被加工齿轮的分度圆相切。

② 把刀具移向左端，使刀具的齿廓退出齿顶圆，用铅笔描下刀具在此位置的齿廓，然后每当刀具向右端移动 1mm时，重复描下齿廓，一直到包络出两个完整的轮齿为止。 （ 6 )观察切制出来的标准齿轮齿廓有无根切。 （ 7 )切制变位齿轮。

① 根据被切齿轮的齿数计算出不产生根切的最小变位系数。调整齿条刀的径向位置，将其向远离轮坯中心的方向移动一段距离（等于它的变位量）。 ② 拧松圆螺母 5 ，将图纸转过 180 ，再拧紧圆螺母 5 。

③ 按范成标准齿轮同样的方法，形成两个完整的轮齿。

（ 8 )观察切制出来的变位齿轮齿廓有无根切。

（ 9 )松开圆螺母5，取下图纸，在切制出的两个齿轮上分

别标明分度圆半径r；、齿顶圆半径 ra、基圆半径rb ，齿根圆半径rf、分度圆齿厚s、分度圆齿槽宽e的值。

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实验三 机组运转及飞轮调节实验

一、 实验目的

1、熟悉机组运转的工作阻力的测试方法。

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2、理解机组稳定运转时的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、实验系统框图

如图3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、MPX700系列无补偿半导体压力传感器（已安装在DS-II型飞轮实验台上） 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 三、实验设备简介

1、DS-II型动力学实验台

如图所示，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，8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，因而就改变了机组的负载，压强值可以从储气罐上的压力表9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。

实验台采用的压力传动器是美国摩托罗拉公司的MPX700系列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4所示，其灵敏元件为半导体敏感材料（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。 主轴同步脉冲信号传感器是光电式传感器，它将空压机主轴（曲柄）位置传送给实验数据采集系统。在实验台安装时，已经将同步位置安装调整好，一般不需重新调整。 2.DS-II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。打开电源，指示灯亮，表示仪器已经通电。复位键是用来对仪

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器进行复位的。如果发现一起工作不正常或者与计算机通讯有问题，可以通过按复位键来消除。仪器的背面，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“零点”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，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，用于将本仪器与多机通讯转换器连接，通过多机通讯转换器再接入计算机。可以使用这两个接口中的任一个与计算机通讯。 四、实验原理

飞轮设计的基本问题是根据机器实际所需的平均速度ωm和许多的不均匀系数δ来确定飞轮的转动惯量J。当设计飞轮时，因为研究的范围时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。具体的来说，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。 五、操作步骤

本实验的操作步骤如下：

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动力学实验仪连接多机通讯转换器的任一个输入端口。

2.启动实验应用程序

如果使用多机通讯转换器，则启动多串口通讯主程序。根据计算机与多机通讯转换器的串口通道，在程序界面的左上角串口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，选择该通道口的应用程序为飞轮实验，然后点击该通道。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，启动的“飞轮实验系统”应用程序。 3.拆卸飞轮，启动空压机组

飞轮实验系统程序启动以后，应该检查通讯口与实际连接的通讯口（COM1或COM2）是否一致。如果不一致，重新通过串口选择菜单设置正确的通讯口。然后将飞轮从空压机组上拆卸下来，注意保存连接平键。启动空压机组。

4.对实验系统进行标定

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。 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。启动空压机组，关闭阀门，让储气罐达到最大压力，在方框内输入此压力值，点击确定即可完成标定。

5.数据采集

系统标定以后，就可以用数据采集安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。界面左边显示的汽缸压强值和主轴回转速度值，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

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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。

6.分析计算

数据采集完成以后，就可以对空压机组进行分析，点击分析安钮，系统将出现第二个界面，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矩、平均驱动力矩、最大机械能、最小机械能、最大剩余功等数据，以及根据输入的许可不均匀系数计算得到的系统所需的飞轮惯量。

7.关闭飞轮机组，安装飞轮，重新启动飞轮机组

等到以上数据以后，可以关闭飞轮机组，将飞轮安装到机组上，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。 六、实验思考题

1.空压机在稳定的运转时，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？

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。上述状态实际上于各种机械均有相似之处，如柴油机、机床、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。

实验四 平面机构创意设计实验

一、概述

平面连杆机构在机械工程中具有广泛的应用。平面连杆机构的综合与分析既是机械原理课程中的重点内容，也是课程的难点内容。因此连杆机构在机械设计中，特别是在机械创新设计中占有重要地位。利用机构的组成原理，创新新型连杆机构是机构创新设计的重要方法之一。 平面连杆机构是很多种机械（例如装载机、压力机、自卸汽车、医疗床等）的主体机构，连杆机构的设计选型一般先通过作图和计算来进行，多次改进后才能得到最佳的方案和参数。实验通过对实验仪多功能零件的排列、组合，亲手将自己构思创新、试凑选型的机械方案按比例组装成实物模型，模拟真实情况，对布局、连接方式、尺寸等原设计进行直观验证或调整来完善、确定最终设计方案和参数。以此培养学生创新动手、独立思考的设计能力，提高机械原理课程的设计水平。

二、实验目的

（l)事先在图纸上按工作要求设计出连杆机构，然后在试验台上搭接，实现预先目的。 （2)在试验台按机构组合原理直接进行搭接连杆机构，然后对其进行性能分析，以达到设计目的。 三、实验原理

通过对机械原理课程的学习可知，在原动件上，依次连接自由度为零的杆组，可组成一系列新机构。原动件一般为绕主轴转动的构件或往复移动的构件。

由于平面机构具有确定运动的条件是机构的原动件数目与机构的自由度数目相等，因此机构均由机架、原动件和自由度为零的从动件系统通过运动副联接而成。将从动件系统拆成若干个不可再分的自由度为零的运动链，称为基本杆组，简称杆组。

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根据杆组的定义，组成平面机构杆组的条件是： F = 3n-2PL -P H = O 。其中构件数 n ，高副P H 和低副数PL 都必须是整数。由此可以获得各种类型的杆组。 四、实验设备及使用方法

机构创意设计实验台主要由机架和与之配套的多功能零件组成。除此之外，我们还配备有一些标准零件和组装工具。

1 ．机架

如图6 所示，机架主体为一正方形框架，它由 U型支架支撑于桌面，并有一长度可调的链条来调整正方形框架相对桌面的倾斜度。

正方形框架上有两组纵向滑杆，通过螺母固连在框架内边沿，每两根为一组，上面带有纵向滑板，滑板可沿滑杆上下移动。纵向滑板之间通过螺纹连接件连接有两组横向滑杆，横向滑杆两根为一组，上有横向滑板可沿滑杆左右移动。

2 ．多功能零件及其基本组装功能

如图7 所示为实验台的多功能零件，分门别类放置在工具箱各小格中，每小格有详细的名称、型号和数量，其基本组装功能叙述如下。

（l）导路支承、 L 型导路杆。

导路支承用于支承导路杆组装连架导路。导路支承可以装在滑板或框架上的光孔内，轴向通过螺母固紧。导路支承的光孔内可以通过导路杆，螺纹孔用于紧钉螺钉对于导路杆的预紧。可以通过改变导路支承所占据光孔的位置以及滑板位置调整导路杆与水平线的夹角 0o – 360o。每台实验仪配导路支承长短各 2 件； L 型导路杆 2 件。

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（ 2 ）主动定铰链轴组件、摇把。

主动定铰链轴组件包括主动定铰链套、定铰链套锁母、主动定铰链轴、定铰链轴锁母各一件。主动定铰链轴组件用于主动定铰链机构的组装。

定铰链套与定铰链轴间隙配合套在一起，然后装在横向滑板中间的螺纹孔内，定铰链轴的轴向通过轴锁母固紧，定铰链套的轴向固定通过锁母紧固。

铰链轴端部的非完全盲孔可以容纳滑套，并开有与滑套相对应的螺孔。铰链轴后部开有螺纹通孔，可以与摇把套连后用螺钉螺母固紧。

转动摇把就给轴线固定的主动定铰链轴输人了转速，如此完成输人转速轴线固定的主动铰链组装。拆下摇把也可变为轴线固定的从动铰链机构。

每台实验仪配主动定铰链轴组件 1 套；摇把一件。

（ 3 ）滑套、滑销与构件杆。

滑套与滑销套接后用螺母固紧可组成转动铰链。如果用长单头滑销或双头滑销与滑套套接可以组装成复合铰链。

滑套与滑销上所开的通孔可以通过导杆实现间隙配合，所开的螺纹孔与构件杆等外螺纹相匹配，且注意两端旋向相反。

每台实验仪配滑套 20 件；滑销 10件；双头滑销 3 件；加长滑销 6 件；构件杆共 41 件，其中两端外螺纹旋向相反的Φ6 x 60，Φ6 x 70、 ? 、Φ6 x 40各一件，其中Φ6 x 50 为 2 件；构件短杆一端左螺旋，一端为光杆的Φ6 x 35、Φ6 x 45各 2 件。 （ 4 ）偏心滑块。

偏心滑块上有与构件杆间隙配合的光孔，有螺纹孔与构件端部螺纹连接，通常可以和其他零件组合成偏心导路一滑块杆组机构。

每台实验仪配偏心滑块 5 件。

（ 5 ）左旋螺母、左旋螺钉、挡销。

M6 左旋螺母外表镀成金色与普通 M6 右旋螺母外表银白色不同，左旋螺钉 M6 x 8 为铜制，挡销如图7所示。此三种小件须避免与普通标准件混淆。

每台实验仪配偏心滑块 5 件，挡销 26 件， M6 左旋螺母外表镀成金色 22 件，左旋螺钉

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为铜制 M6 xs 共 3 件。 3 ．其他标准件及工具

除了专用的多功能零件，还配备了一些标准件，比如 M6 xs 、 M6 x 10 、 M6 x 30 、 M6 x 24 、 M6 x 60 的螺钉各若干件， M6 螺母、 M8 x30 螺栓、 M8 螺母、 M4 x20 螺栓螺母、Φ6垫圈、Φ8垫圈若干件等。

另外还配备有钢尺、活扳手、呆头扳手、改锥等工具，方便构件尺寸的量取和构件的组装、拆卸。

五、实验步骤

（ l )初步确立机械设计构思方案。

（ 2 )熟悉机构创意设计实验仪的使用和多功能零件的组装方式。 （ 3 )将设计方案在实验仪上按比例进行组装。 （ 4 )模拟机构真实运动情况并观察。

① 机构的选型（即总体方案）和结构是否合理。 ② 机构的各个构件有无相互干涉。 ③ ④ ⑤ ⑥

机构的运动能否顺序实现预先指定的连杆位置或动点轨迹或连架杆对应位移。 机构能否连续运动。 机构是否存在曲柄。

机构受力状态的好坏，是否自锁等。

（ 5 )如需要，可对机构进行必要的调整和改进。 （ 6 )确立最终机械设计方案。

（ 7 )按比例绘制确定的机构简图。

（ 8 )将机构拆卸，点清数目，将每种零件按给定位置放人工具箱中。 （ 9 )完成实验报告。

注意：在机构装拆过程中要爱惜设备，轻装轻卸，不要用蛮力，零件要点清数目，按标识入箱。

实验五 智能动平衡实验

一、系统主要特点与工作原理

1、主要特点

该设备是一种创新的基于虚拟测试技术的智能化动平衡实验系统，本系统利用高精度的压电晶体传感器进行测量，采用先进的计算机虚拟测试技术、数字信号处理技术和小信号提取方法，达到智能化检测目的。本系统不但能得出实验结果，而且通过动态实时检测曲线了解实验的过程，通过人机对话的方式生动、形象地完成检测过程。从而非常适用于教学动平衡实验。

2、工作原理及系统组成

转子动平衡检测是一般用于轴向宽度B与直径D的比值大于0.2的转子（小于0.2的转子适用于静平衡）。转子动平衡检测时，必须同时考虑其惯性力和惯性力偶的平衡，即Pi=0，Mi=0。如图8所示，设一回转构件的偏心重Q1及Q2分别位于平面1和平面2内，r1及r2为其回转半径。当回转体以等角速度回转时，它们将产生离心惯性力P1及P2，形成一空间力系。

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图8 空间力系

图9 智能动平衡机结构

1、光电传感器 2、被试转子 3、硬支承摆架组件 4、压力传感器 5、减振底座 6、传动带 7、电动机 8、零位标志

由理论力学可知，一个力可以分解为与它平行的两个分力。因此可以根据该回转体的结构，选定两个平衡基面I和II作为安装配重的平面。将上述离心惯性力分别分解到平面I和II内，即将力P1及P2分解为P1I及P2I（在平面I内）及P1II及P2II（在平面II内）。这样就可以把空间力系的平衡问题转化为两个平面汇交力系的平衡问题了。显然，只要在平面I和II内各加入一个合适的配重QI和QII，使两平面内的惯性力之和均等于零，构件也就平衡了。

DPH－I型智能动平衡机结构如图9所示。测试系统由计算机、数据采集器、高灵敏度有源

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● 数据分析窗口

按“数据分析曲线”键，得如下窗口，可详细了解数据分析过程。

※滤波器窗口：显示加窗滤波后的曲线，横坐标为离散点，纵坐标为幅值。

※频谱分析图：显示FFT变换左右支撑振动信号的幅值谱，横坐标为频率，纵坐标为幅值。 ※实际偏心量分布图：自动检测时，动态显示每次测试的偏心量的变化情况。横坐标为测量点数，纵坐标为幅值。 ※实际相位分布图：自动检测时，动态显示每次测试的偏相位角的变化情况。横坐标为测量点数，纵坐标为偏心角度。

※最下端指示栏指示出每次测量时转速、偏心量、偏心角的数值。

四、主要技术性能与参数

1. 主要技术性能

1)虚拟智能化测试，仪器界面

2)硬支承动平衡采用A、B、C尺寸解算，永久定标具有六种支承方式 3)运行状态实时提示

4)具有剩余不平衡量允差设置功能，自动提示合格

2. 主要技术参数

1)工件质量范围（kg）：0.1~5 2)工件最大外径（mm）：Φ260 3)两支承间距离（mm）：50~400 4)支承轴径范围（mm）：Φ3~30 5)圈带传动处轴径范围（mm）：Φ25~80

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6)电机功率（kw）：0.12

7)平衡转速：约1200转/分,2500转/分两档 8)最小可达残余不平衡量≤0.3g mm/kg 9)一次减低率：≥90% 10)测量时间：最长3s

五、动平衡实验操作步骤

1. 平衡件模式选择

点击“动平衡实验系统”, 出现“动平衡实验系统”的虚拟仪器操作前面板，点击左上“设置”菜单功能键的“模式设置”功能，屏幕上出现模型ABCDEF六种模型。根据动平衡元件的形状，选择其模型格式。选中的模型右上角的指示灯变红,点击“确定”,回到虚拟仪器操作前面扳。在前面扳右上角就会显示所选定的模型形态。量出你所要平衡器件的具体尺寸，并根据图示平衡件的具体尺寸，将数字输入相应的A、B、C、框内。点击“保存当前配置”键，仪器就能记录、保存这批数据，作为平衡件相应平衡公式的基本数据。只要不重新输入新的数据，此格式及相关数据不管计算机是否关机或运行其它程序，始终保持不变。

2. 系统标定

1） 点击“设置”框的“系统标定”功能键，屏幕上出现仪器标定窗口。将两块2克重的磁铁分别放置在标准转子左右两侧的零度位置上，在标定数据输入窗口框内，将相应的数值分别输入“左不平衡量”、“左方位”；“右不平衡量”及“右方位”的数据框内（按以上操作，左、右不平衡量均为2 克，左、右方位均是零度），启动动平衡试验机，待转子转速平稳运转后，点击“开始标定采集”，下方的红色进度条会作相应变化，上方显示框显示当前转速，及正在标定的次数，标定值是多次测试的平均值。

2）平均次数可以在“测量次数”框内人工输入，一般默认的次数为10次。标定结束后应按“保存标定结果”键，完成标定过程后，按“退出标定”键，即可进入转子的动平衡实际检测。标定测试时，在仪器标定窗口“测试原始数据”框内显示的四组数据，是左右两个支撑输出的原始数据。如在转子左右两侧，同一角度，加入同样重量的不平衡块，而显示的两组数据相差甚远，应适当调整两面支撑传感器的顶紧螺丝，可减少测试的误差。

3. 动平衡测试 1）手动(单次)

手动测试为单次检测，检测一次系统自动停止，并显示测试结果。

2）自动（循环）

自动测试为多次循环测试，操作者可以看到系统动态变化。按“数据分析曲线”键，可以看到测试曲线变化情况。需要注意的是：要进行加重平衡时，在停止转子运转前，必须先按“停止测试”键，使软件系统停止运行，否则会出现异常。

4. 实验曲线分析

在数据采集过程中，或在停止测试时，都可在前面板区按“数据分析曲线”键，计算机屏幕会切换到“采集数据分析窗口”，该窗口有四个图形显示区和5个数字显示窗口，它们分别是“滤波后曲线”、“频谱分析图”、“实际偏心量分布图”和“实际相位分布图”四个图形显示区和转速，左右偏心量及偏心角五个数字显示窗口，该分析窗口的功能主要是将实验数据的整个处理过程，

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详细的展示在学生面前，使学生进一步认识到如何从一个混杂着许多干扰信号的原始信号中，通过数字滤波、FFT信号频谱分析等数学手段提取有用的信息，该窗口不仅显示了处理的结果，还交代了信号处理的演变过程，这对培养学生解决问题、分析问题的能力是很有意义的。在自动测试情况下（即多次循环测试），从“实际偏心量分布图”和“实际相位分布图”可以看到每次测试过程当中的偏心量和相位角的动态变化，曲线变化波动较大说明系统不稳定要进行调整，调整的方法详见“常见问题”。

5. 平衡过程

本实验装置在做动平衡实验时，为了方便起见一般是用永久磁铁配重，作加重平衡实验，根据左、右不平衡量显示值（显示值为去重值），加重时根据左、右相位角显示位置，在对应其相位180度的位置，添置相应数量的永久磁铁，使不平衡的转子达到动态平衡的目的。在自动检测状态时，先在主面板按“停止测试”键，待自动检测进度条停止后，关停动平衡实验台转子，根据实验转子所标刻度，按左、右不平衡量显示值，添加平衡块，其质量可等于或略小于面板显示的不平衡量，然后，启动实验装置，待转速稳定后，再按“自动测试”，进行第二次动平衡检测，如此反复多次，系统提供的转子一般可以将左、右不平衡量控制中0.1克以内。在主界面中的“允许偏心量”栏中输入实验要求偏心量（一般要求大于0.05克）。当“转子平衡状态”指示灯由灰色变蓝色时，说明转子已经达到了所要求的平衡状态。

由于动平衡数学模型计算理论的抽象理想化和实际动平衡器件及其所加平衡块的参数多样化的区别，因此动平衡实验的过程是个逐步逼近的过程。

6. 动平衡实验操作示例

①接通实验台和计算机USB通信线，并装上密码狗，（此时应关闭实验台电源）

②打开“测试程序界面”，然后打开实验台电源开关，并打开电机电源开关，点击开始测试。这时应看到绿、白、蓝三路信号曲线。如没有应检查传感器的位置是否放好。

③三路信号正常后点击退出测试，退出“测试程序”。然后双击“动平衡实验系统界面”进入实验状态。

④测量A、B、C及转子半径尺寸输入各自窗口，然后点击“设置”窗口进入“系统标定”界面在标定数据输入窗口输入左、右不平衡量及左右方位度数（一般以我们给的最大重量磁钢2g作标定，方位放在O度），数据输入后点击“开始标定采集”窗口开始采集。这时可以点击“详细曲线显示”窗口，显示曲线动态过程。等测试十次后自动停止测试。点击“保存标定结果”窗口，回到原始实验界面，开始实验。

⑤点击“自动采集”窗口，采集35次数据比较稳定后点击“停止测试”窗口，以左右放1.2克 为例，左边放在0度，右边放在270度。这时数据显示为：

左 右

然后在左边180度处放1.2克，在右边280度对面（280+180360=100）100度处放1.2克，点击“自动采集”。开始采集35次后点击停止测试。这时数据为：

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左 右

若我们设定左、右不平衡量≤0.3克时即为达到平衡要求。这时左边还没平衡右边已平衡。在左边283度对面103度处放0.4克，点击自动采集，采集35次后数据为：

这时两边都≤0.3克，“滚子平衡状态”窗口出现红色标志，点击“停止测试”。

打开“打印试验结果”窗口，出现“动平衡试验报表”，可以看到整个实验结果，结束实验。

六. 常见问题与解决

1）程序运行时，出现“设备找不到”

检查USB接口是否正常，是否安装USB驱动软件。如末安装USB驱动软件，可利用本公司提供的光盘软件，进行安装。（某些计算机有多个USB接口，一个接口不行，可另接一个插口试验。）

2）测试曲线不显示

检查传感器安装位置

A.相位信号光电传感器应垂直照射于零位信号黑条上，距离约80mm,调整传感器边上的电位器旋钮,使黑条在进出光点位置时,其指示发光二极管应明暗闪烁。 B.适当调整左右支架上的测振压电传感器预紧力螺母。

C.启动动平衡试验机，根据显示曲线，适当调整光电传感器的上下位置和灵敏度电位器，使每个红色转速方波脉冲信号的脉宽尽可能相等。 3）测试过程中出现“转速异常”

调整相位信号光电传感器，应垂直照射于零位信号黑条上，距离约80mm,调整传感器边上的电位器旋钮,使黑条在进出光点位置时,其指示发光二极管应明暗闪烁。 4）测试过程中由于操作失误出现系统死机

原因多数是USB通讯信号堵塞，插拔USB接口，可恢复系统正常运行。

※ 重要提示

1. 动平衡实验台与计算机连接前必须先关闭实验台电机电源，插上USB通讯线时再开启电源。 在实验过程中要插拔USB通讯线前同样应关闭实验台电机电源以免因操作不当而损坏计算机。 2. 系统提供一套测试程序，实验之前进行测试，特别是装置进行搬运或进行调整发生后，请运行安装程序中提供的“测试程序”。运行转子机构，从曲线窗口中可以看到三条曲线（一条方波曲线、两条振动曲线），如果没有方波曲线（或曲线不是周期方波），则调整相位传感器使出现周期方波信号。如果没有振动信号（或振动信号为一直线没有变化），则调整左右支架上的测振压电传感器预紧力螺母，使产生振动信号，三条曲线缺一不可。 如有未尽事宜，请与开发商联系。

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QTD－III型 曲柄滑块、导杆、凸轮组合实验系统

一、实验目的

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“QID-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、通过比较理论运动曲线与实测运动曲线的差异，并分析其原因，增加对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。

二、实验系统

1、实验系统组成

图10 实验系统框图

本实验的实验系统框图如图10所示，它由以下设备组成： （1）实验机构—曲柄滑块、导杆、凸轮组合机构 （2）光电脉冲编码器

（3）同步脉冲发生器（或称角度传感器）

（4）QTD-III型组合机构实验仪（单片机检测系统） （5）个人电脑 （6）打印机

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×宽×高 = 500×380×230 （5）电源 220V/50Hz 3、实验机构结构特点

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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，它们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，通过学生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。

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1、同步脉冲发生器 2、涡轮减速器 3、曲柄 4、连杆 5、电机 6、滑块 7、齿轮 8、光电编码器 9、导块 10、导杆 11、凸轮 12、平底直动从动件 13、回复弹簧 14、滚子直动从动件 15、光栅盘

4、组合机构实验仪

（1）实验仪外型布置

此实验仪的外型结构如图 11 所示，图 11（a）为正面结构，图11（b）为背面结构。

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图11

图11

（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测试系统的原理框图如图12所示。

图12 测试系统的原理框图

本实验仪由单片机最小系统组成。外扩 16 位计数器，接有 3 位 LED 数码显示 器可实时显示机构运动时曲柄轴的转速，同时可与 P C 机进行异步串行通讯。

在实验机构动态运动过程中，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 P C 机进行处理，P C 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。

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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（同步脉冲发生器）送出的两路脉冲信号。其中一路是光栅盘每２。一个角度脉冲，用于定角度采样，获取机构运动线图；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、动态响应好等特点。

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传统的同类仪器。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。 三、实验操作步骤

<一>、系统联接及启动

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 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、启动机械教学综合实验系统

图13 机械教学综合实验系统主界面

如图13所示，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

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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 14 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 14中间的运动机构图象，将出现如图 15 的运动学机构实验系统界面，点击串口选择，正确选择（COM1，COM2，）点击数据选择键，等待数据输入。

图14 运动学机构实验系统初始界面

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图15 运动学机构实验台主窗体

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 13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15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。

<二>、组合机构实验操作

1、曲柄滑块运动机构实验： 将机构组装为曲柄滑块机构

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QTD-III组合机构实验仪上相对应接口上。

(2) 打开实验仪上的电源，此时带有LED数码管显示的面板上将显示\。

(3) 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，并顺时针转动调速电位器，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。 (4) 机构运转正常后，就可在计算机上进行操作了。

(5) 请先熟悉系统软件的界面及各项操作的功能。(请参阅操作系统软件简介)

(6) 选择好串口，并在弹出的采样参数设置区内选择相应的采样方式和采样常数。你可以选择定时采样方式，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），例如选采样周期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），例如选择每隔 4 度采样一次。

(7) 在“标定值输入框”中输入标定值 0.05 (标定值计算方法见附录) (8) 按下“采样”按键，开始采样。（请等若干时间，此时实验仪正在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) 当采样完成后，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。 (11) 打开打印窗口，可以打印数据和运动曲线。 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 (5) 步。

(2) 选择好串口，并点击“数据采集 [Q] 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，例如选择 6 度。

(3) 同“滑块位移、速度、加速度测量 ”的 (7)、(8)、(9) 步，不同的是“数据显示区”不显示相应的数据。 (4) 打印。

2、曲柄导杆滑块运动机构实验：组装实验机构，按上述1.a 、1.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、平底直动从动杆凸轮机构实验：组装实验机构，按上述 1.a 操作步骤，检测其从动杆的运动规律。 注：曲柄转速应控制在每分40转以下。

4、滚子直动从动杆凸轮机构实验：组装实验机构，按上述 1.a 操作步骤，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。调节滚子的偏心量，分析偏心位移变化对从动杆运动的影响。

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注：曲柄转速应控制在每分40转以下。 四、附录

1、窗体界面介绍

整个窗体由标题栏、菜单栏、工具栏、数据显示区、运动曲线绘制和采样参数设定区、本公司广告信息显示区、运动分析结果显示区、状态栏等八部分组成。 （1）菜单栏

各菜单功能的简要说明：

■打开 打开以前保存在数据库内的采集所得数据（位移、速度、加速度数据） ■保存 保存当前的采集所得数据（位移、速度、加速度数据） ■退出 程序的退出操作

■端口1 采集前的端口1的选择（地址3F8H（十六进制）） ■端口2 采集前的端口2的选择（地址2F8H（十六进制））

■数据分析 对当前采集到的位移数据进行分析，得出运动的速度、加速度曲线及有关参数。

■动画显示

■曲柄滑块机构 用软件编写曲柄滑块的运动动画窗口。 ■曲柄导杆机构 用软件编写曲柄导杆的运动动画窗口。 ■打印 弹出打印窗口，可进行如下选择。

■数据打印 可打印采集到的所有位移数据及相应的速度加速度数据，也可打印部分数据，即只打印由用户自己所选的采样点数的位移数据及相应的速度加速度数据。

■曲线打印 同数据打印一样，可打印全部曲线和部分曲线。打印回转不匀率曲线，当进行回转不匀率的采样操作时可选此项。

■帮助主题 曲柄滑块/导杆机构运动参数测试仪的详细介绍。 （2）工具条

a、打开按钮，同打开菜单操作。 b、保存按钮，同保存菜单操作。 c、数据分析按钮，同数据分析菜单的操作。 d、曲柄导杆机构的动画显示按钮。 e、打印按钮，同打印菜单。 f、显示帮助主题按钮

（3）数据显示区

显示采集所得和分析所得的全部数据，以便使用者查看之用。

当“采集”按键作用后（采集完成）在此区显示采集点数和运动位移值。

当“数据分析”按键作用后，在此区内将加入分析所得的速度和加速度数据。 （4）运动曲线绘制和采样参数设定区

程序刚打开时此区显示的是运动曲线绘制控件，当选择好串口（“端口选择”作用后）后此区变为采样参数设定表框。

a、定时采样的采样时间常数选择 b、定角度采样的角度常数选择 c、回转不匀率角度常数选择

采样完成后此区又回到运动曲线绘制控件并绘出采样数据相应的位移曲线，“数据分析”按键作用后，将同时绘出速度曲线和加速度曲线，最终显示在此区的是三条曲线（位移、速度、加速度曲线）。

（5）本公司广告信息显示区 此处显示本公司的相关信息。 （6）运动分析结果显示区

此区将显示当前运动采样的位移、速度、加速度的最大值、最小值和平均值，回转不匀

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率采样所得的转速的最大值、最小值、平均值及回转不匀率值。 （7）状态栏

显示程序运行时的动态信息。如在绘制曲线时，在状态栏中将实时显示当前的位移或速度、加速度值。

2、系统软件操作说明

首先，在使用前确定所要做的是定时采样还是定角采样方式，或是要进行测定机构当前的回转不匀率。

其次，启动此曲柄滑块导杆机构，打开测试仪的电源按钮，此时测试仪先显示的是数字０随后便正确显示当前的转速。

接着，调节曲柄滑块导杆机构上的旋钮使转速调到自己所需的转速，待稳定后便可开在 PC 上的软件系统上进行操作了，其步骤如下： （1）打开本软件系统。

（2）选择端口号。（如选择端口１）

（3）在采样参数设计区选择采样方式和采样常数。并在“标定值输入框”中输入标定值 0.05。

（4）按“采样”键。 （5）等待一段时间。（这段时间用于单片机处理数据以及单片机向 PC 机传输数据。) （6）如果采集数据传送（PC与单片机通讯）正确，单片机传送到 PC 机的位移数据便会显示在“数据显示区”内，同时 PC 机会根据位移数据在“运动曲线绘制区”画出位移的曲线图，同时在“运动分析结果显示区”显示出位移的最大值、最小值、平均值。如果出现异常，请重新采集数据。

（7） 按“数据分析”键。则在“运动曲线绘制区”内将动态的绘出相应的速度曲线和加速度曲线 ，同时在“运动分析结果显示区”显示出速度、加速度的最大值、最小值、平均值。

（8）保存当前采集的数据到数据库内。 （9）打印当前采集和分析的数据和曲线。 最后，实验总结。

注：若在第 3 步中选择的是进行角度分析（即回转不匀率的采样方式）时，将跳过 7、8 两步。 3、光电脉冲编码器：光电脉冲编码器由以下部件组成：

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光电脉冲编码器结构原理图

1、发光体 2、聚光镜 3、光电盘 4、光栏板 5、光敏管 6、主轴

光电脉冲编码器又称增量式光电编码器，它是采用圆光栅通过光电转换将轴转角位移转换成电脉冲信号的器件。它由发光体、聚光透镜 、光电盘、光栏板、光敏管 和光电整形放大电路组成 。光电盘和光栏板用玻璃材料经研磨、抛光制成的。在光电盘上用照相腐蚀法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，它们与光电盘透光条纹的重合性差 1/4 周期。光源发出的光线经聚光镜聚光后，发出平行光。当主轴带动光电盘一起转动时，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' 路经反相器反相后得到两个相位相反的方波信号，分送到与非门剩下的两个输入端作为门控信号，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 的加一前沿 B，与非门1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，即表示该时刻光电盘（即主轴）相对于光敏管位置的角位移量。 （如图 16和图 17 所示）

图16

图17

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4、标定值计算方法

在本实验机构中，标定值即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：

M = /N = 0.05026mm/脉冲（取为 0.05） 式中：M —脉冲当量

—齿轮分度圆直径（现配齿轮 =16mm）

N —光电脉冲编码器每周脉冲数（现配编码器 N =1000）

5、实验结果示例

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6、作业编程示例

（1）打开编程窗口。

（2）出现工程1-forml(code)的窗口。

（3）把“学生编程开始”的t0=和a=删掉。

（4）选择“参考程序开始”下的程序，把它粘帖在“学生编程开始”这里，然后去掉“参考程序开始”的“，”点，最后根据实际被测机构实际尺寸修改a.d.to。

（5） 点去掉后关闭工程1-forml(code)的窗口，点击“工程1-Microsoft visual basic［设计］”窗口中的“运行”采单。再点击下拉菜单中的“启动”，出现forml这一窗口，窗口中显示“位移，速度，加速度”运算结果数据，输入“学号”，然后“保存”。

（6） “保存”并关闭“VB”软件，这时出现一个对话窗口“Microsoft visual basic”选择“否（N）”，返回“作业”窗口。

（7） 点击“打开动画窗口”按扭，选择“学号”栏目下的“调入编程结果”，把已保存的文件打开，如果数据正确，会出现“调入数据成功”的小窗口，点击“开始”按扭，在“数据显示”栏显示“位移，速度，加速度”的极限值，并出现通过学生编程计算得出的机构运动的动态图形显示。 注：（1）、“标准计算结果”键暂无效。 （2）、数据显示栏中曲柄长，连杆长，曲柄转速需手动输入机构当时相应值。

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6、作业编程示例

（1）打开编程窗口。

（2）出现工程1-forml(code)的窗口。

（3）把“学生编程开始”的t0=和a=删掉。

（4）选择“参考程序开始”下的程序，把它粘帖在“学生编程开始”这里，然后去掉“参考程序开始”的“，”点，最后根据实际被测机构实际尺寸修改a.d.to。

（5） 点去掉后关闭工程1-forml(code)的窗口，点击“工程1-Microsoft visual basic［设计］”窗口中的“运行”采单。再点击下拉菜单中的“启动”，出现forml这一窗口，窗口中显示“位移，速度，加速度”运算结果数据，输入“学号”，然后“保存”。

（6） “保存”并关闭“VB”软件，这时出现一个对话窗口“Microsoft visual basic”选择“否（N）”，返回“作业”窗口。

（7） 点击“打开动画窗口”按扭，选择“学号”栏目下的“调入编程结果”，把已保存的文件打开，如果数据正确，会出现“调入数据成功”的小窗口，点击“开始”按扭，在“数据显示”栏显示“位移，速度，加速度”的极限值，并出现通过学生编程计算得出的机构运动的动态图形显示。 注：（1）、“标准计算结果”键暂无效。 （2）、数据显示栏中曲柄长，连杆长，曲柄转速需手动输入机构当时相应值。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/nde6.html